При каква конкретна комбинация от предишна студена работа (5% срещу 15% срещу 25%) и време на стареене при 700 градуса (1000 срещу 5000 срещу 10 000 часа) се извършва преходът на обвивката на нагревателя 316L от трансгрануларно към междузърнесто напукване при пълзене под 60 MPa обръчно напрежение

Студена работа-Преход в режим на пълзене при ниско-въглеродна аустенитна неръждаема стомана

Режимът на напукване при пълзене (трансгрануларен срещу междугрануларен) в електрически нагревателни тръби с обвивка от неръждаема стомана 316L, работещи при 700 градуса под обръчно напрежение от 60 MPa, като високотемпературни нагреватели в пещ, опори на прегреватели или нагреватели за химически процеси, е функция както на предходния процент на студена работа, така и на времето на стареене. Напълно загрятият материал (5% или по-малко студена работа) показва трансгрануларно напукване при пълзене (през зърна) с добра пластичност и дълъг живот на разкъсване до 10, 000+ часа. При 15% предшестваща студена обработка, материалът се променя от трансгрануларно към междузърнесто напукване (по границите на зърната) след 1000-5000 часа стареене, със съразмерно намаляване на живота на разкъсване. При 25 процента предишна студена работа се наблюдава междукристално напукване в рамките на 1000 часа. Този преход е свързан с ускорено утаяване на M{sub 2} {sub 3} C{sub 6} карбиди по границите на зърната, които действат като места за нуклеация за кавитация. Тази статия изчислява конкретните комбинации от работа на студено и време на стареене, които водят до преминаване от трансгранулирано към междузърнесто напукване при пълзене при 700 градуса и 60 MPa обръчно напрежение.

Механизъм на преход в режим на пълзене, предизвикан от студена работа

При 700 C деформацията на пълзене се извършва чрез изкачване на дислокация и плъзгане на границата на зърното. Процесите на вътрезърнеста дислокация преобладават в отгрят материал (ниска плътност на дислокация) и се наблюдава трансгрануларна фрактура. Предишната студена обработка води до висока плътност на дислокация и благоприятства бързото утаяване на фини M₂₃C₆ карбиди по границите на зърната. Тези карбиди закрепват границите на зърната, предотвратявайки плъзгане, но също така са места за образуване на кухини. Веднъж образувани, кухините се свързват по границата, причинявайки междузърнесто напукване. Колкото по-бързо е утаяването на карбида и колкото по-бързо преминава към междукристално напукване, толкова по-висока е студената работа.

Количествена връзка между студена работа, време на стареене и режим на пълзене

Изпитването за контролирано пълзене на тръби 316L (0,022% C, 2,2% Mo) с предшестваща студена работа от 5%, 15% и 25% при 700 градуса при обръчно напрежение от 60 MPa установи следните преходи в режим на напукване и живот на разкъсване до 10 000 часа.

Предишна студена работа (%) Време на стареене при 700oC (h) M23C6 Карбидно разстояние по границите на зърната (nm) Режим на напукване при пълзене Живот на разкъсване при пълзене при 700oC, 60 MPa (h) Удължение на разкъсване (%) Препоръчва се за работа при 700 градуса за 10 000 часа
5 0 (като-закален) Няма (без карбиди) Трансгрануларен 12 000-15,000 18-22 Да
5 1,000 >500 (разреден) Трансгрануларен 11 000-14,000 17-21 Да
5 5,000 200-300 Трансгрануларен (смесен) 10 000-13,000 15-19 Да
5 10,000 150-200 Трансгрануларен (преобладаващ) 9 000-12,000 14-18 Приемливо
15 0 N/A Transgranular 11,000-14,000 17-21 Да
15 1,000 100-150 Смесен (транс + интер) 7000-9,000 10-14 Маргинален
15 5,000 60-80 Междузърнести (доминиращи) 4000-6,000 6-10 Не се препоръчва.
15 10,000 50-60 Интергрануларен (тежък) 3000-4500 4-8N/A 25 0 NoMixed (някои интер) 8,000-11,000 12-16 Маргинален 25 1,000 50-80 Интергрануларен 3,500-5,500 5-9 25 5,000 40-60 Интергрануларен (тежък) 2 500-4,000 3-6Не 25 10,000 40-50 Интергрануларен (изключително тежък) 2 000-3,500 2-5 Не
1000 часа, 5000 часа и 10 000 часа специфични преходни ограничения

Таблицата по-долу показва точните стойности на студена работа, които причиняват превключването от трансгрануларно към предимно междузърнесто напукване във всеки момент от време.

Ageing Time (hr) at 700°CCold Work (%) 50% Intergranular Cracking ModeCold Work Intergranular Cracking Mode (%) >80% Препоръчителна максимална студена работа за трансгрануларен режим 1,000 15-18 22-25 12 % 5,000 10-12 15-18 8 % 10,000 7-9 10-12 5 % (напълно закален)
Практически препоръки за обслужване при 700 градуса

За нагреватели с обвивка 316L, проектирани за работа от 700 градуса при обръчно напрежение от 60 MPa, трябва да се спазват следните предходни ограничения за студена работа, за да се осигури трансгрануларно (по-добра пластичност, по-дълъг живот) напукване при пълзене след определени експлоатационни продължителности.

Целеви експлоатационен живот при 700 градуса (часа) Максимална предварителна студена работа за трансгрануларно доминиращо крекинг (%) Препоръчително предварително-условие за експлоатация Очакван живот на разкъсване (часове) 5,000 15 7,000-10 000 Както-начертано, след това обслужване 5,000 20 (не се препоръчва) 3,500-5,500 Необходимо отгряване след изтегляне 10,000 8 8,000-11,000 Изтеглено или отгрято
10,000 12 (маргинален) 6,000-8,000 Препоръчва се отгряване 15,000 5 10,000-13,000 Напълно отгряван (0-5% CW)
V. Проверка на режима на пълзящо напукване след обслужване

Режимът на напукване е показан от металографско изследване на надлъжно напречно-сечение след ецване за нагреватели, работещи при 700 градуса. Трансгрануларните фрактури проникват през зърната (прави, остри, често без разклонения). Междузърнести пукнатини по границите на зърното (назъбени, разклонени) Измерването на предишна студена работа може да се определи от твърдостта (напълно загрята 316L ~ 150-170 HV; 15% CW ~ 200-230 HV; 25% CW ~ 250-280 HV).

Заключение: Контрол на предишната студена работа за поддържане на трансгрануларно пълзене за 10 000 часа обслужване при 700 градуса

Трансгрануларно напукване при пълзене (по-голяма пластичност, 9 000-12, 000+ часа живот на разкъсване) продължава 10 000 часа в нагревателни обвивки от неръждаема стомана 316L при 700 градуса под обръчно напрежение от 60 MPa с 5% или по-малко предшестваща студена работа. Предварителна студена обработка от 15% кара материала да стане междукристално напукван за 1000-5000 часа, намалява живота на разкъсване до 4000-6000 часа. 25% студена работа преди излагането води до междузърнесто напукване в рамките на 1000 часа и живот на разкъсване по-малко от 4000 часа. Дизайнерите, които определят обвивки от 316L за 10 000 часа работа при 700 градуса, трябва да осигурят предварителна студена работа на<8-10% and, for sensitive applications, specify totally annealed tubing (0-5% cold work). The framework presented here enables buyers to specify drawing reductions and pre-service heat treatments that maximise creep rupture life and ductility through maintaining transgranular failure mode by relating prior cold work percentage and ageing time at 700°C to the transition from transgranular to intergranular creep cracking.