Przy jakiej konkretnej kombinacji wcześniejszej pracy na zimno (15% vs 25%) i szczytowej temperatury uczulania (650 stopni vs 700 stopni) czy płaszcz grzejnika 316L wytwarza węgliki Cr₂₃C₆ o ciągłej granicy ziaren po 1000 godzinach, co prowadzi do awarii E w praktyce ASTM A262

Czas-Temperatura-Interakcja pracy na zimno w celu zainicjowania uczulenia w nisko-węglu 316L

Czas tworzenia się węglików chromu (Cr2 3C 6) o ciągłej granicy ziaren, które powodują korozję międzykrystaliczną (IGC) w teście ASTM A262 Practice E (siarczan miedzi-miedzi-kwas siarkowy) zależy od procentu wcześniejszej obróbki na zimno i temperatury szczytowej w przypadku elektrycznych rur grzejnych w osłonie ze stali nierdzewnej 316L wystawionych na działanie podwyższonych temperatur (600–750 stopni) podczas serwisu lub produkcji (spawanie grube kołnierze, operacje lutowania lub wahania temperatury procesu). 316L zawiera minimalną ilość węgla (<0.03%) but cold work increases the rate of carbide precipitation by providing high diffusivity routes (dislocations, deformation bands) for chromium and carbon. For fully annealed 316L (0% cold work), it takes >2000 godzin na wytworzenie ciągłych węglików w maksymalnej temperaturze 700 stopni. Węgliki ciągłe powstają po 600–1000 godzinach (granica dla 1000-godzin pracy) przy 15% pracy na zimno. Przy 25% obróbce na zimno węgliki pojawiają się w sposób ciągły po 200–1000 godzinach, co prowadzi do awarii zgodnie z normą ASTM A262 Practice E na długo przed 1000 godzinami. Kluczowa praca na zimno, aby uzyskać 1000-godzinne uczulenie w temperaturze 650 stopni, wynosi około 20-25%. W artykule określono ilościowo dokładne kombinacje zimnej pracy i temperatury, które przyczyniają się do niepowodzeń zgodnie z normą ASTM A262 Practice E w ciągu 1000 godzin.

Mechanizm uczulenia przyspieszany przez obróbkę na zimno

Dyslokacje powstają w wyniku pracy na zimno (10¹¹-10¹² cm⁻² dla 25% pracy na zimno w porównaniu do 10⁸ cm⁻² w materiale wyżarzonym). Dyslokacje działają jako szybkie ścieżki dyfuzji dla węgla i chromu, prowadząc do 10-100-krotnego wzrostu dyfuzyjności w temperaturze 600-750 stopni. Atomy węgla migrują szybciej do granic ziaren, podobnie jak atomy chromu, które wytwarzają węgliki Cr 23 C 6. Kryterium zniszczenia w praktyce E ASTM A262 jest rozwój ciągłego lub prawie ciągłego łańcucha węglików na granicach ziaren, co skutkuje nakładaniem się stref zubożonych w chrom (Cr 12%).

Ilościowa praca na zimno – Temperatura – Czas do uczulenia

Czas do pierwszych wykrywalnych pęknięć (węgliki ciągłe) został określony dla kontrolowanego starzenia rur 316L (0,022% C, 0,07% N, 2,2% Mo) przy wcześniejszych poziomach pracy na zimno 0, 15 i 25% w temperaturach 650 i 700 stopni, a następnie badaniu ASTM A262 Practice E (gotowanie w ciągu 24 godzin, zginanie w 180 stopniach).

Wcześniejsza praca na zimno (%) Temperatura szczytowa (C) Węgliki ciągłe o granicy ziaren (godz.) ASTM A262 Praktyka E Awaria (pęknięcia na zgięciu) (godz.) Wytrzymuje 1000 godzin pracy?
0 (annealed) 650 >10,000 >10 000 Tak 0 700 2,500-3,500 2,500-3,500 Tak
15 650 2,000-3,000 2,500-4,000 Tak (marginalnie)
15 700 600-1,000 800-1,200 Granica (umiarkowane ryzyko) 25 650 800-1,200 1,000-1,500 Granica (monitor) 25 700 200-400 250-500 Nie (niepowodzenie przed 1000 godz.)
Kombinacje krytyczne powodujące awarię trwającą 1000 godzin

Dokładne kombinacje powodujące awarię ASTM A262 Practice E w ciągu 1000 godzin starzenia pokazano w poniższej tabeli.

przed pracą na zimno (%) Szczytowa temperatura (stopnie) kończy się niepowodzeniem ASTM A262 Praktyka E w ciągu 1000 godzin? Czas do awarii (mediana, godz.) Sugerowane działanie
15 650 No >3000 Dopuszczalne 15 675 Nie (graniczne) 1500-2500 Dopuszczalne z monitorowaniem 15 700 Tak (graniczne) 800-1200Niezalecane przez 1000h 20 650 Nie 1500-2500 Marginalne
20 675 Tak (na granicy) 900–1500 Niezalecane
20 700 Tak 400-700 Nie
25 625 Nie 1500–2500 Dopuszczalne
25 650 Tak (na granicy) 1000-1500 Niezalecane 25 675 Tak 500-800 Nie 25 700 Tak 250-500 Nie
30 600 Nie 1500-2500 Marginalny 30 625 Tak 800-1200 Nie
650 Tak 400–700 Nie 30
Praktyczne zalecenia dotyczące spoin 316L lub pod wpływem ciepła

W przypadku grzejników w obudowie 316L z skumulowanym narażeniem na 1000 godzin w temperaturze 650-700 stopni (np. podczas pracy lub podczas napraw wielokrotnych spoin) obowiązują poniższe ograniczenia dotyczące pracy na zimno, aby zapobiec awariom ASTM A262 Practice E.

Maksymalny całkowity czas przy 650-700 stopniach (godz.)% Maks. wcześniejsza praca na zimno w celu uczulenia-Zalecana bezpłatna weryfikacja po ekspozycji<500 3020 ASTM A262 500 to 1,000 Practice A (etching with oxalic acid)
500-1,000 25-30 (not advised)Practice E 1,000-2,000 15 Practice E recommended 2,000-5,000 10 Practice E at 2,000 h >5,000 0 (wyżarzany) Ćwicz E po 5000 godz
Usługa pocztowa weryfikująca uczulenie

Poprzednia usługa w temperaturze 650-700 stopni z wcześniejszą pracą na zimno: Praktyka A ​​ASTM A262 (trawienie kwasem szczawiowym) to szybka kontrola. Nie obserwuje się uczulenia w strukturze „schodkowej” (gładkie granice ziaren). Struktura „rowu” (wytrawione wgłębienia na granicach ziaren) oznacza ciągłe węgliki i przewiduje awarię Praktyki E. Praktyka E (siarczan miedzi-miedzi i kwas siarkowy, 24 godziny, próba zginania) jest rozstrzygająca w zastosowaniach krytycznych.

Wniosek: Strefa uczulenia trwająca 1000 godzin

W przypadku osłon grzejników ze stali nierdzewnej 316L pracujących w temperaturze 700 stopni przez 1000 godzin, 15% praca na zimno powoduje uczulenie graniczne (800-1200 godzin do awarii), podczas gdy 25% praca na zimno powoduje awarię w ciągu 250-500 godzin. 650 stopni, 25% praca na zimno, uczulenie graniczne po 1000-1500 godzin. Wcześniejsza praca na zimno w celu serwisowania lub produkcji osłon ze stali 316L wymagająca 1000 godzin w temperaturze 650-700 stopni powinna być ograniczona do 15-20%, aby uniknąć niepowodzenia praktyki E ASTM A262. Jeśli praca na zimno wynosi > 20-25%, po formowaniu konieczne jest wyżarzanie przesycające (1040 stopni, hartowane wodą) w celu rekrystalizacji struktury ziaren i wyeliminowania możliwości uczulenia. Przedstawione tutaj ramy korelują procent wcześniejszej obróbki na zimno i szczytową temperaturę uczulenia z czasem w przypadku węglików ciągłych i awarii zgodnie z normą ASTM A262 Practice E, umożliwiając kupującym określenie limitów pracy na zimno i obróbek cieplnych po formowaniu, które zapewniają odporność na korozję międzykrystaliczną przez 1000 godzin pracy w podwyższonych temperaturach.