Kaip pirminio alavo inkliuzų tūrio dalis vakuume-lanka-perlydytame (VAR) 316 l šildytuvo apvalkalo vamzdelyje kontroliuoja duobės pradžios laiką deguonimi prisotintame didelio{3}}grynumo vandenyje 90 laipsnių

Įtraukimo stabilumas stipriai oksiduojančiomis sąlygomis

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 valandų žemiau 0,0002 % (2 ppm Ti). Šiame straipsnyje kiekybiškai įvertinamas ryšys tarp TiN įtraukimo tūrio frakcijos (reguliuojamos pagal titano koncentraciją) ir laiko iki duobės inicijavimo deguonimi prisotintame didelio grynumo vandenyje 90 oC temperatūroje.

Deguonies pripildytame vandenyje TiN{0}}sukelto duobėjimo mechanizmas

TiN is a highly electrically conductive material with high electrochemical potential. In oxygenated water, the cathodic reaction (O2 + 2H2O + 4e- -->4OH-) pageidautina ant TiN paviršių, nes jie turi mažesnį deguonies mažinimo potencialą, palyginti su pasyvia 316L danga. Lokalų tirpimą įtraukimo{4} matricos sąsajoje sukelia galvaninė srovė tarp TiN katodo ir gretimos 316L matricos (anodo). Jei atsiranda nedidelė duobė, agresyvi vietinė chemija privers ją augti, net jei TiN dalelė atitrūks. Duobės pradžios laikas yra atvirkščiai proporcingas TiN intarpo dydžiui ir tankiui. TiN įtraukiant į Ti-6Al-4V (VAR 316L), pagrindinis intarpas yra TiN (iš likučio Ti, naudojamo kaip deoksidatorius arba Ti turinčio laužo), kurio dydis paprastai yra 1–5 μm.

Kiekybinis ryšys tarp TiN tūrio dalies ir duobės pradžios laiko

Šie duobės inicijavimo laikai buvo nustatyti atliekant kontroliuojamą ilgalaikį VAR 316L vamzdžių panardinimo bandymą su skirtingais likutinio titano kiekiais (taigi ir TiN tūrio dalimis) deguonimi prisotintame (5 ppm O2) didelio -grynumo vandenyje (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 dydžio diapazonas (µm) duobės inicijavimo laikas 90 laipsnių kampu (valandos, 5 ppm O2) Didžiausias duobės gylis po 10 000 h (µm) Rekomenduojamas 90 laipsnių deguonies aukšto{7}} grynumo paslaugai<2 (Ti-free) <0.0002 <0.1 N/A >50 000 (be duobių)<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
Ištirpusio deguonies įtaka TiN{0}}sukeltam įdubimui

Didesnis ištirpusio deguonies kiekis pagreitina TiN katodinį procesą ir sutrumpina duobės inicijavimo laikotarpį.

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 Praktinės rekomendacijos didelio grynumo vandens šildytuvams

316 l talpos šildytuvams deguonimi prisotintame aukštos kokybės 90 laipsnių vandenyje rekomenduojamos titano ribos:

Paslaugos tipas ištirpintas deguonis (ppm) Ti, ppm 10 000 h duobėje-nemokamos plieno gamybos praktikos patikrinimo metodas
Farmacijos WFI (žemas 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
Branduolinio pagalbinio aušinimo 2-5 25 VAR arba ESR Tiekėjo sertifikatas
Bendras didelio grynumo pramoninis 2-5 30 AOD + žemas Ti Mill sertifikatas
TiN įtraukimas ir Ti turinio patikrinimas

Pirkėjai, norintys tiksliai nustatyti TiN ribas, turi du patikrinimo būdus. Pirmasis yra cheminis titano kiekio tyrimas induktyviai susietos plazmos masės spektrometrijos (ICP-MS) arba švytėjimo išlydžio masės spektrometrijos (GDMS) metodu. Priėmimas: Ti < 10-15 ppm didelio grynumo paslaugai. Antrasis yra metalografinis tyrimas skenuojančia elektronine mikroskopija (SEM) 1 000{8}}5 000 × poliruotame skerspjūvyje, skaičiuojant TiN inkliuzus (atpažįstamus pagal morfologiją – kampinis, kubinis, aukso geltonumo atbulinės sklaidos elektronų režimu). Priėmimas:<1-5 inclusions TiN per mm2 greater than 2 µm.

Išvada: Ultra Low Ti Spec deguonies turintiems didelio grynumo vandens šildytuvams

Rezultatai rodo, kad 316 l nerūdijančio plieno šildytuvuose, deguonies prisotintame (5 ppm O2) didelio -grynumo 90 laipsnių vandenyje, susidaro duobės, kai TiN intarpų yra tik 0,0005-0,001 % (5-10 ppm Ti). Jei Ti kiekis yra mažesnis nei 2-3 ppm, duobės pradžios laikas yra didesnis nei 50 000 valandų. Inžinieriai, naudojantys 316 l apvalkalus farmaciniam WFI, puslaidininkiniam UPW arba pagalbiniam branduoliniam šildymui, turi nurodyti vakuuminį lankinį perlydymą (VAR), kurio didžiausia 10-15 ppm titano koncentracija, patvirtinta ICP-MS arba GDMS. (Ti nekontroliuojamas, paprastai 20–50 ppm) įprasto 316 l deguonimi prisotintame didelio grynumo vandenyje per 2–5 metus 90 laipsnių temperatūroje bus duobė ir užterštų didelio grynumo sistemą. Čia pateikta metodika, koreliuojanti TiN tūrio procentą (iš likutinio Ti) su duobės inicijavimo laikotarpiais deguonimi prisotintame vandenyje, leidžia klientams nurodyti itin mažo titano 316L, kuris yra atsparus inkliuzijos sukeltam įdubimui, esant reikliausioms didelio grynumo ir daug deguonies kiekio nustatymams.