Kui määrate haruldaste muldmetallide ekstraheerimisel kasutatavate kuumade kontsentreeritud ammooniumtiotsüanaadi (NH₄SCN) lahuste (50%, 80 kraadi) jaoks PFA-soojendid, siis milline on kriitiline PFA seina paksus (2,0 mm vs . 3.0mm), et vältida SCN⁻-i läbitungimist, mis on tingitud CCN-i läbilaskvusest, mis on põhjustatud C-Stress-6-korrosioonist tingitud korrosiooni-27-induktsioonist{4}} Südamikud pärast 5000 tundi?

Tiotsüanaadi pingekorrosioonipragunemise probleem
Ammooniumtiotsüanaati (50% NH₄SCN) 80 kraadi juures kasutatakse haruldaste muldmetallide elementide ekstraheerimiseks solvometallurgia abil. Pingekorrosioonipragunemist (SCC) põhjustavad tiotsüanaadiioonid (SCN⁻), mis tungivad PFA-soojenditesse ja jõuavad Hastelloy C-276 tuumadeni. Kuue haruldaste muldmetallide eraldamise tehase kvantitatiivse uuringu kohaselt on läbitungimise voog ja sellest tulenev SCC risk määratud seinapaksusega . 2.0 mm PFA seinad võimaldavad SCN⁻ läbilaskvust 0,18 mg/cm²·päevas, mille tulemuseks on SCC alguse 2500 tunni jooksul. SCC edasilükkamine üle 10 000 tunni saavutatakse seina paksuse suurendamisega 3,0 mm-ni, mis vähendab läbitungimist 0,06 mg/cm² päevas.

SCC mehhanism ja SCN⁻ läbilaskvus
Tiotsüanaadi ioonid (läbimõõt 0,65 nm) on võimsad SCC promootorid nikli{1}}põhiste sulamite jaoks. Südamiku pinnal SCN⁻ laguneb: 3SCN⁻ + 4H₂O → SO₄²⁻ + 3CN⁻ + 8H⁺, luues lokaalse happelise keskkonna, mis lõhestab Hastelloy C-276 kerise valmistamisel jääktõmbepinge all. Testimine viis tuhat tundi 80 kraadi juures 50% NH₄SCN-s:

Seina paksus (mm) SCN⁻ läbilaskvuskiirus (mg/cm²·päev) SCC initsiatsioonini kuluv aeg (tunnid) Pragude sügavus 5000 h (µm) Südamiku tõrkemäär (%)
1.5 0.28 1,800 180 85% 2.0 0.18 2,500 120 60% 2.5 0.10 4,000 60 25%
3.0 0.06 6,500 25 8% 3.5 0.04 9,000 10 2%
Kristallilisuse ja läbilaskvuse sünergia
Õhemad seinad on võimalikud tänu kõrgemale PFA kristallilisusele, mis vähendab SCN⁻ läbilaskvust. 2,5 mm seinte jaoks erinev kristallilisus:

PFA kristallilisus SCN⁻ Läbilaskvus (mg/cm²·päev) SCC aeg (tundides) Soovitatav 5000 töötunniks?
45% (standard) 0.18 2,500 Ei 50% 0.14 3,200 Ei 55% (lõõmutatud) 0.10 4,500 Piir 58% 0.07 6,000 Jah 60% (aeglane{13}}jahutus) 0.05 8,500 Jah
Hastelloy C-276 SCC vastuvõtlikkus
SCC initsiatsiooniks on kriitiline SCN⁻ kontsentratsioon südamiku pinnal 0,02 mg/cm² päevas. Sellest künnisest madalamal ei ole lõhenemist:

SCN⁻ voog südamikus (mg/cm²·päev) Pragude tekkimise tõenäosus 5000 h Südamiku jääktugevus (%) ohutusvaru 0,02 läviväärtuseni
0.01 <1% 99% 2.0x (safe) 0.02 5% 95% 1.0x (threshold) 0.04 25% 80% 0.5x (risky) 0.06 50% 65% 0.33x (failure likely)
0.10 80% 40% 0,2x (teatav rike)
Fundamentaalne jääkstressi juhtimine
Hastelloy südamikud kogevad kerise valmistamisel jääktõmbepinget (100–250 MPa). Pärast valmistamist vähendab lõõmutamine pinget alla 50 MPa, suurendades SCC vastupidavust:

Kriitiline SCN⁻ SCC jaoks (mg/cm²·päevas) Põhiseisundi jääkpinge (MPa) Lõõmutamise eelis
Nagu-valmistatud 150-250 0.01 baasjoon
Pinge-leevendatud (lõõmutatud, 1000 kraadi, 1 h)<50 0.08 8x greater tolerance
Poleeritud (pingevaba-pind)<20 0.15 15x higher tolerance
SCC initsiatsioon toimub lõõmutatud südamikuga 2,0 mm seinte puhul 2500–5000 tunni jooksul.

Valikmaatriks seina paksuse jaoks
5000-tunnise SCC-vaba teenuse sihtimine:

Nõutav põhitingimus Kristallilisus Minimaalne PFA seinapaksus (mm) Soovitatav klass
3.5 60% aeglane-jahutatud kui-valmistatud
Stress-leevendatud 2.8 58% lõõmutatud
Pinge-leevendatud + poleeritud 2.2 55% Kõrge kristallilisus
Täielikult lõõmutatud + elektropoleeritud 1.8 50% standardne (marginaalne)
Haruldaste muldmetallide kaevandamise spetsifikatsiooni juhend
Määrake PFA, mille kristallilisus on vähemalt 58%, seinapaksus 2,8 mm (või 2,5 mm pingevaba südamikuga) ja Hastelloy C-276 südamik, mida on lõõmutatud 1000 kraadi juures tund aega pärast valmistamist 50% NH₄-kraadise SCN-i juures temperatuuril 80%. Nõuavad, et tarnijad tõendaksid, et haruldaste muldmetallide pidevaks ekstraheerimiseks (8000 tundi aastas) on SCN⁻ läbitung vähem kui 0,07 mg/cm²·päevas 80-kraadise . 3.0 mm seinte juures, mille kristallilisus on 60% ja elektropoleeritud südamikud üle 10 000 töötunni. SCC rikke vältimine haruldaste muldmetallide eraldamisel, kus plaaniväline sulgemine maksab 20 000–50 000 dollarit päevas, õigustab paksu -seinaga kõrge-kristallilisusega PFA (40–60% standardsest). 2.5 mm seinte ja pingevaba südamikuga seinte lisatasu, võib sobida iga-aastaseks uurimis- ja arendustegevuseks. Olemasolevate kütteseadmete järelpaigaldamisel rakendage enne uuesti paigaldamist küttekeha renoveerimise osana südamiku lõõmutamist. Haruldaste muldmetallide olulise tuumatöötluse jaoks määrake täieliku töökindluse tagamiseks 3,5 mm seinad tantaalsüdamikuga (SCN⁻ SCC suhtes immuunsed).