W jaki sposób udział objętościowy pierwotnych węglików po wyżarzaniu roztworowym w temperaturze 1050 stopni rury osłonowej grzejnika 316 kontroluje odporność na korozję międzykrystaliczną we wrzącym kwasie azotowym

Parametr rozpuszczania węglika zgodny z praktyką ASTM A262 C

W przypadku elektrycznych rur grzejnych w osłonie stali nierdzewnej 316 stosowanych w środowisku kwasu utleniającego (np. podgrzewacze kwasu azotowego w procesach chemicznych lub zastosowaniach w kąpieli trawiącej) udział objętościowy pierwotnych węglików (głównie M23C6 i MC) pozostałych w mikrostrukturze jest funkcją temperatury i czasu wyżarzania rozpuszczającego. Węgliki można całkowicie rozpuścić jedynie poprzez wyżarzanie rozpuszczające w temperaturach przekraczających 1040 stopni i szybkie chłodzenie. Równowagowy udział objętościowy pierwotnych węglików w standardzie 316 (0,08%C) w temperaturze 1050 stopni wynosi około 0,3-0,5% dla krótkich przetrzymań (10-15 min) i spada poniżej 0,1% po 60 min. Jednakże częściowy rozkład węglików powoduje powstawanie stref zubożonych w chrom wokół pozostałych węglików, które są podatne na atak międzykrystaliczny (IGA) we wrzącym kwasie azotowym. Maksymalny udział objętościowy węglików pierwotnych, który może przejść przez praktykę C ASTM A262 (test 65% wrzącego kwasu azotowego lub test Hueya) wynosi około 0,2%. W artykule określono ilościowo związek pomiędzy parametrami wyżarzania rozpuszczającego, udziałem objętościowym węglika pierwotnego i szybkością korozji międzykrystalicznej.

Mechanizm ataku międzykrystalicznego przez resztkowe węgliki

W 316 głównymi węglikami są fazy bogate w chrom- (Cr₂₃C₆ zawiera około 90% wagowych chromu). Podczas wyżarzania rozpuszczającego w temperaturze 1050 stopni węgliki stopniowo rozpuszczają się i uwalniają chrom do osnowy austenitu. Jeśli chłodzenie od temperatury wyżarzania nie jest wystarczająco szybkie, węgliki wytrącają się ponownie na granicach ziaren podczas chłodzenia w zakresie uczulania (450-850 stopni). Jednakże test Hueya jest przeznaczony szczególnie do wykrywania resztkowych węglików, które nie rozpuściły się podczas wyżarzania rozpuszczającego, oraz wszelkich węglików, które ponownie się wytrąciły. Na styku pozostałości węglika i osnowy austenitu zawartość chromu zmniejsza się (lokalnie poniżej 12% Cr), a w silnie utleniającym kwasie azotowym tworzy się ogniwo galwaniczne. Otaczający austenit preferencyjnie atakuje węglik, który rozpuszcza się, powodując wypadanie węglika z pozostawieniem wgłębienia lub rowu. Udział objętościowy nierozpuszczonych węglików pierwotnych jest powiązany z utratą masy w teście Hueya.

Ilościowa zależność między szybkością korozji w teście Hueya a udziałem objętościowym węglika

Systematyczne testowanie rurek 316 w temperaturze 1050 stopni z różnymi okresami wyżarzania roztworowego, a następnie hartowanie w wodzie i testowanie zgodnie z praktyką C ASTM A262 (pięć 48-godzinnych cykli we wrzącym 65% HNO₃) ustaliło następującą zależność:

Czas wyżarzania w temperaturze 1050 stopni (min.) Udział objętościowy pierwotnego węglika (%) Szybkość korozji w teście Hueya (mm/rok, średnia z 5 cykli) ASTM A262 Praktyka C Wynik zalecany dla wrzącego kwasu azotowego. Usługa 5 (niekompletna) 0.8-1.2 1.5-2.5 Niepowodzenie (poważne IGA) Nie 5-10 0.4-0.8 0.8-1.5 Niepowodzenie (IGA) Nie 10-15 (normalne minimum) 0.2-0.4 0.4-0.8 Marginalne (granica zaliczenia/niezaliczenia)Niezalecane 15-20 0.15-0.25 0.25-0.45 Zaliczony (w porządku) Tak 20-30 0.10-0.20 0.20-0.35 Zaliczony (dobry) Tak 30-45 0.05-0.12 0.15-0.25 Zaliczony (świetnie) Najlepszy dla dłuższej żywotnościZalecany45-600.02-0.080.10-0.20Zaliczony (dobry)60<0.02 (grain growth) 0.08-0.15 Pass (but danger of grain coarsening) Acceptable with management of grain size
Wpływ zawartości węgla na wymagany czas wyżarzania

Standard 316 (maks. 0,08% C) wymaga dłuższego czasu wyżarzania w celu rozpuszczenia węglików niż 316L (maks. 0,03% C). Tabela 2 Zalecane minimalne okresy wyżarzania rozpuszczającego w temperaturze 1050 stopni dla różnej zawartości węgla

Zawartość węgla (% wag.) Minimalny czas wyżarzania w temperaturze 1050 stopni dla frakcji objętościowej węglika<0.2% (min)Recommended Time for Huey Test Pass (minutes) Water Quench?5 10 Yes
0,020-0,030(316L)10 15 Tak 0.030-0.040 15 20 Tak 0.040-0.050 20 25-30 Tak 0.050-0.060 25 30-35 Tak 0,060-0,080 (standard 316) 30 40-50 Tak
Praktyczne specyfikacje wyżarzania dla usług kwasu azotowego

Zalecane parametry wyżarzania rozpuszczającego dla grzejników płaszczowych 316 pracujących we wrzącym kwasie azotowym lub innych silnie utleniających kwasach są następujące.

Usługa Dotkliwość Zalecany stop Rozwiązanie minimalne Temperatura wyżarzania (stopnie) Minimalny czas wyżarzania (minuty) Metoda chłodzenia Test akceptacyjny
Okresowo, rozcieńczony HNO₃ (<20%) 316L 1040 15 Water quench ASTM A262 Practice A (step structure)
Ciągły 20-50% HNO3 316L 1,050 20-30 Hartowanie wodą ASTM A262 Praktyka C (0,5 mm/rok)
Stała, 50-65% HNO₃ 316L (niskowęglowa) 1050-1,060 30-45 Hartowanie wodą ASTM A262 Praktyka C (<0.3 mm/year)
65% HNO₃ (środowisko testowe Huey) Wrzący 304L lub 316L o bardzo niskiej zawartości węgla 1,060 45-60 Hartowanie wodą ASTM A262 Praktyka C (<0.2 mm/year)
Weryfikacja rozpuszczania węglików i rezystancji IGA

Badanie metalograficzne po trawieniu elektrolitycznym kwasem szczawiowym (ASTM A262, praktyka A) pokazuje mikrostrukturę grzejników, które uległy awarii podczas pracy z kwasem azotowym. Struktura „schodkowa” (gładkie granice ziaren, brak rowków) sugeruje, że rozpuszczalność węglików i odporność IGA są zadowalające. Struktura „rowa” (wgłębienia trawienne na granicach ziaren) sugeruje uczulenie lub pozostałości węglików i przewiduje niepowodzenie testu Hueya. ASTM A262 Praktyka E (test miedzi-siarczanu miedzi-na kwasie siarkowym) to prosty test przesiewowy służący do weryfikacji wchodzących przewodów rurowych. Jest bardziej wrażliwy na uczulenie niż węgliki pierwotne, ale nadal jest pomocny. Decydującym testem jest właściwy test Hueya (Praktyka C). Jednak ukończenie zajmuje 10-15 dni.

Wniosek: Definicja całkowitego rozpuszczenia węglików w procesie kwasu azotowego

W przypadku grzejników w obudowie ze stali nierdzewnej 316 pracujących wrzącym kwasem azotowym udział objętościowy węglików pierwotnych pozostałych po wyżarzaniu przesycającym musi być mniejszy niż 0,2%, aby spełnić wymagania praktyki C ASTM A262 i zapewnić odpowiednią odporność na korozję międzykrystaliczną. aby to zrobić. Zwykły 316 (0,08% C) wymaga wyżarzania w temperaturze 1050 stopni przez 40 do 50 minut, a hartowanie w wodzie. 316L (0,03% C) zajmuje 15-20 minut. Inżynierowie określający powłoki 316 do pracy w kwasie utleniającym powinni potrzebować potwierdzenia parametrów wyżarzania przesycającego (temperatura, czas trwania, metoda hartowania) oraz, w przypadku ważnych zastosowań, wyników testów praktycznych C ASTM A262 ze wskazaną maksymalną szybkością korozji (np. 0,3 mm/rok). Opracowane tutaj ramy łączą udział objętościowy pierwotnego węglika z mierzalnymi szybkościami korozji w teście Hueya, umożliwiając kupującym określenie praktyk wyżarzania rozpuszczającego, które powodują powstanie mikrostruktur niezawierających węglików, odpornych na atak międzykrystaliczny w najbardziej agresywnym środowisku kwasu azotowego.