כיצד נשמר חלק הנפח של דלתא פריט לאחר חישול תמיסה של צינורות 316 נדן מחמם בקרת עמידות בבורים במים-כלורידים גבוהים (5,000 ppm) ב-60 מעלות

המיקרו-מבנה הכפול כגורם קורוזיה

חלק הנפח של דלתא פריט שנשמר במטריצת האוסטניט הוא גורם חשוב אך מוזנח לעתים קרובות בעמידות החריצים של צינורות חימום חשמליים המצופים בפלדת אל חלד 316 עבור סביבות גבוהות כלוריד, כולל מחממי מי ים (כ-20,000 ppm Cl⁻), מערכות מים מליחים (5,000 ppm, Cl, 5,000 ppm), מחממי מלח. דלתא פריט (δ-פריט) הוא שלב מעוקב במרכז הגוף (BCC) שנוצר במהלך התמצקות ועשוי להישאר לאחר חישול התמיסה בהתאם להרכב הסגסוגת (במיוחד היחס המקביל בין כרום- לניקל). תכולת דלתא פריט מתונה (3-8%) טובה להתנגדות לסדיקה חמה לרתך. דלתא פריט פחות עמיד בפני בור בתנאי כלוריד מאשר אוסטניט. עבור רמות דלתא פריט > 5-8% במים גבוהים של כלוריד ב-60 מעלות צלזיוס, פוטנציאל הבור ירד ב-100 - 200 mV וקצב התפשטות הבור גדל בפקטור של 2 - 3. מאמר זה מעריך את הקשר בין אחוז נפח דלתא פריט ועמידות בור בשירות גבוה של כלוריד.

מנגנון של התקפת פריט דלתא סלקטיבית

ההרכב הכימי של דלתא פריט בפלדת אל חלד 316 שונה מהאוסטניט שמסביב. פריט מצוי בשפע בכרום (כ-26-28% Cr בפריט לעומת 15-18% Cr באוסטניט) אך מדולדל בניקל (3-6% Ni בפריט לעומת 10-14% Ni באוסטניט) ובמוליבדן (בסביבות 1.5% ב-2 פריט לעומת 0.5%-2. מו באוסטניט). בתנאים של כלוריד גבוה, לדלתא פריט ריכוז מוליבדן וניקל נמוך יותר, ומכאן שהוא אנודי ביחס לאוסטניט. הסרט הפסיבי על פריט הוא גם פחות יציב מאשר על אוסטניט בגלל מבנה הגביש השונה (BCC לעומת FCC). העדפה של בורות שמקורם בגבול שלב פריט-אוסטניט ולאחר מכן עוברים במהירות דרך שלב הפריט ומשאירים את האוסטניט שלם. כתוצאה מכך, מתקבלת מורפולוגיה "ספוגית" או "שטיפה סלקטיבית" אופיינית שבה פריט מסולק באופן סלקטיבי, וכתוצאה מכך נוצרת רשת של נקבוביות המחוברות זו לזו שיכולה להתפשט על פני עובי דופן מהר יותר מאשר בור אחיד.

מתאם כמותי בין דלתא פריט והתנגדות בור

ביצועי החפירות של צינורות 316 עם תכולת דלתא פריט שונה (מנוהלת על ידי שינויים זעירים בהרכב כדי לשלוט על שווה ערך ל-Ni) הוערכו על ידי בדיקת טבילה מבוקרת של 5,000 שעות במי ים מדומים (5,000 ppm Cl-, pH 7.5, 60 מעלות ).

שבר נפח דלתא פריט (%) טמפרטורת בור קריטית (מעלה , ב-5,000 ppm פוטנציאל פיתול 60 מעלות (mV לעומת SCE, 5,000 ppm Cl-) עומק בור מקסימלי לאחר 5,000 שעות (µm) זמן עד לנקב (1.5 מ"מ לקיר, 0 מ"מ מומלץ עבור 5 ppm, Cl) שירות 60 מעלות<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 שנים כן
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 שנים כן 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 שנים מקובל 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 שנים שולי 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 שנים לא מומלץ
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 שנים לא מקובל
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
השפעת ריכוז הכלוריד על סובלנות דלתא פריט

הגדלת ריכוז הכלוריד מגבירה את ההשפעה המזיקה של דלתא פריט. אתה יכול לקבל יותר פריט אם אתה מפחית את תכולת הכלוריד. הטבלה שלהלן מציינת את הדלתא פריט המקסימלית המותרת עבור שירות של 5 שנים בריכוזי כלוריד שונים וב-60 מעלות.

ריכוז כלוריד (ppm) מקסימום דלתא פריט למשך 5 שנים חיים (%) חלופת סגסוגת מומלצת אם פריט חורג מהמגבלה<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 (מי ים) 0 (אוסטניטיים לחלוטין בלבד) 316 לא מומלץ טיטניום או סגסוגת 625
שליטה בדלתא פריט על ידי שינוי כימיה

תכולת הדלתא פריט של 316 נשלטת על ידי מקבילי כרום וניקל (דיאגרמת Schaeffler-DeLong). מומלץ לבצע את השינויים בכימיה הבאים כדי להפחית פריט עבור שירות-כלוריד גבוה:

הגדל Ni: יעד Ni=11-13% (טווח רגיל 10-14%, עדיף קצה גבוה יותר)

תכולת כרום נמוכה יותר: כוון ל-= 16-17% Cr (לעומת 16-18% רגיל, קצה נמוך)

הגדלת תכולת החנקן חנקן הוא מייצב אוסטניט חזק (0.05-0.10%), יעד 0.08-0.10% N

אלמנטים מקדמי פריט: סיליקון (פחות או שווה ל-0.5%) מוליבדן (פחות או שווה ל-2.2% בהשוואה ל-2.5%)

אחוזי פריט טיפוסיים עבור כימיות 316 שונות מוצגים בטבלה שלהלן.

שם כיתה Ni אופייני (%) אופייני Cr (%) אופייני Mo (%) אופייני N (%) שבר נפח דלתא פריט (%) 316 (Nilow Ni) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (סטנדרטי) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (Ni גבוה) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (C נמוך במיוחד, Ni High) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (פרימיום, אוסטניטי מלא) {{5}<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

אם אתה רואה תנור חימום 316 פועל במים-כלורידיים גבוהים (5000-10,000 ppm Cl-) ב-60 מעלות עם מורפולוגיה ייחודית של פיתולים, חשוד בהתקפת דלתא פריט. במהלך חקירה מטאלוגרפית (מיקרוסקופ אופטי ב-200-500×, חרוט עם ריאגנט של Beraha או ב-NaOH אלקטרוליטי) שלב הפריט מופיע כאיי תחריט כהים במטריצת האוסטניט הבהירה יותר. בדגימות האכולות, איי הפריט יציגו התמוססות מועדפת ויופיעו כחללים או אזורים נקבוביים. עקיפה של קרני רנטגן יכולה להדגים נוכחות של פריט (פסגות BCC) כמו גם אוסטניט (פסגות FCC). עבור שירות עם כלוריד גבוה, התשובה היא לציין צינורות עם 3-5% פריט, אשר ניתן לעשות זאת על ידי בקשה לדרגת "פריט נמוך" או "אוסטניטי לחלוטין" מהמפעל, המסומן בדרך כלל כ"316L עם פריט מבוקר" או מילוי ASTM A262 Practice A עם מבנה A (שלב).

מסקנה: ציון פריט דלתא נמוך עבור יישומי כלוריד גבוהים

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >5-8% מפחיתים את ההתנגדות לבור ומגדילים את שיעורי התפשטות הבור, מפחיתים את זמן הניקוב מ-8-15 שנים ל-3-5 שנים. עבור כלורידים מעל 5,000 ppm, יש לשמור על דלתא פריט על פחות מ-3-5%; עבור מים מלוחים (20,000 ppm Cl⁻) אוסטניטי לחלוטין (פריט<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.