Hoe regelt de volumefractie van primaire MC-carbiden (NbC/TiC) uit overtollig niobium (0,60-0,80 gew.%) in 347 verwarmingsmantelbuizen de dichtheid en perforatietijd van de putinitiatie in 1.000 ppm chloorwater van 80 graden

Chlorideservice overschreden-Stabilisatiestraf voor putweerstand

For sheathed electric heating tubes of 347 stainless steel (Nb-stabilized) in moderate chloride water (1,000 ppm Cl⁻) at 80°C, the excess niobium beyond the stoichiometric requirement for carbon fixation (Nb:C ratio >10:1) leads to the formation of primary MC carbides (NbC) not dissolved during solution annealing. The initial carbides are usually 2-10 m in size and are cathodic sites for pit start. At 0.30-0.40 wt % niobium (Nb:C = 8:1 to 10:1) principal MC volume percentage is 0.04-0.06% and service life >10 jaar. De primaire MC-volumefractie neemt toe tot 0,12-0,20% (overgestabiliseerd (0,60-0,80 gew.% niobium)) De putdichtheid neemt 5-10 keer toe De perforatietijd neemt af tot 2-4 jaar Dit artikel evalueert het verband tussen overtollige Nb, de volumefractie van het primaire MC-carbide, de putinitiatiedichtheid en de perforatietijd in 1000 ppm Cl⁻ water bij 80 graden.

Het mechanisme van putcorrosie, aangedreven door primair MC-carbide

Tijdens het stollen van 347 roestvrij staal worden primaire MC-carbiden (NbC, TiC) gevormd. Vanwege hun hoge elektrische geleidbaarheid en edele oppervlaktekwaliteiten zijn ze kathodisch voor de austenitische matrix. Als het niobiumgehalte hoger is dan ongeveer 0,45-0,50 gew.% (normaal koolstofgehalte is 0,04-0,06%), resulteert elk extra niobium boven de hoeveelheid die nodig is voor volledige stabilisatie in de vorming van meer primaire carbiden. Deze deeltjes zijn niet oplosbaar tijdens het oplossingsgloeien (1050-1100 graden) en worden vastgehouden in de uiteindelijke buis. In chlorideoplossingen nemen deze carbiden bij voorkeur deel aan de kathodische zuurstofreductiereactie en vormen een galvanisch paar dat de anodische oplossing van de omringende matrix bevordert. De dichtheid van de putinitiatie is evenredig met het aantal primaire MC-carbidedeeltjes dat aan het oppervlak wordt blootgesteld.

Correlatie tussen overtollig niobium, MC-volumefractie en pitting-prestaties

Gecontroleerde onderdompelingstests met 347-buizen met verschillende niobiumgehaltes (constante koolstof 0,05-0,06%, titanium<0.01%) in 1,000 ppm Cl- water (pH 7.0, aerated) at 80°C for 5,000 hours have established the following pit initiation densities and perforation times.

Niobium (gew%) Nb:C-verhouding Koolstof (gew%) MC Primaire volumefractie (%) MC Deeltjesgrootte (μm) Pitdichtheid na 5.000 uur (pits/cm2) Maximale putdiepte na 5.000 uur (μm) Tijd tot perforatie (1,5 mm wand, jaren) Aanbevolen voor 80 graden, 1.000 ppm Cl- Onderhoud 0.20 4:1 0.05 0.02-0.03 1-2 0.2-0.5 15-25 10-15 Aanvaardbaar (onder-gestabiliseerd, gevaar voor sensibilisatie)
0.30 6:1 0.05 0.03-0.04 1-2 0.3-0.6 18-28 9-12 Acceptabel 0.35 7:1 0.05 0.04-0.05 1-2 0.5-1.0 20-35 8-11 Acceptabel 0.40 8:1 0.05 0.05-0.06 1-3 0.8-1.5 25-40 6-9 Acceptabel (optimaal saldo) 0.45 9:1 0.05 0.06-0.08 2-4 1-2 30-50 5-7 Marginaal 0.50 10:1 0.05 0.08-0.10 2-5 2-3 40-60 4-5 Niet aanbevolen 0.60 12:1 0.05 0.12-0.15 3-6 4-8 50-80 2.5-4 Nee 0.70 14:1 0.05 0.15-0.18 4-8 8-15 60-100 1.5-2.5 Nee 0.80 16:1 0.05 0.18-0.22 5-10 15-25 80-120 1.2-2 Nee 1.00 20:1 0.05 0.25-0.30 6-12 25-40 100-150 0.8-1.2 Nee
Invloed van de ontlatingstemperatuur van de oplossing op de primaire MC-oplossing

De hogere gloeitemperaturen van de oplossing kunnen de primaire MC-carbiden gedeeltelijk oplossen, maar er bestaat een risico op korrelvergroving en ferrietvorming boven de 1150 graden.

Oplossing Gloeitemperatuur (graad) Primaire MC Volumefractie bij 0,60% Nb (%) MC Deeltjesgrootte (μm) Pitdichtheid (pits/cm2) Aanbevolen 1,050 0.12-0.15 3-6 4-8 Nee 1,080 0.10-0.12 3-5 3-6 Nee 1,100 0.08-0.10 3-4 2-4 Marginaal 1,120 0.06-0.08 2-4 1-3 Acceptabel (maar gevaar voor korrelgroei)
1,150 0.05-0.07 2-3 1-2 Acceptabel (korrelvergroving → lagere kruipsterkte)
347 Praktische aanbevelingen voor chlorideservice

Gewenste levensduur (jaren) Maximaal niobium (gew%) Minimale ontlatingstemperatuur van de oplossing (oC) Maximaal primair MC Vol. Fractie (%)Stabilisatie aanbevolen10 0.40 1,050 0.06 Geen (oplossing annealing)
8-10 0.42 1,060 0.07 Geen 5-8 0.45 1,080 0.08 Geen (stabilisatie vermijden)
3-5 0.50 1,100 (met aanpassing van de korrelgrootte) 0,10 Marginaal<3 >0.50Not recommended >0,10 Upgrade naar 316L of duplex 2205 Primaire MC Carbide-inhoudverificatie

Voor de consumenten die enige putweerstand nodig hebben, zijn er twee manieren om dit te verifiëren. De eerste is SEM-metallografische inspectie van een gepolijste en licht geëtste dwarsdoorsnede. Tel primaire MC-carbiden (hoekig, 2–10 µm) bij 1.000× Acceptatie:<5 particles/mm2 for >Levensduur van 8 jaar