Как процентът на намаляване на студеното изтегляне на тръбите на обвивката на нагревателя 316L контролира образуването на мартензит, предизвикано от деформация и неговия последващ ефект върху магнитната пропускливост и устойчивостта на водородна крехкост

Индуцирана от деформация фазова трансформация: нож с две{0}}остриета

Най-често срещаният метод за получаване на точни размери на външния диаметър и повърхностно покритие за електрически нагревателни тръби с обвивка от неръждаема стомана 316L, произведени чрез студено изтегляне, е намаляването в проценти, което директно контролира обемната част на мартензита, предизвикан от деформация ( '-мартензит), генериран по време на деформация. 316L има по-ниско съдържание на въглерод (<0.03%) than ordinary 316 making it more austenitically stable at room temperature and needing greater cold work levels to generate martensite. The martensite volume fraction that can be determined by magnetic permeability (μr) affects two important but conflicting service properties: magnetic permeability (important for applications that require non-magnetic sheaths such as MRI rooms or sensitive electronic equipment) and hydrogen embrittlement resistance (critical for cathodically protected systems or sour service). When the reduction percentage is below 20% the 316L stays practically entirely austenitic (μr <1.01, martensite <2%), giving excellent non-magnetic properties but with a lower yield strength. Martensite is formed gradually (μr =1.01-1.10, martensite 2-15%) with a 20-40% reduction, with an increase in yield strength but a decrease in resistance to hydrogen embrittlement. For reductions more than 40%, the martensite content is higher than 15-20% (μr >1.10), което причинява висока магнитна реакция и значителна чувствителност към водородна крехкост. Тази статия оценява корелацията между намаляването на студеното изтегляне, мартензитната фракция, магнитната пропускливост и устойчивостта на водородна крехкост за нагревателни обвивки 316L.

Механизмът на индуцирано от деформация образуване на мартензит в 316L

Аустенитът 316L е мета-стабилен по отношение на производството на мартензит по време на пластична деформация. $\\gamma$ (FCC, парамагнитен) $\\to$ $\\epsilon$ (HCP, слабо магнитен) $\\to$ $\\alpha^\\prime$ (BCC, феромагнитен). Обемната част на алфа'-мартензита следва закона на Олсън-Коен: Valpha'=1 - exp(-betaxepsilon_plastic^n) (10) където epsilon_plastic е истинската пластична деформация ( epsilon_plastic=ln(1/(1-намаляване)) бетакс е зависим от температура-фактор и n е около 2 за 316L. Температурата, при която се образува 50% мартензит при 30% реална деформация за 316L, е около -30 градуса до -50 градуса, което означава, че при нормална температура образуването на мартензит е ограничено до 20-30% намаление. Трансформацията води до двуфазна микроструктура (аустенит + мартензит) или трифазен (съдържащ ε) и притежава качества, междинни между тези на напълно аустенитни и напълно мартензитни неръждаеми стомани.

Количествени връзки между студена редукция, фракция мартензит и свойства при 25 градуса

Контролирано студено изтегляне на 316L тръба (начален OD 12 mm, стена 1,5 mm, напълно загрята при 1050 градуса) се използва за демонстриране на връзки между мартензитна фракция (рентгенова дифракция), магнитна проницаемост (феритоскоп) и механични параметри.

Намаляване на студеното изтегляне (%) Истинска деформация (ε=ln(1/(1-R))) '-Обемна фракция на мартензита (%) Магнитна пропускливост (μr, 25 градуса ) Граница на провлачване (MPa, 0,2% отместване) Удължение (%) Препоръчва се за немагнитни приложения (<1.05 μr Recommended for Sour/Hydrogen Service
0 (отгрят) 0.00 0 1.00-1.01 205 50 Да Да 5 0.05 0 1.00-1.01 240 45 Да Да 10 0.11 0 1.01-1.02 280 40 Да Да 15 0.16 0-1 1.02-1.03 320 35 Да Да 20 0.22 1-2 1.03-1.05 360 30 Пределно Приемливо 25 0.29 2-4 1.05-1.07 400 25 Не Пределно 30 0.36 4-7 1.07-1.10 440 20 Не Не (висока H крехкост) 35 0.43 7-12 1.10-1.15 480 18 Не Не 40 0.51 12-18 1.15-1.25 520 15 Не Не 45 0.60 18-25 1.25-1.40 560 12 Не Не 50 0.69 25-35 1.40-1.70 600 10 Не Не
Ефект на съдържанието на мартензит върху устойчивостта на водородна крехкост

The susceptibility to hydrogen embrittlement (HE) of 316L heater sheaths in cathodically protected systems or sour service (H2S-containing) rises with martensite content because the BCC structure of martensite shows substantially higher hydrogen diffusivity and solubility than FCC austenite. The HE thresholds are given in the table below. α'-martensite fraction (%)Hydrogen Diffusivity at 25 oC (cm2/s, relative to austenite =1) Time to HE Cracking in NACE TM0177 Solution A at 25 oC 75% yield (hours)Maximum Permissible Cold Reduction for Sour Service (Recommended) 0 1X >720 (преминаване) Всякакви (разтопени)
1-3 5-10× 500-720 (на границата)<20% reduction
3-5 20-30× 200-500 (fail)Not permitted 5-10 50-80× 50-200 (fail)Not allowed >10 >100× <50 (severe) Not allowed
Изисква се магнитна пропускливост за не-магнитно приложение

Максимална магнитна пропускливост (напр. μr<1.01 or <1.05) is specified for 316L sheaths for MRI rooms, or sensitive electronic equipment, or degaussing systems. Limits on cold decrease are as follows.

Приложение Максимално разрешено μr Максимално студено намаляване (%) Препоръчителен производствен път Съответна мартензитна фракция
Кабинет за ЯМР (критичен) 1.01<10% 0% Fully annealed, + no cold work
Електронно-лъчева апаратура 1.02<15% 0-1%Light cold working + finish anneal
Общи не-магнитни 1.05<22% <2% Cold drawn + tension reliefing
Commercial (no specification) >1.05 (всеки) Всякакви Всякакви Практически спецификации за производство на нагревателни обвивки 316L

За купувачи, които определят тръби 316L за различни експлоатационни обстоятелства, се препоръчват следните граници на намаляване на студеното изтегляне:

Условие на експлоатация Максимално намаление при студено изтегляне (%) Необходима крайна топлинна обработка Макс. μr Мин. HE устойчивост
Не-магнитни (MRI, електроника) 10 Пълно отгряване след изтегляне 1,02 Добро
Общо промишлено (без хлорид, без H2S) 30 Няма (както е начертано приемливо) 1,10 (всеки) Не е необходимо
Хлоридна служба (<500 ppm, <80°C) 20 Stress relief 400°C, 1h 1.05 OK
Sour service (H2S >10 ppm) 15 Отгряване с пълен разтвор 1,03 Изисква се (издържа NACE)
Катодно защитен (морски) 15 Облекчаване на напрежението 450 градуса, 2 часа 1,03 Приемливо
High strength (pressure vessels) 40 None >1.15 Лошо (не за H2S)
Проверка на съдържанието и свойствата на мартензит

Buyers who require specified restrictions have three verification options available. The first is a non-destructive measurement with a ferritescope, which gives μr values with a precision of ±0.005-0.01. The second is X-ray diffraction (XRD) coupled with Rietveld refinement for accurate measurement of α'. The final test is a simple magnetic attraction test: if a permanent magnet clings strongly to the sheath, then μr >1.10 (не е подходящ за не-магнитни приложения). За устойчивост на HE изискването за одобрение е липса на пукнатини в теста NACE TM0177 (720 часа, 25 градуса, разтвор А с H₂S).

Заключения: Установяване на лимити за намаляване на охлаждането за 316L въз основа на изискванията за обслужване

За нагревателна обвивка от неръждаема стомана 316L процентът на намаление на студеното изтегляне е директният контролиращ фактор при деформационно{1}}индуцирано мартензитно образуване, което определя магнитната пропускливост и устойчивостта на водородна крехкост. За не-магнитни приложения (μr<1.01-1.05) cold reduction must be minimised to <10-15% with a final anneal. For HE resistant sour or cathodically protected service, cold decrease must be limited to < 15-20% with stress relief or full anneal. For general industrial service where neither attribute is critical reductions of 30-40% are tolerable. Engineers designing 316L sheaths have to define maximum magnetic permeability or minimum HE resistance criteria dependent on the environment of operation. The framework presented here correlates the cold reduction percentage to the martensite volume fraction and its two critical consequences-magnetic response and hydrogen embrittlement susceptibility, and enables buyers to choose the best drawing reduction and post-drawing heat treatment for their particular application.