108도에서 12% 염산을 끓일 때 과도하게 안정화된 347 히터 외장(0.70-0.90% Nb)의 1차 MC 탄화물(NbC)의 부피 비율이 피트 시작 부위 밀도와 천공 시간을 어떻게 제어합니까?

안정적인 스테인리스강을 위한 공격적인 산성 환경

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), 1차 MC 부피 분율은 0.15-0.25%로 증가하고 피트 밀도는 20-50피트/cm2로 증가하며 천공 시간은 20-50시간으로 낮아집니다. 이 논문에서는 과잉 니오븀, 1차 MC 탄화물 부피 분율, 피트 밀도 및 끓는 12% HCl에서의 천공 시간 사이의 상관관계를 정량화했습니다.

HCl의 1차 MC 탄화물에 의한 공식(pitting) 메커니즘

끓는 염산에서 347의 부동태 피막은 불안정합니다(HCl은 환원산입니다). 부식 메커니즘은 음극 개재물에 국부적인 공격을 가하는 활성 용해입니다. 1차 NbC 입자는 매트릭스와 관련하여 비활성이며 수소 발생 반응(음극)에서 활성입니다. NbC(음극)와 인접 매트릭스(양극) 사이의 갈바닉 전류는 각 탄화물 입자 주위에서 급속한 분해를 유발합니다. 1차 MC 부피 %가 클수록 피트 밀도가 높아지고 음극 부위가 많아집니다. HCl의 공격성이 높기 때문에 피트가 시작된 후 활성 용해에 의해 피트가 빠르게 전파됩니다.

끓는 12% HCl에서 니오븀 함량, MC 부피 분율 및 피팅의 정량적 관계

피트 시작 밀도와 천공 기간은 다양한 니오븀 수준(0.05% C,<0.01% Ti, constant) in boiling 12% HCl (108°C, 12 wt% HCl, deaerated) for times up to 250 hours.

니오븀(wt%)Nb:C 비율1차 MC 부피 비율(%)MC 입자 크기(μm) 50시간 후 구덩이 밀도(피트/cm²) 50시간 후 최대 구덩이 깊이(μm) 천공까지의 시간(1.5mm 벽, 시간) 끓는 데 권장 12% HCl 서비스 0.10(-안정화되지 않음) 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)

347은 12% HCl의 끓는점에서 연간 약 2~5mm(천공까지 150~250시간)의 공식 없이 전체 부식 속도를 갖습니다. 1차 MC 탄화물이 있으면 천공이 2~5배 가속됩니다(시간이 20~80시간으로 단축됨).

조건 일반 부식률(mm/yr) 천공에 대한 합금 시간(1.5mm) 주요 고장 모드 347, 낮은 Nb(0.30%)3-4 120-200 일반 + 일부 공식 347, 높은 Nb(0.80%) 5-8 60-120비교 가속 공식 316L 10-20 30-60 일반 부식
합금 20(비교) 0.5-1 500-1,500 패시브 티타늄 < 0.1 > 10,000 패시브
HCl S 끓임에 대한 실제 권장 사항

08도, 347은 니오븀 함량에 대해 권장되지 않습니다. 그러나 347을 사용해야 하는 경우(예: 시스템의 다른 곳에서 고온 강도를 위해) 다음과 같은 니오븀 제한으로 피팅 가속이 최소화됩니다.

원하는 서비스 시간(hrs) 최대 Nb(wt%)최대 1차 MC 부피 비율(%)대체 합금에 대한 권장 사항
50 0.50 0.10 없음(실패하지 않는 한)
100 0.40 0.06 317L or Alloy 20 suggested 200 Not possible N/A Alloy 20 or Alloy 825 >500불가능 N/A 티타늄 또는 합금 C-276
결론: 끓는 HCl 서비스에서 347

108도에서 12% HCl을 끓는 347 스테인리스강 히터 외장의 경우 0.40-0.50%만큼 낮은 니오븀 농도의 1차 MC 탄화물(NbC)이 구멍이 뚫리는 시작 지점으로 작용하여 천공 시간을 150~250시간(일반 부식)에서 40~80시간으로 단축합니다. 더 높은 수준의 과도하게 안정화된 니오븀(0.70-0.90%)에서 20-50피트/cm 2의 피트 밀도는 천공 시간을 15-35시간으로 더욱 단축합니다. 347. 끓는 염산 서비스용 히터를 지정하는 엔지니어에게는 사용해서는 안 됩니다. 고온에서 HCl에 대한 내성이 필요한 서비스에는 합금 20(Carpenter 20), 합금 825(Incoloy 825) 또는 티타늄이 필요합니다. 이 연구는 과도한 니오븀과 1차 MC 탄화물 부피 분율 사이의 상관관계와 끓는 12% HCl에서의 급속한 피팅을 통해 가혹한 환원 산 설정에서 347을 방지하기 위한 패러다임을 제공합니다.