W jaki sposób wcześniejszy procent pracy na zimno z rysunku rury osłony grzejnika 316L kontroluje szybkość rekrystalizacji i wzrost ziarna podczas pracy w temperaturze 600 stopni

Parametr ewolucji mikrostruktury dla wysokiej temperatury. Utrzymanie siły

Procent wcześniejszej pracy na zimno z ciągnienia rury decyduje o szybkości rekrystalizacji i późniejszego rozwoju ziaren występujących podczas{{0}wystawienia na działanie wysokiej temperatury w przypadku elektrycznych rur grzewczych owiniętych stalą nierdzewną 316L pracujących w temperaturze 600 stopni, co stanowi górną granicę wytrzymałości przy ciągłym użytkowaniu tego stopu. W-ciągnionej rurze zgromadzona została energia pochodząca z odkształcenia plastycznego (gęstość dyslokacji odpowiadająca % pracy na zimno). Ta zmagazynowana energia powoduje rekrystalizację w temperaturze 600 stopni: produkcję nowych, pozbawionych odkształceń ziaren zastępujących zdeformowaną mikrostrukturę. Okres rozpoczęcia rekrystalizacji gwałtownie spada wraz ze wzrostem pracy na zimno: przy 10% pracy na zimno wynosi 1000-2000 godzin; przy 20% pracy na zimno, 200-500 godzin; przy 30% pracy na zimno, 50-150 godzin. Rekrystalizacja prowadzi do powstania ziaren. Pogrubia to mikrostrukturę i zmniejsza wytrzymałość na pełzanie.. 10 000 godzin pracy przy 600 stopniach Optymalny zakres pracy na zimno wynosi 10-15% (bilans: opóźnia rekrystalizację na tyle, aby przetrwać 10 000 godzin, ale nie tak szybko, aby utworzyły się gruboziarniste ziarna). W artykule oceniono związek pomiędzy poprzedzającą obróbką na zimno, kinetyką rekrystalizacji, rozwojem ziaren i trwałością pełzania w temperaturze 600 stopni.

Mechanizm rekrystalizacji i wzrostu ziarna w 316L obrabianym na zimno

Rekrystalizacja jest procesem stymulowanym termicznie. Nowe ziarna zarodkują w miejscach o dużej gęstości dyslokacji (granice ziaren, pasma deformacji, wtrącenia) i rozwijają się w zniekształconą matrycę. Siła napędowa jest proporcjonalna do zmagazynowanej energii pracy na zimno, która jest proporcjonalna do kwadratu naprężenia płynięcia (w przybliżeniu liniowy przy zawartości pracy na zimno do 30-40%). Praca na zimno prowadzi do wykładniczego wzrostu szybkości zarodkowania. Po zakończeniu rekrystalizacji następuje ekspansja ziaren w wyniku migracji granicznej spowodowanej zmniejszeniem obszaru granicznego ziaren. Duże ziarna rosną kosztem małych ziaren (dojrzewanie Ostwalda). Drobnoziarnisty, stały rozmiar ziaren (ASTM 6-8) zapewnia najlepszą odporność na pełzanie w temperaturze 600 stopni C. Wykazano, że bardzo drobnoziarniste (ASTM 10+) i gruboziarniste (ASTM 3-5) ziarna skracają czas pełzania, odpowiednio poprzez przesuwanie się granic ziaren.

Zależność między pracą na zimno, czasem rekrystalizacji i wielkością ziarna w temperaturze 600 stopni.

Kontrolowane starzenie izotermiczne w temperaturze 600 stopni z okresowymi badaniami metalograficznymi zostało wykorzystane do określenia szybkości rekrystalizacji i rozwoju ziaren w-ciągnionych na zimno rurach 316L:

Previous Cold Work (%) Time to Recrystallise 50% at 600°C (hours) Recrystallised Grain Size After Completion (ASTM, µm) Time to Grain Growth to ASTM 5 (>70 µm, hours) Creep Rupture Life at 80 MPa, 600°C (hours) Recommended for 10,000 hour Service at 600°C 0 (annealed) N/A (no cold work) 8-9 (20-30 µm) initial >20 000 (stabilnie) 2500-3500 Tak (jeśli już jest w porządku)
5 5 000-10,000 8-9 (20-30 µm) 15 000-20,000 3 000-4 000 Tak
10 1,500-3,000 7-8 (25-35 µm) 8000-12,000 3,500-5000 Tak (najlepiej)
12 1,000-2,000 7-8 (25-35 µm) 6000-9,000 3,500-5000 Tak
15 500-1,000 6-7 (35-50 µm) 4000-7,000 3,000-4500 Dopuszczalne
20 200-500 5-6 (50-70 µm) 2 000-4,000 2 000-3 500 Marginalne 25 100-200 4-5 (70-90 µm) 1 000-2,000 1,500-2 500 Niezalecane 30 50-150 3-4 (90-120 µm) 500-1,500 1,000-2,000 Niezalecane 35 30-80 3 (100-130 µm) 300-800 800-1,500 Nie 40 20-50 2-3 (120-150 µm) 200-500 600-1,000 Nie
Wpływ początkowej wielkości ziaren na kinetykę rekrystalizacji

Szybkość rekrystalizacji zależy od początkowej wielkości ziaren przed ciągnieniem na zimno. Zatem im drobniejsza substancja, tym szybciej-rekrystalizuje. Miejsc zarodkowania jest więcej.

Początkowa wielkość ziarna ASTM przed ciągnieniem Względna szybkość rekrystalizacji (10% CW) przy tej samej pracy na zimno Zalecana trwałość 10 000 godzin pracy na zimno 10 (bardzo dobrze, 10 µm) 1,5× (szybciej) 8% 8 (dokładnie, 20 µm) 1,0× (linia bazowa) 10%
6 (średnia, 45 µm) 0,7× (wolniejsza) 12%
4 (gruba, 80 µm) 0,4× (znacznie wolniejsza) 15% Praktyczne zalecenia dotyczące produkcji rur grzewczych 316L

W przypadku osłon 316L do pracy w temperaturze 600 stopni i projektowanej trwałości 10 000 godzin zaproponowano następujące parametry pracy na zimno i obróbki cieplnej przed-pracą serwisową.

Pożądany okres użytkowania (w godzinach) Sugerowana praca na zimno w temperaturze 600 stopni przed serwisowaniem (%) Wielkość ziarna po-obróbce cieplnej przed serwisem Po 10 000 godzin w temperaturze 600 stopni (ASTM)Oczekiwana trwałość przy pękaniu przy pełzaniu (godziny) 5,000 15-20 Brak (jak pokazano) 5-6 (50-70 µm) 3000-4,500 10,000 10-12 Brak (jak narysowano) 6-7 (35-50 µm) 3500-5,000 10,000 0-5 Wyżarzanie pełne + drobnoziarniste 7-8 (25-35 µm) 3000-4,500 20,000 10 Wyżarzanie stabilizujące (850 stopni , 2 h) 7 (30-40 µm) 5000-7,000 20,000 + odporność na korozję 0 Wyżarzanie z pełnym rozpuszczaniem + stabilizacja 7-8 4,000-6000
Państwowa weryfikacja rekrystalizacji

Dla kupujących, którzy wymagają określonej stabilności mikrostrukturalnej, oferowane są dwie procedury weryfikacji. Pierwszym z nich jest badanie twardości. Twardość-ciągnionego stali 316L wynosi 180–320 HV, w zależności od pracy na zimno. Rekrystalizacja powoduje spadek twardości do 140-160 HV (całkowicie miękki). Jeżeli twardość po 1000 h w temperaturze 600 stopni jest większa niż 200 HV, to rekrystalizacja jeszcze nie nastąpiła. Drugim jest badanie metalograficzne po trawieniu (gliceregią lub elektrolitycznym kwasem szczawiowym). Tworzenie się struktur „naszyjnikowych” (rzędów drobnych nowych ziaren wzdłuż dawnych granic ziaren) oznacza rozpoczęcie rekrystalizacji.

Wniosek Ulepszenie pracy na zimno w celu uzyskania trwałości użytkowej 600 stopni

Na kinetykę rekrystalizacji i późniejszy rozwój ziaren w osłonach grzejnych ze stali nierdzewnej 316L w temperaturze 600 stopni wpływa procent wcześniejszej obróbki na zimno. Rekrystalizację uzyskuje się po obróbce na zimno przez 10-12% i 1500-3000 godzin, w wyniku czego powstaje drobno (ASTM 7-8) rekrystalizowana struktura ziaren, która zachowuje dobrą wytrzymałość na pełzanie przez 10,000+ godzin. Wyższa praca na zimno (20-30%) skutkuje szybką rekrystalizacją (200-500 godzin) i grubymi ziarnami (ASTM 4-5), które skracają trwałość pełzania o 40-60%. Mikrostruktura jest już zrekrystalizowana i stabilna przy stężeniu pracy na zimno poniżej 5% (wyżarzaniu), ale brak utwardzania przez zgniot zmniejsza wytrzymałość po uformowaniu. W przypadku 10 000 godzin pracy w temperaturze 600 stopni inżynierowie wybierający osłony ze stali 316L mogą spodziewać się 10–15% pracy na zimno przy ciągnieniu rur. Po ciągnieniu stosuje się stabilizującą obróbkę cieplną (850 stopni, 2 godziny) w celu optymalizacji mikrostruktury w celu uzyskania długoterminowej stabilności wielkości ziaren w przypadku pracy przekraczającej 10 000 godzin. Zaproponowane tutaj ramy umożliwiają nabywcom określenie redukcji ciągnienia, które maksymalizują trwałość pełzania poprzez kontrolowaną ewolucję mikrostruktury poprzez powiązanie % obróbki na zimno z kinetyką rekrystalizacji i rozwojem ziaren w temperaturze 600 stopni.