स्टेनलेस स्टील का कास्टिक तनाव संक्षारण क्रैकिंग: तापमान और एकाग्रता सीमाएं

304 और 316 जैसे मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील आम तौर पर लगभग 50% सांद्रता और लगभग 93 डिग्री (199 डिग्री फारेनहाइट) तक कास्टिक (NaOH) हमले का विरोध करते हैं, लेकिन उस तापमान से ऊपर वे अस्थिर निष्क्रियता और कास्टिक तनाव संक्षारण क्रैकिंग (CSCC) - दोनों के प्रति संवेदनशील हो जाते हैं और कास्टिक जितना अधिक पतला होता है, क्रैकिंग शुरू होने से पहले तापमान को उतना ही अधिक चढ़ना पड़ता है, 1% NaOH जैसे कमजोर समाधानों में क्रैकिंग अभी भी संभव है। लगभग 200 डिग्री (392 डिग्री फारेनहाइट) से ऊपर। 300 डिग्री (572 डिग्री फारेनहाइट) से ऊपर, ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की कास्टिक क्रैकिंग काफी तेजी से हो सकती है, यही वह बिंदु है जिस पर अधिकांश विशिष्टताओं को निकल मिश्र धातु में जाने की आवश्यकता होती है।

सोडियम हाइड्रॉक्साइड (कास्टिक सोडा) सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले औद्योगिक रसायनों में से एक है - जो लुगदी और कागज प्रसंस्करण, एल्यूमिना रिफाइनिंग, रासायनिक विनिर्माण और सफाई प्रणालियों में पाया जाता है - और यह संक्षारण जोखिम प्रस्तुत करता है जो इंजीनियरों को आश्चर्यचकित करता है क्योंकि यह एसिड की तरह व्यवहार नहीं करता है। यह आलेख स्टेनलेस स्टील में कास्टिक तनाव संक्षारण क्रैकिंग को नियंत्रित करने वाले तापमान और एकाग्रता सीमाएं बताता है, बताता है कि सीमा एकाग्रता के आधार पर क्यों चलती है, और पहचानती है कि निकल मिश्र धातु सही सामग्री विकल्प कहां बनती है।

कास्टिक तनाव संक्षारण क्रैकिंग क्या है, और यह क्लोराइड एससीसी से कैसे भिन्न है?

कास्टिक एससीसी गर्म, संकेंद्रित हाइड्रॉक्साइड समाधानों द्वारा संचालित एक विशिष्ट क्रैकिंग तंत्र है जो क्लोराइड एससीसी के विपरीत तनावग्रस्त धातु की सतह - पर हमला करता है, यह क्लोराइड आयनों के कारण बिल्कुल भी नहीं होता है, और दोनों को रोकने के लिए पूरी तरह से अलग मिश्र धातु रणनीतियों की आवश्यकता होती है।

कास्टिक एससीसी और क्लोराइड एससीसी दोनों को एक साथ होने के लिए समान तीन अवयवों की आवश्यकता होती है: एक अतिसंवेदनशील मिश्र धातु, तन्य तनाव (वेल्डिंग, निर्माण या संचालन भार से), और एक पर्याप्त आक्रामक वातावरण। जहां वे विभक्त होते हैं वह पर्यावरण ही है। क्लोराइड एससीसी क्लोराइड आयनों द्वारा संचालित होता है जो निष्क्रिय फिल्म पर हमला करता है, आमतौर पर लगभग {{2}तटस्थ से अम्लीय, ऑक्सीजन युक्त पानी में।

कास्टिक एससीसी दृढ़ता से क्षारीय हाइड्रॉक्साइड समाधान - सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH), पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH), या कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड - द्वारा संचालित होता है और विशेष रूप से ऊंचे तापमान और एकाग्रता पर एक जोखिम बन जाता है, जिसे ऐतिहासिक रूप से "कास्टिक एम्ब्रिटलमेंट" के रूप में जाना जाता है जब इसे पहली बार रिवेटेड बॉयलर शेल में पहचाना गया था। क्योंकि ड्राइविंग रसायन शास्त्र चरित्र में विपरीत है, क्लोराइड समस्या को हल करने के लिए चुना गया एक मिश्र धातु अपग्रेड स्वचालित रूप से कास्टिक समस्या को हल नहीं करता है, और इसके विपरीत - सामग्री चयन को विशिष्ट वातावरण से मेल खाना पड़ता है।

मानक स्टेनलेस स्टील में कास्टिक एससीसी किस तापमान और सांद्रता पर शुरू होता है?

304 और 316 स्टेनलेस स्टील आम तौर पर NaOH में लगभग 50% सांद्रता और लगभग 93 डिग्री (199 डिग्री F) तक अच्छी तरह से टिके रहते हैं; उस तापमान से ऊपर, सामान्य संक्षारण प्रतिरोध और क्रैकिंग प्रतिरोध दोनों में गिरावट आती है, और कास्टिक वास्तव में कितना केंद्रित है, इसके आधार पर सटीक क्रैकिंग थ्रेशोल्ड में बदलाव होता है।

उद्योग संक्षारण डेटा मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील के लिए व्यावहारिक सेवा सीमा को लगभग 50% NaOH एकाग्रता और लगभग 93 डिग्री (199 डिग्री F) पर रखता है। इस तापमान से ऊपर, निष्क्रिय फिल्म जो स्टेनलेस स्टील को संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करती है, अस्थिर हो जाती है, जिससे त्वरित सामान्य संक्षारण और कास्टिक तनाव संक्षारण क्रैकिंग दोनों का द्वार खुल जाता है। अलग से रिपोर्ट की गई औद्योगिक अनुप्रयोग सीमाएँ ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की व्यावहारिक कास्टिक सेवा सीमा को 70-90 डिग्री के आसपास रखती हैं, साथ ही 300 {9 }}श्रृंखला ग्रेड की क्रैकिंग को भी लगभग 100 डिग्री {{11 }} आंकड़ों से ऊपर प्रलेखित किया गया है जो मोटे तौर पर ~93 डिग्री सीमा के अनुरूप हैं और विभिन्न पौधों, अशुद्धता स्तरों और तनाव स्थितियों में देखे गए वास्तविक दुनिया के बिखराव को दर्शाते हैं।

धातु को तोड़ने के लिए कम NaOH सांद्रता के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता क्यों होती है?

क्रैकिंग सीमा पर एकाग्रता और तापमान एक-दूसरे के विपरीत होते हैं - तनु कास्टिक समाधानों को क्रैकिंग शुरू करने के लिए संकेंद्रित समाधानों की तुलना में बहुत अधिक तापमान की आवश्यकता होती है, यही कारण है कि तापमान {{1}सांद्रण वक्र, एक संख्या नहीं, जोखिम के बारे में सोचने का सही तरीका है।

लगभग 15% से कम NaOH सांद्रता पर, असंवेदनशील स्टेनलेस स्टील को तोड़ने के लिए आवश्यक तापमान काफी बढ़ जाता है। लगभग 1% NaOH जितनी कम सांद्रता पर, टूटने की प्रवृत्ति आमतौर पर तब तक प्रकट नहीं होती जब तक कि तापमान लगभग 200 डिग्री (392 डिग्री F) से अधिक न हो जाए। जैसे-जैसे तापमान आगे बढ़ता है, प्रतिक्रिया तेजी से तेज हो जाती है: लगभग 300 डिग्री (572 डिग्री फारेनहाइट) से ऊपर, ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील की कास्टिक क्रैकिंग काफी तेजी से आगे बढ़ सकती है।

यह व्युत्क्रम संबंध - कम सांद्रता के लिए उच्च तापमान की आवश्यकता होती है, और इसके विपरीत - यही कारण है कि कास्टिक एससीसी जोखिम को एकल पास/असफल सीमा के बजाय तापमान पर सीमा वक्र के रूप में उचित रूप से दर्शाया जाता है। एक प्रक्रिया जो कम सांद्रता और मध्यम तापमान पर सुरक्षित दिखती है, वह जोखिम क्षेत्र में प्रवेश कर सकती है यदि इनमें से कोई भी परिवर्तन मामूली रूप से भी बढ़ता है।

क्या संवेदीकरण स्टेनलेस स्टील को कास्टिक क्रैकिंग के प्रति अधिक संवेदनशील बनाता है?

हां - संवेदीकरण, अनुचित गर्मी उपचार या धीमी गति से ठंडी वेल्डिंग से अनाज की सीमाओं पर क्रोमियम कार्बाइड का निर्माण, क्रोमियम {{2} क्षीण पथ बनाकर प्रभावी क्रैकिंग थ्रेशोल्ड को कम करता है जिसके साथ कास्टिक हमला केंद्रित हो सकता है।

संवेदीकरण तब होता है जब एक स्टेनलेस स्टील को लगभग 425-870 डिग्री रेंज में रखा जाता है, या धीरे-धीरे ठंडा किया जाता है, जिससे क्रोमियम कार्बन के साथ मिल जाता है और अनाज की सीमाओं के साथ क्रोमियम कार्बाइड के रूप में अवक्षेपित हो जाता है। यह स्थानीय रूप से निकटतम धातु में क्रोमियम को कम कर देता है, निष्क्रिय फिल्म को कमजोर कर देता है जहां दरार पथ बनते हैं।

जबकि बेस क्रैकिंग तंत्र असंवेदनशील सामग्री पर भी काम करता है, संवेदीकरण को व्यापक रूप से एक ऐसे कारक के रूप में पहचाना जाता है जो तापमान {{0} एकाग्रता सीमा को गलत दिशा में स्थानांतरित करता है - एक और कारण कम {{2}कार्बन ("एल" ग्रेड) या स्थिर स्टेनलेस स्टील्स, और सही ढंग से निष्पादित पोस्ट {{3} वेल्ड गर्मी उपचार, कास्टिक सेवा उपकरण के लिए सामान्य विनिर्देश आवश्यकताएं हैं।

क्या डुप्लेक्स या सुपर -ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस ग्रेड 304/316 से अधिक विश्वसनीय अपग्रेड हैं?

उच्चतर {{0}मिश्रित स्टेनलेस ग्रेड जैसे कि 904L और 6% मोलिब्डेनम सुपर{{3}ऑस्टेनिटिक परिवार आम तौर पर आक्रामक सेवा में 304/316 की तुलना में सार्थक रूप से बेहतर प्रतिरोध प्रदान करते हैं, लेकिन कास्टिक क्रैकिंग प्रतिरोध मिश्र धातु सामग्री के साथ स्केल नहीं करता है, उसी सरल तरीके से पिटिंग प्रतिरोध करता है - विशिष्ट कास्टिक वातावरण के लिए सत्यापन अभी भी मायने रखता है।

क्लोराइड से संचालित क्रैकिंग और पिटिंग के लिए, उच्च निकल और मोलिब्डेनम सामग्री विश्वसनीय रूप से अधिक प्रतिरोध खरीदती है, और यह पैटर्न ऑस्टेनिटिक ग्रेड के लिए अच्छी तरह से प्रलेखित है। कास्टिक वातावरण अलग तरह से व्यवहार करते हैं: कुछ शोध बताते हैं कि मोलिब्डेनम सामग्री, जो क्लोराइड हमले के खिलाफ अत्यधिक फायदेमंद है, वास्तव में निकल मिश्र धातु कास्टिक प्रतिरोध में अप्रभावी हो सकती है, जबकि क्रोमियम उच्च कास्टिक सांद्रता पर व्यापक रूप से अनुकूल रहता है। इसका मतलब यह है कि एक ग्रेड को पूरी तरह से इसलिए चुना गया क्योंकि यह क्लोराइड्स {{4}L, 6Mo सुपर {{6}ऑस्टेनिटिक, या निकल {{7}मोलिब्डेनम मिश्र धातु - के खिलाफ अच्छा प्रदर्शन करता है, यह नहीं माना जाना चाहिए कि यह हाइड्रॉक्साइड वातावरण के लिए विशिष्ट डेटा की जांच किए बिना कास्टिक सेवा में आनुपातिक सुधार प्रदान करता है, न कि क्लोराइड वातावरण के लिए।

कास्टिक सेवा के लिए निकल मिश्र धातु को स्टेनलेस स्टील की जगह कब लेनी चाहिए?

एक बार जब परिचालन की स्थिति स्टेनलेस स्टील की व्यावहारिक सीमा - से अधिक हो जाती है, जो लगभग 93 डिग्री से ऊपर के तापमान के साथ संयुक्त रूप से 50% NaOH सांद्रता से ऊपर हो जाती है, या कोई भी सेवा जहां लगभग 100 डिग्री से ऊपर निरंतर एक्सपोज़र की उम्मीद होती है - व्यावसायिक रूप से शुद्ध निकल समूह के व्यापक मार्जिन की पेशकश करता है।

निकल मिश्र धातुओं में सामान्य पैटर्न स्पष्ट है, यहां तक ​​कि सटीक संख्याएं स्रोत के अनुसार भिन्न होती हैं: उच्च निकल सामग्री कम सामान्य संक्षारण दर और कास्टिक हमले के लिए अधिक प्रतिरोध से संबंधित होती है, यही कारण है कि व्यावसायिक रूप से शुद्ध निकल - स्टेनलेस स्टील नहीं है, और जरूरी नहीं कि सबसे भारी मिश्र धातु निकल मिश्र धातु - अक्सर सबसे गंभीर गर्म, केंद्रित कास्टिक सेवाओं के लिए संदर्भ सामग्री है।

क्या मिश्र धातु 600 वास्तव में कास्टिक क्रैकिंग के प्रति प्रतिरक्षित है?

नहीं - मिश्र धातु 600 स्टेनलेस स्टील की तुलना में कहीं बेहतर कास्टिक हमले का प्रतिरोध करता है और व्यापक रूप से गर्म कास्टिक सेवा में उपयोग किया जाता है, लेकिन यह प्रतिरक्षा नहीं है, और प्रलेखित प्रयोगशाला और क्षेत्र के मामलों से पता चलता है कि यह तापमान, एकाग्रता और एक्सपोज़र समय के पर्याप्त गंभीर संयोजन के तहत दरार कर सकता है।

यह उन लोगों के लिए एक महत्वपूर्ण बारीकियां है जो मानते हैं कि निकल मिश्र धातु के उन्नयन से कास्टिक क्रैकिंग का जोखिम पूरी तरह समाप्त हो जाता है। मिश्र धातु 600 को परीक्षण स्थितियों के तहत 315 डिग्री (600 डिग्री एफ) पर निष्क्रिय 10% NaOH समाधान में दरार करने के लिए दिखाया गया है, और औद्योगिक अनुभव पुष्टि करता है कि लंबे समय तक सेवा के बाद, मिश्र धातु 600 अभी भी गर्म कास्टिक वातावरण में दरारें विकसित कर सकता है, भले ही यह स्टेनलेस स्टील से काफी बेहतर प्रदर्शन करता है।

मिश्र धातु 600 में क्रैकिंग व्यवहार को इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता से भी जोड़ा गया है, जिसमें सामग्री की प्राकृतिक संक्षारण क्षमता - की तुलना में लगभग 200 एमवी अधिक सकारात्मक क्षमता पर अधिकतम संवेदनशीलता देखी गई है, जिसका अर्थ है कि न केवल तापमान और एकाग्रता, बल्कि इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता को प्रभावित करने वाली प्रक्रिया की स्थिति भी क्रैकिंग शुरू होने पर प्रभाव डाल सकती है। मिश्र धातु 690 जैसे नए मिश्र धातु, जिसमें काफी अधिक क्रोमियम होता है, को विशेष रूप से मिश्र धातु 600 के दीर्घकालिक प्रदर्शन में सुधार करने के लिए कुछ सबसे अधिक मांग वाले कास्टिक और उच्च तापमान वाली सेवाओं में अपनाया गया है।

क्या तापमान और सांद्रता के अलावा अन्य कारक कास्टिक एससीसी जोखिम को प्रभावित करते हैं?

हां - जमा, गैल्वेनिक युग्मन, लागू विद्युत रासायनिक क्षमता, और वेल्डिंग से अवशिष्ट तनाव सभी प्रभावी क्रैकिंग थ्रेशोल्ड को बदल देते हैं, यही कारण है कि वास्तविक - विश्व कास्टिक एससीसी विफलताएं अक्सर प्रयोगशाला तापमान की तुलना में हल्की स्थितियों में होती हैं {{2} एकाग्रता चार्ट अकेले भविष्यवाणी कर सकते हैं।

जमाव और दरारें: झरझरा जमाव (जैसे भाप जनरेटर सेवा में मैग्नेटाइट) स्थानीय स्तर पर कास्टिक को केंद्रित कर सकता है और गैल्वेनिक युग्मन बना सकता है जो निकल मिश्र धातु की इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता को क्रैकिंग के लिए अतिसंवेदनशील सीमा में बदल देता है, भले ही थोक समाधान हल्का दिखता हो।

एप्लाइड इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता: मिश्र धातु 600 में क्रैकिंग संवेदनशीलता इसकी संक्षारण क्षमता के सापेक्ष एक विशिष्ट संभावित सीमा पर होती है, जिसका अर्थ है कि सरल एकाग्रता और तापमान से परे प्रक्रिया रसायन विज्ञान मायने रख सकता है।

अवशिष्ट तनाव: वेल्डिंग, ठंड का निर्माण, और अपर्याप्त तनाव राहत सभी स्थानीय तन्य तनाव को बढ़ाते हैं जिसे कास्टिक एससीसी को शुरू करने की आवश्यकता होती है - उचित पोस्ट के माध्यम से उस तनाव को कम करने के लिए वेल्ड गर्मी उपचार सामग्री की पसंद से स्वतंत्र जोखिम को कम करता है।

प्रदूषक: सीसा ऑक्साइड और सोडियम थायोसल्फेट जैसी प्रजातियों में कास्टिक क्रैकिंग में तेजी लाने की सूचना मिली है, जबकि टाइटेनियम डाइऑक्साइड सहित अन्य ने कुछ निकल मिश्र धातु प्रणालियों में अवरोधक प्रभाव दिखाया है।

अभ्यास में कास्टिक एससीसी जोखिम को प्रबंधित करने के लिए इंजीनियरों को क्या करना चाहिए?

मिश्र धातु को वास्तविक ऑपरेटिंग तापमान {{0} एकाग्रता संयोजन (सिर्फ नाममात्र डिजाइन बिंदु नहीं) से मिलाएं, वेल्डिंग अवशिष्ट तनाव से छुटकारा पाएं, और निकल मिश्र धातु - सहित किसी भी एकल मिश्र धातु - को बिना शर्त प्रतिरक्षा मानने से बचें।

स्टार्टअप, अपसेट और एकाग्रता भ्रमण सहित वास्तविक प्रक्रिया संचालन लिफाफे को प्लॉट करें, न कि केवल नाममात्र स्थिर {{1} राज्य की स्थिति - को तापमान के विरुद्ध {{3} उम्मीदवार मिश्र धातु के लिए एकाग्रता क्रैकिंग सीमा के विरुद्ध बताएं।

कम {0}कार्बन या स्थिर ग्रेड निर्दिष्ट करें, और वेल्ड हीट ट्रीटमेंट के बाद सही तरीके से निष्पादित करें, जहां भी वेल्डेड स्टेनलेस स्टील को संवेदीकरण से संबंधित जोखिम का मुकाबला करने के लिए निरंतर कास्टिक एक्सपोज़र दिखाई देगा।

क्लोराइड प्रतिरोध के लिए विकसित डेटा को कास्टिक सेवा के लिए गैर-हस्तांतरणीय मानें; पूरी तरह से पिटिंग प्रतिरोध क्रेडेंशियल के आधार पर अपग्रेड करने से पहले कास्टिक विशिष्ट परीक्षण डेटा के विरुद्ध मिश्र धातु के प्रदर्शन को सत्यापित करें।

लगभग 50% NaOH और 93 डिग्री से ऊपर की सेवाओं के लिए, या लगभग 100 डिग्री से ऊपर के किसी भी निरंतर एक्सपोज़र के लिए, स्टेनलेस स्टील को उसकी प्रलेखित सेवा सीमा से आगे बढ़ाने के बजाय निकल मिश्र धातु का मूल्यांकन करें।

निकल मिश्र धातु का चयन करने के बाद भी, विशिष्ट प्रणाली में जमाव की स्थिति, गैल्वेनिक युग्मन और इलेक्ट्रोकेमिकल क्षमता को ध्यान में रखें, क्योंकि इन कारकों को केवल तापमान और एकाग्रता द्वारा सुझाए गए 'सुरक्षित' क्षेत्र के बाहर दरार उत्पन्न करने के लिए प्रेरित किया गया है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

कास्टिक सोडा सेवा में 316 स्टेनलेस स्टील के लिए अधिकतम तापमान क्या है?

मोटे तौर पर 93 डिग्री (199 डिग्री फ़ारेनहाइट) लगभग 50% सांद्रता तक NaOH में मानक ऑस्टेनिटिक स्टेनलेस स्टील के लिए व्यापक रूप से उद्धृत सामान्य सेवा सीमा है; उस तापमान से ऊपर, सामान्य क्षरण और दरार पड़ने का जोखिम दोनों बढ़ जाता है।

क्या तनु NaOH विलयनों में कास्टिक तनाव संक्षारण क्रैकिंग हो सकती है?

हाँ, लेकिन इसके लिए बहुत अधिक तापमान की आवश्यकता होती है। लगभग 1% NaOH जितने पतले घोल में क्रैकिंग की प्रवृत्ति लगभग 200 डिग्री (392 डिग्री F) से ऊपर बताई गई है, जो कि जहां अधिकांश स्टेनलेस स्टील कास्टिक सेवा वास्तव में संचालित होती है, उससे काफी ऊपर है।

क्या कास्टिक एससीसी क्लोराइड तनाव संक्षारण क्रैकिंग के समान है?

नहीं, वे अलग-अलग रसायन विज्ञान द्वारा संचालित अलग-अलग तंत्र हैं, एक मामले में क्लोराइड आयन, दूसरे में गर्म केंद्रित हाइड्रॉक्साइड समाधान - और एक का प्रतिरोध करने के लिए चुना गया मिश्र धातु स्वचालित रूप से दूसरे का विरोध नहीं करता है।

क्या व्यावसायिक रूप से शुद्ध निकल कास्टिक क्रैकिंग से प्रतिरक्षित है?

यह सामान्य इंजीनियरिंग मिश्र धातुओं के बीच सबसे व्यापक प्रतिरोध प्रदान करता है, जो लगभग 538 डिग्री तक के तापमान पर पिघले हुए निर्जल NaOH में भी प्रयोग करने योग्य है, लेकिन स्रोत इस बात पर भिन्न हैं कि क्या यह लगभग 300 डिग्री से ऊपर थोड़ा अतिसंवेदनशील रहता है या व्यावहारिक रूप से प्रतिरक्षा है, इसलिए इसे हर चरम परिदृश्य में बिना शर्त दरार प्रमाण के रूप में नहीं माना जाना चाहिए।

अनुशंसित अपग्रेड होने के बावजूद अलॉय 600 कभी-कभी कास्टिक सेवा में क्यों टूट जाता है?

मिश्र धातु 600 गर्म कास्टिक वातावरण में स्टेनलेस स्टील से काफी बेहतर प्रदर्शन करता है, लेकिन यह प्रतिरक्षित नहीं है - प्रलेखित मामलों में लंबे समय तक संपर्क के बाद और विशिष्ट इलेक्ट्रोकेमिकल संभावित स्थितियों के तहत, विशेष रूप से उच्च तापमान और एकाग्रता पर, दरारें दिखाई देती हैं।