Αυτή η μελέτη επικεντρώνεται στη συμπεριφορά διάβρωσης των ενσωματωμένων σπειροειδών πτερυγωτών σωλήνων σε περιβάλλοντα καυσαερίων θειικού οξέος χαμηλής θερμοκρασίας, με έμφαση στις επιπτώσεις των διαφορετικών αποστάσεων βήματος στην αντοχή στη διάβρωση των πτερυγωτών σωλήνων από χάλυβα A106 Gr.B και ND, καθώς και στην εξέλιξη των μικροδομών τους. Τα δείγματα ελήφθησαν από μια βιομηχανική γραμμή παραγωγής θερμής έλασης, με τον χάλυβα A106 Gr.B να έχει αποστάσεις βήματος ρυθμισμένες στα 8 mm, 11 mm και 13 mm, και τον χάλυβα ND στα 8 mm και 11 mm. Όλα τα δείγματα λειάνθηκαν σε 1200 grit και στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε δοκιμές διάβρωσης εμβάπτισης σε θάλαμο σταθερής θερμοκρασίας και υγρασίας. Οι πειραματικές παράμετροι κάλυψαν θερμοκρασίες που κυμαίνονταν από 30 έως 140 ℃, κλάσματα μάζας θειικού οξέος από 30 έως 80 % και χρόνους διάβρωσης από 2 έως 4 ώρες. Ο ρυθμός διάβρωσης υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο απώλειας βάρους, με μονάδες mg·cm^⁻²·h^⁻¹. Ο αριθμός των παράλληλων δειγμάτων ήταν ≥3 και η σχετική τυπική απόκλιση ελέγχθηκε εντός 5 %.

Η προετοιμασία μεταλλογραφικών δειγμάτων ακολούθησε τις τυπικές διαδικασίες ενσωμάτωσης, στίλβωσης και χάραξης με 4 % αλκοόλη νιτρικού οξέος. Παρατηρήσεις έγιναν με ένα οπτικό μικροσκόπιο Axio Scope A1 και ένα σαρωτικό ηλεκτρονικό μικροσκόπιο εκπομπής πεδίου GeminiSEM 500. Το μέγεθος των κόκκων αξιολογήθηκε σύμφωνα με τη μέθοδο αναχαίτισης ASTM E112 και το κλάσμα της περιοχής περλίτη ελήφθη με μέσο όρο πέντε σημείων σε πεδίο θέασης 500× χρησιμοποιώντας το λογισμικό ImageJ.

1. Το δείγμα με βήμα 11 mm από υλικό A106 Gr.B είχε το χαμηλότερο κλάσμα περιοχής περλίτη (9,1 %), επίπεδο μεγέθους κόκκων 7,5 και την υψηλότερη μικροδομική ομοιομορφία. Ο αντίστοιχος ρυθμός διάβρωσης υπό συνθήκες 60 ℃ και 35 % H_₂SO_₄ ήταν 35,7 mg·cm^⁻²·h^⁻¹, σημαντικά χαμηλότερος από αυτόν του δείγματος με βήμα 8 mm (63,5 mg·cm^⁻²·h^⁻¹).
2. Το δείγμα χάλυβα ND με βήμα 8 mm είχε επίπεδο μεγέθους κόκκων 8,0 και κλάσμα περιοχής περλίτη 10,4 %. Ο ρυθμός διάβρωσής του υπό τις ίδιες συνθήκες ήταν 4,6 mg·cm^⁻²·h^⁻¹, μόνο το 13 % της ελάχιστης τιμής του χάλυβα 20G. Η ανάλυση φασματοσκοπίας ενεργειακής διασποράς (EDS) έδειξε ότι σχηματίστηκε μια συνεχής μεμβράνη παθητικοποίησης που περιείχε Cr, Cu και Sb στην επιφάνεια του χάλυβα ND, με πάχος περίπου 80–120 nm, αναστέλλοντας αποτελεσματικά την ανοδική διάλυση.
3. Όταν η θερμοκρασία ήταν ≥80 ℃ και η συγκέντρωση θειικού οξέος ήταν ≥50 %, και τα τρία υλικά εισήλθαν στη ζώνη παθητικοποίησης, με τους ρυθμούς διάβρωσης να πέφτουν κάτω από 5 mg·cm^⁻²·h^⁻¹. Η επίδραση της απόστασης βήματος στα αποτελέσματα απώλειας βάρους μειώθηκε εντός του εύρους σφάλματος.

Η σχέση μεταξύ μικροδομής και ιδιοτήτων δείχνει ότι ο περλίτης, ως καθοδική φάση, έχει διαφορά δυναμικού περίπου 60 mV με τη φερρίτη, καθιστώντας τον την περιοχή για την έναρξη της διάβρωσης με κοιλώματα. Για κάθε μείωση 1 % στο κλάσμα όγκου περλίτη, ο ρυθμός διάβρωσης μειώνεται κατά μέσο όρο 2,3 mg·cm^⁻²·h^⁻¹. Η βελτίωση των κόκκων επιταχύνει τη διάβρωση στη ζώνη ενεργού διάλυσης, αλλά μειώνει τη διάβρωση στη ζώνη παθητικοποίησης αυξάνοντας την πυκνότητα του στρώματος της μεμβράνης. Για κάθε αύξηση ενός επιπέδου στο μέγεθος των κόκκων, ο ρυθμός διάβρωσης στην ενεργό ζώνη αυξάνεται κατά 1,8 mg·cm^⁻²·h^⁻¹, ενώ στη ζώνη παθητικοποίησης μειώνεται κατά 0,7 mg·cm^⁻²·h^⁻¹.

Με βάση τα ολοκληρωμένα πειραματικά δεδομένα, συνιστάται η χρήση ενσωματωμένων σπειροειδών πτερυγωτών σωλήνων με βήμα 11 mm από A106 Gr.B ή βήμα 8 mm από χάλυβα ND σε συνθήκες καυσαερίων λέβητα όπου η θερμοκρασία των καυσαερίων είναι ≤70 ℃ και το κλάσμα μάζας H_₂SO_₄ που αντιστοιχεί στη θερμοκρασία σημείου δρόσου του θειικού οξέος είναι ≤45 %, για την εξισορρόπηση του κόστους και της αντοχής στη διάβρωση. Η διαδικασία έλασης θα πρέπει να ελέγχει την τελική θερμοκρασία έλασης στους 880–920 ℃ και την σωρευτική παραμόρφωση στο ≥60 % για να μειωθεί το κλάσμα όγκου περλίτη και να βελτιωθεί η μικροδομική ομοιομορφία.