Ako sa predchádzajúce zúbkovanie hraníc austenitových zŕn po rozpúšťacom žíhaní 316 ohrievacieho plášťa znižuje odolnosť voči kavitácii pri 600 stupňoch pri 10 000-hodinovej prevádzke

Metodológia vysokej-teplotnej pevnosti pre inžinierstvo rozhrania

Tvar predchádzajúcich hraníc austenitových zŕn má hlavný vplyv na odolnosť proti tečeniu 316 elektrických vykurovacích rúrok obalených z nehrdzavejúcej ocele používaných pri 600 stupňoch, čo je horná hranica pre nepretržitú prevádzku tejto zliatiny v aplikáciách vykurovania vzduchom alebo plynom. Štandardné rozpúšťacie žíhanie (1 040 stupňov, po ktorom nasleduje rýchle ochladenie) vedie k rovným alebo mierne ohnutým hraniciam zŕn. Modifikované tepelné spracovanie využívajúce oneskorené ochladzovanie od 1 100 stupňov a dvojstupňové spracovanie starnutia (najprv pri 950 stupňoch a potom 850 stupňoch) má za následok zúbkované alebo cikcakovité hranice zŕn, kde hraničná rovina nie je -rovinná o 5 až 25 µm. Vlnenie v zúbkovaných hraniciach zŕn zvyšuje napätie potrebné na kĺzanie hraníc zŕn a tvorbu jadierok v dutinách, a tak bráni kavitačnej nukleácii pri tečení. Pri 600 stupňoch a 80 MPa aplikovanom namáhaní (predstavujúcom bežné úrovne obručového napätia pre plášte ohrievača) zúbkované hranice zŕn zvyšujú životnosť pri tečení o faktor 2,5-4,0 oproti rovným hraniciam. Tento článok kvantifikuje súvislosť medzi amplitúdou zúbkovania hraníc zŕn, časom do kavitačnej nukleácie a životnosťou pri tečení pri 600 °C.

Mechanizmus zúbkovania-Vylepšená odolnosť voči tečeniu

Creep austenitických nehrdzavejúcich ocelí pri 600 stupňoch zahŕňa deformáciu prostredníctvom kĺzania dislokácií v zrnách a posúvania hraníc zŕn. Dutiny nukleujú v trojitých bodoch na hraniciach zŕn a v časticiach druhej fázy (karbidy) na hraniciach, keď kĺzanie vytvára lokálne koncentrácie napätia. Vrúbkované (tiež známe ako "migrované" alebo "krivkaté") hranice zŕn odolávajú kavitácii tromi metódami. Po prvé, geometrické zvlnenia fungujú ako mechanické zámky, ktoré zabraňujú relatívnym posunom susedných zŕn, kým nepôsobia väčšie šmykové sily. Po druhé, nukleárne dutiny sa musia šíriť po nerovinnej ceste, čo je energeticky nákladnejšie ako šírenie pozdĺž priamej hranice. Po tretie, proces zúbkovania často spolu-zráža jemné intragranulárne karbidy, ktoré spevňujú vnútro zrna a znižujú rýchlosť deformácie pri tečení.

Kvantitatívny vzťah medzi amplitúdou zúbkovania a životnosťou dotvarovania pri 600 stupňoch

316, aby sa poskytli rôzne stupne zúbkovania hraníc zŕn (merané amplitúdou od vrcholu k údoliu), po ktorých nasledovali testy tečenia pri 600 stupňoch a 80 MPa umožnili stanoviť nasledujúce vzťahy.

Amplitúda vrúbkovania hraníc zŕn (μm) Tepelné spracovanie na dosiahnutie zúbkovacieho času do 1 % tečenie Kavitácia (h, 600 stupňov, 80 MPa)Životnosť pri tečení (hodiny, 600 stupňov, 80 MPa)Relatívna životnosť pri tečení (rovno=1.0) Odporúčaná pre 00 štandardné an 600 stupňov ochladenie vodou 800-1,200 2,500-3,500 1.0× Marginal 2-5 Žíhanie 1 050 stupňov , pomalé ochladzovanie na 950 stupňov , výdrž 1 hodinu, ochladzovanie vodou 1 200-1,800 3 500} 500} 500-5 stupňov, {1,080} 500} al - 1,1080} prijateľných , ochladzovanie na 950 stupňov 2h, 850 stupňov 2h, pomalé ochladzovanie 1800-3,000 5,000-8,000 2.0× Odporúčané 10-15 Žíhanie 1100 stupňov , krok ochladzovanie 1000 stupňov →900 stupňov →800 stupňov každé, chladenie vzduchom (2h každé 3 000-5,000 8,000-12,000 3.0× Najlepšie pre dlhú životnosť
15-20 Špeciálne tepelné cyklovanie (3-krokové so strednou deformáciou) 5 000-7,000 10 000-15,000 4.0× Najlepšie (špeciálna objednávka)20 Ako je uvedené vyššie plus predĺžené starnutie 6 000-8,000 12 000-18,000 4.5× Len špeciálne použitie
Vplyv uhlíka a dusíka na tvorbu zúbkov

Počas ochladzovania sú okraje zŕn zúbkované migráciou hraníc, za pomoci precipitácie karbidov a nitridov na pohyblivej hranici. Zúbkovanie sa zvyšuje koncentráciami uhlíka a dusíka.

Obsah uhlíka (hmot. %) Obsah dusíka (hmot. %) Dosiahnuteľná amplitúda zúbkovania (µm) so štandardným krokom-Odporúčaný čas tepelného spracovania ochladzovať pri 950 stupňoch (hodiny)<0.020 <0.05 2-5 1 0.020-0.030 0.05-0.07 5-10 2 0.030-0.040 0.07-0.10 10-15 4 0.040-0.050 0.10-0.12 15-20 6 >0.050 >0.12 >20 8 (riziko senzibilizácie)
Praktické Crept{0}}špecifikácie tepelného spracovania s obmedzenou službou

Navrhované kritériá tepelného spracovania pre 316 plášťových ohrievačov pre prevádzku 600 C, 10 000 hodín projektovanej životnosti sú nasledovné.

Creep Life at 600°C Required (hours) Minimum Serration Amplitude (µm) Heat Treatment RecommendedCooling After TreatmentSensitisation Risk 3,000-5,000 3 1,050°C 1h + 950°C 1h Air cool Low (use 316L) 5,000-8,000 6 1,080°C 1h + 950°C 2h + 850°C 2h Slow cool (50°C/h) Moderate (316L required) 8,000-12,000 10 1,100°C 1h + step-cool 1,000→900→800°C (2h each) Slow cool to 500°C then air Moderate-high (use 316L with Ti stabilization) >12,000 15 Špeciálna termo{2}}mechanická úprava Controlled High (upgrade na 347)
Overenie ozubenia hraníc zŕn

Kupujúci, ktorí chcú zúbkované hranice zŕn pre odolnosť proti tečeniu pri vysokej teplote, majú k dispozícii dve metódy overenia. Prvou je metalografická kontrola po elektrolytickom leptaní (10% kyselina šťaveľová, 6V DC, 60 s). Zúbkované okraje boli jasne viditeľné pri 500- až 1 000-násobnom zväčšení a amplitúda bola určená analýzou obrazu. Druhá technika, elektrónová difrakcia spätného rozptylu (EBSD), mapovanie znakov hraníc zŕn, meria odchýlku od ideálnych rovinných hraníc. Pre špecifikácie odberu by sa mala špecifikovať minimálna amplitúda zúbkovania (napr. . 6 µm).

Identifikácia poľa zlyhania tečenia na zúbkovaných verzus priamych hraniciach

Preskúmanie povrchu lomu odhalí morfológiu hraníc zŕn pre ohrievač 316, ktorý zlyhal tečením pri 600 °C. Lom je intergranulárny a zrná sú plocho fazetované s rovnými okrajmi. Dráha lomu je viac spletitá so zúbkovanými okrajmi a jednotlivé zrná môžu vykazovať „kroky“ na povrchu lomu. Zúbkovaný-hraničný materiál bude mať oveľa dlhší čas na zlyhanie. Spätné zúbkovanie nie je možné pre existujúce ohrievače s rovnými-zlyhaním ohraničenia. Náhradné ohrievače by sa mali objednať so štandardom zúbkovaného tepelného spracovania.

Záver: Plazivá životnosť zúbkovaných hraníc zŕn pri 600 stupňoch

Predchádzajúci tvar hranice austenitového zrna je dôležitou mikroštrukturálnou charakteristikou určujúcou odolnosť proti tečeniu kavitácie pre ohrievače 316 s plášťom z nehrdzavejúcej ocele pracujúce pri 600 stupňoch. Rovné hranice (štandardné rozpúšťacie žíhanie) kavitujú pri 800-1200 hodinách a prasknú pri 2500-3500 hodinách pri namáhaní 80 MPa. Vrúbkované okraje s amplitúdou 6-15 $\\mu$m predlžujú iniciáciu kavitácie na 1 800 až 5 000 hodín a životnosť pri pretrhnutí na 5 000 až 12 000 hodín (2- až 4-násobné zlepšenie) . 316 plášťov by sa malo špecifikovať tak, aby sa vyžadovalo zúbkované minimálne ochladzovanie na hraniciach zŕn s minimálnou amplitúdou 6 s amplitúdou mul0 10 000 hodín prevádzky pri 600 °C. Táto stratégia inžinierstva rozhrania spolu s kontrolovaným obsahom uhlíka a dusíka (0,03 – 0,05 % C, 0,08 – 0,12 % N) mení slabý výkon 316 na spoľahlivú službu s dlhou životnosťou. Daný rámec spája amplitúdu zúbkovania hraníc zŕn s merateľným načasovaním začiatku kavitácie tečenia a pretrhnutia pri 600 stupňoch, čím poskytuje kupujúcim možnosť požadovať tepelné spracovanie, ktoré optimalizuje pevnosť pri vysokej teplote prostredníctvom geometrie hraníc zŕn.