Millise lämmastikhappe kontsentratsiooni ja temperatuuri spetsiifilise kombinatsiooni korral vajab 1,2-millimeetrine 316 roostevabast terasest kest alla 10 vatti ruutsentimeetri kohta, et vältida graanulitevahelist rünnakut passiveerimispaagi teenindamisel?

Metalliviimistluses ja kosmosetööstuses kasutavad protsessiinsenerid tavaliselt lämmastikhapet roostevabast terasest passiveerimismahutites elektriliste sukelsoojendite keskkonnana. Passiveerimislahuseid, tavaliselt 20–40% lämmastikhapet, kasutatakse tavaliselt 40–60 kraadi juures, et eemaldada vaba raua ja luua homogeenne kroomoksiidkate roostevabast terasest osadele. 316. Roostevaba teras on nendes tingimustes hea korrosioonikindlusega, kuna lämmastikhape on oksüdeeriv hape, mis säilitab passiivse kile. Kõrgematel temperatuuridel või kloriidide või redutseerivate kemikaalide juuresolekul võib aga tekkida teradevaheline rünnak, eriti ümbrise keevitatud või sensibiliseeritud piirkondades. Passiveerimispaagi küttekehad ehitatakse tavaliselt 1,2 mm seinapaksusega, et need vastaksid ruumivajadustele ja tagaksid kiire soojusülekande. Artiklis on näidatud lämmastikhappe kontsentratsiooni ja temperatuuri konkreetne kombinatsioon, mille juures tuleb 1,2 mm 316 kestat vähendada, et vati tihedus oleks < 10 W/cm2, et vältida teradevahelist rünnakut.

Teradevahelise rünnaku mehhanism lämmastikhappega kokkupuutumisel 316
The intergranular attack of 316 in nitric acid is caused by the loss of chromium at the grain boundaries due to sensitisation by welding or earlier heat exposure. Nitric acid preferentially attacks these chromium-depleted zones and causes grain boundary corrosion, which can lead to full disintegration of the metal. The vulnerability to intergranular attack in nitric acid is concentration and temperature dependent Significant intergranular assault is observed in 20% nitric acid only at 70°C. In 30% nitric acid the threshold falls to 60° C. attack at above 50°C in 40% nitric acid. Attack is performed in 50% nitric acid >40 kraadi. Keevitatud ääriku või kinnitusega 1,2 mm ümbrise nõrk koht on keevitussoojus{3}}mõjutatud tsoon. Rakendatud vattiheduse tulemuseks on ümbrise pinnatemperatuur, mis on tavaliselt 10–20 kraadi kõrgem kui happe temperatuur. 40% lämmastikhappes võib 55-kraadise massitemperatuuri korral ümbrise pind ulatuda 70–75 kraadini, mis on üle 50-kraadise teradevahelise rünnaku läve. Madalam vattihedus minimeerib pinnatemperatuuri tõusu ja võib hoida keevitustsooni allpool löögiläve.

Kriitilised alandamisläved 1,2 mm jope jaoks
Järgmised vattiheduse piirangud kehtivad 1,2 mm seinakatte puhul, et vältida teradevahelist rünnakut kuumusest mõjutatud tsoonis, mis põhinevad keevitatud 316 proovide lämmastikhappesse sukeldatud katsetel passiveerimise seisukohalt olulistel temperatuuridel ja kontsentratsioonidel. Väärtused kehtivad pinnatemperatuuri 15–20-kraadise tõusu kohta 10 W/cm² juures, skaleerides lineaarselt vattihedusega.

Puistehappe temperatuur Maksimaalne ümbrise pinnatemperatuur, et vältida teradevahelist rünnakut lämmastikhappe kontsentratsioon Maksimaalne lubatud vattide tihedus 1,2 mm kesta puhul (15 kraadi tõus 10 W/cm2 juures) Soovitatav tegevus 20% 40 kraadi 70 kraadi 20 W/cm2 ohutus igal praktilisel kraadil 0 cm2t0 70 kraadi 13 W/cm2 Vähendus soovitatav üle 13 W/cm2
20% 60°C 70°C 7 W/cm² Derating needed 20%>65 kraadi 70 kraadi < 5 W/cm² Kasutage 316L või lõõmutatud materjali
30% 40 kraadi 60 kraadi 13 W/cm2 Ohutu mõõduka vattihedusega
30% 45 kraadi 60 kraadi 10 W/cm2 piirväärtus 10 W/cm2
30% 50 kraadi 60 kraadi 7 W/cm² Vähendamist vaja 30% > 55 kraadi 60 kraadi < 5 W/cm² Kasutage 316 liitrit või sulamist täiendust
40% 30°C 50°C 13 W/cm² Acceptable 40% 35°C 50°C 10 W/cm² Marginal 40% 40°C 50°C 7 W/cm² Derating needed 40%>45 kraadi > 50 kraadi < 5 W/cm² Kasutage 316 liitrit või sulamist täiendust
50% 25 kraadi 40 kraadi 10 W/cm2 Piirväärtus 50% 30 kraadi 40 kraadi 7 W/cm2 Vajalik 50% üle 35 kraadi 40 kraadi alla 5 W/cm² 316 pole soovitatav
Tüüpilise 30% lämmastikhappe passiveerimispaagi puhul, mille temperatuur on 50 kraadi, tuleb 1,2 mm 316 ümbrist vähendada umbes 7 W/cm2-ni, et hoida ümbrise pind alla 60 kraadi. Mantli pind on ligikaudu 65 kraadi C, kasutades tavalist tööstuslikku vattihedust 10 W/cm{10}} Teradevaheline rünnak keevisõmbluse kuumuse{11}}mõjutatud tsoonis võib tekkida 3–12 kuu jooksul.

Ohutu kasutusümbrik 1,2 mm ümbrisele passiveerimisteenuses
Maksimaalne vastuvõetav lämmastikhappe temperatuur 1,2 mm 316 kesta jaoks erinevate vattiheduste korral on toodud järgmises tabelis, eeldades, et sensibiliseerimise ohu minimeerimiseks on 316L klass (madala süsinikusisaldusega) või lõõmutatud keevisõmblus.

Lämmastikhappe kontsentratsioon Watt Tihedus 5 W/cm2 (8 kraadi tõus) Watt Tihedus 8 W/cm2 (12 kraadi tõus) Watt Tihedus 10 W/cm2 (15 kraadi tõus) Watt Tihedus 12 W/cm2 (18 kraadi tõus)
20% Ohutu kuni 62 kraadi Ohutu kuni 58 kraadi Ohutu kuni 55 kraadi Ohutu kuni 52 kraadi
Ohutu kuni 57 kraadini 25% ohutu kuni 53 kraadini ohutu kuni 50 kraadini ohutu kuni 47 kraadini
30% Ohutu kuni 52 kraadi Ohutu kuni 48 kraadi Ohutu kuni 45 kraadi turvaline kuni 42 kraadi 35% ohutu kuni 47 kraadi turvaline kuni 43 kraadi turvaline kuni 40 kraadi turvaline kuni 37 kraadi
40% Kuni 42 kraadi Kuni 38 kraadi Kuni 35 kraadi Kuni 32 kraadi 45% Kuni 37 kraadi Kuni 33 kraadi Kuni 30 kraadini Kuni 27 kraadi
50% Ohutu kuni 32 kraadi Ohutu kuni 28 kraadi Ohutu kuni 25 kraadi Ei soovita
35% lämmastikhappega passiveerimispaagi puhul, mille temperatuur on 45 kraadi, annaks 1,2-mm 316 ümbris 10 W/cm² juures pinnatemperatuuriks umbes 60 kraadi, mis ületab ülalmainitud ohutut 47 kraadi piiri. Kütteseade oleks vastuvõtlik teradevahelisele rünnakule. Alandades vattihedust 5 W/cm2-ni, hoitakse pinnatemperatuur 53 kraadi juures, mis on alla ohutu piiri 57 kraadi 25% happe puhul, kuid üle piiri 47 kraadi 35% happe puhul, mis näitab, et vaja on vähendada vähendamist ja kontsentratsiooni muutmist.

Disaini muudatused, et vältida teradevahelist rünnakut
Kui passiveerimisprotsessi tingimused nõuavad lämmastikhappe kontsentratsiooni ja temperatuure, mis ületavad 1,2 mm paksuse 316 ümbrise vastuvõetavaid piire, on saadaval neli disainilahendust, et vältida teradevahelist rünnakut. Esimene on määrata 316L (madala süsinikusisaldusega), mitte tavaline 316. Madalam süsinikusisaldus piirab kroomkarbiidi sadestumist keevitamise ajal, mistõttu kuum-mõjutatud tsoon on tundlikkuse suhtes tundlik isegi kõrgematel temperatuuridel. 316L suurendab teradevahelise rünnaku läve 10{16}, mis on regulaarne. ääriku kinnitustsooni-järgne keevisõmmutamine. Lokaliseeritud induktsioonlõõmutamine 1050 kraadini ja karastamine lahustab kroomkarbiidid ja taastab korrosioonikindluse. Järgmine muudatus on puistehappe temperatuuri alandamine 5–10 kraadi võrra. Väikesed temperatuuri langused võivad oluliselt pikendada kasutusiga, mõjutamata passiveerimise efektiivsust. Neljandaks, et suurendada happe läbimist läbi küttepinna. Turbulentne vool vähendab ümbrise pinna temperatuuri tõusu 15 kraadilt 8-10 kraadini sama vattiheduse juures. Turbulentne vool vähendab edukalt kütteseadet ilma võimsust vähendamata. Passiiveerimispaakide puhul, mis töötavad temperatuuril üle 45 kraadi 30–40% lämmastikhappes, võivad insenerid kaaluda ränisisaldusega roostevaba terase (nt Durimet 20) või titaanisulami kasutuselevõttu. Need materjalid on peaaegu mitteläbilaskvad lämmastikhappe teradevahelise rünnaku suhtes, olenemata keevitusest või termilisest ajaloost. Kui määrate küttekehade passiveerimisteenuse, mainige alati õiget lämmastikhappe kontsentratsiooni, mahutemperatuuri ja seda, kas küttekehal on keevitatud kinnitused või mitte. Kui tootja soovitab 316 40% lämmastikhappe jaoks temperatuuril 50 °C ilma vattiheduse vähendamise või 316L klassi mainimata, ei ole see täielik tehniline nõuanne. See toimub järk-järgult ja keevitatud 1,2 mm kesta kuumusest mõjutatud tsoon õheneb, kuni äärik eraldub või kest lekib lämmastikhapet. Õige keevitusprotseduur on palju tõhusam ennetusmeede kui kontrollimine, kuna mõnikord pole rünnakut näha enne, kui keevistsoonist on kadunud suur kogus materjali.