Comment la fraction volumique de carbures MC primaires (NbC/TiC) provenant de l'excès de niobium (0,60-0,80 % en poids) dans la gaine chauffante 347 contrôle-t-elle la densité du site d'initiation de la fosse et le temps de perforation dans 1 000 ppm d'eau chlorée à 80 degrés

Service de chlorure excessif -pénalité de stabilisation pour résistance aux piqûres

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 ans. La fraction volumique primaire de MC augmente à 0,12-0,20 % (sur-stabilisée (0,60-0,80 % en poids de niobium)). La densité de la fosse augmente de 5 à 10 fois. Le temps de perforation diminue à 2 à 4 ans. Cet article évalue le lien entre l'excès de Nb, la fraction volumique de carbure MC primaire, la densité d'initiation de la fosse et le temps de perforation dans 1 000 ppm d'eau Cl⁻ à 80 degrés.

Le mécanisme de piqûre piloté par le carbure MC primaire

Lors de la solidification de l'acier inoxydable 347, des carbures primaires MC (NbC, TiC) se forment. En raison de leur conductivité électrique élevée et de leurs qualités de surface nobles, ils sont cathodiques par rapport à la matrice austénitique. Si la teneur en niobium est supérieure à environ 0,45 à 0,50 % en poids (les teneurs normales en carbone sont de 0,04 à 0,06 %), alors tout excès de niobium au-delà de la quantité nécessaire à une stabilisation complète entraîne la formation de davantage de carbures primaires. Ces particules ne sont pas solubles lors du recuit en solution (1 050 à 1 100 degrés) et sont retenues dans le tube final. Dans les solutions de chlorures, ces carbures participent de préférence à la réaction cathodique de réduction de l'oxygène et forment un couple galvanique qui favorise la dissolution anodique de la matrice environnante. La densité d'initiation des piqûres est proportionnelle au nombre de particules primaires de carbure MC exposées à la surface.

Corrélation entre l'excès de niobium, la fraction volumique MC et les performances de piqûre

Tests d'immersion contrôlés avec des tubes 347 avec différents niveaux de niobium (carbone constant 0,05-0,06 %, titane<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.

Niobium (% en poids) Rapport Nb:C Carbone (% en poids) MC Fraction volumétrique primaire (%) Taille des particules MC (µm) Densité de la fosse après 5 000 h (piqûres/cm2) Profondeur maximale de la fosse après 5 000 h (µm) Temps de perforation (paroi de 1,5 mm, années) Recommandé pour 80 degrés, 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 Acceptable (sous-stabilisé, risque de sensibilisation)
0.30 6 :1 0.05 0.03-0.04 1-2 0.3-0.6 18-28 9-12 Acceptable 0.35 7 :1 0.05 0.04-0.05 1-2 0.5-1.0 20-35 8-11 Acceptable 0.40 8 :1 0.05 0.05-0.06 1-3 0.8-1.5 25-40 6-9 Acceptable (solde optimal) 0.45 9 :1 0.05 0.06-0.08 2-4 1-2 30-50 5-7 Marginal 0.50 10 :1 0.05 0.08-0.10 2-5 2-3 40-60 4-5 Non recommandé 0.60 12 :1 0.05 0.12-0.15 3-6 4-8 50-80 2.5-4 Non 0.70 14 :1 0.05 0.15-0.18 4-8 8-15 60-100 1.5-2.5 Non 0.80 16 :1 0.05 0.18-0.22 5-10 15-25 80-120 1.2-2 Non 1.00 20 :1 0.05 0.25-0.30 6-12 25-40 100-150 0.8-1.2 Non
Influence de la température de recuit de la solution sur la dissolution primaire du MC

Les températures de recuit en solution plus élevées peuvent dissoudre partiellement les carbures MC primaires, mais il existe un risque de grossissement des grains et de formation de ferrite au-dessus de 1 150 degrés.

Température de recuit de la solution (degrés) Fraction volumique MC primaire à 0,60 % Nb (%) Taille des particules MC (µm) Densité des piqûres (piqûres/cm2) Recommandé 1,050 0.12-0.15 3-6 4-8 Non 1,080 0.10-0.12 3-5 3-6 Non 1,100 0.08-0.10 3-4 2-4 Marginal 1,120 0.06-0.08 2-4 1-3 Acceptable (mais danger de croissance des grains)
1,150 0.05-0.07 2-3 1-2 Acceptable (grossissement des grains → résistance au fluage inférieure)
347 Recommandations pratiques pour le service des chlorures

Durée de vie souhaitée (années) Niobium maximum (% en poids) Température minimale de recuit de solution (oC) Vol. MC primaire maximum. Fraction (%)Stabilisation suggérée10 0.40 1,050 0.06 Aucune (recuit en solution)
8-10 0.42 1,060 0.07 Aucun 5-8 0.45 1,080 0.08 Aucun (éviter la stabilisation)
3-5 0.50 1,100 (avec ajustement de la taille des grains) 0,10 Marginal<3 >0.50Not recommended >0.10 Mise à niveau vers 316L ou duplex 2205 Vérification du contenu en carbure MC primaire

Pour les consommateurs qui ont besoin d’une certaine résistance aux piqûres, il existe deux façons de vérifier. La première est l’inspection métallographique SEM d’une section transversale polie et légèrement gravée. Compter les carbures MC primaires (angulaires, 2 à 10 µm) à 1 000 × Acceptation :<5 particles/mm2 for >durée de vie de 8 ans