Kuidas primaarse nioobiumkarbiidi (NbC) mahuosa stabiliseeritud 347 küttekeha torustikus kontrollib sensibiliseerimiskindlust pikaajalise{1}}kasutuse ajal 550 kraadi juures võrreldes 316 liitriga

Pikaajalise kõrge temperatuuriga kokkupuute stabiliseeriv toime

Mantliga elektriküttetorude (nt tööstuslike õhusoojendite, naftakeemiaahjude eelsoojendite või kuumtöötlemisseadmete) pikaajaliseks kõrge temperatuuriga (550 kraadi) kasutamiseks on 316L (madala süsinikusisaldusega) ja 347 (nioobiumstabiliseeritud) roostevaba terase valik tingitud nende vastavast vastupidavusest selle taastundlikkuse suhtes. kroomkarbiidi madala süsinikusisalduseni (<0.03%). However even 316L can sensitise at 550 C after long service (5000-10000 hours). Carbon diffusion is sluggish, but will allow carbides to develop at grain boundaries. Type 347 has niobium (Nb, usually 10× C content, 0.3-0.8% Nb) which forms stable niobium carbide (NbC) precipitates in the grains, binding up carbon and preventing chromium depletion. The long term resistance to sensitisation is totally controlled by the volume fraction of the primary NbC (0.05-0.2%) and the fine secondary NbC which precipitates in service. Properly stabilised 347 is not sensitised at 550°C for >50 000 tundi{2}}L hakkab sensibiliseerima 5000–10 000 tunni pärast. Artiklis kvantifitseeritakse seos NbC mahuprotsendi, kasutusaja ja sensibiliseerimiskindluse vahel 347 versus 316L.

Süsiniku fikseerimise mehhanism ja nioobiumi stabiliseerimine

347 roostevabas terases (18Cr-11Ni-Nb) on nioobiumil oluliselt suurem afiinsus süsiniku suhtes kui kroomil. Lahuse lõõmutamise ajal (1050-1100 kraadi) suurem osa NbC-st lahustub, kuid primaarsed NbC osakesed (1-5 µm) jäävad lahustumata. Peen sekundaarne NbC sadestub (10–50 nm) austeniitmaatriksis, peamiselt dislokatsioonides ja terades, mitte terade piiridel, jahutamisel ja kasutamisel 450–750 kraadi juures. Süsinik on seotud NbC-na, seega on süsiniku aktiivsus maatriksis väga madal. See hoiab ära Cr-karbiidide (Cr2 3 C6) moodustumise terade piiridel. Stabiliseerimise efektiivsus sõltub Nb:C suhtest (umbes 8:1 NbC puhul) ja stabiliseerimise lõõmutamise täielikkusest (tavaliselt 850-900 kraadi juures 2-4 tundi pärast lahuse lõõmutamist).

Seos NbC mahuosa ja tundlikkuse suhtes 550 kraadi juures

347 torud (erineva nioobiumi ja süsiniku kontsentratsiooniga) ja 316L torud 550 kraadi juures kuni 50 000 tundi perioodilise ASTM A262 Practice A (oksaalhappe söövitus) ja Practice E (vask-vasksulfaat) testimisel on määranud järgmised sensiidi alguseks ajad:

Alloy Niobium (wt %) Carbon (wt %)Nb:C weight ratio NbC fraction Volume (%) Sensitisation time at 550°C (h) ASTM A262 Practice A after 10,000hRecommended for >10,000 hours at 550°C 316L 0 0.020 0 0 5,000-10,000 Ditch (sensitized) No 316L (extra low C) 0 0.010 0 0 10,000-20,000 Dual (transition) Marginal 347 (under-stabilized) 0.15 0.040 3.8 0.02-0.05 10,000-20,000 Dual Acceptable 347 (minimally stabilized) 0.20 0.040 5.0 0.04-0.08 20,000-30,000 Step (mostly) Recommended 347 (properly stabilized) 0.40 0.040 10 0.08-0.15 >50,000 Step Best 347 (fully stabilized) 0.60 0.040 15 0.12-0.20 >50,000 Step Best 347 (over-stabilized) 0.80 0.040 20 0.15-0.25 >50 000 (kuid NbC stringerid) Samm (kuid ferriidirisk) Ettevaatust Vastuvõetav 347 (kõrge C) 0.40 0.060 6.7 0.10-0.18 30 000–40 000 samm Soovitatav
Stabiliseerimise anniilimise mõju NbC sadestumisele

Pärast lahusega lõõmutamist kutsub stabiliseerimislõõmutamine 850–900 kraadi juures esile peene intragranulaarse NbC sadestumise, maksimeerides süsiniku sidumist ja vältides järgnevat sensibiliseerimist.

Kuumtöötluse järjestus NbC morfoloogia Sensibiliseerimise aeg temperatuuril 550 oC (h) Soovitatav pikaajaliseks teenistuseks (LTS)
Ainult lahusega lõõmutamine (1050 kraadi, veega karastatud) Ainult esmane NbC (jäme, veidi C lahuses) 15 000–30 000 Vastuvõetav
Solution anneal + stabilisation (850°C, 2 h)Fine intragranular NbC (most C fixed) >50 000 Parim
Solution anneal + stabilisation (900°C, 4h)>50 000 Beste Väga peen NbC, täielik C-fiksatsioon
Jäme stabiliseerimine ilma lahusega lõõmutamata ainult NbC (mittetäielik) 10 000–20 000 Piirjoon
Stabiliseerimata (keevitatud) Segatud 5000-15000Ei ole soovitatav
Praktilised soovitused küttekeha valimiseks 550-kraadise teeninduse jaoks

Kattega küttekehade pidevaks tööks 550 kraadi juures kehtivad sulami valikul järgmised parameetrid sõltuvalt kavandatud kasutusajast:

Soovitud kasutusiga 550 kraadi juures (tunnid) Soovitatav sulami minimaalne stabiliseerimisnõue Eeldatav sensibiliseerimiskindluse kulutegur<5,000 316L (0.03%C) None Acceptable 1.0× 5,000-10,000 316L (0.02%C) or 347 (minimum)1.1×10,000-20,000 347 (well stabilised) 850°C, 2h Marginal None for 316L; stabilisation optional for 347Good 1.3× 20,000-50,000 347 (completely stabilized) 900°C, 4h Excellent 1.4× >50,000 347 + high Nb (0.6-0.8%) Full stabilisation + fine grain Best 1.5× >50 000 (söövitav keskkond) 310 roostevaba teras (ei tekita tundlikkust) Ei kohaldata 2,0 × Stabiliseerimise tõhususe kontrollimine

Järgmised heakskiitmisnõuded kehtivad ostjatele, kes määravad 347 pikaajaliseks kõrge temperatuuriga teenuseks:

ASTM A262 praktika A: astmestruktuur (siledad terapiirid) pärast kogu ettenähtud kasutusiga või pärast kiirendatud vananemist (1000 h 650 kraadi juures)

ASTM A262 praktika E: pärast vananemist läbimine (pärast painutamist ei teki pragusid)

Niobium to carbon ratio: Nb/C weight ratio >= 10 (ideaaljuhul 12–15) veskitunnistusel

Stabiliseerimise lõõmutamise sertifikaat: registreeritud aeg ja temperatuur (st . 900 °C 4 tundi)

Järeldus: 347 üle 316 liitri laiendatud 550 kraadise teeninduse jaoks

Carbon diffusion in 316L stainless steel heater sheaths at 550°C leads to chromium carbide precipitation and sensitisation after 5,000-10,000 hours of operation, making it susceptible to intergranular corrosion. Type 347 (niobium stabilised) with correct ratio of Nb:C (≥10:1) and stabilisation annealing (850-900°C, 2-4 hours) is not sensitised for >50 000 tundi, kuna süsinik ladestub püsivalt graanulisisese NbC-na. Pidevaks tööks üle 500 kraadi ja kasutusiga üle 5000-10 000 tunni, peaksid korpusega küttekehasid määravad insenerid valima 347, mitte 316 L. Kõige nõudlikumate rakenduste jaoks (söövitavad tingimused + kõrge temperatuur) annab 310 roostevaba teras (25Cr-20Ni) veelgi suurema vastupidavuse, kuid suurema kuluga. See raamistik võimaldab ostjatel valida kõige stabiliseeritud sulami pikaajaliseks tööks kõrge temperatuuriga küttekehas, korreleerides NbC mahuosa sensibiliseerimise algusaegadega 550 kraadi juures.