Cum controlează fracția de volum a particulelor primare de carbonitrură de Nb(C,N) din tubul de înveliș al încălzitorului 347 densitatea locului de inițiere a zâmbitului în apă de mare cu clor ridicat (2 ppm Cl₂) la 40 de grade

Includerea complexului ca situl major de nuclee a gropii cuvei în condiții de oxidare

Particulele complexe de carbonitrură de niobiu (Nb(C,N)) sunt principalele locuri de inițiere a piturilor în tuburi de încălzire electrice învelite din oțel inoxidabil 347 (Nb-stabilizate) în apă de mare clorurată (2 ppm clor rezidual, 20.000 ppm Cl−) la 40 de grade, sisteme tipice de răcire a centralei electrice de desalina, instalații electrice de desalină. sau schimbătoare de căldură marine. Spre deosebire de incluziunile de MnS (care se dizolvă în condiții clorurate) sau Al2O3 (care sunt inerte), particulele de Nb(C,N) sunt semiconductoare și pot fi catodice pentru matricea 347 ca TiN în 316L. Densitatea de inițiere a gropii este direct proporțională cu fracția volumică de Nb(C,N) (determinată de conținutul de niobiu, carbon și azot). Pentru fracții de volum 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 gropi/cm2 și perforare în 2-3 ani. În acest articol, este cuantificată legătura dintre fracția de volum Nb(C,N), densitatea de inițiere a gropii și durata de viață în apa de mare clorurată la 40 de grade.

Mecanismul de pitting promovat de Nb(C,N)-în apa de mare clorinată

Carbonitrura de niobiu (Nb(C,N)) este un material cubic centrat pe față (FCC) cu o conductivitate electrică excelentă și o matrice catodă până la austenitică. În apa sărată cu clor (potențial de oxidare ridicat datorită Cl2), reacția catodică (reducerea oxigenului și reducerea clorului) are loc eficient pe suprafețele Nb(C,N), formând un cuplu galvanic care provoacă dizolvarea anodică a matricei 347 din apropiere. Spre deosebire de MnS care se dizolvă, Nb(C,N) este stabil și continuă să conducă curentul galvanic. Densitatea de inițiere a gropii este direct legată de numărul de particule Nb(C,N) de pe suprafață.

Corelația cantitativă între fracția de volum Nb(C, N) și densitatea pitting

Testarea de imersie controlată a tuburilor 347 (0,08% C, 0,06% N) cu diferite conținuturi de niobiu (pentru a schimba fracția de volum Nb(C,N)) în apă de mare sintetică clorurata (2 ppm Cl2, 20.000 ppm Cl-) la 40 de grade timp de 5 ore a stabilit următoarele inițieri, timp de 500 de ore.

Conținut de niobiu (gr.%) Carbon (gr.%) Azot (gr.%) Nb(C,N) Fracție de volum (%) Nb(C,N) Dimensiunea particulelor (µm) Densitatea gropii după 5.000h (săpi/cm2) Adâncimea maximă a gropii (µm) Timp până la perforare (1,5 mm perete, ani) Grad de service recomandat pentru clor40<0.05 (No Nb) 0.08 0.06 <0.01 <1 <0.1 <10 >15 Da (dar nu stabilizat)
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
Morfologia Nb(C,N) influențată de tratamentul termic de stabilizare

O recoacere de stabilizare (850-900 grade) determină precipitarea particulelor de Nb(C,N) mai fine și mai frecvente, care ar putea crește densitatea gropii dacă niobiul este în exces.

Tratament termic Nb(C,N) Dimensiunea particulelor (nm) Nb(C,N) Fracție de volum (%) Densitatea gropii (gropi/cm2, 0,50% Nb) Recomandat pentru apa de mare clorinată
Numai recoacere cu soluție (1.050 grade , WQ) 500-2.000 nm 0.08-0.12 2-5 Stabilizare acceptabilă 850 grade , 2h 50-200 nm 0.10-0.15 5-10Nerecomandat (mai multe gropi, particule mai fine)
Stabilizare 900 grade , 4h 100-300 nm 0.10-0.15 3-8 Nerecomandat (mai multe gropi)
Așa cum-desenat, fără stabilizare 500-3.000 nm 0.06-0.10 1-3 Acceptabil
Recomandări practice pentru 347 în apă de mare, clorură

Pentru 347 de încălzitoare învelite în apă sărată clorurată la 40 de grade, următorii parametri de niobiu și de stabilizare minimizează pitting indus de Nb(C,N):

Durata de viață dorită (ani) Maxim Nb(C,N) Fracție de volum (%) Max. Niobiu (% în greutate) Carbon și azot minim (% în greutate) Stabilizare recomandată10<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 Orice Upgrade la duplex sau 316L
Concluzie: Controlul Nb(C,N) pentru rezistența la 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 gropi/cm2 și reduceți durata de viață la 3-5 ani. Inginerii care specifică 347 de teci pentru serviciul cu clor marin trebuie să limiteze niobiul la 0,30-0,40% și să prevină recoacerea de stabilizare (care precipită Nb(C,N) fin). Cea mai mare rezistență la pitting în apa de mare clorurată este 316L sau duplex 2205, mai degrabă decât 347. Metodologia propusă aici leagă procentul de volum Nb(C,N) de densitatea gropii și timpul de perforare. Cumpărătorii pot specifica 347 chimie care minimizează pitting-ul indus de incluziune în mediile marine oxidante.