316एल हीटर शीथ टयूबिंग में प्राथमिक टाइटेनियम नाइट्राइड (टीआईएन) के समावेशन का आयतन अंश 40 डिग्री पर क्लोरीनयुक्त समुद्री जल में पिटिंग आरंभ स्थलों को कैसे नियंत्रित करता है?

सबसे अधिक क्षति-ऑक्सीकरण स्थितियों में प्रतिरोधी समावेशन

The use of chlorine (normally 0.5-2 ppm residual) as a biocide results in highly oxidising conditions for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes in chlorinated seawater service (e.g., marine heat exchangers, cooling systems for coastal power plants or offshore platform heaters). Under these conditions, the common pitting initiators, manganese sulphide (MnS) inclusions, are oxidised rapidly and dissolved, but primary titanium nitride (TiN) inclusions become the dominant pitting initiator sites. TiN inclusions are hard, angular and electrically conducting. During solidification , precipitation of chromium-rich carbides and nitrides occurs leading to depletion of chromium and molybdenum at their edge in the surrounding austenite matrix . TiN inclusions >500-1,000 घंटों में 40 डिग्री पर क्लोरीनयुक्त समुद्री जल में 5-10 µm न्यूक्लियेट गड्ढे। TiN आयतन अंशों वाली सामग्री<0.001% (essentially TiN free) remains pitting free for >10,000 घंटे. यह पेपर क्लोरीनयुक्त समुद्री जल में TiN समावेशन सामग्री, गड्ढे आरंभ घनत्व और सेवा जीवन के बीच सांख्यिकीय लिंक का आकलन करता है।

ऑक्सीकरण स्थितियों के तहत TiN प्रेरित गड्ढा: एक यंत्रवत अध्ययन

टाइटेनियम को अक्सर 316L में एक स्थिर तत्व (316Ti) के रूप में या टाइटेनियम के उप-उत्पाद के रूप में जोड़ा जाता है। उच्च तापमान पर जमने के परिणामस्वरूप टाइटेनियम नाइट्राइड (TiN) प्राथमिक समावेशन का निर्माण होता है, जो आमतौर पर 2 - 20 µm आकार का होता है और एक कोणीय घन आकार का होता है। जबकि एमएनएस सक्रिय रूप से घुल जाता है, टीआईएन ऑस्टेनिटिक मैट्रिक्स में थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होता है। हालाँकि, TiN-मैट्रिक्स इंटरफ़ेस में विभिन्न विशेषताएं हैं जो पिटिंग को बढ़ावा देती हैं। सबसे पहले, जमने के दौरान, टाइटेनियम नाइट्राइड उच्च तापमान पर अवक्षेपित हो जाते हैं और आसपास के तरल स्टील में क्रोमियम और मोलिब्डेनम की कमी हो जाती है, जिससे एक विलेय क्षेत्र बनता है -खराब क्षेत्र 0.5-3 µm चौड़ा सीआर के साथ 12-14% (बनाम{13}}% थोक) के साथ। दूसरे, TiN कण स्वयं अर्ध-संचालन है और कैथोड के रूप में कार्य कर सकता है, जिससे पड़ोसी मैट्रिक्स का एनोडिक विघटन हो सकता है। तीसरा, TiN का कोणीय रूप समावेशन-मैट्रिक्स इंटरफ़ेस में दरार उत्पन्न करता है। क्लोरीनयुक्त समुद्री जल (उच्च ऑक्सीकरण क्षमता) में TiN कण अत्यधिक कुशल कैथोड के रूप में कार्य करता है और इसके पड़ोस में क्रोमियम-क्षीण मैट्रिक्स अधिमानतः घुल जाता है।

क्लोरीनयुक्त समुद्री जल में TiN आयतन अंश और गड्ढों के क्षरण का सहसंबंध

विभिन्न TiN समावेशन सामग्री (विभिन्न इस्पात निर्माण प्रक्रियाओं से) के साथ 316L टयूबिंग के नियंत्रित एक्सपोज़र परीक्षण ने सिंथेटिक क्लोरीनयुक्त समुद्री जल (मुक्त क्लोरीन 1.5 पीपीएम, 20,000 पीपीएम सीएल -, पीएच 8.0) में 5,000 घंटों के लिए 40 डिग्री पर निम्नलिखित पिट दीक्षा घनत्व दिखाया है:

TiN समावेशन का आयतन अंश (％)TiN समावेशन आकार सीमा (µm) TiN आकृति विज्ञान गड्ढे का घनत्व 5,000 घंटे के बाद (गड्ढे/सेमी2) 5,000 घंटे के बाद अधिकतम गड्ढे की गहराई (µm) पहले स्थिर गड्ढे का समय (घंटे) क्लोरीनयुक्त समुद्री जल सेवा के लिए अनुशंसित<0.0005 (Ti-free 316L) None None <0.1 <10 >10,000 Best 0.0005-0.001 1-3 Few, fine 0.1-0.5 10-25 5,000-10,000 Excellent 0.001-0.002 2-5 Scattered 0.5-2 20-40 2,000-5,000 Acceptable 0.002-0.005 3-8 Moderate 2-5 30-60 1,000-2,000 Marginal 0.005-0.010 5-12 Frequent 5-15 50-80 500-1,000 Not recommended 0.010-0.020 8-15 Numerous, angular 15-40 60-100 200-500 Unacceptable >0.020 >15 Extensive, clusters >40 >100 <200 Unacceptable
क्लोरीनयुक्त वातावरण में TiN और MnS समावेशन की तुलना

क्लोरीनीकरण विभिन्न प्रकार के समावेशन की सापेक्ष आक्रामकता को काफी हद तक बदल देता है। नीचे दी गई तालिका में 40C पर क्लोरीनयुक्त समुद्री जल की तुलना में एमएनएस बनाम टीआईएन की तुलना की गई है।

समावेशन का प्रकार आयतन अंश (%)अनक्लोरीनयुक्त समुद्री जल पिटिंग दर (मिमी/वर्ष)क्लोरीनयुक्त समुद्री जल में पिटिंग दर (1.5 पीपीएम सीएल2, मिमी/वर्ष)विफलता मोड प्रमुख एमएनएस (सल्फाइड) 0.01 0.5-1.0<0.05 (MnS oxidized/dissolved) MnS is protective (oxidised to MnO)
TiN (नाइट्राइड) 0.001 0.05-0.10 0.3-0.8 TiN अधिक आक्रामक (गैल्वेनिक) हो जाता है
मिश्रित (दोनों) 0.005 प्रत्येक 0.5-1.0 0.5-1.0 (TiN प्रमुख है) MnS से TiN आरंभ में परिवर्तन
अल 2 ओ 3<0.05 <0.05 0.005 Unchanged (inert)
क्लोरीनयुक्त समुद्री जल में 316L सेवा के लिए व्यावहारिक विशिष्टताएँ

क्लोरीनयुक्त समुद्री जल सेवा (0.5-2 पीपीएम सीएल₂, 40 डिग्री) में उपयोग किए जाने वाले 316एल शीथेड हीटर के लिए, निम्नलिखित मानदंड टीआईएन-संबंधित पिटिंग को कम करते हैं:

अवशिष्ट क्लोरीन (पीपीएम) समुद्री जल तापमान (ओसी) अधिकतम अनुमत टीआईएन आयतन अंश (%) अनुशंसित इस्पात निर्माण अभ्यास वैकल्पिक सामग्री {{0} (Ti-निःशुल्क) VAR + Ti-निःशुल्क अभ्यास डुप्लेक्स 2205 या टाइटेनियम2.0 कोई भी Ti-निःशुल्क (अनुशंसित नहीं 316) N/A टाइटेनियम या मिश्रधातु 625
TiN समावेशन सामग्री सत्यापन

यह पेपर क्लोरीनयुक्त समुद्री जल सेवा के लिए कम -TiN 316L के लिए खरीदारों के लिए सत्यापन प्रक्रिया प्रस्तुत करता है। सबसे पहले, टाइटेनियम सामग्री के लिए रासायनिक परीक्षण: Ti<0.005% (50 ppm) usually correlates to TiN volume fraction <0.001%. The second is the metallographic inspection (ASTM E45) with a scanning electron microscopy (SEM) for the direct counting of TiN inclusions (morphology-angular, cubic, gold-yellow colour in the reflected light). The acceptability threshold is less than 5 TiN inclusions per mm² greater than 2 µm. The third is an accelerated pitting test in which a sample is exposed to synthetic chlorinated seawater at 40°C for 1,000 hours. Acceptance criterion: No pits deeper than >20 μm.

TiN प्रेरित पिटिंग के क्षेत्र की पहचान

यदि गड्ढे कोणीय, सुनहरे रंग के समावेशन (500x पर धातुकर्म माइक्रोस्कोप के तहत देखे गए) के आसपास केंद्रित हैं, तो TiN समावेशन 1 -2 वर्षों के भीतर क्लोरीनयुक्त खारे पानी में 316L हीटर के खड़े होने का संभावित कारण है। ईडीएस विश्लेषण Ti और N की पुष्टि करता है। गड्ढे आम तौर पर छोटे (10-50 µm चौड़े) लेकिन गहरे होते हैं, अक्सर TiN कण गड्ढे के तल पर बचे होते हैं। निकटवर्ती धातु में जंग का कोई और सबूत नहीं दिखता। ऐसी विफलताओं का समाधान Ti-free 316L (टाइटेनियम) का चयन करना है<0.005%) for future purchases. Temporary mitigation can be achieved by electropolishing of the sheath surface, removing the surface layer with exposed TiN inclusions.

निष्कर्ष: क्लोरीनयुक्त समुद्री जल हीटरों के लिए TiN- निःशुल्क 316L का उपयोग

40 डिग्री के तापमान पर क्लोरीनयुक्त खारे पानी में 316एल स्टेनलेस स्टील से घिरे हीटरों के लिए प्रमुख पिटिंग प्रारंभ स्थल प्रमुख टाइटेनियम नाइट्राइड (टीआईएन) समावेशन हैं। TiN आयतन अंश 0.002-0.005% से अधिक होने के परिणामस्वरूप 1,000-5,000 घंटों के भीतर गड्ढे का घनत्व 2-15 गड्ढे प्रति सेमी2 हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप 2-5 वर्षों के भीतर छिद्र हो जाता है। क्लोरीन कीटाणुशोधन के साथ समुद्री या तटीय अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले 316L शीथ के लिए, 0.005% (Ti-मुक्त) से कम Ti सामग्री की आवश्यकता होनी चाहिए, Ti डीऑक्सीडेशन (अधिमानतः Al या Si डीऑक्सीडेशन) से बचने वाली स्टील निर्माण प्रथाओं का पालन किया जाना चाहिए, और यदि महत्वपूर्ण सेवा शामिल है, तो TiN समावेशन आबादी को 0.001% से कम करने के लिए VAR या ESR रीमेल्टिंग को निर्दिष्ट किया जाना चाहिए। इसमें, हम TiN मात्रा प्रतिशत को क्लोरीनयुक्त समुद्री जल में मात्रात्मक गड्ढे आरंभ घनत्व और सेवा जीवन से जोड़ते हैं, जिससे खरीदारों को 316L टयूबिंग चुनने की अनुमति मिलती है जो सबसे प्रतिकूल ऑक्सीकरण समुद्री सेटिंग्स में समावेश-प्रेरित गड्ढे का प्रतिरोध करती है।