316 히터 외장 튜빙의 1,050도 용액 어닐링 후 1차 탄화물의 부피 분율은 끓는 질산의 입계 부식 저항을 어떻게 제어합니까?

ASTM A262 Practice C를 준수하기 위한 탄화물 용해 매개변수

산화성 산 서비스에 사용되는 316 스테인리스강으로 피복된 전기 가열 튜브(예: 화학 처리 또는 산 세척 조 응용 분야의 질산 히터)의 경우 미세 구조에 남아 있는 1차 탄화물(주로 M23C6 및 MC)의 부피 비율은 용체화 어닐링 온도 및 시간의 함수입니다. 탄화물은 1,040도 이상의 온도에서 용체화 어닐링 처리와 급속 냉각을 통해서만 완전히 용해될 수 있습니다. 1050도에서 표준 316(0.08%C)의 1차 탄화물의 평형 부피 분율은 단기 보유(10-15분)의 경우 약 0.3{17}}0.5%이고 60분 후에는 0.1% 미만으로 떨어집니다. 그러나 탄화물이 부분적으로 분해되면 끓는 질산에서 입계 공격(IGA)이 발생하기 쉬운 잔류 탄화물 주위에 크롬이 고갈된 영역이 생성됩니다. ASTM A262 Practice C(65% 끓는 질산 테스트 또는 Huey 테스트)를 통과할 수 있는 1차 탄화물의 최대 부피 분율은 약 0.2%입니다. 이 논문에서는 용체화 어닐링 매개변수, 1차 탄화물 부피 분율 및 입계 부식 속도 사이의 연관성을 정량화합니다.

잔류 탄화물에 의한 입계 공격 메커니즘

316에서 1차 탄화물은 크롬이 풍부한-상입니다(Cr²₃C₆는 중량 기준으로 약 90%의 크롬을 함유하고 있습니다). 1,050도에서 용액 어닐링하는 동안 탄화물은 점차적으로 용해되어 크롬을 오스테나이트 매트릭스로 방출합니다. 어닐링 온도로부터의 냉각이 충분히 빠르지 않으면 예민화 범위(450{9}}850도)를 통한 냉각 시 결정립계에 탄화물이 재석출됩니다. 그러나 Huey 테스트는 용액 어닐링 중에 용해되지 않은 잔류 탄화물과 재석출된 탄화물을 검출하기 위해 특별히 설계되었습니다. 잔여 탄화물과 오스테나이트 매트릭스의 경계면에서 크롬 함량이 감소하고(국소적으로 12% Cr 미만) 갈바닉 전지가 강하게 산화되는 질산에 형성됩니다. 주변의 오스테나이트는 탄화물을 우선적으로 공격하여 용해되어 탄화물이 떨어져 나가 피트나 트렌치를 남깁니다. 용해되지 않은 1차 탄화물의 부피 분율은 Huey 시험의 질량 손실과 관련이 있습니다.

Huey 테스트의 부식 속도와 탄화물 부피 비율 간의 정량적 관계

1,050도에서 316 튜빙을 다양한 용체 어닐링 기간으로 체계적으로 테스트한 후 물 담금질하고 ASTM A262 Practice C(65% HNO₃ 비등에서 48시간 5회 주기)에 따라 테스트한 결과 다음과 같은 관계가 확립되었습니다.

1050도에서의 용액 어닐링 시간(분) 1차 탄화물 부피 비율(%)Huey 테스트 부식률(mm/년, 평균 5주기) ASTM A262 Practice C 결과 비등 질산 서비스에 권장됨 5(불완전) 0.8-1.2 1.5-2.5 실패(심각한 IGA) 아니요 5-10 0.4-0.8 0.8-1.5 실패(IGA) 아니요 10-15(보통 최소) 0.2-0.4 0.4-0.8 한계 (합격/실패 경계선)권장하지 않음 15-20 0.15-0.25 0.25-0.45 합격(좋음) 예 20-30 0.10-0.20 0.20-0.35 합격(좋음) 예 30-45 0.05-0.12 0.15-0.25 합격(좋음) 수명 연장에 적합권장45-600.02-0.080.10-0.20합격(좋음)60<0.02 (grain growth) 0.08-0.15 Pass (but danger of grain coarsening) Acceptable with management of grain size
필요한 어닐링 시간에 대한 탄소 함량의 영향

표준 316(최대 0.08% C)은 316L(최대 0.03% C)보다 탄화물을 용해하는 데 더 긴 어닐링 시간이 필요합니다. 표 2 다양한 탄소 함량에 대해 1,050도에서 권장되는 최소 용체 어닐링 기간

탄소 함량(wt%) 탄화물 부피 분율에 대한 1,050도에서 최소 어닐링 시간<0.2% (min)Recommended Time for Huey Test Pass (minutes) Water Quench?5 10 Yes
0.020-0.030(316L)10 15 예 0.030-0.040 15 20 예 0.040-0.050 20 25-30 예 0.050-0.060 25 30-35 예 0.060-0.080(표준 316) 30 40-50 예
질산 서비스에 대한 실제 어닐링 사양

질산 또는 기타 심각한 산화성 산을 끓이는 용도로 사용되는 316 외장 히터에 권장되는 용액 어닐링 매개변수는 다음과 같습니다.

서비스 심각도 권장 합금 최소 용액 어닐링 온도(도) 최소 어닐링 시간(분) 냉각 방법 승인 테스트
간헐적, 희석 HNO₃ (<20%) 316L 1040 15 Water quench ASTM A262 Practice A (step structure)
연속 20-50% HNO3 316L 1,050 20-30 물 담금질 ASTM A262 Practice C(0.5mm/년)
상수, 50-65% HNO₃ 316L(저탄소) 1,050-1,060 30-45 물 담금질 ASTM A262 Practice C(<0.3 mm/year)
65% HNO₃ (Huey 테스트 환경) 비등 304L 또는 316L 초저탄소 1,060 45-60 물 담금질 ASTM A262 Practice C (<0.2 mm/year)
탄화물 용해 및 IGA 저항 현장 검증

전해 옥살산(ASTM A262 Practice A)으로 에칭한 후의 금속학적 연구는 질산 서비스에 실패한 히터의 미세 구조를 보여줍니다. "계단" 구조(매끄러운 결정립 경계, 트렌치 없음)는 탄화물 용해 및 IGA 저항이 만족스럽다는 것을 나타냅니다. '도랑' 구조(결정립 경계의 에칭 피트)는 민감화 또는 잔류 탄화물을 암시하고 Huey 테스트의 실패를 예측합니다. ASTM A262 Practice E(구리-황산구리-황산 테스트)는 유입되는 튜브를 확인하기 위한 간단한 스크리닝 테스트입니다. 1차 탄화물보다 민감화에 더 민감하지만 여전히 도움이 됩니다. 결정적인 테스트는 실제 Huey 테스트(연습 C)입니다. 그러나 완료하는 데 10~15일이 소요됩니다.

결론: 질산 서비스에 대한 완전한 탄화물 용해의 정의

끓는 질산 서비스에 사용되는 316 스테인리스강 내장형 히터의 경우, 용체화 어닐링 후 남은 1차 탄화물의 부피 비율은 ASTM A262 실습 C를 충족하고 적절한 입계 부식 저항을 제공하기 위해 0.2% 미만이어야 합니다. 이것을 하기 위해. 일반 316(0.08% C)은 1050도에서 40~50분 동안 어닐링이 필요하고 물 담금질. 316L(0.03% C)에는 15-20분이 소요됩니다. 산화성 산성 작업을 위해 316 보호관을 지정하는 엔지니어는 용액 어닐링 매개변수(온도, 기간, 담금질 방법)를 확인해야 하며, 중요한 응용 분야의 경우 최대 부식 속도(예: 0.3mm/년)가 표시된 ASTM A262 Practice C 테스트 결과를 확인해야 합니다. 여기에서 개발된 프레임워크는 1차 탄화물 부피 비율을 측정 가능한 Huey 테스트 부식 속도에 연결하여 구매자가 가장 공격적인 질산 환경에서 입계 공격에 저항하는 탄화물 없는 미세 구조를 개발하는 용체 어닐링 방식을 지정할 수 있도록 합니다.