Hur kontrollerar volymfraktionen av primära MC-karbider (NbC/TiC) från överskott av niob (0,60-0,80 vikt-%) i 347 Heater Sheath Tubing densiteten för gropinitieringsstället och perforeringstid i 1 000 ppm kloridvatten vid 80 grader

Chloride Service Over-Stabilization Penalty for Pitting Resistance

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 år. Primär MC-volymfraktion ökar till 0,12-0,20% (överstabiliserad (0,60-0,80 vikt-% niob)) Gropdensitet ökar 5-10 gånger Perforeringstiden minskar till 2-4 år. Detta dokument utvärderar kopplingen mellan överskott av Nb, primär MC-karbid-initieringstid och initiering av densitet per volymfraktion. 1 000 ppm Cl⁻ vatten vid 80 grader.

Pitting-mekanismen drivs av primär MC-karbid

Vid stelning av 347 rostfritt stål bildas primära MC-karbider (NbC, TiC). På grund av sin höga elektriska ledningsförmåga och ädla ytegenskaper är de katodiska mot den austenitiska matrisen. Om niobhalten är över omkring 0,45-0,50 viktprocent (normala kolhalter är 0,04-0,06%) så resulterar eventuell extra niob utöver den mängd som behövs för full stabilisering i bildningen av fler primära karbider. Dessa partiklar är inte lösliga under lösningsglödgning (1 050-1 100 grader) och hålls kvar i den slutliga slangen. I kloridlösningar deltar dessa karbider företrädesvis i den katodiska syrereduktionsreaktionen och bildar ett galvaniskt par som gynnar den anodiska upplösningen av den omgivande matrisen. Tätheten för gropinitiering är proportionell mot antalet primära MC-karbidpartiklar som exponeras vid ytan.

Korrelation mellan överskott av niob, MC volymfraktion och punktföroreningar

Kontrollerade nedsänkningstester med 347-slangar med olika niobnivåer (konstant kol 0,05-0,06%, titan<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.

Niob (vikt%) Nb:C-förhållande Kol (vikt%) MC Primär volumetrisk fraktion (%) MC Partikelstorlek (µm) Gropdensitet efter 5 000 h (gropar/cm2) Maximalt gropdjup efter 5 000 h (µm) Tid till perforering (1,5 mm vägg, år) Rekommenderad Cl- Service 0.20 4:1 0.05 0.02-0.03 1-2 0.2-0.5 15-25 10-15 Acceptabel (under-stabiliserad, risk för sensibilisering)
0.30 6:1 0.05 0.03-0.04 1-2 0.3-0.6 18-28 9-12 Acceptabelt 0.35 7:1 0.05 0.04-0.05 1-2 0.5-1.0 20-35 8-11 Acceptabelt 0.40 8:1 0.05 0.05-0.06 1-3 0.8-1.5 25-40 6-9 Acceptabelt (optimalt saldo) 0.45 9:1 0.05 0.06-0.08 2-4 1-2 30-50 5-7 Marginal 0.50 10:1 0.05 0.08-0.10 2-5 2-3 40-60 4-5 Rekommenderas inte 0.60 12:1 0.05 0.12-0.15 3-6 4-8 50-80 2.5-4 Nej 0.70 14}} Nej 0.70 14}} Nej 1 0.05 0.15-0.18 4-8 8-15 60-100 1.5-2.5}: Nej 1.00 20:1 0.05 0.25-0.30 6-12 25-40 100-150 0.8-1.2 Nej
Inverkan av lösningens glödgningstemperatur på primär MC-upplösning

De högre lösningsglödgningstemperaturerna kan delvis lösa upp de primära MC-karbiderna, men det finns risk för kornförgrovning och ferritbildning över 1 150 grader.

Lösning Glödgningstemperatur (grad) Primär MC-volymfraktion vid 0,60 % Nb (%) MC-partikelstorlek (µm) Gropdensitet (gropar/cm2) Rekommenderad 1,050 0.12-0.15 3-6 4-8 nr 1,080 0.10-0.12 3-5 3-6 nr 1,100 0.08-0.10 3-4 2-4 marginal 1,120 0.06-0.08 2-4 1-3 acceptabel fara för korntillväxt (men korntillväxtfara)
1,150 0.05-0.07 2-3 1-2 Acceptabelt (kornförgrovning → lägre krypstyrka)
347 Praktiska rekommendationer för kloridservice

Önskad livslängd (år) Maximal Niob (vikt%) Minsta lösningsglödgningstemperatur (oC) Maximal Primär MC Vol. Fraktion (%)Stabilisering föreslagen10 0.40 1,050 0.06 Ingen (lösningsglödgning)
8-10 0.42 1,060 0.07 Inga 5-8 0.45 1,080 0.08 Inga (Undvik stabilisering)
3-5 0.50 1,100 (med kornstorleksjustering) 0,10 Marginal<3 >0.50Not recommended >0.10 Uppgradera till 316L eller duplex 2205 Primary MC Carbide Content Verification

För de konsumenter som kräver visst gropmotstånd finns det två sätt att verifiera. Den första är SEM metallografisk inspektion av ett polerat och lätt etsat tvärsnitt. Räkna primära MC-karbider (kantiga, 2–10 µm) vid 1 000× acceptans:<5 particles/mm2 for >8-årigt liv