Kako volumni udio primarnih Nb(C,N) karbonitrida iz rezidualnog titanijuma (0,02-0,08%) u omotaču grijača 347 kontrolira gustinu mjesta inicijacije pitinga u hloriranoj morskoj vodi na 35 stepeni sa 1,5 ppm slobodnog hlora

Manji legirajući element koji postaje glavni inicijator rupice u uslovima oksidacije

Tipične cijevi od nehrđajućeg čelika 347 (stabilizirane Nb-) obložene električne grijaće cijevi izložene kloriranoj morskoj vodi (1,5 ppm slobodnog hlora, 20,000 ppm Cl-) na 35 stepeni, kao što se koristi u sistemima za hlađenje obalnih elektrana, desalinizacijskim prehlorinskim izmjenjivačima topline sa dodatkom hlorida za desalinizaciju (0,02-0,08 wt%) iz proizvodnje čelika (titanijum-deoksidirani otpad ili namjerno dodavanje). Primarni niobijum karbonitridi bogati titanom (Nb,Ti)(C,N) se formiraju. Ovi složeni karbonitridi su katodniji i stabilniji od čistog NbC, stoga su vrlo efikasna mjesta inicijacije jamičastih podloga pod visokim oksidacijskim potencijalom klorirane morske vode. Za nivoe titanijuma<0.01% primary carbonitride volume fraction <0.01-0.02 %, pit density <0.5 pits/cm² and service life >10 godina. Kako se sadržaj titana povećava sa 0,03 na 0,05%, volumni udio karbonitrida raste sa 0,04 na 0,08%, gustina udubljenja od 2 do 5 jamica/cm² i vijek trajanja od 5 do 7 godina. Na nivoima titanijuma od 0,06-0,08% zapreminski udeo je 0,10-0,15%, a gustina udubljenja je preko 10-20 jamica/cm², a perforacija se dešava za 2-3 godine. Ovaj članak kvantificira vezu između koncentracije preostalog titana, volumnog postotka primarnog karbonitrida, gustine inicijacije u jami i vijeka trajanja u kloriranoj slanoj vodi.

Mehanizam inicijacije Pittingcha poboljšanog titanom

Titanijum ima veći afinitet prema ugljiku i dušiku od niobijuma. U proizvodnji čelika 347, titan (do 0,02-0,08%) prvenstveno proizvodi karbonitride bogate titanijumom (Ti(C,N)) koji takođe mogu sadržavati niobijum (Nb,Ti)(C,N). Ove čestice se formiraju na visokoj temperaturi tokom skrućivanja i veće su (3-10 µm) i stabilnije od čistog NbC. U hlorisanoj morskoj vodi (visok oksidacioni potencijal Cl2) katodni proces (redukcija kiseonika + redukcija hlora) je posebno efikasan na ovim karbonitridnim površinama, formirajući tako jak galvanski par sa okolnom austenitnom matricom. Brzo anodno otapanje je izazvano visokom katodnom gustinom struje. Visoka koncentracija klorida dovodi do brzog pokretanja i širenja u jami.

Kvantitativni odnos između sadržaja titana, volumnog udjela karbonitrida i gustine pitting

Sljedeće gustine inicijacije jame i vremena perforacije utvrđeni su za 347 cijevi s različitim sadržajem zaostalog titana (konstantni niobij 0,40%, ugljik 0,05%, dušik 0,04%) u kloriranoj sintetičkoj morskoj vodi (1,5 ppm slobodnog Cl 2 , 20,000 ppm 3 stepena pH) 5.000 sati.

Titan (wt%) Volumenski udio primarnog (Nb,Ti)(C,N) (%) Veličina čestica karbonitrida (µm) Morfologija čestica Gustoća jame nakon 5.000 h (jame/cm²) Maksimalna dubina jame nakon 5.000 h (µm) Vreme do perforacije 5 mm, stepen perforacije 3 Usluga hlorirane morske vode<0.005 (Ti-free) <0.01 <1 None/rare <0.1 <10 >15 Best 0.005-0.010 0.01-0.02 1-2 Isolated 0.2-0.5 10-20 10-15 Yes 0.010-0.020 0.02-0.03 1-3 Scattered 0.5-1.0 15-30 8-12 Acceptable 0.020-0.030 0.03-0.05 2-4 Moderate 1-3 25-45 5-8 Marginal 0.030-0.040 0.05-0.07 2-5 Frequent 2-5 35-60 4-6 Not recommended 0.040-0.050 0.07-0.09 3-6 Numerous 4-8 50-80 3-4 No 0.050-0.060 0.09-0.12 3-8 Extensive 8-15 60-100 2-3 No 0.060-0.080 0.12-0.16 4-10 High density 15-30 80-130 1.5-2 No >0.080 >0.16 >5 Very high >30 >130 <1.5 No
O interakciji između Ti i Nb na formiranje karbonitrida

Više niobijuma može djelomično kompenzirati štetni učinak titana preferencijalnom proizvodnjom NbC, ali titan se još uvijek dijeli na karbonitride.

Titanijum (težinski%) Niobij (težinski%) Sastav karbonitrid Gustina jame (jame/cm2) Preporučeno za hlorisanu morsku vodu 0.02 0.35 Ti-bogata (Ti,Nb)(C,N) 2-4 Marginalna 0.02 0.45 Više Nb-Najprihvatljivije Nb{7}}Najprihvatljivije 1-C 0.5-1 Da 0.05 0.35 Ti+Nb miješano 8-12 Ne 0.05 0.50 Ti+Nb miješano 4-6 Ne preporučuje se 0.05 0.65 Više Nb bogato, nešto Ti 2-4 Marginalno
Praktične preporuke za 347 u morskoj vodi hlor

Za 347 grijače sa plaštom u hloriranoj slanoj vodi na 35 stepeni, sljedeća ograničenja titana i niobija minimiziraju piting zbog stvaranja karbonitrida.

Desired Service Life @ 35C (years) Maximum Titanium (wt%) Minimum Niobium (wt%) Recommended Combined Limit Alternate Alloy >10 <0.01 0.45 Ti+Nb not applicable 347 acceptable 8-10 <0.02 0.50 Upgrade to 316L or duplex
5-8 <0.03 0.55 347 not recommended Duplex 2205 3-5 <0.04Not effective 347 unsuitable Duplex 2205 or titanium <3 >0,04 Nije efikasan 347 Neprikladan Titanijum
Provjera količine titana i gustine karbonitrida

Za kupce kojima je potreban 347 za uslugu hlorirane morske vode postoje dvije tehnike provjere. Prva je hemijska analiza za titanijum, bilo ICP ili OES. Prihvatanje: Ti<0.01-0.02% for life >8 god. Drugo je metalografsko (SEM 1,000-2,000×) ispitivanje na poliranom poprečnom presjeku radi brojanja primarnih čestica karbonitrida (svijetli, ugaoni, 2-10 µm). Prihvatanje:<5 particles/mm^2 for 5 year life.

Zaključak: Ultra-Specifikacija sa niskim sadržajem titana za otpornost na hlorisanu morsku vodu

U 347 omotača grijača od nehrđajućeg čelika, ostatak titana sa niskim sadržajem od 0,02-0,03% proizvodi primarni (Nb,Ti)(C,N) karbonitrid zapreminske frakcije od 0,03-0,05% u kloriranoj morskoj vodi (1,5 ppm Cl₂, 20,000 ppm Cl₻ i 20,000 ppm Cl⁻ stepena) gustina raste od<1 pit/cm² to 2-5 pits/cm² and service life decreases from >8-10 years to 4-6 years. At titanium levels of 0.05-0.08% pit density is >15-30 jamica/cm2 i perforacija se javlja nakon 2-3 godine. Inženjeri koji pišu specifikacije za 347 omotača za upotrebu u moru trebali bi ograničiti titan na<0.01-0.02% and for the highest pitting resistance upgrade to 316L or duplex 2205. The framework presented here allows buyers to specify 347 chemistry that minimises titanium induced pitting in the most aggressive oxidising marine environments by correlating residual titanium content with primary carbonitride volume fraction, pit initiation density and perforation time in chlorinated seawater.