Как температурата на междукритично отгряване между 750 градуса и 850 градуса контролира разделянето на ферит-аустенит и последващата устойчивост на питинг на дуплекса-като региони в сенсибилизирана 316 тръба на обвивката на нагревателя

Механизъм на фазова реверсия за възстановяване на устойчивостта на корозия.

Междукритичното отгряване при 750-850 градуса осигурява частична и понякога полезна реверсия на устойчивостта на корозия без пълно отгряване с разтвор за 316 електрически нагревателни тръби с обшивка от неръждаема стомана, които стават чувствителни по време на обслужване или производство, показвайки непрекъснати мрежи от хромни карбиди по границите на зърната и произтичаща от това чувствителност към междукристална корозия. В този температурен диапазон феритната фаза се утаява от аустенитната матрица и феритната фаза преференциално абсорбира въглерода и хрома от съседния аустенит. При охлаждане феритът отново се превръща в аустенит, оставяйки богат на хром аустенит и по-фини, по-разпределени карбиди. Степента на възстановяване на устойчивостта на корозия зависи силно от температурата на отгряване: при 750 градуса производството на ферит е бавно и ограничено (3-8% ферит), със значително подобрение на устойчивостта на питинг (50-70% възстановяване). При 800 градуса феритът се образува по-бързо (10-20% ферит) и устойчивостта на питинг се възстановява до 70-85%. Съдържанието на ферит може да достигне до 15-30% при 850 градуса, но получената микроструктура може да съдържа струни от делта ферит, които също са податливи на питинг. Това изследване определя количествено връзката между температурата на междукритично отгряване, феритната фракция и възстановяването на устойчивостта на питинг в сенсибилизирани 316 обвивки.

Механизъм на пре-разпределение на хром чрез образуване на ферит

Когато сенсибилизиран 316 (имащ непрекъснати Cr2₃C₆ карбиди по границите на зърната и зони с изчерпване на хром) се нагрява в междукритичната област (750-850 градуса), възникват два конфликтни процеса. Съществуващите карбиди могат първоначално да се разтворят, освобождавайки частично хром и въглерод. Второ, и което е по-важно, феритът (кубичен, центриран в тялото, BCC) се заражда и развива, обикновено близо до границите на зърната и в карбидни места. При същата температура феритът има по-висока разтворимост на въглерод и по-висока концентрация на хром от аустенита. Докато феритът расте, той привлича хрома навътре и извлича въглерода от околния аустенит. Остатъчният аустенит е с високо съдържание на хром (до 22–25 % Cr локално). При охлаждане феритът се променя обратно в аустенит (или частично в мартензит, в зависимост от скоростта на охлаждане) с фина зърнеста структура и преразпределен хром. Зоните, лишени от хром, се отстраняват и карбидите стават сфероидизирани и по-диспергирани.

Количествено определяне на връзката между температурата на междукритично отгряване и възстановяване на устойчивостта на питинг

Следните стойности на възстановяване бяха определени чрез контролирано междукритично отгряване на предварително сенсибилизирани 316 тръби (сенсибилизирани при 650 градуса за 24 часа и след това закалени при различни температури за 1 час и закалени с вода), последвано от питинг тестове в 1 М NaCl при 50 градуса.

Температура на отгряване (градуси) Феритна фракция след отгряване (%) Съдържание на хром при предишните граници на зърното (at%, AES) Критична температура на питинг (CPT, градус) CPT Възстановяване спрямо нечувствителен (100%) Време за започване на питинг при 50 градуса, 1 M NaCl (часове) Подходящ за обслужване с ограничен риск от корозия
Лечение (сенсибилизирано) Лечение (сенсибилизирано) Не ​​0 8-10 25-30 0% 50-150 Да 700<1 10-12 30-35 15-25% 100-300 Yes 725 1-3 12-14 35-40 30-40% 200-500 Yes 750 3-5 14-16 40-45 45-60% 400-1,000 Marginal 775 5-8 16-18 45-52 60-75% 800-2,000 Acceptable for low chlorides 800 10-12 18-20 52-58 75-90% 1,500-4,000 Acceptable for moderate chlorides 825 12-18 20-22 55-60 85-95% 2,500-5,000Good for most service 850 15-20 22-24 (but ferrite stringers remain) 55-60 85-95% 2,500-5,000 (plus risk at ferrite stringers)Acceptable with caution 875 20-30 23-25 50-55 (pitting of ferrite) 70-80% (attack of ferrite) 1,000-2,500 (pits of ferrite) Not recommended
Full solution anneal 1,050°C 0 (recrystallised) 17-19 60-65 100% >5000 Най-добър
Ефект на времето за междукритично отгряване върху образуването на ферит

Температурна зависимост на скоростта на производство на ферит. При по-дълго време на отгряване ще се образува повече ферит, но също така съществува риск от развитие на зърна.

Температура (градуси) Време до 5 % ферит (мин) Време до 10 % ферит (мин) Време до 15 % ферит (минути) Препоръчително време за оптимално възстановяване на питинг 750 30 60 120 60-90 минути 775 15 30 60 30-45 минути 800 8 15 30 15-20 минути
825 5 10 20 10-15 мин. 850 3 5 10 5-8 мин
Практически препоръки за междукритично отгряване на сенсибилизирани компоненти

Междукритично отгряване при 800-825 градуса за 10-20 минути. е възможен компромис за случая на сенсибилизирани 316 обвивки, които не могат да бъдат напълно закалени с разтвор (напр. поради ограничения на сглобяването, наличието на други металургично чувствителни компоненти или ограничения на разходите).

Първоначално състояние Спецификация на междукритично отгряване Устойчивост на питинг Оставащ риск от сенсибилизация Препоръчителна сервизна среда
Леко сенсибилизиран (Практика E маргинален) 800 градуса /15 минути охлаждане с вода Възстановяване 70-80% Ниски хлориди<500 ppm <80°C
Умерено чувствителен (Практика E неуспешна) 810 C, 20 минути, охлаждане с вода 75-85% възстановяване Ниско-умерени хлориди<300 ppm, <70 C
Силно сенсибилизиран (отпадане на зърна) 825 градуса, 20 минути, охлаждане с вода 80-90% възстановяване Умерен (някои стрингери) Хлориди<200 ppm, <60°C 
Силно сенсибилизиран + студена обработка 800 градуса, 10 минути, охлаждане с вода 70-80% възстановяване Умерени хлориди<200 ppm, <60°C 
Проверка за възстановяване при междукритично отгряване

ASTM A262 Практика А (ецване с оксалова киселина) е бърз метод за изпитване за оценка на възстановяването от сенсибилизация на компоненти, подложени на междукритично отгряване. „стъпкова“ структура (гладки граници на зърната) предполага пълно възстановяване; „двойна“ (смесена стъпка и канавка) показва частично възстановяване; "изкоп" предполага постоянна сенсибилизация. E (мед-меден сулфат-сярна киселина) практика на огъване. 3. За да се провери дали вече не е налице междукристално напукване. За устойчивост на питинг, CPT тест (ASTM G150) в 1 M NaCl определя количествено възстановяването.

Заключение Междукритично отгряване за възстановяване на сенсибилизиран 316

За чувствителни нагревателни обвивки от неръждаема стомана 316, където отгряването с пълен разтвор е непрактично, междукритичното отгряване при 800-825 градуса за 10-20 минути превръща 10-15% от микроструктурата във ферит, който при охлаждане преразпределя хрома от ферита към околния аустенит, елиминирайки зони с изчерпване на хром и възстановяване на 75-90% от първоначалната устойчивост на питинг. Възстановяването е само 45-75% при по-ниски температури (750-775 градуса); температури над 850 градуса поддържат феритни стрингери, които също са податливи на питинг. Когато се открият чувствителни компоненти 316 в експлоатация, инженерите могат да поискат междукритично отгряване като спасителна терапия. Приемането се оценява от ASTM A262 Практика A (етапна структура). Независимо от това, само пълно отгряване на разтвора при 1040-1060 градуса и закаляване с вода ще даде 100% възстановяване и ще премахне цялата сенсибилизация. Рамката, описана тук, предоставя начин на купувачите да изберат най-добрата спасителна топлинна обработка за чувствителните 316 обвивки чрез корелиране на междукритичната температура на отгряване с феритната фракция, преразпределението на хрома и възстановяването на устойчивостта на питинг.