في أي مزيج محدد من تركيز حامض الكبريتيك ودرجة الحرارة يتطلب غمد من الفولاذ المقاوم للصدأ 316 بقطر 2.0 ملم تقليل التآكل أقل من 5 وات لكل سنتيمتر مربع لمنع التآكل النشط في حمامات تخليل المعادن؟

يواجه مهندسو العمليات الذين يقومون ببناء سخانات غاطسة كهربائية لحمامات تخليل المعادن في مصانع الصلب وصناعات تصنيع المعادن واحدة من أقسى الظروف بالنسبة لأغلفة الفولاذ المقاوم للصدأ 316 عندما يواجهون حمض الكبريتيك في درجات حرارة شديدة. يتم تشغيل حمامات التخليل عادةً عند درجات حرارة تتراوح من 60 إلى 90 درجة وتركيزات حمض الكبريتيك من 10 إلى 25%، غالبًا مع أملاح الحديد الذائبة، مما يزيد من تعقيد سلوك التآكل. غالبًا ما يتم اختيار سمك جدار يبلغ 2.0 مم للسماح بالتآكل ولإضفاء مرونة ميكانيكية على اضطراب الحمام والتلامس مع قطعة العمل. ومع ذلك، فإن التشغيل بكثافة واط عادية تبلغ 8-12 وات/سم2 يتسبب في أن تكون درجة حرارة سطح الغلاف أعلى بمقدار 20-40 درجة مئوية من درجة حرارة الحمام السائب، مما قد يؤدي إلى دخول الغلاف في نظام التآكل النشط بمعدلات تآكل تزيد عن 5 مم سنويًا. في هذا البحث، قمنا بتحديد مجموعات تركيز درجة الحرارة القابلة للتطبيق والتي يحتاج غمد 316 مقاس 2.0 مم إلى خفضه إلى أقل من 5 وات/سم2 للبقاء داخل نظام التآكل السلبي.

316 الفولاذ المقاوم للصدأ في حامض الكبريتيك: الانتقال من السلبي إلى النشط
تنص المادة 30 على أن الانتقال النشط-السلبي في حامض الكبريتيك للفولاذ المقاوم للصدأ 316 يعتمد إلى حد كبير على درجة الحرارة والتركيز. معدلات التآكل <0.2 مم سنة −1 في النظام السلبي. في النظام النشط تبلغ المعدلات 5-20 ملم سنويًا. تتبع الحدود الانتقالية لظروف حمام التخليل منحنى معين. درجة الحرارة الانتقالية لمدة 10 في المائة. حمض الكبريتيك حوالي 55 درجة مئوية. عند 15% يكون التحول 45 درجة. عند 20% تنخفض إلى 38 درجة. تصل إلى 32 درجة . - 25%. بالنسبة للسخان الموجود في حمام ضخم عند درجة حرارة 70 درجة مع حمض الكبريتيك 15%، فإن حالة الكتلة وحدها تتجاوز بالفعل درجة الحرارة الانتقالية البالغة 45 درجة - الحمام متآكل بشكل فعال إلى 316 مع عدم وجود تدفق حراري . 316 غير مناسب في هذه الظروف بغض النظر عن سمك الجدار أو كثافة الواط. ومع ذلك، توجد العديد من حمامات التخليل في المنطقة الانتقالية حيث تكون الظروف السائبة سلبية، ولكن زيادة درجة حرارة سطح الغلاف، بسبب تدفق الحرارة، تدفع الغلاف إلى النظام النشط. تبلغ زيادة درجة الحرارة من الكتلة إلى سطح الغلاف حوالي 25-30 درجة لغمد 2.0 مم عند 10 وات/سم². يؤدي حمام السائبة عند درجة حرارة 40 درجة مع 15% حمض (سلبي) إلى درجة حرارة سطح الغلاف تبلغ 65-70 درجة، وهو ما يتجاوز انتقال 45 درجة، لذلك يحدث التآكل النشط على سطح الغمد على الرغم من حقيقة أن حمام السائبة سلبي.

عتبات التخفيض الحرجة 2.0 ملليمتر غمد
فيما يلي احتياجات إزالة التآكل من اختبار التآكل لـ 316 عينة، عند درجات حرارة وتركيزات مناسبة لحمامات التخليل. غمد بجدار 2.0 ملم. القيم هي الحد الأقصى لكثافة الواط التي تحافظ على درجة حرارة سطح الغلاف بما لا يقل عن 5 درجات تحت درجة حرارة الانتقال النشطة - السلبية للتركيز الحجمي المحدد.

تركيز حامض الكبريتيك السائب درجة حرارة الحمام السائبة السلبية -درجة الحرارة الانتقالية النشطة عند هذا التركيز الحد الأقصى لدرجة حرارة سطح الغمد (الانتقال - هامش أمان 5 درجات) الحد الأقصى. كثافة الواط المسموح بها 2.0 ملم. الإجراء الموصى به للغمد 10% 30 درجة 55 درجة 50 درجة 12 واط/سم² آمن عند كثافة واط قياسية
10% 40 درجة 55 درجة 50 درجة 6 واط/سم² تخفيض 10% 45 درجة 55 درجة 50 درجة 3 واط/سم2 هامشي؛ خذ بعين الاعتبار ترقية السبائك بنسبة 10% فوق 48 درجة 55 درجة 50 درجة غير ممكن تيتانيوم أو سبيكة 20
15% 25 درجة مئوية 45 درجة مئوية 40 درجة مئوية 10 واط/سم2 آمن في كثافة واط معتدلة
15% 30 درجة 45 درجة 40 درجة 6 وات/سم² يلزم تخفيض القدرة
15% 35 درجة 45 درجة 40 درجة 2 وات/سم2 سبيكة غير عملية للتغيير
15% فوق 38 درجة 45 درجة 40 درجة غير ممكن 316 غير عملي
20% 20 درجة 38 درجة 33 درجة 8 واط/سم² آمن عند كثافة واط منخفضة
20% 25C 38C 33C 4 واط/سم2 التخفيض الرئيسي 20% أعلى من 28C 38C 33C غير ممكن 316 غير مناسب
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25% > 25 درجة 32 درجة 27 درجة غير ممكن استخدم سبيكة 20 أو التيتانيوم
بالنسبة لحمام التخليل النموذجي عند 15% حمض كبريتيك ودرجة حرارة كتلة 35 درجة، يجب أن يكون الغلاف 2.0 مم 316 عند أو أقل من 2 وات/سم2 لمنع التآكل النشط. عند كثافة الواط هذه، سيكون السخان عبارة عن سخان طويل بشكل غير عملي لمتوسط ​​متطلبات الطاقة البالغة 10-20 كيلووات. لذا فإن 316 ليس المكان المناسب لهذه الخدمة. يجب أن يفكر المهندسون في استخدام سبيكة 20 (كاربنتر 20) أو سبيكة 825، وكلاهما لهما درجات حرارة انتقالية سلبية نشطة تتراوح بين 30-50 درجة أكبر من 316 في حمض الكبريتيك.

تغييرات التصميم لمنع التآكل النشط دون الانحراف
إذا كانت ظروف حمام التخليل قريبة من حدود الانتقال وكان الغلاف 2.0 مم 316 موجودًا بالفعل أو كان ضروريًا، فيمكن إجراء ثلاثة تعديلات على التصميم لتجنب التآكل النشط دون خفض كثافة الواط إلى ما دون الحدود العملية. الأول هو تحسين تداول الحمض عبر سطح التسخين. يؤدي التدفق المضطرب بسرعة 1-2 م/ث إلى تقليل ارتفاع درجة حرارة سطح الغلاف من 25-30 إلى 10-15 درجة، مما قد يمنع الغلاف من الوصول إلى نقطة الانتقال. التغيير الثاني هو إضافة عامل مؤكسد في الحمام. يمكن للإضافات الصغيرة من أيونات الحديديك أو بيروكسيد الهيدروجين أن تحول -الانتقال النشط إلى درجات حرارة أعلى بمقدار 10-20 درجة مئوية، مما يؤدي إلى العودة إلى السلوك السلبي. التغيير الثالث هو تصميم السخان ثنائي الكثافة-الذي يتميز بكثافة طاقة أقل في الجزء السفلي من الحمام مع أعلى درجات الحرارة بسبب التقسيم الطبقي. بالنسبة لمعظم تطبيقات حمامات التخليل، يتمثل الحل الهندسي في الترقية من 316 إلى سبيكة أكثر مقاومة. عادةً ما يكون فرق التكلفة بين غلاف 316 مقاس 2.0 مم وغمد Alloy 20 من نفس الحجم هو 30-50%، ولكن عمر الخدمة يتحسن من أشهر إلى 5-10 سنوات. عند تحديد سخانات لحمامات التخليل، يجب على المهندسين تزويد المورد بالتركيبة الكاملة للحمام، ونطاق درجة الحرارة ودرجة الاضطراب المتوقعة. إذا كانت الشركة المصنعة توصي بـ 316 لحمض الكبريتيك بنسبة 15% عند درجة حرارة 50 ولم تتحدث عن خفض القدرة أو إمكانية التآكل النشط، فإنها لا تقدم نصيحة مختصة. إن التحول من التآكل السلبي إلى التآكل النشط في حامض الكبريتيك يكون سريعًا ولا يرحم. إن الغلاف الذي يبلغ قطره 2.0 مم والذي يفقد 5 مم/عامًا في حالة التآكل النشط سوف ينثقب في أقل من 5 أشهر. ديراتينغ<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.