316 हीटर शीथ टयूबिंग नियंत्रण पिट आरंभ स्थल घनत्व के वैक्यूम आर्क रीमेल्टिंग के बाद उच्च -शुद्धता वाले पानी में 90 डिग्री पर गैर-{0}धातु ऑक्साइड समावेशन का आयतन अंश कैसे होता है?

कम -क्लोराइड वातावरण में एकमात्र पिटिंग आरंभ तंत्र के रूप में जनसंख्या को शामिल करना

With 316 stainless steel clad electric heating tubes in high purity water applications such as pharmaceutical water systems, semiconductor rinse tanks or high pressure boiler feedwater when the chloride levels are under 10 ppm, conventional chloride-induced pitting is not expected. However the pitting does occur in these conditions and the beginning sites are virtually solely non-metallic oxide inclusions (mainly alumina, Al2O3 and spinels) rather than manganese sulphides. The oxide inclusion volume fraction of a normal electric-arc furnace (EAF) 316 is usually 0.01–0.05%. Vacuum arc remelting (VAR) or electroslag remelting (ESR) reduce the oxide inclusion volume percentage to less than 0.002% (a 10-25 fold reduction). A 316 sheath with an oxide inclusion volume fraction >90 डिग्री पर उच्च शुद्धता वाले पानी में 0.01% 1,000 घंटों में 10-50 गड्ढे/सेमी2 उत्पन्न करेगा, लेकिन VAR से उपचारित सामग्री<0.002% inclusions is pit-free for >10,000 घंटे. इस पेपर में, उच्च शुद्धता वाले पानी पर सेवा जीवन, गड्ढे आरंभ घनत्व और ऑक्साइड समावेशन मात्रा अंश के प्रभाव की जांच की गई।

ऑक्साइड समावेशन तंत्र द्वारा प्रेरित स्टील का पिटिंग व्यवहार

मैंगनीज सल्फाइड समावेशन के विपरीत, जो विद्युत रासायनिक रूप से सक्रिय होते हैं और विघटन द्वारा गड्ढों को प्रेरित करते हैं, ऑक्साइड समावेशन (Al₂O₃, MgO·Al₂O₃) निष्क्रिय इन्सुलेटर होते हैं। वे गड्ढों की शुरुआत में एक यांत्रिक और ज्यामितीय भूमिका निभाते हैं। ऑक्साइड समावेशन और ऑस्टेनिटिक मैट्रिक्स के बीच का इंटरफ़ेस थर्मल विस्तार के गुणांक (CTE Al2O 3=8×10−6 / डिग्री बनाम . 316 ≈ 17×10−6 / डिग्री) में भिन्न होता है। सीटीई का यह बेमेल हीटिंग (90 डिग्री तक) और शीतलन चक्र पर समावेशन और मैट्रिक्स के बीच एक अंतर (दरार) का कारण बनता है। यह दरार पानी और क्लोराइड आयनों (यहाँ तक कि) से भरी हुई है<10 ppm) and constitutes the differential aeration cell that causes pitting. The pit then propagates by normal chloride driven mechanisms, but the bulk chloride is low. The number of pits is related to the number of oxide inclusions exposed at the surface.

90 डिग्री पर ऑक्साइड समावेशन मात्रा अंश और गड्ढे घनत्व मात्रा निर्धारण के बीच संबंध

5,000 घंटों के लिए 90 डिग्री पर उच्च शुद्धता वाले पानी (8 पीपीएम सीएल⁻, 15 μS/सेमी चालकता, पीएच 7.0) में विभिन्न इस्पात उत्पादन प्रक्रियाओं (ईएएफ, एओडी, वीएआर) से 316 टयूबिंग के नियंत्रित विसर्जन परीक्षणों ने निम्नलिखित गड्ढे दीक्षा घनत्व स्थापित किए हैं।

स्टील बनाने की प्रक्रिया में सामान्य ऑक्साइड समावेशन मात्रा अंश (%) समावेशन की आकार सीमा (µm) गड्ढे/सेमी² 5,000 घंटे के बाद 90 डिग्री पर अधिकतम गड्ढे की गहराई 5,000 घंटे (µm) के बाद पहले स्थिर गड्ढे का समय (h) उच्च शुद्धता वाले पानी के लिए अनुशंसित सेवा
VAR (वैक्यूम आर्क रीमेल्ट)<0.002 1-5 <0.1 <10 >10,000 सर्वोत्तम ईएसआर (इलेक्ट्रोस्लाग रीमेल्टेड) ​​0.002-0.005 1-8 0.1-0.5 10-20 5,000{5}}10,000 उत्कृष्ट एओडी (आर्गन-ऑक्सीजन डीकार्बराइज्ड) 0.005-0.010 2-10 0.5-2 20-40 2,000-5,000 स्वीकार्य
एओडी + कैल्शियम उपचार 0.008-0.015 3-15 2-5 30-60 1,000-3,000 सीमांत
ईएएफ (इलेक्ट्रिक आर्क भट्टी, मानक) 0.015-0.030 5-25 5-20 50-100 500-1,500अनुशंसित नहीं
ईएएफ (खराब गुणवत्ता) 0.030-0.050 10-50 20-50 80-150 200-500 अस्वीकार्य
समावेशन पर क्लोराइड सांद्रण का प्रभाव-प्रेरित पिटिंग थ्रेशोल्ड

न्यूनतम क्लोराइड की उपस्थिति से ऑक्साइड समावेशन पर पिटिंग की शुरुआत तेज हो जाती है। नीचे दी गई तालिका 90 डिग्री पर क्लोराइड सांद्रता के एक फ़ंक्शन के रूप में 5 साल की सेवा के लिए अधिकतम अनुमेय ऑक्साइड समावेशन मात्रा प्रतिशत को दर्शाती है।

क्लोराइड सांद्रण (पीपीएम) अधिकतम अनुमेय ऑक्साइड समावेशन आयतन अंश (%)प्रस्तावित इस्पात निर्माण मार्ग यदि अधिक हो तो वैकल्पिक करें<1 0.020 AOD or betterNone 1-5 0.010 AOD + calcium therapyNone 5-10 0.005 AOD (premium) or ESR None 10-20 0.003 ESR or VAR 316L with electropolishing 
20-50 0.002 VAR316L पर अपग्रेड करें, passivation50<0.001 VAR + surface removal 316 not recommended for long life
316 समावेशन-उच्च शुद्धता जल सेवा के लिए नियंत्रित विशिष्टता

खरीद दस्तावेजों में उच्च शुद्धता वाले जल अनुप्रयोगों के लिए 316 शीथेड हीटरों की विशिष्टताओं में निम्नलिखित शामिल होना चाहिए:

अनुप्रयोग अधिकतम क्लोराइड (पीपीएम) स्टील बनाने की प्रक्रिया में आवश्यक अधिकतम ऑक्साइड समावेशन मात्रा अंश सत्यापन की विधि
फार्मास्युटिकल WFI (इंजेक्शन के लिए पानी)<3 VAR or ESR <0.003% (30 ppm) ASTM E45 + SEM/EDS
सेमीकंडक्टर कुल्ला (अल्ट्राप्योर)<1 VAR <0.002% (20 ppm) SEM/EDS of 10 fields 
उच्च -दबाव बॉयलर फ़ीड पानी<5 ESR or AOD premium <0.005% (50 ppm) ASTM E45 Method A General high purity industrial <10 AOD with calcium treatment <0.010% (100 ppm) ASTM E45

316 नियंत्रित समावेशन की आवश्यकता वाले खरीदारों के पास तीन सत्यापन तकनीकें हैं। पहला है एएसटीएम ई45 (स्टील की समावेशन सामग्री निर्धारित करने के लिए मानक परीक्षण विधियां), या तो विधि ए (सबसे खराब क्षेत्र) या विधि डी (छवि विश्लेषण)। उच्च शुद्धता अनुप्रयोगों के लिए टाइप बी (एल्यूमिना) समावेशन के लिए 0.5 की अधिकतम गंभीरता निर्दिष्ट की गई है। दूसरा, पॉलिश किए गए क्रॉस सेक्शन (500-1,000×) पर ऊर्जा फैलाने वाले एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईडीएस) के साथ इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) को स्कैन करना है, जो दृश्य के 10 क्षेत्रों में समावेशन की गिनती करता है। स्वीकृति सीमा प्रति मिमी 10 समावेशन से कम है और 2 µm से अधिक है। तीसरा परीक्षण एक सरलीकृत विसर्जन परीक्षण है जहां टयूबिंग का एक नमूना 1,000 घंटे के लिए 90 डिग्री पर उच्च शुद्धता वाले पानी (10 पीपीएम सीएल⁻) में डुबोया जाता है। यदि गड्ढे दिखाई दे रहे हैं, तो समावेशन सामग्री बहुत अधिक है।

ऑक्साइड समावेशन से पिटिंग की फ़ील्ड पहचान

316 हीटर के उच्च गुणवत्ता वाले पानी में जमने का संभावित कारण ऑक्साइड समावेशन है, जहां क्लोराइड 10{11}}20 पीपीएम से कम है। सूक्ष्मदर्शी रूप से (200-500×) गड्ढे वाली जगह गड्ढे के केंद्र में एक अल 2 ओ 3 या स्पिनल समावेशन को प्रकट करेगी, समावेशन अक्सर आंशिक रूप से विस्थापित हो जाता है। गड्ढे छोटे (व्यास 10-100 µm), असंख्य और समान रूप से वितरित होते हैं। पिट सेंटर की ईडीएस जांच ओ और अल की पुष्टि करती है। इन समस्याओं का समाधान भविष्य की खरीदारी के लिए VAR या ESR-ग्रेड 316 निर्दिष्ट करना है। हीटर मरम्मत योग्य नहीं है और इसे समावेशन-नियंत्रित टयूबिंग से बदला जाना चाहिए।

निष्कर्ष: उच्च शुद्धता जल सेवा के लिए VAR/ESR 316 का पदनाम

उच्च शुद्धता वाले पानी (क्लोराइड्स) में 316 स्टेनलेस स्टील लपेटे हुए हीटरों के लिए<10 ppm) at 90°C, the dominant pitting initiation mechanism is galvanic crevice attack at non-metallic oxide inclusions. Standard EAF steel with 0.015-0.03% oxide inclusion volume fractions produces 5-20 pits/cm2 and perforation in 2-5 years in 5,000 hours. VAR or ESR processing decreases the oxide inclusion volume percentage to <0.002-0.005% and increases the pit-free life to >10,000 घंटे. यदि 316 शीथों को फार्मास्युटिकल, सेमीकंडक्टर या अल्ट्रा-शुद्ध जल तापन अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए निर्दिष्ट किया जा रहा है, तो इंजीनियरों को गंभीरता सीमा के साथ एएसटीएम ई45 में सामग्री शामिल करने के लिए वीएआर या ईएसआर ग्रेड सामग्री और परीक्षण की आवश्यकता होनी चाहिए।<0.5 for Type B inclusions. The framework described correlates oxide inclusion volume percentage with measurable pit initiation density and service life. Buyers may now select 316 tubing that resists pitting even in the most aggressive high purity water situations.