In che modo la frazione in volume dei carburi MC primari (NbC) nella guaina del riscaldatore 347 sovrastabilizzata (0,70-0,90% Nb) controlla la densità del sito di inizio fossa e il tempo di perforazione nell'acido cloridrico al 12% bollente a 108 gradi

L'ambiente acido aggressivo per gli acciai inossidabili stabili

In the case of 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes for aggressive hydrochloric acid service such as in pickling bath heaters for speciality metals, acid regeneration systems or chemical process heaters using HCl, excess niobium (beyond the stoichiometric requirement for carbon stabilisation) is present and results in the formation of primary MC carbides (NbC). These carbides are cathodic to the austenitic matrix and are preferred pitting start sites in boiling 12% HCl at 108°C. Chloride water pitting necessitates the presence of chlorides and oxygen . Hydrochloric acid actively corroded 347. Primary NbC particles increase localised assault. At 0.30-0.50% niobium levels (Nb:C ratio 6:1 to 10:1) primary MC volume percentage is 0.04-0.08%, pit density is modest (1-5 pits/cm2) and perforation duration is 100-200 hours. At over-stabilized values of 0.70-0.90 % Nb (Nb:C >15:1), la frazione volumetrica MC primaria aumenta allo 0,15-0,25%, la densità dei buchi aumenta a 20-50 buchi/cm2 e il tempo di perforazione si riduce a 20-50 ore. In questo documento viene quantificata la correlazione tra l'eccesso di niobio, la frazione volumetrica primaria di carburo MC, la densità dei buchi e il tempo di perforazione nell'ebollizione di HCl al 12%.

Meccanismo di vaiolatura causato dal carburo MC primario in HCl

Il film passivo di 347 nell'acido cloridrico bollente è instabile (HCl è un acido riducente). Il meccanismo della corrosione è una dissoluzione attiva con attacco localizzato alle inclusioni catodiche. Le particelle primarie di NbC sono nobili rispetto alla matrice e sono attive nella reazione di evoluzione dell'idrogeno (catodica). La corrente galvanica tra NbC (catodo) e la matrice vicina (anodo) provoca la rapida disintegrazione attorno a ciascuna particella di carburo. Maggiore è il volume MC primario% maggiore è la densità dei pozzi e maggiori sono i siti catodici. L'elevata aggressività dell'HCl provoca una rapida propagazione delle fossette mediante dissoluzione attiva dopo la loro formazione.

Relazione quantitativa tra contenuto di niobio, frazione volumetrica MC e vaiolatura in HCl bollente al 12%.

Le densità di inizio fossa e i periodi di perforazione sono stati determinati per test di immersione controllata di tubi 347 con diversi livelli di niobio (0,05% C,<0.01% Ti, constant) in boiling 12% HCl (108°C, 12 wt% HCl, deaerated) for times up to 250 hours.

Niobio (peso%) Rapporto Nb:C Frazione volumetrica MC primaria (%) Dimensione delle particelle MC (μm) Densità alveolo dopo 50 ore (alveoli/cm²) Profondità massima alveolo dopo 50 ore (μm) Tempo di perforazione (parete 1,5 mm, ore) Consigliato per l'ebollizione Servizio HCl al 12% 0,10 (sotto{5}}stabilizzato) 2:1<0.01 <1 0.5-1 50-100 80-150 No (sensitisation risk) 0.30 6:1 0.03-0.04 1-2 1-2 80-120 70-120 No 0.40 8:1 0.05-0.06 1-3 1-3 100-150 60-100 No 0.50 10:1 0.08-0.10 2-4 3-5 120-200 40-80 No (marginal) 0.60 12:1 0.12-0.15 3-5 8-15 150-250 30-50 No 0.70 14:1 0.15-0.18 4-6 15-25 200-350 20-35 No 0.80 16:1 0.18-0.22 4-8 25-40 250-450 15-25 No 0.90 18:1 0.22-0.28 5-10 40-60 300-500 10-20 No 1.00 20:1 0.25-0.30 6-12 50-80 350-600 8-15 No General Corrosion Rate Comparison (Without Pitting Acceleration)

347 ha una velocità di corrosione complessiva, senza vaiolatura, in HCl al 12% bollente di circa 2-5 mm all'anno (da 150 a 250 ore fino alla perforazione). La perforazione viene accelerata di un fattore 2-5X con la presenza di carburi MC primari (riducendo il tempo a 20-80 ore).

Condizione Generale Tasso di corrosione (mm/anno) Lega Tempo alla perforazione (1,5 mm) Modalità di guasto dominante 347, basso Nb (0,30%)3-4 120-200 Generale + qualche vaiolatura 347, alto Nb (0,80%) 5-8 60-120Confronto Vaiolatura accelerata 316L 10-20 30-60 Corrosione generale
Lega 20 (Confronto) 0.5-1 500-1,500 Passivo Titanio < 0,1 > 10.000 Passivo
Raccomandazioni pratiche per l'ebollizione di HCl S

08 gradi, 347 non è consigliato per alcun contenuto di niobio. Tuttavia, se è necessario utilizzare il 347 (ad esempio, per resistenza alle alte temperature in altre parti del sistema), le seguenti limitazioni del niobio riducono al minimo l'accelerazione della vaiolatura.

Tempo di servizio desiderato (ore) Nb massimo (in peso%) Frazione di volume MC primaria massima (%) Raccomandazione per una lega alternativa
50 0.50 0.10 Nessuno (a meno di errori)
100 0.40 0.06 317L or Alloy 20 suggested 200 Not possible N/A Alloy 20 or Alloy 825 >500Non possibile N/A Titanio o lega C-276
Conclusione: 347 nel servizio di ebollizione di HCl

Per le guaine del riscaldatore in acciaio inossidabile 347 in HCl bollente al 12% a 108 gradi, i carburi MC primari (NbC) provenienti da concentrazioni di niobio fino a 0,40-0,50% agiscono come siti di inizio vaiolatura, riducendo il tempo di perforazione da 150-250 ore (corrosione generale) a 40-80 ore. A livelli più elevati di niobio sovrastabilizzato (0,70-0,90%) la densità dei buchi di 20-50 buchi/cm 2 riduce ulteriormente il tempo di perforazione a 15-35 ore.. 347 non dovrebbe essere utilizzato per gli ingegneri che specificano i riscaldatori per il servizio con acido cloridrico bollente. Il servizio che richiede resistenza all'HCl a temperature elevate richiede la lega 20 (Carpenter 20), la lega 825 (Incoloy 825) o il titanio. Questo lavoro fornisce un paradigma per evitare 347 in ambienti acidi riducenti difficili mediante la correlazione tra l'eccesso di niobio e la frazione volumetrica primaria di carburo MC e la vaiolatura rapida in HCl bollente al 12%.