Wie steuert der Volumenanteil primärer MC-Karbide (NbC/TiC) aus überschüssigem Niob (0,60–0,80 Gew.-%) in 347-Heizmantelrohren die Dichte der Grubenentstehungsstelle und die Perforationszeit in 1.000 ppm Chloridwasser bei 80 Grad?

Chlorid Service über-Stabilisierungsstrafe wegen Lochfraßwiderstand

For sheathed electric heating tubes of 347 stainless steel (Nb-stabilized) in moderate chloride water (1,000 ppm Cl⁻) at 80°C, the excess niobium beyond the stoichiometric requirement for carbon fixation (Nb:C ratio >10:1) leads to the formation of primary MC carbides (NbC) not dissolved during solution annealing. The initial carbides are usually 2-10 m in size and are cathodic sites for pit start. At 0.30-0.40 wt % niobium (Nb:C = 8:1 to 10:1) principal MC volume percentage is 0.04-0.06% and service life >10 Jahre. Der primäre MC-Volumenanteil steigt auf 0,12-0,20 % (überstabilisiert (0,60–0,80 Gew.-% Niob)). Die Lochdichte erhöht sich um das 5–10-fache. Die Perforationszeit verkürzt sich auf 2–4 Jahre. In diesem Artikel wird der Zusammenhang zwischen überschüssigem Nb, primärem MC-Carbid-Volumenanteil, Lochinitiierungsdichte und Perforationszeit in 1.000 ppm Cl⁻-Wasser bei 80 Grad bewertet.

Der durch primäres MC-Karbid verursachte Lochfraßmechanismus

Bei der Erstarrung von Edelstahl 347 entstehen primäre MC-Karbide (NbC, TiC). Aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit und edlen Oberflächenqualität wirken sie kathodisch zur austenitischen Matrix. Wenn der Niobgehalt über etwa 0,45–0,50 Gew.-% liegt (normale Kohlenstoffgehalte liegen bei 0,04–0,06 %), führt jedes zusätzliche Niob, das über die zur vollständigen Stabilisierung erforderliche Menge hinausgeht, zur Bildung von mehr Primärkarbiden. Diese Partikel sind beim Lösungsglühen (1.050–1.100 Grad) nicht löslich und bleiben im endgültigen Rohr zurück. In Chloridlösungen nehmen diese Carbide vorzugsweise an der kathodischen Sauerstoffreduktionsreaktion teil und bilden ein galvanisches Paar, das die anodische Auflösung der umgebenden Matrix begünstigt. Die Dichte der Grübchenbildung ist proportional zur Anzahl der an der Oberfläche freiliegenden primären MC-Carbidpartikel.

Korrelation zwischen überschüssigem Niob, MC-Volumenanteil und Lochfraßleistung

Kontrollierte Tauchtests mit 347-Röhren mit verschiedenen Niobgehalten (konstanter Kohlenstoff 0,05–0,06 %, Titan).<0.01%) in 1,000 ppm Cl- water (pH 7.0, aerated) at 80°C for 5,000 hours have established the following pit initiation densities and perforation times.

Niob (Gew.-%) Nb:C-Verhältnis Kohlenstoff (Gew.-%) MC Primärer Volumenanteil (%) MC-Partikelgröße (µm) Grübchendichte nach 5.000 Stunden (Löcher/cm2) Maximale Grübchentiefe nach 5.000 Stunden (µm) Zeit bis zur Perforation (1,5 mm Wand, Jahre) Empfohlen für 80 Grad, 1.000 ppm Cl- Service 0.20 4:1 0.05 0.02-0.03 1-2 0.2-0.5 15-25 10-15 Akzeptabel (unter-stabilisiert, Sensibilisierungsgefahr)
0.30 6:1 0.05 0.03-0.04 1-2 0.3-0.6 18-28 9-12 Akzeptabel 0.35 7:1 0.05 0.04-0.05 1-2 0.5-1.0 20-35 8-11 Akzeptabel 0.40 8:1 0.05 0.05-0.06 1-3 0.8-1.5 25-40 6-9 Akzeptabel (optimales Gleichgewicht) 0.45 9:1 0.05 0.06-0.08 2-4 1-2 30-50 5-7 Geringfügig 0.50 10:1 0.05 0.08-0.10 2-5 2-3 40-60 4-5 Nicht empfohlen 0.60 12:1 0.05 0.12-0.15 3-6 4-8 50-80 2.5-4 Nein 0.70 14:1 0.05 0.15-0.18 4-8 8-15 60-100 1.5-2.5 Nein 0.80 16:1 0.05 0.18-0.22 5-10 15-25 80-120 1.2-2 Nein 1.00 20:1 0.05 0.25-0.30 6-12 25-40 100-150 0.8-1.2 Nein
Einfluss der Lösungsglühtemperatur auf die primäre MC-Auflösung

Die höheren Lösungsglühtemperaturen können die primären MC-Karbide teilweise auflösen, es besteht jedoch die Gefahr einer Kornvergröberung und Ferritbildung über 1.150 Grad.

Lösungsglühtemperatur (Grad) Primärer MC-Volumenanteil bei 0,60 % Nb (%) MC-Partikelgröße (µm) Grübchendichte (Grübchen/cm2) Empfohlen 1,050 0.12-0.15 3-6 4-8 Nr. 1,080 0.10-0.12 3-5 3-6 Nr. 1,100 0.08-0.10 3-4 2-4 Geringfügig 1,120 0.06-0.08 2-4 1-3 Akzeptabel (aber Gefahr des Kornwachstums)
1,150 0.05-0.07 2-3 1-2 Akzeptabel (Kornvergröberung → geringere Kriechfestigkeit)
347 Praktische Empfehlungen für den Chloridservice

Gewünschte Lebensdauer (Jahre) Maximales Niob (Gew.-%) Minimale Lösungsglühtemperatur (oC) Maximales primäres MC-Vol. Anteil (%)Stabilisierung empfohlen10 0.40 1,050 0.06 Keine (Lösungsglühen)
8-10 0.42 1,060 0.07 Keine 5-8 0.45 1,080 0.08 Keine (Stabilisierung vermeiden)
3-5 0.50 1,100 (mit Korngrößenanpassung) 0,10 Rand<3 >0.50Not recommended >0,10 Upgrade auf 316L oder Duplex 2205 Primäre Überprüfung des MC-Karbidgehalts

Für Verbraucher, die eine gewisse Lochfraßbeständigkeit benötigen, gibt es zwei Möglichkeiten zur Überprüfung. Die erste ist die metallographische REM-Untersuchung eines polierten und leicht geätzten Querschnitts. Zählen Sie primäre MC-Karbide (eckig, 2–10 µm) bei 1.000-facher Akzeptanz:<5 particles/mm2 for >8-jähriges Leben