347 히터 덮개의 잔류 티타늄(0.02-0.08%)에서 1차 Nb(C,N) 탄질화물의 부피 비율이 유리 염소 1.5ppm을 사용하여 35도에서 염소 처리된 해수의 피팅 시작 지점 밀도를 어떻게 제어합니까?

산화 조건 하에서 주요 공식 개시제가 되는 부합금 원소

해안 발전소 냉각 시스템, 담수화 예열기 또는 염소 투입 해양 열교환기에 사용되는 35도에서 염소 처리된 해수(1.5ppm 유리 염소, 20,000ppm Cl-)에 노출되는 일반적인 347 스테인리스강(Nb-안정화) 피복 전기 가열 튜브에는 제강에서 발생하는 잔류 티타늄(0.02-0.08wt%)이 포함되어 있습니다. (티타늄-탈산 스크랩 또는 의도적 첨가). 1차 티타늄이 풍부한 니오븀 탄질화물(Nb,Ti)(C,N) 형태. 이러한 복잡한 탄질화물은 순수한 NbC보다 더 음극성이 있고 더 안정적이므로 염소 처리된 해수의 높은 산화 잠재력 하에서 매우 효율적인 구멍 뚫기 시작 지점입니다. 티타늄 레벨용<0.01% primary carbonitride volume fraction <0.01-0.02 %, pit density <0.5 pits/cm² and service life >10년. 티타늄 함량이 0.03에서 0.05%로 증가함에 따라 탄질화물의 부피 분율은 0.04에서 0.08%로 증가하고, 피트 밀도는 2에서 5피트/cm²로, 수명은 5년에서 7년으로 증가합니다. 티타늄 수준 0.06-0.08%에서 부피 분율은 0.10-0.15%이고 피트 밀도는 10-20피트/cm² 이상이고 천공은 2-3년 안에 발생합니다. 이 기사는 잔류 티타늄 농도, 일차 탄질화물 부피 비율, 피트 개시 밀도 및 염소 처리된 바닷물의 서비스 수명 사이의 연관성을 정량화합니다.

티타늄 강화 피팅치 개시 메커니즘

티타늄은 니오븀보다 탄소와 질소에 대한 친화력이 더 큽니다. 347 제강에서 티타늄(최대 0.02-0.08%)은 니오븀(Nb,Ti)(C,N)도 포함할 수 있는 티타늄이 풍부한 탄질화물(Ti(C,N))을 우선적으로 생산합니다. 이 입자는 응고 중에 고온에서 형성되며 순수한 NbC보다 더 크고(3~10μm) 더 안정적입니다. 염소 처리된 해수(Cl2에 의한 높은 산화 전위)에서 음극 공정(산소 환원 + 염소 환원)은 이러한 탄질화물 표면에서 특히 효율적이므로 주변 오스테나이트 매트릭스와 강한 갈바닉 결합을 형성합니다. 빠른 양극 용해는 높은 음극 전류 밀도에 의해 유도됩니다. 염화물 농도가 높으면 피트 형성 및 전파 속도가 빨라집니다.

티타늄 함량, 탄질화물 부피분율 및 피팅 밀도 간의 정량적 관계

35도에서 5,000시간 동안 염소화된 합성 해수(유리 Cl 2 1.5ppm, Cl 20,000ppm, pH 8.0)에서 잔류 티타늄 함량(일정 니오븀 0.40%, 탄소 0.05%, 질소 0.04%)이 다른 347개의 튜빙에 대해 다음과 같은 피트 시작 밀도 및 천공 시간이 설정되었습니다.

티타늄(wt%) 1차(Nb,Ti)(C,N)의 부피 비율(%)탄질화물 입자 크기(μm) 입자 형태학 5,000h 후 피트 밀도(pits/cm²) 5,000h 후 최대 피트 깊이(μm) 천공 시간(1.5mm 벽, 년) 35도 염화 해수 서비스에 권장됨<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
탄질화물 형성에 대한 Ti와 Nb의 상호작용

니오븀이 높을수록 NbC를 우선적으로 생성하여 티타늄의 부작용을 부분적으로 보상할 수 있지만 티타늄은 여전히 ​​탄질화물로 분할됩니다.

티타늄(wt%) 니오븀(wt%) 탄질화물 조성 피트 밀도(pits/cm2) 염소 처리된 해수에 권장됨 0.02 0.35 Ti-풍부함(Ti,Nb)(C,N) 2-4 한계 0.02 0.45 더 많은 Nb-풍부함 1-2 허용됨 0.02 0.55 대부분 NbC + 미량 Ti 0.5-1 예 0.05 0.35 Ti+Nb 혼합 8-12 아니요 0.05 0.50 Ti+Nb 혼합 4-6 권장하지 않음 0.05 0.65 Nb가 더 풍부함, 일부 Ti 2-4 한계
해수 염소의 347에 대한 실제 권장 사항

35도의 염소 처리된 염수에 있는 347 외장 히터의 경우 티타늄과 니오븀의 다음 제한 사항으로 인해 탄질화물 형성으로 인한 구멍이 최소화됩니다.

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 효과적이지 않음 347 부적합 티타늄
티타늄 함량 및 탄질화물 밀도 검증

염소 처리된 해수 서비스를 위해 347이 필요한 구매자의 경우 두 가지 검증 기술이 있습니다. 첫 번째는 ICP 또는 OES를 통한 티타늄의 화학적 분석입니다. 수락: 티<0.01-0.02% for life >8년 두 번째는 1차 탄질화물 입자(밝음, 각진, 2-10μm)를 계산하기 위해 연마된 단면에 대한 금속학(SEM 1,000-2,000×) 조사입니다. 수락:<5 particles/mm^2 for 5 year life.

결론: 염소 처리된 해수 내공식성을 위한 초저 티타늄 사양

347 스테인레스 스틸 히터 외장에서 0.02-0.03%만큼 낮은 잔류 티타늄은 35도에서 염소 처리된 해수(1.5ppm Cl2, 20,000ppm Cl⁻)에서 0.03-0.05%의 1차(Nb,Ti)(C,N) 탄질화물 부피 분율을 생성하며 피트 밀도는<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 >15~30피트/cm2이며 2~3년 후에 천공이 발생합니다. 해양 염소처리 서비스용 347 보호관 사양을 작성하는 엔지니어는 티타늄을 다음으로 제한해야 합니다.<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.