چگونه عدد اندازه دانه آستنیت قبلی در لوله غلاف بخاری فولادی ضد زنگ 316 نرخ هسته حفره خزشی را در 550 درجه کنترل می کند

تراکم مرزی دانه به عنوان یک عامل زندگی خزش

برای 316 لوله گرمایش الکتریکی غلاف فولادی ضد زنگ که در دماهای بالا (550 درجه، معمولی برای کاربردهای گرمایش هوا یا گاز با دمای بالا)، اندازه دانه آستنیت قبلی که به عنوان عدد اندازه دانه ASTM (G) بیان می‌شود، یک متغیر ریزساختاری اولیه است که نرخ هسته‌زایی حفره خزشی را کنترل می‌کند. مواد دانه ریز (ASTM G=8-10، قطر دانه 15-25 میکرومتر) دارای سطح بیشتری از مرزهای دانه در حجم نسبت به مواد درشت دانه (ASTM G=3-5، قطر دانه 50-80 میکرومتر) است. اگرچه دانه‌های ریز در دمای معمولی قدرت تسلیم قوی‌تری را نشان می‌دهند، اما در دماهای افزایش یافته، هسته‌زایی سریع‌تر حفره خزشی را نشان می‌دهند زیرا مرزهای دانه مکان‌های ترجیحی برای تشکیل حفره هستند. دانه درشت 316 (ASTM G=4-5) عمر خزشی 3 تا 5 برابر در 550 درجه بیشتر از مواد ریزدانه در بار و دمای مشابه دارد.
جمله را دوباره بیان کنید

بازگشت به جمله اصلی

جمله را کپی کنید

هیچ پیشنهادی وجود ندارد

این مطالعه رابطه بین تعداد دانه ASTM، سرعت هسته‌زایی کاویتاسیون و عمر گسیختگی خزش را برای 316 غلاف ارزیابی می‌کند و یک چارچوب مشخصات برای استفاده در دمای بالا پیشنهاد می‌کند.

شروع ترک از طریق حفره مرزی دانه در طول خزش

مکانیسم اصلی تغییر شکل خزشی فولاد ضد زنگ 316 در 550 درجه، لغزش مرز دانه است. لغزش دانه های مجاور از کنار یکدیگر باعث تمرکز تنش در نقاط سه گانه و ذرات فاز دوم (کاربیدها، آخال ها) به دلیل ناسازگاری های هندسی می شود که حفره ها را هسته می کند. نرخ هسته با اندازه دانه نسبت معکوس دارد. هرچه اندازه دانه کوچکتر باشد، تعداد پیوندهای مرزی دانه در واحد حجم بیشتر می شود و بنابراین تعداد مکان های احتمالی هسته زایی بیشتر می شود. پس از تشکیل هسته، حفره ها با انتشار جای خالی در امتداد مرزهای دانه (خزش Coble) و با خزش قدرت{5}}ماتریس اطراف گسترش می یابند. کل عمر خزش مجموع زمان هسته‌دهی یک جمعیت حیاتی از حفره‌ها (معمولاً 5-10٪ کسری سطح از مرز حفره‌شده) و زمان ادغام آن حفره‌ها در شکاف است. تراکم مرزی بیشتر همچنین مستلزم مکان‌های هسته‌زایی بیشتر است، بنابراین درصد حفره بحرانی را می‌توان زودتر برای مواد ریزدانه به‌رغم سرعت رشد آهسته‌تر در هر حفره به دلیل طول‌های انتشار کوتاه‌تر به دست آورد.

همبستگی کمی بین اندازه دانه ASTM و عمر خزش در 550 درجه

آزمایش گسیختگی خزش لوله 316 با اندازه دانه های کنترل شده (با تنظیم زمان و دمای بازپخت محلول) در 550 درجه و تنش اعمالی 100 مگاپاسکال (معمولاً تنش حلقه ناشی از محدودیت انبساط حرارتی) روابط زیر را ایجاد کرده است.

عدد اندازه دانه ASTM (G) قطر دانه (µm) سطح مرزی دانه در هر میلی‌متر مکعب (mm2/mm3) زمان تا 1٪ منطقه مرزی حفره‌دار (ساعت، 550 درجه، 100 مگاپاسکال) عمر گسیختگی خزشی (h, 550 درجه, 100 MPa8 Remende{Rel) سرویس 550 درجه 10 (بسیار خوب) 10-15 150-200 100-200 500-1,000 0.3× No 8-9 (خوب) 15-25 100-150 200-400 1,000-2,000 0.5× توصیه نمی شود 7-8 (متوسط خوب) 25-35 70-100 300-600 1,500-3,{21}-7 مارجینال 35-45 50-70 500-1،000 2،500-4،500 1.0-1.2× قابل قبول برای متناوب
5-6 (متوسط ​​درشت) 45-55 40-50 800-1،500 4،000-6،500 1.5-2.0× توصیه می‌شود
4-5 (درشت) 55-70 30-40 1,200-2,500 6,000-10,000 2.5-3.5× ایده آل برای سرویس مداوم
3-4 (درشت) 70-85 25-30 1،500-3،500 7،000-12،000 3.0-4.0× شکل پذیری قابل قبول اما کمتر
تأثیر اندازه دانه و توزیع کاربید

مقاومت حفره خزشی 316 دانه درشت به شدت به حضور کاربیدهای مرزی درون دانه ای و دانه ای بستگی دارد. سرعت سرد شدن در طول بازپخت محلول که کاربیدهای ریز و درون دانه ای (M 23 C 6 , MC) ایجاد می کند، باعث تقویت بارش در داخل دانه می شود و خزش ماتریکس را به حداقل می رساند. سرعت سرد شدن آهسته منجر به کاربیدهای درشت و پیوسته مرز دانه می شود که به دلیل مکان های مناسب هسته زایی حفره، عمر خزش را کاهش می دهد. ریزساختار ایده آل برای سرویس خزش در 550 درجه، دانه های درشت (ASTM G=4-6) با پراکندگی ظریف کاربیدهای درون دانه ای و کاربیدهای مرزی دانه ناپیوسته است. ریزساختار: محلول در دمای 1040-1060 درجه سانتیگراد آنیل شد، با سرد شدن متوسط ​​(هوای اجباری، نه خاموش کردن آب)، سپس تثبیت در دمای 850-900 درجه سانتیگراد به مدت 2-4 ساعت آنیل شد. آنیل تثبیت کننده کاربیدها را به صورت کنترل شده و بدون ایجاد حساسیت (برای 316L یا گریدهای تثبیت شده) رسوب می دهد.

مشخصات اندازه دانه برای استفاده در سرویس بخاری با دمای بالا

بر اساس طول عمر تخمین زده شده، استاندارد اندازه دانه زیر برای 316 بخاری غلاف دار برای کار مداوم در دمای غلاف 550 درجه (دمای دیواره داخلی) پیشنهاد شده است.

طول عمر مطلوب در دمای 550 درجه سانتیگراد (ساعت) حداقل اندازه دانه ASTM (تعداد پایین=درشت تر) (ASTM) حداکثر اندازه دانه (تعداد بیشتر=کوچکتر) عملیات حرارتی توصیه شده<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
اندازه دانه و اعتبار میدان آسیب خزشی 10,000-20،000 4 (حداقل درشتی) 5 آنیل در دمای بالا (1100 درجه) + خنک شدن آهسته

بخاری های سرویس دمای بالا اندازه دانه را می توان با تجزیه و تحلیل متالوگرافی یک مقطع-، پس از اچ کردن با گلیسرژیا (15 میلی لیتر هیدروکلراید، 10 میلی لیتر گلیسرول، 5 میلی لیتر HNO3) تعیین کرد. عدد اندازه دانه ASTM با مقایسه با نمودارهای استاندارد مطابق با ASTM E112 . آسیب حفره خزشی (نقاط سیاه کوچک (حفره‌ها) روی مرز دانه‌ها با بزرگنمایی 500-1000 برابر) معمولاً زمانی رخ می‌دهد که 50-60 درصد از عمر خزش تمام شده باشد. برای یک بخاری درشت دانه (G=5)، حفره‌ها در حدود ۴۰۰۰ تا ۶۰۰۰ ساعت از عمر ۸۰۰۰ ساعته مشاهده می‌شوند. برای مواد ریزدانه (G=8)، حفره‌ها حدود 200 تا 400 ساعت قابل مشاهده هستند، که به طور قابل‌توجهی توجه کمتری را قبل از پارگی نشان می‌دهند. نمونه‌برداری دوره‌ای (یک بخاری در هر دسته در سال) برای ارزیابی متالوگرافی کسر کاویتاسیون داده‌های نگهداری پیش‌بینی‌کننده را برای بخاری‌های کلیدی می‌دهد.

در نظر گرفتن اندازه دانه برای اجزای جوش داده شده و خم شده

الزامات اندازه دانه باید با توجه به جوشکاری کلاهک انتهایی و خمش ارزیابی شود. جوشکاری یک ناحیه تحت تاثیر حرارت با دانه های ریز (ASTM G=9-11) در امتداد خط همجوشی جوش ایجاد می کند. در دمای بالا، این ناحیه دانه‌ریز{3} ریز می‌تواند یک ناحیه آسیب‌پذیر برای کاویتاسیون خزشی باشد. در مورد بخاری هایی که در دمای بالاتر از 500 درجه کار می کنند، منطقه جوش ممکن است ترجیحاً شکست بخورد حتی در حالی که اندازه دانه فلز پایه درشت است. یکی از راهکارهای کاهش آن، انجام آنیل محلول{7} پس از جوش است که دانه های HAZ را درشت می کند. این ممکن است عملی نباشد. جایگزین استفاده از آلیاژهای مقاوم در برابر خزش مانند فولاد ضد زنگ 310 یا Inconel 600 برای کل بخاری است که تغییرپذیری وابسته به اندازه دانه را در طول عمر خزش حذف می کند.

نتیجه‌گیری: تعیین دانه‌های درشت برای مقاومت خزشی در دمای بالا

برای 316 گرم کن فولادی ضد زنگ در 550 درجه، عدد اندازه دانه آستنیت قبلی عامل کنترل کننده سرعت هسته‌زایی حفره خزشی و در نتیجه طول عمر گسیختگی خزش کل است. هسته‌زایی کاویتاسیون در مواد ریزدانه (ASTM G=8-10) 3-5 برابر سریع‌تر از مواد درشت دانه (ASTM G=4-5) است و عمر خزشی از 10000 ساعت به 2000 ساعت در تنش و دما کاهش می‌یابد. مهندسان باید یک G{11}} یا G=6 را که توسط متالوگرافی ASTM E112 تأیید شده است، برای حداکثر اندازه دانه ASTM (دانه های درشت تر) برای 316 غلاف برای استفاده مداوم در دمای بالا مشخص کنند. روش توصیف شده، اندازه دانه را به نرخ کاویتاسیون قابل اندازه‌گیری و عمر پارگی مرتبط می‌کند و خریداران را قادر می‌سازد تا لوله غلاف 316 را با بهترین مقاومت در برابر شکست خزشی در کاربردهای دمای بالا انتخاب کنند.