Як змінюється об’ємна частка дельта-фериту, що зберігається після відпалу в розчині трубки оболонки нагрівача 316, контролює стійкість до пітингу у воді з високим вмістом-хлориду (5000 ppm) при 60 градусах

Двофазна мікроструктура як фактор корозії

Об’ємна частка утриманого дельта-фериту в аустенітній матриці є важливим, але часто нехтованим фактором стійкості до точкової корекції електричних нагрівальних трубок, покритих нержавіючої сталлю 316, для середовищ із високим вмістом хлориду, включаючи нагрівачі морської води (приблизно 20 000 ppm Cl⁻), солонувату воду (5 000-10 000 ppm Cl⁻), або промислові нагрівачі розсолу. Дельта-ферит (δ-ферит) — це об’ємно-центрована кубічна (ОЦК) фаза, яка утворюється під час затвердіння та може залишитися після відпалу в розчині залежно від складу сплаву (зокрема від співвідношення хром-до нікелю). Помірний вміст дельта-фериту (3-8%) є сприятливим для стійкості зварного шва до гарячого розтріскування. Дельта-ферит менш стійкий до пітингу в умовах хлориду, ніж аустеніт. Для рівнів дельта-фериту > 5-8 % у воді з високим вмістом хлоридів при 60 °C потенціал пітінгу знижується на 100 - 200 мВ, а швидкість поширення питтингу збільшується на коефіцієнт 2 - 3.. У цьому документі оцінюється зв’язок між об’ємним відсотком дельта-фериту та стійкістю до точкової корекції в умовах експлуатації з високим вмістом хлориду.

Механізм селективної дельта-феритної атаки

Хімічний склад дельта-фериту в нержавіючій сталі 316 відрізняється від навколишнього аустеніту. Ферит багатий хромом (приблизно 26-28% Cr у фериті порівняно з 15-18% Cr в аустеніті), але збіднений нікелем (3-6% Ni у фериті порівняно з 10-14% Ni в аустеніті) і молібденом (близько 1,5-2,0% Mo в фериті порівняно з 2,0-2,5% Мо в аустеніті). В умовах високого вмісту хлоридів дельта-ферит має нижчу концентрацію молібдену та нікелю, тому є анодним порівняно з аустенітом. Пасивна плівка на фериті також менш стабільна, ніж на аустеніті, через різну кристалічну структуру (BCC проти FCC). Ямки переважно виникають на межі феритно-аустенітної фази, а потім швидко рухаються через феритову фазу, залишаючи аустеніт недоторканим. У результаті виходить характерна морфологія «губчастого» або «селективного вилуговування», у якій ферит вибірково видаляється, що призводить до утворення мережі взаємопов’язаних пор, які можуть поширюватися по товщині стінки швидше, ніж рівномірний пітінг.

Кількісна кореляція між дельта-феритом і стійкістю до точкової кореляції

Ефективність пітингу 316 трубок з різним вмістом дельта-фериту (керований невеликими варіаціями складу для контролю еквівалента Ni) була оцінена шляхом 5000-годинного контрольованого занурення в імітовану морську воду (5000 ppm Cl-, pH 7,5, 60 градусів).

Об’ємна частка дельта-фериту (%) Критична температура пітінгу (градуси, у 5000 ppm Потенціал піттингу 60 градусів (мВ проти SCE, 5000 ppm Cl-) Максимальна глибина піттингу після 5000 годин (мкм) Час до перфорації (стінка 1,5 мм) Рекомендовано для 5000 ppm Cl⁻, Обслуговування 60 градусів<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 років Так
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 років Так 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 років Прийнятно 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 років Гранично 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 роківНе рекомендовано
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 р. Неприйнятно
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
Вплив концентрації хлориду на толерантність до дельта-фериту

Підвищення концентрації хлориду посилює шкідливу дію дельта-фериту. Ви можете отримати більше фериту, якщо зменшите вміст хлориду. У таблиці нижче вказано максимально допустимий дельта-ферит для 5-річної служби при різних концентраціях хлориду та при 60 градусах.

Концентрація хлориду (ppm) Максимальний дельта-ферит протягом 5 років служби (%) Рекомендований альтернативний сплав, якщо ферит перевищує ліміт<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 (морська вода) 0 (лише повністю аустеніт) 316 не рекомендовано Титан або сплав 625
Контроль дельта-фериту шляхом модифікації хімії

Вміст дельта-фериту 316 контролюється еквівалентами хрому та нікелю (діаграма Шеффлера-Делонга). Рекомендовано наступні хімічні модифікації для зменшення фериту для роботи з високим-хлоридом:

Збільшити Ni: цільовий Ni=11-13% (нормальний діапазон 10-14%, бажано вищий рівень)

Низький вміст хрому: прагніть до Cr=16-17% (проти нормальних 16-18%, низький рівень)

Збільшення вмісту азоту Азот є потужним стабілізатором аустеніту (0,05-0,10%), цільове значення 0,08-0,10% N

Феритні стимулюючі елементи: кремній (менше або дорівнює 0,5%) молібден (менше або дорівнює 2,2% порівняно з 2,5%)

Типовий відсоток фериту для різних 316 хімікатів наведено в таблиці нижче.

Назва сорту Типовий Ni (%) Типовий Cr (%) Типовий Mo (%) Типовий N (%) Об’ємна частка дельта-фериту (%) 316 (з низьким вмістом Ni) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (стандартний) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (високий Ni) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (наднизький C, високий Ni) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (преміальний, повністю аустенітний) 12.0-13.0 16.0-16.5 2.3-2.5 0.10-0.12<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

Якщо ви бачите нагрівач 316, що працює у воді з високим вмістом-хлориду (5000-10 000 ppm Cl-) при 60 градусах з унікальною точковою морфологією, підозрюйте атаку дельта-фериту. Під час металографічного дослідження (оптичний мікроскоп при 200-500×, травлення реактивом Бераха або електролітичним NaOH) фаза фериту з’являється у вигляді темних острівців травлення в світлішій аустенітній матриці. У корозійних зразках феритові острівці демонструватимуть переважне розчинення та виглядатимуть у вигляді пустот або пористих зон. Рентгенівська дифракція може продемонструвати наявність фериту (піки ОЦК), а також аустеніту (піки ГЦК). Для обслуговування з високим вмістом хлоридів відповідь полягає в тому, щоб указати труби з 3-5% фериту, що можна зробити, замовивши на заводі марку «з низьким вмістом фериту» або «повністю аустенітну», що зазвичай позначається як «316L з контрольованим феритом» або дотримуючись практики A ASTM A262 зі структурою A (ступінчастою).

Висновок: визначення фериту з низьким значенням дельта для застосування з високим вмістом хлориду

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >На 5-8% знижується стійкість до пітингу та збільшується швидкість поширення пітінгу, скорочуючи час до перфорації з 8-15 років до 3-5 років. Для хлоридів вище 5000 ppm вміст дельта-фериту має бути менше 3-5%; для солоної води (20 000 ppm Cl⁻) повністю аустенітний (феритовий<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.