چگونه کسر حجمی فاز G-(Ni16Nb6Si7) در غلاف بخاری 347 پس از 20000 ساعت در 600 درجه، دمای اتاق را کنترل می کند انرژی ضربه چارپی برای پست{5}}برچیدن خدمات و حمل و نقل

فاز سیلیسید پیچیده و اثر تردی نیوبیم-فولاد ضد زنگ تثبیت شده

Precipitation of G-phase (Ni 16 Nb 6 Si 7 ), a complex nickel-niobium-silicide intermetallic phase, can cause significant embrittlement, as measured by room temperature Charpy V-notch impact energy, for 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes operating at 600 C for extended periods (20,000+ hours)-such as in long-term industrial furnace heaters, petrochemical reformer tubes or superheater supports. The G-phase is formed at lower temperatures (550-650°C) during very lengthy ageing times (10,000-30,000 hours) while chi (χ) and Laves phases form at higher temperatures (650-750°C). G-phase is brittle with face centred cubic (FCC) structure and is mostly formed at the grain boundaries. G-phase at volume fractions as low as 0.2-0.5% reduces impact energy from >200 J (ductile) to 100-150 J (acceptable). At 1.0-1.5 vol% the impact energy is reduced only to 50-80 J. Impact energy drops to below 40 J (brittle) at >2.0-2.5% که خطر ترک خوردگی در حین برچیدن، جابجایی و حمل و نقل پس از سرویس را به همراه دارد. این مقاله ارتباط بین چقرمگی ضربه چارپی و کسر حجمی فاز G را پس از 20000 ساعت در دمای 600 درجه سانتیگراد تعیین می کند.

مکانیسم-تردی ناشی از فاز G

فاز G (Ni16Nb6Si7) شامل ~50-60% Ni، 20{16}}25% Nb و 10{19}}15% Si وزنی است. در مرزهای دانه پس از پیری طولانی در دمای 550-650 درجه، عمدتاً در فولادهای زنگ نزن تثبیت شده با نیوبیم رسوب می کند (347، 348). فاز سخت (400-600 HV) و شکننده است. آزمایش تاثیر دمای اتاق نشان می‌دهد که ترک‌ها در ذرات فاز G هسته می‌شوند و در امتداد مرز دانه‌ها با تغییر شکل پلاستیکی کمی حرکت می‌کنند. تردی ظریف است: سختی ممکن است کمی بهبود یابد (از 160-180 HV به 190-220 HV) در حالی که چقرمگی ضربه به طور قابل توجهی کاهش می یابد. فاز G معمولاً نادیده گرفته می شود زیرا به دلیل طولانی شدن مدت زمان پیری (10،{18}} ساعت) و جفت های خاص نیوبیم-سیلیکون.

رابطه کمی بین G-کسر حجمی فاز و انرژی ضربه چارپی

فرآیند شکنندگی 347 لوله (0.45% Nb، 0.50% Si، 0.08% C) در دمای 600 درجه تا 25000 ساعت با استفاده از G{7}}کمی‌سازی فاز با SEM/EDS و Charpy V-درجه آزمایش ضربه بریدگی در دمای ۲۵ تعیین می‌شود.

زمان پیری در 600 درجه (ساعت) G-کسری حجمی فاز (%)G-اندازه ذرات فاز (nm) محل بارندگی انرژی ضربه چارپی در 25 درجه (J) ظاهر شکست توصیه شده برای پست-حرکت خدمات (برچیدن، حمل و نقل)
0 (بازپخت) 0 N/A هیچ 200-240 شکل پذیر (100% برش) بله 5،000 0.05<20 Intragranular (sparse) 190-220 DuctileYes 10,000 0.05-0.10 20-40 Grain boundaries (few) 160-190 DuctileYes 12,000 0.10-0.20 30-50 Grain boundaries (scattered) 130-160Mixed (some cleavage) Yes 14,000 0.20-0.35 40-60 Partial grain borders 100-130 Mixed Acceptable 16,000 0.35-0.50 50-70 Near-continuous grain boundaries 80-100 Mixed-brittle Marginal 18,000 0.50-0.70 60-80 Continuous grain boundaries 60-80 Brittle (cleavage)Not recommended 20,000 0.70-1.00 70-10045-65 Brittle continuous netNo (high risk when handled)
22،000 1.00-1.30 80-120 پیوسته + داخل دانه ای 30-50 بسیار شکننده شماره 25،000 1.30-1.70 100-150 گسترده، یکپارچه 20-35 بسیار شکننده بدون
تأثیر سیلیکون و نیوبیم بر بارش فاز G-

فاز G-نیوبیم و سیلیکون نیاز دارد. سیلیکون کمتر و نیوبیم کمتر باعث کاهش بارش در فاز G می شود.

Silicon (wt%) Niobium (wt%) Time to 0.7% G-Phase at 600°C (h) Charpy Impact after 20,000h at 600°C (J)Recommended for 20,000h Service with Post Service Handling 0.20 0.40 >25,000 120-160 بله 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 قابل قبول (نظارت) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 توصیه نمی‌شود 0.65 0.50 8,000-12,000 35-55 خیر 0.80 0.55 6,000-10 خیر برای Recticateraths7,{13}com 600 درجه با خدمات پستی هندلینگ

محدودیت‌های فاز G-و پارامترهای مواد، چقرمگی مناسبی را برای جلوگیری از ترک خوردن برای 347 گرمکن محفظه‌ای که پس از 20000 ساعت در دمای 600 درجه برداشته، جدا شده، حمل و نقل یا دور انداخته می‌شوند، فراهم می‌کند.

فعالیت پست خدمات مورد نظر حداقل تأثیر Charpy برای جابجایی ایمن (J) حداکثر مجاز G-فاز (%) حداکثر. سیلیکون (wt%) حداکثر نیوبیوم (wt%}محدودیت عمر سرویس توصیه شده (ساعت)
Removal and disposal (no impact loading) >30 1.3 0.50 0.45 25000
Removal with crane lifting >50 0.9 0.45 0.45 18000
Dismantling (cutting, welding) >70 0,6 0,40 0,40 15 000
Re-use or Refurbishment >100 0.3 0.35 0.40 12,000
Critical handling (people nearby) >120 0.2 0.30 0.40 10 000
G-تأیید تردی فاز

Three approaches are used to evaluate G-phase embrittlement for heaters retired after long-term service at 600°C. The first is Charpy impact testing on a deleted sample (if available). Acceptance: >50 ژول برای جابجایی ایمن دومین تست سختی است: فاز G-سختی را از 160-180 HV به 190-220 HV (متوسط) افزایش می‌دهد. سوم، بررسی متالوگرافی (SEM/EDS) برای تشخیص فاز G (ذرات روشن و بلوک در مرزهای دانه با ترکیب Ni-Nb-Si) است. یک آزمایش میدانی ساده خم کردن یک کوپن کوچک است. اگر هنگام خم شدن 90 درجه در شعاع 10 میلی متری شکافته شود، تردی جدی است.

نتیجه‌گیری: از Si کم + Nb کم برای جلوگیری از شکنندگی فاز G در طول پست{2}}استفاده کنید

For 347 stainless steel heater sheaths after 20,000 h at 600°C, G-phase (Ni16Nb6Si7) precipitation at volume fractions as low as 0.7-1.0% decreases room temperature Charpy impact energy from >200 ژول تا 45 تا 65 ژول (شکننده) که در حین برچیدن سرویس پست، بلند کردن جرثقیل یا حمل و نقل، خطر ترک خوردگی زیادی ایجاد می کند. 347 غلاف مشخص شده باید شامل باشد<0.35% silicon and <0.40% niobium to reduce G-phase to <0.5% after 20,000 hours for the recommended 20,000 hour service at 600°C with expected post-service handling. For service beyond 15,000-18,000 hours, it is recommended to upgrade to 310 stainless steel (which does not create G-phase) or Inconnel 600. The current system allows the buyers to define 347 chemical limits to avoid brittle failure during retirement and handling of long-service heater sheaths, by correlating G-phase volume fraction after 20,000 hours at 600°C to Charpy impact energy reduction.