Com es manté la fracció de volum de ferrita delta retinguda després del recuit de la solució del tub de la funda de l'escalfador 316 controla la resistència a la picada en aigua d'alt -clorur (5.000 ppm) a 60 graus

La microestructura de doble fase com a factor de corrosió

La fracció de volum de ferrita delta retinguda a la matriu d'austenita és un factor important, però sovint descuidat, en la resistència a la picada dels tubs de calefacció elèctrics revestits amb acer inoxidable 316 per a entorns d'alt clorur, inclosos els escalfadors d'aigua de mar (aproximadament 20.000 ppm Cl⁻), els sistemes d'aigua salobre (5,00}10,{7}0}0 Cl⁻) o escalfadors de salmorra industrials. La ferrita delta (ferrita δ-) ​​és una fase cúbica centrada en el cos (BCC) que es forma durant la solidificació i que pot romandre després del recuit de la solució depenent de la composició de l'aliatge (especialment la proporció d'equivalent crom-níquel). El contingut moderat de ferrita delta (3-8%) és favorable per a la resistència al trencament en calent de la soldadura. La ferrita Delta és menys resistent a la picada en condicions de clorur que l'austenita. Per a nivells de ferrita delta > 5-8% en aigua amb alt clorur a 60 graus C, el potencial de picat es redueix en 100 - 200 mV i la taxa de propagació de fossa augmenta en un factor de 2 - 3..

Mecanisme d'atac selectiu de ferrita delta

La composició química de la ferrita delta en acer inoxidable 316 és diferent de l'austenita circumdant. La ferrita és abundant en crom (al voltant d'un 26-28% de Cr en ferrita en comparació amb un 15-18% de Cr en l'austenita), però esgotada en níquel (3-6% Ni en ferrita en comparació amb 10-14% Ni en austenita) i molibdè (al voltant d'un 1,5-2,5% en ferrita en comparació amb 1,5-2,5% en ferrita). en austenita). En condicions d'alt clorur, la ferrita delta té una concentració de molibdè i níquel més baixa i, per tant, és anòdica en relació amb l'austenita. La pel·lícula passiva de ferrita també és menys estable que de l'austenita a causa de la diferent estructura cristal·lina (BCC vs FCC). Preferència de les fosses per originar-se al límit de la fase ferrita-austenita i després viatjar ràpidament per la fase de ferrita deixant l'austenita intacta. Com a resultat, s'obté una morfologia característica "esponjosa" o "lixiviació selectiva" en la qual s'elimina selectivament la ferrita, donant lloc a una xarxa de porus interconnectats que es poden propagar a través del gruix de la paret més ràpidament que la picada uniforme.

Correlació quantitativa entre la ferrita delta i la resistència a la perforació

El rendiment de perforació de tubs 316 amb diferents continguts de ferrita delta (gestionats per petites variacions de composició per controlar l'equivalent Ni) s'ha avaluat mitjançant proves d'immersió controlada de 5.000 hores en aigua de mar simulada (5.000 ppm Cl-, pH 7,5, 60 graus).

Fracció de volum de ferrita Delta (%) Temperatura crítica de perforació (graus, en 5.000 ppm Potencial de perforació 60 graus (mV vs. SCE, 5.000 ppm Cl-) Profunditat màxima de fosa després de 5.000 hores (µm) Temps fins a la perforació (1,5 mm per a paret, ppm, 60000000000000mV) Servei de grau<1 (totally austenitic) 65-70 250-300 <20 >35 anys Sí
1-3 60-65 230-280 20-40 15-30 anysSí 3-5 55-60 200-250 40-70 8-15 anysAcceptable 5-8 50-55 170-210 70-120 5-8 anysMarginal 8-10 45-50 150-180 120-180 3-5 anysNo recomanat
10-15 40-45 120-150 180-250 2-3 anys No acceptable
15-20 35-40 100-130 250-350 1.5-2 years Unacceptable >20 <35 <100 >350 <1.5 years Unacceptable 
Efecte de la concentració de clorur sobre la tolerància a la ferrita Delta

L'augment de la concentració de clorur augmenta l'efecte perjudicial de la ferrita delta. Podeu obtenir més ferrita si reduïu el contingut de clorur. La taula següent indica la ferrita delta màxima permesa per a un servei de 5 anys a diferents concentracions de clorur i a 60 graus.

Concentració de clorur (ppm) Ferrita Delta màxima durant 5 anys de vida útil (%) Alternativa d'aliatge recomanada si la ferrita supera el límit<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 (aigua de mar) 0 (només completament austenític) 316 no recomanat Titani o aliatge 625
Control de la ferrita Delta mitjançant la modificació de la química

El contingut de ferrita delta de 316 està controlat per equivalents de crom i níquel (diagrama de Schaeffler-DeLong). Es recomanen les modificacions químiques següents per reduir la ferrita per a un servei alt-clorur:

Augment de Ni: Ni=11-13% objectiu (interval normal 10-14%, l'extrem més alt preferit)

Menor contingut de crom: objectiu de Cr=16-17% (en comparació amb el 16-18% normal, gamma baixa)

Augmenta el contingut de nitrogen El nitrogen és un potent estabilitzador d'austenita (0,05-0,10%), objectiu 0,08-0,10% N

Elements promotors de ferrita: silici (menys o igual al 0,5%) Molibdè (menys o igual al 2,2% en comparació amb el 2,5%)

Els percentatges típics de ferrita per a diferents químiques 316 es mostren a la taula següent.

Nom del grau Ni típic (%) Cr típic (%) Mo típic (%) N típic (%) Fracció de volum de ferrita Delta (%) 316 (Ni baix) 10.0-10.5 17.5-18.0 2.0-2.2 0.04-0.06 8-15 316 (estàndard) 10.5-11.0 17.0-17.5 2.1-2.3 0.06-0.08 5-10 316 (Ni alt) 11.0-12.0 16.5-17.0 2.2-2.4 0.08-0.10 2-5 316L (C molt baix, Ni alt) 11.5-13.0 16.0-17.0 2.2-2.5 0.08-0.12 0-3 316L (premium, totalment austenític) 12.0-13.0 16.0-16.5 2.3-2.5 0.10-0.12<1 Field Identification of Delta Ferrite-Selective Attack

Si veieu un escalfador 316 funcionant en aigua amb un alt-clorur (5000-10.000 ppm Cl{-) a 60 graus amb una morfologia de picat única, sospiteu d'un atac de ferrita delta. Durant la investigació metal·logràfica (microscopi òptic a 200-500×, gravat amb el reactiu de Beraha o NaOH electrolític), la fase de ferrita emergeix com a illes de gravat fosques a la matriu d'austenita més clara. En les mostres corroïdes, les illes de ferrita mostraran una dissolució preferent i apareixeran com a buits o zones poroses. La difracció de raigs X pot demostrar la presència de ferrita (pics BCC) així com austenita (pics FCC). Per a un servei d'alt clorur, la resposta és especificar tubs amb un 3-5% de ferrita, que es pot fer sol·licitant un grau de "ferrita baixa" o "totalment austenític" al molí, generalment indicat com "316L amb ferrita controlada" o complint ASTM A262 Pràctica A amb estructura A (pas).

Conclusió: especificació de ferrita delta baixa per a aplicacions d'alt clorur

For 316 stainless steel encased heaters in high-chloride water (5,000 ppm Cl-) at 60°C, delta ferrite volume fractions >Redueix un 5-8% la resistència a la perforació i augmenta les taxes de propagació de la fossa, disminuint el temps fins a la perforació de 8-15 anys a 3-5 anys. Per als clorurs superiors a 5.000 ppm, la ferrita delta s'ha de mantenir a menys del 3-5%; per a aigua salada (20.000 ppm Cl⁻) totalment austenítica (ferrita<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.