כיצד עומק דלדול תכולת הכרום המקביל במפרקים מרותכים של צינורות מעטפת חימום 316 שולט על רגישות לקורוזיה בין-גרגירית בהרתחה של חומצה חנקתית

שיפוע מיקרו-מבנה באזור המושפע של-חום ריתוך (HAZ) כפרמטר קורוזיה

בסביבות חומצה מחמצנות, האזור המושפע מהחום (HAZ) הסמוך לקו היתוך הריתוך הוא האזור הרגיש ביותר לקורוזיה בין-גרעינית (IGC) במקרה של 316 צינורות חימום חשמליים מצופים מפלדת אל-חלד הזקוקים למכסי קצה או אוגנים מרותכים, כגון תנורי חימום בלחץ, מערכות חום גבוהות או מכלולי חום גבוהים. במהלך הריתוך, ה-HAZ חווה מחזור חום שיכול להמיס באופן חלקי קרבידים קיימים ולצבוע מחדש כרום קרבידים בגבולות התבואה עם הקירור. דלדול הכרום המתמשך מרחיב עומק מסוים מגבול התבואה ונכמת כעומק דלדול תכולת הכרום המקביל (בדרך כלל 50-500 ננומטר). עומק דלדול הכרום בהרתחה של חומצה חנקתית 65% (ASTM A262 Practice C) גדול מ-200 ננומטר וריכוז הכרום בגבול התבואה נמוך מ-12%. תקיפה בין-גרגירית ממשיכה במהירות ויוצרת ירידה במשקל של 0.5-2 מ"מ לשנה. מאמר זה מודד את הקשר בין עומק דלדול הכרום, ריכוז הכרום בגבול התבואה וקצב IGC במעטפות מרותכות 316.

מנגנון של דלדול כרום על ידי ריתוך

במהלך ריתוך של נירוסטה 316, אזור מושפע החום (HAZ) מחומם לטמפרטורות שבין 600 מעלות ל-1,300 מעלות. באזור המחומם מעל 1,050 מעלות הקרבידים הקיימים מתמוססים לחלוטין וכרום ופחמן נמצאים בתמיסה מוצקה. עם ירידה בטמפרטורה, ה-HAZ עובר את טווח הרגישות (450-850 מעלות) בקצב שהוא פונקציה של עובי הדופן, חימום מוקדם ונסיבות הסביבה. כיסויי חימום דקים-לקיר (1.5-2.0 מ"מ) מתקררים די מהר (10-30 שניות בטווח הרגישות) ולעתים קרובות מונעים משקעים חוזרים ניכרים של קרביד. עם זאת, כאשר מתבצעים מעברי ריתוך מרובים, או כאשר המעטפת מרותכת לאוגן עבה (הפועל כגוף קירור), קצב הקירור איטי יותר וכרום קרבידים יכולים לזרז בגבולות התבואה, וליצור אזור מדולדל בכרום ברוחב 50-500 ננומטר עם תכולת כרום מקומית עד 10%-1% (9%-1). עומק דלדול תכולת הכרום המתאים הוא רוחב האזור שבו הכרום קטן מהערך הקריטי של 12%.

קשר כמותי בין עומק הדלדול וקצב קורוזיה בקורוזיה בין-גרנולרית.

הקשר נוצר על ידי ריתוך מבוקר של צינורות 316 (קיר 1.5 מ"מ) עם כניסות חום שונות (0.5-3.0 קילו ג'ל/מ"מ) וקצבי קירור ולאחר מכן מדידת עומק דלדול הכרום על ידי ספקטרוסקופיה של אלקטרונים Auger (AES) ובדיקת IGC ברתחת 65% מחזורי HNO₃, 45 שעות כל אחת.

Weld Heat Input (kJ/mm) HAZ Cooling Rate (450-850°C, °C/s) Chromium Depletion Depth (nm) Minimum Grain Boundary Chromium (wt%) IGC Rate in Boiling 65% HNO3 (mm/year)Acceptable with monitoring 1.5-2.0 15-30 100-200 10-12 0.40-1.00 Fail (moderate IGA) Not recommended 2.0-2.5 10-15 200-350 8-10 1.00-2.00 Fail (severe IGA) No 2.5-3.0 5-10 350-500 6-8 2.00-3.50 Fail (very severe) No >3.0 (מעברים רבים)<5 >500 <6 >3.50 נכשל (התפוררות) לא מקובל
השפעת תכולת הפחמן על עומק הדלדול

עבור אותו קצב קירור, תקן 316 (0.08% C) מניב אזורי דלדול עמוקים יותר מאשר 316L (0.03% C) מכיוון שיש יותר פחמן ליצירת קרבידים.

קצב קירור (מעלה /שניות) (450-850 מעלות) עומק דלדול ב-316 (0.08% C) (ננומטר) עומק דלדול ב-316L (0.03% C) (nm)316 IGC שיעור (מ"מ/שנה)316L IGC שיעור (מ"מ/שנה) מומלץ לשירות מדורג100<30 <10 <.05 <.05 316 acceptable 50-100 30-80 10-30 .10-.30 <.10 316L preferred 30-50 80-150 30-60 .30-.80 .10-.25 316L required 15-30 150-300 60-150 .80-1.50 .25-.60 316L with post-weld anneal <15 >300 >150 >1.50 > .60 נדרש חישול ריתוך לאחר- עבור אחד מהם
מפרטי ריתוך מעשיים של שירות חומצה חנקתית

עבור תנורי חימום מצופים 316 לשימוש בהרתחה של חומצה חנקתית או חומצות מחמצנות אחרות, דרישות הריתוך הבאות ימזערו את עומק דלדול הכרום ויספקו עמידות ל-IGC.

מצב שירות קצב IGC מרבי מותר (מ"מ/שנה) תהליך ריתוך מוצע תפוקת חום מקסימלית (ק"ג/מ"מ) בדיקת קבלה לאחר טיפול ריתוך
לסירוגין, בדילול (20% HNO3) 0.3 GTAW, מעבר בודד 1.5 ללא (אם 316L) ASTM A262 תרגול א'