Kuidas eelnev külma töö protsent 316 küttekeha torujoonisest kontrollib stressi lõdvestumise ja samaaegse tundlikkuse määra 550 kraadi juures töötamise ajal

Karbiidide regenereerimise ja sadestamise konkureeriv kineetika

316 roostevabast terasest vooderdusega elektriküttetoru kõrgetel temperatuuridel (550 kraadi, tüüpiline kõrge temperatuuriga õhu- või gaasikütterakendustele) kontrollib torutõmbe eelnev külmtööprotsent kahte vastuolulist metallurgilist protsessi: pingete lõdvestamist (dislokatsiooni taastumist, mis vähendab jääkpinget ja suurendab roomamiskindlust) ja sensibiliseerimist (kroomkarbiid sadestub, mis vähendab terakeste tekkimist). Toru tugev külmtõmme (25-35% vähenemine) 550 kraadi juures lõdvestub kiiresti (50-80% pinge vähenemine 100-500 tunniga), kuid tekitab samal ajal pidevaid terapiiri karbiide (sensibiliseerimine) tänu suurele dislokatsioonitihedusele, mis kiirendab kroomi difusiooni. Kergelt külmtöödeldud torud (vähenemine 5 kuni 15%) lõdvestuvad aeglasemalt (50% pinge vähendamiseks kulub 1000 kuni 5000 tundi), kuid see ei ole sensibiliseeritud, kuna vähenenud dislokatsioonitihedus tekitab karbiididele vähem nukleatsioonikohti. See artikkel kvantifitseerib korrelatsiooni eelneva külma töö, stressi leevendamise kineetika ja sensibiliseerimise alguse vahel temperatuuril 550 $^{\\circ}$C.

Sensibiliseerimise ja konkurentsi taastumise mehhanism

316 roostevaba teras tekitab külmtõmbamisel dislokatsioone ja sõltuvalt intensiivsusest deformatsiooni-indutseeritud martensiiti. 550 kraadi juures vähendavad taastumismehhanismid (dislokatsiooni hävitamine ja ümberkorraldamine) jääkpinget ja kõvadust. Taastumiskiirus on Arrhenius ja kõrgem külmtöödeldud materjali puhul kiirem, kuna salvestatud energia pakub tõukejõudu. samal ajal sadestub kroomkarbiid (Cr 23 C 6 ) piki terade piire ja dislokatsioonide kohta. Karbiidide tuuma moodustumise kiirus on võrdeline dislokatsioonitihedusega, kuna dislokatsioonid tagavad kroomi ja süsiniku kiire difusiooniraja. Tugevalt külmas{10}}töödeldud materjalis (kõrge dislokatsioonitihedus) tuumastuvad karbiidid kiiresti, arendades 100–500 tunni jooksul 550 kraadi juures pideva terade piirivõrgustiku. Kergelt külmtöödeldud materjalis on karbiidi tuuma moodustumine aeglane ja isegi 5000 tunni pärast on karbiide vähe ja need on katkendlikud.

Külma töö, stressi leevendamise ja sensibiliseerimise kvantifitseeritud seos 550 kraadi juures

Järgmised seosed on kindlaks tehtud 316-torude kontrollitud isotermilise vanandamise põhjal, kasutades erinevat protsenti külma töö 550 kraadi juures, mõõtes jääkpinget (röntgendifraktsiooni abil) ja sensibilisatsiooni (ASTM A262 praktika A järgi).

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 tundi 0 (lõõmutatud)<30 N/A (no stress) >10 000 (sensibiliseerimata) Sammu struktuur Jah 5-10 100-150 2,000-5,000 5,000-10 000 Samm (aktsepteeritav) Jah 10-15 150-200 1,000-2,000 2,000-5000 Samm üleminekust loobumiseks Sobib kuni 2000 tundi
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1000 tundi tundi
20-25 250-300 200-500 500-1 000 Kraav (tundlik) 500 tunni pärast Ei 25-30 300-350 100-200 200-500 Tõsine kraav Vastuvõetamatu
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
Kasutustemperatuuri mõju konkureerivatele hindadele

Sensibiliseerimiseks kuluv aeg väheneb temperatuuri tõustes, pingete lõdvestumine kiireneb. Antud töötemperatuuri optimaalne külm{1}}töövahemik on selle dünaamika kompromiss.

Kasutustemperatuur ( kraad ) Soovitatav külmtöö vahemik 10 000- tundi Teenindus (%) Stress-lõõgastus Saavutatud (%) Sensibiliseerimise risk Eelistatud materjal 450 15-25 50-70% pärast 10 000 h Madal (karbiidid aeglased) 316 (mis tahes) 500 10-20 60-80{0% pärast 1 režiimi 6}, 0 pärast 10 000 h Mõõdukas-Kõrge 316L nõutav 550 0-10 80-90% pärast 10000h Kõrge (sensibiliseerimine tõenäoline) 316L koos stabiliseerimisega 575 0-5 (lõõmutatud)N/A (ilma stressita) Kõrge (kõik sensibiliseerivad) Minge üle 347-le või 310-le
600 0 (äsja lõõmutatud) N/A Tõsine 316 ei ole vastuvõetav
Praktilised soovitused küttekehade tootmiseks

Järgmised on soovitatavad külmtöötlemise ja{0}}vormimisjärgse töötlemise kriteeriumid 316 ümbrisega küttekeha jaoks 550 kraadi töötamiseks.

Maksimaalne külmtöö viimistletud ümbrises (%) Soovitud kasutusiga 550 kraadi juures (tunnid) Soovitatav postitus-Nõutav on vormimistöötluse sensibiliseerimise testimine Alternatiivne sulam<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 (täielikult ümberkristallitud) Täislahuse lõõmutamine + stabiliseerimine (850 kraadi, 4 h) ASTM A262 praktika C (<0.3 mm/year) 347 or 310
Teenuse sensibiliseerimise välituvastus kõrgendatud temperatuuridel

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >1000 tundi rikkeid söövitavas keskkonnas (nt puhastustsükli ajal või pärast seiskamist) tuleks kaaluda hoolduse ajal sensibiliseerimist. Metallograafiline testimine (ASTM A262 Practice A etch) paljastab tera piiridel "kraavi" struktuuri. Kõvadus on taastumise tõttu vähenenud as-tõmbeväärtuselt (nt . 300 HV kuni 200 HV). See näitab, et materjal oli temperatuuril. Rikke režiimiks on pragunemine või teradevaheline korrosioon. Selliste rikete korral on tulevaste ostude abinõuks määrata täielikult lõõmutatud (ümberkristallitud) torud, millel on madal jääkpinge, või uuendada stabiliseeritud klassi, näiteks 347 (kolumbiumiga stabiliseeritud) või 310 roostevaba teras, mis ei muutu 550 kraadi juures tundlikuks.

Järeldus: 550-kraadine kompromiss-stressi leevendamise ja sensibiliseerimise vahel

316 roostevabast terasest ümbrisega küttekeha puhul, mis töötavad 550 kraadi juures, kontrollib eelnev külmtöö kahe vastuolulise protsessi kineetikat: stressi leevendamine (hea) ja sensibiliseerimine (halb). Külmtöötlemine üle 15-20% põhjustab kiiret sensibiliseerumist (karbiidide sadestumine 500-1500 tunni jooksul), mis põhjustab vastuvõtlikkust teradevahelisele korrosioonile. Külmtöö<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 tundi). Kui külmtööd ei ole võimalik vältida, on struktuuri ümberkristallimiseks ja jääkpinge ning sensibiliseerimise võimaluse leevendamiseks vajalik vormimisele järgnev lahuses lõõmutamine.