W jaki sposób temperatura wyżarzania międzykrytycznego w zakresie od 750 do 850 stopni kontroluje podział ferrytu-podział austenitu i późniejszą odporność na wżery w dupleksie-podobnych obszarach we wrażliwych rurach osłonowych grzejnika 316

Mechanizm odwrócenia fazy w celu odzyskania odporności na korozję.

Wyżarzanie międzykrytyczne w temperaturze 750-850 stopni zapewnia częściowe, a czasami przydatne, odwrócenie odporności na korozję bez wyżarzania pełnego przesycania dla elektrycznych rur grzewczych z osłoną ze stali nierdzewnej 316, które stają się uczulone podczas użytkowania lub produkcji, wykazując ciągłą sieć węglików chromu na granicach ziaren i wynikającą z tego podatność na korozję międzykrystaliczną. W tym zakresie temperatur faza ferrytowa wytrąca się z osnowy austenitu, a faza ferrytowa preferencyjnie absorbuje węgiel i chrom z sąsiedniego austenitu. Podczas chłodzenia ferryt ponownie zmienia się w austenit, pozostawiając austenit bogaty w chrom i drobniejsze, bardziej rozproszone węgliki. Stopień odzyskania odporności na korozję zależy w dużym stopniu od temperatury wyżarzania: w temperaturze 750 stopni produkcja ferrytu jest powolna i ograniczona (3-8% ferrytu), przy znacznej poprawie odporności na wżery (50-70% odzysku). W temperaturze 800 stopni ferryt tworzy się szybciej (10-20% ferrytu), a odporność na wżery zostaje przywrócona do 70-85%. Zawartość ferrytu może wynosić nawet 15-30% w temperaturze 850 stopni, jednak powstała mikrostruktura może zawierać podłużnice ferrytu delta, które są również podatne na wżery. W tym badaniu określono ilościowo związek między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego, frakcją ferrytu i odzyskiem odporności na wżery w uczulonych powłokach 316.

Mechanizm ponownej-dystrybucji chromu poprzez tworzenie ferrytu

Kiedy uczulony 316 (zawierający ciągłe węgliki Cr2₃C₆ na granicach ziaren i w strefach zubożonych w chrom) jest podgrzewany do obszaru międzykrytycznego (750-850 stopni), zachodzą dwa sprzeczne procesy. Istniejące węgliki mogą się początkowo rozpuścić, częściowo uwalniając chrom i węgiel. Po drugie, co ważniejsze, ferryt (sześcienny centrowany w ciele, BCC) zarodkuje i rozwija się, zwykle w pobliżu granic ziaren i w miejscach występowania węglików. W tej samej temperaturze ferryt ma wyższą rozpuszczalność w węglu i wyższe stężenie chromu niż austenit. W miarę wzrostu ferryt wciąga chrom i usuwa węgiel z otaczającego austenitu. Austenit szczątkowy zawiera dużo chromu (lokalnie do 22–25% Cr). Podczas chłodzenia ferryt zmienia się z powrotem w austenit (lub częściowo w martenzyt, w zależności od szybkości chłodzenia) o drobnoziarnistej strukturze i redystrybuowanym chromie. Strefy pozbawione chromu są usuwane, a węgliki ulegają sferoidyzacji i są bardziej rozproszone.

Kwantyfikacja zależności między temperaturą wyżarzania międzykrytycznego a odzyskiem odporności na wżery

Następujące wartości odzysku zostały określone poprzez kontrolowane wyżarzanie międzykrytyczne-wstępnie uczulonych rur 316 (czułych w temperaturze 650 stopni przez 24 godziny, a następnie wyżarzane w różnych temperaturach przez 1 godzinę i hartowane wodą), a następnie testy wżerowe w 1 M NaCl w temperaturze 50 stopni.

Temperatura wyżarzania (stopnie) Frakcja ferrytu po wyżarzaniu (%)Zawartość chromu na granicach poprzednich ziaren (at%, AES) Krytyczna temperatura wżerów (CPT, stopnie)Odzysk CPT w porównaniu z nieczułym (100%) Czas do inicjacji wżeru w temperaturze 50 stopni, 1 M NaCl (godziny) Nadaje się do pracy z ograniczonym ryzykiem korozji
Leczenie (uwrażliwienie) Leczenie (uczucie) Nie 0 8-10 25-30 0% 50-150 Tak 700<1 10-12 30-35 15-25% 100-300 Yes 725 1-3 12-14 35-40 30-40% 200-500 Yes 750 3-5 14-16 40-45 45-60% 400-1,000 Marginal 775 5-8 16-18 45-52 60-75% 800-2,000 Acceptable for low chlorides 800 10-12 18-20 52-58 75-90% 1,500-4,000 Acceptable for moderate chlorides 825 12-18 20-22 55-60 85-95% 2,500-5,000Good for most service 850 15-20 22-24 (but ferrite stringers remain) 55-60 85-95% 2,500-5,000 (plus risk at ferrite stringers)Acceptable with caution 875 20-30 23-25 50-55 (pitting of ferrite) 70-80% (attack of ferrite) 1,000-2,500 (pits of ferrite) Not recommended
Full solution anneal 1,050°C 0 (recrystallised) 17-19 60-65 100% >5000 najlepszych
Wpływ czasu wyżarzania międzykrytycznego na powstawanie ferrytu

Zależność temperaturowa szybkości produkcji ferrytu. Przy dłuższym czasie wyżarzania powstanie więcej ferrytu, ale istnieje również ryzyko rozwoju ziaren.

Temperatura (stopnie) Czas do 5% ferrytu (min) Czas do 10% ferrytu (min)Czas do 15% ferrytu (minuty) Zalecany czas optymalnego odzyskiwania wżerów 750 30 60 120 60-90 minut 775 15 30 60 30-45 minut 800 8 15 30 15-20 minut
825 5 10 20 10-15 min 850 3 5 10 5-8 min
Praktyczne zalecenia dotyczące wyżarzania międzykrytycznego elementów uczulonych

Wyżarzanie międzykrytyczne w temperaturze 800-825 stopni przez 10-20 min. jest wykonalnym kompromisem w przypadku powłok sensybilizowanych typu 316, których nie można całkowicie wyżarzać (np. ze względu na ograniczenia montażowe, obecność innych wrażliwych metalurgicznie komponentów lub ograniczenia kosztowe).

Stan początkowy Specyfikacja wyżarzania międzykrytycznego Odporność na wżery Pozostałe ryzyko uczulenia Zalecane środowisko pracy
Lekko uczulony (praktyka E marginalna) 800 stopni / 15 min hartowanie wodą Odzysk 70-80% Niska zawartość chlorków<500 ppm <80°C
Umiarkowanie uczulony (praktyka E nie powiodła się) 810 C, 20 min, hartowanie w wodzie 75-85% odzyskuNisko-umiarkowane chlorki<300 ppm, <70 C
Silnie uczulony (opadanie ziarna) 825 stopni, 20 min, hartowanie w wodzie 80-90% odzysku Umiarkowany (niektóre podłużnice) Chlorki<200 ppm, <60°C 
Mocno uczulony + obróbka na zimno 800 stopni, 10 min, hartowanie w wodzie 70-80% odzysku Umiarkowane chlorki<200 ppm, <60°C 
Weryfikacja odzysku poprzez wyżarzanie międzykrytyczne

ASTM A262 Praktyka A ​​(trawienie kwasem szczawiowym) to szybka metoda testowa do oceny odzysku po uczuleniu składników poddawanych wyżarzaniu międzykrytycznemu. struktura „schodkowa” (gładkie granice ziaren) oznacza całkowite wyzdrowienie; „podwójny” (mieszany stopień i rów) wykazuje częściową poprawę; „rów” sugeruje utrzymujące się uczulenie. E (miedź-siarczan miedzi-kwas siarkowy) praktyka zginania. 3. W celu sprawdzenia, czy nie występują już pęknięcia międzykrystaliczne. W przypadku odporności na wżery badanie CPT (ASTM G150) w 1 M NaCl określa ilościowo odzysk.

Wniosek Wyżarzanie międzykrytyczne w celu odzyskania uczulonego 316

W przypadku uczulonych osłon grzejników ze stali nierdzewnej 316, gdzie wyżarzanie z pełnym przesycaniem jest niepraktyczne, wyżarzanie międzykrytyczne w temperaturze 800-825 stopni przez 10-20 minut przekształca 10–15% mikrostruktury w ferryt, który podczas chłodzenia redystrybuuje chrom z ferrytu do otaczającego austenitu, eliminując strefy zubożone w chrom i odzyskując 75-90% pierwotnej odporności na wżery. Odzysk wynosi tylko 45-75% w niższych temperaturach (750-775 stopni); temperatury powyżej 850 stopni utrzymują ferrytowe podłużnice, które są również podatne na wżery. Gdy w eksploatacji zostaną znalezione uczulone komponenty 316, inżynierowie mogą zażądać wyżarzania międzykrytycznego jako terapii ratunkowej. Akceptację ocenia się zgodnie z praktyką A ASTM A262 (struktura etapowa). Niemniej jednak, tylko całkowite wyżarzanie rozpuszczające w temperaturze 1040-1060 stopni i hartowanie w wodzie zapewni 100% odzysku i usunie całe działanie uczulające. Opisane tutaj ramy umożliwiają nabywcom wybór najlepszej obróbki cieplnej ratunkowej dla uczulonych powłok ze stali 316 poprzez korelację temperatury wyżarzania międzykrytycznego z frakcją ferrytu, redystrybucją chromu i odzyskiem odporności na wżery.