Ved hvilken specifik koncentration af saltsyre ved 50 grader Celsius oplever en 1,2 millimeter 316 rustfri stålkappe grubetrængning inden for 500 timers kontinuerlig nedsænkningsopvarmning?

316 rustfrit stål betragtes generelt som et marginalt materiale til elektriske dyppevarmere specificeret af kemiske procesingeniører til saltsyreforbrug i metalbejdsning, pH-korrektion og regenereringssystemer. Saltsyre er en meget aggressiv reducerende syre. Chloridioner målretter mod det passive lag på rustfrit stål. I modsætning til svovlsyre eller salpetersyre er der ikke noget koncentrationsområde, hvor det har rigtig god modstand for 316. Ved milde temperaturer i meget fortyndede opløsninger kan 316 dog give acceptabel levetid til ikke-kritiske anvendelser. Den tid, det tager for grubetæring at forplante sig fra ydersiden til indervæggen, afhænger af kappens vægtykkelse. Denne artikel rapporterer måling af den specifikke saltsyrekoncentration ved 50 grader, der forårsager pitting penetration af en 1,2 mm 316 kappe i 500 timers kontinuerlig drift ved gennemsnitlige industrielle watt-densiteter.

"Pitting-korrosion af 316 rustfrit stål i fortyndet HCl.
Korrosionen af ​​316 i saltsyre opstår som grubetæring, ikke ensartet udtynding. Hvis en pit dannes ved en overfladefejl, inklusion eller svaghed i den passive film, vil den forplante sig hurtigt på grund af den autokatalytiske natur af chloridangreb. Det kritiske pitpotentiale på 316 i chloridopløsninger aftager med stigende temperatur og chloridkoncentration. Tærsklens chloridkoncentration for pitstart er omkring 50-100 ppm (0,005-0,01 % HCl) ved 50 grader. Under denne tærskel er grubetæring sjældent, og typiske korrosionshastigheder er mindre end 0,05 mm/år. Ud over denne tærskel er grubetæring sandsynlig, og hastigheden af ​​udbredelse af gruben stiger hurtigt med chloridindholdet. Tiden til gennemtrængning for en 1,2 mm vægkappe styres af brøndens udbredelseshastighed efter initiering. Udbredelseshastighederne ved 50 grader spænder fra 0,01 mm/time i 0,1 % HCl til 0,10 mm/time i 1 % HCl. Udbredelseshastigheden er ~0,03-0,05 mm/time for 0,5% HCl, hvilket indebærer, at en 1,2 mm væg ville blive penetreret 24-40 timer efter starten af ​​et hul. Afhængig af overfladekvalitet og restbelastning er hele levetiden 120-540 timer, inklusive en induktionstid på 100-500 timer til pitstart.

Kritisk koncentration for 500-timers liv
Følgende levetider forudsiges fra nedsænkningstest af sænkede 316 hylsterprøver ved 50 grader og en overfladepolering, der er typisk for kommercielle varmeapparater. Ved 0,05 % HCl (500 ppm chlorid) er pitting-begyndelsen omkring 800-1.200 timer, og udbredelsen er træg ved 0,005 mm pr. time. 1.2 mm kappe ville vare 1.000-1.500 timer i alt. Ved 0,10 % HCl reduceres initieringstiden til 400-600 timer med udbredelse ved 0,010-0,015 mm/t, i en samlet tid på 500-800 timer. Ved 0,15% HCl begyndende inden for 200-300 timer Udbredelse 0,020-0,025 mm pr. time Total levetid 300-500 timer. Initiering 100-200 timer ved 0,20% HCl Formering 0,030-0,040 mm/h Samlet levetid 150-300 timer Den væsentlige koncentration af HCl for en levetid på 500 timer er omkring 0,12 til 0,14%. Ved eller under denne koncentration er der en betydelig chance for, at en 1,2 mm 316 kappe vil overleve 500 kontinuerlige driftstimer. Over denne koncentration er den forventede levetid under 500 timer. Disse værdier er for en watt-densitet på 5-8 W/cm², hvilket øger kappens overfladetemperatur til omkring 55-60 grader. Ved større watt-densiteter reducerer den højere overfladetemperatur den kritiske koncentration yderligere.

Saltsyre Service Koncentration & Vægtykkelse Matrix
Nedenstående tabel angiver de anbefalede 316 kappevægtykkelser for saltsyre ved 50 grader for den påtænkte levetid. Værdier forudsætter watt-densitet på 5 til 8 W/cm2 og normal sænket overfladefinish

HCl-koncentration Chloridkoncentration (ppm) Forudsagt hastighed for pit-vækst ved 50 grader Minimum 316 Vægtykkelse for 500-timers levetid Minimum vægtykkelse for 1.000-timers levetid Anbefaling
Under 0,05 %< 500 ppmBelow 0.005 mm/hour 0.8 mm 1.0 mm 316 acceptable for intermittent service 
0,05 – 0,10 % 500 – 1.000 ppm 0,005 – 0,015 mm/time 1,0 mm 1,6 mm 316 marginal; Forvent kort levetid
0,10 – 0,15 % 1.000 – 1.500 ppm 0,015 – 0,025 mm/time 1,2 mm 2,0 mm 316 anbefales ikke til kontinuerlig service
0,15 – 0,20 % 1.500 – 2.000 ppm 0,025 – 0,040 mm/time 1,6 mm 2,5 mm Titanium eller tantal
0,20 – 0,50 % 2.000 – 5.000 ppm 0,040 – 0,100 mm/time Ikke praktiskKan ikke gøre det Titanium nødvendigt
Over 0,50 % Over 5.000 ppmMere end 0,100 mm/time Ikke acceptabeltIkke kompatibel Brug ikke-metalopvarmning
Hvis koncentrationen af ​​saltsyre er over 0,15% ved 50 grader, er 316 rustfrit stål ikke et godt materiale at bruge uanset vægtykkelse. Grubens udbredelseshastighed og den betydelige risiko for pludselig perforering uden varsel giver anledning til bekymring. Titan (Grade 2 eller Grade 7) har god modstandsdygtighed over for fortyndet saltsyre op til 1 % koncentration ved 50 grader C, med korrosionshastigheder < 0,01 mm pr. år. For højere koncentrationer eller temperaturer har du brug for tantal. Ved valg af varmeapparater til saltsyreservice, hvor 316 overvejes, bør ingeniører specificere en korrosionskupontest ved hjælp af den faktiske processyre og en prøve af kappematerialet ved den forventede overfladetemperatur. Publicerede data giver estimater, men pitting-adfærd er stærkt påvirket af den faktiske syrerenhed og temperaturkontrol. Omkostningerne ved et enkelt varmelegemesvigt i saltsyre – inklusive metalionkontamination af procesopløsningen – er ofte mere end omkostningerne ved at opgradere til titanium. Det forsigtige ingeniørråd ved 50 grader og over 0,1% er at undgå 316 helt.