S31803 해수 구멍, 틈새 및 응력 부식 균열 데이터의 내식성

듀플렉스 2205(UNS S31803)은 바닷물에서 잘 작동하지만 면역성이 없습니다. 각각 약 35-40°C 및 20-25°C(표준 염화제이철 테스트에서) 이하에서 공식 및 틈새 공격에 저항하고 316L보다 염화물 응력 부식 균열에 훨씬 더 저항합니다. 그러나 우수한 설계 관행에 따라 폭기된 해수에서 대략 60°C 연속 서비스로 제한되어야 합니다.

한 문장으로 말하면, 2205는 약 60°C 이하의 많은 해수 작업에 대해 강력하고 비용 효율적인 선택입니다. 그러나 신중하게 지정하고 제작해야 합니다. - 특히 좁은 틈과 정체 구역을 피해야 합니다. - 그렇지 않으면 스테인리스 스틸처럼 구멍과 틈새가-부식됩니다.

S31803 Corrosion Resistance in Seawater Pitting

주요 시사점

S31803의 PREN은 약 32{4}}35(S32205 등급은 34-38)입니다. 이는 많은 해수 응용 분야에 충분히 높지만 모든 해수 응용 분야에 적용되는 것은 아닙니다.
임계 피팅 온도(CPT): ASTM G48 염화제이철 테스트에서 약 35-40°C.
임계 틈새 온도(CCT): 약 20-25°C - 틈새는 개방된 표면보다 더 민감한 약점입니다.
염화물 응력 부식 균열(SCC): 2205는 316L보다 훨씬 더 저항력이 높습니다. 폭기된 해수에서는 약 60°C까지 안전합니다(316L은 ~60°C 이상에서 작동하지 않음).
유속이 중요합니다. ~1-1.5m/s 이상으로 이동하는 해수는 국부적인 부식을 유발하는 퇴적물과 생물 부착을 방지합니다.
용접은 ER2209 필러와 제어된 열 입력을 사용해야 합니다. 사후-용접 산세는 내식성을 회복합니다.

S31803은 2상(오스테나이트 + 페라이트) 스테인리스강인 Duplex 2205에 대한 원래 UNS 지정입니다. 더 새롭고 엄격한-사양 버전은 UNS S32205입니다. 둘 다 대략 22% Cr, 5% Ni, 3% Mo 및 질소를 공유하며 약 32-38의 PREN을 제공합니다.

페라이트 절반, 오스테나이트 절반 -에 대한 "이중" 미세 구조 -는 2205가 강도와 염화물 부식 모두에서 316L을 능가하는 이유입니다. 페라이트 상은 염화물 응력 부식 균열의 경로를 차단하는 반면, 크롬, 몰리브덴 및 질소는 공식 저항을 높입니다.

요소	S31803	S32205 (개선)
크롬	21-23%	22-23%
니켈	4.5-6.5%	4.5-6.5%
몰리브덴	2.5-3.5%	3.0-3.5%
질소	0.08-0.20%	0.14-0.20%
프렌 (대략)	32-35	34-38

구멍은 패시브 필름이 일반적으로 침전물, 생물 오염 또는 긁힘 - 하에서 분해되는 - 곳에서 시작되고 염화물 이온은 노출된 금속을 공격하여 벽을 천공할 수 있는 작은 깊은 구멍을 형성합니다.

바닷물은 약 19,000-35,000ppm의 염화물과 산소를 운반하기 때문에 공격적입니다. 염화물은 스테인레스 스틸 부동태 피막을 파괴하는 이온입니다. 산소(튀김/통기)가 부식 셀을 구동합니다. 따뜻한 물은 반응을 가속화합니다. 구덩이에 핵이 생성되면 자립적이고 정체된 지역에서 빠르게 성장합니다.

ASTM G48 염화제2철-시험에서 S31803/S32205는 약 35-40°C의 임계 피팅 온도(CPT)를 나타냅니다. 이 온도 이상에서는 공격적인 염화물에서 피팅 위험이 급격히 증가합니다.

CPT는 ASTM G48 방법 A(피트가 나타날 때까지 온도 상승에서 6% FeCl3)에 따라 측정됩니다. 실제 해수는 FeCl3 용액보다 염화물 함량이 낮으므로 현장 CPT는 더 높지만 - 테스트에서는 보수적인 순위를 제공합니다. 실제 지침: 2205는 약 30-35°C 이하의 개방된 흐르는 해수에 대해 신뢰할 수 있습니다. 그 이상에서는 설계 마진이 줄어들고 2507(슈퍼 듀플렉스) 이상의 합금이 선호됩니다.

합금	프렌	CPT(ASTM G48, 약)
316L	24-26	~20-25℃
S31803 / 2205	32-38	~35-40℃
S32750 / 2507	40-43	~55-70℃

틈새 부식은 2205의 구멍 뚫림보다 더 나쁩니다. 볼트 체결부, 개스킷, 랩 용접 또는 해양 성장 아래에 정체된 해수가 산소를 고갈시키고 산성화하여 틈새 내부의 금속을 공격합니다.

How Does Crevice Corrosion Behave in Seawater

틈새가 물을 가두어 산소 보충을 차단하기 때문에 내부 금속은 양극화되어 표면이 안전한 온도에서도 부식됩니다. 이는 바닷물에서 스테인레스 강의 가장 일반적인 파손 모드입니다.

ASTM G48 염화제이철-염화철 테스트에서 2205의 임계 틈새 온도(CCT)는 약 20-25°C로 CPT보다 약 10-15°C 낮으며, 이는 틈새가 제한 요소임을 확인합니다.

합금	CCT(ASTM G48, 약)	실제 바닷물 한도
316L	~10-15℃	거의 적합하지 않음
S31803 / 2205	~20-25℃	~20-30°C 흐름 이하에서 양호
S32750 / 2507	~40-50℃	~50°C까지 우수함

설계 교훈: 2205 해수 서비스를 시원하게 유지하고(틈새 지역에서 약 25~30°C 미만) 연속 흐름을 사용하며 밀봉 또는 음극 보호 없이 단단히 볼트로 연결된 틈새를 피하십시오.

2205는 균열 전파를 차단하는 페라이트 상 덕분에 316L보다 염화물 SCC에 대한 내성이 훨씬 더 높습니다. 일반적으로 최대 약 60°C의 폭기된 해수에서는 안전한 것으로 간주되는 반면, 316L은 ~60°C 이상에서 깨질 수 있습니다.

염화물 SCC에는 인장 응력, 염화물 및 충분한 온도의 세 가지가 필요합니다.. 316L(완전 오스테나이트계)은 뜨거운 염화물에서 SCC에 의해 놀라울 정도로 자주 파손됩니다. 2205의 페라이트 반쪽은 균열 발생을 막아 임계 온도를 크게 높입니다. 업계 관행(예: Norsok M-001)에서는 달리 검증되지 않는 한 해수의 듀플렉스 스테인리스 온도를 약 60°C로 제한합니다.

합금 계열	염화물 SCC 임계값(해수, 대략)
오스테나이트계 316L	~60°C 이상에서는 실패(방지)
듀플렉스 2205 (S31803)	~60°C까지 사용 가능; 보수적 한계
슈퍼 듀플렉스 2507	~80-90°C에서 사용 가능

바닷물의 경우: 316L은 한계가 있으며 일반적으로 지속적인 침수에는 피합니다. 2205는 시원한 바닷물을 흐르게 하는 경제적인 표준 장비입니다. 2507은 따뜻한 고속-또는 염소 함량이 높은{4}}해수를 위한 프리미엄 선택입니다.

미터법	316L	S31803 / 2205	S32750 / 2507
프렌	24-26	32-38	40-43
CPT	~20-25℃	~35-40℃	~55-70℃
CCT	~10-15℃	~20-25℃	~40-50℃
SCC 한도	~60°C(피하세요)	~60℃	~80-90℃
비용(kg당)	1.0x	~1.6x	~2.3x

2205가 해수에서 생존할 수 있는지 여부를 좌우하는 5가지 요소는 온도, 유속, 산소, 틈새/퇴적물 및 생물 부착입니다. 이를 제어하면 2205는 수십 년 동안 성능을 발휘합니다.

온도: 틈새 영역에서는 ~30-35°C 미만으로 유지하고 SCC 안전을 위해서는 최대 ~60°C를 유지합니다.
유속: 퇴적물 및 생물 오염을 방지하려면 ~1-1.5m/s 이상을 유지하십시오. 정체된 죽은 다리를 피하십시오.
산소: 폭기(튀는) 구역은 부식성이 더 높지만 자체-비활성화됩니다. 간헐적이지 않고 완전히 젖도록 설계되었습니다.
퇴적물 및 해양 성장: 정기적으로 청소합니다. 오염은 구멍이 나는 틈새를 만듭니다.
음극 보호: 2205를 희생 양극(Zn/Al)에 결합하거나 전류를 인가하여 정착 구역의 수명을 연장합니다.

올바른 용접은 2205 내식성을 보존합니다. 잘못된 열 입력 또는 사후-용접 청소 생략으로 인해 문제가 발생할 수 있습니다. ER2209 필러를 사용하고, 층간 온도를 150°C 이하로 제어하고, 용접 후에는 항상 산세/부동태화 처리하십시오.

필러: ER2209(일치하는 이중)로 PREN과 위상 균형을 유지합니다.
열 입력: ~0.5-2.5 kJ/mm로 유지; 너무 뜨거우면 부서지기 쉬운 시그마 상이 형성되고, 너무 차가우면 과도한 페라이트가 남습니다.
위상 균형: 35-65% 페라이트를 목표로 합니다. PMI/페라이트 범위로 확인하십시오.
사후-용접: 산세척 + 부동태화는 크롬이 풍부한-수동 피막을 복원합니다. 그라인딩만으로는 충분하지 않습니다.
탄소강 오염을 피하세요(철 입자로 인해 녹 반점이 발생함). - 전용 도구를 사용하세요.

Do not use 2205 for warm (>60 deg C) stagnant seawater, tight unvented crevices at >30°C, CPT 이상의 연속 침수 또는 극저온/LNG 사용. 이러한 경우에는 2507, 6Mo 슈퍼 오스테나이트 또는 니켈 합금까지 단계적으로 적용됩니다.

따뜻하고 산소가-풍부하며 저유량{1}}~35~40°C 이상의 해수: 2507 또는 6Mo를 선택하세요.
열대 해역의 볼트로 단단히 고정된 플랜지 틈새: 씰, CP 또는 업그레이드 합금.
극저온 해수/LNG(-162℃): 듀플렉스가 아닌 304L/316L을 사용합니다.
높은 H2S + 염화물(신맛) 가혹한 서비스: NACE MR0175를 확인하고 2507을 고려합니다.

Q: S31803은 2205와 동일합니까?

A: S31803은 Duplex 2205의 원래 UNS입니다. S32205는 더 단단하고 더 높은 질소/몰리브덴 화학 성분과 약간 더 나은 내식성을 갖춘 최신 버전입니다. 현재 대부분의 공장에서는 S32205를 공급하고 있습니다.

Q: 2205를 바닷물에 사용할 수 있나요?

A: 예, 디자인이 좋은 흐르는 시원한(약 30-35°C 틈새/60°C SCC 미만) 해수용입니다. 보호 장치 없이 따뜻하고 고인 바닷물이나 좁은 틈에는 적합하지 않습니다.

Q: Duplex 2205의 CPT는 무엇입니까?

A: ASTM G48 염화제2철 테스트에서는 약 35-40°C입니다. 실제 해수의 현장 성능은 일반적으로 더 좋지만 설계에서는 여유를 유지해야 합니다.

Q: 바닷물에서는 316L보다 2205가 더 좋나요?

답변: 예, - 2205은(는) 316L의 PREN이 약 1.3~1.5배이고 염화물 SCC 저항성이 훨씬 우수하므로 316L이 실패할 경우 표준 선택이 됩니다.

Q: 2205는 바닷물에서 음극 보호가 필요합니까?

A: 항상 그런 것은 아니지만, 정체되거나 틈새가 있는 영역에서 희생 양극에 결합하면 수명이 크게 연장되며 일반적인 관행입니다.

Q: 바닷물에서 2205년에 안전한 온도는 몇 도입니까?

A: SCC를 방지하려면 틈새 영역을 약 25-30°C 미만으로 유지하고 전체 서비스를 약 60°C 미만으로 유지하십시오. 더 차갑고 흐르는 것이 항상 더 안전합니다.

S31803/Duplex 2205는 PREN이 약 32~38°C, CPT가 약 35~40°C, CCT가 약 20~25°C이고 염화물 SCC 저항성이 316L보다 훨씬 우수한 다양한 해수 응용 분야에서 검증된 비용 효율적인 소재입니다. 한계는 분명합니다. 틈새와 따뜻한 고인 물은 적이며 지속적인 서비스는 약 60°C 미만으로 유지되어야 합니다.

경험 법칙: 틈새가 통제된 시원하고 흐르는 바닷물의 경우 2205가 현명한 기본값입니다. 따뜻하고-염화물이 많거나 틈새가 심한 서비스의 경우 Super Duplex 2507로 업그레이드하세요.

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