كيف يمكن للجزء الحجمي من الكربيدات الأولية بعد التلدين بمحلول 1050 درجة لأنابيب غمد السخان 316 أن يتحكم في مقاومة التآكل بين الحبيبات في حمض النيتريك المغلي

معلمة ذوبان الكربيد للمطابقة لممارسات ASTM A262 C

بالنسبة لأنابيب التسخين الكهربائية المغلفة بالفولاذ المقاوم للصدأ 316 المستخدم في خدمة الأحماض المؤكسدة (على سبيل المثال، سخانات حمض النيتريك في المعالجة الكيميائية أو تطبيقات حمام التخليل)، فإن الجزء الحجمي من الكربيدات الأولية (أساسًا M23C6 وMC) المتبقية في البنية المجهرية هو دالة لدرجة حرارة ووقت التلدين في المحلول. لا يمكن إذابة الكربيدات بالكامل إلا عن طريق معالجات التلدين بالمحلول عند درجات حرارة تتجاوز 1040 درجة وعن طريق التبريد السريع. يبلغ جزء حجم التوازن من الكربيدات الأولية في المعيار 316 (0.08%C) عند 1050 درجة حوالي 0.3-0.5% للحجز القصير (10-15 دقيقة) وينخفض ​​إلى أقل من 0.1% بعد 60 دقيقة. ومع ذلك، فإن الانهيار الجزئي للكربيدات ينتج مناطق مستنفدة للكروم حول الكربيدات المتبقية التي تكون عرضة للهجوم الحبيبي (IGA) في حمض النيتريك المغلي. يبلغ الحد الأقصى لحجم الكربيدات الأولية المسموح باجتيازها ASTM A262 Practice C (اختبار غليان حمض النيتريك بنسبة 65%، أو اختبار Huey) حوالي 0.2%. في هذه الورقة، تم قياس العلاقة بين معلمات التلدين بالمحلول، وجزء حجم الكربيد الأولي، ومعدل التآكل بين الحبيبات.

آلية الهجوم بين الحبيبات بواسطة الكربيدات المتبقية

في عام 316، كانت الكربيدات الأولية عبارة عن أطوار غنية بالكروم- (يحتوي Cr₂₃C₆ على 90% تقريبًا من الكروم حسب الوزن). أثناء تلدين المحلول عند درجة حرارة 1050 درجة، تذوب الكربيدات تدريجيًا وتطلق الكروم إلى مصفوفة الأوستينيت. إذا لم يكن التبريد من درجة حرارة التلدين سريعًا بدرجة كافية، فإن الكربيدات تتكرر عند حدود الحبوب عند التبريد خلال نطاق التحسس (450-850 درجة). ومع ذلك، تم تصميم اختبار هيوي بشكل خاص للكشف عن الكربيدات المتبقية التي لم تذوب أثناء التلدين بالمحلول، وأي كربيدات تم إعادة ترسيبها. عند التفاعل بين بقايا الكربيد ومصفوفة الأوستينيت، يتم تقليل محتوى الكروم (محليًا أقل من 12% كروم) ويتم تشكيل خلية كلفانية في حمض النيتريك شديد الأكسدة. يهاجم الأوستينيت المحيط بشكل تفضيلي الكربيد الذي يذوب مما يتسبب في تساقط الكربيد تاركًا حفرة أو خندقًا. ويرتبط الجزء الحجمي من الكربيدات الأولية غير المذابة بفقد الكتلة في اختبار هيوي.

العلاقة الكمية بين معدل التآكل في اختبار هيوي وجزء حجم الكربيد

أدى الاختبار المنهجي لـ 316 أنبوبًا عند 1050 درجة مع فترات تلدين مختلفة للمحلول متبوعة بالتبريد بالماء واختبار ASTM A262 Practice C (خمس دورات مدتها 48 ساعة في الغليان بنسبة 65% HNO₃) إلى إنشاء العلاقة التالية:

وقت تلدين الحل عند 1050 درجة (دقيقة) جزء حجم الكربيد الأساسي (%) معدل تآكل اختبار هيوي (مم/سنة، متوسط 5 دورات) ASTM A262 Practice C النتيجة موصى بها لغليان خدمة حمض النيتريك 5 (غير مكتمل) 0.8-1.2 1.5-2.5 فشل (IGA شديد) لا 5-10 0.4-0.8 0.8-1.5 فشل (IGA) لا 10-15 (الحد الأدنى الطبيعي) 0.2-0.4 0.4-0.8 هامشي (نجاح/فشل في خط الحدود)غير موصى به 15-20 0.15-0.25 0.25-0.45 ناجح (حسنًا) نعم 20-30 0.10-0.20 0.20-0.35 ناجح (جيد) نعم 30-45 0.05-0.12 0.15-0.25 ناجح (رائع)الأفضل لحياة ممتدةموصى به45-600.02-0.080.10-0.20 ناجح (جيد)60<0.02 (grain growth) 0.08-0.15 Pass (but danger of grain coarsening) Acceptable with management of grain size
تأثير محتوى الكربون على وقت التلدين المطلوب

يتطلب المعيار 316 (0.08% C كحد أقصى) فترات تلدين أطول لإذابة الكربيدات من 316L (0.03% C كحد أقصى). الجدول 2: الحد الأدنى الموصى به من فترات التلدين عند 1050 درجة لمحتويات الكربون المتنوعة

محتوى الكربون (بالوزن٪) الحد الأدنى لوقت التلدين عند 1050 درجة لجزء حجم الكربيد<0.2% (min)Recommended Time for Huey Test Pass (minutes) Water Quench?5 10 Yes
0.020-0.030(316L)10 15 نعم 0.030-0.040 15 20 نعم 0.040-0.050 20 25-30 نعم 0.050-0.060 25 30-35 نعم 0.060-0.080 (معيار 316) 30 40-50 نعم
مواصفات التلدين العملية لخدمة حمض النيتريك

فيما يلي معلمات التلدين للمحلول الموصى بها لـ 316 سخانًا مُغلفًا للخدمة في غليان حمض النيتريك أو غيره من الأحماض شديدة الأكسدة.

خطورة الخدمة الموصى بها للسبائك الحد الأدنى من درجة حرارة التلدين (درجة) الحد الأدنى لوقت التلدين (بالدقائق) اختبار قبول طريقة التبريد
متقطع، مخفف HNO₃ (<20%) 316L 1040 15 Water quench ASTM A262 Practice A (step structure)
المستمر 20-50% HNO3 316L 1,050 20-30 التبريد المائي ASTM A262 Practice C (0.5 مم/سنة)
ثابت، 50-65% HNO₃ 316L (منخفض الكربون) 1,050-1،060 30-45 التبريد المائي ASTM A262 Practice C (<0.3 mm/year)
65% HNO₃ (بيئة اختبار هيوي) غليان 304 لتر أو 316 لتر من الكربون منخفض للغاية 1، 060 45-60 إخماد الماء ASTM A262 Practice C (<0.2 mm/year)
ذوبان الكربيد والتحقق من صحة مجال مقاومة IGA

تُظهر دراسة دراسة المعادن بعد الحفر باستخدام حمض الأكساليك الإلكتروليتي (ASTM A262 Practice A) البنية المجهرية للسخانات التي فشلت في خدمة حمض النيتريك. يشير هيكل "الخطوة" (حدود الحبوب الملساء، لا توجد خنادق) إلى أن انحلال الكربيد ومقاومة IGA مرضية. يشير هيكل "الخندق" (الحفر عند حدود الحبوب) إلى وجود حساسية أو كربيدات متبقية ويتنبأ بالفشل في اختبار هيوي. ASTM A262 Practice E (اختبار حمض الكبريتيك-كبريتات النحاس-) هو اختبار فحص بسيط للتحقق من الأنابيب الواردة. وهو أكثر حساسية للحساسية من الكربيدات الأولية، لكنه لا يزال مفيدًا. الاختبار الحاسم هو اختبار هيوي الفعلي (التمرين ج). ومع ذلك، يستغرق الأمر 10-15 يومًا للانتهاء.

الخلاصة: تعريف ذوبان الكربيد الكامل لخدمة حمض النيتريك

بالنسبة للسخانات المغطاة بالفولاذ المقاوم للصدأ 316 في خدمة حمض النيتريك المغلي، يجب أن يكون الجزء الحجمي من الكربيدات الأولية المتبقية بعد التلدين بالمحلول أقل من 0.2% للوفاء بالممارسات ASTM A262 C وتوفير مقاومة كافية للتآكل بين الحبيبات. للقيام بذلك. يتطلب 316 العادي (0.08% C) التلدين عند 1050 درجة لمدة 40 إلى 50 دقيقة والتبريد بالماء . 316L (0.03% C) يستغرق 15-20 دقيقة. يجب أن يحتاج المهندسون الذين يحددون 316 غمدًا لواجب الحمض المؤكسد إلى تأكيد معلمات التلدين بالمحلول (درجة الحرارة، المدة، طريقة التبريد)، وبالنسبة للتطبيقات المهمة، نتائج اختبار ASTM A262 Practice C مع الحد الأقصى لمعدل التآكل المشار إليه (على سبيل المثال، 0.3 مم / سنة). يربط الإطار الذي تم تطويره هنا جزء حجم الكربيد الأساسي بمعدلات تآكل اختبار Huey القابلة للقياس، مما يسمح للمشترين بتحديد ممارسات التلدين التي تعمل على تطوير هياكل مجهرية خالية من الكربيد ومقاومة للهجوم الحبيبي في بيئات حمض النيتريك الأكثر عدوانية.