Kuidas reguleerib primaarsete tina-inklusioonide mahuosa vaakum-kaares-ümbersulatatud (VAR) 316L küttekeha mantli torus kaevu initsiatsiooniaega hapnikurikkas kõrge -puhtusastmega vees 90 kraadi juures

Kaasamise stabiilsus tugevalt oksüdeerivates tingimustes

The pitting resistance of 316L stainless steel sheathed electric heating tubes used in oxygenated high-purity water systems like auxiliary cooling systems of nuclear power plants, pharmaceutical water-for-injection (WFI) heaters or semiconductor ultrapure water (UPW) heaters containing dissolved oxygen of 2-8 ppm is controlled by titanium nitride (TiN) inclusions rather than manganese sulphide (MnS) or aluminium oxide (Al2O3). Under very oxidising conditions, the MnS inclusions are quickly oxidised and dissolved at a high oxygen potential and are thus harmless. Al₂O₃ inclusions are inert. TiN inclusions are semi-conducting however and galvanically cathodic to the 316L matrix. The cathodic reaction (reduction of oxygen) is effective on the TiN surface in oxygenated water generating a galvanic couple that causes the anodic dissolution of the surrounding matrix and therefore the pitting initiation. Even in VAR grade 316L (vacuum arc remelted, very low inclusion content), TiN volume fractions as low as 0.0005-0.001% (5-10 ppm Ti) can lead to pits after 5,000-10,000 hours at 90°C. Pit initiation times are >50 000 tundi alla 0,0002% (2 ppm Ti). See artikkel kvantifitseerib seose TiN inklusiooni mahufraktsiooni (reguleeritud titaani kontsentratsiooniga) ja 90 °C juures hapnikuga küllastunud kõrge puhtusastmega vees süvendi initsiatsioonini kuluva aja vahel.

TiN{0}}indutseeritud aukude tekke mehhanism hapnikurikkas vees

TiN is a highly electrically conductive material with high electrochemical potential. In oxygenated water, the cathodic reaction (O2 + 2H2O + 4e- -->4OH-) esineb eelistatavalt TiN pindadel, kuna neil on madalam hapniku redutseerimise ülepotentsiaal võrreldes 316L passiivse kattega. Inklusioon{4}}maatriksi liidese lokaliseeritud lahustumine on tingitud galvaanilisest voolust TiN-katoodi ja naabermaatriksi (anoodi) vahel. Kui tekib väike süvend, paneb agressiivne kohalik keemia selle kasvama isegi siis, kui TiN-osake laguneb. Kaevu initsiatsiooniaeg on pöördvõrdeline TiN inklusiooni suuruse ja tihedusega. Ti-6Al-4V-s (VAR 316L) sisalduva TiN-i puhul on põhiliseks lisamiseks TiN (desoksüdeerijana kasutatavast Ti jääkidest või Ti sisaldavast jäägist), mille suurus on tavaliselt 1–5 μm.

TiN mahuosa ja kaevu initsiatsiooniaegade vahelise seose kvantifitseerimine

Järgmised kaevu initsiatsiooniajad on kindlaks määratud VAR 316L torude kontrollitud pikaajalise{0}}kümbluskatsega erinevate jääktitaani tasemetega (ja seega ka TiN mahuosadega) hapnikurikkas (5 ppm O2) kõrge -puhtusastmega vees (1 uS/cm,<1 ppb Cl-, 90 C) for up to 50 000 hours.

Residual Titanium (ppm) TiN Volume Fraction (%)TiN Inclusion Density (per mm2, >1 µm) TiN suuruse vahemik (µm) Süvendi initsiatsiooniaeg 90 kraadi juures (tundi, 5 ppm O2) Maksimaalne süvendi sügavus pärast 10 000 h (µm) Soovitatav 90-kraadise hapnikuga kõrge{7}}puhtusega teenuse jaoks<2 (Ti-free) <0.0002 <0.1 N/A >50 000 (ilma punktideta)<5 Best 2-5 0.0002-0.0005 0.1-0.5 1-2 30,000-50,000 5-15 Excellent 5-10 0.0005-0.001 0.5-2 1-3 15,000-30,000 15-30 Yes 10-20 0.001-0.002 2-5 2-4 8,000-15,000 30-50 Acceptable 20-30 0.002-0.003 5-10 2-5 5,000-8,000 50-80 Marginal 30-50 0.003-0.005 10-20 2-6 3,000-5,000 80-120 Not recommended 50-80 0.005-0.008 20-40 3-8 1,500-3,000 120-200 No >80 >0.008 >40 >5 <1,500 >200 nr
Lahustunud hapniku mõju TiN{0}}indutseeritud aukude tekkele

Suurem lahustunud hapnik kiirendab TiN katoodprotsessi, lühendades süvendi initsiatsiooni perioodi.

Dissolved Oxygen (ppm) Pit Initiation Time at 10 ppm Ti (hrs)Pit Initiation Time (hours) at 30 ppm TiMaximum Ti for 10,000h Life at Given O_2 Level (ppm) 0.5 >50,000 15,000-25,000 50 1 35,000-50,000 10,000-15,000 40 2 25,000-35,000 8,000-12,000 30 5 15, 000-20,000 5,000-8,000 20 8 10,000-15,000 4,000-6,000 15 10 8,000-12,000 3,000-5,000 10 Praktilised soovitused kõrge puhtusastmega veesoojendite jaoks

316-liitriste kapsliga küttekehade puhul 90-kraadises hapnikuga küllastunud kvaliteetses vees on soovitatavad titaanisisalduse piirmäärad järgmised:

Teenuse tüüp Lahustatud hapnik (ppm) Ti, ppm 10 000 h Pit-Vaba eluiga terase valmistamise praktika kontrollimise meetod
Farmaatsia WFI (madal O2)<1 40 VAR (standard) ICP-MS for Ti Pharmaceutical WFI (high O2) 5-8 15 VAR (low Ti) ICP-MS for Ti Semiconductor UPW (high O2) 8-10 10 VAR (ultra-low Ti) GDMS analysis
Tuuma lisajahutuse 2-5 25 VAR või ESR tarnija sertifikaat
Üldine kõrge puhtusastmega tööstuslik 2-5 30 AOD + madal Ti Milli sertifikaat
TiN-i kaasamine ja Ti-sisu kontrollimine

Ostjatel, kes soovivad täpseid TiN-i piirmäärasid, on kaks kontrollimisviisi. Esimene on titaanisisalduse keemiline uurimine induktiivsidestatud plasma massispektromeetria (ICP-MS) või hõõglahenduse massispektromeetria (GDMS) abil. Aktsepteerimine: Ti < 10-15 ppm kõrge puhtusastmega teenuse jaoks. Teine on metallograafiline uurimine skaneeriva elektronmikroskoopia (SEM) abil 1000{8}}5000 × poleeritud ristlõikel, loendades TiN-i kandmisi (tuvastatud morfoloogia järgi - nurk-, kuup-, kuldkollane tagasihajutatud elektronide režiimis). Vastuvõtmine:<1-5 inclusions TiN per mm2 greater than 2 µm.

Järeldus: Ultra Low Ti Spec hapnikuga kõrge puhtusastmega veesoojendite jaoks

Tulemused näitavad, et 316-liitristes roostevabast terasest korpusega küttekehades tekivad 90-kraadises hapnikurikkas (5 ppm O2) kõrge -puhtusastmega vees augud, kui TiN-i sisaldus on 0,0005-0,001% (5-10 ppm Ti). Kui Ti sisaldus on alla 2-3 ppm, on kaevu initsiatsiooniajad pikemad kui 50 000 tundi. Insenerid, kes kasutavad farmaatsia WFI, pooljuht UPW või tuuma lisakütte jaoks 316 liitrit kestasid, peavad määrama vaakumkaare ümbersulatamise (VAR) maksimaalse 10-15 ppm titaani kontsentratsiooniga, mis on kinnitatud ICP-MS või GDMS poolt. (Ti ei ole kontrollitud, tavaliselt 20–50 ppm) tavalise 316L korral süvendub hapnikuga rikastatud kõrge puhtusastmega vette 2–5 aasta jooksul temperatuuril 90 kraadi, põhjustades kõrge puhtusastmega süsteemi saastumist. Siin esitatud metoodika, mis korreleerib TiN (jääk-Ti) mahuprotsenti hapnikuga rikastatud vees oleva süvendi initsiatsiooniperioodidega, võimaldab klientidel määrata ülimadala titaanisisaldusega 316L, mis on vastupidav inklusioonist põhjustatud täppide tekkele kõige nõudlikumates kõrge puhtusastme ja kõrge hapnikusisaldusega seadetes.