Cum controlează procentul de reducere a tragerii la rece a tubului de înveliș al încălzitorului de 316 L formarea de martensite indusă de tensiuni-și efectul său ulterior asupra permeabilității magnetice și a rezistenței la fragilizarea hidrogenului

Transformare de fază indusă de deformare: o sabie cu două-tăisuri

Cea mai comună metodă de a obține dimensiunile exacte ale diametrului exterior și finisarea suprafeței pentru tuburile electrice de încălzire cu manta din oțel inoxidabil 316L produse prin trefilare la rece este reducerea procentuală, care controlează direct fracția de volum a martensitei induse de deformare ('-martensită) generată în timpul deformării. 316L are un conținut mai scăzut de carbon<0.03%) than ordinary 316 making it more austenitically stable at room temperature and needing greater cold work levels to generate martensite. The martensite volume fraction that can be determined by magnetic permeability (μr) affects two important but conflicting service properties: magnetic permeability (important for applications that require non-magnetic sheaths such as MRI rooms or sensitive electronic equipment) and hydrogen embrittlement resistance (critical for cathodically protected systems or sour service). When the reduction percentage is below 20% the 316L stays practically entirely austenitic (μr <1.01, martensite <2%), giving excellent non-magnetic properties but with a lower yield strength. Martensite is formed gradually (μr =1.01-1.10, martensite 2-15%) with a 20-40% reduction, with an increase in yield strength but a decrease in resistance to hydrogen embrittlement. For reductions more than 40%, the martensite content is higher than 15-20% (μr >1.10) care determină un răspuns magnetic ridicat și o sensibilitate considerabilă la fragilizarea hidrogenului. Această lucrare evaluează corelația dintre reducerea tragerii la rece, fracția de martensită, permeabilitatea magnetică și rezistența la fragilizarea hidrogenului pentru teaca de încălzire 316L.

Mecanismul de formare a martensitei indus de tulpină în 316L

Austenitic 316L este meta-stabil în ceea ce privește producția de martensite în timpul deformării plastice. $\\gamma$ (FCC, paramagnetic) $\\to$ $\\epsilon$ (HCP, slab magnetic) $\\to$ $\\alpha^\\prime$ (BCC, feromagnetic). Fracția de volum a alfa'-martensitei urmează o lege Olson-Cohen: Valpha'=1 - exp({-betaxepsilon_plastic^n) (10) unde epsilon_plastic este tulpina plastică autentică ( epsilon_plastic=ln(1/}(1{1{1}reducere) betax) factor dependent de temperatură și n este de aproximativ 2 pentru 316L Temperatura la care se formează 50% martensita la 30% deformare reală (Md30) pentru 316L este de aproximativ -30 grade până la -50 grade, ceea ce înseamnă că, la temperatură normală, formarea martensitei este limitată la 20-30% reducții de plumb (austenită + martensită) sau trifazată (conținând ε) și posedă calități intermediare între cele ale oțelurilor inoxidabile complet austenitice și complet martensitice.

Relații cuantificate între reducerea rece, fracția de martensită și proprietăți la 25 de grade

Desenarea controlată la rece a tubului de 316L (de pornire OD 12 mm, perete 1,5 mm, complet recoaptă la 1050 de grade) este utilizată pentru a demonstra conexiunile dintre fracția de martensită (difracția de raze X), permeabilitatea magnetică (feritoscop) și parametrii mecanici.

Reducere de tragere la rece (%) True Deformare (ε=ln(1/(1-R))) '-Fracție de volum martensite (%) Permeabilitatea magnetică (μr, 25 grade ) Limita de curgere (MPa, 0,2% offset) Alungire (%) Recomandat pentru aplicații nemagnetice<1.05 μr Recommended for Sour/Hydrogen Service
0 (recoacet) 0.00 0 1.00-1.01 205 50 Da Da 5 0.05 0 1.00-1.01 240 45 Da Da 10 0.11 0 1.01-1.02 280 40 Da Da 15 0.16 0-1 1.02-1.03 320 35 Da Da 20 0.22 1-2 1.03-1.05 360 30 Marginal Acceptabil 25 0.29 2-4 1.05-1.07 400 25 Nu Marginal 30 0.36 4-7 1.07-1.10 440 20 Nu Nu (fragilitate H ridicată) 35 0.43 7-12 1.10-1.15 480 18 Nu Nu 40 0.51 12-18 1.15-1.25 520 15 Nu Nu 45 0.60 18-25 1.25-1.40 560 12 Nu Nu Nu 0.00 0 1.00-1.01 205 50 Nu Nu Nu 0.00 0 1.00-1.01 205 50
Efectul conținutului de martensită asupra rezistenței la fragilizarea cu hidrogen

The susceptibility to hydrogen embrittlement (HE) of 316L heater sheaths in cathodically protected systems or sour service (H2S-containing) rises with martensite content because the BCC structure of martensite shows substantially higher hydrogen diffusivity and solubility than FCC austenite. The HE thresholds are given in the table below. α'-martensite fraction (%)Hydrogen Diffusivity at 25 oC (cm2/s, relative to austenite =1) Time to HE Cracking in NACE TM0177 Solution A at 25 oC 75% yield (hours)Maximum Permissible Cold Reduction for Sour Service (Recommended) 0 1X >720 (trece) Orice (topit)
1-3 5-10× 500-720 (limită)<20% reduction
3-5 20-30× 200-500 (fail)Not permitted 5-10 50-80× 50-200 (fail)Not allowed >10 >100× <50 (severe) Not allowed
Permeabilitate magnetică necesară pentru aplicații non-magnetice

Permeabilitate magnetică maximă (ex. μr<1.01 or <1.05) is specified for 316L sheaths for MRI rooms, or sensitive electronic equipment, or degaussing systems. Limits on cold decrease are as follows.

Aplicație Maximum μr permis Reducere maximă la frig (%) Calea de fabricație recomandată Fracția de martensită corespunzătoare
Camera RMN (critică) 1.01<10% 0% Fully annealed, + no cold work
Echipamente cu fascicul de electroni 1.02<15% 0-1%Light cold working + finish anneal
General ne-magnetic 1.05<22% <2% Cold drawn + tension reliefing
Commercial (no specification) >1.05 (orice) Orice Orice Orice Specificații practice pentru producția de teci de încălzire 316L

Pentru cumpărătorii care specifică tubulaturi 316L pentru diferite circumstanțe de service, se recomandă următoarele limite de reducere a tragerii la rece:

Condiție de funcționare Reducere maximă la tragere la rece (%) Tratament termic final necesar Max μr Min HE Rezistență
Ne-magnetice (RMN, electronică) 10 Recoacere completă după extragere 1,02 Bine
Industria generală (fără clorură, fără H2S) 30 Niciuna (așa cum este -desenată acceptabilă) 1,10 (oricare) Nu este necesar
serviciu de cloruri (<500 ppm, <80°C) 20 Stress relief 400°C, 1h 1.05 OK
Sour service (H2S >10 ppm) 15 Recoacere cu soluție completă 1,03 Necesar (trece NACE)
Protejat catodic (marin) 15 Reducere stres 450 grade, 2h 1,03 Acceptabil
High strength (pressure vessels) 40 None >1.15 Slab (nu pentru H2S)
Verificarea conținutului și proprietăților Martensite

Buyers who require specified restrictions have three verification options available. The first is a non-destructive measurement with a ferritescope, which gives μr values with a precision of ±0.005-0.01. The second is X-ray diffraction (XRD) coupled with Rietveld refinement for accurate measurement of α'. The final test is a simple magnetic attraction test: if a permanent magnet clings strongly to the sheath, then μr >1.10 (nu este potrivit pentru aplicații ne-magnetice). Pentru rezistența HE, cerința de aprobare nu este fisurare în testul NACE TM0177 (720 h, 25 grade, Soluție A cu H₂S).

Concluzii: stabilirea limitelor de reducere a frigului pentru 316L pe baza cerințelor de service

Pentru tubul de înveliș al încălzitorului din oțel inoxidabil 316L, scăderea % de tragere la rece este factorul direct de control al formării martensitei induse de deformare-, care determină permeabilitatea magnetică și rezistența la fragilizarea hidrogenului. Pentru aplicații ne-magnetice (μr<1.01-1.05) cold reduction must be minimised to <10-15% with a final anneal. For HE resistant sour or cathodically protected service, cold decrease must be limited to < 15-20% with stress relief or full anneal. For general industrial service where neither attribute is critical reductions of 30-40% are tolerable. Engineers designing 316L sheaths have to define maximum magnetic permeability or minimum HE resistance criteria dependent on the environment of operation. The framework presented here correlates the cold reduction percentage to the martensite volume fraction and its two critical consequences-magnetic response and hydrogen embrittlement susceptibility, and enables buyers to choose the best drawing reduction and post-drawing heat treatment for their particular application.