हॉट डिप गैल्वनाइजिंग बाथ में 316 स्टेनलेस स्टील शीथ इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूब 450-480 डिग्री पर नगण्य क्लोराइड सामग्री के बावजूद इंटरग्रेनुलर जंग के कारण विफल क्यों हो जाते हैं?

पिघला हुआ जस्ता गैल्वनाइजिंग स्नान का वातावरण जलमग्न इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूबों के लिए बेहद प्रतिकूल है और 316 स्टेनलेस स्टील के संक्षारण प्रतिरोध की पारंपरिक अवधारणाओं को चुनौती देता है। 450{10}}480 डिग्री का स्नान तापमान, जो क्रोमियम कार्बाइड अवक्षेपण के लिए सामान्य संवेदीकरण तापमान सीमा 450{12}}850 डिग्री से काफी कम है, ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स के लिए सुरक्षित प्रतीत होता है। दूसरी ओर, गैल्वनाइजिंग संयंत्रों की क्षेत्र विफलताएं क्लोराइड की अनुपस्थिति और पिघले हुए जस्ता की उपस्थिति में, 3 - 9 महीने की सेवा के बाद लगातार 316 स्टेनलेस स्टील शीथों के अंतर-ग्रैनुलर क्षरण और दरार को दर्शाती हैं, जो पारंपरिक इलेक्ट्रोकेमिकल अर्थ में स्टेनलेस स्टील के लिए स्वाभाविक रूप से संक्षारक नहीं है। असफल शीथ के धातुकर्म अध्ययन से एक अलग प्रक्रिया का पता चलता है, यानी तरल धातु भंगुरता (एलएमई) अनाज की सीमाओं के साथ जस्ता के प्रवेश के कारण होती है, जो सिग्मा (σ) चरण - की वर्षा से जुड़ी होती है, जो लोहे और क्रोमियम (FeCr) का एक कठोर और भंगुर इंटरमेटेलिक संयोजन है। 450{21}}480 डिग्री पर दीर्घकालिक ताप जोखिम, जो कार्बाइड संवेदीकरण की सीमा के भीतर है, 316 जैसे मोलिब्डेनम-असर वाले ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील्स में सिग्मा चरण के विकास के लिए महत्वपूर्ण तापमान सीमा के भीतर है। इन तापमानों पर, सिग्मा चरण फेराइट (ठंड या तनाव-प्रेरित मार्टेंसाइट से बरकरार डेल्टा-फेराइट) से होता है। 1000-3000 घंटे. यह आस-पास के ऑस्टेनाइट अनाज से क्रोमियम का उपभोग करता है और क्रोमियम-रहित क्षेत्र बनाता है जो जिंक इंटरग्रेनुलर प्रवेश के लिए अतिसंवेदनशील हो जाते हैं। यह पेपर गैल्वनाइजिंग तापमान पर सिग्मा चरण विकास के कैनेटीक्स का मूल्यांकन करता है और पिघला हुआ जस्ता सेवा में हीटर के मिश्र धातु चयन के लिए जानकारी प्रदान करता है।

गैल्वनाइजिंग तापमान पर 316 स्टेनलेस स्टील में धातुकर्म परिवर्तन
मानक 316 स्टेनलेस स्टील में क्लोराइड स्थितियों में गड्ढे के प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए 2-3% मोलिब्डेनम होता है। हालाँकि, मोलिब्डेनम 600 डिग्री के सबसे तेज़ अवक्षेपण गतिकी के साथ 450 {15 }}900 डिग्री के तापमान रेंज में सिग्मा चरण के विकास का बहुत समर्थन करता है। 450-480 डिग्री के गैल्वनाइजिंग स्नान तापमान पर सिग्मा चरण का निर्माण धीमा होता है, लेकिन लंबे एक्सपोज़र के बाद भी खतरनाक मात्रा अंश तक पहुंच जाता है। 6 महीने (465 डिग्री पर ~4320 घंटे) के बाद गैल्वनाइजिंग में सेवा से हटाए गए 316 स्टेनलेस स्टील ट्यूबों का इलेक्ट्रॉन बैकस्कैटर विवर्तन (ईबीएसडी) अध्ययन निकट-सतह क्षेत्र में 3 - 8% के सिग्मा चरण वॉल्यूम अंशों को इंगित करता है। सिग्मा कण (आम तौर पर 0.5-5 µm व्यास के) पूर्व फेराइट स्थलों पर या अनाज की सीमाओं पर अवक्षेपित होते हैं, जिससे आसपास के क्रोमियम का मैट्रिक्स ख़राब हो जाता है। सिग्मा कणों के बगल में क्रोमियम-रहित क्षेत्र नाममात्र 16-18% क्रोमियम से घटकर 10-12% क्रोमियम हो सकता है, जो जस्ता हमले के खिलाफ निष्क्रियता की गारंटी देने के लिए पर्याप्त नहीं है।

जिंक पर्यावरण दूसरी विधि प्रदान करता है। जिंक 450 डिग्री पर पिघलाया जाता है और स्टेनलेस स्टील को अच्छी तरह से गीला कर देता है। जिंक परमाणु अनाज की सीमाओं के साथ अंतरालीय रूप से स्थानांतरित होते हैं, विशेष रूप से वे जो सिग्मा चरण या क्रोमियम की कमी से नष्ट हो जाते हैं। 465 डिग्री पर ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील में अनाज की सीमाओं के साथ जस्ता का प्रसार गुणांक लगभग 2 × 10⁻¹⁰ सेमी²/सेकेंड है, जो 6 महीनों में ट्यूब की दीवार में 100-200 मिमी प्रवेश करने के लिए पर्याप्त है। तरल धातु का भंगुरता एक सीमा स्तर से अधिक अनाज की सीमाओं पर जस्ता की सांद्रता में वृद्धि के कारण होता है। म्यान और आंतरिक हीटिंग तत्व के बीच थर्मल विस्तार के बेमेल के कारण मध्यम तन्य भार के तहत भी भंगुर अंतर-कणीय दरार हो सकती है। क्रैकिंग तब तक जारी रहती है जब तक कि म्यान दबाव अखंडता नहीं खो देता है और पिघला हुआ जस्ता आंतरिक NiCr हीटिंग तार से संपर्क नहीं करता है। NiCr तरल जस्ता में तेजी से घुल जाता है और हीटर तुरंत विफल हो जाता है।

एक्सपोज़र समय और सिग्मा चरण गठन के बीच मात्रात्मक संबंध
गैल्वनाइजिंग रेंज के भीतर तापमान पर 316 स्टेनलेस स्टील (दीवार की मोटाई 1.5 मिमी, ओडी 12 मिमी) के ट्यूब नमूनों की त्वरित प्रयोगशाला उम्र बढ़ने से सिग्मा चरण की प्रगति और शेष लचीलापन का पूर्वानुमान लगाया जा सकता है। नमूनों को दिए गए समय के लिए हवा में गर्मी का इलाज किया गया, मेटलोग्राफिक विश्लेषण के लिए खंडित किया गया और अवशिष्ट लचीलापन निर्धारित करने के लिए चार बिंदु मोड़ का परीक्षण किया गया। सामान्य पिघला हुआ जस्ता स्नान संचालन का प्रतिनिधित्व करने के लिए 465 डिग्री का तापमान चुना गया था।

465 डिग्री पर एक्सपोज़र समय (घंटे) सिग्मा चरण वॉल्यूम फ़्रैक्शन (%) अनाज सीमा क्रोमियम (wt%, एसटीईएम के माध्यम से - ईडीएस) मोड़ लचीलापन (फ्रैक्चर के दौरान लम्बाई, मूल का %) जिंक एक्सपोजर टेस्ट में विफलता मोड 0 (जैसा प्राप्त हुआ, समाधान एनील्ड किया गया)<0.5 17.2 100% No cracking after 500 hours 500 0.8 16.8 97% Surface wetting only, no penetration 1000 1.5 16.1 92% Shallow intergranular zinc penetration (20-30 µm) 2000 3.0 15.2 83% Zinc penetration depth 80-120 µm 3000 4.5 14.5 71% Intergranular cracks at 40-60% wall thickness 4000 6.5 13.8 58% Complete perforation or cracking within 100-200 hours
6000 9.0 12.5 42% विसर्जन पर त्वरित विफलता (2-10 घंटे)
गैल्वनाइजिंग सेवा के लिए महत्वपूर्ण सीमा सिग्मा चरण वॉल्यूम अंश> 3% (~ 465 डिग्री पर 2000 घंटे) पर है। यदि अनाज की सीमाओं में जिंक के प्रवेश को रोकने के लिए पर्याप्त क्रोमियम है, तो सीमा पूरी नहीं होगी। 3% सिग्मा से ऊपर जस्ता की अंतरकणीय पैठ गैर-{6}}रैखिक रूप से तेज हो जाती है और म्यान की यांत्रिक अखंडता भंगुरता और स्थानीयकृत क्षरण से ख़राब हो जाती है।

पिछले शीत कार्य और प्रारंभिक फेराइट सामग्री के प्रति सूक्ष्म संरचनात्मक संवेदनशीलता
विभिन्न 316 स्टेनलेस स्टील ट्यूब गैल्वनाइजिंग तापमान पर समान प्रदर्शन नहीं करते हैं। सिग्मा चरण के विकास की गतिशीलता तीन भौतिक चरों से दृढ़ता से प्रभावित होती है: आपूर्ति की गई ट्यूब की प्रारंभिक डेल्टा फेराइट सामग्री, ट्यूब ड्राइंग के कारण ठंडे काम की मात्रा और कार्बन सामग्री (316 बनाम 316 एल)। डेल्टा{7}}फेराइट शरीर केंद्रित घन चरण है जो ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील वेल्ड और कास्टिंग के जमने के दौरान बनता है, लेकिन संरचना नियंत्रण के आधार पर 1-10% स्तर पर गढ़ा माल में भी मौजूद हो सकता है। सिग्मा चरण अधिमानतः फेराइट पर न्यूक्लियेट करता है। 5% आपूर्ति किए गए डेल्टा-फेराइट वाली एक ट्यूब को 465C पर 5% सिग्मा वॉल्यूम अंश तक पहुंचने में 2500 घंटे लगेंगे, जबकि एक ट्यूब को 465C पर 2500 घंटे लगेंगे।<1% delta-ferrite will need 5000–6000 hours to reach the same sigma level.

ठंडे काम से सिग्मा उत्पादन की दर भी बढ़ जाती है। 316 स्टेनलेस स्टील ट्यूबों को अंतिम आयामों में खींचकर अव्यवस्थाएं पेश की जाती हैं और थोड़ी मात्रा में तनाव प्रेरित मार्टेंसाइट भी उत्पन्न हो सकता है, ये दोनों सिग्मा चरण के लिए न्यूक्लियेशन साइट हैं। क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र में 15{4}}20% की कमी के साथ खींची गई ट्यूबों में समान संरचना के पूरी तरह से एनील्ड ट्यूबों की तुलना में सिग्मा गठन दर लगभग 1.5 गुना तेज थी। गैल्वनाइजिंग सेवा के लिए, 1% से नीचे डेल्टा-फेराइट सांद्रता (अधिकतम 2% ठंडा काम और पूरी तरह से पुनर्क्रिस्टलीकृत संरचना) के साथ एनील्ड समाधान निर्दिष्ट करके सिग्मा वर्षा के लिए उच्चतम प्रतिरोध प्राप्त किया जाता है।

सामग्री स्थिति डेल्टा फेराइट सामग्री (वॉल्यूम%) कोल्ड वर्क (%) 465 डिग्री (घंटे) पर 3% सिग्मा तक का समय गैल्वनाइजिंग बाथ 316एल में अनुमानित सेवा जीवन, समाधान एनील्ड, कम फेराइट<1 <5 4000 – 5000 12 – 18 months 316, solution annealed, standard ferrite 3 – 5 <5 2500 – 3500 8 – 12 months 316, as-drawn (20% reduction), standard ferrite 3 – 5 15 – 20 1500 – 2000 4 – 8 months 316L, as-drawn, low ferrite <1 15 – 20 2500 – 3500 8 – 12 months
316एच (उच्च कार्बन), घोल 2-4<5 1800 – 2500 6 – 9 months
कार्बन सामग्री (316एच - 0.04-0.10% सी; 316एल - 0.03% सी से कम या उसके बराबर) का सिग्मा उत्पादन पर थोड़ा प्रभाव पड़ता है लेकिन क्रोमियम कार्बाइड वर्षा पर काफी प्रभाव पड़ता है। गैल्वनाइजिंग तापमान कार्बाइड अवक्षेपण सीमा की ऊपरी सीमा के करीब है और इसलिए प्राथमिक कार्बाइड संबंधी संवेदीकरण से बचने के लिए 316L का चयन किया जाता है।

गैल्वनाइजिंग स्नान सेवा जीवन विस्तार वैकल्पिक मिश्र
जब निरंतर गैल्वनाइजिंग सेवा में अनुमानित हीटर का जीवन 12 महीने से अधिक होता है, तो तीन संभावित म्यान सामग्री अलग-अलग फायदे और लागत ट्रेडऑफ के साथ 316 स्टेनलेस स्टील की तुलना में बहुत अधिक प्रदर्शन प्रदान करती हैं। निम्नलिखित चयन मैट्रिक्स अनुमानित स्नान तापमान और वांछित सेवा अंतराल पर विचार करते हुए सामग्री चयन में सहायता करता है।

म्यान सामग्री अधिकतम सेवा तापमान (डिग्री) सिग्मा चरण संवेदनशीलता 465 डिग्री पर अनुमानित जीवन सापेक्ष लागत (बनाम 316) सुझाए गए गैल्वनाइजिंग अनुप्रयोग
316 स्टेनलेस स्टील 500 हाई (मोलिब्डेनम सिग्मा को तेज करता है) 6 - 12 महीने 1.0x छोटे स्नान, छिटपुट संचालन, वार्षिक शटडाउन
310 स्टेनलेस स्टील (25% सीआर, 20% नी) 1000 कम (कोई मोलिब्डेनम नहीं, उच्च नी ऑस्टेनाइट को स्थिर करता है) 24 - 36 महीने 1.8x निरंतर गैल्वनाइजिंग माध्यम से बड़े स्नान
इंकोलॉय 800 (32% नी, 21% सीआर) 1000 बहुत कम (उच्च नी सिग्मा को पूरी तरह से दबा देता है) 36 - 60 महीने 2.5x उच्च विश्वसनीयता लाइनें, न्यूनतम रखरखाव पहुंच
सैनिक्रो 28 (27% सीआर, 31% नी, 3.5% एमओ) 500 मध्यम (मध्यम एमओ, उच्च नी स्थिर) 24 - 30 महीने 3.5x आक्रामक फ्लक्स -अवशिष्ट क्लोराइड के साथ सहायक सेवा
टाइटेनियम ग्रेड 2 300 लागू नहीं (सिग्मा चरण नहीं बना) स्वीकार्य नहीं - 350 डिग्री 2.0x से अधिक ऑक्सीकरण होता है कम तापमान जिंक मिश्र धातु (<350°C only)
310 स्टेनलेस स्टील अधिकांश निरंतर गैल्वनाइजिंग स्नान के लिए लागत और संक्षारण प्रतिरोध का इष्टतम समझौता है। बढ़ी हुई निकल सामग्री (316 में 10% के बजाय 20%) 450-480 डिग्री पर वर्षों के बाद भी सिग्मा गठन के खिलाफ ऑस्टेनिटिक संरचना को स्थिर करती है। 316 को 310 शीथ से बदलने वाली गैल्वनाइजिंग फैक्ट्री के फील्ड डेटा से पता चला है कि औसत सेवा जीवन 7 महीने से बढ़कर 28 महीने हो गया है, कुछ हीटर बिना किसी खराबी के 36 महीने से अधिक चल रहे हैं। इंकोलॉय 800 का जीवन और भी लंबा है, लेकिन 310 से अधिक का सीमांत लाभ 40% अधिक लागत के लायक नहीं हो सकता है जब तक कि स्नान का तापमान 500 डिग्री के करीब न हो या सुविधा दो साल से अधिक के रखरखाव अंतराल की योजना न बनाए।

गैल्वनाइजिंग स्नान के लिए हीटर की विशिष्टता के लिए व्यावहारिक सिफारिशें
पिघला हुआ जस्ता गैल्वनाइजिंग स्नान के लिए इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूबों के डिजाइन के लिए निम्नलिखित व्यावहारिक निर्देश क्षेत्र के अनुभव और प्रयोगशाला डेटा पर आधारित हैं। 4000 घंटे/वर्ष से अधिक की किसी भी निरंतर गैल्वनाइजिंग प्रक्रिया में 316 स्टेनलेस स्टील का उपयोग न करें। यदि 316 का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि यह उपलब्ध है या कम महंगा है, तो 1% से कम फेराइट सामग्री और अधिकतम 5% कोल्ड वर्क के साथ दस्तावेज़ित डेल्टा के साथ एनील्ड 316एल समाधान निर्दिष्ट करें और हर 6-12 महीनों में शीथ प्रतिस्थापन की योजना बनाएं। 10 टन से अधिक जस्ता स्नान के साथ 450 से 465 डिग्री पर सामान्य गैल्वनाइजिंग के लिए 2.0 से 2.5 मिमी (जलीय सेवा के लिए सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली 1.2 से 1.5 मिमी मोटाई से अधिक) की दीवार मोटाई के साथ 310 स्टेनलेस स्टील शीथ प्रदान करें ताकि अतिरिक्त संक्षारण भत्ता मिल सके। जिंक {{22}एल्यूमीनियम मिश्र धातु या आक्रामक फ्लक्स अवशेषों वाले स्नान के लिए, संक्षारण की दर की निगरानी के लिए अल्ट्रासोनिक परीक्षण का उपयोग करके इंकोलॉय 800 या साप्ताहिक शीथ मोटाई माप का उपयोग करने पर विचार करें। सबसे महत्वपूर्ण विनिर्देश बिंदु यह है कि हीटर आपूर्तिकर्ता को समाधान की स्थिति और अधिकतम फेराइट सामग्री को प्रमाणित करने की आवश्यकता होती है। मानक मिल एनील्ड 316 में समय से पहले विफलता का कारण बनने के लिए पर्याप्त डेल्टा फेराइट हो सकता है, भले ही संरचना की आवश्यकताएं नाममात्र हों। चूँकि विफलता तंत्र तरल धातु के प्रवेश के साथ सिग्मा चरण का विघटन है, न कि विशिष्ट जलीय संक्षारण, इंजीनियर उपयुक्त सामग्रियों का चयन कर सकते हैं जो इस गंभीर उच्च तापमान गैर-जलीय अनुप्रयोग में हीटर के जीवन को महीनों से वर्षों तक बढ़ाते हैं।