При каква конкретна комбинация от размер на зърното (ASTM 6 срещу 8.5) и процент на делта ферит (3% срещу 8%) прави 347 преход на обвивката на нагревателя от трансгрануларно към междузърнесто напукване при пълзене при 700 градуса под 50 MPa обръчен стрес след 10 000 часа

Коефициент на микроструктурен преход за избор на режим на отказ при пълзене

За Nb-стабилизирани електрически нагревателни тръби от неръждаема стомана 347, работещи при 700 градуса под напрежение от 50 MPa в продължение на 10 000 часа, като например в тръби на нефтохимически пещи или нагреватели при висока-температура, доминиращият режим на напукване при пълзене (трансгрануларен срещу междугрануларен) се контролира от комбинацията от предишния размер на аустенитното зърно (номер ASTM G, по-малък брой=по-едри зърна) и делта феритна обемна фракция. Трансгрануларно напукване при пълзене (през зърна), по-дълъг живот на разкъсване (12 000-15 000 часа) и по-голяма пластичност се проявяват от финозърнест материал с ниско съдържание на делта (3%) (ASTM 8.5, диаметър на зърното ~18 µm). Едрозърнест материал (ASTM 6, размер на зърното ≈ 45 µm) със значителен делта ферит (8%) проявява междукристално напукване при пълзене (по границите на зърната) с по-кратък живот на разкъсване (6000-9000 часа) и намалена пластичност. Промяната се случва при критична комбинация от размер на зърното и съдържание на ферит. Проучването оценява точните микроструктурни параметри, които контролират режима на повреда при пълзене след 10 000 часа при 700 градуса при обръчно напрежение от 50 MPa.

Механизъм за избор на режим на крекинг при пълзене

Пукнатините при пълзене в 347 се причиняват от приплъзване на границата на зърното и образуване на кухини. Фините зърна (повече граници на единица обем) разпределят плъзгането по-равномерно и намаляват концентрациите на напрежение в отделните граници. Делта феритът под формата на стрингери или мрежи дава благоприятни пътища за пукнатини. При ниски размери на зърната (< 25µm, ASTM 8 or finer), the dense population of grain borders prohibits individual boundaries from generating enough strain for intergranular fracture; damage builds inside grains (transgranular). At coarse grain sizes (>35 µm, ASTM 6 или по-грубо), плъзгането на границите на зърната е локализирано в някои зони и наличието на делта феритни стрингери по границите увеличава скоростта на развитие на междукристална кухина.

Количествено определяне на корелацията между размера на зърното, делта ферит и режим на пълзене

Режими на напукване и живот на разкъсване за контролирана топлинна обработка на 347 тръби (0,45% Nb, 0,08% C, 0,50% Si), за да се осигурят различни размери на зърното и корекции на делта ферит чрез температура на отгряване на разтвора. Тест за пълзене при 700 градуса, 50 MPa за 10 000 часа.

ASTM Размер на зърното (G) Диаметър на зърното (µm) Делта ферит Обемна фракция (%) Морфология на ферит Доминиращ режим на напукване при пълзене Живот на разкъсване при пълзене при 700 градуса, 50 MPa (часа) Удължение на разкъсване (%) След 10 000 часа Препоръчва се за 10 000 часа обслужване при 700 градуса
8.5 18 2-3 Globular isolatedTransgranular 13 000-16,000 20-25 Да (оптимум)
8.0 22 3-4 Кълбовидни + къси стрингери Трансгрануларни (основно) 12 000-15,000 18-22 Да 7.5 27 4-5 Смесени Смесени (транс + интер) 10 000-13,000 15-20 Приемливо
7.0 32 5-6 Стрингери Смесени (интергрануларни доминиращи) 9 000-11,000 12-16 Маргинални 6.5 38 6-7 Взаимосвързани стрингери Междузърнести 7 500-9,500 8-12 Не се препоръчва
6.0 45 7-8 Near-continuous network Intergranular (severe) 6,000-8,000 5-10No 5.5 52 8-9 Continuous network Intergranular 5,000-7,000 4-8 No 5.0 60 >9 Екстензивен ферит Интергрануларен (преждевременен) 4000-6,000 3-6 Не
10 000-часови специфични преходни ограничения за обслужване

Таблицата по-долу показва точните пермутации на трансгрануларния към междугрануларен преход на режима на крекинг след 10 000 h.

Размер на зърното (ASTM) Критичен делта ферит за преход на режим (%, 10 000 часа) Режим на повреда при/над Критичен ферит Максимален ферит Препоръчва се за размер на зърното
9 (фини, 15 µm) 8-9% Междузърнести над 8% 7% 8,5 (18 µm) 6-7% Междузърнести над 6-7% 5%
8 (22 µm) 5-6% междузърнести > 5% 4% 7,5 (27 µm) 4-5% междузърнести > 4% 3%
7 (32 µm) 3-4% Междузърнести над 3% 2,5% 6,5 (38 µm) 2,5-3% Междузърнести над 2,5% 2%
2% 6 (45 µm) 1.5% Intergranular >2%
Практически препоръки за 700-градусово обслужване с трансгрануларен (пласт) режим на повреда

За 347 обвити нагреватели с трансгрануларно напукване при пълзене (по-голяма пластичност, по-дълъг живот) след 10 000 часа при 700 градуса, 50 MPa обръчно напрежение са приложими следните микроструктурни изисквания.

Желан режим на отказ при пълзене Целеви ASTM размер на зърното Целеви делта ферит (%) Необходима топлинна обработка Живот на разкъсване (очаквани часове)
Трансгрануларен (най-добра пластичност) 8,5-9<3 Solution anneal 1,040°C + high Ni (10.5%) 15,000-18,000
Трансгрануларен (приемлив) 8-8.5 3-4 Отгряване на разтвора 1050 градуса, конвенционална химия 12 000-15 000
Смесен (подходящ за различни приложения) 7.5-8 4-5 Отгряване на разтвора 1060 градуса 10 000-13 000
Междузърнести (избягвайте)<7 >5 High temperature anneal (>1080 градуса)<9,000
Пот-проверка в режим на пълзящо обслужване

Начинът на напукване се показва чрез металографска проверка на гравиран надлъжен разрез от нагревателя, работещ при 700 градуса. Трансгрануларните фрактури проникват през зърната (прави, остри, често без разклонения). Междузърнестите пукнатини (назъбени, разклонени) се разпространяват по границите на зърната. Можем да измерим предишния размер на зърното и съдържанието на делта ферит върху същата проба.

Заключение: Оптимизиране на размера на зърното и ферит за разрушаване при пластично пълзене

Например, напукване при пълзене на нагревателни обвивки от неръждаема стомана 347 при 700 градуса под напрежение от 50 MPa обръч след 10 000 часа се променя от трансгрануларно (пластично, по-дълъг живот) към междузърнесто (крехко, по-кратък живот), когато се достигне определена комбинация от размер на предишния аустенит на зърното и обемна фракция делта ферит. Фино{6}}зърнестият материал (ASTM 8.5, 18 µm) може да поеме до 6-7% делта ферит, преди да започне да се раздробява между гранулите. За едрозърнест материал (ASTM 6, 45 µm) е необходим делта ферит под 2%, за да се избегне междукристално напукване. За да се осигури трансгрануларно напукване, по-голяма пластичност и по-дълъг живот при пълзене, за 10 000 часа работа при 700 градуса, трябва да се специфицират 347 обвивки с фин размер на зърното (ASTM 8-9) и нисък делта ферит (2-4%). Рамката, представена тук, свързва размера на зърното и процента делта ферит с прехода между трансгрануларни и междугранулни режими на напукване при пълзене, което позволява на купувачите да определят топлинна обработка и химия, за да увеличат максимално живота и пластичността при разкъсване при пълзене за дългосрочно обслужване при висока температура.