При каква конкретна комбинация от концентрация на сярна киселина и температура 2,0 милиметрова обвивка от неръждаема стомана 316 изисква намаляване на мощността под 5 вата на квадратен сантиметър за предотвратяване на активна корозия във ваните за ецване на метал?

Инженерите по процеси, изграждащи електрически потопяеми нагреватели за вани за декапиране на метали в стоманени мелници и металообработващи индустрии, са изправени пред едни от най-тежките условия за обвивките от неръждаема стомана 316, когато са изправени пред сярна киселина при екстремни температури. Баните за декапиране обикновено работят при температури от 60 до 90 градуса и концентрации на сярна киселина от 10 до 25%, често с разтворени железни соли, което усложнява още повече корозионното поведение. Дебелината на стената от 2,0 mm често се избира, за да се позволи корозия и да се придаде механична устойчивост на турбуленция във ваната и контакт с детайла. Работата обаче при нормална плътност на вата от 8-12 W/cm2 води до това, че температурата на повърхността на обвивката е с 20-40oC по-висока от основната температура на банята, което може да доведе до навлизане на обвивката в режим на активна корозия със скорости на корозия над 5 mm на година. В тази статия ние идентифицираме приложимите комбинации температура-концентрация, за които обвивка от 2,0 mm 316 трябва да бъде понижена под 5 W/cm2, за да остане в режим на пасивна корозия.

Неръждаема стомана 316 в сярна киселина: Преходът от пасивно към активно
В член 30 се посочва, че в сярна киселина пасивният-активен преход на неръждаема стомана 316 до голяма степен зависи от температурата и концентрацията. Скоростите на корозия са < 0,2 mm yr−1 в пасивен режим. В активен режим скоростите са 5-20 mm годишно. Преходната граница на условията на банята за ецване следва определена крива. Температурата на преход за 10 на сто. сярна киселина е около 55 градуса С. При 15% е 45 градуса преход. При 20% тя пада до 38 градуса. Става до 32 градуса . - 25%. За нагревател в насипна баня при 70 градуса с 15% сярна киселина само насипното състояние вече е над температурата на преход от 45 градуса - ваната е активно корозивна до 316 без топлинен поток. 316 не е подходящо при тези обстоятелства, независимо от дебелината на стената или плътността на ватовете. Въпреки това, много вани за ецване са в преходната зона, където насипните условия са пасивни, но повишената температура на повърхността на обвивката, дължаща се на топлинния поток, изтласква обвивката в активен режим. Повишаването на температурата от обема към повърхността на обвивката е около 25–30 градуса за обвивка от 2,0 mm при 10 W/cm². Обемна баня при 40 градуса с 15 % киселина (пасивна) води до температура на повърхността на обвивката от 65–70 градуса, което надвишава прехода от 45 градуса, така че възниква активна корозия на повърхността на обвивката, въпреки факта, че насипната баня е пасивна.

Критични прагове на отклонение 2,0 милиметра обвивка
Необходимостта от намаляване на корозионното изпитване на 316 проби при температури и концентрации, подходящи за бани за ецване, е както следва. Калъф с 2,0 мм стена. Стойностите са максималната плътност във ватове, която поддържа температурата на повърхността на обвивката най-малко 5 градуса под температурата на пасивен-активен преход за дадената обемна концентрация.

Концентрация на насипна сярна киселина Температура на насипна баня Пасивна{0}}Температура на активен преход при тази концентрация Максимална повърхностна температура на обвивката (преход – 5 градуса граница на безопасност) Макс. Допустима ватова плътност за 2,0 мм. Обвивка Препоръчително действие 10% 30 градуса 55 градуса 50 градуса 12 W/cm² Безопасно при стандартна плътност във вата
10% 40 градуса 55 градуса 50 градуса 6 W/cm² Отслабване 10% 45 градуса 55 градуса 50 градуса 3 W/cm2 Маргинално; Помислете за подобряване на сплавта 10% Над 48 градуса 55 градуса 50 градуса Не е възможно Титан или сплав 20
15% 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 Безопасен при умерена плътност на вата
15% 30 градуса 45 градуса 40 градуса 6 W/cm² Необходимо е намаляване на мощността
15% 35 градуса 45 градуса 40 градуса 2 W/cm2 Непрактична промяна на сплавта
15% Над 38 градуса 45 градуса 40 градуса Не е възможно 316 не е практично
20% 20 градуса 38 градуса 33 градуса 8 W/cm² Безопасно при ниска ватова плътност
20% 25C 38C 33C 4 W/cm2 Голямо намаление 20% Над 28C 38C 33C Не е възможно 316 не е подходящо
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25% > 25 градуса 32 градуса 27 градуса Не е възможно Използвайте сплав 20 или титан
За типична баня за ецване при 15% сярна киселина и 35 градуса насипна температура, обвивката от 2,0 mm 316 трябва да бъде на или под 2 W/cm2, за да се предотврати активна корозия. При тази плътност на вата нагревателят би бил непрактично дълъг нагревател за средни изисквания за мощност от 10-20 kW. Така че 316 не е подходящ за тази услуга. Инженерите трябва да обмислят използването на сплав 20 (Carpenter 20) или сплав 825, като и двете имат температури на преход от пасивно-активно с 30-50 градуса по-високи от 316 в сярна киселина.

Промени в дизайна за предотвратяване на активна корозия без намаляване на мощността
Ако условията на банята за декапиране са близки до границата на прехода и обвивка от 2,0 mm 316 вече е поставена или е необходима, три корекции на дизайна могат да избегнат активна корозия, без да намалява плътността на ватовете под практическите граници. Първият е да се подобри циркулацията на киселина през нагряващата повърхност. Турбулентният поток със скорост 1–2 m/s намалява повишаването на температурата на повърхността на обвивката от 25–30 до 10–15 градуса, което може да попречи на обвивката да достигне точката на преход. Втората промяна е добавянето на окислител във ваната. Малки добавки на железни йони или водороден пероксид могат да изместят пасивния-активен преход към по-високи температури с 10-20 градуса C, връщайки се към пасивно поведение. Третата промяна е дизайнът на нагревателя с двойна{16}}ватова плътност, който има по-ниска плътност на мощността в долната част на ваната с най-високи температури поради стратификация. За повечето приложения във ваната за ецване инженерното решение е да се премине от 316 към по-устойчива сплав. Обикновено разликата в цената между 2,0 мм обвивка 316 и обвивка от сплав 20 със същия размер е 30-50%, но експлоатационният живот се подобрява от месеци до 5-10 години. Когато определят нагреватели за вани за ецване, инженерите трябва да предоставят на доставчика пълния състав на ваната, температурния диапазон и степента на очакваната турбулентност. Ако производителят препоръчва 316 за 15% сярна киселина при 50 градуса и не говори за намаляване на мощността или възможност за активна корозия, той не дава компетентен съвет. Промяната от пасивна към активна корозия при сярната киселина е бърза и безмилостна. 2,0 mm обвивка, която губи 5 mm/годишно при активна корозия, ще се перфорира за по-малко от 5 месеца. Намаляване на мощността<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.