Hoe regelt de volumefractie van primaire carbiden na gloeien in een oplossing van 1050 graden van 316 verwarmingsmantelbuizen de weerstand tegen intergranulaire corrosie bij kokend salpeterzuur?

De carbide-oplosparameter voor conformiteit met ASTM A262-praktijk C

Voor elektrische verwarmingsbuizen omhuld met roestvrij staal 316 die worden gebruikt bij het gebruik van oxiderende zuren (bijv. salpeterzuurverwarmers bij chemische verwerking of beitsbadtoepassingen), is de volumefractie van primaire carbiden (voornamelijk M23C6 en MC) die in de microstructuur achterblijven een functie van de ontlatingstemperatuur en -tijd van de oplossing. De carbiden kunnen alleen volledig worden opgelost door oplossingsgloeiende behandelingen bij temperaturen boven de 1040 graden en door snelle afkoeling. De evenwichtsvolumefractie van primaire carbiden in standaard 316 (0,08% C) bij 1050 graden is ongeveer 0,3-0,5% voor korte wachttijden (10-15 min) en daalt na 60 minuten onder de 0,1%. Gedeeltelijke afbraak van carbiden produceert echter chroomarme zones rond resterende carbiden die gevoelig zijn voor intergranulaire aantasting (IGA) in kokend salpeterzuur. De maximale volumefractie van primaire carbiden die ASTM A262 Praktijk C (de 65% kokend salpeterzuurtest of Huey-test) mag doorstaan, is ongeveer 0,2%. In dit artikel wordt het verband tussen oplossingsgloeiende parameters, de volumefractie van het primaire carbide en de intergranulaire corrosiesnelheid gekwantificeerd.

Mechanisme van intergranulaire aanval door resterende carbiden

In 316 zijn de primaire carbiden chroom-rijke fasen (Cr₂₃C₆ bevat ruwweg 90 gewichtsprocent chroom). Tijdens oplossingsgloeien bij 1050 graden lossen carbiden geleidelijk op en geven chroom af aan de austenietmatrix. Als de afkoeling vanaf de gloeitemperatuur niet voldoende snel is, slaan de carbiden opnieuw neer bij de korrelgrenzen bij afkoeling binnen het sensibiliseringsbereik (450-850 graden). De Huey-test is echter in het bijzonder bedoeld om resterende carbiden te detecteren die niet zijn opgelost tijdens het oplossingsgloeien, en eventuele carbiden die opnieuw zijn neergeslagen. Op het grensvlak van een restant carbide en de austenietmatrix wordt het chroomgehalte verlaagd (lokaal onder de 12% Cr) en wordt een galvanische cel gevormd in het sterk oxiderende salpeterzuur. Het omringende austeniet valt bij voorkeur het carbide aan, dat oplost, waardoor het carbide eruit valt en een put of greppel achterlaat. De volumefractie van onopgeloste primaire carbiden is gerelateerd aan het massaverlies in de Huey-test.

Kwantitatieve relatie tussen de corrosiesnelheid van de Huey-test en de carbidevolumefractie

Systematisch testen van 316-buizen bij 1050 graden met variërende gloeiperioden van de oplossing, gevolgd door afschrikken met water en testen volgens ASTM A262 Praktijk C (vijf cycli van 48 uur in kokend 65% HNO₃) heeft het volgende verband aangetoond:

Oplossing gloeitijd bij 1050 graden (min.) Primaire carbidevolumefractie (%) Huey-test Corrosiesnelheid (mm/jaar, gemiddelde van 5 cycli) ASTM A262 Praktijk C Resultaat Aanbevolen voor koken van salpeterzuur Service 5 (onvolledig) 0.8-1.2 1.5-2.5 Mislukt (ernstige IGA) Nee 5-10 0.4-0.8 0.8-1.5 Mislukt (IGA) Nee 10-15 (normaal minimum) 0.2-0.4 0.4-0.8 Marginaal (geslaagd/mislukt) borderline)Niet aanbevolen 15-20 0.15-0.25 0.25-0.45 Geslaagd (oké) Ja 20-30 0.10-0.20 0.20-0.35 Geslaagd (goed) Ja 30-45 0.05-0.12 0.15-0.25 Geslaagd (geweldig)Beste voor langere levensduurAanbevolen45-600.02-0.080.10-0.20Geslaagd (goed)60<0.02 (grain growth) 0.08-0.15 Pass (but danger of grain coarsening) Acceptable with management of grain size
Effect van het koolstofgehalte op de vereiste gloeitijd

Standaard 316 (0,08% C max) vereist een langere gloeiduur om carbiden op te lossen dan 316L (0,03% C max). Tabel 2 Aanbevolen minimale gloeiperioden van de oplossing bij 1050 graden voor gevarieerde koolstofgehalten

Koolstofgehalte (gew.%) Minimale gloeitijd bij 1050 graden voor carbidevolumefractie<0.2% (min)Recommended Time for Huey Test Pass (minutes) Water Quench?5 10 Yes
0,020-0,030(316L)10 15 Ja 0.030-0.040 15 20 Ja 0.040-0.050 20 25-30 Ja 0.050-0.060 25 30-35 Ja 0,060-0,080 (standaard 316) 30 40-50 Ja
Praktische gloeispecificaties voor salpeterzuurservice

Aanbevolen oplossingsgloeiparameters voor 316 omhulde verwarmingstoestellen voor gebruik in kokend salpeterzuur of andere ernstig oxiderende zuren zijn als volgt.

Onderhoudsgraad Aanbevolen legering Minimale oplossing Gloeitemperatuur (graden) Minimale gloeitijd (minuten) Afkoelmethode Acceptatietest
Intermitterend, verdund HNO₃ (<20%) 316L 1040 15 Water quench ASTM A262 Practice A (step structure)
Continu 20-50% HNO3 316L 1,050 20-30 Waterdoving ASTM A262 Praktijk C (0,5 mm/jaar)
Constant, 50-65% HNO₃ 316L (koolstofarm) 1.050-1,060 30-45 Waterdoving ASTM A262 Praktijk C (<0.3 mm/year)
65% HNO₃ (Huey-testomgeving) Koken 304L of 316L extra koolstofarm 1,060 45-60 Waterdoving ASTM A262 Praktijk C (<0.2 mm/year)
Carbide-oplossing en IGA-weerstandsveldvalidatie

Metallografisch onderzoek na etsen met elektrolytisch oxaalzuur (ASTM A262 Praktijk A) toont de microstructuur van verwarmingstoestellen die falen bij gebruik van salpeterzuur. De "stap"-structuur (gladde korrelgrenzen, geen greppels) suggereert dat de oplossing van het carbide en de IGA-weerstand bevredigend zijn. Een 'sloot'-structuur (etsputten bij korrelgrenzen) suggereert sensibilisatie of resterende carbiden en voorspelt falen in de Huey-test. ASTM A262 Praktijk E (koper-kopersulfaat-zwavelzuurtest) is een eenvoudige screeningtest voor de verificatie van binnenkomende slangen. Het is gevoeliger voor sensibilisatie dan voor primaire carbiden, maar is nog steeds nuttig. De beslissende test is de daadwerkelijke Huey-test (praktijk C). Het duurt echter 10-15 dagen voordat het klaar is.

Conclusie: Definitie van volledige oplossing van carbide voor gebruik met salpeterzuur

Voor verwarmers met roestvrij staal 316 die in kokend salpeterzuur worden gebruikt, moet de volumefractie van de primaire carbiden die achterblijven na oplossingsgloeien minder dan 0,2% zijn om te voldoen aan ASTM A262 Praktijk C en voldoende weerstand tegen intergranulaire corrosie te bieden. om dit te doen. Normaal 316 (0,08% C) vereist uitgloeien bij 1050 graden gedurende 40 tot 50 minuten en het afschrikken met water. 316L (0,03% C) duurt 15-20 minuten. Ingenieurs die 316 omhulsels specificeren voor oxiderende zuurbelasting moeten bevestiging nodig hebben van de oplossingsgloeiende parameters (temperatuur, duur, afschrikmethode) en, voor belangrijke toepassingen, ASTM A262 Praktijk C-testresultaten met aangegeven maximale corrosiesnelheid (bijv. 0,3 mm/jaar). Het hier ontwikkelde raamwerk koppelt de volumefractie van het primaire carbide aan meetbare Huey-testcorrosiesnelheden, waardoor kopers oplossingsgloeipraktijken kunnen specificeren die carbidevrije microstructuren ontwikkelen die bestand zijn tegen intergranulaire aantasting in de meest agressieve salpeterzuuromgevingen.