Как обемната фракция на първичните Nb(C,N) карбонитриди от остатъчния титан (0,02-0,08%) в обвивката на нагревателя 347 контролира плътността на мястото на иницииране на питинг в хлорирана морска вода при 35 градуса с 1,5 ppm свободен хлор

Второстепенният легиращ елемент, който се превръща в основен инициатор на питинг при окислителни условия

Типични 347 неръждаема стомана (Nb-стабилизирана) електрически нагревателни тръби с обвивка, изложени на хлорирана морска вода (1,5 ppm свободен хлор, 20 000 ppm Cl-) при 35 градуса, както се използва в системи за охлаждане на крайбрежни електроцентрали, предварителни нагреватели за обезсоляване или морски топлообменници с дозиране на хлор, съдържат остатъчен титан (0,02-0,08 тегл.%) от производството на стомана (титанов-деоксидиран скрап или умишлено добавяне). Формират се първични богати на титан ниобиеви карбонитриди (Nb,Ti)(C,N). Тези сложни карбонитриди са по-катодни и по-стабилни от чистия NbC, следователно те са много ефективни места за иницииране на питинг при висок окислителен потенциал на хлорирана морска вода. За нива на титан<0.01% primary carbonitride volume fraction <0.01-0.02 %, pit density <0.5 pits/cm² and service life >10 години. Тъй като съдържанието на титан се увеличава от 0,03 до 0,05%, обемната фракция на карбонитрида се увеличава от 0,04 до 0,08%, плътността на ямата от 2 до 5 пита/cm² и дълготрайността от 5 до 7 години. При нива на титан от 0,06-0,08% обемната фракция е 0,10-0,15% и плътността на ямата е над 10-20 пита/cm² и перфорацията се извършва за 2-3 години. Тази статия определя количествено връзката между остатъчната концентрация на титан, обемния процент на първичния карбонитрид, плътността на иницииране на яма и експлоатационния живот в хлорирана солена вода.

Механизъм на Titanium Enhanced Pittingch Initiation

Титанът има по-голям афинитет към въглерода и азота от ниобия. При производството на стомана 347 титанът (до 0,02-0,08%) за предпочитане произвежда богати на титан карбонитриди (Ti(C,N)), които също могат да съдържат ниобий (Nb,Ti)(C,N). Тези частици се образуват при висока температура по време на втвърдяване и са по-големи (3-10 µm) и по-стабилни от чистия NbC. В хлорирана морска вода (висок потенциал на окисление от Cl2) катодният процес (редукция на кислород + редукция на хлор) е особено ефективен върху тези карбонитридни повърхности, като по този начин образува силна галванична двойка със заобикалящата аустенитна матрица. Бързото анодно разтваряне се предизвиква от висока катодна плътност на тока. Високата концентрация на хлорид води до бързо образуване и разпространение на пит.

Количествена връзка между съдържанието на титан, обемната фракция на карбонитрида и плътността на питинга

Следните плътности на иницииране на ями и времена на перфорация са установени за 347 тръби с различно съдържание на остатъчен титан (постоянен ниобий 0,40%, въглерод 0,05%, азот 0,04%) в хлорирана синтетична морска вода (1,5 ppm свободен Cl2, 20 000 ppm Cl, pH 8,0) при 35 градуса за 5000 часа.

Титан (wt%) Обемна фракция на първичния (Nb,Ti)(C,N) (%) Карбонитрид Размер на частиците (µm) Морфология на частиците Плътност на вдлъбнатините след 5 000 часа (питове/cm²) Максимална дълбочина на вдлъбнатините след 5 000 часа (µm) Време до перфорация (1,5 mm стена, години) Препоръчва се за 35 градуса Сервиз за хлорирана морска вода<0.005 (Ti-free) <0.01 <1 None/rare <0.1 <10 >15 Best 0.005-0.010 0.01-0.02 1-2 Isolated 0.2-0.5 10-20 10-15 Yes 0.010-0.020 0.02-0.03 1-3 Scattered 0.5-1.0 15-30 8-12 Acceptable 0.020-0.030 0.03-0.05 2-4 Moderate 1-3 25-45 5-8 Marginal 0.030-0.040 0.05-0.07 2-5 Frequent 2-5 35-60 4-6 Not recommended 0.040-0.050 0.07-0.09 3-6 Numerous 4-8 50-80 3-4 No 0.050-0.060 0.09-0.12 3-8 Extensive 8-15 60-100 2-3 No 0.060-0.080 0.12-0.16 4-10 High density 15-30 80-130 1.5-2 No >0.080 >0.16 >5 Very high >30 >130 <1.5 No
За взаимодействието между Ti и Nb при образуването на карбонитрид

По-високият ниобий може частично да компенсира неблагоприятния ефект на титана чрез преференциално производство на NbC, но титанът все още се разделя на карбонитриди.

Титан (wt%) Ниобий (wt%) Състав на карбонитрид Плътност на ямата (pits/cm2) Препоръчва се за хлорирана морска вода 0.02 0.35 Ti-богат (Ti,Nb)(C,N) 2-4 Пределно 0.02 0.45 Повече Nb-богат 1-2 Приемливо 0.02 0.55 Предимно NbC + следи от Ti 0,5-1 Да 0.05 0.35 Ti+Nb смесени 8-12 Не 0.05 0.50 Ti+Nb смесени 4-6 Не се препоръчва 0.05 0.65 Повече богати на Nb, малко Ti 2-4 Маргинално
Практически препоръки за 347 в хлор в морска вода

За нагреватели с обвивка 347 в хлорирана солена вода при 35 градуса, следните ограничения на титан и ниобий минимизират питинга поради образуването на карбонитрид.

Desired Service Life @ 35C (years) Maximum Titanium (wt%) Minimum Niobium (wt%) Recommended Combined Limit Alternate Alloy >10 <0.01 0.45 Ti+Nb not applicable 347 acceptable 8-10 <0.02 0.50 Upgrade to 316L or duplex
5-8 <0.03 0.55 347 not recommended Duplex 2205 3-5 <0.04Not effective 347 unsuitable Duplex 2205 or titanium <3 >0,04 Не е ефективен 347 неподходящ Титан
Проверка на количеството титан и плътността на карбонитрида

За купувачи, нуждаещи се от 347 за обслужване с хлорирана морска вода, има две техники за проверка. Първият е химичен анализ за титан, чрез ICP или OES. Приемане: Ti<0.01-0.02% for life >8 г. Второто е металографско (SEM 1000-2000×) изследване на полирано напречно сечение за преброяване на първични карбонитридни частици (ярки, ъглови, 2-10 µm). Приемане:<5 particles/mm^2 for 5 year life.

Заключение: Ултра-Ниска спецификация на титан за устойчивост на хлорирана морска вода срещу питинг

В нагревателни обвивки от неръждаема стомана 347, остатъчният титан до 0,02-0,03% произвежда първични (Nb,Ti)(C,N) обемни фракции на карбонитрид от 0,03-0,05% в хлорирана морска вода (1,5 ppm Cl₂, 20 000 ppm Cl⁻) при 35 градуса и яма плътността се увеличава от<1 pit/cm² to 2-5 pits/cm² and service life decreases from >8-10 years to 4-6 years. At titanium levels of 0.05-0.08% pit density is >15-30 ямки/cm2 и перфорация настъпва след 2-3 години. Инженерите, които пишат спецификации за 347 обвивки за морски хлорирани услуги, трябва да ограничат титана до<0.01-0.02% and for the highest pitting resistance upgrade to 316L or duplex 2205. The framework presented here allows buyers to specify 347 chemistry that minimises titanium induced pitting in the most aggressive oxidising marine environments by correlating residual titanium content with primary carbonitride volume fraction, pit initiation density and perforation time in chlorinated seawater.