Kako temperatura interkritičnog žarenja između 750 stupnjeva i 850 stupnjeva kontrolira feritno-podjelu austenita i kasniju otpornost dupleksa na piting-poput područja u osjetljivim 316 grijaćim cijevima plašta

Mehanizam fazne reverzije za oporavak otpornosti na koroziju.

Međukritično žarenje na 750-850 stupnjeva omogućuje djelomičnu, a ponekad i korisnu, reverziju otpornosti na koroziju bez potpunog žarenja otopinom za 316 električnih grijaćih cijevi obloženih nehrđajućim čelikom koje postaju osjetljive tijekom servisiranja ili proizvodnje, pokazujući kontinuirane mreže kromovih karbida na granicama zrna i posljedičnu osjetljivost na interkristalnu koroziju. U ovom temperaturnom području, feritna faza precipitira iz austenitne matrice, a feritna faza preferirano apsorbira ugljik i krom iz susjednog austenita. Prilikom hlađenja, ferit se ponovno mijenja u austenit ostavljajući za sobom austenit bogat kromom i finije, više raspoređene karbide. Stupanj oporavka otpornosti na koroziju uvelike ovisi o temperaturi žarenja: na 750 stupnjeva proizvodnja ferita je spora i ograničena (3-8% ferita), sa značajnim poboljšanjem otpornosti na rupičastu pojavu (50-70% oporavka). Na 800 stupnjeva ferit se stvara brže (10-20% ferita), a otpornost na udubljenje se vraća na 70-85%. Sadržaj ferita može iznositi čak 15-30% na 850 stupnjeva, međutim rezultirajuća mikrostruktura može sadržavati žice delta ferita koje su također podložne pitingu. Ova studija kvantificira odnos između interkritične temperature žarenja, udjela ferita i oporavka otpornosti na točku u senzibiliziranim 316 omotačima.

Mehanizam pre-distribucije kroma putem stvaranja ferita

Kada se senzibilizirani 316 (koji ima kontinuirane Cr2₃C₆ karbide na granicama zrna i zonama osiromašenim kromom) zagrijava u međukritično područje (750-850 stupnjeva), javljaju se dva sukobljena procesa. Postojeći karbidi mogu se otopiti u početku djelomično otpuštajući krom i ugljik. Drugo, i što je još važnije, ferit (kubni u središtu tijela, BCC) nukleira i razvija se, obično u blizini granica zrna i na karbidnim mjestima. Pri istoj temperaturi ferit ima veću topljivost ugljika i veću koncentraciju kroma od austenita. Kako ferit raste, on uvlači krom i izvlači ugljik iz okolnog austenita. Preostali austenit ima visok sadržaj kroma (lokalno do 22–25 % Cr). Hlađenjem se ferit mijenja natrag u austenit (ili djelomično u martenzit, ovisno o brzini hlađenja) s fino zrnatom strukturom i redistribuiranim kromom. Zone lišene kroma se uklanjaju, a karbidi postaju sferoidizirani i dispergiraniji.

Kvantifikacija odnosa između temperature interkritičnog žarenja i oporavka otpornosti na piting

Sljedeće vrijednosti oporavka određene su kontroliranim interkritičnim žarenjem prethodno osjetljivih 316 cijevi (senzibiliziranih na 650 stupnjeva tijekom 24 sata, a zatim žarenih na različitim temperaturama tijekom 1 sata i prigušenih u vodi), nakon čega su uslijedili piting testovi u 1 M NaCl na 50 stupnjeva.

Temperatura žarenja (stupanj) Feritni udio nakon žarenja (%) Sadržaj kroma na granicama prijašnjih zrna (at%, AES) Kritična temperatura pitinga (CPT, stupanj) CPT Oporavak u odnosu na neosjetljivo (100%) Vrijeme do inicijacije pita na 50 stupnjeva, 1 M NaCl (sati) Prikladno za rad s ograničenim rizikom od korozije
Liječenje (senzibilizirano) Liječenje (senzibilizirano) Ne 0 8-10 25-30 0% 50-150 Da 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% >5.000 Najbolje
Učinak vremena međukritičnog žarenja na formiranje ferita

Ovisnost brzine proizvodnje ferita o temperaturi. Uz dulje vrijeme žarenja stvorit će se više ferita, ali postoji i opasnost od razvoja zrna.

Temperatura (stupnjevi) Vrijeme do 5 % ferita (min) Vrijeme do 10 % ferita (min) Vrijeme do 15 % ferita (minute) Preporučeno vrijeme za optimalni oporavak od pitinga 750 30 60 120 60-90 minuta 775 15 30 60 30-45 minuta 800 8 15 30 15-20 minuta
825 5 10 20 10-15 min 850 3 5 10 5-8 min
Praktične preporuke za međukritično žarenje senzibiliziranih komponenata

Interkritično žarenje na 800-825 stupnjeva 10-20 min. je izvediv kompromis za slučaj senzibiliziranih 316 omotača koji se ne mogu potpuno žariti otopinom (npr. zbog ograničenja sklapanja, prisutnosti drugih metalurški osjetljivih komponenti ili ograničenja troškova).

Početni uvjet Specifikacija međukritičnog žarenja Otpornost na piting Rezultirajući preostali rizik od osjetljivosti Preporučeno servisno okruženje
Blago osjetljivo (Praksa E marginalna) 800 stupnjeva /15 min gašenje vodom Oporavak 70-80% niskih klorida<500 ppm <80°C
Umjereno osjetljiv (Praksa E neuspješna) 810 C, 20 min, gašenje vodom 75-85% oporavak Nisko-umjereni kloridi<300 ppm, <70 C
Ozbiljno osjetljivo (ispadanje zrna) 825 stupnjeva, 20 min, gašenje vodom 80-90% oporavak Umjereno (neki stringeri) Kloridi<200 ppm, <60°C 
Jako osjetljivo + hladna obrada 800 stupnjeva, 10 min, gašenje vodom 70-80% oporavak Umjereni kloridi<200 ppm, <60°C 
Verifikacija oporavka međukritičnim žarenjem

ASTM A262 Practice A (jetkanje oksalnom kiselinom) brza je testna metoda za procjenu oporavka od senzibilizacije komponenata podvrgnutih međukritičnom žarenju. 'stepenasta' struktura (glatke granice zrna) implicira potpuni oporavak; 'dualno' (mješoviti korak i jarak) pokazuje djelomičan oporavak; 'jarak' ukazuje na stalnu senzibilizaciju. E (bakar-bakar sulfat-sumporna kiselina) praksa savijanja. 3. Kako bi se potvrdilo da međuzrnaste pukotine više nisu prisutne. Za otpornost na piting, CPT testiranje (ASTM G150) u 1 M NaCl kvantificira oporavak.

Zaključak Interkritično žarenje za oporavak senzibiliziranog 316

Za grijaće plašteve od osjetljivog nehrđajućeg čelika 316, gdje je žarenje u punoj otopini nepraktično, interkritično žarenje na 800-825 stupnjeva tijekom 10-20 minuta pretvara 10-15% mikrostrukture u ferit koji, pri hlađenju, redistribuira krom iz ferita u okolni austenit, eliminirajući zonama osiromašenim kromom i obnavljanjem 75-90% izvorne otpornosti na točku. Oporavak je samo 45-75% na nižim temperaturama (750-775 stupnjeva); temperature iznad 850 stupnjeva održavaju feritne žice koje su također osjetljive na piting. Kada se u radu nađu osjetljive komponente 316, inženjeri mogu zatražiti interkritično žarenje kao pomoćnu terapiju. Prihvaćanje se ocjenjuje ASTM A262 Practice A (struktura koraka). Ipak, samo potpuno žarenje u otopini na 1040-1060 stupnjeva i kaljenje vodom će dati 100% oporavak i ukloniti svu osjetljivost. Okvir koji je ovdje opisan pruža način za kupce da odaberu najbolju pomoćnu toplinsku obradu za senzibilizirane 316 omotače korelacijom međukritične temperature žarenja s udjelom ferita, redistribucijom kroma i povratom otpornosti na piting.