Ako predchádzajúce percento práce za studena z nákresu rúry 316 ohrievacieho plášťa riadi rýchlosť uvoľnenia stresu a súbežnej senzibilizácie počas prevádzky pri 550 stupňoch

Konkurenčná kinetika regenerácie a zrážania karbidov

Pre elektrické vykurovacie rúrky 316 s plášťom z nehrdzavejúcej ocele pri vysokých teplotách (550 stupňov, typické pre aplikácie vykurovania vzduchom alebo plynom pri vysokých teplotách) predchádzajúce percento opracovania za studena z ťahania rúr riadi dva protichodné metalurgické procesy: relaxáciu napätia (obnovenie dislokácie, ktoré znižuje zvyškové napätie a zvyšuje odolnosť proti tečeniu) a senzibilizáciu (karbid chrómu sa vyzráža na hraniciach zŕn, čo znižuje odolnosť proti korózii). Ťažké ťahanie rúrky za studena (25-35 % redukcia) pri 550 stupňoch sa rýchlo uvoľňuje (50-80 % zníženie napätia za 100-500 hodín), ale súčasne vytvára súvislé karbidy na hranici zŕn (senzibilizácia) vďaka vysokej hustote dislokácií urýchľujúcej difúziu chrómu. Ľahké za studena opracované hadičky (zníženie o 5 až 15 %) sa uvoľňuje pomalšie (zníženie napätia o 50 % trvá 1 000 až 5 000 h), ale nie je senzibilizované, pretože znížená hustota dislokácií vytvára menej nukleačných miest pre karbidy. Tento článok kvantifikuje koreláciu medzi predchádzajúcou prácou za studena, kinetikou relaxácie stresu a začiatkom senzibilizácie pri 550 $^{\\circ}$C.

Mechanizmus senzibilizácie a konkurenčnej obnovy

Nerezová oceľ 316 pri ťahaní za studena vytvára dislokácie a v závislosti od intenzity namáhanie-indukovaného martenzitu. Pri 550 stupňových mechanizmoch obnovy (anihilácia dislokácie a preskupenie) sa znižuje zvyškové napätie a tvrdosť. Rýchlosť regenerácie je Arrhenius a rýchlejšia vo vyšších materiáloch spracovaných za studena, pretože uložená energia ponúka tlačnú silu. pozdĺž hraníc zŕn a dislokácií sa zároveň zráža karbid chrómu (Cr 23 C 6 ). Rýchlosť nukleácie karbidov je úmerná hustote dislokácií, pretože dislokácie poskytujú rýchle difúzne cesty pre chróm a uhlík. Vo veľmi studenom{10}}materiáli (vysoká hustota dislokácií) karbidy rýchlo nukleujú a vytvárajú súvislú sieť hraníc zŕn v priebehu 100 – 500 hodín pri 550 stupňoch . Nukleácia karbidov je pomalá v materiáli spracovanom za studena a dokonca aj po 5 000 hodinách je karbidov málo a sú nespojité.

Kvantifikovaný vzťah medzi prácou za studena, relaxáciou stresu a senzibilizáciou pri 550 stupňoch

Nasledujúce vzťahy sú stanovené z riadeného izotermického starnutia hadíc 316 s rôznymi percentami práce za studena pri 550 stupňoch, meraním zvyškového napätia (pomocou röntgenovej difrakcie) a senzibilizácie (pomocou ASTM A262 prax A).

Cold Work (%) Initial Residual Stress (MPa) Time Required for 50% Relaxation of Residual Stress at 550 C (hours)Time to Continuous Grain Boundary Carbides (sensitisation) at 550°C (hours) ASTM A262 Practice A Result after 1,000 hours Recommended for 550°C Service >1 000 hodín 0 (žíhané)<30 N/A (no stress) >10 000 (bez senzibilizácie) Štruktúra krokov Áno 5-10 100-150 2, 000-5,000 5, 000-10 000 Krok (prijateľné) Áno 10-15 150-200 1, 000-2,000 2, 000-5 000 Krok na vyradenie prechodu Dobré až 2 000 hodín
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1 000 hodín hodín
20-25 250-300 200-500 500-1 000 Priekopa (senzibilizovaná) po 500 hodinách Nie 25-30 300-350 100-200 200-500 Silná priekopa Neprijateľné
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
Vplyv prevádzkovej teploty na konkurenčné rýchlosti

Čas do senzibilizácie sa s narastajúcou teplotou znižuje, relaxácia napätia sa zrýchľuje. Optimálny rozsah práce za studena-pre danú prevádzkovú teplotu je kompromisom tejto dynamiky.

Prevádzková teplota ( stupeň ) Odporúčaný rozsah práce za studena na 10 000-hodinový servis (%) Dosiahnuté uvoľnenie stresu (%) Riziko senzibilizácie Preferovaný materiál 450 15-25 50-70 % po 10 000 h Nízke (pomalé karbidy) 316 (ľubovoľné) 500 10-20 60-80 % po 10 0000 h {110} Uprednostňované Mierne 10 000 h Stredná-Vysoká Požadovaná 316 l 550 0-10 80-90 % po 10 000 h Vysoká (pravdepodobná senzibilizácia) 316 l so stabilizáciou 575 0-5 (žíhaná) Nie je k dispozícii (bez stresu) Vysoká (všetka senzibilizácia) Upgrade na 347 alebo 310
600 0 (práve žíhané) N/A Silné 316 neprijateľné
Praktické odporúčania týkajúce sa výroby ohrievača

Nasledujú odporúčané kritériá pre prácu za studena a úpravu po{0}}tvarovaní pre 316 plášťových ohrievačov pre 550 stupňovú prevádzku.

Maximálna práca za studena v hotovom plášti (%) Požadovaná životnosť pri 550 stupňoch (hodinách)Odporúčaný post-Požaduje sa testovanie senzibilizácie tvárnenia Alternatívna zliatina<1,000 (intermittent) 20 None None 316 acceptable 1,000-2,500 15 Stress relief 400°C, 1h ASTM A262 Practice A (step) 316L 2,500-5,000 10 Stress relief 450°C, 2h ASTM A262 Practice E (pass) 316L 5,000-10,000 5 (annealed)Full solution anneal ASTM A262 Practice A (step) 316L or 347 >10,000 0 (úplne rekryštalizované) Úplné rozpúšťacie žíhanie + stabilizácia (850 stupňov, 4 hodiny) ASTM A262 Prax C (<0.3 mm/year) 347 or 310
Terénna detekcia servisnej senzibilizácie pri zvýšených teplotách

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >1 000 hodín porúch v korozívnom prostredí (napr. počas čistiaceho cyklu alebo po vypnutí) by sa mala zvážiť senzibilizácia počas prevádzky. Metalografické testovanie (leptanie ASTM A262 Practice A) odhalí "prikopovú" štruktúru na hraniciach zŕn. Tvrdosť sa zníži z-nakreslenej hodnoty (napr.. 300 HV na 200 HV) v dôsledku zotavenia. To ukáže, že materiál bol pri teplote. Spôsobom poruchy bude praskanie alebo medzikryštalická korózia. V prípade takýchto porúch je nápravou pre budúce nákupy špecifikácia úplne žíhaných (rekryštalizovaných) rúrok s nízkym zvyškovým napätím alebo modernizácia na stabilizovanú kvalitu, ako je nehrdzavejúca oceľ 347 (stabilizovaná kolumbium) alebo 310, ktorá necitlivo reaguje na 550 stupňov.

Záver: 550-stupňový kompromis- medzi zmierňovaním stresu a senzibilizáciou

V prípade ohrievačov z nehrdzavejúcej ocele 316 pracujúcich pri 550 stupňoch množstvo predchádzajúcej práce za studena riadi kinetiku dvoch protichodných procesov, relaxácie stresu (dobré) a senzibilizácie (zlé). Práca za studena nad 15-20% má za následok rýchlu senzibilizáciu (vyzrážanie karbidov v priebehu 500-1500 hodín), čo vedie k náchylnosti k medzikryštalickej korózii. Studená práca<10% is slow to relax but stays unsensitized for >5,000 hours. For operation at 550 °C, engineers specifying 316 sheaths must limit preceding cold work to < 10 - 15 % with fully annealed (recrystallised) tubing required for prolonged life (>5 000 hodín). Tam, kde sa nedá vyhnúť práci za studena, je potrebné rozpúšťacie žíhanie po tvárnení na rekryštalizáciu štruktúry a na uvoľnenie zvyškového napätia, ako aj možnosti senzibilizácie.