Bagaimanakah Pecahan Isipadu Karbida MC Utama (NbC) dalam Lebih-Sarung Pemanas 347 Distabilkan (0.70-0.90% Nb) Mengawal Ketumpatan Tapak Permulaan Lubang dan Masa Tebuk dalam Mendidih 12% Asid Hidroklorik pada 108 darjah

Persekitaran Asid Agresif untuk Keluli Tahan Karat Stabil

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), pecahan isipadu MC primer meningkat kepada 0.15-0.25 %, ketumpatan pit meningkat kepada 20-50 pit/cm2 dan masa penembusan menurun kepada 20-50 jam. Korelasi antara lebihan niobium, pecahan isipadu MC karbida primer, ketumpatan lubang dan masa tebuk dalam pendidihan 12% HCl dikira dalam kertas ini.

Mekanisme pitting yang disebabkan oleh karbida MC primer dalam HCl

Filem pasif 347 dalam asid hidroklorik mendidih adalah tidak stabil (HCl ialah asid penurun). Mekanisme kakisan adalah pembubaran aktif dengan serangan setempat pada kemasukan katodik. Zarah NbC primer adalah mulia berkenaan dengan matriks dan aktif dalam tindak balas evolusi hidrogen (katodik). Arus galvanik antara NbC (katod) dan matriks jiran (anod) menyebabkan perpecahan pantas di sekeliling setiap zarah karbida. Lebih besar isipadu MC primer % semakin tinggi ketumpatan lubang dan lebih banyak tapak katodik. Keagresifan HCl yang tinggi menyebabkan pembiakan cepat lubang dengan pembubaran aktif selepas permulaannya.

Hubungan kuantitatif kandungan niobium, pecahan isipadu MC dan pitting dalam mendidih 12% HCl

Ketumpatan permulaan lubang dan tempoh tebuk telah ditentukan untuk ujian rendaman terkawal 347 tiub dengan tahap niobium yang berbeza (0.05% C,<0.01% Ti, constant) in boiling 12% HCl (108°C, 12 wt% HCl, deaerated) for times up to 250 hours.

Niobium (wt%)Nb:C Nisbah Pecahan Isipadu MC Utama (%)Saiz Zarah MC (µm) Ketumpatan Pit selepas 50 jam (pit/cm²) Kedalaman Pit Maksimum selepas 50 jam (µm) Masa untuk Menembus (1.5 mm dinding, jam) Disyorkan untuk Mendidih 12% HCl Servis 12% (kurang stabil){0.1}2}<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 mempunyai kadar kakisan keseluruhan, tanpa pitting, dalam mendidih 12% HCl kira-kira 2 hingga 5 mm setahun (150 hingga 250 jam sehingga penembusan). Perforasi dipercepatkan dengan faktor 2-5X dengan kehadiran karbida MC primer (mengurangkan masa kepada 20-80 jam).

Keadaan Kadar Kakisan Umum (mm/thn) AloiMasa hingga Tebukan (1.5 mm) Mod Kegagalan Dominan 347, Nb rendah (0.30%)3-4 120-200 Umum + beberapa pitting 347, Nb tinggi (0.80%) 5-8 60-120Perbandingan Pitting Dipercepatkan 316L 10-20 30-60 Kakisan umum
Aloi 20 (Perbandingan) 0.5-1 500-1,500 Titanium Pasif < 0.1 > 10,000 Pasif
Cadangan Praktikal untuk Mendidih HCl S

08 darjah , 347 tidak dinasihatkan untuk sebarang kandungan niobium. Walau bagaimanapun, jika 347 mesti digunakan (cth, untuk kekuatan suhu tinggi di tempat lain dalam sistem), had niobium berikut meminimumkan pecutan pitting.

Masa Servis yang Diingini (jam) Nb Maks (berat%) Pecahan Isipadu MC Utama Maksimum (% )Cadangan untuk Aloi Alternatif
50 0.50 0.10 Tiada (melainkan kegagalan)
100 0.40 0.06 317L or Alloy 20 suggested 200 Not possible N/A Alloy 20 or Alloy 825 >500Tidak Mungkin T/A Titanium atau Aloi C-276
Kesimpulan: 347 dalam Perkhidmatan HCl Mendidih

Untuk 347 sarung pemanas keluli tahan karat dalam mendidih HCl 12% pada 108 darjah , karbida MC primer (NbC) daripada kepekatan niobium serendah 0.40-0.50% bertindak sebagai tapak permulaan pitting, yang memendekkan masa tebuk daripada 150-250 jam (kakisan am) kepada 40-8 jam. Pada tahap niobium yang lebih stabil (0.70-0.90%) yang lebih tinggi, ketumpatan lubang 20-50 pit/sm 2 memendekkan lagi masa kepada penembusan kepada 15-35 jam. 347 tidak boleh digunakan untuk jurutera yang menetapkan pemanas untuk perkhidmatan asid hidroklorik mendidih. Perkhidmatan yang memerlukan rintangan kepada HCl pada suhu tinggi memerlukan Aloi 20 (Carpenter 20), Aloi 825 (Incoloy 825) atau titanium. Kerja ini menyediakan paradigma untuk mengelakkan 347 dalam tetapan asid pengurangan yang keras dengan korelasi antara lebihan niobium dan pecahan isipadu MC karbida primer dan pitting cepat dalam mendidih 12% HCl.