Làm thế nào để kiểm soát độ sâu suy giảm hàm lượng crom tương đương tại các mối hàn của ống bọc gia nhiệt 316 Khả năng chống ăn mòn giữa các hạt trong axit nitric sôi

Độ dốc vi cấu trúc trong vùng ảnh hưởng nhiệt-của mối hàn (HAZ) làm thông số ăn mòn

Trong môi trường axit oxy hóa, vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) liền kề với đường hàn nóng chảy là khu vực nhạy cảm nhất đối với sự ăn mòn giữa các hạt (IGC) trong trường hợp ống gia nhiệt điện có vỏ bọc bằng thép không gỉ 316 cần nắp hoặc mặt bích được hàn ở đầu, chẳng hạn như bộ gia nhiệt điều áp, bộ gia nhiệt chèn nhiệt độ cao hoặc cụm lắp ráp có giếng nhiệt. Trong quá trình hàn, HAZ trải qua một chu trình nhiệt có thể hòa tan một phần cacbua hiện có và kết tủa lại cacbua crom ở ranh giới hạt khi nguội. Sự suy giảm crom tiếp theo kéo dài một số độ sâu tính từ ranh giới hạt và được định lượng bằng độ sâu suy giảm hàm lượng crom tương đương (thường là 50-500 nm). Độ sâu của sự suy giảm crom khi đun sôi axit nitric 65% (ASTM A262 Practice C) lớn hơn 200 nm và nồng độ crom ở ranh giới hạt nhỏ hơn 12%. Sự tấn công giữa các hạt diễn ra nhanh chóng tạo ra sự sụt giảm trọng lượng 0,5-2 mm/năm. Bài viết này đo lường mối liên hệ giữa độ sâu suy giảm crom, nồng độ crom ranh giới hạt và tốc độ IGC trong vỏ bọc hàn 316.

Cơ chế làm suy giảm crom bằng hàn

Trong quá trình hàn thép không gỉ 316, vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) được nung nóng đến nhiệt độ từ 600 độ đến 1.300 độ. Ở vùng nóng trên khoảng 1.050 độ, các cacbua hiện có hòa tan hoàn toàn và crom và cacbon ở dạng dung dịch rắn. Khi nhiệt độ giảm, HAZ sẽ chuyển qua phạm vi nhạy cảm (450{10}}850 độ) với tốc độ phụ thuộc vào độ dày thành, làm nóng trước và điều kiện môi trường xung quanh. Vỏ bọc bộ sưởi tường mỏng{14}}(1,5-2,0 mm) nguội đi khá nhanh (10-30 giây trong phạm vi nhạy cảm) thường ngăn cản bất kỳ sự kết tủa cacbua đáng kể nào. Tuy nhiên, khi thực hiện nhiều đường hàn hoặc khi vỏ bọc được hàn vào mặt bích dày (hoạt động như một bộ tản nhiệt), tốc độ làm mát chậm hơn và cacbua crom có ​​thể kết tủa ở ranh giới hạt, tạo ra vùng thiếu crom rộng 50-500 nm với hàm lượng crom cục bộ thấp tới 5-10% (so với 17-19% khối). Độ sâu suy giảm hàm lượng crom tương ứng là chiều rộng của vùng nơi crom nhỏ hơn giá trị tới hạn 12%.

Mối quan hệ định lượng giữa độ sâu cạn kiệt và tốc độ ăn mòn trong ăn mòn giữa các hạt.

Mối quan hệ được thiết lập bằng cách hàn có kiểm soát ống 316 (tường 1,5 mm) với lượng nhiệt đầu vào khác nhau (0,5-3,0 kJ/mm) và tốc độ làm mát, sau đó đo độ sâu suy giảm crom bằng quang phổ điện tử Auger (AES) và thử nghiệm IGC khi đun sôi 65% HNO₃ (5 chu kỳ, mỗi chu kỳ 48 giờ).

Weld Heat Input (kJ/mm) HAZ Cooling Rate (450-850°C, °C/s) Chromium Depletion Depth (nm) Minimum Grain Boundary Chromium (wt%) IGC Rate in Boiling 65% HNO3 (mm/year)Acceptable with monitoring 1.5-2.0 15-30 100-200 10-12 0.40-1.00 Fail (moderate IGA) Not recommended 2.0-2.5 10-15 200-350 8-10 1.00-2.00 Fail (severe IGA) No 2.5-3.0 5-10 350-500 6-8 2.00-3.50 Fail (very severe) No >3.0 (nhiều lượt)<5 >500 <6 >3.50 Thất bại (tan rã) Không thể chấp nhận được
Ảnh hưởng của hàm lượng carbon đến độ sâu cạn kiệt

Với cùng tốc độ làm mát, Tiêu chuẩn 316 (0,08% C) mang lại vùng cạn kiệt sâu hơn 316L (0,03% C) vì có nhiều cacbon hơn để tạo thành cacbua.

Tốc độ làm mát ( độ /s) (450-850 độ ) Độ sâu suy giảm ở 316 (0,08% C) (nm) Độ sâu suy giảm ở 316L (0,03% C) (nm) Tốc độ 316 IGC (mm/năm) Tốc độ IGC 316L (mm/năm) Cấp độ khuyến nghị cho dịch vụ hàn trong Axit100<30 <10 <.05 <.05 316 acceptable 50-100 30-80 10-30 .10-.30 <.10 316L preferred 30-50 80-150 30-60 .30-.80 .10-.25 316L required 15-30 150-300 60-150 .80-1.50 .25-.60 316L with post-weld anneal <15 >300 >150 >1,50 > .60 Sau{2}}yêu cầu ủ mối hàn cho một trong hai
Thông số kỹ thuật hàn thực tế dịch vụ axit nitric

Đối với bộ gia nhiệt có vỏ bọc 316 để sử dụng trong việc đun sôi axit nitric hoặc các axit oxy hóa khác, các yêu cầu hàn sau đây sẽ giảm thiểu độ sâu suy giảm crom và mang lại khả năng chống IGC.

Điều kiện sử dụng Tốc độ IGC tối đa cho phép (mm/năm) Quy trình hàn được đề xuất Lượng nhiệt đầu vào tối đa (kj/mm) Kiểm tra chấp nhận xử lý sau hàn
Không liên tục, pha loãng (20% HNO3) 0,3 GTAW, qua một lần 1,5 Không (nếu 316L) ASTM A262 Thực hành A