समाधान एनीलिंग के बाद 316 स्टेनलेस स्टील हीटर शीथ में कार्बाइड कण आकार का वितरण ऑक्सीकरण एसिड वातावरण में इंटरग्रेन्युलर संक्षारण संवेदनशीलता को कैसे नियंत्रित करता है

संवेदीकरण प्रतिरोध को नियंत्रित करने वाला सूक्ष्म संरचनात्मक पहलू

अनाज की सीमाओं पर कार्बाइड कणों का आकार, वितरण और निरंतरता यह निर्धारित करने में महत्वपूर्ण है कि नाइट्रिक एसिड या क्लोराइड युक्त मिश्रित एसिड जैसे ऑक्सीकरण एसिड के संपर्क में आने वाले 316 स्टेनलेस स्टील शीथेड इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब इंटरग्रेनुलर जंग (आईजीसी) का विरोध करते हैं या तेजी से अनाज सीमा हमले से विफल हो जाते हैं। अधिकांश कार्बाइड उपयुक्त घोल को 1040{4}}1100 डिग्री पर त्वरित शमन के बाद ठोस घोल में घोल दिया जाता है, और इसलिए स्वच्छ अनाज सीमा संरचना प्राप्त होती है। हालाँकि, यदि एनीलिंग तापमान से शीतलन बहुत धीमा है, या यदि सामग्री को बाद में संवेदीकरण की सीमा (450-850 डिग्री) में फिर से गर्म किया जाता है, तो क्रोमियम कार्बाइड अनाज की सीमाओं पर अवक्षेपित हो जाते हैं। आईजीसी की संवेदनशीलता इन कार्बाइडों के कण आकार वितरण पर निर्भर करती है, यानी कि क्या वे ठीक और असंतुलित हैं (0.1 µm से नीचे और 1 µm से अधिक दूरी पर हैं), या मोटे और निरंतर (सीमा के साथ लगभग पूरी फिल्म बनाते हैं)। यहां कार्बाइड कणों के आकार, अंतरकणीय संक्षारण दर और ऑक्सीकरण एसिड स्थितियों में सेवा जीवन के बीच संबंध का परिमाणीकरण दिया गया है।

सतत कार्बाइड से अंतरकणीय संक्षारण का तंत्र

316 स्टेनलेस स्टील में अनाज की सीमाओं पर क्रोमियम कार्बाइड (सीआर 23 सी 6) की वर्षा के परिणामस्वरूप पड़ोसी मैट्रिक्स में क्रोमियम की कमी हो जाती है और प्रत्येक कार्बाइड कण के चारों ओर लगभग 50- 200 एनएम की चौड़ाई का एक क्रोमियम क्षीण क्षेत्र बन जाता है। यदि कार्बाइड के बीच का अंतर छोटा है (कणों के बीच 0.5 µm से कम) तो क्षय क्षेत्र ओवरलैप हो जाते हैं और अनाज सीमा के साथ एक निरंतर निम्न क्रोमियम मार्ग बनाते हैं। हालाँकि, ऑक्सीकारक एसिड में (उदाहरण के लिए उबलते समय % नाइट्रिक एसिड या ऑक्सीकारक प्रजातियों के साथ कम सांद्र एसिड) यह क्रोमियम क्षीण मार्ग क्रोमियम युक्त अनाज के आंतरिक भाग की तुलना में 10-100 गुना तेजी से घुल जाता है, जिससे अंतरकणीय क्षरण होता है। क्षतिग्रस्त अनाज की सीमाएँ हफ्तों या महीनों के भीतर 100 से 500 µm की गहराई तक संक्षारित हो सकती हैं, जिसके परिणामस्वरूप आवरण पूरी तरह से विघटित हो सकता है। जब कार्बाइड बड़े (0.5-2.0 µm) होते हैं और व्यापक रूप से फैले होते हैं (2-3 µm से अधिक एक दूसरे से) तो क्षय क्षेत्र ओवरलैप नहीं होते हैं और अनाज की सीमा में निष्क्रियता बनाए रखने के लिए कणों के बीच पर्याप्त क्रोमियम (12% से ऊपर) होता है। कार्बाइड यहां अंतरकणीय क्षरण में कोई भूमिका नहीं निभाते हैं। मुख्य सूक्ष्म संरचनात्मक स्थिति कार्बाइड की उपस्थिति नहीं है, बल्कि एक सतत नेटवर्क का निर्माण है।

कार्बाइड आकार वितरण और आईजीसी दर के बीच मात्रात्मक संबंध

316 टयूबिंग के लिए कार्बाइड कण गुणों और अंतरग्रैनुलर संक्षारण दरों के बीच मात्रात्मक संबंध स्थापित किए गए हैं, जिन्हें 65% नाइट्रिक एसिड (एएसटीएम ए 262 प्रैक्टिस सी) उबलते हुए विसर्जन परीक्षण के बाद व्यवस्थित नियंत्रित गर्मी उपचार के अधीन किया गया है। पूर्ण समाधान एनील्ड सामग्री में 0.1 मिमी/वर्ष से कम की आईजीसी दर देखी गई है (1000× आवर्धन पर कोई दृश्यमान कार्बाइड नहीं)। महीन, निरंतर कार्बाइड (कण 0.05-0.2 µm, अंतर <0.3 µm) वाली सामग्री में IGC दर 5-20 मिमी/वर्ष है - 1.5 मिमी की दीवार को हफ्तों से लेकर महीनों में नष्ट करने के लिए पर्याप्त है। मोटे, असंतत कार्बाइड (कण 0.5-1.5 µm, अंतर 2-5 µm) वाली सामग्री में IGC दर प्रति वर्ष 0.5 मिमी से कम है, जो कई सेवाओं के लिए उपयुक्त है। कार्बाइड कण गुणों, गर्मी उपचार इतिहास और ऑक्सीकरण एसिड में प्रत्याशित आईजीसी प्रदर्शन का सहसंबंध नीचे दी गई तालिका में संक्षेपित किया गया है।

कार्बाइड कण आकार, µm अंतरकण रिक्ति, µm कार्बाइड आकृति विज्ञान संवेदीकरण स्थिति, प्रति ASTM A26265% HNO3 उबलने वाली IGC दर (मिमी/वर्ष छिद्रण का समय (1.5 मिमी दीवार)|ऑक्सीकरण एसिड सेवा के लिए अनुशंसित
एन/ए पूरी तरह से समाधान रद्द कर दिया गया कोई भी पता नहीं चला<0.1 >15 वर्ष हाँ
0.02-0.10 <0.2 Continuous film Severe sensitisation 10-20 1-3 monthsNo 0.10-0.25 0.2-0.5 Almost continuousmoderate sensitisation 5-10 2-6 monthsNo 0.25-0.50 0.5-1.0 Discontinuous yet frequentMild sensitisation 1-5 3-12 monthsMarginal 0.50-1.00 1.0-2.0 Discontinuous Slight sensitisation 0.5-1.0 1-3 yearsSuitable for light duty
2.0-5.0 1.00-2.00 Single particlesNo Sensitisation (Carbides Present) 0.1-0.5 3-15 yearsYes (with supervision)2.00 >5.0 बहुत मोटा पृथक, कोई संवेदीकरण नहीं<0.1 >15 वर्ष हाँ
समाधान एनीलिंग तापमान से शीतलन दर की भूमिका

It is found that the transition from a desirable coarse, discontinuous carbide distribution to an unsatisfactory fine, continuous distribution is mostly governed by the cooling rate from solution annealing temperature. When 316 is slowly cooled from 1040 °C (e.g. in still air or in the furnace) carbides nucleate lavishly since the material is in the sensitisation region (450-850 °C) for minutes instead of seconds. The high nucleation rate yields many tiny carbides with close spacing. 316 rapidly quenched (water quench, cooling rate >संवेदीकरण सीमा से अधिक 500 डिग्री/सेकंड) में तापमान 450 डिग्री से नीचे गिरने से पहले कार्बाइड को न्यूक्लियेट करने का समय नहीं होता है जहां क्रोमियम प्रसार नगण्य होता है। इसके परिणामस्वरूप कार्बाइड मुक्त या बहुत मोटी कार्बाइड संरचना बनती है। हीटर शीथ की एनीलिंग के बाद शीतलन दर दीवार की मोटाई और शमन माध्यम से निर्धारित होती है। 1 से 2 मिमी की दीवार मोटाई वाली ट्यूबिंग से पानी को कुशलतापूर्वक बुझाया जा सकता है और 1000 से 2000 डिग्री/सेकेंड की शीतलन गति प्राप्त की जा सकती है। मोटे हिस्से (5 से 10 मिमी जैसे फ्लैंज ब्लॉक) अधिक धीरे-धीरे ठंडे होते हैं और पर्याप्त शीतलन देने के लिए जोरदार पानी के स्प्रे या पॉलिमर क्वेंचेंट की आवश्यकता होती है। हीटर असेंबलियों में जहां बड़े फ्लैंज को पतली म्यान में वेल्ड किया जाता है, यह संभव है कि शीथ ठंडा होने पर संवेदनशील नहीं होगा, लेकिन निकला हुआ किनारा होगा, ताकि आईजीसी वेल्ड संयुक्त पर हो।

कार्बाइड वितरण और आईजीसी के प्रति संवेदनशीलता का क्षेत्र सत्यापन

ऑक्सीकरण एसिड सेवा के लिए 316 संलग्न हीटरों के उचित कार्बाइड वितरण की जांच के लिए तीन तरीके प्रदान किए गए हैं। पहला ऑक्सालिक एसिड ईच टेस्ट (एएसटीएम ए262 प्रैक्टिस ए) है, जिसमें एक पॉलिश किए गए नमूने को 10% ऑक्सालिक एसिड में इलेक्ट्रोलाइटिक रूप से उकेरा जाता है। एक "कदम" संरचना (चिकनी अनाज सीमाएँ) अच्छी सूक्ष्म संरचना को दर्शाती है। एक "खाई" संरचना (अनाज की सीमाओं पर खुदी हुई खाइयाँ) निरंतर कार्बाइड और संवेदीकरण की ओर इशारा करती है। दूसरी प्रक्रिया है कॉपर{7}कॉपर सल्फेट-सल्फ्यूरिक एसिड टेस्ट (एएसटीएम ए262 प्रैक्टिस ई) जहां एक मुड़े हुए नमूने को 24 घंटे के लिए डुबोया जाता है। मोड़ पर दरार=ने संवेदनशीलता की पुष्टि की। तीसरे तरीके में एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के माध्यम से 500-1000× आवर्धन पर एक पॉलिश और नक्काशीदार क्रॉस अनुभाग की सीधे जांच करना शामिल है। मात्रात्मक रूप से, छवि विश्लेषण का उपयोग करके कार्बाइड आकार और रिक्ति को मापा जा सकता है। खरीद के लिए, लागू करने योग्य गुणवत्ता आश्वासन के लिए हीटर निर्माता को यह प्रमाणित करना होगा कि शीथ सामग्री "स्टेप" संरचना के साथ एएसटीएम ए262 प्रैक्टिस ए से गुजरती है और संवेदनशीलता का कोई संकेत नहीं है।

संवेदनशील सूक्ष्म संरचनाओं का शमन

यदि 316 शीथ की सूक्ष्म संरचना को संवेदनशील (ठीक, निरंतर कार्बाइड) पाया जाता है, तो तीन विकल्प हैं। सबसे पहले पूरे हीटर को 1040{6}}1100 डिग्री पर फिर से चालू करना है और उसके बाद त्वरित जल शमन करना है। यह थेरेपी कार्बाइड को हटाती है और आईजीसी प्रतिरोध को बहाल करती है। पूर्ण हीटर को पुनः एनीलिंग करने से आंतरिक एमजीओ इन्सुलेशन को नुकसान हो सकता है, शीथ ख़राब हो सकता है या आंतरिक घटकों का ऑक्सीकरण हो सकता है। एक अन्य विकल्प यह है कि हीटर का उपयोग पूरी तरह से गैर-ऑक्सीकरण स्थितियों (जैसे तटस्थ क्लोराइड, एसिड को कम करने) में किया जाए, जहां अंतर-क्षरण क्षरण नहीं होता है क्योंकि क्रोमियम-क्षीण क्षेत्र निष्क्रिय रहते हैं। तीसरा विकल्प हीटर को 316L (कम कार्बन, 0.03% से कम) से बने हीटर से बदलना है। कम कार्बन सामग्री धीमी शीतलन के साथ निरंतर कार्बाइट के उत्पादन से भी बचती है क्योंकि निरंतर नेटवर्क को अवक्षेपित करने के लिए पर्याप्त कार्बन नहीं है। ऑक्सीकरण एसिड सेवा के लिए, यह अत्यधिक अनुशंसित है कि सामान्य 316 के बजाय 316एल निर्दिष्ट किया जाए।

निष्कर्ष: कार्बाइड को परिभाषित करना-एसिड सेवा में निःशुल्क सूक्ष्म संरचनाएँ

ऑक्सीकरण एसिड वातावरण में 316 स्टेनलेस स्टील लिपटे हीटरों की अंतरग्रैनुलर संक्षारण संवेदनशीलता कार्बाइड की उपस्थिति या कमी से नहीं बल्कि उनके आकार वितरण और निरंतरता से नियंत्रित होती है। बारीक निरंतर कार्बाइड (0.5 माइक्रोमीटर से कम कण अंतर) क्रोमियम वंचित क्षेत्रों को ओवरलैप करने का कारण बनते हैं जो प्रति वर्ष 5-20 मिमी की दर से नष्ट हो जाते हैं। मोटे, असंतुलित कार्बाइड (अंतराल > 2 µm) आईजीसी को प्रेरित नहीं करते क्योंकि कमी वाले क्षेत्रों को अलग कर दिया जाता है। नाइट्रिक एसिड, मिश्रित एसिड या अन्य ऑक्सीकरण मीडिया के लिए हीटर निर्दिष्ट करने वाले इंजीनियरों को एएसटीएम ए262 परीक्षण द्वारा पर्याप्त कार्बाइड फैलाव के प्रमाण की मांग करनी चाहिए और निर्माण के दौरान संवेदीकरण के खिलाफ अतिरिक्त मार्जिन की पेशकश करने के लिए 316एल निर्दिष्ट करना चाहिए। कार्बाइड कण आकार और मापने योग्य आईजीसी दरों के बीच अंतर को सहसंबंधित करके, यहां दिया गया ढांचा खरीदारों को 316 शीथों का चयन करने की अनुमति देता है जो सबसे प्रतिकूल एसिड स्थितियों में इंटरग्रेन्युलर हमले का विरोध करते हैं।