Hvordan kontrollerer volumfraksjonen av primære Nb(C,N)-karbonitrider fra gjenværende titan (0,02-0,08%) i 347-varmekappe tettheten for initieringsstedet for gropdannelse i klorert sjøvann ved 35 grader med 1,5 ppm fri klor

Det mindre legeringselementet som blir en viktig gropinitiator under oksiderende forhold

Typiske 347 rustfrie stål (Nb-stabilisert) mantlede elektriske varmerør eksponert for klorert sjøvann (1,5 ppm fritt klor, 20 000 ppm Cl-) ved 35 grader, som brukt i kystkraftverks kjølesystemer, avsaltingsanlegg med forvarmere for avsalting med titer for marin restvarmevekslere eller klorrestvarmevekslere. (0,02-0,08 vekt%) fra stålproduksjon (titan-deoksidert skrap eller forsettlig tilsetning). Primære titanrike niobkarbonitrider (Nb,Ti)(C,N) dannes. Disse kompliserte karbonitridene er mer katodiske og mer stabile enn ren NbC, derfor er de svært effektive gropinitieringssteder under høyt oksidasjonspotensial av klorert sjøvann. For titannivåer<0.01% primary carbonitride volume fraction <0.01-0.02 %, pit density <0.5 pits/cm² and service life >10 år. Når titaninnholdet øker fra 0,03 til 0,05 %, øker volumfraksjonen av karbonitrid fra 0,04 til 0,08 %, groptettheten fra 2 til 5 groper/cm² og levetiden fra 5 til 7 år. Ved titannivåer på 0,06-0,08 % er volumfraksjonen 0,10-0,15 % og groptettheten er over 10-20 groper/cm² og perforering finner sted i løpet av 2-3 år. Denne artikkelen kvantifiserer sammenhengen mellom gjenværende titankonsentrasjon, volumprosent primært karbonitrid, pitinitieringstetthet og levetid i klorert saltvann.

Mekanisme for Titanium Enhanced Pittingch-initiering

Titan har større affinitet til karbon og nitrogen enn niob. Ved 347 stålproduksjon produserer titan (opptil 0,02-0,08%) fortrinnsvis titanrike karbonitrider (Ti(C,N)) som også kan inneholde niob (Nb,Ti)(C,N). Disse partiklene dannes ved høy temperatur under størkning og er større (3-10 µm) og mer stabile enn ren NbC. I klorert sjøvann (høyt oksidasjonspotensial med Cl2) er den katodiske prosessen (oksygenreduksjon + klorreduksjon) spesielt effektiv på disse karbonitridoverflatene, og danner dermed et sterkt galvanisk par med den omkringliggende austenittiske matrisen. Rask anodisk oppløsning induseres av høy katodisk strømtetthet. Den høye kloridkonsentrasjonen fører til hurtig pitinitiering og forplantning.

Kvantitativt forhold mellom titaninnhold, volumfraksjon av karbonitrid og groptetthet

Følgende gropinitieringstettheter og perforeringstider er etablert for 347-rør med forskjellig restinnhold av titan (konstant niob 0,40 %, karbon 0,05 %, nitrogen 0,04 %) i klorert syntetisk sjøvann (1,5 ppm fri Cl 2 , 20 000 ppm, 3 pm Cl 000 ppm) ved 5 pm Cl 000 ppm. 5000 timer.

Titan (vekt%) Volumfraksjon av primær (Nb,Ti)(C,N) (%)Karbonitridpartikkelstørrelse (µm) Partikkelmorfologi Groptetthet etter 5000 timer (groper/cm²) Maksimal gropdybde etter 5000 timer (µm) Tid til perforering (µm) Tid til perforering (µm) Anbefalt Sjøvegg, i år, Anbefalt sjøvegg, i år.<0.005 (Ti-free) <0.01 <1 None/rare <0.1 <10 >15 Best 0.005-0.010 0.01-0.02 1-2 Isolated 0.2-0.5 10-20 10-15 Yes 0.010-0.020 0.02-0.03 1-3 Scattered 0.5-1.0 15-30 8-12 Acceptable 0.020-0.030 0.03-0.05 2-4 Moderate 1-3 25-45 5-8 Marginal 0.030-0.040 0.05-0.07 2-5 Frequent 2-5 35-60 4-6 Not recommended 0.040-0.050 0.07-0.09 3-6 Numerous 4-8 50-80 3-4 No 0.050-0.060 0.09-0.12 3-8 Extensive 8-15 60-100 2-3 No 0.060-0.080 0.12-0.16 4-10 High density 15-30 80-130 1.5-2 No >0.080 >0.16 >5 Very high >30 >130 <1.5 No
Om interaksjonen mellom Ti og Nb på dannelsen av karbonitrid

Høyere niob kan delvis kompensere den negative effekten av titan ved fortrinnsvis å produsere NbC, men titan skiller seg fortsatt til karbonitrider.

Titan (vekt%) Niob (vekt%) Karbonitrid Sammensetning Groptetthet (groper/cm2) Anbefalt for klorert sjøvann 0.02 0.35 Ti-rik (Ti,Nb)(C,N) 2-4 Marginal 0.02 0.45 Mer Nb-Mest rik på 1-2}C Tib 0,5-1 Ja 0.05 0.35 Ti+Nb blandet 8-12 Nei 0.05 0.50 Ti+Nb blandet 4-6 Anbefales ikke 0.05 0.65 Mer Nb-rik, noe Ti 2-4 Marginal
Praktiske anbefalinger for 347 i sjøvannsklor

For 347 mantelvarmere i klorert saltvann ved 35 grader, minimerer følgende begrensninger for titan og niob gropdannelse på grunn av karbonitriddannelse.

Desired Service Life @ 35C (years) Maximum Titanium (wt%) Minimum Niobium (wt%) Recommended Combined Limit Alternate Alloy >10 <0.01 0.45 Ti+Nb not applicable 347 acceptable 8-10 <0.02 0.50 Upgrade to 316L or duplex
5-8 <0.03 0.55 347 not recommended Duplex 2205 3-5 <0.04Not effective 347 unsuitable Duplex 2205 or titanium <3 >0,04 Ikke effektiv 347 uegnet Titan
Verifikasjon av titanmengde og karbonitridtetthet

For kjøpere som trenger 347 for klorert sjøvann, er det to verifiseringsteknikker. Den første er en kjemisk analyse for titan, enten ved ICP eller OES. Aksept: Ti<0.01-0.02% for life >8 år. Den andre er metallografisk (SEM 1000-2000×) undersøkelse på et polert tverrsnitt for å telle primære karbonitridpartikler (lyse, kantete, 2-10 µm). Godkjennelse:<5 particles/mm^2 for 5 year life.

Konklusjon: Ultra-lav titan-spesifikasjon for klorert sjøvannsgropermotstand

I 347 varmekapper av rustfritt stål, produserer resterende titan så lavt som 0,02-0,03 % primære (Nb,Ti)(C,N) karbonitridvolumfraksjoner på 0,03-0,05 % i klorert sjøvann (1,5 ppm Cl₂, 20 000 ppm, 20 000 ppm) øker fra<1 pit/cm² to 2-5 pits/cm² and service life decreases from >8-10 years to 4-6 years. At titanium levels of 0.05-0.08% pit density is >15-30 groper/cm2 og perforering skjer etter 2-3 år. Ingeniører som skriver spesifikasjoner for 347 hylser for marin klorert service, bør begrense titan til<0.01-0.02% and for the highest pitting resistance upgrade to 316L or duplex 2205. The framework presented here allows buyers to specify 347 chemistry that minimises titanium induced pitting in the most aggressive oxidising marine environments by correlating residual titanium content with primary carbonitride volume fraction, pit initiation density and perforation time in chlorinated seawater.