Kako postotak prethodnog hladnog rada iz crteža cijevi 316 plašta grijača kontrolira brzinu opuštanja stresa i istovremenu senzibilizaciju tijekom rada na 550 stupnjeva

Konkurentna kinetika obnavljanja i taloženja karbida

Za 316 električnih grijaćih cijevi obloženih nehrđajućim čelikom na visokim temperaturama (550 stupnjeva, tipično za visokotemperaturne primjene grijanja zraka ili plina) postotak prethodnog hladnog rada iz izvlačenja cijevi kontrolira dva sukobljena metalurška procesa: popuštanje naprezanja (oporavak dislokacije, što smanjuje zaostalo naprezanje i povećava otpornost na puzanje) i senzibilizaciju (kromov karbid se taloži na granicama zrna, što smanjuje otpornost na koroziju). Jako hladno izvlačenje cijevi (25-35% smanjenje) na 550 stupnjeva brzo se opušta (50-80% smanjenje naprezanja u 100-500 sati), ali stvara kontinuirane karbide na granici zrna (senzibilizacija) u isto vrijeme zbog velike gustoće dislokacije koja ubrzava difuziju kroma. Lagano hladno obrađena cijev (smanjenje od 5 do 15 posto) sporije se opušta (smanjenje naprezanja od 50 posto traje 1000 do 5000 sati), ali nije osjetljivo jer smanjena gustoća dislokacije proizvodi manje mjesta nukleacije za karbide. Ovaj rad kvantificira korelaciju između prethodnog hladnog rada, kinetike opuštanja stresa i početka senzibilizacije na 550 $^{\\circ}$C.

Mehanizam senzibilizacije i kompetitivnog oporavka

Nehrđajući čelik 316 stvara dislokacije i, ovisno o intenzitetu, deformacija-inducirani martenzit u hladnom izvlačenju. Na 550 stupnjeva mehanizmi oporavka (anihilacija dislokacije i preuređivanje) smanjuju zaostalo naprezanje i tvrdoću. Stopa oporavka je Arrheniusova i brža u visoko hladno obrađenom materijalu jer pohranjena energija nudi potisnu silu. u isto vrijeme, krom karbid (Cr 23 C 6 ) precipitira duž granica zrna i na dislokacijama. Brzina nukleacije karbida proporcionalna je gustoći dislokacije, jer dislokacije osiguravaju brze difuzijske putove za krom i ugljik. U vrlo hladno{10}}obrađenom materijalu (visoka gustoća dislokacije) karbidi brzo nukleiraju, razvijajući kontinuiranu mrežu granica zrna unutar 100-500 sati na 550 stupnjeva. Nukleacija karbida je spora u blago hladno obrađenom materijalu i čak nakon 5000 sati karbida je malo i diskontinuirano je.

Kvantificirani odnos hladnog rada, opuštanja stresa i senzibilizacije na 550 stupnjeva

Sljedeći odnosi utvrđeni su iz kontroliranog izotermalnog starenja cijevi 316 s različitim postocima hladnog rada na 550 stupnjeva, mjerenjem zaostalog naprezanja (pomoću difrakcije X-zraka) i senzibilizacije (prema ASTM A262 Practice 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 sati 0 (žareno)<30 N/A (no stress) >10,000 (bez senzibilizacije) Struktura koraka Da 5-10 100-150 2,000-5,000 5,000-10,000 Korak (prihvatljivo) Da 10-15 150-200 1,000-2,000 2,000-5,000 Korak za odbacivanje prijelaza Dobro za do 2000 sati
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1.000 sati sati
20-25 250-300 200-500 500-1,000 Jarak (senzibiliziran) nakon 500 sati Ne 25-30 300-350 100-200 200-500 Jak jarak Neprihvatljivo
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
Učinak radne temperature na konkurentske cijene

Vrijeme do senzibilizacije smanjuje se s porastom temperature, opuštanje napetosti se ubrzava. Optimalni hladni-radni raspon za danu radnu temperaturu je kompromis ove dinamike.

Radna temperatura (stupnjevi) Preporučeni raspon hladnog rada za 10.000-sat rada (%) Postignuto opuštanje stresa (%) Rizik od osjetljivosti Preferirani materijal 450 15-25 50-70% nakon 10.000 h Nisko (karbidi spori) 316 (bilo koji) 500 10-20 60-80% nakon 10.000 h Umjereno 316L poželjno 525 5-15 70-85% nakon 10 000 h Umjereno-visoki 316L potreban 550 0-10 80-90% nakon 10 000 h Visok (vjerojatna senzibilizacija) 316L sa stabilizacijom 575 0-5 (žaren)N/A (bez stresa) Visok (svi senzibiliziraju) Nadogradite na 347 ili 310
600 0 (upravo žareno) N/A Teško 316 nije prihvatljivo
Praktične preporuke za proizvodnju grijača

Sljedeći su preporučeni kriteriji obrade u hladnom stanju i post{0}}formiranja za 316 obložene grijače za rad od 550 stupnjeva.

Maksimalni hladni rad u gotovom omotaču (%) Željeni radni vijek na 550 stupnjeva (sati) Preporučena obrada nakon-oblikovanja Potrebno ispitivanje osjetljivosti Alternativna legura<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 (potpuno rekristalizirano) Žarenje pune otopine + stabilizacija (850 stupnjeva, 4h) ASTM A262 praksa C (<0.3 mm/year) 347 or 310
Terenska detekcija servisne senzibilizacije pri povišenim temperaturama

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >1000 sati kvara u korozivnom okruženju (npr. tijekom ciklusa čišćenja ili nakon isključivanja) treba razmotriti preosjetljivost tijekom servisiranja. Metalografsko ispitivanje (ASTM A262 Practice A jetkanje) otkrit će strukturu "jarka" na granicama zrna. Tvrdoća će se smanjiti s -nacrtane vrijednosti (npr. . 300 HV na 200 HV) zbog oporavka. Ovo će pokazati da je materijal bio na temperaturi. Pukotine ili interkristalna korozija bit će način kvara. Za takve kvarove, lijek za buduće kupnje je specificirati potpuno žarenu (rekristaliziranu) cijev s niskim zaostalim naprezanjem ili nadograditi na stabilizirani stupanj kao što je 347 (stabiliziran kolumbijem) ili nehrđajući čelik 310, koji nije osjetljiv na 550 stupnjeva.

Zaključak: kompromis od 550 stupnjeva-između oslobađanja od stresa i senzibilizacije

Za grijače od nehrđajućeg čelika 316 koji rade na 550 stupnjeva, količina prethodnog hladnog rada kontrolira kinetiku dvaju sukobljenih procesa, opuštanja stresa (dobro) i senzibilizacije (loše). Hladni rad iznad 15-20% rezultira brzom senzibilizacijom (taloženje karbida unutar 500-1500 sati), što dovodi do osjetljivosti na interkristalnu koroziju. Hladni trudovi<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 sati). Tamo gdje se hladni rad ne može izbjeći, potrebno je žarenje u otopini nakon oblikovanja kako bi se rekristalizirala struktura i smanjilo zaostalo naprezanje, kao i mogućnost senzibilizacije.