Għaliex 316 Tubi tat-Tisħin Elettriku ta 'Stainless Steel Sheath f'Banjijiet tal-Igalvanizzazzjoni Taħraq -Jfallu b'Korrużjoni Intergranulari f'450-480 grad Minkejja Kontenut Negliġibbli ta' Klorur?

L-ambjent tal-banjijiet tal-galvanizzazzjoni taż-żingu imdewweb huwa estremament ostili għat-tubi tat-tisħin elettriku mgħaddsa u jisfida kunċetti tradizzjonali ta 'reżistenza għall-korrużjoni ta' 316 stainless steel. It-temperatura tal-banju ta '450-480 grad, b'mod sinifikanti taħt il-firxa tas-soltu tat-temperatura tas-sensitizzazzjoni ta' 450-850 grad għall-preċipitazzjoni tal-karbur tal-kromju, tidher li hija sigura għall-istainless steel awstenitiku. Min-naħa l-oħra, fallimenti fil-qasam mill-impjanti tal-galvanizzazzjoni juru b'mod konsistenti korrużjoni intergranulari u qsim ta 'għata ta' l-istainless steel 316 wara 3-9 xhur ta 'servizz, fin-nuqqas ta' kloruri u fil-preżenza ta 'żingu imdewweb, li mhuwiex intrinsikament korrużiv għall-istainless steel fis-sens elettrokimiku tradizzjonali. Studju metallurġiku tal-kisi falluti juri proċess distint, jiġifieri fraġliment tal-metall likwidu (LME) ikkawżat minn penetrazzjoni taż-żingu tul il-konfini tal-qamħ, assoċjat ma 'preċipitazzjoni ta' fażi sigma (σ) - taħlita intermetallika iebsa u fraġli ta 'ħadid u kromju (FeCr). Espożizzjoni tas-sħana fit-tul-f'450-480 grad , li hija fil-medda ta 'sensitizzazzjoni tal-karburi, hija fil-medda ta' temperatura kruċjali għall-iżvilupp tal-fażi sigma fi azzar inossidabbli awstenitiku li jġorr il-molibdenu bħal 316. F'dawn it-temperaturi, fażi sigma miżmum minn ferrite (delta-induced) jew strattensite miżmuma minn ferrite (delta-induced) 1000–3000 siegħa. Dan jikkonsma l-kromju minn ħbub tal-awstenite fil-qrib u joħloq żoni mnaqqsa mill-kromju li jsiru suxxettibbli għall-penetrazzjoni intergranulari taż-żingu. Dan id-dokument jevalwa l-kinetika tal-iżvilupp tal-fażi sigma f'temperaturi tal-galvanizzar u jipprovdi informazzjoni għall-għażla tal-liga ta 'ħiters fis-servizz taż-żingu imdewweb.

Bidliet metallurġiċi fl-Azzar li ma jsaddadx 316 f'temperaturi tal-galvanizzazzjoni
L-istainless steel 316 standard għandu 2-3% molibdenu biex iżid ir-reżistenza għall-pitting f'kundizzjonijiet tal-klorur. Madankollu, il-molibdenu jiffavorixxi ħafna l-iżvilupp tal-fażi sigma fil-medda tat-temperatura ta '450-900 grad bl-aktar kinetika ta' preċipitazzjoni mgħaġġla madwar 600 grad. F'temperaturi tal-banju tal-galvanizzazzjoni ta '450-480 grad il-formazzjoni tal-fażi sigma hija aktar bil-mod, iżda xorta tilħaq frazzjonijiet ta' volum perikolużi wara espożizzjonijiet twal. Studju tad-diffrazzjoni ta 'l-elettron backscatter (EBSD) ta' 316 tubi ta 'l-istainless steel imneħħija mis-servizz fl-iggalvanizzazzjoni wara 6 xhur (~ 4320 h f'465 grad ) jindika frazzjonijiet ta' volum ta 'fażi sigma ta' 3-8% fiż-żona qrib il-wiċċ. Partiċelli Sigma (ġeneralment b'dijametru ta' 0.5–5 µm) kull wieħed jippreċipita f'siti tal-ferrite preċedenti jew fil-konfini tal-qamħ, u jnaqqsu l-matriċi tal-kromju tal-madwar. Iż-żona mnaqqsa mill-kromju ħdejn il-partiċelli sigma tista 'tinżel mill-kromju nominali 16-18% għal 10-12% kromju, li mhuwiex biżżejjed biex jiggarantixxi l-passività kontra l-attakk taż-żingu.

L-ambjent taż-żingu jipprovdi t-tieni metodu. Iż-żingu huwa mdewweb f'450 grad u jixxarrab sew l-istainless steel. L-atomi taż-żingu jemigraw interstizjalment tul il-konfini tal-qamħ, speċjalment dawk degradati mill-fażi sigma jew it-tnaqqis tal-kromju. Il-koeffiċjent tad-diffużjoni taż-żingu tul il-konfini tal-qamħ fl-istainless steel awstenitiku f'465 grad huwa madwar 2 × 10⁻¹⁰ ċm²/s, li huwa adegwat biex jippenetra 100-200 mm fil-ħajt tat-tubu f'6 xhur. Il-fraġilità tal-metall likwidu hija kkawżata miż-żieda tal-konċentrazzjoni taż-żingu fil-konfini tal-qamħ fuq livell ta 'limitu. Il-qsim intergranulari fraġli jista 'jseħħ anke taħt tagħbijiet tensili moderati minħabba n-nuqqas ta' qbil ta 'espansjoni termali bejn l-għant u l-element ta' tisħin intern. Il-qsim ikompli sakemm il-għant jitlef l-integrità tal-pressjoni u ż-żingu imdewweb jagħmel kuntatt mal-wajer tat-tisħin intern tan-NiCr. NiCr jinħall malajr fiż-żingu likwidu u l-heater ifalli immedjatament.

Relazzjoni Kwantitattiva Bejn Ħin ta' Espożizzjoni u Formazzjoni tal-Fażi Sigma
It-tixjiħ aċċellerat tal-laboratorju ta 'kampjuni ta' tubi ta 'azzar li ma jissaddadx 316 (ħxuna tal-ħajt 1.5 mm, OD 12 mm) f'temperaturi fil-medda tal-galvanizzazzjoni jistgħu jbassru l-progressjoni tal-fażi sigma u d-duttilità li jifdal. Il-kampjuni ġew ittrattati bis-sħana fl-arja għal ħinijiet partikolari, sezzjoni għal analiżi metallografika u erba 'punti liwja ttestjati biex jiddeterminaw id-duttilità residwa. It-temperatura ta '465 grad ġiet magħżula biex tirrappreżenta l-operazzjoni normali tal-banju taż-żingu imdewweb.

Ħin ta' Espożizzjoni f'465 grad (sigħat) Frazzjoni tal-Volum tal-Fażi Sigma (%) Kromju tal-Konfini tal-Qamħ (wt%, permezz ta' STEM-EDS) Duttilità tal-liwja (titwil waqt il-ksur, % tal-oriġinal) Modalità ta' Ħsara fit-Test ta' Espożizzjoni taż-Żingu 0 (kif riċevut, soluzzjoni ittemprat)<0.5 17.2 100% No cracking after 500 hours 500 0.8 16.8 97% Surface wetting only, no penetration 1000 1.5 16.1 92% Shallow intergranular zinc penetration (20-30 µm) 2000 3.0 15.2 83% Zinc penetration depth 80-120 µm 3000 4.5 14.5 71% Intergranular cracks at 40-60% wall thickness 4000 6.5 13.8 58% Complete perforation or cracking within 100-200 hours
6000 9.0 12.5 42% Falliment malajr mal-immersjoni (2-10 sigħat)
Il-limitu kruċjali għas-servizz tal-iggalvanizzazzjoni huwa fi frazzjonijiet tal-volum tal-fażi sigma > 3% (~ 2000 siegħa f'465 grad). Jekk il-konfini tal-qamħ għandhom biżżejjed kromju biex jipprevjenu d-dħul taż-żingu, allura l-limitu mhux se jintlaħaq. 'il fuq minn 3% sigma il-penetrazzjoni intergranulari taż-żingu tħaffef b'mod mhux-lineari u l-integrità mekkanika tal-għant hija degradata mill-fraġilità u l-korrużjoni lokalizzata.

Sensittività Mikrostrutturali għal Xogħol Biesaħ Preċedenti u Kontenut Inizjali tal-Ferrite
Tubi ta 'l-istainless steel 316 differenti ma jwettqux l-istess f'temperaturi ta' galvanizzazzjoni. Il-kinetika tal-iżvilupp tal-fażi sigma hija affettwata b'mod qawwi minn tliet varjabbli materjali: il-kontenut inizjali tal-delta-ferrite tat-tubu kif-fornit, l-ammont ta 'xogħol kiesaħ minħabba t-tpinġija tat-tubu, u l-kontenut tal-karbonju (316 vs 316L). Delta-ferrite hija l-fażi kubi ċċentrata fuq il-ġisem li hija ffurmata waqt is-solidifikazzjoni ta' weldjaturi u kkastjar tal-istainless steel awstenitiku iżda tista' wkoll tkun preżenti f'oġġetti maħduma fil-livell ta' 1-10% skont il-kontroll tal-kompożizzjoni. Il-fażi sigma tinnuklea preferenzjali fuq il-ferrite. Tubu b'5% bħala-delta-ferrite fornut se jieħu 2500 siegħa f'465C biex jilħaq 5% frazzjoni ta' volum sigma filwaqt li tubu b'<1% delta-ferrite will need 5000–6000 hours to reach the same sigma level.

Ix-xogħol kiesaħ iżid ukoll ir-rata tal-produzzjoni tas-sigma. Id-dislokazzjonijiet huma introdotti bit-tpinġija ta '316-il tubu ta' l-istainless steel għal dimensjonijiet finali u jistgħu jiġu ġġenerati wkoll ammonti żgħar ta 'martensite indotti minn tensjoni, li t-tnejn huma siti ta' nukleazzjoni għall-fażi sigma. Tubi miġbuda bi tnaqqis ta' 15-20% fl-erja tas-sezzjoni trasversali-kienu rati ta' formazzjoni ta' sigma bejn wieħed u ieħor 1.5 darbiet aktar mgħaġġla minn tubi kompletament ittemprati tal-istess kompożizzjoni. Għas-servizz tal-galvanizzar, l-ogħla reżistenza għall-preċipitazzjoni sigma tinkiseb billi jiġu speċifikati soluzzjoni-tubi ittemprati b'konċentrazzjoni delta-ferrite taħt l-1% (massimu ta' 2% xogħol kiesaħ u struttura kompletament rikristallizzata).

Kundizzjoni tal-Materjal Kontenut tal-ferrite Delta (vol %) Xogħol kiesaħ (%) Ħin sa 3% Sigma f'465 grad (sigħat) Ħajja tas-Servizz Stima fil-banju tal-galvanizzazzjoni 316L, soluzzjoni ittemprat, ferrite baxx<1 <5 4000 – 5000 12 – 18 months 316, solution annealed, standard ferrite 3 – 5 <5 2500 – 3500 8 – 12 months 316, as-drawn (20% reduction), standard ferrite 3 – 5 15 – 20 1500 – 2000 4 – 8 months 316L, as-drawn, low ferrite <1 15 – 20 2500 – 3500 8 – 12 months
316H (karbonju għoli), soluzzjoni ittemprat 2 – 4<5 1800 – 2500 6 – 9 months
Il-kontenut tal-karbonju (316H – 0.04–0.10% C; 316L – Inqas minn jew ugwali għal 0.03% C) għandu ftit effett fuq il-produzzjoni sigma iżda effett konsiderevoli fuq il-preċipitazzjoni tal-karbur tal-kromju. It-temperaturi tal-galvanizzar huma qrib il-limitu ta 'fuq tal-firxa tal-preċipitazzjoni tal-karbur u għalhekk 316L jintgħażel biex tiġi evitata sensitizzazzjoni primarja relatata mal-karbur.

Ligi Alternattivi ta' Estensjoni tal-Ħajja tas-Servizz tal-Banju tal-Igalvanizzar
Meta l-ħajja tal-heater mbassra tkun akbar minn 12-il xahar f'servizz ta 'galvanizzazzjoni kontinwu tliet materjali ta' għant potenzjali jipprovdu prestazzjoni ferm akbar minn azzar li ma jissaddadx 316 b'vantaġġi differenti u kompromess tal-ispiża-. Il-matriċi tal-għażla li ġejja tgħin fl-għażla tal-materjal meta wieħed iqis it-temperatura tal-banju mbassra u l-intervall ta 'servizz mixtieq.

Materjal tal-għant Temp Max tas-Servizz (grad) Suxxettibilità tal-Fażi Sigma Ħajja Stima f'465 grad Spiża Relattiva (versus 316)Applikazzjonijiet Suġġeriti għall-Igalvanizzazzjoni
316 stainless steel 500High (molibdenu jaċċellera sigma) 6 – 12-il xahar 1.0x Banjijiet żgħar, tħaddim sporadiku, għeluq annwali
310 Stainless Steel (25% Cr, 20% Ni) 1000 Baxx (l-ebda molibdenu, Ni ogħla jistabbilizza l-awstenite) 24 – 36 xahar 1.8x Galvanizzar kontinwu banjijiet medji għal kbar
Incoloy 800 (32% Ni, 21% Cr) 1000Baxx ħafna (Ni għoli jrażżan is-sigma kompletament) 36 – 60 xahar 2.5x Linji ta' affidabbiltà għolja, aċċess minimu għall-manutenzjoni
Sanicro 28 (27% Cr, 31% Ni, 3.5% Mo) 500 Moderat (Mo Moderat, Ni għoli jistabbilizza) 24 – 30 xahar 3.5x Fluss aggressiv-servizz assistit bi kloruri residwi
Grad tat-titanju 2 300 Mhux applikabbli (fażi sigma mhux iffurmata) Mhux aċċettabbli – jossidizza aktar minn 350 grad 2.0x Ligi taż-żingu f'temperatura baxxa (<350°C only)
L-istainless steel 310 huwa l-aħjar kompromess ta 'spiża u reżistenza għall-korrużjoni għall-biċċa l-kbira tal-banjijiet ta' galvanizzazzjoni kontinwi. Il-kontenut miżjud ta 'nikil (20% minflok 10% f'316) jistabbilizza l-istruttura awstenitika kontra l-formazzjoni ta' sigma anke wara snin f'450-480 grad. Dejta fuq il-post minn fabbrika tal-iggalvanizzazzjoni li ssostitwiet 316 bi 310 għant uriet li l-ħajja medja tas-servizz żdiedet minn 7 xhur għal 28 xahar, b'xi ħiters jaħdmu fuq 36 xahar mingħajr ħsara. Incoloy 800 għandu ħajja itwal iżda l-qligħ marġinali fuq 310 jista 'ma jkunx jiswa l-ispiża 40% ogħla sakemm it-temperaturi tal-banju ma jkunux qrib il-500 grad jew il-faċilità tippjana intervalli ta' manutenzjoni ta 'aktar minn sentejn.

Rakkomandazzjonijiet Prattiċi għall-Ispeċifikazzjoni ta 'Heaters għall-Banjijiet tal-Igalvanizzazzjoni
L-istruzzjonijiet prattiċi li ġejjin għad-disinn ta 'tubi tat-tisħin elettriċi għal banjijiet tal-galvanizzazzjoni taż-żingu imdewweb huma bbażati fuq esperjenza fuq il-post u data tal-laboratorju. Tużax azzar li ma jissaddadx 316 fi kwalunkwe proċess kontinwu ta 'galvanizzazzjoni fuq 4000 siegħa/sena. Jekk 316 jiġi utilizzat minħabba li huwa disponibbli jew jiswa inqas, speċifika soluzzjoni-ittemprat 316L b'kontenut dokumentat tal-delta-ferrite inqas minn 1% u massimu ta' 5% xogħol kiesaħ, u ppjana għal sostituzzjoni tal-għant kull 6-12-il xahar. Għal galvanizzar normali f'450 sa 465 grad b'banjijiet taż-żingu akbar minn 10 tunnellati jipprovdu 310 għantijiet tal-istainless steel bi ħxuna tal-ħajt ta '2.0 sa 2.5 mm (akbar mill-ħxuna ta' 1.2 sa 1.5 mm normalment użata għal servizz milwiema) biex tippermetti konċessjoni ta 'korrużjoni żejda. Għal banjijiet li fihom ligi tal-aluminju taż-żingu-jew residwi aggressivi tal-fluss, ikkunsidra li tuża Incoloy 800 jew kejl tal-ħxuna tal-għant ta 'kull ġimgħa billi tuża ttestjar ultrasoniku biex tissorvelja r-rata ta' korrużjoni. L-iktar punt importanti tal-ispeċifikazzjoni huwa li jeħtieġ li l-fornitur tal-heater jiċċertifika s-soluzzjoni-kondizzjoni ittemprat u l-kontenut massimu tal-ferrite. Mitħna standard ittemprat 316 jista' jkun fiha biżżejjed delta-ferrite biex tikkawża falliment prematur anke jekk ir-rekwiżiti tal-kompożizzjoni huma nominali. Peress li l-mekkaniżmu ta 'falliment huwa fraġilità tal-fażi sigma b'penetrazzjoni tal-metall likwidu, u mhux korrużjoni milwiema tipika, l-inġiniera jistgħu jagħżlu materjali xierqa li jestendu l-ħajja tal-heater minn xhur għal snin f'din l-applikazzjoni severa ta' temperatura għolja mhux -lwiema.