Pada Gabungan Spesifik Kepekatan Asid Nitrik dan Suhu Apakah Sarung Keluli Tahan Karat 1.2 Milimeter 316 Memerlukan Penurunan Di Bawah 10 Watt Setiap Sentimeter Persegi untuk Mengelakkan Serangan Antara Granular dalam Perkhidmatan Tangki Pempasifan?

Dalam kemasan logam dan pembuatan aeroangkasa, jurutera proses biasanya menggunakan asid nitrik sebagai medium untuk pemanas rendaman elektrik dalam tangki pemasifan keluli tahan karat. Penyelesaian pempasifan, biasanya 20–40% asid nitrik, biasanya digunakan pada 40–60 darjah untuk menghapuskan besi bebas dan untuk mencipta salutan kromium oksida homogen pada bahagian keluli tahan karat. 316 keluli tahan karat mempunyai rintangan kakisan yang baik di bawah keadaan ini, kerana asid nitrik ialah asid pengoksida yang mengekalkan filem pasif. Walau bagaimanapun, pada suhu tinggi atau dengan kehadiran klorida atau bahan kimia pengurangan, serangan intergranular boleh berlaku, terutamanya di kawasan yang dikimpal atau sensitif pada sarung. Pemanas tangki pempasifan biasanya dibina dengan ketebalan dinding 1.2 mm untuk memenuhi keperluan ruang dan untuk menyediakan pemindahan haba yang cepat. Artikel tersebut menunjukkan gabungan tertentu kepekatan asid nitrik dan suhu di mana sarung 1.2 mm 316 mesti dikurangkan untuk ketumpatan watt < 10 W/cm2 untuk mengelakkan serangan antara butiran.

Mekanisme Serangan Intergranular dalam 316 Terdedah kepada Asid Nitrik
The intergranular attack of 316 in nitric acid is caused by the loss of chromium at the grain boundaries due to sensitisation by welding or earlier heat exposure. Nitric acid preferentially attacks these chromium-depleted zones and causes grain boundary corrosion, which can lead to full disintegration of the metal. The vulnerability to intergranular attack in nitric acid is concentration and temperature dependent Significant intergranular assault is observed in 20% nitric acid only at 70°C. In 30% nitric acid the threshold falls to 60° C. attack at above 50°C in 40% nitric acid. Attack is performed in 50% nitric acid >40 darjah. Titik lemah bagi sarung 1.2 mm dengan bebibir atau lampiran yang dikimpal ialah haba kimpalan-zon terjejas. Ketumpatan watt yang digunakan menghasilkan suhu permukaan sarung yang biasanya 10–20 darjah lebih tinggi daripada suhu asid pukal. Dalam 40% asid nitrik, pada suhu pukal 55 darjah, permukaan sarung boleh mencapai 70-75 darjah, iaitu melebihi ambang 50 darjah untuk serangan antara butiran. Ketumpatan watt yang lebih rendah meminimumkan kenaikan suhu permukaan dan boleh mengekalkan zon kimpalan di bawah ambang serangan.

Ambang Penurunan Kritikal untuk Jaket 1.2 mm
Had ketumpatan watt berikut digunakan untuk sarung dinding 1.2 mm untuk mengelakkan serangan antara butiran dalam zon terjejas haba berdasarkan ujian rendaman 316 sampel yang dikimpal dalam asid nitrik pada suhu dan kepekatan yang berkaitan dengan perkhidmatan pempasifan. Nilai adalah untuk peningkatan 15-20 darjah dalam suhu permukaan pada 10 W/cm², berskala secara linear dengan ketumpatan watt.

Suhu Asid Pukal Suhu Permukaan Sarung Maksimum untuk Mengelakkan Serangan Antara Butiran Kepekatan Asid Nitrik Ketumpatan Watt Maksimum yang Dibenarkan untuk Sarung 1.2 mm (kenaikan 15 darjah pada 10 W/cm2) Tindakan Disyorkan 20% 40 darjah 70 darjah 20 W/cm2 Selamat pada sebarang ketumpatan 5 W/cm2 yang praktikal Penurunan dicadangkan melebihi 13 W/cm2
20% 60°C 70°C 7 W/cm² Derating needed 20%>65 darjah 70 darjah < 5 W/cm² Gunakan 316L atau bahan anil
30% 40 darjah 60 darjah 13 W/cm2 Selamat pada ketumpatan watt sederhana
30% 45 darjah 60 darjah 10 W/cm2 Marginal pada 10 W/cm2
30% 50 darjah 60 darjah 7 W/cm² Penurunan diperlukan 30% > 55 darjah 60 darjah < 5 W/cm² Gunakan 316L atau naik taraf aloi
40% 30°C 50°C 13 W/cm² Acceptable 40% 35°C 50°C 10 W/cm² Marginal 40% 40°C 50°C 7 W/cm² Derating needed 40%>45 darjah > 50 darjah < 5 W/cm² Gunakan 316L atau naik taraf aloi
50% 25 darjah 40 darjah 10 W/cm2 Marginal 50% 30 darjah 40 darjah 7 W/cm2 Penurunan perlu 50%Di atas 35 darjah 40 darjah Bawah 5 W/cm² 316 Tidak disyorkan
Untuk tangki pempasifan asid nitrik 30% biasa dengan suhu pukal 50 darjah, sarung 1.2 mm 316 mesti diturunkan kepada sekitar 7 W/cm2 untuk mengekalkan permukaan sarung di bawah 60 darjah . Permukaan sarung adalah kira-kira 65 darjah C menggunakan ketumpatan watt industri biasa 10 W/cm2 . Serangan antara butiran dalam haba kimpal-zon terjejas mungkin berkembang dalam 3-12 bulan.

Sampul Operasi Selamat untuk Sarung 1.2mm dalam Perkhidmatan Pasif
Suhu asid nitrik pukal maksimum yang boleh diterima untuk sarung 1.2 mm 316 untuk pelbagai ketumpatan watt diberikan dalam jadual berikut dengan mengandaikan gred 316L (karbon rendah) atau zon kimpalan anil untuk meminimumkan risiko pemekaan.

Kepekatan Asid Nitrik Ketumpatan Watt 5 W/cm2 (kenaikan 8 darjah) Ketumpatan Watt 8 W/cm2 (kenaikan 12 darjah) Ketumpatan Watt 10 W/cm2 (kenaikan 15 darjah) Ketumpatan Watt 12 W/cm2 (kenaikan 18 darjah)
20% Selamat sehingga 62 darjah Selamat sehingga 58 darjah Selamat sehingga 55 darjah Selamat sehingga 52 darjah
Selamat hingga 57 darjah 25% Selamat hingga 53 darjah Selamat hingga 50 darjah Selamat hingga 47 darjah
30% Selamat sehingga 52 darjah Selamat sehingga 48 darjah Selamat sehingga 45 darjah Selamat sehingga 42 darjah 35% Selamat sehingga 47 darjah Selamat sehingga 43 darjah Selamat sehingga 40 darjah Selamat sehingga 37 darjah
40% Sehingga 42 darjah Sehingga 38 darjah Sehingga 35 darjah Sehingga 32 darjah 45% Sehingga 37 darjah Sehingga 33 darjah Sehingga 30 darjah Sehingga 27 darjah
50% Selamat hingga 32 darjah Selamat hingga 28 darjah Selamat hingga 25 darjah Tidak disyorkan
Untuk tangki pempasifan dengan 35 % asid nitrik dan suhu pukal 45 darjah , sarung 1.2-mm 316 pada 10 W/cm² akan memberikan suhu permukaan kira-kira 60 darjah , yang melebihi had selamat 47 darjah yang dinyatakan di atas. Pemanas akan terdedah kepada serangan antara butiran. Dengan menurunkan ketumpatan watt kepada 5 W/cm2 suhu permukaan dikekalkan pada 53 darjah , iaitu di bawah had selamat 57 darjah untuk asid 25% tetapi melebihi had 47 darjah untuk asid 35%-menunjukkan bahawa gabungan pengubahsuaian pengurangan dan kepekatan diperlukan.

Perubahan reka bentuk untuk mengelakkan serangan intergranular
Empat pelarasan reka bentuk tersedia untuk mengelakkan serangan antara butiran jika keadaan proses pempasifan memerlukan kepekatan asid nitrik dan suhu yang akan melebihi had yang boleh diterima untuk sarung 316 tebal 1.2 mm. Yang pertama adalah untuk menentukan 316L (karbon rendah), bukan 316 biasa. Kandungan karbon yang lebih rendah mengehadkan pemendakan kromium karbida semasa kimpalan, oleh itu haba-zon terjejas tidak sensitif kepada pemekaan walaupun pada suhu yang lebih tinggi. 316L meningkatkan ambang serangan antara butiran 10-13 darjah kedua yang biasa adalah di atas 13 darjah kedua. pasang-penyepuhlindapan kimpalan zon lampiran bebibir. Penyepuhlindapan aruhan setempat kepada 1050 darjah dan pelindapkejutan melarutkan kromium karbida dan memulihkan rintangan kakisan. Perubahan seterusnya ialah menurunkan suhu asid pukal sebanyak 5–10 darjah . Penurunan suhu yang kecil boleh meningkatkan hayat perkhidmatan tanpa menjejaskan keberkesanan pasif. Keempat, untuk meningkatkan laluan asid merentasi permukaan pemanasan. Aliran bergelora mengurangkan kenaikan suhu permukaan sarung daripada 15 darjah kepada 8-10 darjah pada ketumpatan watt yang sama. Aliran gelora berjaya mengurangkan pemanas tanpa pengurangan kuasa. Untuk tangki pempasifan yang bekerja pada suhu melebihi 45 darjah dalam 30–40% asid nitrik, jurutera mungkin mempertimbangkan untuk menaik taraf kepada keluli tahan karat silikon tinggi seperti Durimet 20 atau aloi titanium. Bahan-bahan ini hampir tidak tahan terhadap serangan antara butiran dalam asid nitrik tanpa mengira sejarah kimpalan atau haba. Apabila menentukan pemanas untuk perkhidmatan pempasifan, sentiasa nyatakan kepekatan asid nitrik yang betul, suhu pukal dan sama ada pemanas mempunyai lampiran yang dikimpal atau tidak. Jika pengilang mengesyorkan 316 untuk 40% asid nitrik pada 50C tanpa menyebut penurunan ketumpatan watt atau gred 316L, itu bukanlah nasihat teknikal yang lengkap. Ia beransur-ansur dan zon terjejas haba pada sarung 1.2 mm yang dikimpal menipis sehingga bebibir tertanggal atau sarung bocor dalam asid nitrik. Prosedur kimpalan yang betul adalah langkah pencegahan yang lebih cekap daripada pemeriksaan, kerana serangan itu kadang-kadang tidak kelihatan sehingga sejumlah besar bahan telah hilang dari zon kimpalan.