Ako percento zníženia ťahania za studena 316-litrových rúrok ohrievača riadi namáhanie-indukovanú tvorbu martenzitu a jeho následný vplyv na magnetickú permeabilitu a odolnosť proti krehnutiu vodíka

Fázová transformácia vyvolaná deformáciou: Dvojsečný-meč

Najbežnejšou metódou na získanie presných rozmerov vonkajšieho priemeru a povrchovej úpravy elektrických vyhrievacích rúrok z nehrdzavejúcej ocele 316L vyrobených ťahaním za studena je zníženie v percentách, ktoré priamo riadi objemový podiel namáhaním-indukovaného martenzitu ('-martenzit) generovaného počas deformácie. 316L má nižší obsah uhlíka (<0.03%) than ordinary 316 making it more austenitically stable at room temperature and needing greater cold work levels to generate martensite. The martensite volume fraction that can be determined by magnetic permeability (μr) affects two important but conflicting service properties: magnetic permeability (important for applications that require non-magnetic sheaths such as MRI rooms or sensitive electronic equipment) and hydrogen embrittlement resistance (critical for cathodically protected systems or sour service). When the reduction percentage is below 20% the 316L stays practically entirely austenitic (μr <1.01, martensite <2%), giving excellent non-magnetic properties but with a lower yield strength. Martensite is formed gradually (μr =1.01-1.10, martensite 2-15%) with a 20-40% reduction, with an increase in yield strength but a decrease in resistance to hydrogen embrittlement. For reductions more than 40%, the martensite content is higher than 15-20% (μr >1.10), čo spôsobuje vysokú magnetickú odozvu a značnú citlivosť na vodíkové skrehnutie. Tento dokument hodnotí koreláciu medzi redukciou ťahania za studena, frakciou martenzitu, magnetickou permeabilitou a odolnosťou voči vodíkovému skrehnutiu pre plášte ohrievačov 316L.

Mechanizmus kmeňa indukoval tvorbu martenzitu v 316L

Austenitic 316L je meta-stabilný vzhľadom na produkciu martenzitu počas plastickej deformácie. $\\gamma$ (FCC, paramagnetické) $\\to$ $\\epsilon$ (HCP, slabo magnetické) $\\to$ $\\alpha^\\prime$ (BCC, feromagnetické). Objemový zlomok alpha'-martenzitu sa riadi Olsonovým-Cohenovým zákonom: Valpha'=1 - exp(-betaxepsilon_plastic^n) (10) kde epsilon_plastic je skutočný plastický kmeň (epsilon_plastic=ln(1/}27}závislá na teplote) 15}{27}závislá na teplote{} faktor an je asi 2 pre 316L Teplota, pri ktorej sa tvorí 50 % martenzitu pri 30 % skutočnom namáhaní (Md30) pre 316L je okolo -30 stupňov až -50 stupňov, čo znamená, že pri normálnej teplote je tvorba martenzitu obmedzená až na 20-30 % redukcií (tzv. martensitová premena) alebo trojfázovej mikroštruktúry (obsahuje ε) a má kvalitu medzi vlastnosťami plne austenitických a plne martenzitických nehrdzavejúcich ocelí.

Kvantifikované vzťahy medzi redukciou za studena, frakciou martenzitu a vlastnosťami pri 25 stupňoch

Riadené ťahanie 316L trubice za studena (počiatočný OD 12 mm, stena 1,5 mm, plne žíhané pri 1050 stupňoch) sa používa na demonštráciu súvislostí medzi frakciou martenzitu (röntgenová difrakcia), magnetickou permeabilitou (feritoskop) a mechanickými parametrami.

Zníženie ťahania za studena (%) Skutočné napätie (ε=ln(1/(1{3}}R))) '-Objemový podiel martenzitu (%) Magnetická permeabilita (μr, 25 stupňov ) Medza klzu (MPa, 0,2 % offset) Predĺženie (%) Odporúčané pre nemagnetické aplikácie<1.05 μr Recommended for Sour/Hydrogen Service
0 (žíhaná) 0.00 0 1.00-1.01 205 50 Áno Áno 5 0.05 0 1.00-1.01 240 45 Áno Áno 10 0.11 0 1.01-1.02 280 40 Áno Áno 15 0.16 0-1 1.02-1.03 320 35 Áno Áno 20 0.22 1-2 1.03-1.05 360 30 Okrajová prijateľná 25 0.29 2-4 1.05-1.07 400 25 Nie Okrajová 30 0.36 4-7 1.07-1.10 440 20 Nie Nie (vysoká H krehkosť) 35 0.43 7-12 1.10-1.15 480 18 Nie Nie 40 0.51 12-18 1.15-1.25 520 15 Nie Nie 45 0.60 18-25 1.25-1.40 560 12 Nie} Nie 45 0.60 18-25 1.25-1.40 560 12 Nie
Vplyv obsahu martenzitu na odolnosť voči vodíkovému krehnutiu

The susceptibility to hydrogen embrittlement (HE) of 316L heater sheaths in cathodically protected systems or sour service (H2S-containing) rises with martensite content because the BCC structure of martensite shows substantially higher hydrogen diffusivity and solubility than FCC austenite. The HE thresholds are given in the table below. α'-martensite fraction (%)Hydrogen Diffusivity at 25 oC (cm2/s, relative to austenite =1) Time to HE Cracking in NACE TM0177 Solution A at 25 oC 75% yield (hours)Maximum Permissible Cold Reduction for Sour Service (Recommended) 0 1X >720 (prejde) Akýkoľvek (roztavený)
1-3 5-10× 500 – 720 (hranica)<20% reduction
3-5 20-30× 200-500 (fail)Not permitted 5-10 50-80× 50-200 (fail)Not allowed >10 >100× <50 (severe) Not allowed
Magnetická permeabilita sa vyžaduje pre nemagnetické aplikácie. -

Maximálna magnetická permeabilita (napr. μr<1.01 or <1.05) is specified for 316L sheaths for MRI rooms, or sensitive electronic equipment, or degaussing systems. Limits on cold decrease are as follows.

Aplikácia Maximálna povolená μr Maximálna redukcia chladu (%) Odporúčaná výrobná cesta Zodpovedajúca frakcia martenzitu
MRI miestnosť (kritická) 1.01<10% 0% Fully annealed, + no cold work
Zariadenie s elektrónovým lúčom 1.02<15% 0-1%Light cold working + finish anneal
Všeobecné ne{0}}magnetické 1.05<22% <2% Cold drawn + tension reliefing
Commercial (no specification) >1.05 (akýkoľvek) Akýkoľvek Akýkoľvek Akékoľvek Praktické špecifikácie na výrobu 316L ohrievačov

Pre kupujúcich, ktorí špecifikujú 316L hadičky pre rôzne prevádzkové podmienky, sa odporúčajú nasledujúce limity zníženia ťahania za studena:

Prevádzkový stav Max. zníženie ťahu za studena (%) Požadované konečné tepelné spracovanie Max μr Min. HE odpor
Ne-magnetické (MRI, elektronika) 10 Úplné žíhanie po ťahaní 1,02 Dobré
Všeobecné priemyselné (bez chloridov, bez H2S) 30 Žiadne (ako-prijateľné nakreslenie) 1,10 (akékoľvek) Nie je potrebné
Chloridová služba (<500 ppm, <80°C) 20 Stress relief 400°C, 1h 1.05 OK
Sour service (H2S >10 ppm) 15 Úplné rozpúšťacie žíhanie 1,03 Vyžaduje sa (vyhovuje NACE)
Katodicky chránené (námorné) 15 Uvoľnenie napätia 450 stupňov, 2h 1,03 Prijateľné
High strength (pressure vessels) 40 None >1.15 Slabé (nie pre H2S)
Overenie obsahu a vlastností martenzitu

Buyers who require specified restrictions have three verification options available. The first is a non-destructive measurement with a ferritescope, which gives μr values with a precision of ±0.005-0.01. The second is X-ray diffraction (XRD) coupled with Rietveld refinement for accurate measurement of α'. The final test is a simple magnetic attraction test: if a permanent magnet clings strongly to the sheath, then μr >1.10 (nie je vhodné pre ne-magnetické aplikácie). Pre odolnosť proti HE je požiadavkou schválenia test NACE TM0177 (720 h, 25 stupňov, roztok A s H2S) žiadne praskanie.

Závery: Stanovenie limitov zníženia chladu pre 316L na základe servisných požiadaviek

Pre plášťovú rúrku ohrievača z nehrdzavejúcej ocele 316L je % poklesu ťahania za studena priamym riadiacim faktorom tvorby martenzitu vyvolaného namáhaním, ktorý určuje magnetickú permeabilitu a odolnosť voči vodíkovému skrehnutiu. Pre ne-magnetické aplikácie (μr<1.01-1.05) cold reduction must be minimised to <10-15% with a final anneal. For HE resistant sour or cathodically protected service, cold decrease must be limited to < 15-20% with stress relief or full anneal. For general industrial service where neither attribute is critical reductions of 30-40% are tolerable. Engineers designing 316L sheaths have to define maximum magnetic permeability or minimum HE resistance criteria dependent on the environment of operation. The framework presented here correlates the cold reduction percentage to the martensite volume fraction and its two critical consequences-magnetic response and hydrogen embrittlement susceptibility, and enables buyers to choose the best drawing reduction and post-drawing heat treatment for their particular application.