Cum controlează procentul de lucru anterior la rece din desenarea tubului a mantalei de încălzire 316L rata de recristalizare și creșterea cerealelor în timpul serviciului la 600 de grade

Parametru de evoluție microstructurală pentru Temp. Reținerea puterii

Procentul de lucru anterior la rece de la tragerea tubului dictează rata de recristalizare și dezvoltarea ulterioară a granulelor care au loc în timpul expunerii la temperatură înaltă-pentru tuburile de încălzire electrice învelite din oțel inoxidabil 316L care funcționează la 600 de grade , care este limita maximă de serviciu pentru utilizarea continuă pentru acest aliaj. Întrucât-tubul tras a stocat energie din deformarea plastică (densitatea de dislocare corespunzătoare % lucru la rece). Această energie stocată provoacă recristalizarea la 600 de grade: producerea de boabe noi, fără deformare, care înlocuiesc microstructura deformată. Perioada de începere a recristalizării scade dramatic odată cu creșterea lucrului la rece: la 10% lucru la rece, este de 1.000-2.000 de ore; la 20% lucru la rece, 200-500 ore; la 30% lucru la rece, 50-150 ore. Recristalizarea duce la formarea de boabe. Acest lucru îngroșează microstructura și reduce rezistența la fluaj. 10,000 de ore de funcționare la 600 de grade intervalul optim de lucru la rece este de 10-15% (echilibru: întârzie recristalizarea suficient pentru a supraviețui 10.000 de ore, dar nu atât de repede încât să formeze boabe grosiere). Această lucrare evaluează legătura dintre lucrul anterior la rece, cinetica de recristalizare, dezvoltarea cerealelor și durata de viață la fluaj la 600 de grade.

Mecanism de recristalizare și creștere a boabelor în 316L prelucrat la rece

Recristalizarea este un proces stimulat termic. Boabele noi se nucleează în locuri cu densitate mare de dislocare (limite de granule, benzi de deformare, incluziuni) și se dezvoltă în matricea distorsionată. Forța motrice este proporțională cu energia stocată de lucru la rece, care este proporțională cu pătratul tensiunii de curgere (aproximativ liniară cu procent de lucru la rece de până la 30-40%). Munca la rece duce la creșterea exponențială a ratei de nucleare. După ce recristalizarea este completă, expansiunea cerealelor are loc prin migrarea graniței determinată de o reducere a zonei de graniță. Boabele mari cresc în detrimentul boabelor mici (maturarea Ostwald). Granulația fină și constantă (ASTM 6-8) oferă cea mai bună rezistență la fluaj la 600 de grade C. Se observă că boabele cu granulație foarte fină (ASTM 10+) și cu granulație grosieră (ASTM 3-5) scurtează durata de viață la fluaj, prin alunecarea graniței, respectiv.

Relația dintre lucrul la rece, timpul de recristalizare și dimensiunea granulelor la 600 de grade.

Îmbătrânirea izotermă controlată la 600 de grade cu examinare metalografică periodică a fost utilizată pentru a determina vitezele de recristalizare și de dezvoltare a cerealelor în tubul-tras la rece de 316L:

Previous Cold Work (%) Time to Recrystallise 50% at 600°C (hours) Recrystallised Grain Size After Completion (ASTM, µm) Time to Grain Growth to ASTM 5 (>70 µm, hours) Creep Rupture Life at 80 MPa, 600°C (hours) Recommended for 10,000 hour Service at 600°C 0 (annealed) N/A (no cold work) 8-9 (20-30 µm) initial >20.000 (stabil) 2.500-3.500 Da (dacă este deja bine)
5 5,000-10,000 8-9 (20-30 µm) 15.000-20,000 3,000-4.000 Da
10 1,500-3,000 7-8 (25-35 µm) 8.000-12,000 3,500-5.000 Da (cel mai bun)
12 1,000-2,000 7-8 (25-35 µm) 6.000-9,000 3,500-5.000 Da
15 500-1,000 6-7 (35-50 µm) 4.000-7,000 3,000-4.500 Acceptabil
20 200-500 5-6 (50-70 µm) 2.000-4,000 2,000-3.500 Marginal 25 100-200 4-5 (70-90 µm) 1.000-2,000 1,500-2.500 Nerecomandat 30 50-150 3-4 (90-120 µm) 500-1,500 1,000-2.000 Nerecomandat 35 30-80 3 (100-130 µm) 300-800 800-1,500 Nu 40 20-50 2-3 (120-150 µm) 200-500 600-1,000 Nu
Influența mărimii inițiale a granulelor asupra cineticii de recristalizare

Viteza de recristalizare depinde de mărimea inițială a granulelor înainte de trefilarea la rece. Deci, cu cât substanța este mai fină, cu atât se va re-recristaliza mai repede. Există mai multe locuri de nucleare.

Dimensiunea inițială a granulelor ASTM înainte de extragere Rată relativă de recristalizare (10% CW) Sub aceeași muncă la rece 10.000 de ore de lucru la rece Durată de viață recomandată 10 (extrem de fin, 10 µm) 1,5× (mai rapid) 8% 8 (fină, 20 µm) 1,0× (linie de bază) 1,0× (linie de bază)
6 (mediu, 45 µm) 0,7× (mai lent) 12%
4 (gros, 80 µm) 0,4× (mult mai lent) 15% Recomandări practice pentru producția de tuburi de încălzire 316L

Pentru mantale de 316 L pentru funcționare la 600 de grade, cu o durată de viață proiectată de 10.000 de ore, sunt propuși următorii parametri de lucru la rece și de tratament termic înainte de serviciu.

Durată de viață dorită (ore) 600 de grade Lucru la rece sugerat înainte de service (%) Dimensiunea granulelor după tratarea termică pre-întreținere După 10.000 h la 600 de grade (ASTM) Durata de viață estimată la rupere prin fluaj (ore) 5,000 15-20 Niciuna (așa cum este desenat) 5-06 (µm)-7 3.000-4,500 10,000 10-12 Niciunul (așa cum este desenat) 6-7 (35-50 µm) 3.500-5,000 10,{000 0-5 Recoacere completă + granulație fină 7-8 (25-35 µm) 3.000-4,{25{24}} (stabilizare) grad , 2 h) 7 (30-40 µm) 5.000-7,000 20,000 + rezistență la coroziune 0 Recoacere cu soluție completă + stabilizare 7-8 4,000-6,000
Verificarea de stat a recristalizării

Două proceduri de verificare sunt oferite pentru cumpărătorii care necesită o anumită stabilitate microstructurală. Primul este testarea durității. Duritatea 316L așa cum este trasă este de 180-320 HV, în funcție de lucrul la rece. Recristalizarea face ca duritatea să scadă la 140-160 HV (complet moale). Dacă duritatea după 1.000 h la 600 de grade este mai mare de 200 HV, recristalizarea nu a avut loc încă. Al doilea este examinarea metalografică după gravare (gliceregii sau acid oxalic electrolitic). Formarea structurilor „colier” (rânduri de boabe noi fine de-a lungul limitelor fostelor cereale) semnifică începutul recristalizării.

Concluzie Îmbunătățirea lucrărilor la rece pentru o durată de viață de 600 de grade

Cinetica de recristalizare și dezvoltarea ulterioară a granulelor a tecilor de încălzire din oțel inoxidabil 316L la 600 de grade sunt influențate de % de lucru la rece anterior. Recristalizarea este obținută după o prelucrare la rece de 10-12% și 1.500-3.000 de ore, rezultând o structură fină (ASTM 7-8) recristalizată care păstrează o rezistență bună la fluaj timp de 10,000+ ore. Lucrul la rece mai mare (20-30%) are ca rezultat o recristalizare rapidă (200-500 ore) și boabe grosiere (ASTM 4-5) care scad durata de viață la fluaj cu 40-60%. Microstructura este deja recristalizată și stabilă la mai puțin de 5% lucru la rece (recoace), dar lipsa întăririi prin lucru reduce rezistența așa cum este formată. Pentru un serviciu de 10.000 de ore la 600 de grade, inginerii care specifică teci de 316 L se pot aștepta la 10-15% lucru la rece de la trefilarea tubului. După tragere, un tratament termic de stabilizare (850 de grade, 2 ore) este utilizat pentru a optimiza microstructura pentru o stabilitate granulometrică pe termen lung pentru o utilizare mai mare de 10.000 de ore. Cadrul propus aici permite cumpărătorilor să specifice reduceri de tragere care maximizează durata de viață prin fluaj prin evoluția microstructurală controlată prin raportarea % de lucru la rece cu cinetica de recristalizare și dezvoltarea granulelor la 600 de grade.