چگونه درصد کاهش کشش سرد لوله غلاف بخاری 316 لیتری، کرنش-تشکیل مارتنزیت القا شده و اثر بعدی آن بر نفوذپذیری مغناطیسی و مقاومت در برابر شکنندگی هیدروژن را کنترل می‌کند

تبدیل فاز ناشی از تغییر شکل: یک شمشیر دو لبه-

متداول ترین روش برای به دست آوردن ابعاد دقیق قطر بیرونی و پرداخت سطح برای لوله های گرمایش الکتریکی غلاف فولادی ضد زنگ 316 لیتری تولید شده توسط کشش سرد، کاهش درصد است که مستقیماً کسر حجمی مارتنزیت ('-مارتنزیت) ناشی از کرنش ('-مارتنزیت) ایجاد شده در طول تغییر شکل. 316(L محتوای کربن کمتری دارد) را کنترل می کند.<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) که باعث پاسخ مغناطیسی بالا و حساسیت قابل توجهی به شکنندگی هیدروژن می شود. این مقاله همبستگی بین کاهش کشش سرد، کسر مارتنزیت، نفوذپذیری مغناطیسی و مقاومت در برابر شکنندگی هیدروژن را برای غلاف بخاری 316L ارزیابی می‌کند.

مکانیسم تشکیل مارتنزیت ناشی از کرنش در 316L

آستنیت 316L نسبت به تولید مارتنزیت در طی تغییر شکل پلاستیک متا-پایدار است. $\\gamma$ (FCC، پارامغناطیس) $\\to$ $\\epsilon$ (HCP، ضعیف مغناطیسی) $\\to$ $\\alpha^\\prime$ (BCC، فرومغناطیسی). کسر حجمی آلفا-مارتنزیت از قانون اولسون-کوهن پیروی می‌کند: Valpha'=1 - exp(-betaxepsilon_plastic^n) (10) که در آن epsilon_plastic سویه پلاستیکی واقعی است (epsilon_plastic=ضریب وابسته (آستنیت + مارتنزیت) یا سه فاز (حاوی ε) و دارای کیفیت های حد واسط بین فولادهای زنگ نزن کاملا آستنیتی و کاملاً مارتنزیتی است.

روابط کمی بین احیای سرما، کسر مارتنزیت و خواص در 25 درجه

کشش سرد کنترل شده لوله 316 لیتری (شروع OD 12 میلی متر، دیواره 1.5 میلی متر، به طور کامل بازپخت در 1050 درجه) برای نشان دادن اتصالات بین کسر مارتنزیت (-پراش اشعه X)، نفوذپذیری مغناطیسی (فریتسکوپ) و پارامترهای مکانیکی استفاده می شود.

کاهش کشش سرد (%) کرنش واقعی (ε=ln(1/(1-R))) '-کسری حجمی مارتنزیت (%) نفوذپذیری مغناطیسی (μr، 25 درجه ) قدرت تسلیم (MPa، 0.2٪ افست) ازدیاد طول (%) توصیه می شود برای<1.05 μr Recommended for Sour/Hydrogen Service
0 (آنیل شده) 0.00 0 1.00-1.01 205 50 بله بله 5 0.05 0 1.00-1.01 240 45 بله بله 10 0.11 0 1.01-1.02 280 40 بله بله 15 0.16 0-1 1.02-1.03 320 35 بله 20 0.22 1-2 1.03-1.05 360 30 حاشیه قابل قبول 25 0.29 2-4 1.05-1.07 400 25 نه حاشیه 30 0.36 4-7 1.07-1.10 440 20 نه نه (شدی H بالا) 35 0.43 7-12 1.10-1.15 480 18 نه نه 40 0.51 12-18 1.15-1.25 520 15 نه نه 40 0.51 12-18 1.15-1.25 520 15 نه نه {{1} نه نه {{1} نه
تأثیر محتوای مارتنزیت بر مقاومت در برابر تردی هیدروژنی

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 (گذر) هر (ذوب شده)
1-3 5-10× 500-720 (مرز)<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
نفوذپذیری مغناطیسی برای کاربردهای غیر مغناطیسی مورد نیاز است

حداکثر نفوذپذیری مغناطیسی (به عنوان مثال 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.

کاربرد حداکثر μr مجاز حداکثر کاهش سرما (٪ ) مسیر تولید توصیه شده مربوط به کسر مارتنزیت
اتاق MRI (بحرانی) 1.01<10% 0% Fully annealed, + no cold work
تجهیزات پرتو الکترونی 1.02<15% 0-1%Light cold working + finish anneal
عمومی غیر مغناطیسی 1.05<22% <2% Cold drawn + tension reliefing
Commercial (no specification) >1.05 (هر) هر گونه مشخصات عملی برای تولید غلاف بخاری 316 لیتری

برای خریدارانی که لوله های 316 لیتری را برای شرایط مختلف خدمات مشخص می کنند، محدودیت های زیر برای کاهش کشش سرد توصیه می شود:

شرایط سرویس حداکثر کاهش کشش سرد (%) مورد نیاز عملیات حرارتی نهایی حداکثر میکروگرم حداقل مقاومت HE
غیر مغناطیسی (MRI، الکترونیک) 10 آنیل کامل پس از کشیدن 1.02 خوب
صنعتی عمومی (بدون کلرید، بدون H2S) 30 هیچ (به عنوان-قابل قبول) 1.10 (هر کدام) لازم نیست
سرویس کلرید (<500 ppm, <80°C) 20 Stress relief 400°C, 1h 1.05 OK
Sour service (H2S >10 ppm) 15 بازپخت کامل محلول 1.03 مورد نیاز (گذر NACE)
تحت حفاظت کاتدی (دریایی) 15 تنش زدایی 450 درجه، 2 ساعت 1.03 قابل قبول
High strength (pressure vessels) 40 None >1.15 ضعیف (برای H2S نیست)
تایید محتوای و خواص 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 (برای برنامه های غیر مغناطیسی مناسب نیست). برای مقاومت HE، مورد نیاز تأیید عدم ترک در آزمایش NACE TM0177 (720 ساعت، 25 درجه، محلول A با H2S) است.

نتیجه‌گیری: ایجاد محدودیت‌های کاهش سرما برای 316 لیتر بر اساس نیازهای خدمات

برای لوله غلاف بخاری از جنس استنلس استیل 316، کاهش درصد کشش سرد عامل کنترل مستقیم در تشکیل مارتنزیت ناشی از کرنش است که نفوذپذیری مغناطیسی و مقاومت در برابر شکنندگی هیدروژن را تعیین می کند. برای کاربردهای غیر مغناطیسی (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.