Nerūdijančio plieno kaustinės įtampos korozijos įtrūkimai: temperatūros ir koncentracijos ribos

Standartiniai austenitiniai nerūdijantys plienai, tokie kaip 304 ir 316, paprastai atsparūs šarminiam (NaOH) poveikiui iki maždaug 50 % koncentracijos ir apytiksliai 93 laipsnių (199 laipsnių F), tačiau virš šios temperatūros jie tampa pažeidžiami nestabiliam pasyvumui ir kaustinės įtampos korozijos įtrūkimams (CSCC) - ir kuo daugiau šarmo reikia atskiesti prieš prasidedant įtrūkimui Įtrūkimai vis dar galimi tirpaluose, kurių tirpalai yra tokie silpni kaip 1 % NaOH, esant maždaug 200 laipsnių (392 laipsnių F). Aukštesnėje nei 300 laipsnių (572 laipsnių F) temperatūroje austenitinio nerūdijančio plieno kaustinis įtrūkimas gali atsirasti gana greitai, todėl daugumos specifikacijų reikia pereiti prie nikelio lydinio.

Natrio hidroksidas (kaustinė soda) yra viena iš plačiausiai naudojamų pramoninių cheminių medžiagų -, randama celiuliozės ir popieriaus apdirbimo, aliuminio oksido rafinavimo, chemijos gamybos ir valymo sistemose -. Ji kelia korozijos pavojų, kuris užklumpa inžinierius, nes nesielgia kaip rūgštis. Šiame straipsnyje pateikiamos temperatūros ir koncentracijos ribos, reguliuojančios nerūdijančio plieno kaustinės įtampos korozijos įtrūkimus, paaiškinama, kodėl slenkstis keičiasi priklausomai nuo koncentracijos, ir nurodoma, kur nikelio lydiniai tampa tinkama medžiaga.

Kas yra kaustinės įtampos korozijos įtrūkimai ir kuo jis skiriasi nuo chlorido SCC?

Kaustinis SCC yra aiškus krekingo mechanizmas, kurį skatina karšti, koncentruoti hidroksido tirpalai, puolantys įtemptą metalo paviršių -, skirtingai nei chlorido SCC, jo visiškai nesukelia chlorido jonai, o norint išvengti šių dviejų lydinių, reikia visiškai skirtingų lydinio strategijų.

Tiek šarminiam SCC, tiek chloridui SCC reikia tų pačių trijų sudedamųjų dalių: jautraus lydinio, tempimo įtempių (dėl suvirinimo, formavimo ar eksploatacinių apkrovų) ir pakankamai agresyvios aplinkos. Kur jie skiriasi, yra pati aplinka. Chlorido SCC skatina chlorido jonai, atakuojantys pasyviąją plėvelę, paprastai beveik -neutraliame ar rūgštiniame, deguonies -turinčiame vandenyje.

Kaustinį SCC sukelia stipriai šarminiai hidroksido tirpalai - natrio hidroksidas (NaOH), kalio hidroksidas (KOH) arba kalcio hidroksidas -, todėl kyla pavojus, ypač esant aukštai temperatūrai ir koncentracijai, istoriškai žinomas kaip „šarminis trapumas“, kai pirmą kartą buvo nustatytas kniedytų katilų korpusuose. Kadangi vairavimo chemija yra priešinga, lydinio atnaujinimas, pasirinktas siekiant išspręsti chlorido problemą, automatiškai neišsprendžia šarminės problemos, ir atvirkščiai - medžiagos pasirinkimas turi būti pritaikytas prie konkrečios aplinkos.

Kokioje temperatūroje ir koncentracijoje kaustinė SCC prasideda standartiniame nerūdijančiame pliene?

304 ir 316 nerūdijantis plienas paprastai gerai išlaiko NaOH iki maždaug 50 % koncentracijos ir maždaug 93 laipsnių (199 laipsnių F); virš šios temperatūros mažėja ir bendras atsparumas korozijai, ir atsparumas įtrūkimams, o tikslus įtrūkimo slenkstis pasislenka priklausomai nuo to, kiek iš tikrųjų yra šarminės medžiagos koncentracijos.

Pramonės korozijos duomenys rodo, kad standartinio austenitinio nerūdijančio plieno praktinės eksploatacinės lubos yra maždaug 50 % NaOH koncentracijos ir maždaug 93 laipsnių (199 laipsnių F). Virš šios temperatūros pasyvioji plėvelė, kuri suteikia nerūdijančiam plienui atsparumą korozijai, tampa nestabili, atverdama duris tiek pagreitėjusiai bendrai korozijai, tiek įtrūkimams dėl kaustinės įtampos korozijos. Atskirai pranešta apie pramoninio panaudojimo ribas, austenitinio nerūdijančio plieno praktinio šarminio naudojimo riba yra maždaug 70–90 laipsnių, o 300 -serijos klasių įtrūkimai taip pat užfiksuoti virš maždaug 100 laipsnių - skaičiai, kurie iš esmės atitinka ~93 laipsnių slenkstį ir atspindi skirtingus matomus įrenginius, įtempius ir purumo lygius. sąlygomis.

Kodėl mažesnei NaOH koncentracijai reikalinga aukštesnė temperatūra, kad metalas suskiltų?

Koncentracija ir temperatūra skiriasi viena nuo kitos ties įtrūkimų riba - praskiestiems šarminiams tirpalams reikia daug aukštesnės temperatūros, kad prasidėtų įtrūkimai, nei koncentruotiems, todėl temperatūros-koncentracijos kreivė, o ne vienas skaičius, yra tinkamas būdas galvoti apie riziką.

Kai NaOH koncentracija mažesnė nei apie 15%, temperatūra, reikalinga nejautrintam nerūdijančiam plienui įtrūkti, labai pakyla. Esant maždaug 1% NaOH koncentracijai, įtrūkimų tendencija paprastai nepasireiškia, kol temperatūra neviršija maždaug 200 laipsnių (392 laipsnių F). Temperatūrai kylant toliau, reakcija staigiai paspartėja: maždaug virš 300 laipsnių (572 laipsnių F) austenitinio nerūdijančio plieno kaustinis įtrūkimas gali vykti gana greitai.

Dėl šio atvirkštinio ryšio - mažesnė koncentracija, reikalaujanti aukštesnės temperatūros, ir atvirkščiai - yra būtent tai, kodėl kaustinė SCC rizika yra tinkamai pavaizduota kaip ribinė kreivė temperatūros -palyginus- koncentracijos diagramoje, o ne kaip vieno leidimo / nesėkmės slenkstis. Procesas, kuris atrodo saugus esant žemai koncentracijai ir vidutinei temperatūrai, gali patekti į rizikos teritoriją, jei kuris nors kintamasis padidės, net ir nežymiai.

Ar dėl įjautrinimo nerūdijantis plienas tampa jautresnis kaustiniam įtrūkimui?

Taip - jautrinimas, chromo karbidų susidarymas grūdelių ribose dėl netinkamo terminio apdorojimo arba lėto -aušinimo suvirinimo, sumažina efektyvų įtrūkimo slenkstį, nes susidaro chromo- išeikvoti takai, kuriuose gali susikaupti šarminės medžiagos.

Jautrinimas įvyksta, kai nerūdijantis plienas laikomas arba lėtai aušinamas maždaug 425–870 laipsnių diapazone, todėl chromas gali susijungti su anglimi ir nusodinti kaip chromo karbidai išilgai grūdelių ribų. Tai lokaliai išeikvoja chromą gretimame metale, pažeidžiant pasyviąją plėvelę būtent ten, kur linkę susidaryti įtrūkimų takai.

Nors bazinis įtrūkimo mechanizmas taip pat veikia nejautrintą medžiagą, jautrinimas plačiai pripažįstamas kaip veiksnys, pakeičiantis temperatūros-koncentracijos ribą netinkama kryptimi - dar viena priežastis, dėl mažo-anglies ("L" klasės) arba stabilizuoto nerūdijančio plieno, ir tinkamai įvykdyti po-suvirinimo terminio apdorojimo reikalavimai yra įprasti kaustikos specifinio aptarnavimo įrangos reikalavimai.

Ar „Duplex“ ar „Super{0}}Austenitic Nerūdijančio plieno rūšys yra patikimas atnaujinimas, palyginti su 304/316“?

Aukštesnio-nerūdijančio plieno markių, pvz., 904L ir 6 % molibdeno super-austenito šeima, pasižymi žymiai geresniu atsparumu nei 304/316 agresyvioje eksploatacijoje apskritai, tačiau atsparumas kaustams įtrūkimams nesiskiria nuo lydinio turinio taip pat, kaip atsparumas duobėms vis dar tikrina konkrečią aplinką.

Dėl chlorido{0}}skilimo ir įdubimų, didesnis nikelio ir molibdeno kiekis patikimai padidina atsparumą, o šis modelis yra gerai dokumentuotas austenitinėms klasėms. Šarminė aplinka elgiasi skirtingai: kai kurie tyrimai rodo, kad molibdeno kiekis, kuris yra labai naudingas kovojant su chloridu, iš tikrųjų gali būti nenaudingas nikelio -lydinio atsparumui šarmams, o chromas išlieka iš esmės palankus esant didelei šarminei koncentracijai. Tai reiškia, kad klasė pasirinkta vien dėl to, kad ji gerai veikė prieš chloridus - 904L, 6Mo super-austenitinį arba nikelio-molibdeno lydinį -, nereikėtų manyti, kad proporcingai pagerina šarminę tarnystę, nepatikrinus duomenų, būdingų hidroksidinei, o ne chloridinei aplinkai.

Kada nikelio lydiniai turėtų pakeisti nerūdijantį plieną kaustinės priežiūros reikmėms?

Nikelio lydiniai tampa standartiniu pasirinkimu, kai eksploatacinės sąlygos pranoksta praktines nerūdijančio plieno lubas - apytikriai viršija 50 % NaOH koncentraciją kartu su aukštesne nei 93 laipsnių temperatūra arba bet kokia paslauga, kai tikimasi, kad ilgalaikis poveikis viršija maždaug 100 laipsnių -, o komerciniu požiūriu grynas nikelis siūlo didžiausią grupės maržą.

Bendras nikelio lydinių modelis yra aiškus net tada, kai tikslūs skaičiai skiriasi priklausomai nuo šaltinio: didesnis nikelio kiekis koreliuoja su mažesniu bendru korozijos greičiu ir didesniu atsparumu šarmams, todėl komerciniu požiūriu grynas nikelis - nėra nerūdijantis plienas, o nebūtinai labiausiai legiruotas nikelio lydinys - dažnai yra karšta, koncentruota medžiaga.

Ar 600 lydinys iš tikrųjų yra atsparus kaustiniam įtrūkimui?

Joks - Alloy 600 atsparumas šarminiam poveikiui yra daug geresnis nei nerūdijantis plienas ir yra plačiai naudojamas karšto šarmo servise, tačiau jis nėra apsaugotas, o dokumentuoti laboratoriniai ir lauko atvejai rodo, kad jis gali įtrūkti esant pakankamai griežtoms temperatūros, koncentracijos ir poveikio trukmės deriniams.

Tai svarbus niuansas visiems, kurie mano, kad nikelio lydinio atnaujinimas visiškai pašalina šarminio įtrūkimo riziką. Įrodyta, kad 600 lydinys įtrūksta deaeruotame 10 % NaOH tirpale 315 laipsnių (600 laipsnių F) temperatūroje bandymo sąlygomis, o pramoninė patirtis patvirtina, kad po ilgos eksploatacijos 600 lydinys vis tiek gali įtrūkti karštoje šarminėje aplinkoje, nors jis iš esmės pranoksta nerūdijantį plieną.

600 lydinio plyšimas taip pat buvo susijęs su elektrocheminiu potencialu, o didžiausias jautrumas stebimas esant maždaug 200 mV teigiamam potencialui nei natūralus medžiagos korozijos potencialas -, o tai reiškia, kad proceso sąlygos, turinčios įtakos elektrocheminiam potencialui, o ne tik temperatūra ir koncentracija, gali turėti įtakos, ar prasidės įtrūkimai. Naujesni lydiniai, pvz., Alloy 690, kuriame yra daug daugiau chromo, buvo pritaikyti kai kuriose reikliausiose kaustinės ir aukštos temperatūros paslaugos, ypač siekiant pagerinti ilgalaikį Alloy 600 veikimą.

Ar kiti veiksniai, be temperatūros ir koncentracijos, turi įtakos kaustinės SCC rizikai?

Taip - nuosėdos, galvaninė jungtis, taikomas elektrocheminis potencialas ir liekamasis suvirinimo įtempis pakeičia efektyvų įtrūkimo slenkstį, todėl realūs kaustinės SCC gedimai dažnai įvyksta esant švelnesnėms sąlygoms, nei numato vien laboratorijos temperatūros-koncentracijos diagramos.

Nuosėdos ir plyšiai: poringos nuosėdos (pvz., magnetitas garo generatoriaus eksploatacijoje) gali sukoncentruoti šarminę medžiagą vietoje ir sukurti galvaninę jungtį, kuri perkelia nikelio lydinio elektrocheminį potencialą į įtrūkimams jautrų diapazoną, net jei masinis tirpalas atrodo švelnus.

Taikomas elektrocheminis potencialas: 600 lydinio įtrūkimų jautrumas didžiausias tam tikrame potencialo diapazone, palyginti su jo korozijos potencialu, o tai reiškia, kad proceso chemija gali būti svarbi ne tik koncentracija ir temperatūra.

Likutinis įtempis: suvirinimas, šaltasis formavimas ir netinkamas įtempių sumažinimas padidina vietinį tempimo įtempį, kurį kaustinė SCC turi inicijuoti -, sumažinant šį įtempį naudojant tinkamą po-suvirinimo terminį apdorojimą, sumažinama rizika nepriklausomai nuo medžiagos pasirinkimo.

Teršalai: buvo pranešta, kad tokios rūšys kaip švino oksidas ir natrio tiosulfatas pagreitina kaustinį įtrūkimą, o kiti, įskaitant titano dioksidą, parodė slopinamąjį poveikį kai kuriose nikelio lydinių sistemose.

Ką turėtų daryti inžinieriai, kad praktiškai valdytų kaustinę SCC riziką?

Pritaikykite lydinį prie tikrosios darbinės temperatūros-koncentracijos derinio (ne tik vardinio projektinio taško), sumažinkite suvirinimo liekamąjį įtempį ir venkite manyti, kad bet koks atskiras lydinys -, įskaitant nikelio lydinius -, yra besąlygiškai atsparus.

Nubraižykite tikrąjį proceso veikimo apvalkalą -, įskaitant paleidimo, sutrikimo ir koncentracijos pokyčius, o ne tik nominalias pastoviosios-būsenos sąlygas -, lyginant su kandidato lydinio temperatūros-koncentracijos įtrūkimo riba.

Nurodykite mažai -anglies arba stabilizuotas klases ir tinkamai atliktą po-suvirinimo siūlės terminį apdorojimą, kur suvirintas nerūdijantis plienas bus nuolat veikiamas šarminės medžiagos, kad išvengtumėte su įjautrinimo{2}}susijusia rizika.

Duomenis, sukurtus dėl atsparumo chloridui, laikyti ne{0}}perkeliamais į šarminę tarnybą; prieš atnaujindami patikrinkite lydinio veikimą pagal konkrečius kaustinių{1}} bandymų duomenis, remdamiesi tik atsparumo įdubimams kredencialais.

Jei naudojate daugiau nei 50 % NaOH ir 93 laipsnių temperatūrą arba bet kokį ilgalaikį poveikį, viršijantį apie 100 laipsnių, įvertinkite nikelio lydinius, o ne toliau stumkite nerūdijantį plieną per dokumentais patvirtintas eksploatavimo ribas.

Net ir pasirinkę nikelio lydinį, atsižvelkite į nuosėdų susidarymo -sąlygas, galvaninį ryšį ir elektrocheminį potencialą konkrečioje sistemoje, nes įrodyta, kad šie veiksniai sukelia įtrūkimus už „saugios“ zonos, kurią siūlo vien temperatūra ir koncentracija.

Dažnai užduodami klausimai

Kokia yra maksimali 316 nerūdijančio plieno temperatūra naudojant kaustinę sodą?

Maždaug 93 laipsniai (199 F) yra plačiai minimos standartinio austenitinio nerūdijančio plieno iki maždaug 50 % koncentracijos NaOH lubos; virš šios temperatūros padidėja bendra korozijos ir įtrūkimų rizika.

Ar praskiestuose NaOH tirpaluose gali atsirasti kaustinės įtampos korozijos įtrūkimų?

Taip, bet tam reikia daug aukštesnės temperatūros. Buvo pranešta, kad tirpaluose, kurių skiedimas yra maždaug 1 % NaOH, trūkinėja daugiau nei 200 laipsnių (392 laipsnių F), ty gerokai aukštesnė nei ten, kur iš tikrųjų veikia dauguma nerūdijančio plieno kaustinės įrangos.

Ar kaustinis SCC yra tas pats, kas chlorido įtempių korozijos įtrūkimai?

Ne. Tai yra skirtingi mechanizmai, kuriuos vienu atveju varo skirtingos cheminės medžiagos - chlorido jonai, kitu atveju karšti koncentruoti hidroksido tirpalai -, o lydinys, pasirinktas taip, kad būtų atsparus vienam, automatiškai neatsparus kitam.

Ar komerciškai grynas nikelis yra atsparus šarminiam įtrūkimui?

Jis pasižymi didžiausiu atsparumu tarp įprastų inžinerinių lydinių, gali būti naudojamas net išlydytame bevandeniame NaOH maždaug iki 538 laipsnių temperatūroje, tačiau šaltiniai skiriasi pagal tai, ar jis išlieka šiek tiek jautrus aukštesnėje nei 300 laipsnių temperatūroje, ar yra praktiškai atsparus, todėl jo negalima laikyti besąlygiškai atspariu įtrūkimams visais ekstremaliais atvejais.

Kodėl „Alloy 600“ kartais įtrūksta atliekant kaustinį poveikį, nepaisant to, kad jį rekomenduojama atnaujinti?

600 lydinys iš esmės pranoksta nerūdijantį plieną karštoje šarminėje aplinkoje, tačiau jis nėra apsaugotas - dokumentais įrodyta įtrūkimų atsiradimas po ilgo poveikio ir tam tikromis elektrocheminio potencialo sąlygomis, ypač esant aukštai temperatūrai ir koncentracijai.