Cum are distanța medie de carbură a granulelor de la granița după sensibilizare Tratamentul termic al tubului de înveliș al încălzitorului 316 Controlează rata de coroziune intergranulară în testul de practică E ASTM A262

Parametru microstructural pentru severitatea sensibilizării

Pentru tuburile electrice de încălzire cu manta din oțel inoxidabil 316 care au fost expuse la temperaturi din intervalul de sensibilizare (450-850 grade ) într-un anumit stadiu al producției sau al service-ului, severitatea susceptibilității la coroziune intergranulară (IGC) nu este o funcție simplă a prezenței sau absenței carburilor de la granulă. Parametrul microstructural cheie este distanța medie a particulelor de carbură de crom pe granițele-granulelor. Când particulele de carbură sunt suficient de apropiate între ele (la distanță mai mică de aproximativ 0,5-1,0 µm), zonele sărăcite de crom din jurul particulelor adiacente se suprapun pentru a forma o cale continuă scăzută a cromului care este atacată rapid în acizii oxidanți (ASTM A262 Practica E, testul cupru-sulfat-acid sulfuric). Dacă particulele de carbură sunt larg răspândite (distanță > 1-2 m), zonele de epuizare nu se suprapun, iar granițele granulare sunt rezistente la atacul intergranular. Acest articol cuantifică legătura dintre distanța medie a carburilor, gradul de sensibilizare și rata IGC în testul E de practică convențional de 24 de ore.

Mecanism de suprapunere a zonelor epuizate

Precipitarea carburii de crom la granițele de granule ale oțelului inoxidabil 316 produce o zonă sărăcită de crom de ~50-200 nm pe fiecare parte a particulei. În funcție de temperatura și timpul precipitațiilor, se studiază gradul de epuizare a cromului (adesea 8-12% concentrație minimă de crom în comparație cu 17-19%). Coroziunea intergranulară este critică dacă distanța dintre două carburi învecinate este mai mică decât suma lățimilor celor două zone de epuizare învecinate. În această circumstanță, zonele de epuizare se suprapun și de-a lungul graniței se formează o urmă continuă de material cu conținut scăzut de-crom. În soluția cu oxidare intensă și cu deficit de crom-zona-fierbere selectivă de cupru-sulfat de cupru-acid sulfuric (Practica E), zonele epuizate se suprapun și sunt corodate rapid, provocând căderea granulelor și defecțiunea finală a specimenului la îndoire. Pentru distanțe de carbură mai mari de aproximativ 1-2 μm, zonele epuizate sunt izolate și nu există o cale continuă cu conținut scăzut de crom.

Legătura cuantificată între distanța din carbură și rezultatele practicii E

Următoarele praguri au fost stabilite prin sensibilizarea controlată a tubului 316 (perete de 1,5 mm, 0,06% C) la 650 de grade (cea mai rapidă temperatură de precipitare a carburilor) pentru diferite perioade de timp și măsurarea ulterioară a distanței medii a carburilor prin microscopie electronică de transmisie și testarea ASTM A262 Practice E.

Timp de sensibilizare la 650 de grade (h) Limită de granule Distanță medie de carbură (µm) Fracție de suprapunere a zonei epuizate estimată (%) Practic E Rezultat (24-h de fierbere Cu-CuSO4-H2SO4) Adâncime de atac intergranular, µm Recomandat pentru service în oxidarea acidului
0 (recoacet, fără carburi N/A Trecut (fără fracturi la îndoire)<5 Yes 0.1 5-10 0% Pass <10 Yes 0.5 2-4 0-20% Pass (slight etching) 10-20 Acceptable
1 1-2 20-50% Marginal (crăpături la îndoire) 20-40 Nerecomandat
2 0.8-1.2 50-80% Eșec (fisuri severe) 80-150 Fără eșec (fisuri clare) 40-80 Nu 5 0.4-0.8 80-100%
10 0.2-0.5 100% (continuous) Fail (grain dropping) 150-250 No 24 0.1-0.3 100% (continuous) Fail (severe grain dropping) >250 nr
Efectul conținutului de carbon asupra distanței critice de carbură

Cantitatea de carbon din 316 determină carbura totală care poate precipita și astfel cea mai mică distanță de carbură care poate fi atinsă pentru un anumit proces de sensibilizare.

Carbon Content (wt%) Minimum Carbide Spacing after Complete Sensitisation (µm) Practice E Result at Minimum SpacingMaximum Allowable Service Temperature To Avoid Sensitisation >0,020 (scăzut)2-3 Trecere 450 grade 0,020-0,030 (316L) 1,5-2,5 Trecere (marginală) 425 grade 0.030-0.040 1.0-1.8 Marginală 400 grade 0.040-0.050 0.8-1.2 Recuperare 375 grade 0.050-0.060 0.5-0.8 Recuperare 3,50860 grade (standard) 3508601 0,3-0,6 Eșec 325 de grade
Evitarea practică a sensibilizării în fabricarea încălzitoarelor

Pentru a evita distanța de carbură sub limita esențială de 1-2 µm în 316 încălzitoare cu carcasă care vor fi sudate sau care pot fi expuse la temperaturi de sensibilizare în funcțiune, se recomandă următoarele criterii:

Condiții de producție sau de service. Expunere la temperatură maximă (grade) Timp maxim la temperatură Conținut de carbon sugerat Cerință de testare după expunere
Sudare (o singură trecere, fără umplutură) răcire rapidă, max 1.200-1.400 secunde (HAZ se răcește rapid) Orice (HAZ dacă este subțire nu este sensibilizat) Niciuna pentru peretele subțire (<2mm)
Sudare (secțiune groasă, trecere multi-) 450-850 (total) 316L Min. (C<0.03%)Practice E Weld coupon
Tratament termic post-sudare (atenuarea tensiunii) 400-450 grade 1-2 ore 316L (toate) Niciuna (sub limita de detectare)
Service temperature excursion 450-550°C >10 ore cumulate 316L necesare Practica E după 5 ani
Lipire sau lipire 500-700 de grade Minute până la ore 316L sau stabilizat (321/347) Este necesară practica E
ASTM A262 Practice E Test de calitate pentru acceptare

Testarea ASTM A262 Practice E oferă asigurarea finală a rezistenței IGC pentru acei cumpărători care specifică 316 teci care ar putea fi sensibilizate în timpul producției. Procedura de testare trebuie să cuprindă:

fierbere timp de 24 de ore într-o soluție de acid sulfuric-sulfat de cupru- (ASTM A262, procedura E)

Eșantionul este îndoit la 180 de grade peste un dorn cu diametrul egal cu grosimea specimenului

Vizualizarea fisurilor din suprafața îndoită la o mărire de 10x

Criterii de acceptare: Dacă nu se observă fisuri după îndoire, este o „trecere” (nesensibilizată). Se înregistrează un „eșec” (sensibilizat) dacă se observă crăpături (de orice lungime). Testul este sensibil la distanțe de carbură < ~1-2 μm.

Identificarea pe teren a IGC-urilor induse de sensibilizare

Într-un încălzitor 316 care eșuează în serviciul de oxidare a acidului (de exemplu, acid azotic, soluții de decapare) sau în medii cu clorură cu o componentă oxidantă, coroziunea intergranulară din sensibilizare se manifestă ca o rețea de fisuri de-a lungul granițelor granulare care poate fi văzută la o mărire redusă (50{4}}100 ×) pe o lustruire încrucișată și gravată. Fisurile pot avea un model „schelet”, indicând granulele anterioare de austenită. Sensibilizarea va fi confirmată de ASTM A262 Practica E pe o probă prelevată de la încălzitorul defect. Distanța determinată metalografic folosind microscopia electronică cu scanare va fi mai mică de 0,5-1,0 µm. Răspunsul la astfel de defecțiuni este să utilizați 316L sau să solicitați o recoacere după soluție de sudare.

Concluzie: Controlul specificației distanței de carbură prin sensibilizare

Rata de coroziune intergranulară bazată pe ASTM A262 Practica E pentru încălzitoarele cu manta din oțel inoxidabil 316 se bazează pe distanța medie de carbură la granițele granulare după temperaturile de sensibilizare. Când distanța de carbură este mai mică de 1-2 µm, zonele sărăcite de crom-se suprapun, formând un traseu continuu cu conținut scăzut de crom care se corodează rapid și eșuează testul Practic E. Pentru aplicațiile în care temperaturile de sudare sau de serviciu sunt în intervalul 450-850 de grade, inginerii care specifică 316 teci trebuie să furnizeze 316L (carbon<0.03%) to ensure that the carbide spacing will be above the critical threshold. After minimum sensitisation (1-2 hours at 650°C) carbide spacing for standard 316 (0.06-0.08% C) is less than 1 µm which results in sensitisation and IGC susceptibility. The framework offered herein, which correlates the average carbide spacing with quantitative Practice E results, allows purchasers to define combinations of material and heat treatment that will not allow overlapping depletion zones, and will retain intergranular corrosion resistance.