Cum controlează fracția de volum a carburilor primare după recoacerea cu soluție la 1.050 de grade a tubului de înveliș al încălzitorului 316 Rezistența la coroziune intergranulară în acid azotic la fierbere

Parametrul de dizolvare a carburilor pentru conformitatea cu practica C ASTM A262

Pentru tuburile electrice de încălzire învelite cu oțel inoxidabil 316 utilizate în serviciul de oxidare a acidului (de exemplu, încălzitoare cu acid azotic în aplicații de prelucrare chimică sau baie de decapare), fracția de volum a carburilor primare (în principal M23C6 și MC) rămasă în microstructură este o funcție a temperaturii și a timpului de recoacere a soluției. Carburele pot fi dizolvate complet numai prin tratamente de recoacere cu soluție la temperaturi care depășesc 1.040 de grade și prin răcire rapidă. Fracția de volum de echilibru a carburilor primare în standardul 316 (0,08%C) la 1050 de grade este de aproximativ 0,3-0,5% pentru rețineri scurte (10-15 min) și scade sub 0,1% după 60 de minute. Cu toate acestea, defalcarea parțială a carburilor produce zone sărăcite în crom în jurul carburilor reziduale care sunt predispuse la atacul intergranular (IGA) în acidul azotic la fierbere. Fracția de volum maximă de carburi primare permisă să treacă ASTM A262 Practica C (testul de fierbere a acidului azotic 65% sau testul Huey) este de aproximativ 0,2%. În această lucrare, este cuantificată legătura dintre parametrii de recoacere a soluției, fracția de volum de carbură primară și rata de coroziune intergranulară.

Mecanismul de atac intergranular al carburilor reziduale

În 316, carburile primare sunt faze bogate în crom (Cr₂₃C₆ are aproximativ 90% crom în greutate). În timpul recoacerii soluției la 1.050 de grade, carburile se dizolvă treptat și eliberează crom în matricea de austenită. Dacă răcirea de la temperatura de recoacere nu este suficient de rapidă, carburile se reprecipită la limitele granulelor la răcire prin intervalul de sensibilizare (450-850 grade ). Cu toate acestea, testul Huey este conceput în special pentru a detecta carburile reziduale care nu s-au dizolvat în timpul recoacerii cu soluție și orice carburi care s-au reprecipitat. La interfața dintre o carbură rămasă și matricea de austenită, conținutul de crom este redus (local sub 12 % Cr) și se formează o celulă galvanică în acidul azotic puternic oxidant. Austenita înconjurătoare atacă de preferință carbura care se dizolvă provocând căderea carburii lăsând o groapă sau un șanț. Fracția de volum a carburilor primare nedizolvate este legată de pierderea de masă în testul Huey.

Relația cantitativă dintre rata de coroziune a testului Huey și fracția de volum de carbură

Testarea sistematică a tubului 316 la 1.050 de grade cu diferite perioade de recoacere a soluției, urmată de stingerea cu apă și testarea conform ASTM A262 Practica C (cinci cicluri de 48 de ore la fierbere 65% HNO₃) a stabilit următoarea relație:

Timp de recoacere a soluției la 1050 de grade (min.) Fracție de volum de carbură primară (%) Test Huey Rata de coroziune (mm/an, medie de 5 cicluri) ASTM A262 Practică C Rezultat Recomandat pentru fierbere acid azotic Serviciu 5 (incomplet) 0.8-1.2 1.5-2.5 Eșec (IGA severă) Nu Eșec (IGA severă) Nu (IGA) (IGA severă) Nu 0.2-0.4 0.4-0.8 Marginal (limită de trecere/eșec) Nerecomandat 15-20 0.15-0.25 0.25-0.45 Trecut (bine) Da 20-30 0.10-0.20 0.20-0.35 Trecut (bine) Da 30-45 0.05-0.12 0.15-0.25 Trecut (excelent) Cel mai bun pentru viață prelungităRecomandat45-600.02-0.080.10-0.20Reușit (bine)60<0.02 (grain growth) 0.08-0.15 Pass (but danger of grain coarsening) Acceptable with management of grain size
Efectul conținutului de carbon asupra timpului de recoacere necesar

Standardul 316 (0,08% C max) necesită durate de recoacere mai lungi pentru a dizolva carburile decât 316L (0,03% C max). Tabelul 2 Perioade minime recomandate de recoacere a soluției la 1.050 de grade pentru conținuturi variate de carbon

Conținut de carbon (% în greutate) Timp minim de recoacere la 1.050 de grade pentru fracția de volum de carbură<0.2% (min)Recommended Time for Huey Test Pass (minutes) Water Quench?5 10 Yes
0,020-0,030(316L)10 15 Da 0.030-0.040 15 20 Da 0.040-0.050 20 25-30 Da 0.050-0.060 25 30-35 Da 0,060-0,080 (standard 316) 30 40-50 Da
Specificații practice de recoacere pentru serviciul cu acid azotic

Parametrii de recoacere a soluției recomandați pentru încălzitoarele cu manta 316 pentru funcționare în fierbere cu acid azotic sau alți acizi puternic oxidanți sunt următorii.

Severitatea serviciului Aliaj recomandat Soluție minimă Temperatura de recoacere (grade) Timp minim de recoacere (minute) Metoda de răcire Test de acceptare
HNO₃ intermitent, diluat (<20%) 316L 1040 15 Water quench ASTM A262 Practice A (step structure)
Continuu 20-50% HNO3 316L 1,050 20-30 stingere cu apă ASTM A262 Practică C (0,5 mm/an)
Constant, 50-65% HNO₃ 316L (scăzut de carbon) 1.050-1,060 30-45 stingere cu apă ASTM A262 Practica C (<0.3 mm/year)
65% HNO₃ (mediu de testare Huey) Fierbere 304L sau 316L foarte scăzut de carbon 1,060 45-60 Stingere cu apă ASTM A262 Practica C (<0.2 mm/year)
Dizolvarea carburilor și validarea câmpului de rezistență IGA

Studiul metalografic după gravarea cu acid oxalic electrolitic (ASTM A262 Practica A) arată microstructura încălzitoarelor care au eșuat în funcționarea acidului azotic. Structura „în trepte” (limite netede ale granulelor, fără șanțuri) sugerează că dizolvarea carburilor și rezistența la IGA sunt satisfăcătoare. O structură de „șanț” (gravarea gropilor la granițele granulelor) sugerează sensibilizarea sau carburile reziduale și prezice eșecul testului Huey. ASTM A262 Practica E (test cu-sulfat de cupru-acid sulfuric) este un test simplu de screening pentru verificarea tubulaturii de intrare. Este mai sensibil la sensibilizare decât la carburile primare, dar este totuși util. Testul decisiv este testul Huey propriu-zis ( Practica C ). Cu toate acestea, durează 10-15 zile pentru a termina.

Concluzie: Definiția dizolvării complete a carburilor pentru serviciul de acid azotic

Pentru încălzitoarele cu carcasă din oțel inoxidabil 316 în serviciu cu acid azotic la fierbere, fracția de volum a carburilor primare rămase după recoacere cu soluție trebuie să fie mai mică de 0,2% pentru a îndeplini ASTM A262 Practica C și pentru a oferi rezistență adecvată la coroziune intergranulară. pentru a face asta. 316 obișnuit (0,08% C) necesită recoacere la 1050 de grade timp de 40 până la 50 de minute, iar stingerea cu apă. 316L (0,03% C) durează 15-20 de minute. Inginerii care specifică 316 teci pentru sarcina cu acid oxidant ar trebui să aibă nevoie de confirmarea parametrilor de recoacere a soluției (temperatura, durata, metoda de călire) și, pentru aplicații importante, rezultatele testelor ASTM A262 Practica C cu rata maximă de coroziune indicată (de exemplu, 0,3 mm/an). Cadrul dezvoltat aici leagă fracțiunea de volum de carbură primară de ratele de coroziune măsurabile ale testului Huey, permițând cumpărătorilor să specifice practicile de recoacere a soluțiilor care dezvoltă microstructuri fără carburi care sunt rezistente la atacul intergranular în mediile cele mai agresive de acid azotic.