Pri kojoj specifičnoj kombinaciji prethodnog hladnog rada (5% naspram 15% naspram 25%) i vremena starenja na 700 stupnjeva (1000 naspram 5000 naspram 10 000 sati) dolazi do prijelaza plašta grijača 316L iz transgranularnog u intergranularno pucanje puzanjem pod obručnim naprezanjem od 60 MPa

Hladni rad-Prijelaz načina puzanja u -niskougljičnom austenitnom nehrđajućem čeliku

Način pucanja puzanjem (transgranularno naspram intergranularno) u električnim grijaćim cijevima obloženim nehrđajućim čelikom 316L koje rade na 700 stupnjeva pod obručnim naprezanjem od 60 MPa, kao što su visokotemperaturni grijači peći, nosači pregrijača ili grijači kemijskog procesa, funkcija je i prethodnog postotka hladnog rada i vremena starenja. Potpuno žaren materijal (5% ili manje hladni rad) pokazuje transgranularne pukotine od puzanja (kroz zrna) s dobrom duktilnošću i dugim vijekom trajanja do kidanja do 10,000+ sati. Kod 15% prethodne hladne obrade, materijal se mijenja iz transgranularnog u intergranularni pukotin (duž granica zrna) nakon 1.000-5.000 sati starenja, s proporcionalnim smanjenjem vijeka trajanja loma. Kod 25 posto prethodnog hladnog rada intergranularne pukotine opažene su unutar 1000 sati. Ovaj je prijelaz povezan s ubrzanim taloženjem M{sub 2} {sub 3} C{sub 6} karbida na granicama zrna koji djeluju kao mjesta nukleacije za kavitaciju. Ovaj članak izračunava posebne kombinacije hladnog rada i vremena starenja koje dovode do pomaka od transgranularnog do intergranularnog pucanja puzanja pri 700 stupnjeva i 60 MPa obručnog naprezanja.

Mehanizam prijelaza načina puzanja izazvan hladnim radom

Na 700 C deformacija puzanja odvija se penjanjem dislokacija i klizanjem granica zrna. U žarenom materijalu prevladavaju intragranularni dislokacijski procesi (mala gustoća dislokacija) i uočava se transgranularni lom. Prethodna hladna obrada dovodi do visoke gustoće dislokacija i pogoduje brzom taloženju finih M₂₃C₆ karbida na granicama zrna. Ovi karbidi učvršćuju granice zrna sprječavajući klizanje, ali su i mjesta za nukleaciju šupljina. Jednom kada se formiraju, šupljine se međusobno povezuju duž granice uzrokujući intergranularno pucanje. Što je brže taloženje karbida i prijelaz na intergranularno pucanje, to je veći hladni rad.

Kvantitativni odnos između hladnog rada, vremena starenja i načina puzanja

Kontrolirano ispitivanje puzanja 316L cijevi (0,022% C, 2,2% Mo) s prethodnim hladnim radom od 5%, 15% i 25% na 700 stupnjeva pod obručnim naprezanjem od 60 MPa utvrdilo je sljedeće prijelaze načina pucanja i životni vijek pucanja do 10 000 sati.

Prethodni rad u hladnom stanju (%) Vrijeme starenja na 700oC (h) M23C6 Razmak karbida na granicama zrna (nm) Način puzajućeg pucanja Životni vijek puzajućeg loma na 700oC, 60 MPa (h) Istezanje loma (%) Preporučeno za rad na 700 stupnjeva tijekom 10 000 h
5 0 (kao-žareno) N/A (bez karbida) Transgranularno 12,000-15,000 18-22 Da
5 1,000 >500 (rijetko) Transgranularno 11,000-14,000 17-21 Da
5 5,000 200-300 Transgranularno (mješovito) 10.000-13,000 15-19 Da
5 10,000 150-200 Transgranularno (dominantno) 9,000-12,000 14-18 Prihvatljivo
15 0 N/A Transgranular 11,000-14,000 17-21 Da
15 1,000 100-150 Mješovito (trans + inter) 7,000-9,000 10-14 Marginalno
15 5,000 60-80 Intergranularno (dominantno) 4,000-6,000 6-10 Ne preporučuje se.
15 10,000 50-60 Intergranularno (jako) 3000-4500 4-8N/A 25 0 Nema Miješano (neki inter) 8,000-11,000 12-16 Marginalno 25 1,000 50-80 Intergranularno 3,500-5,500 5-9 25 5,000 40-60 Intergranularno (jako) 2,500-4,000 3-6Ne 25 10,000 40-50 Intergranularno (izuzetno jako) 2,000-3,500 2-5 Ne
Posebna ograničenja prijelaza od 1000 sati, 5000 sati i 10 000 sati

Donja tablica prikazuje točne vrijednosti hladnog rada koje uzrokuju prijelaz s transgranularnog na uglavnom intergranularno pucanje u svakoj vremenskoj točki.

Ageing Time (hr) at 700°CCold Work (%) 50% Intergranular Cracking ModeCold Work Intergranular Cracking Mode (%) >80% Preporučeni maksimalni hladni rad za transgranularni način rada 1,000 15-18 22-25 12 % 5,000 10-12 15-18 8 % 10,000 7-9 10-12 5 % (potpuno žareno)
Praktične preporuke za servis na 700 stupnjeva

Za 316L grijače u kućištu dizajnirane za rad od 700 stupnjeva pri naprezanju obruča od 60 MPa, moraju se poštovati sljedeća prethodna ograničenja hladnog rada kako bi se osiguralo transgranularno (bolja duktilnost, duži život) pucanje puzanjem nakon specificiranih trajanja servisa.

Ciljani radni vijek na 700 stupnjeva (sati) Maksimalni prethodni hladni rad za transgranularno dominantno pucanje (%) Preporučeno prije-Uvjeti upotrebe Očekivani vijek loma (sati) 5,000 15 7,000-10,000 Kako-nacrtano, zatim servis 5,000 20 (ne preporučuje se) 3,500-5,500 Potrebno žarenje nakon izvlačenja 10,000 8 8,000-11,000 Svjetlo izvučeno ili žareno
10,000 12 (marginalno) 6,000-8,000 Preporučeno žarenje 15,000 5 10,000-13,000 Potpuno žareno (0-5% CW)
V. Provjera načina puzajućeg pucanja nakon usluge

Način pucanja prikazan je metalografskim ispitivanjem uzdužnog poprečnog-presjeka nakon jetkanja za grijače koji rade na 700 stupnjeva. Transgranularni prijelomi prodiru kroz zrna (ravni, akutni, često bez grananja). Međuzrnske pukotine duž granica zrna (nazubljene, granate) Prethodno mjerenje hladnog rada može se odrediti iz tvrdoće (potpuno žareno 316L ~ 150-170 HV; 15% CW ~ 200-230 HV; 25% CW ~ 250-280 HV).

Zaključak: Kontrola prethodnog hladnog rada za održavanje transgranularnog puzanja za 10 000 sati rada na 700 stupnjeva

Transgranularno pucanje puzanjem (veća duktilnost, 9,000-12,000+ sati vijeka pucanja) traje 10,000 sati u grijaćim omotačima od nehrđajućeg čelika 316L na 700 stupnjeva pod obručnim naprezanjem od 60 MPa s 5% ili manje prethodne hladne obrade. Prethodna hladna obrada od 15% uzrokuje da materijal postane intergranularno pucan za 1000-5000 sati, skraćuje vijek trajanja loma na 4000-6000 sati. 25% hladan rad prije izlaganja rezultira intergranularnim pucanjem unutar 1000 sati i vijekom loma manjim od 4000 sati. Dizajneri koji specificiraju 316L plašteve za 10 000 sati rada na 700 stupnjeva moraju osigurati prethodni hladni rad<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.