За якої конкретної комбінації концентрації сульфату та рН оболонка нагрівача 316L у проточній прісній воді за температури 60 градусів утворює точкові утворення за відсутності хлоридів

Механізм піттингу нержавіючих сталей без хлориду

У прісноводних системах з дуже низьким вмістом хлориду (< 20 ppm), but high to moderate sulphate concentrations (SO4 2-) and acidic pH such as in acid mine drainage, some industrial cooling waters or agricultural runoff, pitting corrosion can occur even in the absence of chloride ions, with 316L stainless steel sheathed electric heating tubes. For flowing conditions (1 m/s), sulphate ions are typically thought to be non-aggressive or inhibitive to pitting. However, at pH values below 4.0-4.5, sulphate can attack and create soluble iron sulphates, breaking down the passive film. The essential combination for pitting is: sulphate >500-1000 ppm І pH<4.0. Rates of pitting of 0.2-0.5 mm/yr occur at pH 3.0 and 1,000 ppm SO4 2-. Rates > 1 mm/year, pH 2.5, 1,000 ppm SO 2 4 . The sulfate-pH-pitting threshold for 316L in flowing freshwater at 60°C in the absence of chlorides is quantified in this article.

Механізм сульфатного пітингу, викликаного низьким pH

У нейтральних або лужних умовах сульфатні іони адсорбуються на пасивній плівці та запобігають хлорид-індукованій точці. Однак пасивна плівка менш стабільна при низькому pH (<4.0). Sulphate can form soluble complexes with ferric ions ( FeSO4+ ), and can also take part in the anodic dissolution reaction. Local acidification in growing pits (pH as low as 1-2) permits sulphate to behave as an aggressive anion like chloride but under more acidic conditions. In sulphate solutions, the pitting potential (Epit) decreases with decreasing pH and increasing sulphate concentration .

60 градусів, 1 м/с. Потік Сульфат-Порогові значення рН.

Наступні умови початку пітінгу були визначені за допомогою контрольованого контуру потоку 316L (електрополірований, Ra=0.2 мкм) у сульфатних розчинах (0-2000 ppm SO42- як Na2SO4) з pH, що регулюється H2SO4 (без додавання хлоридів) при 60 градусах, швидкості 1 м/с протягом 2000 годин.

Концентрація сульфату (ppm SO4 2-) pH (60 градусів ) Час початку пітингу (год) Швидкість пітингу (мм/рік)| Щільність ямок (пітів/см2)|Час до перфорації (стінка 1,5 мм, роки)|Рекомендовано для прісної води (низький Cl)||<500 | >4.0 | >10,000 | <0.02 | 0 | >75 | Yes | | 500-1,000 | 5.0 | >10,000 | <0.02 | 0 | >75|Так|| 500-1000|4,0-4,5|5 000-10 000|0,02-0,05 |<1 | 30-75 | Yes | | 500-1,000 | 3.5-4.0 | 2,000-5,000 | 0.05-0.15 | 1-5 | 10-30 | Acceptable | | 500-1,000 | 3.0-3.5 | 1,000-2,000 | 0.15-0.40 | 5-20 | 4-10 | Marginal | | 500-1,000 | <3.0 | 200-1,000 | 0.40-1.00 | >20|1,5-4|Не рекомендується|| 1000-2000|4,0-4,5|2000-5000|0,05-0,15|1-5|10-30|Прийнятно|| 1000-2000|3,5-4,0|800-2000|0,15-0,40|5-15|4-10|Маргінальний|| 1000-2000|3,0-3,5|300-800|0,40-0,80|15-40|2-4|Не рекомендується|| 1000-2000 |<3.0 | 100-300 | 0.80-2.00 | >40 | 0.75-2 | No | | >2,000 | <4.0 | <200 | >1.00 | >50 | <1.5 | No | |
Вплив швидкості потоку на сульфатний пітінг

У хлоридних розчинах вищі швидкості потоку зменшують пітінг, але можуть посилити сульфатний пітінг шляхом видалення захисних продуктів корозії.

Швидкість потоку (м/с) Швидкість пітінгу при 1000 ppm SO4-2, рН 3,5, 60oC (мм/рік) Час до прориву (роки) Рекомендована максимальна швидкість для кислих сульфатів<0.5 0.15-0.25 6-10 Acceptable
0.5-1.0 0.25-0.40 4-6 Marginal 1.0-1.5 0.40-0.60 2.5-4 Not recommended 1.5-2.5 0.60-0.90 1.7-2.5 No >2.5 >0.90 <1.7 No Practical Recommendations for Low-Chloride, High-Sulfate, Acidic Freshwater Service

Для закритих нагрівачів 316L у прісній воді з низьким вмістом хлоридів, але сульфатів і кислим pH при 60 градусів застосовуються наступні параметри.

Тип води Нормальний pH Сульфат (ppm) Хлорид (ppm) Рекомендований сплав Очікуваний термін служби (роки)
Кислотний дренаж шахти (слабкий) 4.0-5.0 500-1,500<50 316L with monitoring 5-10 
Кислотний дренаж шахти (важкий) 2.5-4.0 1,000-3,000<50 Duplex 2205 5-8
Промислове охолодження (кислотне) 3.5-4.5 500-1 000<20 316L (acceptable) 8-12 
Agricultural runoff (acidic) 4.0-5.0 100-500 10-50 316L >10 
Будь-які з pH<3.0 <3.0 >500 Будь-який Не 316L Оновлення до сплаву 20 Ідентифікація польових точок, спричинених сульфатами

Для нагрівача 316 л, який питує у прісній воді з хлоридами, можна підозрювати сульфатно-{0}}індуковану точку<50 ppm but sulphate >500 ppm і pH<4.0. The pits are usually tiny (50-200 µm) and frequent and no chloride was discovered in the pit residue (EDS). The corrosion product may contain sulphur. Water analysis will show low chloride, moderate to high sulphate and low pH. The remedy is to elevate the pH (neutralise) or go to Alloy 20 or duplex 2205.

Висновок: не дозволяйте рН і сульфатам бути причиною не-хлоридної точкової ямки

Очищення оболонок нагрівача з нержавіючої сталі 316L у проточній (1 м/с) прісній воді за температури 60 градусів з низьким вмістом хлориду (<20 ppm) occurs at sulphate concentrations >500-1000 ppm, коли pH менше 3,5-4,0. Швидкість пітінгу 0,4-0,8 мм/рік при pH 3,0-3,5 і 1000 ppm SO₄²⁻ викликає перфорацію через 2-4 роки. Інженерам потрібно перевірити рН і концентрацію сульфатів, а не просто хлоридів, щоб визначити оболонки 316L для прісної води. При рН<4.0 and sulphate >500 ppm, необхідна нейтралізація pH або покращення сплаву. Розроблена тут структура, яка пов’язує вміст сульфатів і рН із швидкістю ініціювання та розповсюдження пітингу при 60 градусах у воді без-хлоридів, дає змогу покупцям виявляти та запобігати не-не{4}}точковій виразці оболонок нагрівача 316L у кислих прісноводних системах із високим-сульфатом.