Bagaimanakah Pecahan Isipadu Karbonitrida Nb(C,N) Utama daripada Titanium Baki (0.02-0.08%) dalam Sarung Pemanas 347 Mengawal Ketumpatan Tapak Permulaan Pitting dalam Air Laut Berklorin pada 35 darjah dengan Klorin Bebas 1.5 ppm

Unsur Aloi Kecil Yang Menjadi Pemula Pitting Utama Di Bawah Keadaan Mengoksida

Tiub pemanas elektrik bersarung keluli tahan karat 347 biasa (Nb-distabilkan) terdedah kepada air laut berklorin (klorin bebas 1.5 ppm, 20,000 ppm Cl-) pada 35 darjah , seperti yang digunakan dalam sistem penyejukan loji kuasa pantai, prapemanas penyahgaraman atau penukar haba klorin marin (0.02-0.08 wt%) daripada pembuatan keluli (titanium-skis ternyahoksida atau penambahan yang disengajakan). Bentuk niobium karbonitrida (Nb,Ti)(C,N) yang kaya dengan titanium primer. Karbonitrida yang rumit ini lebih katodik dan lebih stabil daripada NbC tulen, oleh itu ia merupakan tapak permulaan pitting yang sangat cekap di bawah potensi pengoksidaan tinggi air laut berklorin. Untuk tahap titanium<0.01% primary carbonitride volume fraction <0.01-0.02 %, pit density <0.5 pits/cm² and service life >10 tahun. Apabila kandungan titanium meningkat daripada 0.03 kepada 0.05%, pecahan volum karbonitrida meningkat daripada 0.04 kepada 0.08%, ketumpatan lubang daripada 2 kepada 5 lubang/cm² dan jangka hayat daripada 5 hingga 7 tahun. Pada tahap titanium 0.06-0.08% pecahan isipadu ialah 0.10-0.15% dan ketumpatan lubang melebihi 10-20 pit/cm² dan perforasi berlaku dalam 2-3 tahun. Artikel ini mengukur hubungan antara kepekatan titanium sisa, peratusan isipadu karbonitrida primer, ketumpatan permulaan lubang dan hayat perkhidmatan dalam air masin berklorin.

Mekanisme Permulaan Pittingch Dipertingkatkan Titanium

Titanium mempunyai pertalian yang lebih besar untuk karbon dan nitrogen daripada niobium. Dalam pembuatan keluli 347, titanium (sehingga 0.02-0.08%) lebih suka menghasilkan karbonitrida yang kaya dengan titanium (Ti(C,N)) yang juga boleh mengandungi niobium (Nb,Ti)(C,N). Zarah-zarah ini terbentuk pada suhu tinggi semasa pemejalan dan lebih besar (3-10 µm) dan lebih stabil daripada NbC tulen. Dalam air laut berklorin (berpotensi pengoksidaan tinggi oleh Cl2) proses katodik (pengurangan oksigen + pengurangan klorin) amat berkesan pada permukaan karbonitrida ini, dengan itu membentuk pasangan galvanik yang kuat dengan matriks austenit di sekelilingnya. Pembubaran anodik yang cepat disebabkan oleh ketumpatan arus katodik yang tinggi. Kepekatan klorida yang tinggi membawa kepada permulaan dan pembiakan pit yang cepat.

Hubungan Kuantitatif antara Kandungan Titanium, Pecahan Isipadu Karbonitrida dan Ketumpatan Pitting

Ketumpatan permulaan pit berikut dan masa penembusan telah ditetapkan untuk 347 tiub dengan kandungan titanium sisa yang berbeza (niobium malar 0.40%, karbon 0.05%, nitrogen 0.04%) dalam air laut sintetik berklorin (1.5 ppm bebas Cl 2 , 20,000 ppm Cl 2 , 20,000 ppm Cl 2 , 20,000 ppm darjah Cl. 5,000 jam.

Titanium (berat%) Pecahan Isipadu Primer (Nb,Ti)(C,N) (%)Saiz Zarah Karbonitrida (µm) Morfologi Zarah Ketumpatan Lubang selepas 5,000j (lubang/cm²) Kedalaman Lubang Maksimum selepas 5,000j (µm) Masa Menembus (1.5 mm Ditembus Dinding, tahun) Servis Semula Air Laut 3,5 tahun)<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
Mengenai Interaksi Antara Ti dan Nb pada Pembentukan Karbonitrida

Niobium yang lebih tinggi boleh mengimbangi sebahagian kesan buruk titanium dengan lebih suka menghasilkan NbC tetapi titanium masih membahagikan karbonitrida.

Titanium (berat%) Niobium (berat%) Ketumpatan Lubang Komposisi Karbonitrida (pit/cm2) Disyorkan untuk Air Laut Berklorin 0.02 0.35 Ti-kaya (Ti,Nb)(C,N) 2-4 Marginal 0.02 0.45 Lebih Nb-kaya 1-2}}Tinggi {Nb{17}}Ti{7}} Paling Boleh Diterima 0.05 0.35 Ti+Nb bercampur 8-12 Tidak 0.05 0.50 Ti+Nb bercampur 4-6 Tidak disyorkan 0.05 0.65 Lebih kaya Nb, beberapa Ti 2-4 Marginal
Cadangan Praktikal untuk 347 dalam Klorin Air Laut

Untuk 347 pemanas bersarung dalam air masin berklorin pada 35 darjah , had titanium dan niobium berikut meminimumkan pitting akibat pembentukan karbonitrida.

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 Tidak berkesan 347 Titanium tidak sesuai
Pengesahan Jumlah Titanium dan Ketumpatan Karbonitrida

Bagi pembeli yang memerlukan 347 untuk perkhidmatan air laut berklorin terdapat dua teknik pengesahan. Yang pertama ialah analisis kimia untuk titanium, sama ada oleh ICP atau OES. Penerimaan: Ti<0.01-0.02% for life >8 tahun Yang kedua ialah penyiasatan metalografik (SEM 1,000-2,000×) pada keratan rentas yang digilap untuk mengira zarah karbonitrida primer (terang, sudut, 2-10 µm). Penerimaan:<5 particles/mm^2 for 5 year life.

Kesimpulan: Ultra-Spesifikasi Titanium Rendah untuk Rintangan Pitting Air Laut Berklorin

Dalam 347 sarung pemanas keluli tahan karat, sisa titanium serendah 0.02-0.03% menghasilkan pecahan isipadu karbonitrida primer (Nb,Ti)(C,N) sebanyak 0.03-0.05% dalam air laut berklorin (1.5 ppm Cl₂, 20,000 ppm) peningkatan ketumpatan Cl₂, 20,000 ppm pada darjah Cl₂, 20,000 ppm dan ketumpatan pit.<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 pit/cm2 dan perforasi berlaku selepas 2-3 tahun. Jurutera yang menulis spesifikasi untuk 347 sarung untuk perkhidmatan berklorin marin harus mengehadkan titanium kepada<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.