तापमान और पीएच के किस संयोजन के तहत 316 स्टेनलेस स्टील हीटर शीथ निष्क्रिय फिल्म में मोलिब्डेनम की कमी का विकास करता है जिससे कम मात्रा में जमाव होता है -क्लोराइड (<200 ppm) Water

गुप्त पिटिंग तंत्र के रूप में निष्क्रिय फिल्म संरचना का परिवर्तन

316 स्टेनलेस स्टील लिपटे इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूबों के लिए, कम क्लोराइड वाले पानी में (<200 ppm) where traditional pitting would not be expected, another failure mechanism can occur: molybdenum depletion from the passive film. Molybdenum is a critical alloying element in 316 (2.0-2.5 wt%) that is enriched in the passive film to 5-10% at the outer surface. However, in pH environments below 6.0 or above 9.0 at temperatures over 80°C, molybdenum will selectively dissolve from the passive film as molybdate ions (MoO4 2-) or as volatile MoO3. When the percentage of Mo in the passive film falls below about 1-2% the film is no longer resistant to chloride breakdown and pitting occurs at bulk chloride concentrations as low as 50-100 ppm. This mechanism is different from the bulk alloy molybdenum loss as it only affects the outer 1-5 nm of the passive layer . In this paper we quantify the pH-temperature requirements for molybdenum depletion and the corresponding pitting risk in low chloride water.

मोलिब्डेनम के चयनात्मक विघटन का तंत्र

316 स्टेनलेस स्टील एक बाइलेयर निष्क्रिय फिल्म का उत्पादन करता है जिसमें एक आंतरिक क्रोमियम समृद्ध ऑक्साइड (Cr2O3) और एक बाहरी लौह समृद्ध परत होती है जिसमें मोलिब्डेनम के साथ Mo (VI) प्रजाति (MoO 4 2- या MoO3) होती है। यह हल्के तापमान पर तटस्थ पीएच (7.0-8.0) में स्थिर है (फिल्म को समृद्ध करता है और पिटिंग प्रतिरोध में सुधार करता है)<60o C). At pH <5.5 molybdenum is soluble as MoO4 2- and leaches out of the film under acidic circumstances. In alkaline settings (pH >9.0) molybdenum also becomes soluble as molybdate . The leaching rate increases exponentially at high temperature (>80 डिग्री) मोलिब्डेनम के विघटन के लिए सक्रियण ऊर्जा (~40-60 kJ/mol) के कारण। कम सतह मोलिब्डेनम सांद्रता (महत्वपूर्ण एकाग्रता से कम, लगभग 1-2% पर) पर, निष्क्रिय फिल्म 304 स्टेनलेस स्टील (बिना मोलिब्डेनम के) की तरह व्यवहार करती है और 80-90 डिग्री पर 50-100 पीपीएम तक के क्लोराइड समाधान में गड्ढे हो जाती है।

मोलिब्डेनम कमी और निम्नलिखित पिटिंग के लिए मात्राबद्ध सीमाएँ

The electrochemical conditions that result in molybdenum depletion (>विभिन्न पीएच और तापमान के समाधानों में 316 के परीक्षण के दौरान इलेक्ट्रोकेमिकल स्थितियों को नियंत्रित करके और बाद में एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एक्सपीएस) का उपयोग करके निष्क्रिय फिल्म में मोलिब्डेनम सामग्री को मापकर फिल्म में 8 - 10% मो) की आधार रेखा से 50% की कमी की पहचान की गई है।

पीएच तापमान (डिग्री) निष्क्रिय फिल्म में 50% मोलिब्डेनम की कमी का समय (एच) कमी के बाद सतह मो (80 डिग्री पर 100 पीपीएम सीएल में% पिटिंग क्षमता (एमवी बनाम एससीई) कम क्लोराइड पानी में पिटिंग जोखिम (<200 ppm)
6.5-8.0 <60 >10,000 (no depletion) 8-10 >600 (निष्क्रिय) 6.5-8.0 60-80 5,000-10,000 6-8 500-600 बहुत कम
6.5-8.0 80-95 2,000-5,000 4-6 400-500 कम 5.5-6.5 60-80 1,000-2,{5}} मध्यम 5.5-6.5 80-95 500-1,{7}} उच्च 4.5-5.5 60-80 200-500 1-2 150-200 गंभीर
4.5-5.5 80-95 100-200 <1 <150 Extremely severe
8.0-9.0 60-80 1,000-2,000 4-6 400-500 कम 8.0-9.0 80-95 500-1,000 2-4 250-400 मध्यम 9.0-10.0 60-80 500-1,{6}} उच्च 9.0-10.0 80-95 200-500 1-2 150-250 गंभीर<4.5 or >10 कोई भी<100 <1 <150Very brutal
ख़राब सतहों पर क्लोराइड का सहक्रियात्मक प्रभाव

जब निष्क्रिय फिल्म में मोलिब्डेनम की कमी हो जाती है तो पिटिंग के लिए क्लोराइड की महत्वपूर्ण सांद्रता काफी कम हो जाती है। 80 डिग्री पर घटी हुई बनाम गैर-खमी हुई सतहों पर गड्ढे के लिए क्लोराइड सीमा को नीचे दी गई तालिका में संक्षेपित किया गया है।

सतह की स्थिति सतह मो सामग्री (% पर) 80 डिग्री (पीपीएम) 100 पीपीएम पर पिटिंग के लिए क्रिटिकल क्लोराइड⁻ पिटिंग का समय सुझाई गई कार्रवाई
As-passivated (fresh) 8-10 >2,000 >10,000 घंटे नहीं
थोड़े कम हुए 4-6 500-1,000 5,000-10,000 घंटे सत्यापित करें
मध्यम रूप से कम 2-4 150-300 1000-5000 घंटे पीएच कम या तापमान कम करें
गंभीर रूप से थका हुआ 1-2 50-100 200 से 1,000 घंटे, तत्काल सुधारात्मक कार्रवाइयां
पूर्णतः समाप्त हो गया<1 <50 <200 hours Change heater, fix chemical
निम्न -क्लोराइड प्रणालियों के लिए व्यावहारिक जल रसायन विशिष्टताएँ

मोलिब्डेनम की कमी कम -क्लोराइड वाले पानी में 316 शीथेड हीटरों के लिए प्रमुख खतरा है (<200 ppm). The following pH and temperature limitations are recommended:

Maximum Operating Temperature (°C) pH Range for >10,000-hr Passivity StabilitypH Range for >5,000 घंटे की स्वीकार्य सेवा अनुशंसित कार्रवाई यदि पीएच सीमा से अधिक है 60 5.0-9.5 4.5-10.0 एसिड या बेस के साथ पीएच को समायोजित करें 70 5.5-9.0 5.0-9.5 पीएच नियंत्रण की सिफारिश की गई है 80 6.0-8.5 5.5-9.0 पीएच नियंत्रण की आवश्यकता है
90 6.5-8.0 6.0-8.5 सक्रिय पीएच नियंत्रण आवश्यक 100 7.0-7.5 6.5-8.0 316 अनुशंसित नहीं; मिश्रधातु को उन्नत करें
मोलिब्डेनम की कमी के कारण गड्ढे की फ़ील्ड पहचान

यदि 316 हीटर 80-90 डिग्री पर कम क्लोराइड वाले पानी (50{2}}150 पीपीएम सीएल-) में डूबता है, यदि थोक रसायन सही है (ईडीएस या आईसीपी द्वारा 2.0-2.5% एमओ), तो निष्क्रिय फिल्म के मोलिब्डेनम की कमी की जांच की जा सकती है। फेलिंग शीथ से लिए गए नमूने का एक्सपीएस विश्लेषण सतह पर मोलिब्डेनम सांद्रता 2-3% (सामान्यतः 8-10%) से कम दिखाएगा। ऑगर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रदर्शित करेगी कि कमी सबसे बाहरी 2-5 एनएम तक स्थानीयकृत है। गड्ढे आम तौर पर छोटे, बारंबार, उथले होते हैं और ताजी सतहों पर क्लोराइड-प्रेरित गड्ढों के बड़े, गहरे गड्ढों से अलग होते हैं। विफलता के समय समाधान रसायन शास्त्र की जांच 6.5-8.0 रेंज के बाहर पीएच भ्रमण के लिए की जानी चाहिए, खासकर यदि हीटर पीएच <5.5 या > 9.0 पर लंबी अवधि के लिए संचालित किया गया था।

निष्कर्ष: निष्क्रिय फिल्म में पीएच और तापमान नियंत्रण मोलिब्डेनम

कम क्लोराइड वाले पानी में 316 स्टेनलेस स्टील से बने हीटरों में गड्ढे हो सकते हैं (<200 ppm) at chloride levels which would ordinarily be safe, if the passive layer gets molybdenum depleted. Depletion happens at temperatures more than 80°C and pH less than 5.5 or greater than 9.0 where molybdenum is dissolved from the outer film layer. Once depleted, the surface behaves like a 304 without molybdenum and pits in 50-150 ppm chloride. For low-chloride high-temperature use, engineers designing 316 sheaths must control pH between 6.5 and 8.0, especially above 80°C. If pH control is not possible, upgrading to 316L (same Mo content but lower carbon) may not prevent depletion; a higher molybdenum alloy such as 317L (3.5% Mo) or 904L (4.5% Mo) may be necessary. The architecture proposed here connects pH, temperature and molybdenum depletion to the pitting danger in low-chloride water, and allows the customers to set restrictions on water chemistry that preserve the protective qualities of the passive layer.