Как процентът на предишната студена работа от изтеглянето на тръбата на обвивката на нагревателя 316 контролира скоростта на отпускане на стреса и съпътстваща сенсибилизация по време на работа при 550 градуса

Конкурентна кинетика на възстановяване и утаяване на карбиди

За 316 електрически нагревателни тръби с обвивка от неръждаема стомана при високи температури (550 градуса, типично за приложения за нагряване на въздух или газ при висока температура) предишният процент на студена работа от изтеглянето на тръбата контролира два противоречиви металургични процеса: релаксация на напрежението (възстановяване на дислокация, което намалява остатъчното напрежение и увеличава устойчивостта на пълзене) и сенсибилизация (хромният карбид се утаява по границите на зърната, което намалява устойчивостта на корозия). Тежкото студено изтегляне на тръбата (25-35% намаление) при 550 градуса се отпуска бързо (50-80% намаляване на напрежението за 100-500 часа), но създава непрекъснати карбиди по границата на зърното (сенсибилизация) в същото време поради високата плътност на дислокация, ускоряваща дифузията на хром. Леко студено обработената тръба (намаление от 5 до 15 процента) се отпуска по-бавно (намаляването на напрежението с 50 процента отнема 1000 до 5000 часа), но не е сенсибилизирано, тъй като намалената плътност на дислокация произвежда по-малко места за нуклеация за карбиди. Тази статия определя количествено връзката между предишна студена работа, кинетиката на релаксация на стреса и началото на сенсибилизация при 550 $^{\\circ}$C.

Механизъм на сенсибилизация и конкурентно възстановяване

Неръждаемата стомана 316 натрупва дислокации и, в зависимост от интензитета, деформация,-индуциран мартензит при студено изтегляне. При 550 градуса механизми за възстановяване (унищожаване и пренареждане на дислокация) намаляват остатъчното напрежение и твърдостта. Скоростта на възстановяване е Arrhenius и по-бърза при по-висок студено обработен материал, тъй като съхранената енергия предлага тласкаща сила. по същото време хромният карбид (Cr 23 C 6 ) се утаява по протежение на границите на зърната и при дислокации. Скоростта на нуклеация на карбидите е пропорционална на плътността на дислокациите, тъй като дислокациите осигуряват бързи дифузионни пътища за хром и въглерод. В силно студен -обработен материал (висока плътност на дислокация) карбидите се образуват бързо, развивайки непрекъсната мрежа от граници на зърната в рамките на 100-500 часа при 550 градуса. Карбидната нуклеация е бавна в леко студено обработен материал и дори след 5000 часа карбидите са малко и прекъснати.

Количествена връзка между студена работа, релаксация на стреса и сенсибилизация при 550 градуса

Следните зависимости са установени от контролирано изотермично стареене на 316 тръби с различни проценти на студена работа при 550 градуса, измерване на остатъчното напрежение (чрез рентгенова дифракция) и сенсибилизация (чрез ASTM A262 Практика 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 часа 0 (закален)<30 N/A (no stress) >10 000 (без сенсибилизация) Стъпкова структура Да 5-10 100-150 2,000-5,000 5,000-10 000 Стъпка (приемливо) Да 10-15 150-200 1,000-2,000 2,000-5 000 Стъпка за отхвърляне на преход Добър за до 2000 часа
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1000 часа часа
20-25 250-300 200-500 500-1,000 Канавка (сензибилизирано) след 500 часа Не 25-30 300-350 100-200 200-500 Тежка канавка Неприемливо
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
Ефект на работната температура върху конкурентните цени

Времето за сенсибилизация намалява с повишаване на температурата, релаксацията на напрежението се ускорява. Оптималният студен-работен диапазон за дадена работна температура е компромис от тези динамики.

Работна температура (градуси) Препоръчителен диапазон на студена работа за 10 000-часа обслужване (%) Постигнато отпускане на стреса (%) Риск от сенсибилизация Предпочитан материал 450 15-25 50-70% след 10 000 часа Ниска (карбиди бавни) 316 (всеки) 500 10-20 60-80% след 10 000 часа Умерен 316L предпочитан 525 5-15 70-85% след 10 000 часа Изисква се умерено-висок 316L 550 0-10 80-90% след 10 000 часа Висок (възможна сенсибилизация) 316L със стабилизация 575 0-5 (закален) Няма (без стрес) Висок (всички сенсибилизират) Надстройте до 347 или 310
600 0 (току-що закален) N/A Тежък 316 неприемлив
Практически препоръки относно производството на нагреватели

По-долу са препоръчителни критерии за студена работа и последващо{0}}формоване за нагреватели с обвивка 316 за работа от 550 градуса.

Максимална студена работа в завършена обвивка (%) Желан експлоатационен живот при 550 градуса (часа) Препоръчителна обработка след-формоване Тестване за сенсибилизация Изисква се алтернативна сплав<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 (напълно рекристализиран) Пълно отгряване на разтвора + стабилизиране (850 градуса, 4h) ASTM A262 Практика C (<0.3 mm/year) 347 or 310
Откриване на място на сенсибилизация при обслужване при повишени температури

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >1000 часа отказ в корозивна среда (напр. по време на цикъл на почистване или след изключване) трябва да се има предвид сенсибилизация по време на обслужване. Металографското изпитване (ASTM A262 Practice A ецване) ще разкрие структура на "канавки" по границите на зърната. Твърдостта ще е намалена от -начертаната стойност (напр. . 300 HV до 200 HV) поради възстановяване. Това ще покаже, че материалът е бил при температура. Напукване или междукристална корозия ще бъде режимът на повреда. За такива повреди, лекарството за бъдещи покупки е да се уточнят напълно закалени (рекристализирани) тръби с ниско остатъчно напрежение или да се надстрои до стабилизирана степен като 347 (колумбийно стабилизирана) или 310 неръждаема стомана, които не са чувствителни при 550 градуса.

Заключение: 550-градусов компромис-между облекчаване на стреса и сенсибилизация

За нагреватели с обвивка от неръждаема стомана 316, работещи при 550 градуса, количеството предишна студена работа контролира кинетиката на два конфликтни процеса, релаксация на напрежението (добро) и сенсибилизация (лошо). Студената работа над 15-20% води до бърза сенсибилизация (утаяване на карбиди в рамките на 500-1500 часа), което води до податливост към междукристална корозия. Студен труд<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 часа). Когато студената работа не може да бъде избегната, е необходимо отгряване на разтвора след формоването, за да се рекристализира структурата и да се облекчи остатъчното напрежение, както и възможността от сенсибилизация.