Bagaimanakah Pecahan Isipadu Zarah Karbonitrida Nb(C,N) Utama dalam Tiub Sarung Pemanas 347 Mengawal Ketumpatan Tapak Permulaan Pitting dalam-Klorin Tinggi (2 ppm Cl₂) Air Laut pada 40 darjah

Kemasukan Kompleks sebagai Tapak Nukleasi Utama Vat Pit dalam Keadaan Pengoksidaan

Zarah niobium karbonitrida (Nb(C,N)) kompleks ialah tapak utama untuk pengadukan dalam tiub pemanas elektrik bersalut keluli tahan karat 347 (Nb-stabil) dalam air laut berklorin (2 ppm baki klorin, 20,000 ppm Cl−) pada 40 darjah, sistem penyahpanasan, penyahpanasan pantai 40 darjah penukar haba. Tidak seperti kemasukan MnS (yang larut dalam keadaan berklorin) atau Al2O3 (yang lengai), zarah Nb(C,N) adalah separa-konduktor dan boleh menjadi katodik kepada matriks 347 seperti TiN dalam 316L. Ketumpatan permulaan lubang adalah berkadar terus dengan pecahan isipadu Nb(C,N) (ditentukan oleh kandungan niobium, karbon dan nitrogen). Untuk pecahan isipadu Nb(C,N).<0.02-0.05% (Nb:C+N ratio <8:1, excellent stabilisation) pit densities are low (<0.5 pits/cm2) and service life is >10 years. At Nb(C,N) >0.10-0.15% (excess niobium or excessive nitrogen) pit densities are >10-20 pit/cm2 dan perforasi dalam tempoh 2-3 tahun. Dalam artikel ini, pautan antara pecahan isipadu Nb(C,N), ketumpatan permulaan pit dan hayat perkhidmatan dalam air laut berklorin pada 40 darjah dikira.

Mekanisme Nb(C,N)-Digalakkan Pitting dalam Air Laut Berklorin

Niobium karbonitrida (Nb(C,N)) ialah bahan kubik berpusat muka (FCC) dengan kekonduksian elektrik yang sangat baik dan matriks katodik kepada austenit. Dalam air masin berklorin (potensi pengoksidaan tinggi disebabkan oleh Cl2), tindak balas katodik (pengurangan oksigen dan pengurangan klorin) berlaku dengan cekap pada permukaan Nb(C,N), membentuk pasangan galvanik yang menyebabkan pembubaran anodik bagi matriks 347 berdekatan. Berbanding dengan MnS yang larut, Nb(C,N) adalah stabil dan terus memacu arus galvanik. Ketumpatan permulaan pit berkait secara langsung dengan bilangan zarah Nb(C,N) di permukaan.

Korelasi Kuantitatif antara Pecahan Isipadu Nb(C, N) dan Ketumpatan Pitting

Ujian rendaman terkawal bagi 347 tiub (0.08% C, 0.06% N) dengan kandungan niobium yang berbeza (untuk menukar pecahan isipadu Nb(C,N)) dalam air laut sintetik berklorin (2 ppm Cl 2, 20,000 ppm Cl-) pada 40 darjah untuk 5,000 jam untuk permulaan 5,000.

Kandungan Niobium (berat%) Karbon (berat%) Nitrogen (berat%) Nb(C,N) Pecahan Isipadu (%) Nb(C,N) Saiz Zarah (µm) Ketumpatan Pit selepas 5,000j (pit/cm2) Kedalaman Lubang Maksimum (µm) Masa hingga Tebuk (dinding 1.5 mm, tahun) Disyorkan untuk Servis Air Laut 40 mm.<0.05 (No Nb) 0.08 0.06 <0.01 <1 <0.1 <10 >15 Ya (tetapi tidak stabil)
0.20 0.06 0.05 0.02-0.04 1-2 0.2-0.5 10-20 10-15 Yes 0.30 0.06 0.06 0.04-0.06 1-3 0.5-1 15-30 8-12 Acceptable 0.40 0.06 0.06 0.06-0.08 2-4 1-2 25-40 5-8 Marginal 0.50 0.06 0.06 0.08-0.12 2-5 2-5 40-60 3-5 Not recommended 0.60 0.06 0.06 0.12-0.15 3-6 5-10 50-80 2-3 No 0.80 0.06 0.06 0.15-0.20 4-8 10-20 70-100 1.5-2 No >1.00 >0.06 >0.06 >0.20 >5 >20 >100 <1.5 No
Morfologi Nb(C,N) yang Dipengaruhi oleh Rawatan Haba Penstabilan

Anil penstabilan (850-900 darjah ) menyebabkan pemendakan zarah Nb(C,N) yang lebih halus dan kerap, yang mungkin meningkatkan ketumpatan lubang jika niobium berlebihan.

Rawatan Haba Nb(C,N) Saiz Zarah (nm) Nb(C,N) Pecahan Isipadu (%) Ketumpatan Pit (pit/cm2, 0.50% Nb) Disyorkan untuk Air Laut Berklorin
Penyepuhlindapan penyelesaian sahaja (1,050 darjah , WQ) 500-2,000 nm 0.08-0.12 2-5 Penstabilan Boleh Diterima 850 darjah , 2j 50-200 nm 0.10-0.15 5-10Tidak digalakkan (lebih banyak lubang, zarah yang lebih halus)
Penstabilan 900 darjah , 4j 100-300 nm 0.10-0.15 3-8 Tidak disyorkan (lebih banyak lubang)
Seperti-dilukis, tiada penstabilan 500-3,000 nm 0.06-0.10 1-3 Boleh diterima
Cadangan praktikal untuk 347 dalam air laut, berklorin

Untuk 347 pemanas bersarung dalam air masin berklorin pada 40 darjah , niobium dan parameter penstabilan berikut meminimumkan pitting teraruh Nb(C,N):

Hayat Perkhidmatan yang Diingini (tahun) Maksimum Nb(C,N) Pecahan Isipadu (%) Maks. Niobium (berat%) Karbon dan Nitrogen Minimum (% berat) Disyorkan Penstabilan10<0.04 0.30 0.10 None (solution anneal only) 
5-10 <0.06 0.40 0.12 None 3-5 <0.08 0.45 0.12 None (avoid stabilisers)
2-3 Not acceptable >0.50 Sebarang Naik taraf kepada dupleks atau 316L
Kesimpulan: Kawalan Nb(C,N) untuk rintangan pitting

We have identified the initiation sites for pitting of 347 stainless steel heater sheaths exposed to chlorinated seawater (2 ppm Cl2, 20,000 ppm Cl-) at 40°C as particles of niobium carbonitride (Nb(C,N)). Volume fractions exceeding 0.06-0.08% (Nb >0.40-0.45%) result in pit densities >2-5 pit/sm 2 dan mengurangkan hayat perkhidmatan kepada 3-5 tahun. Jurutera yang menetapkan 347 sarung untuk perkhidmatan berklorin marin mesti mengehadkan niobium kepada 0.30-0.40% dan menghalang penyepuhlindapan penstabilan (yang memendakan Nb(C,N) halus). Rintangan pitting tertinggi dalam air laut berklorin ialah 316L atau dupleks 2205 berbanding 347. Metodologi yang dicadangkan di sini menghubungkan peratusan isipadu Nb(C,N) kepada ketumpatan lubang dan masa tebuk. Pembeli boleh menentukan 347 kimia yang meminimumkan pitting akibat kemasukan dalam persekitaran marin yang mengoksida.