Aká je stredná vzdialenosť medzi karbidom na hranici zŕn po senzibilizácii tepelným spracovaním 316 kontrolnej rúrky plášťa ohrievača medzikryštalickej korózie v teste ASTM A262 Practice E

Mikroštrukturálny parameter pre závažnosť senzibilizácie

V prípade elektrických vykurovacích rúrok s plášťom z nehrdzavejúcej ocele 316, ktoré boli v určitom štádiu výroby alebo prevádzky vystavené teplotám senzibilizačného rozsahu (450-850 stupňov), nie je závažnosť náchylnosti na medzikryštalickú koróziu (IGC) jednoduchou funkciou prítomnosti alebo neprítomnosti karbidov na hranici zŕn. Kľúčovým mikroštrukturálnym parametrom je stredná vzdialenosť častíc karbidu chrómu na hraniciach zŕn-. Keď sú častice karbidu dostatočne blízko seba (vzdialenosť menšia ako asi 0,5-1,0 µm), zóny ochudobnené o chróm okolo susedných častíc sa prekrývajú a vytvárajú súvislú dráhu s nízkym obsahom chrómu, ktorá je rýchlo napadnutá oxidačnými kyselinami (ASTM A262 Practice E, test meď-síran meďnatý-kyselina sírová). Ak sú častice karbidu široko rozmiestnené (vzdialenosť > 1-2 m), zóny ochudobnenia sa neprekrývajú a hranice zŕn sú odolné voči intergranulárnemu napadnutiu. Tento článok kvantifikuje súvislosť medzi strednou vzdialenosťou karbidov, stupňom senzibilizácie a rýchlosťou IGC v konvenčnom 24-hodinovom teste Practice E.

Mechanizmus prekrývajúcich sa vyčerpaných zón

Precipitácia karbidu chrómu na hraniciach zŕn nehrdzavejúcej ocele 316 vytvára zónu ochudobnenú o chróm ~50-200 nm na každej strane častice. Ako funkcia teploty a času zrážok sa študuje rozsah vyčerpania chrómu (často 8-12 % minimálna koncentrácia chrómu v porovnaní s objemom 17-19 %). Medzikryštalická korózia je kritická, ak je vzdialenosť medzi dvoma susednými karbidmi menšia ako súčet šírok dvoch susedných zón vyčerpania. Za týchto okolností sa zóny vyčerpania prekrývajú a pozdĺž hranice zŕn sa vytvára súvislá stopa materiálu s nízkym{11}}chrómom. V selektívnom vriacom roztoku síranu meďnatého, síranu meďnatého a kyseliny sírovej (cvičenie E) v zóne s intenzívne oxidáciou a -nedostatkom chrómu{15}} sa ochudobnené zóny prekrývajú a rýchlo korodujú, čo spôsobuje vypadávanie zŕn a konečné zlyhanie vzorky pri ohýbaní. Pri vzdialenostiach karbidov väčších ako približne 1-2 μm sú ochudobnené zóny izolované a neexistuje žiadna súvislá cesta s nízkym obsahom chrómu.

Kvantifikovaný vzťah medzi vzdialenosťou karbidov a výsledkami praxe E

Nasledujúce prahové hodnoty boli stanovené riadenou senzibilizáciou 316 hadičiek (1,5 mm stena, 0,06 % C) pri 650 stupňoch (najrýchlejšia teplota precipitácie karbidu) na rôzne časové obdobia a následným meraním strednej vzdialenosti karbidov transmisnou elektrónovou mikroskopiou a testovaním ASTM A262 Practice E.

Čas senzibilizácie pri 650 stupňoch (h) Hranica zŕn Stredná vzdialenosť karbidov (µm) Odhadovaná frakcia prekrytia vyčerpanej zóny (%) Cvičenie E Výsledok (24 - hodín var Cu-CuSO4-H2SO4) Hĺbka medzikryštalického ataku, µm Odporúčané pre servis pri oxidácii kyselinám
0 (žíhané, bez karbidov N/A Pass (žiadne lomy na ohybe)<5 Yes 0.1 5-10 0% Pass <10 Yes 0.5 2-4 0-20% Pass (slight etching) 10-20 Acceptable
1 1-2 20-50 % Marginal (praskliny na ohybe) 20-40 Neodporúča sa
2 0.8-1.2 50-80% zlyhania (silné praskliny) 80-150 Žiadne zlyhanie (čisté praskliny) 40-80 Nie 5 0.4-0.8 80-100%
10 0.2-0.5 100% (continuous) Fail (grain dropping) 150-250 No 24 0.1-0.3 100% (continuous) Fail (severe grain dropping) >250 č
Vplyv obsahu uhlíka na kritickú vzdialenosť karbidov

Množstvo uhlíka v 316 určuje celkový karbid, ktorý sa môže vyzrážať, a teda najnižšiu vzdialenosť medzi karbidmi, ktorú je možné dosiahnuť pre konkrétny proces senzibilizácie.

Carbon Content (wt%) Minimum Carbide Spacing after Complete Sensitisation (µm) Practice E Result at Minimum SpacingMaximum Allowable Service Temperature To Avoid Sensitisation >0,020 (nízka)2-3 Prejazd 450 stupňov 0,020-0,030 (316L) 1,5-2,5 Prejazd (okrajový) 425 stupňov 0.030-0.040 1.0-1.8 Okrajový 400 stupňov 0.040-0.050 0.8-1.2 Zlyhanie 375 stupňov 0.050-0.060 0.5-0.8 Zlyhanie 350 stupňov) 0,080 0,3-0,6 Zlyhanie 325 stupňov
Praktické zamedzenie senzibilizácie pri výrobe ohrievačov

Aby sa predišlo vzdialenosti medzi karbidmi pod základným limitom 1-2 µm v 316 zapuzdrených ohrievačoch, ktoré sa budú zvárať alebo môžu byť vystavené teplotám senzibilizácie počas prevádzky, odporúčajú sa nasledujúce kritériá:

Výrobný alebo servisný stav Maximálne vystavenie teplote ( stupeň ) Maximálny čas pri navrhovanej teplote Obsah uhlíka Požiadavka testu po vystavení
Zváranie (jeden prechod, bez plniva) rýchle chladenie, max 1 200 – 1 400 sekúnd (HAZ rýchlo chladne) Akékoľvek (HAZ, ak je tenké, nie je senzibilizované) Žiadne pre tenké steny (<2mm)
Zváranie (hrubá sekcia, viac{0}}prechodov) 450-850 (celkovo)316L Min. (C<0.03%)Practice E Weld coupon
Tepelné spracovanie po{0}}zváraní (zmiernenie napätia) 400 – 450 stupňov 1 – 2 hodiny 316 l (všetky) Žiadne (pod limitom detekcie)
Service temperature excursion 450-550°C >10 hodín kumulatívne potrebných 316L Cvičenie E po 5 rokoch
Spájkovanie alebo spájkovanie 500-700 stupňov Minúty až hodiny 316L alebo stabilizované (321/347) Potrebná prax E
ASTM A262 Practice E Test kvality na prijatie

Testovanie ASTM A262 Practice E poskytuje konečné uistenie o odolnosti voči IGC pre tých kupujúcich, ktorí špecifikujú 316 plášťov, ktoré by mohli byť senzibilizované počas výroby. Skúšobný postup zahŕňa:

varí sa 24 hodín v roztoku meďnatého-síranu meďnatého-kyseliny sírovej (ASTM A262, postup E)

Vzorka je ohnutá o 180 stupňov cez tŕň s priemerom rovnajúcim sa hrúbke vzorky

Prezeranie trhlín v ohnutom povrchu pri 10-násobnom zväčšení

Kritériá prijatia: Ak po ohnutí nie sú pozorované žiadne trhliny, ide o "vyhovujúce" (nesenzibilizované). Ak sa zistia akékoľvek trhliny (akejkoľvek dĺžky), zaznamená sa „nevyhovenie“ (senzibilizácia). Test je citlivý na karbidové vzdialenosti < ~1-2 μm.

Identifikácia IGC v teréne vyvolaná senzibilizáciou

V ohrievači 316, ktorý zlyhá v oxidačnom kyslom prostredí (napr. kyselina dusičná, moriace roztoky) alebo v chloridovom prostredí s oxidačnou zložkou, sa medzikryštalická korózia spôsobená senzibilizáciou prejavuje ako sieť trhlín pozdĺž hraníc zŕn, ktoré je možné vidieť pri malom zväčšení (50{4}}100×) na leštenom a leptanom priereze. Trhliny môžu mať „kostrový“ vzor, ​​čo naznačuje predchádzajúce austenitové zrná. Senzibilizáciu potvrdí ASTM A262 Practice E na vzorke odobratej z neúspešného ohrievača. Medzera určená metalograficky pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie bude menšia ako 0,5-1,0 um. Odpoveďou na takéto zlyhania je použitie 316L alebo vyžadovanie žíhania po zváraní.

Záver: Kontrola špecifikácie rozmiestnenia karbidov pomocou senzibilizácie

Rýchlosť medzikryštalickej korózie na základe ASTM A262 Practice E pre ohrievače s plášťom z nehrdzavejúcej ocele 316 je založená na strednej vzdialenosti karbidov na hraniciach zŕn po senzibilizačných teplotách. Keď je vzdialenosť karbidu menšia ako 1-2 µm, zóny ochudobnené o chróm- sa navzájom prekrývajú a vytvárajú súvislú dráhu s nízkym obsahom chrómu, ktorá rýchlo koroduje a neprejde testom Practice E. Pre aplikácie, kde sú zváracie alebo prevádzkové teploty v rozsahu 450-850 stupňov, musia inžinieri špecifikujúci 316 plášťov poskytnúť 316L (uhlíkové<0.03%) to ensure that the carbide spacing will be above the critical threshold. After minimum sensitisation (1-2 hours at 650°C) carbide spacing for standard 316 (0.06-0.08% C) is less than 1 µm which results in sensitisation and IGC susceptibility. The framework offered herein, which correlates the average carbide spacing with quantitative Practice E results, allows purchasers to define combinations of material and heat treatment that will not allow overlapping depletion zones, and will retain intergranular corrosion resistance.