Esant konkrečiam taikomosios anodinės apsaugos potencialo ir apvalkalo temperatūros deriniui, 316 nerūdijančio plieno šildytuvo vamzdelis 50 % kaustinės sodos (NaOH) 120 laipsnių kampu išlieka pasyvus be kaustinės įtampos korozijos įtrūkimų

Elektrocheminė kontrolė užkertant kelią šarminiam trapumui

Kaustinio įtempio korozijos įtrūkimai (CSCC arba kaustinis trapumas) yra svarbus 316 nerūdijančio plieno gaubtų elektrinių šildymo vamzdžių, naudojamų kaustinės sodos (NaOH) eksploatavimo aukštesnėje temperatūroje (pvz., garintuvuose, koncentratoriuose arba kaustinės perdavimo linijos šildytuvuose), gedimo būdas. Kaustinis SCC vyksta karštuose NaOH tirpaluose, kurių temperatūra viršija maždaug 70–80 laipsnių, o jautrumas labai padidėja tiek temperatūrai, tiek šarminei koncentracijai. Tai skiriasi nuo chlorido SCC, kuriam reikia tam tikrų temperatūros ir chlorido koncentracijos derinių. Esant 50 % NaOH (tipinė pramoninė koncentracija) 120 laipsnių temperatūroje, 316 yra labai jautrus CSCC laisvos korozijos sąlygomis, o įtrūkimai išsivysto per kelias dienas ar savaites. CSCC galima visiškai išvengti naudojant taikomą anodinę apsaugą (ty potenciostatinį metalo valdymą pasyvioje srityje). Svarbus parametras yra pritaikytas potencialas etaloninio elektrodo atžvilgiu (dažnai Ag/AgCl). Pasyvus 316 diapazonas 50% NaOH esant 120 laipsnių yra nuo -200 mV iki +200 mV, palyginti su Ag/AgCl. Įtrūkimai atsiranda esant mažesniems nei -200 mV (aktyvioji sritis) arba didesniems nei +200 mV (transpasyvi sritis) potencialams. Šiame straipsnyje kiekybiškai įvertinami anodinės apsaugos galimi langai, skirti užkirsti kelią CSCC esant skirtingoms temperatūroms ir šarminėms koncentracijoms.

Kaustinės įtampos korozijos įtrūkimų mechanizmas ir jo prevencija

Kaustinis 316 nerūdijančio plieno SCC yra selektyvus pasyviosios dangos tirpimas ties grūdelių ribomis (tarpgranulinis įtrūkimas žemesniuose lydiniuose; transgranulinis 316 aukštesnėje temperatūroje), veikiant tempimo įtempiams koncentruotuose NaOH tirpaluose. Pasyvioji plėvelė 316 šarminėje medžiagoje yra geležies ir chromo hidroksido / oksido plėvelė, kuri yra stabili tik ribotame potencialo diapazone. Žemiau pasyvaus potencialo diapazono (didesnis neigiamas potencialas) metalas agresyviai korozuoja (bendra korozija). Virš pasyvaus diapazono (didesnis teigiamas potencialas) vyksta transpasyvus tirpimas, kurio metu chromas oksiduojamas iki tirpaus chromato (CrO4 2-) ir pradedamas SCC. Reguliuojama anodinė įtampa pasyviame diapazone stabilizuoja pasyviąją plėvelę ir pašalina vietinio gedimo varomąją jėgą.

Kiekybiškai įvertintos anodinės apsaugos langai, skirti 50% NaOH @ 120C

Pasyvus diapazonas ir įtrūkimų ribos, kaip naudojamos įtampos ir Ag/AgCl (3M KCl) funkcija, buvo nustatytos 50 % NaOH 120 laipsnių kampu kontroliuojamais potenciostatiniais 316 nerūdijančio plieno bandymais (U- lenkimo bandiniai, esant pastoviam tempimo įtempimui).

Applied Potential (mV vs. Ag/AgCl, 3M KCl) Electrochemical Region Corrosion Rate (mm/year)CSCC Initiation Time (hrs) Surface Condition 120°C 50% NaOH Service Recommended After 1000 hours Active corrosion < -400 Immediate (active) 5-10 Severe general corrosion No -400 to -250 Active/transition 1-5 10-50 Pitting + general loss No -250 to -2000Mixed (active edge) 0.5-1.0 50-200 Localised attack Not advised -200 to -150 Passive (low) 0.02-0.05 >5 000 Ryškus, be atakos Priimtinas (riba)
-150 to +100 Passive (optimum) 0.01-0.02 >10 000 Ryškus, pasyvus Geriausias +100–+200 Pasyvus (aukštas) 0.02-0.05 2, 000–5 000 Atspalvis (oksido tirštinimas) Priimtinas nuo +200 iki +250 Skersinis kraštas 0.1-0.3 500-1, 500 Nedidelis įdubimas Ribinis {{111}}} iki {} Transpasyvus {{11}CC1}} įtrūkimaiNerekomenduojama > +350 Deguonies išsiskyrimas 1–5<100 Severe CSCC + pitting No
Šarminės koncentracijos ir temperatūros įtaka apsaugos potencialo diapazonui

Pasyvaus potencialo langas kinta priklausomai nuo šarminės koncentracijos ir temperatūros. Toliau pateikiama rekomenduojamų apsauginių potencialų įvairiomis sąlygomis lentelė.

NaOH Konc. (masės %) Temperatūra (laipsnis ) Pasyvus diapazonas (mV palyginti su Ag/AgCl, 3M KCl) Optimalus apsaugos potencialas (mV) Mažiausias rekomenduojamas apsaugos srovės tankis (mA/cm2)
30 100 -300–+50 -150 0.1 30 120 -250–+100 -100 0.2 40 100 -250–+100 -100 0.2 40 120 -200–+150 -50 0.3 50 100 -200–+150 -50 0.3 50 120 -150–+200 0 0.5 50 140 -100–+250 (susiaurėjimas) +50 0.8 60 100 -150–+200 0 0.4 60 120 -100–+250 +50 0.7 70 100 -100–+200 (siauras) +50 0.6
Praktinių anodinės apsaugos sistemų, skirtų 316 šildytuvams, specifikacijos

Šie sistemos parametrai užtikrina patikimą CSCC prevenciją 316 apvalkaliniams šildytuvams, naudojamiems karšto šarmo su anodine apsauga:

Reikalingos sistemos parametro specifikacijos tikrinimo metodas
Etaloninis elektrodas Ag/AgCl su 3M KCl, stabilus iki 120 laipsnių Prieš montavimo kalibravimą
Darbinis elektrodas (šildytuvas) Susietas su teigiamu potenciostato galu. Patikrinkite tęstinumą
Prieš-elektrodas (katodas)Platina arba platininis titanas. Mažiausias paviršiaus ploto santykis katodas:anodas 1:2
Potenciostato kalibravimas Potencialo kontrolinė vertė -50–0 mV (50% NaOH esant 120 laipsnių)
Galimas paklaidos ± 20 mVDduomenų registravimas
Reikalingas srovės tankis 0,3-0,8 mA/cm² priklausomai nuo temperatūros Pradinė srovė kelyje
Failsafe Interlock -If potential drifts >+250 mV arba<-250 mV, shut-down heater Alarm + shut-down
Nepavykusios kaustinės apsaugos lauko identifikavimas

316 šildytuvas įtrūksta dėl šarminio veikimo, nepaisant anodinio ekranavimo. Galimi trys gedimų scenarijai. Pirma, galimas dreifas į transpasyviąją sritį (+200 iki +350 mV) sukelia transgranulinius SCC įtrūkimus su stipria oksidacija (atspalvis paviršius). Antra, galimas dreifas į aktyvųjį regioną (<-200 mV) leads to widespread corrosion with pitting. Third, loss of power to the potentiostat (unprotected operation) leads to fast CSCC, with cracks developing within 50-200 hours. The cause will be determined by reviewing the log of the failed heater (if logged). Proper anodic protection can be restored by recalibrating the reference electrode, inspecting electrical connections and optionally reducing the heater power density.

Išvada: Anodinės apsaugos, skirtos kaustinės medžiagos, specifikacija

316 nerūdijančio plieno šildytuvų su 50 % NaOH esant 120 laipsnių kaustinės įtampos korozijos įtrūkimų išvengimas pasiekiamas tik išlaikant metalo potencialą tarp -150 ir +200 mV, palyginti su Ag/AgCl (3M KCl), pasyviajame lange.