वैक्यूम में प्राथमिक TiN समावेशन का आयतन अंश कैसे होता है {{0}आर्क -रीमेल्टेड (VAR) 316L हीटर शीथ टयूबिंग 90 डिग्री पर ऑक्सीजन युक्त उच्च {{3}शुद्धता वाले पानी में पिट आरंभ समय को नियंत्रित करता है

अत्यधिक ऑक्सीकरण वाली स्थितियों में समावेशन स्थिरता

The pitting resistance of 316L stainless steel sheathed electric heating tubes used in oxygenated high-purity water systems like auxiliary cooling systems of nuclear power plants, pharmaceutical water-for-injection (WFI) heaters or semiconductor ultrapure water (UPW) heaters containing dissolved oxygen of 2-8 ppm is controlled by titanium nitride (TiN) inclusions rather than manganese sulphide (MnS) or aluminium oxide (Al2O3). Under very oxidising conditions, the MnS inclusions are quickly oxidised and dissolved at a high oxygen potential and are thus harmless. Al₂O₃ inclusions are inert. TiN inclusions are semi-conducting however and galvanically cathodic to the 316L matrix. The cathodic reaction (reduction of oxygen) is effective on the TiN surface in oxygenated water generating a galvanic couple that causes the anodic dissolution of the surrounding matrix and therefore the pitting initiation. Even in VAR grade 316L (vacuum arc remelted, very low inclusion content), TiN volume fractions as low as 0.0005-0.001% (5-10 ppm Ti) can lead to pits after 5,000-10,000 hours at 90°C. Pit initiation times are >50,000 घंटे 0.0002% से नीचे (2 पीपीएम टीआई)। यह आलेख TiN समावेशन मात्रा अंश (टाइटेनियम एकाग्रता द्वारा नियंत्रित) और 90oC पर ऑक्सीजन युक्त उच्च शुद्धता वाले पानी में गड्ढे शुरू करने के समय के बीच संबंध को निर्धारित करता है।

ऑक्सीजनयुक्त पानी में TiN{0}}प्रेरित पिटिंग का तंत्र

TiN is a highly electrically conductive material with high electrochemical potential. In oxygenated water, the cathodic reaction (O2 + 2H2O + 4e- -->4OH-) अधिमानतः TiN सतहों पर होता है क्योंकि उनमें 316L पर निष्क्रिय कोटिंग की तुलना में कम ऑक्सीजन कटौती क्षमता होती है। समावेशन मैट्रिक्स इंटरफ़ेस पर स्थानीयकृत विघटन TiN कैथोड और पड़ोसी 316L मैट्रिक्स (एनोड) के बीच गैल्वेनिक करंट के कारण होता है। यदि एक छोटा गड्ढा शुरू होता है, तो आक्रामक स्थानीय रसायन विज्ञान इसे बड़ा कर देगा, भले ही TiN कण टूट जाए। गड्ढे की शुरुआत का समय TiN समावेशन आकार और घनत्व के विपरीत आनुपातिक है। Ti-6Al-4V (VAR 316L) में TiN समावेशन के लिए, मुख्य समावेशन TiN है (डीऑक्सीडाइज़र या Ti युक्त स्क्रैप के रूप में नियोजित अवशिष्ट Ti से) जिसका आकार आमतौर पर 1-5 μm होता है।

TiN आयतन अंश और गड्ढे आरंभ समय के बीच संबंध की मात्रा निर्धारित करना

ऑक्सीजन युक्त (5 पीपीएम O2) उच्च शुद्धता वाले पानी (1 यूएस/सेमी,<1 ppb Cl-, 90 C) for up to 50 000 hours.

Residual Titanium (ppm) TiN Volume Fraction (%)TiN Inclusion Density (per mm2, >1 µm) TiN आकार सीमा (µm) 90 डिग्री पर गड्ढे की शुरुआत का समय (घंटे, 5 पीपीएम O2) 10,000 घंटे (µm) के बाद अधिकतम गड्ढे की गहराई 90 डिग्री ऑक्सीजन युक्त उच्च -शुद्धता सेवा के लिए अनुशंसित<2 (Ti-free) <0.0002 <0.1 N/A >50,000 (कोई पैसा नहीं)<5 Best 2-5 0.0002-0.0005 0.1-0.5 1-2 30,000-50,000 5-15 Excellent 5-10 0.0005-0.001 0.5-2 1-3 15,000-30,000 15-30 Yes 10-20 0.001-0.002 2-5 2-4 8,000-15,000 30-50 Acceptable 20-30 0.002-0.003 5-10 2-5 5,000-8,000 50-80 Marginal 30-50 0.003-0.005 10-20 2-6 3,000-5,000 80-120 Not recommended 50-80 0.005-0.008 20-40 3-8 1,500-3,000 120-200 No >80 >0.008 >40 >5 <1,500 >200 नं
TiN पर घुलित ऑक्सीजन का प्रभाव - प्रेरित पिटिंग

उच्च घुलित ऑक्सीजन TiN पर कैथोडिक प्रक्रिया को गति देती है, जिससे गड्ढे शुरू होने की अवधि कम हो जाती है।

Dissolved Oxygen (ppm) Pit Initiation Time at 10 ppm Ti (hrs)Pit Initiation Time (hours) at 30 ppm TiMaximum Ti for 10,000h Life at Given O_2 Level (ppm) 0.5 >50,000 15,000-25,000 50 1 35,000-50,000 10,000-15,{7}},000-35,000 8,000-12,000 30 5 15, 000-20,000 5,000-8,000 20 8 10,000-15,000 4,000-6,000 15 10 8,000-12,000 3,000-5,000 10 उच्च शुद्धता वाले वॉटर हीटर के लिए व्यावहारिक अनुशंसाएँ

90 डिग्री पर ऑक्सीजन युक्त उच्च गुणवत्ता वाले पानी में 316एल संलग्न हीटरों के लिए अनुशंसित टाइटेनियम सीमाएँ हैं:

सेवा प्रकार घुलनशील ऑक्सीजन (पीपीएम) टीआई, 10,000 घंटे पिट के लिए पीपीएम -नि:शुल्क जीवन इस्पात निर्माण अभ्यास सत्यापन विधि
फार्मास्युटिकल WFI (कम O2)<1 40 VAR (standard) ICP-MS for Ti Pharmaceutical WFI (high O2) 5-8 15 VAR (low Ti) ICP-MS for Ti Semiconductor UPW (high O2) 8-10 10 VAR (ultra-low Ti) GDMS analysis
परमाणु सहायक शीतलन 2-5 25 VAR या ESR आपूर्तिकर्ता प्रमाणन
सामान्य उच्च शुद्धता वाला औद्योगिक 2-5 30 AOD + निम्न Ti मिल प्रमाणपत्र
TiN समावेशन और Ti सामग्री सत्यापन

सटीक TiN सीमा चाहने वाले खरीदारों के पास सत्यापन के दो तरीके हैं। पहला है इंडक्टिवली कपल्ड प्लाज़्मा मास स्पेक्ट्रोमेट्री (आईसीपी-एमएस) या ग्लो डिस्चार्ज मास स्पेक्ट्रोमेट्री (जीडीएमएस) द्वारा टाइटेनियम सामग्री की रासायनिक जांच। उच्च शुद्धता सेवा के लिए स्वीकृति: टीआई <10{7}}15 पीपीएम। दूसरा, पॉलिश किए गए क्रॉस-सेक्शन पर 1,000×5,000× पर इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) को स्कैन करके मेटलोग्राफिक जांच है, जिसमें टीआईएन समावेशन (आकारिकी-कोणीय, घन, बैकस्कैटर इलेक्ट्रॉन मोड में सोने-पीले रंग द्वारा मान्यता प्राप्त) की गणना की जाती है। स्वीकृति:<1-5 inclusions TiN per mm2 greater than 2 µm.

निष्कर्ष: ऑक्सीजन युक्त उच्च शुद्धता वाले वॉटर हीटर के लिए अल्ट्रा लो टीआई स्पेक

नतीजे बताते हैं कि 316L स्टेनलेस स्टील से बने हीटरों में 90 डिग्री पर ऑक्सीजनयुक्त (5 पीपीएम O2) उच्च शुद्धता वाले पानी में पिटिंग होती है, जब TiN समावेशन 0.0005{14}}0.001% (5{21}}10 पीपीएम Ti) जितना कम होता है। 2-3 पीपीएम से नीचे की टीआई सामग्री के लिए, गड्ढे की शुरूआत का समय 50,000 घंटे से अधिक है। फार्मास्युटिकल WFI, सेमीकंडक्टर UPW या परमाणु सहायक हीटिंग के लिए 316L शीथ का उपयोग करने वाले इंजीनियरों को ICP-MS या GDMS द्वारा मान्य अधिकतम 10{24}}15 पीपीएम टाइटेनियम सांद्रता के साथ वैक्यूम आर्क रीमेल्टिंग (VAR) निर्दिष्ट करना होगा। (टीआई नियंत्रित नहीं है, आमतौर पर 20-50 पीपीएम) सामान्य 316एल के लिए 90 डिग्री पर 2-5 वर्षों में ऑक्सीजन युक्त उच्च शुद्धता वाले पानी में गड्ढा हो जाएगा, जिससे उच्च शुद्धता प्रणाली दूषित हो जाएगी। यहां दी गई कार्यप्रणाली, TiN (अवशिष्ट Ti से) के आयतन प्रतिशत को ऑक्सीजन युक्त पानी में गड्ढे की शुरुआत की अवधि से सहसंबंधित करते हुए, ग्राहकों को अल्ट्रा-लो टाइटेनियम 316L निर्दिष्ट करने में सक्षम बनाती है जो सबसे अधिक मांग वाली उच्च-शुद्धता, उच्च-ऑक्सीजन सेटिंग्स में समावेश-प्रेरित पिटिंग के लिए प्रतिरोधी है।