Hvordan kontrollerer volumfraksjonen av primære MC-karbider (NbC) i over-stabilisert 347-varmekappe (0,70-0,90 % Nb) tettheten for initieringsstedet for grop og perforeringstid ved kokende 12 % saltsyre ved 108 grader

Det aggressive syremiljøet for stabilt rustfritt stål

In the case of 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes for aggressive hydrochloric acid service such as in pickling bath heaters for speciality metals, acid regeneration systems or chemical process heaters using HCl, excess niobium (beyond the stoichiometric requirement for carbon stabilisation) is present and results in the formation of primary MC carbides (NbC). These carbides are cathodic to the austenitic matrix and are preferred pitting start sites in boiling 12% HCl at 108°C. Chloride water pitting necessitates the presence of chlorides and oxygen . Hydrochloric acid actively corroded 347. Primary NbC particles increase localised assault. At 0.30-0.50% niobium levels (Nb:C ratio 6:1 to 10:1) primary MC volume percentage is 0.04-0.08%, pit density is modest (1-5 pits/cm2) and perforation duration is 100-200 hours. At over-stabilized values of 0.70-0.90 % Nb (Nb:C >15:1), den primære MC-volumfraksjonen øker til 0,15-0,25 %, groptettheten øker til 20-50 groper/cm2 og perforeringstiden reduseres til 20-50 timer. Korrelasjonen mellom overflødig niob, primær MC-karbidvolumfraksjon, pittetthet og perforeringstid i kokende 12 % HCl er kvantifisert i denne artikkelen.

Mekanisme av gropdannelse forårsaket av primær MC-karbid i HCl

Den passive filmen av 347 i kokende saltsyre er ustabil (HCl er en reduserende syre). Mekanismen for korrosjon er en aktiv oppløsning med et lokalisert angrep på de katodiske inneslutningene. De primære NbC-partiklene er edle med hensyn til matrisen og er aktive i hydrogenutviklingsreaksjonen (katodisk). Den galvaniske strømmen mellom NbC (katode) og nabomatrisen (anode) forårsaker den raske desintegrasjonen rundt hver karbidpartikkel. Jo større primært MC-volum %, jo høyere pittetthet og jo flere katodiske steder. Den høye aggressiviteten til HCl forårsaker rask forplantning av groper ved aktiv oppløsning etter initiering.

Kvantitativ relasjon mellom niobinnhold, MC volumfraksjon og pitting i kokende 12 % HCl

Gropinitieringstetthetene og perforeringsperiodene er bestemt for kontrollert nedsenkingstesting av 347-rør med forskjellige niobnivåer (0,05 % C,<0.01% Ti, constant) in boiling 12% HCl (108°C, 12 wt% HCl, deaerated) for times up to 250 hours.

Niob (vekt%) Nb:C-forholdPrimær MC-volumfraksjon (%) MC-partikkelstørrelse (µm) Groptetthet etter 50 timer (groper/cm²) Maksimal gropdybde etter 50 timer (µm) Tid til perforering (1,5 mm vegg, timer) Anbefalt for koking 12,5 1 2 1 2 0 000,000<0.01 <1 0.5-1 50-100 80-150 No (sensitisation risk) 0.30 6:1 0.03-0.04 1-2 1-2 80-120 70-120 No 0.40 8:1 0.05-0.06 1-3 1-3 100-150 60-100 No 0.50 10:1 0.08-0.10 2-4 3-5 120-200 40-80 No (marginal) 0.60 12:1 0.12-0.15 3-5 8-15 150-250 30-50 No 0.70 14:1 0.15-0.18 4-6 15-25 200-350 20-35 No 0.80 16:1 0.18-0.22 4-8 25-40 250-450 15-25 No 0.90 18:1 0.22-0.28 5-10 40-60 300-500 10-20 No 1.00 20:1 0.25-0.30 6-12 50-80 350-600 8-15 No General Corrosion Rate Comparison (Without Pitting Acceleration)

347 har en total korrosjonshastighet, uten gropdannelse, i kokende 12 % HCl på ca. 2 til 5 mm per år (150 til 250 timer til perforering). Perforeringen akselereres med en faktor på 2-5X med tilstedeværelsen av primære MC-karbider (reduserer tiden til 20-80 timer).

Tilstand Generell korrosjonshastighet (mm/år) Legeringstid til perforering (1,5 mm) Dominant feilmodus 347, lav Nb (0,30 %)3-4 120-200 Generelt + noe gropdannelse 347, høy Nb (0,80 %) 5-8 60-120Sammenligning Akselerert gropdannelse 316L 10-20 30-60 Generell korrosjon
Legering 20 (sammenligning) 0.5-1 500-1,500 Passiv Titan < 0,1 > 10 000 Passiv
Praktiske anbefalinger for koking av HCl S

08 grader, 347 anbefales ikke for noe niobinnhold. Imidlertid, hvis 347 må brukes (f.eks. for høy temperaturstyrke andre steder i systemet), minimerer følgende niob-begrensninger gropakselerasjon.

Ønsket servicetid (timer) Maks Nb (vekt%) Maksimal primær MC volumfraksjon (%) Anbefaling for en alternativ legering
50 0.50 0.10 Ingen (med mindre feil)
100 0.40 0.06 317L or Alloy 20 suggested 200 Not possible N/A Alloy 20 or Alloy 825 >500Ikke mulig N/A Titanium eller legering C-276
Konklusjon: 347 i Boiling HCl Service

For 347 varmekapper i rustfritt stål i kokende 12 % HCl ved 108 grader, fungerer primære MC-karbider (NbC) fra niobkonsentrasjoner så lave som 0,40-0,50 % som gropstartsteder, noe som forkorter perforeringstiden fra 150-250-0 timer (generelt korrosjonstimer) til 40-8 timer. Ved høyere nivåer av overstabilisert niob (0,70–0,90 %), forkorter tetthetene på 20–50 groper/cm 2 tiden til perforering ytterligere til 15–35 timer. 347 bør ikke brukes for ingeniører som spesifiserer varmeovner for kokende saltsyre. Tjeneste som krever motstand mot HCl ved høye temperaturer krever Alloy 20 (Carpenter 20), Alloy 825 (Incoloy 825) eller titan. Dette arbeidet gir et paradigme for å unngå 347 i harde reduserende syreinnstillinger ved korrelasjonen mellom overflødig niob og primær MC-karbidvolumfraksjon og rask gropdannelse i kokende 12 % HCl.