Cum se efectuează numărul de granulație anterioară a austenitei din oțel inoxidabil 316 pentru controlul tubului de înveliș al încălzitorului, rata de nucleație a cavitației de fluaj la 550 de grade

Densitatea limită a cerealelor ca factor al vieții de fluaj

Pentru tuburile electrice de încălzire cu manta din oțel inoxidabil 316 care funcționează la temperaturi ridicate (550 de grade, tipic pentru aplicațiile de încălzire cu aer sau gaz cu temperatură înaltă), dimensiunea granulelor austenitei anterioare exprimată ca număr ASTM de mărime a granulelor (G) este o variabilă microstructurală primară care controlează rata de nucleare a cavitației de fluaj. Materialul cu granulație fină (ASTM G=8-10, diametrul granulelor 15-25 µm) are o suprafață mai mare a limitelor de granulație pe volum decât materialul cu granulație grosieră (ASTM G=3-5, diametrul granulației 50-80 µm). Deși boabele fine prezintă o forță de curgere mai puternică la temperatură normală, ele prezintă o nucleare mai rapidă a cavitației fluare la temperaturi în creștere, deoarece limitele de cereale sunt locurile preferate pentru formarea cavității. Granulația grosieră 316 (ASTM G=4-5) are o durată de viață la fluaj de 3-5 ori mai mare la 550 de grade decât materialul cu granulație fină la încărcare și temperatură similare.
Reformulați propoziția

Reveniți la propoziția inițială

Copiați propoziția

Nicio sugestie

Acest studiu evaluează relația dintre numărul de granule ASTM, rata de nucleare prin cavitație și durata de viață la rupere prin fluaj pentru 316 teci și propune un cadru de specificații pentru utilizare la temperatură înaltă-.

Inițierea fisurilor prin cavitația graniței în timpul fluajului

Principalul mecanism de deformare prin fluaj a oțelului inoxidabil 316 la 550 de grade este alunecarea graniței. Alunecarea granulelor adiacente unul peste altul provoacă concentrații de stres în punctele triple și la particulele de fază a doua (carburi, incluziuni) din cauza incompatibilităților geometrice, care nucleează golurile. Rata de nucleare este invers proporțională cu mărimea granulelor; cu cât dimensiunea boabelor este mai mică, cu atât este mai mare numărul de joncțiuni la granițele pe unitate de volum și, prin urmare, cu atât este mai mare numărul de situsuri posibile de nucleare. Odată nucleate, golurile se extind prin difuzia vacantei de-a lungul granițelor de cereale (curgere Coble) și prin fluaj-puterii matricei înconjurătoare. Durata de viață totală la fluaj este suma timpului necesar pentru nuclearea unei populații critice de cavități (de obicei 5-10% fracțiune de suprafață din limita cavitată) și timpul necesar ca cavitățile respective să se unească într-o fisură. O densitate mai mare la limită implică, de asemenea, mai multe locuri de nucleare, astfel încât procentul de cavitate critică poate fi atins mai devreme pentru materialele cu granulație fină, în ciuda ratei mai lente de creștere pe cavitate din cauza lungimii de difuzie mai scurte.

Corelația cantitativă între dimensiunea granulației ASTM și durata de viață la fluaj la 550 de grade

Testarea de rupere prin fluaj a tubului 316 cu dimensiuni controlate ale granulelor (prin ajustarea timpului de recoacere a soluției și a temperaturii) la 550 de grade și o solicitare aplicată de 100 MPa (tipic pentru solicitarea cercului de la constrângerea de dilatare termică) a stabilit următoarele relații.

ASTM Granulare Număr (G) Diametru granulație (µm) Granulație Aria limită per mm3 (mm2/mm3) Timp până la 1% Suprafață cavitată limită (ore, 550 grade , 100 MPa) Durată de viață la rupere la fluaj (h, 550 grade, 100 MPa) Grad de viață relativ la fluaj (G58) 10 (foarte bine) 10-15 150-200 100-200 500-1,000 0.3× Nu 8-9 (fin) 15-25 100-150 200-400 1,000-2,000 0.5× Nerecomandat 7-8 (mediu-fin) 25-35 70-100 300-600 1,500-3,000 0.8× Marginal 6-7 (mediu) 35-45 50-70 500-1,000 2,500-4,500 1.0-1.2× Acceptabil pentru intermitent
5-6 (mediu-grosier) 45-55 40-50 800-1,500 4,000-6,500 1.5-2.0× Recomandat
4-5 (grund) 55-70 30-40 1,200-2,500 6,000-10,000 2.5-3.5× Ideal pentru service continuu
3-4 (grosier) 70-85 25-30 1,500-3,500 7,000-12,000 3.0-4.0× Ductilitate acceptabilă, dar mai mică
Influența mărimii granulelor și a distribuției carburilor

Rezistența la cavitație la fluaj a 316 cu granulație grosieră este dependentă în mod critic de prezența atât a carburilor intragranulare, cât și a celor de la limită de cereale. Viteza de răcire în timpul recoacerii cu soluție care creează carburi fine, intragranulare (M 23 C 6 , MC) asigură întărirea prin precipitare a interiorului cerealelor, minimizând fluajul matricei. Ratele lente de răcire au ca rezultat carburi brute, continue la granulă, care diminuează durata de viață a fluajului datorită locațiilor lor favorabile de nucleare a cavității. Microstructura ideală pentru serviciul de fluaj la 550 de grade este boabele grosiere (ASTM G=4-6) cu o dispersie fină de carburi intragranulare și carburi discontinue de granulare. Microstructură: Soluție recoaptă la 1040-1060 C, răcită moderat (aer forțat, nu stingere cu apă), apoi stabilizare recoaptă la 850-900 C timp de 2-4 ore. Recoacere de stabilizare precipită carburile într-un mod controlat fără sensibilizare (pentru 316L sau gradele stabilizate).

Specificația mărimii granulelor pentru utilizare în serviciul de încălzire la temperatură ridicată

Pe baza duratei de viață estimate, este propus următorul standard de dimensiune a granulelor pentru încălzitoarele cu manta 316 pentru funcționare continuă la temperatura mantalei de 550 de grade (temperatura peretelui interior).

Durată de viață dorită la 550 C (ore) Dimensiunea granulelor ASTM minimă (număr mai mic=mai grosier) (ASTM) dimensiune maximă a granulelor (număr mai mare=mai mic) Tratament termic recomandat<2,000 (intermittent duty) 3 6 Standard solution anneal + quench 2,000-5,000 4 6 Controlled anneal + forced air cool 5,000-10,000 5 (max, indicating coarser than G=5 is permitted) 5 Extended anneal + stabilisation
Validarea câmpului de deteriorare a mărimii granulelor și a deteriorării prin fluaj 10.000-20,000 4 (gruozitate minimă) 5 Recoacere la temperatură ridicată (1100 grade ) + răcire lentă

Încălzitoare de serviciu la temperatură înaltă Dimensiunea granulelor poate fi determinată prin analiza metalografică a unei secțiuni transversale, după gravarea cu glicerige (15 ml HCI, 10 ml glicerol, 5 ml HNO3) . Numărul de mărime a granulelor ASTM este obținut prin comparație cu diagramele standard conform ASTM E112 . Deteriorarea cavitației prin fluaj (puncte negre (cavități) pe limitele granulelor la o mărire de 500-1000x) apare de obicei când 50-60% din durata de viață a fluentului a fost epuizată. Pentru un încălzitor cu granulație grosieră (G=5), cavitățile sunt observate la ~4.000-6.000 de ore dintr-o viață de 8.000 de ore. Pentru materialul cu granulație fină (G=8), cavitățile sunt vizibile în jur de 200-400 de ore, oferind mult mai puțin preaviz înainte de ruptură. Eșantionarea periodică (un încălzitor pe lot pe an) pentru evaluarea metalografică a fracției de cavitație oferă date de întreținere predictivă pentru încălzitoarele cheie.

Luând în considerare dimensiunea granulelor pentru componentele sudate și îndoite

Cerințele de mărime a granulelor trebuie evaluate în ceea ce privește sudarea și îndoirea capacului de capăt. Sudarea generează o zonă afectată de căldură cu granule fine (ASTM G=9-11) de-a lungul liniei de fuziune de sudură. La temperaturi ridicate, această zonă cu granulație-fină poate fi o zonă vulnerabilă pentru cavitația prin fluaj. În cazul încălzitoarelor care funcționează peste 500 de grade, zona de sudură poate fi de preferință eșuată chiar și atunci când granulația metalului de bază este grosier. O atenuare este să faceți o recoacere post-soluție de sudare, care îngroșează granulele HAZ. Acest lucru poate să nu fie practicabil. Alternativa este utilizarea unui aliaj mai rezistent la fluaj, cum ar fi oțelul inoxidabil 310 sau Inconel 600 pentru întregul încălzitor, care va elimina variabilitatea dependentă de dimensiunea granulelor în durata de viață a fluajului.

Concluzie: Specificația cerealelor grosiere pentru rezistența la fluaj la temperatură ridicată

Pentru încălzitoarele cu carcasă din oțel inoxidabil 316 la 550 de grade, numărul precedent de mărime a granulelor de austenită este factorul de control pentru rata de nucleare a cavitației prin fluaj și, prin urmare, durata de viață totală la rupere prin fluaj. Nuclearea prin cavitație este de 3-5 ori mai rapidă în materialul cu granulație fină (ASTM G=8-10) decât în ​​materialul cu granulație grosieră (ASTM G{=4-5), cu durata de viață la fluaj redusă de la 10.000 de ore la 2.000 de ore la aceeași presiune și temperatură. Inginerii trebuie să specifice un G=5 sau G{=6, verificat prin metalografie ASTM E112, pentru numărul maxim de mărime a granulelor ASTM (granule mai grosiere) pentru 316 teci pentru utilizare continuă la temperaturi ridicate. Metodologia descrisă leagă dimensiunea granulelor de ratele de cavitație cuantificabile și de durata de viață la rupere, permițând cumpărătorilor să aleagă tubul de manta 316 cu cea mai bună rezistență la defecțiunea prin fluaj în aplicații la temperaturi înalte.