پرائمری ٹائٹینیم نائٹرائڈ (TiN) کے حجم کا حصہ 316L ہیٹر شیتھ ٹیوبنگ کنٹرول پٹنگ انیشیشن سائٹس میں کلورینیٹڈ سمندری پانی میں 40 ڈگری پر کیسے ہوتا ہے

سب سے زیادہ نقصان-آکسیڈائزنگ حالات میں مزاحم شمولیت

The use of chlorine (normally 0.5-2 ppm residual) as a biocide results in highly oxidising conditions for 316L stainless steel sheathed electric heating tubes in chlorinated seawater service (e.g., marine heat exchangers, cooling systems for coastal power plants or offshore platform heaters). Under these conditions, the common pitting initiators, manganese sulphide (MnS) inclusions, are oxidised rapidly and dissolved, but primary titanium nitride (TiN) inclusions become the dominant pitting initiator sites. TiN inclusions are hard, angular and electrically conducting. During solidification , precipitation of chromium-rich carbides and nitrides occurs leading to depletion of chromium and molybdenum at their edge in the surrounding austenite matrix . TiN inclusions >کلورین والے سمندری پانی میں 5-10 µm نیوکلیٹ گڑھے 500-1,000 گھنٹے میں 40 ڈگری پر۔ TiN حجم کے حصوں کے ساتھ مواد<0.001% (essentially TiN free) remains pitting free for >10,000 گھنٹے۔ یہ مقالہ TiN شامل کرنے کے مواد، گڑھے کے آغاز کی کثافت اور کلورین شدہ سمندری پانی میں سروس لائف کے درمیان شماریاتی ربط کا جائزہ لیتا ہے۔

TiN Induced Pitting Under Oxidizing Conditions: A Mechanistic Study

ٹائٹینیم کو اکثر 316L میں ایک مستحکم عنصر (316Ti) کے طور پر یا بائی-ٹائٹینیم کے پروڈکٹ-ڈی آکسائڈائزڈ سٹیل میکنگ کے طور پر شامل کیا جاتا ہے۔ اعلی درجہ حرارت پر ٹھوس ہونے کے نتیجے میں ٹائٹینیم نائٹرائڈ (TiN) بنیادی شمولیتیں بنتی ہیں، جو عام طور پر 2-20 µm سائز کے ہوتے ہیں اور ان کی کونیی کیوبک شکل ہوتی ہے۔ جب کہ MnS فعال طور پر تحلیل ہوتا ہے TiN آسٹینیٹک میٹرکس میں تھرموڈینامیکل طور پر مستحکم ہے۔ تاہم، TiN{10}}میٹرکس انٹرفیس میں مختلف خصوصیات ہیں جو پٹنگ کے حق میں ہیں۔ سب سے پہلے، ٹھوس ہونے کے دوران، ٹائٹینیم نائٹرائڈز زیادہ درجہ حرارت پر تیز ہو جاتے ہیں اور ارد گرد کا مائع سٹیل کرومیم اور مولیبڈینم میں ختم ہو جاتا ہے، جس سے ایک محلول-غریب زون 0.5-3 µm چوڑا Cr کم سے کم 12{{19}%1}}%{4}} بل۔ دوم، TiN پارٹیکل خود نیم چل رہا ہے اور ایک کیتھوڈ کے طور پر کام کر سکتا ہے، اس طرح ہمسایہ میٹرکس کے انوڈک تحلیل کا باعث بنتا ہے۔ تیسرا، TiN کی کونیی شکل انکلوژن-میٹرکس انٹرفیس میں ایک شگاف پیدا کرتی ہے۔ کلورین شدہ سمندری پانی میں (زیادہ آکسیکرن صلاحیت) TiN ذرہ ایک انتہائی موثر کیتھوڈ کے طور پر کام کرتا ہے اور اس کے پڑوس میں کرومیم سے محروم میٹرکس ترجیحی طور پر تحلیل ہو جاتا ہے۔

کلورین شدہ سمندری پانی میں TiN حجم کے کسر اور پٹنگ سنکنرن کا باہمی تعلق

316L نلیاں کی مختلف TiN شمولیت کے مواد کے ساتھ (مختلف اسٹیل بنانے کے طریقہ کار سے) کی کنٹرول شدہ نمائش کی جانچ نے مصنوعی کلورین والے سمندری پانی میں درج ذیل گڑھے کے آغاز کی کثافت ظاہر کی ہے (مفت کلورین 1.5 ppm، 20,000 ppm Cl {{4}0}، pH پر 4.0 ڈگری، 4 گھنٹے کے لیے)

TiN انکلوژن کا حجم فریکشن (％)TiN انکلوژن سائز رینج (µm) TiN مورفولوجی پٹ کثافت 5,000 گھنٹے کے بعد (پٹس/cm2) گڑھے کی زیادہ سے زیادہ گہرائی 5,000 گھنٹے کے بعد (µm) پہلے مستحکم گڑھے کا وقت (گھنٹے) Chlorwain سروس کے لیے تجویز کردہ<0.0005 (Ti-free 316L) None None <0.1 <10 >10,000 Best 0.0005-0.001 1-3 Few, fine 0.1-0.5 10-25 5,000-10,000 Excellent 0.001-0.002 2-5 Scattered 0.5-2 20-40 2,000-5,000 Acceptable 0.002-0.005 3-8 Moderate 2-5 30-60 1,000-2,000 Marginal 0.005-0.010 5-12 Frequent 5-15 50-80 500-1,000 Not recommended 0.010-0.020 8-15 Numerous, angular 15-40 60-100 200-500 Unacceptable >0.020 >15 Extensive, clusters >40 >100 <200 Unacceptable
کلورین والے ماحول میں TiN اور MnS شمولیت کا موازنہ

کلورینیشن مختلف قسم کی شمولیتوں کی نسبتی جارحیت کو یکسر تبدیل کر دیتی ہے۔ نیچے دی گئی جدول 40C پر غیر کلورین شدہ بمقابلہ کلورینیٹڈ سمندری پانی میں MnS بمقابلہ TiN سے شروع ہونے والی پٹنگ کا موازنہ کرتی ہے۔

انکلوژن والیوم فریکشن کی قسم (%)غیر کلورینیٹڈ سمندری پانی کی کھدائی کی شرح (ملی میٹر/سال) کلورینیٹڈ سمندری پانی میں پٹنگ کی شرح (1.5 پی پی ایم Cl2، ملی میٹر/سال) فیلور موڈ غالب MnS (سلفائیڈ) 0.01 0.5-1.0<0.05 (MnS oxidized/dissolved) MnS is protective (oxidised to MnO)
TiN (نائٹرائیڈ) 0.001 0.05-0.10 0.3-0.8 TiN زیادہ جارحانہ ہو جاتا ہے (گیلوانک)
مخلوط (دونوں) 0.005 ہر ایک 0.5-1.0 0.5-1.0 (TiN غالب ہے) MnS سے TiN آغاز میں تبدیل
ال 2 او 3<0.05 <0.05 0.005 Unchanged (inert)
کلورین شدہ سمندری پانی میں 316L سروس کے لیے عملی وضاحتیں۔

کلورینیٹڈ سمندری پانی کی خدمت میں استعمال ہونے والے 316L شیتھڈ ہیٹر کے لیے (0.5-2 ppm Cl₂، 40 ڈگری)، درج ذیل معیار TiN سے متعلقہ پٹنگ کو کم سے کم کرتے ہیں:

بقایا کلورین (ppm) سمندری پانی کا درجہ حرارت (oC) زیادہ سے زیادہ اجازت یافتہ TiN والیوم فریکشن (%) تجویز کردہ اسٹیل بنانے کی مشق متبادل مواد 0.5 30 0.005 AOD + کیلشیم ٹریٹمنٹ 316L قابل قبول 0.5-1.0 30 0.003 AOD + کم Ti (Ti deoxidation سے بچیں) 316L مانیٹرنگ 0.5 30 0.005 کے ساتھ Vrccuum{16} ڈوپلیکس 2205 1.0-2.0 30 0.002 ESR (الیکٹرو سلیگ ریمیلڈ) ڈوپلیکس 2205 1.0-2.0 30-40 0.0005 (Ti-مفت) VAR + Ti-مفت پریکٹس Duplex 2205 or titanium2.0 Any Ti-free (316 تجویز کردہ نہیں) N/A Titanium or Alloy 625
TiN شمولیت کے مواد کی تصدیق

یہ کاغذ کلورین شدہ سمندری پانی کی خدمت کے لیے کم-TiN 316L کے خریداروں کے لیے تصدیقی طریقہ کار پیش کرتا ہے۔ سب سے پہلے، ٹائٹینیم مواد کے لئے کیمیائی امتحان: Ti<0.005% (50 ppm) usually correlates to TiN volume fraction <0.001%. The second is the metallographic inspection (ASTM E45) with a scanning electron microscopy (SEM) for the direct counting of TiN inclusions (morphology-angular, cubic, gold-yellow colour in the reflected light). The acceptability threshold is less than 5 TiN inclusions per mm² greater than 2 µm. The third is an accelerated pitting test in which a sample is exposed to synthetic chlorinated seawater at 40°C for 1,000 hours. Acceptance criterion: No pits deeper than >20 μm.

TiNIduced Pitting کی فیلڈ کی شناخت

اگر گڑھے کونیی، سونے کے رنگ کے انکلوژن کے گرد مرکوز ہیں (500x پر میٹالرجیکل مائکروسکوپ کے نیچے دیکھا جاتا ہے)، 1-2 سال کے اندر کلورین والے نمکین پانی میں 316L ہیٹر کے گڑھے کی ممکنہ وجہ TiN شامل ہیں۔ EDS تجزیہ Ti اور N کی تصدیق کرتا ہے۔ گڑھے عام طور پر چھوٹے (10-50 µm چوڑے) پھر بھی گہرے ہوتے ہیں، اکثر TiN ذرہ گڑھے کے نیچے رہ جاتا ہے۔ ملحقہ دھات مزید زنگ کے ثبوت نہیں دکھاتی ہے۔ ایسی ناکامیوں کا حل Ti-free 316L (titanium) کو منتخب کرنا ہے۔<0.005%) for future purchases. Temporary mitigation can be achieved by electropolishing of the sheath surface, removing the surface layer with exposed TiN inclusions.

نتیجہ: کلورین شدہ سمندری پانی کے ہیٹر کے لیے TiN-مفت 316L کا استعمال

40 ڈگری کے درجہ حرارت پر کلورین والے نمکین پانی میں 316L سٹینلیس سٹیل کے انکیزڈ ہیٹر کے لیے اہم پٹنگ اسٹارٹ سائٹس پرنسپل ٹائٹینیم نائٹرائڈ (TiN) شامل ہیں۔ 0.002-0.005% سے زیادہ TiN والیوم فریکشنز کے نتیجے میں 2-15 گڑھے فی سینٹی میٹر 2 کے گڑھے کی کثافت 1,000-5,000 گھنٹوں کے اندر ہوتی ہے، جس کے نتیجے میں 2-5 سال کے اندر سوراخ ہوجاتا ہے۔ کلورین جراثیم کشی کے ساتھ سمندری یا ساحلی ایپلی کیشنز میں استعمال ہونے والی 316L میانوں کے لیے، 0.005% سے کم Ti مواد (Ti-free) کی ضرورت ہے، اسٹیل بنانے کے طریقوں پر عمل کیا جانا چاہیے جو Ti deoxidation (ترجیحا طور پر Al یا Si deoxidation) سے بچیں، اور اگر اہم سروس شامل ہے تو، آبادی کو کم کرنے کے لیے VAR یا ESR کو کم کرنا ضروری ہے۔ 0.001% اس کے ساتھ، ہم TIN والیوم فیصد کا تعلق کلورینیٹڈ سمندری پانی میں قابل قدر گڑھے کے آغاز کی کثافت اور سروس لائف سے کرتے ہیں، جس سے خریداروں کو 316L نلیاں کا انتخاب کرنے کی اجازت ملتی ہے جو سب سے زیادہ مخالف آکسیڈائزنگ میرین سیٹنگز میں شمولیت کی حوصلہ افزائی کے لیے مزاحمت کرتی ہے۔