Við hvaða sérstaka samsetningu brennisteinssýrustyrks og hitastigs þarf 2,0 millimetra 316 ryðfríu stáli slíður að lækka undir 5 vött á fersentímetra til að koma í veg fyrir virka tæringu í málmsúrböðum?

Vinnuverkfræðingar sem smíða rafmagnsdýfingarhitara fyrir málmsýringarböð í stálmyllum og málmframleiðsluiðnaði standa frammi fyrir einni erfiðustu skilyrðum fyrir 316 ryðfríu stáli slíður þegar þeir standa frammi fyrir brennisteinssýru við mikla hitastig. Súrböð eru almennt starfrækt við hitastig á bilinu 60 til 90 gráður og styrkur brennisteinssýru á bilinu 10 til 25%, oft með uppleystum járnsöltum, sem flækir tæringarhegðunina enn frekar. 2,0 mm veggþykkt er oft valin til að gera ráð fyrir tæringu og veita vélrænni seiglu við ókyrrð í baði og snertingu við vinnustykkið. Hins vegar, að keyra með venjulegum wattaþéttleika 8-12 W/cm2 veldur því að yfirborðshitastig slíðunnar er 20-40oC hærra en hitastig magnbaðsins, sem getur leitt til þess að slíðurinn fer í virka tæringarkerfið með tæringarhraða sem er meiri en 5 mm á ári. Í þessari grein auðkennum við viðeigandi samsetningar hitastigs og styrks þar sem 2,0 mm 316 slíður þarf að minnka undir 5 W/cm2 til að haldast innan óvirkrar tæringar.

316 Ryðfrítt stál í brennisteinssýru: Umskiptin frá óvirku í virka
Í 30. grein segir að í brennisteinssýru sé óvirka-virka umbreytingin á 316 ryðfríu stáli að miklu leyti háð hitastigi og styrk. Tæringartíðni er < 0,2 mm ár−1 í óvirku kerfinu. Í virku kerfinu er hlutfallið 5-20 mm á ári. Umbreytingarmörk súrsunarbaðsskilyrða fylgja ákveðinni feril. Umskiptishiti fyrir 10 prósent. brennisteinssýra er um 55 gráður C. Við 15% er 45 gráðu umskipti. Við 20% fer það niður í 38 gráður. Það fer allt að 32 gráður . - 25%. Fyrir hitara í magnbaði við 70 gráður með 15% brennisteinssýru er magnskilyrðið eitt og sér nú þegar yfir 45 gráðu umbreytingarhitastigi - baðið er virkt ætandi upp í 316 án hitaflæðis. 316 er ekki viðeigandi við þessar aðstæður, óháð veggþykkt eða wattaþéttleika. Hins vegar eru mörg súrsunarböð á breytingasvæðinu þar sem magnaðstæður eru óvirkar, en aukinn yfirborðshiti slíðunnar, vegna varmaflæðis, ýtir slíðinni inn í virka kerfið. Hitastigshækkunin frá lausu til yfirborðs slíðunnar er um 25–30 gráður fyrir 2,0 mm slíður við 10 W/cm². Magnbað við 40 gráður með 15% sýru (aðgerðalaus) leiðir til yfirborðshita slíðunnar 65–70 gráður, sem fer yfir 45 gráðu umskiptin, þannig að virk tæring á sér stað á slíðaryfirborðinu þrátt fyrir að magnbaðið sé óvirkt.

Mikilvægar niðurfellingarþröskuldar 2,0 millimetra slíður
Frádráttarþörf frá tæringarprófun á 316 sýnum, við hitastig og styrk sem lýtur að súrsunarböðum, eru sem hér segir. Slíður með 2,0 mm vegg. Gildi eru hámarkswattaþéttleiki sem heldur yfirborðshita slíðunnar að minnsta kosti 5 gráðum undir óvirka-virka umbreytingarhitastiginu fyrir tiltekinn magnstyrk.

Magn brennisteinssýrustyrkur Magnbaðshiti Óvirkt-virkt umbreytingarhitastig við þennan styrk Hámarkshiti slíðuryfirborðs (umskipti – 5 gráðu öryggismörk) Hámark. Leyfilegur Watt Density fyrir 2,0 mm. Slíður Mælt með aðgerð 10% 30 gráður 55 gráður 50 gráður 12 W/cm² Öruggt við venjulegan wattaþéttleika
10% 40 gráður 55 gráður 50 gráður 6 W/cm² Hækkun 10% 45 gráður 55 gráður 50 gráður 3 W/cm2 Jaðarlegir; Íhugaðu að uppfæra álfelgur 10% Yfir 48 gráður 55 gráður 50 gráður Ekki mögulegtTítan eða álfelgur 20
15% 25oC 45oC 40oC 10 W/cm2 Öruggt í miðlungs wattaþéttleika
15% 30 gráður 45 gráður 40 gráður 6 W/cm² Hækkun nauðsynleg
15% 35 gráður 45 gráður 40 gráður 2 W/cm2 Ekki hagnýt breyting álfelgur
15% Yfir 38 gráður 45 gráður 40 gráður Ekki mögulegt 316 ekki raunhæft
20% 20 gráður 38 gráður 33 gráður 8 W/cm² Öruggt við lágan wattaþéttleika
20% 25C 38C 33C 4 W/cm2 Meiriháttar lækkun 20% Yfir 28C 38C 33C Ekki mögulegt 316 hentar ekki
25% <25°C 32°C 27°C <3 W/cm² 316 not recommended
25% > 25 gráður 32 gráður 27 gráður Ekki mögulegt Notaðu Alloy 20 eða Titanium
Fyrir dæmigerð súrsunarbað við 15% brennisteinssýru og 35 gráðu magn hitastig verður 2,0 mm 316 slíðurinn að vera við eða undir 2 W/cm2 til að koma í veg fyrir virka tæringu. Við þennan wattaþéttleika væri hitarinn óhagkvæmilega langur hitari fyrir meðalaflþörf upp á 10-20 kW. Þannig að 316 passar ekki fyrir þessa þjónustu. Verkfræðingar ættu að íhuga að nota Alloy 20 (Carpenter 20) eða Alloy 825, sem báðar eru með óvirkt umskiptishitastig 30–50 gráður hærra en 316 í brennisteinssýru.

Hönnunarbreytingar til að koma í veg fyrir virka tæringu án niðurfellingar
Ef aðstæður til súrsunarbaðsins eru nálægt umbreytingarmörkum og 2,0 mm 316 slíður er þegar á sínum stað eða er nauðsynleg, geta þrjár hönnunarstillingar komið í veg fyrir virka tæringu án þess að fara hvaðtaþéttleikann niður fyrir hagnýt mörk. Í fyrsta lagi er að bæta sýruflæði yfir hitunaryfirborðið. Ólgandi rennsli með 1–2 m/s hraða dregur úr hitahækkun slíðuryfirborðs úr 25–30 í 10–15 gráður, sem getur komið í veg fyrir að slíðurinn nái að skiptapunkti. Önnur breytingin er að bæta við oxunarefni í baðið. Lítil viðbót af járnjónum eða vetnisperoxíði getur fært aðgerðalausa-virka umskiptin yfir í hærra hitastig um 10-20 gráður C, þannig að aðgerðin verði óvirk. Þriðja breytingin er tvöfaldur-wattþéttleiki hitari sem hefur lægri aflþéttleika í neðri hluta baðsins með mesta hitastigi vegna lagskiptingar. Fyrir flest súrsunarbað er verkfræðileg lausnin að uppfæra úr 316 í ónæmari málmblöndu. Venjulega er kostnaðarmunurinn á 2,0 mm 316 slíðri og Alloy 20 slíðri af sömu stærð 30-50%, en endingartíminn batnar úr mánuðum í 5-10 ár. Þegar hitarar eru tilgreindir fyrir súrsunarböð ættu verkfræðingar að láta birgjann í té heildarsamsetningu baðsins, hitastigið og hversu mikil ókyrrð er gert ráð fyrir. Ef framleiðandinn mælir með 316 fyrir 15% brennisteinssýru við 50 gráður og talar ekki um niðurfellingu eða möguleika á virkri tæringu, þá er hann ekki að gefa hæf ráð. Breytingin frá óvirkri í virka tæringu í brennisteinssýru er hröð og miskunnarlaus. 2,0 mm slíður sem tapar 5 mm/ári í virkri tæringu mun gatast á innan við 5 mánuðum. Frágangur<5 W/cm 2 is seldom feasible for commercial pickling baths, therefore alloy upgrade remains the only reliable remedy for most applications.