Як об’ємна частка первинних карбідів МС (NbC/TiC) від надлишку ніобію (0,60-0,80 мас.%) у трубці оболонки нагрівача 347 контролює щільність місця ініціації піта та час перфорації у 1000 ppm хлоридної води при 80 градусах

Покарання за-стабілізацію хлориду за стійкість до пітінгу

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 років. Первинна об’ємна частка МС збільшується до 0,12-0,20% (надстабілізована (0,60-0,80 мас.% ніобію)) Щільність піт збільшується в 5-10 разів. Час перфорації зменшується до 2-4 років. У цьому документі оцінюється зв’язок між надлишком Nb, первинною об’ємною часткою карбіду МС, щільністю ініціювання піт і часом перфорації в 1000 ppm Cl⁻ води при 80 градусах.

Механізм точкової корекції первинного карбіду MC

Під час затвердіння нержавіючої сталі 347 утворюються первинні карбіди МС (NbC, TiC). Завдяки своїй високій електропровідності та благородним якостям поверхні вони є катодними для аустенітної матриці. Якщо вміст ніобію перевищує приблизно 0,45-0,50 мас.% (нормальний вміст вуглецю становить 0,04-0,06%), будь-який додатковий ніобій, який перевищує кількість, необхідну для повної стабілізації, призводить до утворення більшої кількості первинних карбідів. Ці частинки не розчиняються під час відпалу розчину (1050-1100 градусів) і зберігаються в кінцевій трубці. У хлоридних розчинах ці карбіди переважно беруть участь у реакції катодного відновлення кисню та утворюють гальванічну пару, яка сприяє анодному розчиненню навколишньої матриці. Щільність ініціювання піт пропорційна кількості первинних частинок карбіду МС, відкритих на поверхні.

Кореляція між надлишковим вмістом ніобію, об’ємною часткою MC та ефективністю пітінгу

Контрольовані зануренні випробування з трубкою 347 з різними рівнями ніобію (постійний вміст вуглецю 0,05-0,06%, титан<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.

Ніобій (ваг.%) Nb:C Співвідношення Карбон (ваг.%) MC Первинна об’ємна частка (%)MC Розмір часток (мкм) Щільність ямки після 5000 год. Клас- Сервіс 0.20 4:1 0.05 0.02-0.03 1-2 0.2-0.5 15-25 10-15 Прийнятний (нижче-стабілізований, небезпека сенсибілізації)
0.30 6:1 0.05 0.03-0.04 1-2 0.3-0.6 18-28 9-12 Прийнятно 0.35 7:1 0.05 0.04-0.05 1-2 0.5-1.0 20-35 8-11 Прийнятно 0.40 8:1 0.05 0.05-0.06 1-3 0.8-1.5 25-40 6-9 Прийнятно (оптимальний баланс) 0.45 9:1 0.05 0.06-0.08 2-4 1-2 30-50 5-7 Граничний 0.50 10:1 0.05 0.08-0.10 2-5 2-3 40-60 4-5 Не рекомендовано 0.60 12:1 0.05 0.12-0.15 3-6 4-8 50-80 2.5-4 Ні 0.70 14:1 0.05 0.15-0.18 4-8 8-15 60-100 1.5-2.5 Ні 0.80 16:1 0.05 0.18-0.22 5-10 15-25 80-120 1.2-2 Ні 1.00 20:1 0.05 0.25-0.30 6-12 25-40 100-150 0.8-1.2 Ні
Вплив температури відпалу розчину на первинне розчинення МК

Більш високі температури розчинного відпалу можуть частково розчинити первинні карбіди MC, однак існує ризик укрупнення зерна та утворення фериту понад 1150 градусів.

Температура відпалу розчину (градуси) Первинна об’ємна частка MC при 0,60% Nb (%) Розмір частинок MC (мкм) Щільність ямок (піт/см2) Рекомендовано 1,050 0.12-0.15 3-6 4-8 Ні 1,080 0.10-0.12 3-5 3-6 Ні 1,100 0.08-0.10 3-4 2-4 Гранична 1,120 0.06-0.08 2-4 1-3 Прийнятно (але небезпека росту зерна)
1,150 0.05-0.07 2-3 1-2 Прийнятно (укрупнення зерна → нижча межа повзучості)
347 Практичні рекомендації щодо обслуговування хлоридів

Бажаний термін служби (роки) Максимальна кількість ніобію (мас.%) Мінімальна температура розчину відпалу (oC) Максимальна первинна MC Vol. Частка (%) Рекомендована стабілізація10 0.40 1,050 0.06 Немає (відпал розчину)
8-10 0.42 1,060 0.07 Немає 5-8 0.45 1,080 0.08 Немає (уникати стабілізації)
3-5 0.50 1,100 (з коригуванням розміру зерна) 0,10 Граничний<3 >0.50Not recommended >0,10 Оновлення до 316L або дуплекс 2205 Основна перевірка вмісту карбіду MC

Для споживачів, яким потрібна певна стійкість до точкової корекції, є два способи перевірки. По-перше, SEM металографічна перевірка полірованого та злегка витравленого поперечного перерізу. Підрахуйте первинні карбіди MC (кутові, 2–10 мкм) при 1000× Приймання:<5 particles/mm2 for >8 років життя