La ce combinație specifică de concentrație și temperatură de acid sulfuric necesită o înveliș de 2,0 milimetri din oțel inoxidabil 316 scăderea sub 5 wați pe centimetru pătrat pentru a preveni coroziunea activă în băile de decapare a metalelor?

Inginerii de proces care construiesc încălzitoare electrice cu imersie pentru băile de decapare a metalelor în fabricile de oțel și în industriile de fabricare a metalelor se confruntă cu una dintre cele mai dure condiții pentru mantale din oțel inoxidabil 316 atunci când se confruntă cu acid sulfuric la temperaturi extreme. Băile de decapare sunt utilizate în mod obișnuit la temperaturi de 60 până la 90 de grade și concentrații de acid sulfuric de 10 până la 25%, adesea cu săruri de fier dizolvate, ceea ce complică și mai mult comportamentul la coroziune. O grosime a peretelui de 2,0 mm este adesea aleasă pentru a permite coroziunea și pentru a oferi rezistență mecanică la turbulențele băii și contactul cu piesa de prelucrat. Cu toate acestea, funcționarea la densități normale de 8-12 W/cm2 face ca temperatura suprafeței tecii să fie cu 20-40oC mai mare decât temperatura băii în vrac, ceea ce poate duce la intrarea tecii în regim de coroziune activă cu viteze de coroziune mai mari de 5 mm pe an. În această lucrare, identificăm combinațiile aplicabile de temperatură-concentrație pentru care o manta de 2,0 mm 316 trebuie redusă sub 5 W/cm2 pentru a rămâne în regimul de coroziune pasivă.

Oțel inoxidabil 316 în acid sulfuric: tranziția de la pasiv la activ
Articolul 30 prevede că, în acidul sulfuric, tranziția pasivă-activă a oțelului inoxidabil 316 depinde în mare măsură de temperatură și concentrație . Ratele de coroziune sunt < 0,2 mm yr−1 în regim pasiv. În regimul activ ratele sunt de 5-20 mm pe an. Limita de tranziție a condițiilor băii de decapare urmează o anumită curbă. Temperatura de tranziție pentru 10 la sută. acidul sulfuric este de aproximativ 55 de grade C. La 15% este o tranziție de 45 de grade. La 20% scade la 38 de grade. Se ridică până la 32 de grade . - 25%. Pentru un încălzitor într-o baie în vrac la 70 de grade cu acid sulfuric 15%, starea în vrac este deja peste temperatura de tranziție de 45 de grade - baia este activ corozivă la 316 fără flux de căldură. 316 nu este adecvată în aceste circumstanțe, indiferent de grosimea peretelui sau densitatea în wați. Cu toate acestea, multe băi de decapare se află în zona de tranziție în care condițiile de volum sunt pasive, dar temperatura crescută a suprafeței tecii, datorită fluxului de căldură, împinge teaca în regimul activ. Creșterea temperaturii de la volum la suprafața învelișului este de aproximativ 25-30 de grade pentru o manta de 2,0 mm la 10 W/cm². O baie în vrac la 40 de grade cu 15% acid (pasiv) are ca rezultat o temperatură a suprafeței învelișului de 65-70 de grade, care depășește tranziția de 45 de grade, astfel încât coroziunea activă are loc la suprafața învelișului, în ciuda faptului că baia în vrac este pasivă.

Praguri critice de derating 2,0 milimetri teaca
Nevoile de reducere a gradului de la testarea coroziunii a 316 probe, la temperaturi și concentrații relevante pentru băile de decapare, sunt după cum urmează. Teaca cu perete de 2,0 mm. Valorile reprezintă densitatea maximă în wați care menține temperatura suprafeței învelișului cu cel puțin 5 grade sub temperatura de tranziție pasivă-activă pentru concentrația în vrac dată.

Concentrație de acid sulfuric în vrac Temperatura băii în vrac Pasiv-Temperatura de tranziție activă la această concentrație Temperatura maximă a suprafeței învelișului (tranziție – marjă de siguranță de 5 grade)Max. Densitatea de wați admisă pentru 2,0 mm. Înveliș Acțiune recomandată 10% 30 grade 55 grade 50 grade 12 W/cm² Sigur la densitate standard de wați
10% 40 grade 55 grade 50 grade 6 W/cm² Deratare 10% 45 grade 55 grade 50 grade 3 W/cm2 Marginal; Luați în considerare îmbunătățirea aliajului 10% Peste 48 grade 55 grade 50 grade Nu este posibil Titan sau aliaj 20
15% 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 Sigur la densitate moderată de wați
15% 30 de grade 45 de grade 40 de grade 6 W/cm² Degradarea necesară
15% 35 grade 45 grade 40 grade 2 W/cm2 Nu este practic modificarea aliajului
15% Peste 38 de grade 45 de grade 40 de grade Nu este posibil 316 nu este practic
20% 20 grade 38 grade 33 grade 8 W/cm² Sigur la densitate redusă de wați
20% 25C 38C 33C 4 W/cm2 Derating major 20% Peste 28C 38C 33C Nu este posibil 316 nepotrivit
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25% > 25 grade 32 grade 27 grade Nu este posibil Utilizați aliaj 20 sau titan
Pentru o baie tipică de decapare la 15% acid sulfuric și o temperatură în vrac de 35 de grade, mantaua 316 de 2,0 mm trebuie să fie la sau sub 2 W/cm2 pentru a preveni coroziunea activă. La această densitate de wați, încălzitorul ar fi un încălzitor de lungă durată, pentru cerințele medii de putere de 10-20 kW. Deci 316 nu este potrivit pentru acest serviciu. Inginerii ar trebui să ia în considerare utilizarea aliajului 20 (Carpenter 20) sau aliajului 825, ambele având temperaturi de tranziție pasiv-activă cu 30-50 de grade mai mari decât 316 în acid sulfuric.

Modificări de proiectare pentru a preveni coroziunea activă fără reducere
Dacă condițiile băii de decapare sunt apropiate de limita de tranziție și o manta de 2,0 mm 316 este deja instalată sau este necesară, trei ajustări de proiectare pot evita coroziunea activă fără a scădea densitatea de wați sub limitele practice. Primul este de a îmbunătăți circulația acidului pe suprafața de încălzire. Fluxul turbulent cu o viteză de 1–2 m/s scade creșterea temperaturii suprafeței învelișului de la 25–30 la 10–15 grade, ceea ce poate împiedica învelișul să atingă punctul de tranziție. A doua modificare este adăugarea unui agent oxidant în baie. Adăugările mici de ioni ferici sau de peroxid de hidrogen pot schimba tranziția pasivă-activă la temperaturi mai ridicate cu 10-20 de grade C, revenind la un comportament pasiv. A treia modificare este designul încălzitorului cu densitate dublă-watt, care are o densitate de putere mai mică în partea inferioară a băii cu cele mai mari temperaturi din cauza stratificării . Pentru majoritatea aplicațiilor de baie de decapare, soluția de inginerie este de a trece de la 316 la un aliaj mai rezistent. De obicei, diferența de cost între o teacă 316 de 2,0 mm și o teacă Alloy 20 de aceeași dimensiune este de 30-50%, dar durata de viață se îmbunătățește de la luni la 5-10 ani. La specificarea încălzitoarelor pentru băile de decapare, inginerii ar trebui să furnizeze furnizorului compoziția completă a băii, domeniul de temperatură și gradul de turbulență anticipat. Dacă producătorul recomandă 316 pentru acid sulfuric 15% la 50 de grade și nu vorbește despre derating sau despre posibilitatea de coroziune activă, nu oferă sfaturi competente. Trecerea de la coroziunea pasivă la cea activă a acidului sulfuric este rapidă și nemiloasă. O teacă de 2,0 mm care pierde 5 mm/an în coroziune activă se va perfora în mai puțin de 5 luni. Derating<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.