Cum controlează procentul de lucru anterior la rece din desenul tubului al tecii de încălzire 316 rata de relaxare a stresului și sensibilizarea concomitentă în timpul serviciului la 550 de grade

Cinetica concurentă de recuperare și precipitare a carburilor

Pentru țevile electrice de încălzire cu manta din oțel inoxidabil 316 la temperaturi înalte (550 de grade, tipic pentru aplicațiile de încălzire cu aer sau gaz la temperatură ridicată), procentul de lucru la rece anterior din trefilarea tubului controlează două procese metalurgice conflictuale: relaxarea tensiunii (recuperarea dislocării, care reduce stresul rezidual și crește rezistența la fluaj) și sensibilizarea (rezistența la coroziune a carburilor de crom, care reduce rezistența la coroziune a carburilor de crom). Trefilarea grea la rece a tubului (reducere de 25-35%) la 550 de grade se relaxează rapid (reducerea tensiunii de 50-80% în 100-500 de ore), dar creează carburi continue la granulă (sensibilizare) în același timp datorită densității mari de dislocare care accelerează difuzia cromului. Tubul ușor prelucrat la rece (reducere de 5 până la 15%) se relaxează mai lent (reducerea de stres cu 50% durează 1000 până la 5000 de ore), dar nu este sensibilizat deoarece densitatea scăzută de dislocare produce mai puține locuri de nucleare pentru carburi. Această lucrare cuantifică corelația dintre munca anterioară la rece, cinetica de relaxare a stresului și începutul sensibilizării la 550 $^{\\circ}$C.

Mecanism de sensibilizare și redresare competitivă

Oțelul inoxidabil 316 formează dislocații și, în funcție de intensitate, martensita indusă-deformarea la trefilarea la rece. La 550 de grade mecanismele de recuperare (anihilarea dislocarii si rearanjarea) diminueaza stresul rezidual si duritatea. Rata de recuperare este Arrhenius și mai rapidă în materialul prelucrat la rece mai mare, deoarece energia stocată oferă o forță de împingere. în același timp, carbura de crom (Cr 23 C 6 ) precipită de-a lungul granițelor și la dislocații. Rata de nucleare a carburilor este proporțională cu densitatea de dislocare, deoarece dislocațiile oferă căi de difuzie rapide pentru crom și carbon. În materialul-prelucrat sever la rece (densitate mare de dislocare) carburile se nucleează rapid, dezvoltând o rețea continuă de granițe în decurs de 100-500 de ore la 550 de grade . Nuclearea carburilor este lentă în materialul ușor tratat la rece și chiar și după 5.000 de ore carburile sunt puține și discontinue.

Relația cuantificată de muncă la rece, relaxarea stresului și sensibilizarea la 550 de grade

Următoarele relații sunt stabilite din îmbătrânirea izotermă controlată a tubului 316 cu diferite procente de lucru la rece la 550 de grade, măsurarea tensiunii reziduale (prin difracție de raze X-) și sensibilizare (prin ASTM A262 Practica A).

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 >1.000 de ore 0 (recoace)<30 N/A (no stress) >10.000 (fără sensibilizare)Structură în etape Da 5-10 100-150 2,000-5,000 5,000-10.000 Pas (acceptabil) Da 10-15 150-200 1,000-2,000 2,000-5.000 Pas pentru a renunța la tranziție Bună pentru până la 2.000 de ore
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1.000 de ore ore
20-25 250-300 200-500 500-1,000 Şanţ (sensibilizat) după 500 de ore Nu 25-30 300-350 100-200 200-500 Şanţ grav Inacceptabil
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
Efectul temperaturii de serviciu asupra tarifelor concurente

Timpul până la sensibilizare scade odată cu creșterea temperaturii, relaxarea tensiunii se accelerează. Intervalul optim de lucru la rece-pentru o anumită temperatură de serviciu este un compromis al acestei dinamici.

Temperatura de serviciu ( grade ) Interval de lucru la rece recomandat pentru 10.000-oră. Serviciu (%) Relaxarea stresului realizată (%) Sensibilizare Risc Material preferat 450 15-25 50-70% după 10.000 h Scăzut (carburi lente) 316 (oricare) 500 10-20 60-80% după 10}% {0}% Mode preferabil, {0} % după 10.000 h după 10.000 ore Moderat-Ridicat 316L necesar 550 0-10 80-90% după 10.000h Ridicat (sensibilizare probabilă) 316L cu stabilizare 575 0-5 (recoace) N/A (fără stres) Ridicat (toate sensibilizează) Actualizați la 347 sau 310
600 0 (doar curățat) N/A Sever 316 nu este acceptabil
Recomandări practice privind producția de încălzitoare

Următoarele sunt criterii de tratament la rece și post{0}}formare recomandate pentru încălzitoarele cu manta 316 pentru funcționare la 550 de grade.

Lucru maxim la rece în învelișul finit (%) Durată de viață dorită la 550 de grade (ore) Tratament recomandat după-formare Testare de sensibilizare Necesar aliaj alternativ<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 (complet recristalizat) Recoacere cu soluție completă + stabilizare (850 grade, 4 h) ASTM A262 Practică C (<0.3 mm/year) 347 or 310
Detectarea pe teren a sensibilizării serviciului la temperaturi ridicate

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >1.000 de ore eșuează într-un mediu corosiv (de exemplu, în timpul unui ciclu de curățare sau după oprire), sensibilizarea în timpul serviciului trebuie luată în considerare. Testarea metalografică (ASTM A262 Practice A etch) va dezvălui o structură „șanț” la limitele granulelor. Duritatea va fi redusă de la valoarea-trasă (de exemplu,. 300 HV la 200 HV) datorită recuperării. Acest lucru va demonstra că materialul a fost la temperatură. Fisurarea sau coroziunea intergranulara va fi modul de defectare. Pentru astfel de defecțiuni, remediul pentru achizițiile viitoare este să specificați tuburi complet recoapte (recristalizate) cu efort rezidual scăzut sau să treceți la un grad stabilizat, cum ar fi 347 (stabilizat cu columbiu) sau oțel inoxidabil 310, care nu sensibilizează la 550 de grade.

Concluzie: schimb-de 550 de grade între reducerea stresului și sensibilizare

Pentru încălzitoarele din oțel inoxidabil 316 care funcționează la 550 de grade, cantitatea de lucru anterior la rece controlează cinetica a două procese conflictuale, relaxarea stresului (bine) și sensibilizarea (rău). Lucrările la rece peste 15-20% au ca rezultat sensibilizarea rapidă (precipitarea carburilor în 500-1.500 de ore), ceea ce duce la susceptibilitatea la coroziune intergranulară. Muncă la rece<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 (>5.000 de ore). Acolo unde munca la rece nu poate fi evitată, este necesară o recoacere în soluție după formare pentru a recristaliza structura și pentru a elimina stresul rezidual, precum și posibilitatea de sensibilizare.