Kako odstotek prejšnjega hladnega dela iz risbe cevi 316L grelnega plašča nadzoruje stopnjo rekristalizacije in rast zrn med delovanjem pri 600 stopinjah

Mikrostrukturni razvojni parameter za visoke temperature. Zadrževanje moči

Odstotek predhodne hladne obdelave iz vlečenja cevi narekuje hitrost prekristalizacije in kasnejšega razvoja zrn, ki se pojavi med izpostavljenostjo visoki-temperaturi za električne grelne cevi, ovite iz nerjavečega jekla 316L, ki tečejo pri 600 stopinjah, kar je najvišja meja uporabe za neprekinjeno uporabo te zlitine. Kot-vlečena cev ima shranjeno energijo zaradi plastične deformacije (gostota dislokacij ustreza % hladnega dela). Ta shranjena energija povzroči rekristalizacijo pri 600 stopinjah: proizvodnjo novih zrn brez deformacij, ki nadomestijo deformirano mikrostrukturo. Obdobje začetka rekristalizacije dramatično pada z naraščajočo hladno obdelavo: pri 10% hladni obdelavi je 1000-2000 ur; pri 20% hladnem delu 200-500 ur; pri 30% hladnem delu 50-150 ur. Rekristalizacija povzroči nastanek zrn. To naredi mikrostrukturo grobo in zmanjša trdnost pri lezenju. 10,000 ur delovanja pri 600 stopinjah je optimalno območje hladnega dela 10-15 % (ravnovesje: dovolj zakasni rekristalizacija, da preživi 10.000 ur, vendar ne tako hitro, da bi nastala groba zrna). Ta dokument ocenjuje povezavo med predhodnim hladnim delom, kinetiko rekristalizacije, razvojem zrn in življenjsko dobo lezenja pri 600 stopinjah.

Mehanizem rekristalizacije in rasti zrn v 316L hladno obdelanem

Rekristalizacija je toplotno stimuliran proces. Nova zrna nukleirajo na mestih z visoko gostoto dislokacij (meje zrn, deformacijski pasovi, vključki) in se razvijejo v popačeno matriko. Pogonska sila je sorazmerna s shranjeno energijo hladnega dela, ki je sorazmerna s kvadratom tokovne napetosti (približno linearno s hladnim delom do 30-40%). Hladno delo vodi do eksponentnega povečanja stopnje nukleacije. Po končani rekristalizaciji pride do širjenja zrn z mejno migracijo, ki jo poganja zmanjšanje mejnega območja zrn. Velika zrna rastejo na račun majhnih zrn (Ostwaldovo zorenje). Drobna, enakomerna velikost zrn (ASTM 6-8) zagotavlja najboljšo odpornost proti lezenju pri 600 °C. Zelo drobnozrnata (ASTM 10+) in grobozrnata (ASTM 3-5) zrna skrajšajo življenjsko dobo lezenja z drsenjem meje zrn.

Razmerje med hladnim delom, časom rekristalizacije in velikostjo zrn pri 600 stopinjah.

Nadzorovano izotermno staranje pri 600 stopinjah z občasnim metalografskim pregledom je bilo uporabljeno za določitev stopenj rekristalizacije in razvoja zrn v hladno{1}}vlečenih 316L ceveh:

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 (stabilno) 2.500-3.500 Da (če je že v redu)
5 5,000-10,000 8-9 (20-30 µm) 15.000-20,000 3,000-4.000 Da
10 1,500-3,000 7-8 (25-35 µm) 8.000-12,000 3,500-5.000 Da (najboljše)
12 1,000-2,000 7-8 (25-35 µm) 6.000-9,000 3,500-5.000 Da
15 500-1,000 6-7 (35-50 µm) 4.000-7,000 3,000-4.500 Sprejemljivo
20 200-500 5-6 (50-70 µm) 2.000-4,000 2,000-3.500 Obrobno 25 100-200 4-5 (70-90 µm) 1.000-2,000 1,500-2.500 Ni priporočljivo 30 50-150 3-4 (90-120 µm) 500-1,500 1,000-2,000 Ni priporočljivo 35 30-80 3 (100-130 µm) 300-800 800-1,500 Ne 40 20-50 2-3 (120-150 µm) 200-500 600-1,000 Ne
Vpliv začetne velikosti zrn na kinetiko prekristalizacije

Hitrost rekristalizacije je odvisna od začetne velikosti zrn pred hladnim vlečenjem. Torej bolj fina je snov, hitreje se bo ponovno-kristalizirala. Obstaja več mest nukleacije.

Začetna velikost zrn ASTM pred vlečenjem Relativna stopnja prekristalizacije (10 % CW) Pri enakem hladnem delu 10.000 ur hladnega dela Priporočena življenjska doba 10 (izjemno fino, 10 µm) 1,5 × (hitreje) 8 % 8 (fino, 20 µm) 1,0 × (osnovna linija) 10 %
6 (srednje, 45 µm) 0,7 × (počasneje) 12 %
4 (grobo, 80 µm) 0,4 × (veliko počasneje) 15 % Praktična priporočila za proizvodnjo grelnih cevi 316L

Za plašče 316L za 600-stopinjsko uporabo z načrtovano življenjsko dobo 10.000 ur so predlagani naslednji parametri toplotne obdelave v hladnem in pred -servisom.

Želena življenjska doba (ure) 600 stopinj Predlagana hladna obdelava pred servisiranjem (%) Velikost zrn po pred-toplotni obdelavi po 10.000 urah pri 600 stopinjah (ASTM) Pričakovana življenjska doba porušitve zaradi lezenja (ure) 5,000 15-20 Brez (kot je narisano) 5-6 (50-70 µm) 3.000-4,500 10,000 10-12 Brez (kot je narisano) 6-7 (35-50 µm) 3.500-5,000 10,000 0-5 Popolno žarjenje + fino zrnatost 7-8 (25-35 µm) 3.000-4,500 20,000 10 Stabilizacijsko žarjenje (850 stopinj, 2 h) 7 (30-40 µm) 5.000-7,000 20,000 + odpornost proti koroziji 0 Žarjenje s polno raztopino + stabilizacija 7-8 4,000-6.000
Državno preverjanje rekristalizacije

Za kupce, ki zahtevajo določeno mikrostrukturno stabilnost, sta na voljo dva postopka preverjanja. Prvi je testiranje trdote. Trdota vlečenega 316L je 180–320 HV, odvisno od hladne obdelave. Rekristalizacija povzroči padec trdote na 140-160 HV (popolnoma mehko). Če je trdota po 1.000 urah pri 600 stopinjah višja od 200 HV, do rekristalizacije še ni prišlo. Drugi je metalografski pregled po jedkanju (gliceregija ali elektrolitična oksalna kislina). Oblikovanje struktur "ogrlice" (vrste drobnih novih zrn vzdolž nekdanjih meja zrn) pomeni začetek rekristalizacije.

Zaključek Izboljšanje hladnega dela za 600-stopinjsko življenjsko dobo

Na rekristalizacijsko kinetiko in poznejši razvoj zrn grelnih plaščev iz nerjavečega jekla 316L pri 600 stopinjah vpliva % predhodnega hladnega dela. Prekristalizacijo dosežemo po hladni obdelavi 10-12 % in 1500-3000 ur, kar ima za posledico fino (ASTM 7-8) prekristalizirano zrnato strukturo, ki ohranja dobro trdnost lezenja 10000+ ur. Večja hladna obdelava (20-30 %) ima za posledico hitro rekristalizacijo (200-500 ur) in groba zrna (ASTM 4-5), ki zmanjšajo življenjsko dobo lezenja za 40-60 %. Mikrostruktura je že prekristalizirana in stabilna pri manj kot 5 % hladnem delu (žarjenem), vendar pomanjkanje delovnega utrjevanja zmanjša trdnost v obliki. Za 10.000 ur delovanja pri 600 stopinjah lahko inženirji, ki določajo plašče 316L, pričakujejo 10-15 % hladnega dela pri vlečenju cevi. Po vlečenju se uporabi stabilizacijska toplotna obdelava (850 stopinj, 2 uri) za optimizacijo mikrostrukture za dolgoročno stabilnost velikosti zrn za uporabo več kot 10.000 ur. Tukaj predlagan okvir omogoča kupcem, da določijo zmanjšanja vlečenja, ki povečajo življenjsko dobo lezenja preko nadzorovanega mikrostrukturnega razvoja, tako da povežejo % obdelave v hladnem s kinetiko rekristalizacije in razvojem zrn pri 600 stopinjah.