0.4% سے نیچے 316 سٹینلیس سٹیل ہیٹر شیتھ ٹیوبنگ میں سلیکون مواد کا فیصد کیوں ہوائی سروس میں 650 ڈگری پر آکسیڈیشن مزاحمت کو کم کرتا ہے

ہائی ٹمپریچر اسکیل آسنجن پر بڑے اثر کے ساتھ معمولی الائینگ عنصر

316 سٹینلیس سٹیل میں لپٹی ہوئی اور ایئر سروس میں اعلی درجہ حرارت (650 ڈگری) پر کام کرنے والی الیکٹرک ہیٹنگ ٹیوبوں کے لیے، سلیکون کا مواد (عام طور پر ASTM A240 کی طرف سے زیادہ سے زیادہ 0.75% مقرر کیا جاتا ہے) آکسیڈیشن مزاحمت میں ایک اہم لیکن اکثر نظر انداز کرنے والا عنصر ہے۔ سلیکان کی سطح 0.4% سے کم ایک تیز رفتار ترقی پذیر آئرن-رچ آکسائیڈ پیمانہ پیدا کرتی ہے جو آسانی سے پھیل جاتی ہے، میان کی زندگی کو 0.6-1.0% سلکان والے مواد کے مقابلے میں 3-5 گنا کم کرتی ہے۔ سلیکون پیمانے پر دھاتی رابطے پر بے ترتیب یا نانو کرسٹل لائن سلکا (SiO2) کی ایک پتلی مسلسل کوٹنگ کی تیاری میں سہولت فراہم کرتا ہے۔ یہ سلیکا پرت ایک بازی رکاوٹ کے طور پر کام کرتی ہے، جو آئرن اور کرومیم کیشنز کے ظاہری پھیلاؤ کو روکتی ہے اور آکسیجن anions کے باطنی پھیلاؤ کو روکتی ہے۔ یہ مقالہ 650 ڈگری پر 316 میانوں کے لیے سلیکون کے ارتکاز، آکسیڈیشن کائینیٹکس اور اسکیل سپلنگ رویے کے درمیان تعلق کی ایک مقدار پیش کرتا ہے۔ یہ اعلی درجہ حرارت ایئر ہیٹر ایپلی کیشنز کے لیے ایک تصریح کا فریم ورک متعین کرتا ہے۔

سلیکا سب اسکیل فارمیشن میں سلیکون کا کردار

316 سٹینلیس سٹیل کے اعلی درجہ حرارت کے آکسیڈیشن کے دوران، کرومیم اور آئرن بیرونی Cr2O3/Fe2O3 سکیل بنانے کے لیے باہر کی طرف پھیلاتے ہیں، اور آکسیجن اندر کی طرف پھیل جاتی ہے۔ ~ 0.4-0.5% سے زیادہ سلکان کے مواد پر سلکان ترجیحی طور پر ایک پتلی (0.1-1.0 µm) مسلسل بے ساختہ سلیکا پرت پیدا کرنے کے لیے اسکیل میٹل کے رابطے پر آکسیڈائز کرتا ہے۔ سلکا کی اس کوٹنگ میں دو دفاعی خصوصیات ہیں۔ سب سے پہلے، SiO2 میں کرومیم کا پھیلاؤ گتانک Cr2O3 کے مقابلے میں تقریباً تین آرڈرز کم ہے، جو کہ آکسیڈیشن کی شرح کو کافی حد تک کم کرتا ہے. 2. سلیکا ایک "گلو" کی تہہ بنا کر بیرونی پیمانے کے مکینیکل آسنجن کو بڑھاتا ہے جو تھرمل توسیع کی غلطی کو جذب کرتی ہے۔ 0.4% سے کم سلیکان کی صورت میں سلیکا کی تہہ منقطع یا غائب ہوتی ہے اور بیرونی پیمانہ Cr2O3 . کے ذریعے براہ راست کیٹیشن پھیلاؤ کے ذریعے تیزی سے بڑھتا ہے3 . بننے والا پیمانہ زیادہ غیر محفوظ، موٹا اور تھرمل سائیکلنگ کے ذریعے آسانی سے پھیل جاتا ہے۔

650 ڈگری پر آکسیکرن سلوک پر سی مواد کا اثر: مقداری رشتہ

مختلف سلیکون مواد کے ساتھ 316 نلیاں پر کنٹرول شدہ سائکلک آکسیڈیشن ٹیسٹنگ (ہوا میں 650 ڈگری پر 1 گھنٹہ سائیکل، سائیکلوں کے درمیان 100 ڈگری پر زبردستی ایئر کولنگ) نے کارکردگی کی الگ حدیں قائم کی ہیں۔

سلیکون مواد (wt%) Chromium مواد (wt%) سلیکا کی مسلسل تہہ؟ آکسیڈیشن کی شرح (mg/cm²/hr) 500 سائیکلوں کے بعد اسکیل اسپلنگ شروع (سائیکل سے پہلے دکھائی دینے والی سپل) 5,000 سائیکلوں کے بعد دھات کا نقصان (µm) ایئر سروس کے لیے 06 ڈگری تجویز کردہ<0.2 >16 نمبر (غیر حاضر) 0.15-0.30<100 150-300 No 0.2-0.3 16-18 No (discontinuous) 0.10-0.20 100-300 100-200 No 0.3-0.4 16-18 Partial (50-70% coverage) 0.08-0.15 200-500 80-150 Marginal 0.4-0.5 17-18 Thin, 50-80% continuous 0.05-0.10 500-1,000 50-100 Acceptable for moderate cycling
0.5-0.6 17-19 مسلسل (0.2-0.5 µm) 0.03-0.06 1,000-2،500 30-60 تجویز کردہ
0.6-0.8 17-19 مسلسل، مستحکم (0.5-1.0 µm) 0.02-0.04 2,500-5,000 20-40پائیداری کے لیے بہترین
0.8-1.0 18-20 Continuous, thicker (1-2 µm) 0.01-0.03 5,000-10,000 10-30 Best for continuous 650°C service1.0 18-20 Continuous but may generate low melting silicides 0.01-0.02 >10,000 <20 Acceptable but monitor for hot shortness
آکسیکرن میں سلیکون اور مولیبڈینم کا تعامل

316 stainless steel has 2.0-2.5% molybdenum which enhances pitting resistance in aqueous service but has a severe effect on high temperature oxidation resistance when silicon is low. Molybdenum tends to create volatile oxides (MoO₃) above about 600°C which can break apart the chromium oxide scale. However, with sufficient molybdenum (>0.5%)، مسلسل سلکا سب اسکیل مولیبڈینم کو بیرونی سطح تک پہنچنے سے روکتا ہے اور MoO{sub 3} اتار چڑھاؤ کو دباتا ہے۔ Molybdenum کے اتار چڑھاؤ کو 0.4% سے نیچے سلکان کی سطح پر بڑھایا جاتا ہے جس کے نتیجے میں زیادہ تیزی سے پیمانے پر خلل پڑتا ہے اور تیز آکسیکرن ہوتا ہے۔ 600 ڈگری سے اوپر کی خدمت کے لیے 316 شیتھوں کے لیے مولیبڈینم کے منفی اثر کی تلافی کے لیے سلیکون کا مواد ASTM رینج (0.6-1.0%) کے اونچے حصے پر بیان کیا جانا چاہیے۔

ہائی ٹمپریچر ہیٹر ایپلی کیشنز کے لیے سلیکون مواد کی تعریف

تخمینی سروس لائف اور تھرمل سائیکل فریکوئنسی کی بنیاد پر، 316 شیتھڈ ہیٹر کے لیے درج ذیل سلکان کی ضروریات کی سفارش کی جاتی ہے جو ہوا میں 650 ڈگری پر کام کرتے ہیں یا دہن گیسوں کو آکسائڈائز کرتے ہیں:

سروس کنڈیشن شیتھ ٹمپریچر (ڈگری) تھرمل سائیکل فی دن کم از کم سلیکون مواد (wt%) تجویز کردہ سلکان رینج (wt%) اگر سلکان کی ضروریات پوری نہیں ہوسکتی ہیں تو متبادل مرکب
مسلسل چلائیں، کبھی کبھار 600-650 سائیکل چلائیں۔<1 0.50 0.60-0.80 310 stainless steel
وقفے وقفے سے ہلکی سائیکلنگ 600-650 1-10 0.60 0.70-1.00 310 ss یا Inconel 600
Frequent cycling (>10/day) 550-600 >10 0.60 0.70-1.00 انکونل 600
مسلسل سروس 650-700<1 >0.70 (316 تجویز کردہ نہیں) 0.80-1.00 310 یا انکونل درکار ہے۔
550-650 کوئی بھی 0.70 0.80-1.00 Inconel 600 تجویز کردہ کوئی بھی سروس جہاں سلفر فضا میں موجود ہو سلیکون مواد اور آکسیڈیشن کی کارکردگی کی تصدیق

There are three techniques for verifying acceptable silicon content for buyers who specify 316 sheaths for high temperature use. The first is the mill certificate which must report silicon analysis with an acceptable range (say 0.60-0.80%). The second is a simplified oxidation screening test, in which a sample of the tube is heated in air at 650 °C for 100 hours and then cooled to ambient temperature. The sample is weighed before and after. Weight gain < 2 mg/cm² is good silicon oxidation resistance, > 5 mg/cm² is inadequate silicon. The third way is to metallographically cross-section the oxidised sample and assess the thickness and continuity of the silica layer. The continuous silica layer >0.2 µm ظاہر کرتا ہے کہ سلکان کافی ہے۔ جب تینوں تصدیقات درکار ہوں تو سب سے زیادہ اعتماد۔ اہم درخواستوں کے لیے۔

کم سلکان آکسیکرن خرابی کی فیلڈ تشخیص

For 316 sheaths that have failed in 600-650°C air service, suspect low silicon content if the scale is thick (>200 µm)، غیر-مسلسل (چھونے کے لیے چھونے والا) اور سرخی مائل-بھوری (Fe2O3) بجائے سبز-سیاہ (Cr2O3)۔ اگر بیس میٹل ناکافی تھی، تو الیکٹران مائیکروسکوپی یا دھاتی انٹرفیس کی اسکیل-کی جانچ 0.2% سے نیچے کوئی سلیکون یا سلکان لیول نہیں دکھائے گی۔ فیل ہونے والی میان مناسب سلکان والے مواد کے لیے 20 سے 50 µm کے مقابلے میں 200 سے 500 µm (شدید کھردرا اور پتلا ہونا) کا دھاتی نقصان دکھائے گی۔ فیل موڈ دیوار کے پتلا ہونے میں اضافہ کر رہا ہے اور آخرکار طول بلد تقسیم جب باقی دیوار اندرونی دباؤ کو مزید برداشت نہیں کر سکتی۔

نتیجہ: سلکان اہم اعلی درجہ حرارت پیرامیٹر

650 ڈگری پر ایئر سروس میں 316 سٹینلیس سٹیل کے لپیٹے ہوئے ہیٹرز کی آکسیڈیشن مزاحمت براہ راست الائینگ پیرامیٹر سلکان مواد سے کنٹرول ہوتی ہے۔ 0.4% سے کم سلیکان کے مواد کے ساتھ آکسیڈیشن تیز اور غیر-حفاظتی ہوتی ہے اور اسکیل اس طرح پھیل جاتا ہے کہ ہیٹر کی لائف 20,000 h سے کم ہو کر 3,000-5,000 h. 0.6-1.0% تک سلکان کو شامل کیا جاتا ہے تاکہ ایک مسلسل سلیکا سبسکل پیدا کیا جا سکے جو دو بار پھر ترتیب سے ترتیب دیا جاتا ہے۔ spalling کوئی بھی ایپلی کیشن جہاں میان کا درجہ حرارت 550 ڈگری سے زیادہ ہو اس کے لیے کم از کم سلیکون 0.50 % کی ضرورت ہوگی اور زیادہ سے زیادہ کارکردگی کے لیے 0.60-0.80 % تجویز کی جائے گی۔ 650 ڈگری یا 700 ڈگری سے اوپر کی کسی بھی سروس کے لیے مسلسل سروس کے لیے یہ بہتر ہے کہ 310 سٹینلیس سٹیل یا انکونل 600 پر اپ گریڈ کیا جائے بجائے اس کے کہ ہائی سیلیکون کے باوجود 316 پر انحصار کریں۔ سلیکون فیصد کو قابل پیمائش آکسیڈیشن کی شرحوں اور اسپیلنگ شروع کرنے سے جوڑ کر، یہاں تجویز کردہ نقطہ نظر خریداروں کو 316 میانوں کی وضاحت کرنے کی اجازت دیتا ہے جو بلند درجہ حرارت پر حفاظتی پیمانے کی سالمیت کو محفوظ رکھتے ہیں۔