Ako predchádzajúce percento práce za studena z ťahania rúry 316 l plášťa ohrievača riadi rýchlosť rekryštalizácie a rast zŕn počas prevádzky pri 600 stupňoch

Parameter mikroštruktúrneho vývoja pre vysokú teplotu. Zachovanie pevnosti

Percento predchádzajúcej práce za studena z ťahania rúrky určuje rýchlosť rekryštalizácie a následného vývoja zŕn, ku ktorému dochádza počas vystavenia vysokej-teple pre elektrické ohrievacie rúrky z nehrdzavejúcej ocele 316L, ktoré bežia pri 600 stupňoch , čo je najvyšší limit prevádzky pre nepretržité používanie tejto zliatiny. Keďže-ťahaná trubica má uloženú energiu z plastickej deformácie (hustota dislokácie zodpovedajúca % práce za studena). Táto uložená energia spôsobuje rekryštalizáciu pri 600 stupňoch: produkciu nových zŕn bez napätia, ktoré nahrádzajú deformovanú mikroštruktúru. Obdobie začiatku rekryštalizácie dramaticky klesá so zvyšujúcou sa prácou za studena: pri 10 % práci za studena je to 1 000 až 2 000 hodín; pri 20% práci za studena 200-500 hodín; pri 30% práci za studena 50-150 hodín. Rekryštalizácia vedie k tvorbe zŕn. Tým sa zdrsňuje mikroštruktúra a znižuje sa pevnosť pri tečení. 10 000 hodín prevádzky pri 600 stupňoch optimálny rozsah práce za studena je 10 – 15 % (rovnováha: oneskoruje rekryštalizáciu dostatočne na to, aby prežila 10 000 hodín, ale nie tak rýchlo, aby vytvorila hrubé zrná). Tento článok hodnotí súvislosť medzi predchádzajúcou prácou za studena, kinetikou rekryštalizácie, vývojom zrna a životnosťou pri tečení pri 600 stupňoch.

Mechanizmus rekryštalizácie a rastu zŕn v 316 l spracovanom za studena

Rekryštalizácia je tepelne stimulovaný proces. Nové zrná nukleujú na miestach s vysokou hustotou dislokácií (hranice zŕn, deformačné pásy, inklúzie) a vyvíjajú sa do deformovanej matrice. Hnacia sila je úmerná akumulovanej energii práce za studena, ktorá je úmerná štvorcu prietokového napätia (približne lineárne s percentom práce za studena až do 30-40%). Práca za studena vedie k exponenciálnemu zvýšeniu rýchlosti nukleácie. Po dokončení rekryštalizácie dochádza k expanzii zŕn hraničnou migráciou poháňanou zmenšením hraničnej oblasti zŕn. Veľké zrná rastú na úkor malých zŕn (Ostwaldovo zrenie). Jemná, stabilná veľkosť zrna (ASTM 6-8) poskytuje najlepšiu odolnosť proti tečeniu pri 600 °C. Veľmi jemnozrnné (ASTM 10+) a hrubozrnné (ASTM 3-5) zrná skracujú životnosť pri tečení, kĺzaním hraníc zŕn.

Vzťah medzi prácou za studena, časom rekryštalizácie a veľkosťou zŕn pri 600 stupňoch.

Riadené izotermické starnutie pri 600 stupňoch s periodickým metalografickým skúmaním sa použilo na určenie rýchlostí rekryštalizácie a vývoja zŕn v 316L hadičkách ťahaných za studena:

Previous Cold Work (%) Time to Recrystallise 50% at 600°C (hours) Recrystallised Grain Size After Completion (ASTM, µm) Time to Grain Growth to ASTM 5 (>70 µm, hours) Creep Rupture Life at 80 MPa, 600°C (hours) Recommended for 10,000 hour Service at 600°C 0 (annealed) N/A (no cold work) 8-9 (20-30 µm) initial >20 000 (stabilne) 2 500 – 3 500 Áno (ak je už v poriadku)
5 5,000-10,000 8-9 (20-30 µm) 15,000-20,000 3,000-4,000 Áno
10 1,500-3,000 7-8 (25-35 µm) 8,000-12,000 3,500-5,000 Áno (najlepšie)
12 1,000-2,000 7-8 (25-35 µm) 6,000-9,000 3,500-5,000 Áno
15 500-1,000 6-7 (35-50 µm) 4 000-7,000 3 000-4 500 Prijateľné
20 200-500 5-6 (50-70 µm) 2 000-4,000 2 000-3 500 Okrajová 25 100-200 4-5 (70-90 µm) 1 000-2,000 1, 500-2 500 Neodporúča sa 30 50-150 3-4 (90-120 µm) 500-1,500 1,000-2,000 Neodporúča sa 35 30-80 3 (100-130 µm) 300-800 800-1,500 Nie 40 20-50 2-3 (120-150 µm) 200-500 600-1, 000 Nie
Vplyv počiatočnej veľkosti zrna na kinetiku rekryštalizácie

Rýchlosť rekryštalizácie závisí od počiatočnej veľkosti zrna pred ťahaním za studena. Čím je látka jemnejšia, tým rýchlejšie bude re-kryštalizovať. Existuje viac nukleačných miest.

Počiatočná veľkosť zrna ASTM pred kreslením Relatívna rýchlosť rekryštalizácie (10 % CW) Pri rovnakej práci za studena Odporúčaná životnosť 10 000 hodín pri práci za studena 10 (extrémne jemné, 10 µm) 1,5× (rýchlejšie) 8 % 8 (jemné, 20 µm) 1,0× (základná čiara)
6 (stredná, 45 µm) 0,7× (pomalšia) 12 %
4 (hrubé, 80 µm) 0,4× (oveľa pomalšie) 15 % Praktické odporúčania pre výrobu 316L vykurovacej trubice

Pre 316L plášte pre 600 stupňovú prevádzku s konštrukčnou životnosťou 10 000 hodín sa navrhujú nasledujúce parametre práce za studena a pred{4}}tepelného spracovania.

Požadovaná životnosť (hodiny) 600 stupňov Odporúčaná práca za studena pred servisom (%) Veľkosť zrna po pred-servisnom tepelnom spracovaní po 10 000 hodinách pri 600 stupňoch (ASTM) Očakávaná životnosť pri pretrhnutí (hodiny) 5,000 15-20 Žiadne (ako je nakreslené) 5-6 (50-70 µm) 3 000-4,500 10,000 10-12 Žiadne (ako je nakreslené) 6-7 (35-50 µm) 3 500-5,000 10,000 0-5 Úplné žíhanie + jemnozrnné 7-8 (25-35 µm) 3 000} žíhanie 2} {{2504}-4,{8504} žíhanie,{{2504}-4 , 2 h) 7 (30-40 µm) 5 000-7,000 20,000 + odolnosť proti korózii 0 Úplné rozpúšťacie žíhanie + stabilizácia 7-8 4,000-6000
Štátne overenie rekryštalizácie

Pre kupujúcich, ktorí vyžadujú určitú mikroštrukturálnu stabilitu, sú ponúkané dva overovacie postupy. Prvým je testovanie tvrdosti. Tvrdosť-316L je 180-320 HV v závislosti od práce za studena. Rekryštalizácia spôsobuje pokles tvrdosti na 140-160 HV (úplne mäkká). Ak je tvrdosť po 1000 h pri 600 stupňoch vyššia ako 200 HV, ešte neprebehla rekryštalizácia. Druhým je metalografické vyšetrenie po leptaní (glycerégia alebo elektrolytická kyselina šťaveľová). Tvorba „náhrdelníkových“ štruktúr (rady jemných nových zŕn pozdĺž bývalých hraníc zŕn) znamená začiatok rekryštalizácie.

Záver Vylepšenie práce za studena pre životnosť 600 stupňov

Kinetika rekryštalizácie a následný vývoj zrna plášťov ohrievačov z nehrdzavejúcej ocele 316L pri 600 stupňoch sú ovplyvnené predchádzajúcim spracovaním za studena %. Rekryštalizácia sa dosiahne spracovaním za studena 10-12% a 1500-3000 hodín, výsledkom čoho je jemná (ASTM 7-8) rekryštalizovaná štruktúra zrna, ktorá si zachováva dobrú pevnosť pri tečení po dobu 10,{9}} hodín. Vyššia práca za studena (20-30%) má za následok rýchlu rekryštalizáciu (200-500 hodín) a hrubé zrná (ASTM 4-5), ktoré znižujú životnosť pri tečení o 40-60%. Mikroštruktúra je už rekryštalizovaná a stabilná pri menej ako 5% tvárnení za studena (žíhaná), ale nedostatok deformácie znižuje pevnosť v tvare. Pre 10 000 hodín prevádzky pri 600 stupňoch môžu inžinieri špecifikujúci 316L plášte očakávať 10-15% prácu za studena od ťahania rúr. Po ťahaní sa použije stabilizačné tepelné spracovanie (850 stupňov, 2 hodiny) na optimalizáciu mikroštruktúry pre dlhodobú stabilitu veľkosti zrna pri prevádzke presahujúcej 10 000 hodín. Rámec navrhovaný v tomto dokumente umožňuje kupujúcim špecifikovať redukcie ťahania, ktoré maximalizujú životnosť pri tečení prostredníctvom riadeného vývoja mikroštruktúry tým, že % práce za studena priradí k kinetike rekryštalizácie a vývoju zrna pri 600 stupňoch.