Математичне моделювання селективного розчинення сталі AІSІ 304 в оборотних хлоридовмісних водах при експлуатації теплообмінників

Abstract

UK: Мета роботи. Дослідження впливу хлоридовмісного середовища, хімічного складу і структурної гетерогенності сталі AISI304 на селективне розчинення металів ΔCr, ΔNi і ΔFe із стабільних пітінгів. Методи дослідження. Рентгеноспектральний аналіз, оптична мікроскопія, енергодисперсійний мікроаналіз, аналіз розроблених лінійних регресійних математичних моделей другого порядку для корозійних втрат металів із пітінгів. Отримані результати. На основі аналізу розроблених лінійних регресійних математичних моделей другого порядку для корозійних втрат металів із пітінгів встановлено, що ΔFe із пітінгів на поверхні сталі AISI 304 в модельних оборотних водах з рН=4...8 і концентрацією хлоридів 300 і 600 мг/л знижуються зі збільшенням у ній кількості оксидів (1, 98… 3,95мкм), середнього діаметру зерна аустеніту та зростають, коли середня відстань між оксидами та об’єм б-фериту в сталі росте. Доведено, що ΔNi із пітингів знижуються зі збільшенням у сталі кількості оксидів, об’єму б-фериту та сниженням середнього діаметру зерна аустеніту. Виявлено, що ΔCr сталі із пітінгів, в основному, залежать від концентрації хлоридів (1,98… 3,95 мкм) середнього діаметру зерна аустеніту і об’єму б-фериту. Висунуто гіпотезу, що це зумовлено інтенсивністю адсорбції хлоріонів на недосконалостях структури сталі AІSІ 304 в околі цих оксидів не перетині з межами зерен аустеніту, де зароджуються і підростають пітінги. Наукова новизна. Вперше встановлено, що коефіцієнт селективного розчинення Cr із пітінгів на поверхні сталі AІSІ 304 (ZСr) в модельних оборотних водах знижується зі збільшенням у сталі об’єму б-фериту, середнього діаметру зерна аустеніту та зниженням кількості оксидів. Це може сприяти переходу метастабільних пітінгів у стабільні. При цьому цей процес автокаталітичний, отже не залежить від параметрів модельних оборотних вод. Постановка завдань. Ґрунтуючись на встановлених особливостях селективного розчинення ΔCr, ΔNi та ΔFe із пітінгів на поверхні сталі AІSІ 304 дослідити вплив її пластичної деформації на пітінготривкість в хлоридовмісних модельних оборотних водах. Практична цінність. Розроблені математичні моделі використовуються для оцінки пітінготривкості сталі AІSІ304 в модельних оборотних водах залежно від її параметрів та середовища, де працюють теплообмінники, що вироблені з цієї сталі. EN: Purpose. Investigation of the effect of chloride-containing medium, chemical composition and structural heterogeneity of AiSi304 steel on selective dissolution of metals ΔCr, ΔNi and ΔFe from stable pits. Research methods. X-ray structural analysis, optical microscopy, energy dispersive microanalysis, analysis of the developed linear regression mathematical models of the second order for corrosion losses of metals from pits. Results. Based on the analysis of the developed linear regression mathematical models of the second order for corrosion losses of metals from pits, it was found that ΔFe from pits on the surface of AISI 304 steel in model circulating water with pH = 4...8 and chloride concentration of 300 and 600 mg / l decrease with an increase in it. the amount of oxides (1.98...3.95 microns), the average diameter of the austenite grain and increase when the average distance between the oxides and the volume of b- ferite in steel increases. It is proved that ΔNi from pits decreases with an increase in the amount of oxides in steel (1.98...3.95 ?m), the volume of b- ferite and a decrease in the average diameter of austenite grain. It was determined that ΔCr of steel from pits mainly depends on the concentration of chlorides in the model circulating water, the amount of oxides (1.98 ... 3.95 ?m), the average diameter of the austetin grain and the volume of b-ferite. It is hypothesized that this is due to the intensity of adsorption of chlorine ions on imperfections in the structure of AISI304 steel near these oxides at the intersection with the grain boundaries of austenite, where pits nucleate and grow. Scientific novelty. It was established for the first time that the coefficient of selective dissolution of Cr from pits on the surface of AISI 304 (ZCr ) steel in the circulating waters of the river decreases with an increase in the volume of b-ferite in the steel, the average diameter of austenite grain and a decrease in the amount of oxides. This can facilitate the transition of metastable pits to stable ones. Moreover, this process is autocatalytic; therefore, it does not depend on the parameters of the model circulating water. Statement of tasks. Based on the established features of selective dissolution of ΔCr, ΔNi and ΔFe from pits on the surface of AISI304 steel, to study the effect of its plastic defermation on pitting resistance in chloride-containing model circulating waters. Practical value. The developed mathematical models are used to assess the pitting resistance of AISI304 steel in model circulating waters, depending on its parameters and the environment where heat exchangers made of this steel operate.