Jak se objemový zlomek delta feritu zachovává po rozpouštěcím žíhání 316 ohřívacího pláště Odolnost proti důlkové korozi ve vodě s vysokým -chloridem (5 000 ppm) při 60 stupních

Dvoufázová mikrostruktura jako faktor koroze

Objemová frakce zadrženého delta feritu v austenitové matrici je důležitým, ale často opomíjeným faktorem odolnosti elektrických topných trubek plátovaných nerezovou ocelí 316 pro prostředí s vysokým obsahem chloridů, včetně ohřívačů mořské vody (přibližně 20 000 ppm Cl⁻), brakických vodních systémů (5 000{{70}} Cl ⁻, průmyslových ohřívačů 10 ppm). Delta ferit (δ-ferit) je kubická fáze se středem těla (BCC), která se tvoří během tuhnutí a může zůstat po rozpouštěcím žíhání v závislosti na složení slitiny (zejména na poměru ekvivalentu chrómu- k niklu). Střední obsah delta feritu (3-8 %) je příznivý pro odolnost proti praskání za tepla při svařování. Delta ferit je méně odolný vůči důlkové korozi v chloridových podmínkách než austenit. Pro hladiny delta feritu > 5-8 % ve vodě s vysokým obsahem chloridů při 60 °C se potenciál důlkové koroze sníží o 100 - 200 mV a rychlost šíření důlku se zvýší faktorem 2 - 3. Tento dokument hodnotí souvislost mezi objemovým procentem delta feritu a odporem důlkové koroze v provozu s vysokým obsahem chloridů.

Mechanismus selektivního delta feritového útoku

Chemické složení delta feritu v nerezové oceli 316 je odlišné od okolního austenitu. Ferit je bohatý na chrom (asi 26-28 % Cr ve feritu ve srovnání s 15-18 % Cr v austenitu), ale je ochuzený o nikl (3-6 % Ni ve feritu oproti 10-14 % Ni u austenitu) a molybden (asi 0,0 % Mo2,5 % v Mo.5-2 austenit). V podmínkách s vysokým obsahem chloridů má delta ferit nižší koncentraci molybdenu a niklu, a je tedy oproti austenitu anodický. Pasivní film na feritu je rovněž méně stabilní než na austenitu kvůli odlišné krystalové struktuře (BCC vs FCC). Preferuje se, aby důlky vznikaly na rozhraní ferit-austenit a poté rychle procházely feritovou fází, přičemž austenit zůstal nedotčený. V důsledku toho je získána charakteristická morfologie „houbovitého“ nebo „selektivního vyluhování“, ve které je ferit selektivně eliminován, což má za následek síť vzájemně propojených pórů, které se mohou šířit přes tloušťku stěny rychleji než rovnoměrná důlková tvorba.

Kvantitativní korelace mezi delta feritem a odolností proti důlkové korozi

Důlková výkonnost hadiček 316 s různým obsahem delta feritu (řízená malými odchylkami složení oproti kontrolnímu ekvivalentu Ni) byla hodnocena 5 000 hodinami kontrolovaného ponorného testování v simulované mořské vodě (5 000 ppm Cl-, pH 7,5, 60 stupňů).

Delta feritový objemový zlomek (%) Kritická teplota důlkové koroze ( stupeň , v 5 000 ppm Potenciál důlkové koroze 60 stupňů (mV vs. SCE, 5 000 ppm Cl-) Maximální hloubka důlku po 5 000 hodinách (µm) Doba do perforace (1,5 mm, 06 mm) Doporučeno pro stěnu 1,5 mm 00 servis<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 let Ano
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 letAno 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 let Přijatelné 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 roky Marginální 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 rokyNedoporučováno
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 let Nepřijatelné
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
Vliv koncentrace chloridů na toleranci delta feritu

Zvýšení koncentrace chloridů zvyšuje škodlivý účinek delta feritu. Pokud snížíte obsah chloridů, můžete získat více feritu. Níže uvedená tabulka uvádí maximální povolený delta ferit pro 5letý provoz při různých koncentracích chloridů a při 60 stupních.

Koncentrace chloridu (ppm) Maximální delta feritu po dobu 5 let životnosti (%) Doporučená alternativa slitiny, pokud ferit překročí limit<1,000 <15 Standard 316None required 1,000-3,000 <8 316 with Ni adjustment 316L (similar) 3,000-5,000 <5 316L with regulated chemistry Duplex 2205 5,000-10,000 <3 316L (low ferrite grade) Duplex 2205 or 904L
10,000-20,000 <1 316 marginal Duplex 2205 or titanium >20 000 (mořská voda) 0 (pouze zcela austenitická) 316 nedoporučuje se Titan nebo slitina 625
Ovládání delta feritu úpravou chemie

Obsah delta feritu 316 je řízen ekvivalenty chrómu a niklu (Schaeffler-DeLongův diagram). Ke snížení feritu pro provoz s vysokým-chloridem se doporučují následující chemické úpravy:

Zvýšení Ni: cílový Ni=11-13 % (normální rozsah 10–14 %, preferován vyšší limit)

Nižší obsah chrómu: Zaměřte se na Cr=16-17 % (oproti normálním 16–18 %, nejnižší)

Zvýšení obsahu dusíku Dusík je silný stabilizátor austenitu (0,05-0,10%), cíl 0,08-0,10% N

Prvky podporující ferit: Křemík (méně než nebo rovno 0,5 %) molybden (méně než nebo rovno 2,2 % ve srovnání s 2,5 %)

Typická procenta feritu pro různé 316 chemické látky jsou uvedeny v tabulce níže.

Název třídy Typický Ni (%) Typický Cr (%) Typický Mo (%) Typický N (%) Delta ferit Objemový zlomek (%) 316 (nízký Ni) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (standardní) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (vysoký Ni) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (extrémně nízký C, vysoký Ni) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (prémiový, plně austenitický) {{5}<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

Pokud vidíte ohřívač 316 pracující ve vodě s vysokým-chloridem (5000-10 000 ppm Cl-) při 60 stupních s jedinečnou morfologií důlků, máte podezření na útok delta feritu. Během metalografického zkoumání (optický mikroskop při 200-500×, leptaný Berahovým činidlem nebo elektrolytickým NaOH) se feritová fáze objevuje jako tmavé leptající ostrůvky ve světlejší austenitové matrici. V zkorodovaných vzorcích budou feritové ostrůvky vykazovat preferenční rozpouštění a budou se jevit jako dutiny nebo porézní zóny. Rentgenová difrakce může prokázat přítomnost feritu (píky BCC) i austenitu (píky FCC). Pro provoz s vysokým obsahem chloridů je odpovědí specifikovat potrubí s 3-5 % feritu, což lze provést požadavkem na „nízkoferitový“ nebo „plně austenitický“ typ z válcovny, obecně označovaný jako „316L s kontrolovaným feritem“ nebo splňující ASTM A262 praxi A s A (krokovou) strukturou.

Závěr: Specifikace feritu s nízkým delta pro aplikace s vysokým obsahem chloridů

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >5-8 % snižuje odolnost proti důlkové korozi a zvyšuje rychlost šíření důlků, zkracuje dobu do perforace z 8-15 let na 3-5 let. Pro chloridy nad 5 000 ppm by měl být delta ferit udržován na méně než 3-5 %; pro slanou vodu (20 000 ppm Cl⁻) zcela austenitická (ferit<1%) is necessary, and even then 316 is minimal. When specifying 316 sheaths for high-chloride duty, engineers should seek a mill certificate with ferrite measurement (by ferritescope or image analysis) and specify maximum ferrite concentration (e.g., <5%). For critical applications, it is recommended to upgrade to duplex 2205 (which has a ferrite-austenite duplex structure-a distinct mechanism and is specifically developed for high-chloride duty) or titanium. The approach described here relating delta ferrite volume percentage to quantifiable pitting rates in high-chloride water allows buyers to specify 316 tubing with an optimised phase balance for hostile chloride environments.