چگونه درصد کار سرد قبلی حاصل از طراحی لوله غلاف گرمکن 316، میزان کاهش استرس و حساسیت همزمان در طول سرویس در 550 درجه را کنترل می کند

سینتیک های رقابتی بازیافت و رسوب کاربیدها

برای 316 لوله گرمایش الکتریکی غلاف فولادی ضد زنگ در دماهای بالا (550 درجه، معمولی برای کاربردهای گرمایش هوا یا گاز با دمای بالا) درصد کار سرد قبلی از کشش لوله دو فرآیند متالورژیکی متضاد را کنترل می کند: آرامش استرس (بازیابی جابجایی، که تنش باقیمانده را کاهش می دهد و مقاومت خزشی را افزایش می دهد) و حساس شدن در برابر گره زنی (کروم) را کاهش می دهد. مقاومت در برابر خوردگی). کشش سرد سنگین لوله (25-کاهش 35٪) در 550 درجه سریع آرام می شود (50-80٪ کاهش تنش در 100-500 ساعت) اما همزمان کاربیدهای مرز دانه ای پیوسته (حساسیت) ایجاد می کند به دلیل چگالی نابجایی بالا و سرعت انتشار کروم. لوله های سرد کار سبک (کاهش 5 تا 15 درصد) آهسته تر شل می شوند (کاهش تنش 50 درصد 1000 تا 5000 ساعت طول می کشد) اما حساس نمی شود زیرا کاهش تراکم نابجایی باعث ایجاد مکان های هسته زایی کمتری برای کاربیدها می شود. این مقاله همبستگی بین کار سرد قبلی، سینتیک آرامش استرس و شروع حساسیت را در 550 $^{\\circ}$C کمیت می‌دهد.

مکانیسم حساس سازی و بازیابی رقابتی

فولاد ضد زنگ 316 نابجایی ایجاد می کند و بسته به شدت، مارتنزیت ناشی از کرنش-در کشش سرد ایجاد می کند. در مکانیسم های بازیابی 550 درجه (از بین بردن نابجایی و بازآرایی) تنش و سختی باقی مانده را کاهش می دهد. سرعت بازیابی در مواد سرد کار بالاتر آرنیوس است و سریعتر است زیرا انرژی ذخیره شده نیروی فشار را ارائه می دهد. در امتداد همان زمان، کاربید کروم (Cr 23 C 6 ) در امتداد مرزهای دانه و در جابجایی ها رسوب می کند. سرعت هسته‌زایی کاربیدها متناسب با چگالی نابجایی است، زیرا نابجایی‌ها مسیرهای انتشار سریعی را برای کروم و کربن فراهم می‌کنند. در موادی که به شدت سرد{10}}کار شده (چگالی نابجایی بالا) کاربیدها به سرعت هسته می‌شوند و یک شبکه مرزی پیوسته در عرض 100 تا 500 ساعت در 550 درجه ایجاد می‌کنند. هسته زایی کاربید در موادی که با سردی ملایم درمان شده اند کند است و حتی پس از 5000 ساعت کاربیدها کم و ناپیوسته هستند.

رابطه کمی کار سرد، آرامش استرس و حساسیت در 550 درجه

روابط زیر از پیری همدما کنترل شده لوله 316 با درصدهای مختلف کار سرد در 550 درجه، اندازه گیری تنش پسماند (با پراش اشعه ایکس) و حساسیت (توسط ASTM A262 Practice A) ایجاد شده است.

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 >1000 ساعت 0 (بازپخت شده)<30 N/A (no stress) >10,000 (بدون حساسیت) ساختار مرحله بله 5-10 100-150 2,000-5,000 5,000-10,000 مرحله (قابل قبول) بله 10-15 150-200 1,000-2,000 2,000-5,000 گام برای حذف انتقال خوب برای حداکثر 2,0 ساعت
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1000 ساعت ساعت
20-25 250-300 200-500 500-1,000 خندق (حساس شده) بعد از 500 ساعت خیر 25-30 300-350 100-200 200-500 خندق شدید غیرقابل قبول
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
تاثیر دمای سرویس بر نرخ های رقابتی

زمان حساس شدن با افزایش دما کاهش می یابد، آرامش تنش تسریع می یابد. محدوده کار بهینه سرد-برای یک دمای سرویس معین، سازگاری با این دینامیک است.

دمای سرویس ( درجه ) محدوده کار سرد توصیه شده برای 10000-ساعت خدمات (%) آرامش استرس به دست آمد (%) خطر حساسیت مواد ترجیحی 450 15-25 50-70% بعد از 10000 ساعت کم (کاربیدها آهسته) 316 (هر) 500 10-20 60-80% 3011 ساعت ترجیح داده می شود 525 5-15 70-85% بعد از 10000 ساعت متوسط-بالا 316 لیتر مورد نیاز 550 0-10 80-90% بعد از 10000 ساعت زیاد (احتمال حساسیت) 316 لیتر با تثبیت 575 0-5 (پخت شده) بدون استرس) زیاد (همه حساس می شوند) ارتقاء به 33107 یا
600 0 (فقط بازپخت) N/A Severe 316 قابل قبول نیست
توصیه های عملی در مورد تولید بخاری

در زیر معیارهای کار سرد و پس از تشکیل{0}}هیترهای غلافدار 316 برای کارکرد 550 درجه توصیه شده است.

حداکثر کار سرد در غلاف تمام شده (%) عمر خدمات مطلوب در 550 درجه (ساعت) پست توصیه شده{1}}آزمایش حساسیت درمان شکل‌دهی مورد نیاز آلیاژ جایگزین<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 >(<0.3 mm/year) 347 or 310
تشخیص میدانی حساسیت سرویس در دماهای بالا

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >1000 ساعت از کار افتادن در یک محیط خورنده (به عنوان مثال در طول یک چرخه تمیز کردن یا پس از خاموش شدن) حساسیت در طول سرویس باید در نظر گرفته شود. آزمایش متالوگرافی (ASTM A262 Practice A etch) یک ساختار "خندق" را در مرزهای دانه نشان می دهد. به دلیل بازیابی، سختی از مقدار رسم شده (مثلا. 300 HV به 200 HV) کاهش می یابد. این نشان می دهد که ماده در دما بوده است. ترک خوردگی یا خوردگی بین دانه ای حالت شکست خواهد بود. برای چنین خرابی هایی، راه حل برای خریدهای آتی مشخص کردن لوله های کاملا آنیل شده (تبلور مجدد) با تنش پسماند کم، یا ارتقا به درجه تثبیت شده مانند فولاد ضد زنگ 347 (تثبیت شده کلمبیوم) یا فولاد ضد زنگ 310 است که در دمای 550 درجه حساس نمی شوند.

نتیجه‌گیری: تجارت 550 درجه‌ای- بین کاهش استرس و ایجاد حساسیت

برای بخاری های 316 فولادی ضد زنگ که در 550 درجه کار می کنند، مقدار کار سرد قبلی، سینتیک دو فرآیند متضاد، کاهش استرس (خوب) و حساس شدن (بد) را کنترل می کند. کار سرد بالای 15-20 درصد منجر به حساس شدن سریع (رسوب کاربیدها در عرض 500-1500 ساعت) می شود که منجر به حساسیت به خوردگی بین دانه ای می شود. زایمان سرد<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 (>5000 ساعت). در جاهایی که نمی توان از کار سرد اجتناب کرد، برای تبلور مجدد ساختار و کاهش تنش باقی مانده و همچنین احتمال ایجاد حساسیت، یک محلول بازپخت پس از تشکیل ضروری است.