Kako odstotek prejšnjega hladnega dela iz risbe cevi 316 grelnega plašča nadzoruje stopnjo sprostitve napetosti in sočasne preobčutljivosti med delovanjem pri 550 stopinjah

Konkurenčna kinetika pridobivanja in izločanja karbidov

Za 316 električnih grelnih cevi, oplaščenih iz nerjavečega jekla, pri visokih temperaturah (550 stopinj, značilno za uporabo pri visokotemperaturnem ogrevanju zraka ali plina) prejšnji odstotek hladnega dela iz vlečenja cevi nadzoruje dva nasprotujoča si metalurška procesa: sprostitev napetosti (okrevanje dislokacije, ki zmanjša preostalo napetost in poveča odpornost proti lezenju) in preobčutljivost (kromov karbid se izloča na mejah zrn, kar zmanjša odpornost proti koroziji). Močno hladno vlečenje cevi (25-35-odstotno zmanjšanje) pri 550 stopinjah se hitro sprosti (50-80-odstotno zmanjšanje napetosti v 100-500 urah), vendar hkrati ustvari neprekinjene karbide na meji zrn (preobčutljivost) zaradi visoke gostote dislokacij, ki pospešuje difuzijo kroma. Rahlo hladno obdelane cevi (5 do 15-odstotno zmanjšanje) se sprostijo počasneje (50-odstotno zmanjšanje napetosti traja 1000 do 5000 ur), vendar niso občutljive, ker zmanjšana gostota dislokacij povzroči manj nukleacijskih mest za karbide. Ta članek kvantificira korelacijo med predhodnim hladnim delom, kinetiko sprostitve stresa in začetkom senzibilizacije pri 550 $^{\\circ}$C.

Mehanizem senzibilizacije in konkurenčnega okrevanja

Nerjaveče jeklo 316 pri hladnem vlečenju nabira dislokacije in, odvisno od intenzivnosti, deformacije-induciran martenzit. Pri 550 stopinjah obnovitveni mehanizmi (uničenje dislokacij in prerazporeditev) zmanjšajo preostalo napetost in trdoto. Stopnja okrevanja je Arrheniusova in hitrejša pri višjem hladno obdelanem materialu, saj shranjena energija nudi potisno silo. ob istem času se kromov karbid (Cr 23 C 6 ) izloča vzdolž meja zrn in na dislokacijah. Hitrost nukleacije karbidov je sorazmerna z gostoto dislokacij, saj dislokacije zagotavljajo hitre difuzijske poti za krom in ogljik. V zelo hladno{10}}obdelanem materialu (visoka gostota dislokacij) se karbidi hitro nukleirajo in razvijejo neprekinjeno mrežo mej zrn v 100–500 urah pri 550 stopinjah. Nukleacija karbida je počasna v blago hladno obdelanem materialu in tudi po 5000 urah je karbidov malo in so prekinjeni.

Kvantificirano razmerje med hladnim delom, sproščanjem stresa in preobčutljivostjo pri 550 stopinjah

Naslednja razmerja so vzpostavljena iz nadzorovanega izotermnega staranja cevi 316 z različnimi odstotki hladnega dela pri 550 stopinjah, merjenja preostale napetosti (z rentgensko difrakcijo) in občutljivosti (po ASTM A262 praksa 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 >1000 ur 0 (žarjeno)<30 N/A (no stress) >10.000 (brez preobčutljivosti) Struktura korakov Da 5-10 100-150 2,000-5,000 5,000-10.000 Korak (sprejemljivo) Da 10-15 150-200 1,000-2,000 2,000-5.000 Korak za zavrnitev prehoda Primerno za do 2000 ur
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1.000 ur ur
20-25 250-300 200-500 500-1,000 Jarek (senzibiliziran) po 500 urah Ne 25-30 300-350 100-200 200-500 Hud jarek Nesprejemljivo
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
Vpliv delovne temperature na konkurenčne cene

Čas do senzibilizacije se s povišanjem temperature zmanjšuje, sproščanje napetosti se pospešuje. Optimalno hladno{1}}delovno območje za dano delovno temperaturo je kompromis te dinamike.

Delovna temperatura (stopinja) Priporočeno območje hladnega dela za 10.000-ur dela (%) Dosežena sprostitev stresa (%) Tveganje za preobčutljivost Prednostni material 450 15-25 50-70% po 10.000 urah Nizka (karbidi počasi) 316 (poljubno) 500 10-20 60-80% po 10.000 urah Zmerno prednostno 316L 525 5-15 70-85% po 10.000 urah zmerno-visoko zahtevano 316L 550 0-10 80-90% po 10.000 urah visoko (verjetna preobčutljivost) 316L s stabilizacijo 575 0-5 (žarjeno) ni na voljo (brez stresa) visoko (vsi senzibilizirajo) Nadgradite na 347 ali 310
600 0 (pravkar žarjeno) Ni na voljo Huda 316 ni sprejemljiva
Praktična priporočila za izdelavo grelnikov

Spodaj so priporočena merila obdelave v hladnem in naknadno{0}}oblikovanje za 316 oplaščene grelnike za 550 stopinj.

Največja hladna obdelava v končnem plašču (%) Želena življenjska doba pri 550 stopinjah (ur) Priporočena obdelava po-oblikovanju Preskušanje občutljivosti Zahtevana alternativna zlitina<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 (popolnoma rekristalizirano) Žarjenje s polno raztopino + stabilizacija (850 stopinj, 4h) ASTM A262 praksa C (<0.3 mm/year) 347 or 310
Terensko odkrivanje preobčutljivosti storitev pri povišanih temperaturah

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >1000 ur odpovedi v jedkem okolju (npr. med ciklom čiščenja ali po zaustavitvi) je treba upoštevati preobčutljivost med servisiranjem. Metalografsko testiranje (ASTM A262 Practice A jedkanje) bo razkrilo strukturo "jarka" na mejah zrn. Zaradi okrevanja se bo trdota zmanjšala s-narisane vrednosti (npr.. 300 HV na 200 HV). To bo pokazalo, da je bil material pri temperaturi. Razpoke ali interkristalna korozija bodo način okvare. Za takšne okvare je rešitev za prihodnje nakupe določitev popolnoma žarjenih (rekristaliziranih) cevi z nizko preostalo napetostjo ali nadgradnja na stabilizirano kakovost, kot je nerjavno jeklo 347 (stabilizirano s kolumbijem) ali 310, ki ne postane občutljivo pri 550 stopinjah.

Zaključek: 550-stopinjski kompromis-med lajšanjem stresa in preobčutljivostjo

Pri grelnikih iz nerjavečega jekla 316, ki delujejo pri 550 stopinjah, količina predhodnega hladnega dela nadzoruje kinetiko dveh nasprotujočih si procesov, sprostitve napetosti (dobro) in preobčutljivosti (slabo). Hladno delo nad 15-20 % povzroči hitro senzibilizacijo (obarjanje karbidov v 500-1500 urah), kar povzroči dovzetnost za interkristalno korozijo. Hladno delo<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 (>5000 ur). Kjer se hladnemu delu ni mogoče izogniti, je po oblikovanju potrebno žarjenje v raztopini za rekristalizacijo strukture in za lajšanje preostale napetosti ter možnosti preobčutljivosti.