Kako postotak prethodnog hladnog rada iz izvlačenja cijevi 316L plašta grijača kontrolira brzinu rekristalizacije i rast zrna tijekom rada na 600 stupnjeva

Parametar mikrostrukturne evolucije za visoke temp. Zadržavanje snage

Postotak prethodnog hladnog rada iz izvlačenja cijevi diktira brzinu rekristalizacije i kasnijeg razvoja zrna koji se javljaju tijekom izlaganja visokoj-temperaturi za električne grijaće cijevi omotane od nehrđajućeg čelika 316L koje rade na 600 stupnjeva, što je gornja granica usluge za kontinuiranu upotrebu za ovu leguru. Dok-izvučena cijev ima pohranjenu energiju od plastične deformacije (gustoća dislokacije odgovara % hladnog obrade). Ova pohranjena energija uzrokuje rekristalizaciju na 600 stupnjeva: proizvodnju novih zrnaca bez naprezanja koja zamjenjuju deformiranu mikrostrukturu. Razdoblje početka rekristalizacije dramatično pada s povećanjem hladnog rada: kod 10% hladnog rada, to je 1000-2000 sati; pri 20% hladnom radu, 200-500 sati; pri 30% hladnom radu, 50-150 sati. Rekristalizacija dovodi do stvaranja zrna. Ovo ogrubljuje mikrostrukturu i smanjuje čvrstoću puzanja. 10,000 sati rada @ 600 stupnjeva optimalnog hladnog radnog raspona je 10-15% (ravnoteža: odgađa rekristalizaciju dovoljno da preživi 10.000 sati, ali ne tako brzo da se formiraju gruba zrna). Ovaj rad procjenjuje vezu između prethodne hladne obrade, kinetike rekristalizacije, razvoja zrna i vijeka puzanja na 600 stupnjeva.

Mehanizam rekristalizacije i rasta zrna u 316L hladno obrađenom

Rekristalizacija je termički stimuliran proces. Nova zrna nukleiraju na mjestima visoke gustoće dislokacija (granice zrna, deformacijske trake, inkluzije) i razvijaju se u iskrivljenu matricu. Pogonska sila je proporcionalna pohranjenoj energiji hladnog rada, koja je proporcionalna kvadratu naprezanja tečenja (oko linearno s postotkom hladnog rada do 30-40%). Hladni rad dovodi do eksponencijalnog povećanja brzine nukleacije. Nakon dovršetka prekristalizacije, dolazi do ekspanzije zrna graničnom migracijom potaknutom smanjenjem područja granice zrna. Velika zrna rastu nauštrb malih zrna (Ostwaldovo sazrijevanje). Fina, stabilna veličina zrna (ASTM 6-8) pruža najbolju otpornost na puzanje na 600 stupnjeva C. Pokazalo se da vrlo fino zrnata (ASTM 10+) i krupnozrnata (ASTM 3-5) zrna skraćuju vijek puzanja, klizeći po granicama zrna.

Odnos između hladnog rada, vremena rekristalizacije i veličine zrna na 600 stupnjeva.

Kontrolirano izotermno starenje na 600 stupnjeva s periodičnim metalografskim ispitivanjem korišteno je za određivanje stopa rekristalizacije i razvoja zrna u hladno{1}}vučenim 316L cijevima:

Previous Cold Work (%) Time to Recrystallise 50% at 600°C (hours) Recrystallised Grain Size After Completion (ASTM, µm) Time to Grain Growth to ASTM 5 (>70 µm, hours) Creep Rupture Life at 80 MPa, 600°C (hours) Recommended for 10,000 hour Service at 600°C 0 (annealed) N/A (no cold work) 8-9 (20-30 µm) initial >20.000 (stabilno) 2.500-3.500 Da (ako je već dobro)
5 5,000-10,000 8-9 (20-30 µm) 15,000-20,000 3,000-4,000 Da
10 1,500-3,000 7-8 (25-35 µm) 8,000-12,000 3,500-5,000 Da (najbolje)
12 1,000-2,000 7-8 (25-35 µm) 6,000-9,000 3,500-5,000 Da
15 500-1,000 6-7 (35-50 µm) 4,000-7,000 3,000-4,500 Prihvatljivo
20 200-500 5-6 (50-70 µm) 2,000-4,000 2,000-3,500 Marginalno 25 100-200 4-5 (70-90 µm) 1,000-2,000 1,500-2,500 Ne preporučuje se 30 50-150 3-4 (90-120 µm) 500-1,500 1,000-2,000 Ne preporučuje se 35 30-80 3 (100-130 µm) 300-800 800-1,500 Ne 40 20-50 2-3 (120-150 µm) 200-500 600-1,000 Ne
Utjecaj početne veličine zrna na kinetiku rekristalizacije

Brzina rekristalizacije ovisi o početnoj veličini zrna prije hladnog izvlačenja. Dakle, što je tvar finija, brže će ponovno kristalizirati. Postoji više mjesta nukleacije.

Početna ASTM veličina zrna prije izvlačenja Relativna stopa rekristalizacije (10% CW) Pod istim hladnim radom 10 000 sati hladnog rada Preporučeni životni vijek 10 (izuzetno fino, 10 µm) 1,5× (brže) 8% 8 (fino, 20 µm) 1,0× (osnovno) 10%
6 (srednje, 45 µm) 0,7× (sporije) 12%
4 (grubo, 80 µm) 0,4× (daleko sporije) 15% Praktične preporuke za proizvodnju cijevi grijača 316L

Za 316L omotače za rad od 600 stupnjeva s projektiranim životnim vijekom od 10 000 sati predlažu se sljedeći parametri toplinske obrade u hladnom stanju i pre -usluge.

Željeni radni vijek (sati) 600 stupnjeva Preporučeni hladni rad prije servisa (%) Veličina zrna nakon prije-servisne toplinske obrade Nakon 10 000 h na 600 stupnjeva (ASTM) Očekivani vijek trajanja puzanja (sati) 5,000 15-20 Ništa (kako je nacrtano) 5-6 (50-70 µm) 3,000-4,500 10,000 10-12 Ništa (kako je nacrtano) 6-7 (35-50 µm) 3,500-5,000 10,000 0-5 Potpuno žarenje + fino zrno 7-8 (25-35 µm) 3,000-4,500 20,000 10 Stabilizacijsko žarenje (850 stupnjeva, 2 h) 7 (30-40 µm) 5,000-7,000 20,000 + otpornost na koroziju 0 Žarenje u punoj otopini + stabilizacija 7-8 4,000-6,000
Državna provjera rekristalizacije

Za kupce koji zahtijevaju određenu mikrostrukturnu stabilnost ponuđena su dva postupka provjere. Prvo je ispitivanje tvrdoće. Tvrdoća vučenog 316L je 180-320 HV ovisno o hladnom radu. Rekristalizacija uzrokuje pad tvrdoće na 140-160 HV (potpuno mekan). Ako je tvrdoća nakon 1000 h na 600 stupnjeva viša od 200 HV, rekristalizacija još nije nastupila. Drugi je metalografski pregled nakon jetkanja (gliceregija ili elektrolitička oksalna kiselina). Formiranje struktura "ogrlice" (redovi finih novih zrna duž bivših granica zrna) označava početak rekristalizacije.

Zaključak Poboljšanje hladnog rada za radni vijek od 600 stupnjeva

Na kinetiku rekristalizacije i kasniji razvoj zrna plašta grijača od nehrđajućeg čelika 316L na 600 stupnjeva utječe prethodni hladni rad %. Rekristalizacija se postiže nakon hladne obrade od 10-12% i 1500-3000 sati, što rezultira finom (ASTM 7-8) rekristaliziranom zrnastom strukturom koja zadržava dobru otpornost na puzanje 10000+ sati. Veća hladnoća (20-30%) rezultira brzom rekristalizacijom (200-500 sati) i grubim zrncima (ASTM 4-5) koja smanjuju vijek puzanja za 40-60%. Mikrostruktura je već rekristalizirana i stabilna na manje od 5% hladnog obrade (žarenog), ali nedostatak otvrdnjavanja radom smanjuje čvrstoću u obliku. Za 10.000 sati rada na 600 stupnjeva, inženjeri koji određuju 316L plašteve mogu očekivati ​​10-15% hladnog rada od izvlačenja cijevi. Nakon izvlačenja koristi se stabilizacijska toplinska obrada (850 stupnjeva, 2 sata) za optimizaciju mikrostrukture za dugoročnu stabilnost veličine zrna za rad duži od 10 000 sati. Ovdje predloženi okvir omogućuje kupcima da specificiraju smanjenja izvlačenja koja maksimiziraju vijek puzanja putem kontrolirane evolucije mikrostrukture povezujući postotak hladnog rada s kinetikom rekristalizacije i razvojem zrna na 600 stupnjeva.