Hur kontrollerar volymfraktionen av primära Nb(C,N)-karbonitrider från återstående titan (0,02-0,08%) i 347 Heater Sheath tätheten för gropinitieringsstället i klorerat havsvatten vid 35 grader med 1,5 ppm fri klor

Det mindre legeringselementet som blir en viktig gropförorening under oxiderande förhållanden

Typiska 347 rostfria (Nb-stabiliserade) mantlade elektriska värmerör exponerade för klorerat havsvatten (1,5 ppm fritt klor, 20 000 ppm Cl-) vid 35 grader, som används i kylsystem för kustkraftverk, avsaltningsanläggningar för avsaltning med förvärmare för avsaltning av titer för avsaltning med klorrester eller marinrester. (0,02-0,08 vikt%) från ståltillverkning (titan-avoxiderat skrot eller avsiktlig tillsats). Primära titanrika niobkarbonitrider (Nb,Ti)(C,N) bildas. Dessa komplicerade karbonitrider är mer katodiska och mer stabila än ren NbC, därför är de mycket effektiva gropinitieringsplatser under hög oxidationspotential av klorerat havsvatten. För titannivåer<0.01% primary carbonitride volume fraction <0.01-0.02 %, pit density <0.5 pits/cm² and service life >10 år. När titanhalten ökar från 0,03 till 0,05 % ökar volymfraktionen av karbonitrid från 0,04 till 0,08 %, gropdensiteten från 2 till 5 gropar/cm² och livslängden från 5 till 7 år. Vid titanhalter på 0,06-0,08% är volymfraktionen 0,10-0,15% och gropdensiteten är över 10-20 gropar/cm² och perforering sker inom 2-3 år. Denna artikel kvantifierar kopplingen mellan kvarvarande titankoncentration, volymprocent primär karbonitrid, täthet för gropinitiering och livslängd i klorerat saltvatten.

Mekanism för Titanium Enhanced Pittingch-initiering

Titan har en större affinitet för kol och kväve än niob. Vid 347-ståltillverkning producerar titan (upp till 0,02-0,08%) företrädesvis titanrika karbonitrider (Ti(C,N)) som också kan innehålla niob (Nb,Ti)(C,N). Dessa partiklar bildas vid hög temperatur under stelning och är större (3-10 µm) och mer stabila än ren NbC. I klorerat havsvatten (hög oxidationspotential av Cl2) är den katodiska processen (syrereduktion + klorreduktion) särskilt effektiv på dessa karbonitridytor, vilket bildar ett starkt galvaniskt par med den omgivande austenitiska matrisen. Snabb anodisk upplösning induceras av hög katodisk strömtäthet. Den höga kloridkoncentrationen leder till snabb gropinitiering och förökning.

Kvantitativt samband mellan titaninnehåll, volymfraktion av karbonitrid och gropfräthet

Följande gropinitieringsdensiteter och perforeringstider har fastställts för 347-slangar med olika resthalter av titan (konstant niob 0,40 %, kol 0,05 %, kväve 0,04 %) i klorerat syntetiskt havsvatten (1,5 ppm fri Cl 2 , 20 000 ppm 0,000 ppm) vid 5 pm Cl 2 grader. 5 000 timmar.

Titan (vikt%) Volymfraktion av primär (Nb,Ti)(C,N) (%)Karbonitridpartikelstorlek (µm) Partikelmorfologi Gropdensitet efter 5 000 h (gropar/cm²) Maximalt gropdjup efter 5 000 h (µm) Tid till perforering (µm) Tid till perforering (µm) Rekommenderad havsvägg (1,5 mm havsvägg, i år) Rekommenderad havsvägg, i år.<0.005 (Ti-free) <0.01 <1 None/rare <0.1 <10 >15 Best 0.005-0.010 0.01-0.02 1-2 Isolated 0.2-0.5 10-20 10-15 Yes 0.010-0.020 0.02-0.03 1-3 Scattered 0.5-1.0 15-30 8-12 Acceptable 0.020-0.030 0.03-0.05 2-4 Moderate 1-3 25-45 5-8 Marginal 0.030-0.040 0.05-0.07 2-5 Frequent 2-5 35-60 4-6 Not recommended 0.040-0.050 0.07-0.09 3-6 Numerous 4-8 50-80 3-4 No 0.050-0.060 0.09-0.12 3-8 Extensive 8-15 60-100 2-3 No 0.060-0.080 0.12-0.16 4-10 High density 15-30 80-130 1.5-2 No >0.080 >0.16 >5 Very high >30 >130 <1.5 No
Om interaktionen mellan Ti och Nb vid bildningen av karbonitrid

Högre niob kan delvis kompensera den negativa effekten av titan genom att företrädesvis producera NbC men titan delar sig fortfarande till karbonitrider.

Titan (vikt%) Niob (vikt%) Karbonitrid Sammansättning Gropdensitet (gropar/cm2) Rekommenderas för klorerat havsvatten 0.02 0.35 Ti-rik (Ti,Nb)(C,N) 2-4 Marginal 0.02 0.45 Mer Nb-Mest rik på 1-2} C Tib 0,5-1 Ja 0.05 0.35 Ti+Nb blandat 8-12 Nej 0.05 0.50 Ti+Nb blandat 4-6 Rekommenderas inte 0.05 0.65 Mer Nb-rik, något Ti 2-4 Marginal
Praktiska rekommendationer för 347 i havsvattenklor

För 347 mantlade värmare i klorerat saltvatten vid 35 grader, minimerar följande begränsningar för titan och niob gropbildning på grund av karbonitridbildning.

Desired Service Life @ 35C (years) Maximum Titanium (wt%) Minimum Niobium (wt%) Recommended Combined Limit Alternate Alloy >10 <0.01 0.45 Ti+Nb not applicable 347 acceptable 8-10 <0.02 0.50 Upgrade to 316L or duplex
5-8 <0.03 0.55 347 not recommended Duplex 2205 3-5 <0.04Not effective 347 unsuitable Duplex 2205 or titanium <3 >0,04 Ej effektiv 347 olämplig Titan
Verifiering av titanmängd och karbonitriddensitet

För köpare som behöver 347 för klorerat havsvatten finns det två verifieringstekniker. Den första är en kemisk analys för titan, antingen med ICP eller OES. Acceptans: Ti<0.01-0.02% for life >8 år. Den andra är metallografisk (SEM 1 000-2 000×) undersökning av ett polerat tvärsnitt för att räkna primära karbonitridpartiklar (ljusa, kantig, 2-10 µm). Godtagande:<5 particles/mm^2 for 5 year life.

Slutsats: Ultra-låg titanspecifikation för motståndskraft mot gropbildning i klorerat havsvatten

I 347 värmehylsor av rostfritt stål producerar resterande titan så lågt som 0,02-0,03 % primära (Nb,Ti)(C,N) karbonitridvolymfraktioner på 0,03-0,05 % i klorerat havsvatten (1,5 ppm Cl₂, 20 000 ppm, 20 000 ppm) vid densitet 20 000 ppm. ökar från<1 pit/cm² to 2-5 pits/cm² and service life decreases from >8-10 years to 4-6 years. At titanium levels of 0.05-0.08% pit density is >15-30 gropar/cm2 och perforering sker efter 2-3 år. Ingenjörer som skriver specifikationer för 347 höljen för marin klorerad service bör begränsa titan till<0.01-0.02% and for the highest pitting resistance upgrade to 316L or duplex 2205. The framework presented here allows buyers to specify 347 chemistry that minimises titanium induced pitting in the most aggressive oxidising marine environments by correlating residual titanium content with primary carbonitride volume fraction, pit initiation density and perforation time in chlorinated seawater.