تحت چه ترکیب خاصی از اندازه دانه (ASTM 6 در مقابل 8.5) و درصد فریت دلتا (3٪ در مقابل 8٪) غلاف گرمکن 347 از ترک خوردگی خزشی ترانس دانه ای به ترک بین دانه ای در 700 درجه زیر 50 مگاپاسکال پس از 10000 ساعت تغییر می کند.

ضریب انتقال ریزساختاری برای انتخاب حالت شکست خزش

برای لوله‌های گرمایش الکتریکی غلاف فولاد ضد زنگ Nb-تثبیت‌شده ۳۴۷ که در ۷۰۰ درجه تحت تنش حلقه‌ای ۵۰ مگاپاسکال به مدت ۱۰۰۰۰ ساعت کار می‌کنند، مانند لوله‌های کوره‌های پتروشیمی یا گرم‌کننده‌های فرآیندی با دمای{{6} بالا، حالت غالب ترک‌خوردگی خزشی (ترکیب دانه‌ای دانه‌ای) در اندازه‌های قبلی کنترل می‌شود. (عدد ASTM G، عدد کوچکتر=دانه درشت تر) و کسر حجمی فریت دلتا. ترک خوردگی خزشی فرادانه ای (از طریق دانه ها)، عمر گسیختگی بیشتر (12000-15000 ساعت) و شکل پذیری بیشتر توسط مواد ریزدانه دلتا فریت کم (3%) (ASTM 8.5، قطر دانه ~18 میکرومتر) نشان داده می شود. مواد درشت دانه (ASTM 6، اندازه دانه ≈ 45 میکرومتر) با دلتا فریت قابل توجه (8٪) دارای ترک خوردگی خزشی بین دانه ای (در امتداد مرزهای دانه) با عمر گسیختگی کوتاه تر (6000-9000 ساعت) و کاهش شکل پذیری هستند. این تغییر در ترکیب مهمی از اندازه دانه و محتوای فریت اتفاق می افتد. این مطالعه پارامترهای ریزساختاری دقیقی را که حالت شکست خزش را پس از 10000 ساعت در 700 درجه تحت تنش حلقه 50 مگاپاسکال کنترل می‌کند، تخمین می‌زند.

مکانیسم انتخاب حالت ترک خزشی

ترک خوردگی خزشی در 347 ناشی از لغزش مرز دانه و هسته شدن حفره است. دانه های ریز (مرزهای بیشتر در واحد حجم) لغزش را به طور یکنواخت توزیع می کنند و غلظت تنش را در مرزهای فردی کاهش می دهند. دلتا فریت به شکل رشته یا شبکه مسیرهای ترک مساعدی می دهد. در دانه های کم (< 25µm, ASTM 8 or finer), the dense population of grain borders prohibits individual boundaries from generating enough strain for intergranular fracture; damage builds inside grains (transgranular). At coarse grain sizes (>35 میکرومتر، ASTM 6 یا درشت تر)، لغزش مرز دانه در برخی مناطق موضعی است و وجود رشته های فریت دلتا در امتداد مرزها، سرعت توسعه حفره بین دانه ای را افزایش می دهد.

کمی کردن همبستگی بین اندازه دانه، دلتا فریت و حالت خزش

حالت های ترک و عمر پارگی برای عملیات حرارتی کنترل شده لوله 347 (0.45٪ Nb، 0.08٪ C، 0.50٪ Si) برای ارائه اندازه های مختلف دانه ها و تنظیمات دلتا فریت با دمای بازپخت محلول. تست خزش در 700 درجه، 50 مگاپاسکال به مدت 10000 ساعت.

اندازه دانه ASTM (G) قطر دانه (μm) کسر حجمی فریت دلتا (%) مورفولوژی فریت حالت ترک خوردگی غالب خزش عمر پارگی خزشی در 700 درجه، 50 مگاپاسکال (ساعت) طول پارگی (%) بعد از 10000 ساعت برای 70 درجه در 0 ساعت توصیه می شود.
8.5 18 2-3 Globular isolatedTransgranular 13,000-16،000 20-25 بله (بهینه)
8.0 22 3-4 کروی + رشته های کوتاه Transgranular (عمدتا) 12000-15،000 18-22 بله 7.5 27 4-5 مختلط (trans + inter) 10000-13،000 15-20 قابل قبول
7.0 32 5-6 Stringers Mixed (intergranular Domining) 9,000-11,000 12-16 Marginal 6.5 38 6-7 Stringers Interconnected Intergranular 7,500-9,500 8-12 توصیه نمی شود
6.0 45 7-8 Near-continuous network Intergranular (severe) 6,000-8,000 5-10No 5.5 52 8-9 Continuous network Intergranular 5,000-7,000 4-8 No 5.0 60 >9 فریت گسترده بین دانه ای (نارس) 4000-6،000 3-6 شماره
محدودیت های انتقال ویژه خدمات 10000 ساعته

جدول زیر جابجایی های دقیق انتقال بین دانه ای به بین دانه ای حالت ترک پس از 10000 ساعت را نشان می دهد.

اندازه دانه (ASTM) فریت دلتا بحرانی برای انتقال حالت (% 10000 ساعت) حالت شکست در/بالاتر از فریت بحرانی حداکثر فریت برای اندازه دانه توصیه می شود
9 (ریز، 15 میکرومتر) 8-9٪ بین دانه ای بالای 8٪ 7٪ 8.5 (18 میکرومتر) 6-7٪ بین دانه ای بالای 6-7٪ 5٪
8 (22 میکرومتر) 5-6٪ بین دانه ای > 5٪ 4٪ 7.5 (27 میکرومتر) 4-5٪ بین دانه ای > 4٪ 3٪
7 (32 میکرومتر) 3-4٪ بین دانه ای بیش از 3٪ 2.5٪ 6.5 (38 میکرومتر) 2.5-3٪ بین دانه ای بیش از 2.5٪ 2٪
2% 6 (45 µm) 1.5% Intergranular >2%
توصیه های عملی برای سرویس 700 درجه با حالت شکست Transgranular (Ductile)

برای 347 بخاری محصور شده با ترک خوردگی خزشی ترانس دانه ای (شکل پذیری بیشتر، عمر طولانی تر) پس از 10000 ساعت در دمای 700 درجه، تنش حلقه ای 50 مگاپاسکال، الزامات ریزساختاری زیر مرتبط است.

حالت شکست خزش مورد نظر هدف ASTM Grain SizeTarget Delta Ferrite (%) عمر پارگی عملیات حرارتی مورد نیاز (ساعت‌های مورد انتظار)
Transgranular (بهترین شکل پذیری) 8.5-9<3 Solution anneal 1,040°C + high Ni (10.5%) 15,000-18,000
Transgranular (قابل قبول) 8-8.5 3-4 محلول آنیل 1050 درجه، شیمی معمولی 12000-15000
مخلوط (مناسب برای کاربردهای مختلف) 7.5-8 4-5 محلول آنیل 1060 درجه 10000-13000
بین دانه ای (اجتناب کنید)<7 >5 High temperature anneal (>1080 درجه)<9,000
ارسال{0}}تأیید حالت خزنده سرویس

حالت ترک با بازرسی متالوگرافی یک بخش طولی اچ شده از بخاری که در 700 درجه کار می کند نشان داده می شود. شکستگی های گرانولار از طریق دانه ها (مستقیم، حاد، اغلب بدون انشعاب) نفوذ می کنند. ترک‌های بین دانه‌ای (ناهموار، منشعب) در امتداد مرز دانه‌ها منتشر می‌شوند. ما می توانیم اندازه دانه قبلی و محتوای دلتا فریت را در همان نمونه اندازه گیری کنیم.

نتیجه گیری: بهینه سازی اندازه دانه و فریت برای شکستگی خزش شکل پذیر

به عنوان مثال، ترک خوردگی خزشی 347 غلاف بخاری فولاد ضد زنگ در دمای 700 درجه تحت تنش حلقه ای 50 مگاپاسکال پس از 10000 ساعت از ترانس دانه (نشکن، عمر طولانی تر) به بین دانه ای (شکننده، عمر کوتاه تر) تغییر می کند، زمانی که ترکیب خاصی از اندازه دانه آستنیت قبلی و کسر حجمی دلتا فریت به دست می آید. مواد دانه ریز (ASTM 8.5، 18 میکرومتر) می‌توانند تا 6-7% دلتا فریت قبل از شروع به خرد شدن بین دانه‌ای نیاز داشته باشند. برای مواد درشت دانه (ASTM 6، 45 میکرومتر) دلتا فریت زیر 2 درصد برای جلوگیری از ترک بین دانه ای ضروری است. برای اطمینان از ترک‌خوردگی فراگرانول، شکل‌پذیری بیشتر و عمر خزش طولانی‌تر، برای سرویس دهی 10000 ساعته در دمای 700 درجه، باید 347 غلاف با دانه‌بندی ریز (ASTM 8-9) و فریت دلتای کم (2-4٪) مشخص شود. چارچوب ارائه شده در اینجا اندازه دانه و درصد فریت دلتا را به انتقال بین حالت‌های ترک خزشی فرا دانه‌ای و بین دانه‌ای مرتبط می‌کند و به خریداران اجازه می‌دهد تا عملیات حرارتی و شیمی را برای به حداکثر رساندن عمر گسیختگی خزش و شکل‌پذیری برای خدمات طولانی‌مدت در دمای بالا مشخص کنند.