W jaki sposób wcześniejszy procent pracy na zimno z rysunku rury osłony grzejnika 316 kontroluje szybkość relaksacji naprężeń i jednoczesne uczulenie podczas pracy w temperaturze 550 stopni

Konkurencyjna kinetyka odzysku i wytrącania węglików

W przypadku elektrycznych rur grzewczych ze stali nierdzewnej 316 w wysokich temperaturach (550 stopni, typowo dla zastosowań związanych z ogrzewaniem powietrzem lub gazem w wysokiej temperaturze) poprzedni procent pracy na zimno z ciągnienia rur kontroluje dwa sprzeczne procesy metalurgiczne: relaksację naprężeń (odzysk dyslokacji, który zmniejsza naprężenia szczątkowe i zwiększa odporność na pełzanie) i uczulenie (węglik chromu wytrąca się na granicach ziaren, co zmniejsza odporność na korozję). Mocne ciągnienie rury na zimno (redukcja o 25-35%) w temperaturze 550 stopni powoduje szybkie odprężenie (redukcja naprężeń o 50-80% w ciągu 100-500 godzin), ale jednocześnie tworzy ciągłe węgliki na granicy ziaren (uczulanie) ze względu na wysoką gęstość dyslokacji przyspieszającą dyfuzję chromu. Rury lekko obrobione na zimno (redukcja o 5 do 15 procent) odprężają się wolniej (redukcja naprężeń o 50 procent zajmuje od 1000 do 5000 godzin), ale nie są uczulone, ponieważ zmniejszona gęstość dyslokacji powoduje powstawanie mniejszej liczby miejsc zarodkowania węglików. W artykule określono ilościowo korelację pomiędzy wcześniejszą pracą na zimno, kinetyką relaksacji naprężeń i początkiem uczulenia w temperaturze 550 $^{\\circ}$C.

Mechanizm uwrażliwiania i ożywienia konkurencyjnego

Stal nierdzewna 316 powoduje powstawanie dyslokacji i, w zależności od intensywności, martenzytu-indukowanego podczas ciągnienia na zimno. Przy 550 stopniach mechanizmy odzyskiwania (anihilacja dyslokacji i przegrupowanie) zmniejszają naprężenia szczątkowe i twardość. Szybkość odzysku jest równa Arrheniusa i jest większa w przypadku materiału poddanego większej obróbce na zimno, ponieważ zmagazynowana energia zapewnia siłę pchającą. w tym samym czasie węglik chromu (Cr 23 C 6 ) wytrąca się wzdłuż granic ziaren i przy dyslokacjach. Szybkość zarodkowania węglików jest proporcjonalna do gęstości dyslokacji, ponieważ dyslokacje zapewniają szybkie ścieżki dyfuzji chromu i węgla. W silnie-materiale obrobionym na zimno (duża gęstość dyslokacji) węgliki szybko zarodkują się, tworząc ciągłą sieć granic ziaren w ciągu 100–500 godzin w temperaturze 550 stopni. Zarodkowanie węglików jest powolne w materiałach poddanych łagodnej obróbce zimnej i nawet po 5000 godzinach węglików jest nieliczne i nieciągłe.

Ilościowy związek pracy w niskiej temperaturze, relaksacji stresu i uczulenia w temperaturze 550 stopni

Poniższe zależności ustalono na podstawie kontrolowanego starzenia izotermicznego rur 316 przy różnych procentach obróbki plastycznej na zimno w temperaturze 550 stopni, pomiaru naprężenia szczątkowego (za pomocą dyfrakcji promieni X-) i uczulenia (zgodnie z praktyką A ASTM A262).

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 >1000 godzin 0 (wyżarzane)<30 N/A (no stress) >10 000 (bez uczulenia) Struktura stopniowa Tak 5-10 100-150 2,000-5,000 5,000-10 000 Krok (akceptowalny) Tak 10-15 150-200 1,000-2,000 2,000-5,000 Krok do odrzucenia przejścia Dobry do 2000 godzin
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1000 godzin
20-25 250-300 200-500 500-1,000 Rów (uczulony) po 500 godzinach Nie 25-30 300-350 100-200 200-500 Poważny rów Niedopuszczalny
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
Wpływ temperatury pracy na konkurencyjne stawki

Czas do uczulenia skraca się wraz ze wzrostem temperatury, relaksacja napięć przyspiesza. Optymalny zakres-pracy na zimno dla danej temperatury roboczej stanowi kompromis tej dynamiki.

Temperatura pracy (stopnie) Zalecany zakres pracy na zimno przez 10 000- godzin Usługa (%) Osiągnięta relaksacja naprężeń (%) Ryzyko uczulenia Preferowany materiał 450 15-25 50-70% po 10 000 godz. Niskie (wolne węgliki) 316 (dowolne) 500 10-20 60-80% po 10 000 godz. Umiarkowane 316L preferowane 525 5-15 70-85% po 10 000 godz. Wymagane średnio-wysokie 316L 550 0-10 80-90% po 10 000h Wysokie (prawdopodobne uczulenie) 316L ze stabilizacją 575 0-5 (wyżarzane) Nie dotyczy (bez naprężenia) Wysokie (wszystkie uczulające) Ulepsz do 347 lub 310
600 0 (właśnie wyżarzony) N/A Poważny 316 niedopuszczalny
Praktyczne zalecenia dotyczące produkcji grzejników

Poniżej znajdują się zalecane kryteria obróbki na zimno i obróbki-po formowaniu dla grzejników płaszczowych 316 do pracy w temperaturze 550 stopni.

Maksymalna praca na zimno w gotowej osłonie (%) Pożądana trwałość użytkowa w temperaturze 550 stopni (w godzinach) Zalecana obróbka po{{1}formowaniu Wymagane badanie uczulenia Alternatywny stop<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 (całkowicie rekrystalizowany) Wyżarzanie z pełnym roztworem + stabilizacja (850 stopni, 4 godz.) ASTM A262 Praktyka C (<0.3 mm/year) 347 or 310
Wykrywanie w terenie sensytyzacji serwisowej w podwyższonych temperaturach

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >1000 godzin awarii w środowisku korozyjnym (np. podczas cyklu czyszczenia lub po wyłączeniu) należy wziąć pod uwagę uczulenie podczas pracy. Badania metalograficzne (trawienie ASTM A262 Practice A) ujawnią strukturę „rowu” na granicach ziaren. Twardość zmniejszy się w stosunku do-narysowanej wartości (np.. 300 HV do 200 HV) w wyniku odzysku. To wykaże, że materiał miał temperaturę. Pękanie lub korozja międzykrystaliczna będzie przyczyną awarii. W przypadku takich awarii rozwiązaniem na przyszłe zakupy jest zastosowanie rur całkowicie wyżarzonych (rekrystalizowanych) o niskim naprężeniu szczątkowym lub przejście na stal nierdzewną stabilizowaną, taką jak stal nierdzewna 347 (stabilizowana kolumbem) lub 310, która nie uczula w temperaturze 550 stopni.

Wniosek: kompromis 550 stopni-między łagodzeniem stresu a uwrażliwianiem

W przypadku grzejników w obudowie ze stali nierdzewnej 316 pracujących w temperaturze 550 stopni ilość wcześniejszej obróbki na zimno kontroluje kinetykę dwóch sprzecznych procesów, relaksacji naprężeń (dobrze) i uczulenia (zła). Obróbka na zimno powyżej 15-20% powoduje szybkie uczulenie (wytrącanie się węglików w ciągu 500-1500 godzin), co prowadzi do podatności na korozję międzykrystaliczną. Zimna praca<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 (>5000 godzin). Tam, gdzie nie można uniknąć obróbki na zimno, konieczne jest wyżarzanie po formowaniu w celu rekrystalizacji konstrukcji i zmniejszenia naprężeń szczątkowych oraz możliwości uczulenia.