Hoe regelt de volumefractie van primaire MC-carbiden (NbC) in een meer dan-gestabiliseerde 347 verwarmingsmantel (0,70-0,90% Nb) de dichtheid en de perforatietijd van de putinitiatieplaats bij het koken van 12% zoutzuur op 108 graden

De agressieve zure omgeving voor stabiel roestvrij staal

In the case of 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes for aggressive hydrochloric acid service such as in pickling bath heaters for speciality metals, acid regeneration systems or chemical process heaters using HCl, excess niobium (beyond the stoichiometric requirement for carbon stabilisation) is present and results in the formation of primary MC carbides (NbC). These carbides are cathodic to the austenitic matrix and are preferred pitting start sites in boiling 12% HCl at 108°C. Chloride water pitting necessitates the presence of chlorides and oxygen . Hydrochloric acid actively corroded 347. Primary NbC particles increase localised assault. At 0.30-0.50% niobium levels (Nb:C ratio 6:1 to 10:1) primary MC volume percentage is 0.04-0.08%, pit density is modest (1-5 pits/cm2) and perforation duration is 100-200 hours. At over-stabilized values of 0.70-0.90 % Nb (Nb:C >15:1), neemt de primaire MC-volumefractie toe tot 0,15-0,25%, neemt de putdichtheid toe tot 20-50 putjes/cm2 en neemt de perforatietijd af tot 20-50 uur. De correlatie tussen overtollig niobium, volumefractie van primair MC-carbide, putdichtheid en perforatietijd in kokende 12% HCl wordt in dit artikel gekwantificeerd.

Mechanisme van putcorrosie veroorzaakt door primair MC-carbide in HCl

De passieve film van 347 in kokend zoutzuur is onstabiel (HCl is een reducerend zuur). Het corrosiemechanisme is een actieve oplossing met een plaatselijke aanval op de kathodische insluitsels. De primaire NbC-deeltjes zijn edel ten opzichte van de matrix en zijn actief in de waterstofontwikkelingsreactie (kathodisch). De galvanische stroom tussen NbC (kathode) en de aangrenzende matrix (anode) veroorzaakt de snelle desintegratie rond elk carbidedeeltje. Hoe groter het primaire MC-volume%, hoe hoger de putdichtheid en hoe meer kathodische locaties. De hoge agressiviteit van HCl veroorzaakt een snelle voortplanting van putten door actieve oplossing na het ontstaan ​​ervan.

Kwantitatieve relatie van niobiumgehalte, MC-volumefractie en putjes in kokende 12% HCl

De putinitiatiedichtheden en perforatieperioden zijn bepaald voor gecontroleerde immersietests van 347-buizen met verschillende niobiumniveaus (0,05% C,<0.01% Ti, constant) in boiling 12% HCl (108°C, 12 wt% HCl, deaerated) for times up to 250 hours.

Niobium (gew%)Nb:C-verhoudingPrimaire MC-volumefractie (%)MC-deeltjesgrootte (µm) Pitdichtheid na 50 uur (pits/cm²) Maximale putdiepte na 50 uur (µm) Tijd tot perforatie (1,5 mm wand, uren) Aanbevolen voor koken 12% HCl Gebruik 0,10 (onder-gestabiliseerd) 2:1<0.01 <1 0.5-1 50-100 80-150 No (sensitisation risk) 0.30 6:1 0.03-0.04 1-2 1-2 80-120 70-120 No 0.40 8:1 0.05-0.06 1-3 1-3 100-150 60-100 No 0.50 10:1 0.08-0.10 2-4 3-5 120-200 40-80 No (marginal) 0.60 12:1 0.12-0.15 3-5 8-15 150-250 30-50 No 0.70 14:1 0.15-0.18 4-6 15-25 200-350 20-35 No 0.80 16:1 0.18-0.22 4-8 25-40 250-450 15-25 No 0.90 18:1 0.22-0.28 5-10 40-60 300-500 10-20 No 1.00 20:1 0.25-0.30 6-12 50-80 350-600 8-15 No General Corrosion Rate Comparison (Without Pitting Acceleration)

347 heeft een totale corrosiesnelheid, zonder putjes, bij het koken van 12% HCl van ongeveer 2 tot 5 mm per jaar (150 tot 250 uur tot perforatie). De perforatie wordt met een factor 2-5x versneld door de aanwezigheid van primaire MC-carbiden (waardoor de tijd wordt teruggebracht tot 20-80 uur).

Conditie Algemene corrosiesnelheid (mm/jr) Legeringstijd tot perforatie (1,5 mm) Dominante faalmodus 347, lage Nb (0,30%)3-4 120-200 Algemeen + enige putvorming 347, hoge Nb (0,80%) 5-8 60-120Vergelijking Versnelde putvorming 316L 10-20 30-60 Algemene corrosie
Legering 20 (vergelijking) 0.5-1 500-1,500 Passief Titanium < 0,1 > 10.000 Passief
Praktische aanbevelingen voor het koken van HCl S

08 graden, 347 wordt niet aanbevolen voor het niobiumgehalte. Als echter 347 moet worden gebruikt (bijvoorbeeld voor hoge temperatuursterkte elders in het systeem), minimaliseren de volgende niobiumbeperkingen de putversnelling.

Gewenste onderhoudstijd (uur) Max Nb (gew%)Maximale primaire MC-volumefractie (%)Aanbeveling voor een alternatieve legering
50 0.50 0.10 Geen (tenzij fout)
100 0.40 0.06 317L or Alloy 20 suggested 200 Not possible N/A Alloy 20 or Alloy 825 >500Niet mogelijk NVT Titanium of legering C-276
Conclusie: 347 in Kokende HCl-service

Voor 347 roestvrijstalen verwarmingsmantels in kokende 12% HCl bij 108 graden fungeren primaire MC-carbiden (NbC) vanaf niobiumconcentraties zo laag als 0,40-0,50% als startplaatsen voor putvorming, waardoor de perforatietijd wordt verkort van 150-250 uur (algemene corrosie) tot 40-80 uur. Bij hogere niveaus van overgestabiliseerd niobium (0,70-0,90%) verkort de putdichtheid van 20-50 putten/cm2 de tijd tot perforatie nog verder tot 15-35 uur.. 347 mag niet worden gebruikt voor ingenieurs die verwarmingstoestellen voorschrijven voor gebruik met kokend zoutzuur. Voor onderhoud dat bestand is tegen HCl bij verhoogde temperaturen is legering 20 (timmerman 20), legering 825 (incoloy 825) of titanium vereist. Dit werk biedt een paradigma voor het vermijden van 347 bij hard reducerende zuurinstellingen door de correlatie tussen overmaat niobium en primaire MC-carbidevolumefractie en snelle putvorming in kokende 12% HCl.