Jak se objemový zlomek primárních karbidů po 1050 stupních rozpouštěcího žíhání u 316 ohřívačů kontroluje odolnost proti korozi při varu kyseliny dusičné

Parametr rozpouštění karbidu pro shodu s praxí ASTM A262 C

U elektrických topných trubek opláštěných nerezovou ocelí 316 používaných v oxidačních kyselinách (např. ohřívače kyseliny dusičné při chemickém zpracování nebo mořící lázni) je objemový podíl primárních karbidů (hlavně M23C6 a MC) zbývajících v mikrostruktuře funkcí teploty a času rozpouštěcího žíhání. Karbidy lze zcela rozpustit pouze rozpouštěcím žíháním při teplotách přesahujících 1 040 stupňů a rychlým ochlazením. Rovnovážný objemový podíl primárních karbidů ve standardu 316 (0,08 %C) při 1050 stupních je asi 0,3-0,5 % pro krátké držení (10-15 min) a po 60 min klesne pod 0,1 %. Částečný rozklad karbidů však vytváří zóny ochuzené o chrom kolem zbytkových karbidů, které jsou náchylné k intergranulárnímu ataku (IGA) ve vroucí kyselině dusičné. Maximální objemová frakce primárních karbidů, které mohou projít ASTM A262 Practice C (test 65% vroucí kyselinou dusičnou nebo Huey test) je asi 0,2 %. V tomto článku je kvantifikována souvislost mezi parametry rozpouštěcího žíhání, objemovým podílem primárního karbidu a rychlostí mezikrystalové koroze.

Mechanismus intergranulárního napadení zbytkovými karbidy

V 316 jsou primárními karbidy fáze bohaté na chrom{1}} (Cr₂₃C₆ má zhruba 90 % hmotnosti chrómu). Během rozpouštěcího žíhání na 1050 stupňů se karbidy postupně rozpouštějí a uvolňují chrom do austenitové matrice. Pokud ochlazení z teploty žíhání není dostatečně rychlé, karbidy se znovu vysrážejí na hranicích zrn při ochlazování v rozsahu senzibilizace (450-850 stupňů). Huey test je však navržen zejména pro detekci zbytkových karbidů, které se nerozpustily během rozpouštěcího žíhání, a jakýchkoli karbidů, které se znovu vysrážely. Na rozhraní zbytkového karbidu a austenitové matrice se snižuje obsah chrómu (lokálně pod 12 % Cr) a v silně oxidující kyselině dusičné vzniká galvanický článek. Okolní austenit přednostně napadá karbid, který se rozpouští a způsobuje, že karbid vypadává a zanechává jámu nebo příkop. Objemový podíl nerozpuštěných primárních karbidů souvisí se ztrátou hmotnosti v Hueyově testu.

Kvantitativní vztah mezi rychlostí koroze Hueyho testu a objemovým podílem karbidu

Systematické testování 316 hadic při 1 050 stupních s proměnlivými periodami rozpouštěcího žíhání s následným kalením vodou a testováním podle ASTM A262 Practice C (pět 48hodinových cyklů při varu 65% HNO₃) stanovilo následující vztah:

Doba žíhání v roztoku při 1050 stupních (min.) Objemová frakce primárního karbidu (%) Míra koroze testu Huey (mm/rok, průměr 5 cyklů) ASTM A262 Cvičení C Výsledek Doporučeno pro vaření kyseliny dusičné Servis 5 (neúplné) 0.8-1.2 1.5-2.5 Selhání (závažné IGA) Ne15 Nenormální{0} minimum 0.2-0.4 0.4-0.8 Marginální (hranice pro úspěšné/nevyhovující) Nedoporučeno 15-20 0.15-0.25 0.25-0.45 Prospělo (dobře) Ano 20-30 0.10-0.20 0.20-0.35 Prošlo (dobře) Ano 30-45 0.05-0.12 0.15-0.25 Prošlo (skvělé) Nejlepší pro prodlouženou životnostDoporučeno 45-600,02-0,080,10-0,20 Splněno (dobré)60<0.02 (grain growth) 0.08-0.15 Pass (but danger of grain coarsening) Acceptable with management of grain size
Vliv obsahu uhlíku na požadovanou dobu žíhání

Standardní 316 (0,08 % C max) vyžaduje delší doby žíhání k rozpuštění karbidů než 316L (0,03 % C max). Tabulka 2 Doporučené minimální doby rozpouštěcího žíhání při 1 050 stupních pro různé obsahy uhlíku

Obsah uhlíku (hmot. %) Minimální doba žíhání při 1 050 stupních pro objemovou frakci karbidu<0.2% (min)Recommended Time for Huey Test Pass (minutes) Water Quench?5 10 Yes
0,020-0,030 (316L)10 15 Ano 0.030-0.040 15 20 Ano 0.040-0.050 20 25-30 Ano 0.050-0.060 25 30-35 Ano 0,060-0,080 (standardní 316) 30 40-50 Ano
Praktické specifikace žíhání pro provoz s kyselinou dusičnou

Doporučené parametry rozpouštěcího žíhání pro 316 opláštěné ohřívače pro provoz ve vroucí kyselině dusičné nebo jiných silně oxidujících kyselinách jsou následující.

Servis Závažnost Doporučená Slitina Minimální roztok Teplota žíhání ( stupně ) Minimální doba žíhání (minuty) Způsob chlazení Přejímací test
Přerušovaná, zředěná HNO₃ (<20%) 316L 1040 15 Water quench ASTM A262 Practice A (step structure)
Kontinuální 20–50 % HNO3 316L 1,050 20-30 Kalení vodou ASTM A262 Practice C (0,5 mm/rok)
Konstantní, 50–65 % HNO₃ 316L (nízkouhlíkový) 1 050-1,060 30-45 Zhášení vodou ASTM A262 Praxe C (<0.3 mm/year)
65% HNO₃ (testovací prostředí Huey) Var 304L nebo 316L extra nízkouhlíkové 1,060 45-60 Kalení vodou ASTM A262 Praxe C (<0.2 mm/year)
Rozpouštění karbidů a IGA Resistance Field Validation

Metalografická studie po leptání elektrolytickou kyselinou šťavelovou (ASTM A262 praxe A) ukazuje mikrostrukturu ohřívačů, které selhaly při provozu s kyselinou dusičnou. "Stupňovitá" struktura (hladké hranice zrn, žádné příkopy) naznačuje, že rozpouštění karbidu a odolnost IGA jsou uspokojivé. Struktura „příkopu“ (leptací důlky na hranicích zrn) naznačuje senzibilizaci nebo zbytkové karbidy a předpovídá selhání v testu Huey. ASTM A262 Practice E (test kyselinou-měďnatým-kyselinou sírovou) je jednoduchý screeningový test pro ověření vstupního potrubí. Je citlivější na senzibilizaci než na primární karbidy, ale stále je užitečný. Rozhodujícím testem je vlastní Huey test ( Praxe C ). Dokončení však trvá 10–15 dní.

Závěr: Definice úplného rozpuštění karbidů pro službu kyseliny dusičné

U ohřívačů zapouzdřených z nerezové oceli 316 v provozu s vroucí kyselinou dusičnou musí být objemový podíl primárních karbidů zbývajících po rozpouštěcím žíhání menší než 0,2 %, aby byly splněny požadavky ASTM A262 Practice C a aby byla zajištěna dostatečná odolnost vůči mezikrystalové korozi. udělat to. Běžná 316 (0,08 % C) vyžaduje žíhání při 1050 stupních po dobu 40 až 50 minut a kalení vodou. 316L (0,03 % C) trvá 15-20 minut. Technici, kteří specifikují 316 plášťů pro provoz s oxidační kyselinou, by měli potřebovat potvrzení parametrů rozpouštěcího žíhání (teplota, doba trvání, metoda kalení) a pro důležité aplikace výsledky testu ASTM A262 Practice C s indikovanou maximální rychlostí koroze (např. 0,3 mm/rok). Zde vyvinutý rámec spojuje objemový podíl primárního karbidu s měřitelnými rychlostmi koroze Huey, což umožňuje kupujícím specifikovat postupy rozpouštěcího žíhání, které vyvinou mikrostruktury bez karbidu, které jsou odolné vůči intergranulárnímu napadení v nejagresivnějších prostředích kyseliny dusičné.