Jak předchozí procento působení za studena z nákresu trubky 316 ohřívacího pláště řídí míru uvolnění napětí a souběžné senzibilizace během provozu při 550 stupních

Konkurenční kinetika získávání a srážení karbidů

U elektrických topných trubek 316 s pláštěm z nerezové oceli při vysokých teplotách (550 stupňů, typických pro aplikace vysokoteplotního ohřevu vzduchem nebo plynem) předchozí procento tváření za studena z tažení trubek řídí dva protichůdné metalurgické procesy: relaxaci napětí (obnovení dislokace, která snižuje zbytkové napětí a zvyšuje odolnost proti tečení) a senzibilizaci (karbid chrómu se vysráží na hranicích zrn, což snižuje odolnost proti korozi). Silné tažení trubky za studena (25-35% snížení) při 550 stupních se rychle uvolňuje (50-80% snížení napětí za 100-500 hodin), ale současně vytváří spojité karbidy na hranicích zrn (zcitlivění) díky vysoké hustotě dislokací urychlující difúzi chrómu. Lehce za studena opracované hadičky (5 až 15 % redukce) se uvolňují pomaleji (50 % redukce napětí trvá 1 000 až 5 000 h), ale nejsou senzibilizovány, protože snížená hustota dislokací vytváří méně nukleačních míst pro karbidy. Tento článek kvantifikuje korelaci mezi předchozí prací za studena, kinetikou relaxace stresu a počátkem senzibilizace při 550 $^{\\circ}$C.

Mechanismus senzibilizace a konkurenčního zotavení

Nerezová ocel 316 vytváří při tažení za studena dislokace a v závislosti na intenzitě namáhání-indukovaný martenzit. Při 550 stupních mechanismy obnovy (anihilace dislokace a přeskupení) snižují zbytkové napětí a tvrdost. Rychlost obnovy je Arrhenius a rychlejší u materiálu opracovaného za studena, protože uložená energie nabízí tlačnou sílu. současně se karbid chrómu (Cr 23 C 6 ) sráží podél hranic zrn a na dislokacích. Rychlost nukleace karbidů je úměrná hustotě dislokací, protože dislokace poskytují rychlé difúzní cesty pro chrom a uhlík. V materiálu opracovaném silně za studena- (vysoká dislokační hustota) karbidy rychle nukleují a vytvoří souvislou síť hranic zrn během 100–500 hodin při 550 stupních . Nukleace karbidů je pomalá v materiálu mírně zpracovaném za studena a dokonce i po 5 000 hodinách je karbidů málo a jsou nespojité.

Kvantifikovaný vztah práce za studena, relaxace stresu a senzibilizace při 550 stupních

Následující vztahy jsou stanoveny z řízeného izotermického stárnutí trubek 316 s různými procenty práce za studena při 550 stupních, měřením zbytkového napětí (pomocí rentgenové difrakce) a senzibilizace (podle ASTM A262 praxe A).

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 >1 000 hodin 0 (žíhané)<30 N/A (no stress) >10 000 (bez senzibilizace) Struktura kroků Ano 5-10 100-150 2, 000-5,000 5, 000-10 000 Krok (přijatelné) Ano 10-15 150-200 1, 000-2,000 2, 000-5 000 Krok k vyřazení přechodu Dobré po dobu až 2 000 hodin
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1000 hodin hodin
20-25 250-300 200-500 500-1 000 Příkop (zcitlivělý) po 500 hodinách Ne 25-30 300-350 100-200 200-500 Silný příkop Nepřijatelné
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
Vliv provozní teploty na konkurenční rychlosti

Doba do senzibilizace se s rostoucí teplotou snižuje, relaxace napětí se zrychluje. Optimální rozsah práce za studena-pro danou provozní teplotu je kompromisem této dynamiky.

Provozní teplota ( stupeň ) Doporučený rozsah práce za studena po dobu 10 000-hodin Servis (%) Dosažená relaxace (%) Riziko senzibilizace Preferovaný materiál 450 15-25 50-70 % po 10 000 h Nízká (pomalé karbidy) 316 (jakékoli) 500 10-20 60-80 % po 10 0000 h {100L {100L} Mírné % preferované 10 000 h Střední-Vysoký 316L požadovaných 550 0-10 80-90% po 10 000h Vysoký (pravděpodobná senzibilizace) 316L se stabilizací 575 0-5 (žíhaný)Není k dispozici (bez napětí) Vysoký (všechny senzibilizace) Upgrade na 347 nebo 310
600 0 (právě žíhané) N/A Silné 316 nepřijatelné
Praktická doporučení týkající se výroby ohřívačů

Níže jsou uvedena doporučená kritéria pro práci za studena a zpracování po-tvarování pro 316 plášťové ohřívače pro 550° provoz.

Maximální práce za studena v hotovém plášti (%) Požadovaná životnost při 550 stupních (hodiny)Doporučený post-Požadováno testování senzibilizace tvářením Alternativní slitina<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 >10,000 0 (zcela rekrystalizováno) Plné rozpouštěcí žíhání + stabilizace (850 stupňů, 4h) ASTM A262 Praxe C (<0.3 mm/year) 347 or 310
Polní detekce provozní senzibilizace při zvýšených teplotách

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >1 000 hodin selhání v korozivním prostředí (např. během čisticího cyklu nebo po vypnutí) je třeba zvážit senzibilizaci během provozu. Metalografické testování (ASTM A262 Practice A lept) odhalí "příkopovou" strukturu na hranicích zrn. Tvrdost se z důvodu zotavení sníží z-nakreslené hodnoty (např.. 300 HV na 200 HV). To prokáže, že materiál byl při teplotě. Způsobem poruchy bude praskání nebo mezikrystalová koroze. Pro takové poruchy je nápravou pro budoucí nákupy specifikovat plně žíhané (rekrystalizované) trubky s nízkým zbytkovým napětím nebo upgrade na stabilizovanou jakost, jako je nerezová ocel 347 (stabilizovaná kolumbií) nebo 310, která necitlivá při 550 stupních.

Závěr: 550° kompromis-mezi uvolněním stresu a senzibilizací

U ohřívačů zapouzdřených z nerezové oceli 316 běžících na 550 stupňů množství předchozí práce za studena řídí kinetiku dvou protichůdných procesů, relaxace stresu (dobrá) a senzibilizace (špatná). Práce za studena nad 15-20% má za následek rychlou senzibilizaci (vysrážení karbidů během 500-1500 hodin), což vede k náchylnosti k mezikrystalové korozi. Studená práce<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 (>5 000 hodin). Tam, kde se nelze vyhnout práci za studena, je nutné po tváření rozpouštěcí žíhání k rekrystalizaci struktury a ke zmírnění zbytkového napětí a také možnosti senzibilizace.