За якої конкретної комбінації попередньої холодної обробки (15% проти 25%) і максимальної температури сенсибілізації (650 градусів проти 700 градусів) оболонка нагрівача 316L утворює безперервні межі зерна карбіди Cr₂₃C₆ через 1000 годин, що призводить до ASTM A262 Practice E Failure

Час-Температура-Взаємодія холодної роботи для ініціації сенсибілізації в низько{2}}вуглецевому 316L

Час для утворення безперервних карбідів хрому по межі зерен (Cr2 3C 6), які викликають міжкристалітну корозію (IGC) у випробуванні ASTM A262 Practice E (мідь-сульфат міді-сірчана кислота), залежить від відсотка попередньої холодної обробки та пікової температури для електричних нагрівальних трубок із оболонкою з нержавіючої сталі 316L, які піддаються дії підвищених температур (600-750 градусів) під час обслуговування або виробництва (зварювання товстих фланців, операції паяння або коливання температури процесу). 316L містить мінімальний вміст вуглецю (<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 годин для створення безперервних карбідів при піковій температурі 700 градусів. Безперервні карбіди утворюються через 600–1000 годин (межа для 1000-годин служби) з 15% холодної обробки. При холодній роботі 25% безперервні карбіди виникають через 200-1000 годин, що призводить до відмови ASTM A262 Practice E задовго до 1000 годин. Вирішальна холодна робота для отримання 1000 годин сенсибілізації при 650 градусах становить близько 20-25%. У цьому документі кількісно визначено точні комбінації холодної робочої температури та температури, які сприяють виходу з ладу ASTM A262 Practice E протягом 1000 годин.

Механізм сенсибілізації, що прискорюється холодною обробкою

Дислокації утворюються під час холодної обробки (10¹¹-10¹² см⁻² для 25% холодної обробки порівняно з 10⁸ см⁻² у відпаленому матеріалі). Дислокації діють як швидкі шляхи дифузії для вуглецю та хрому, що призводить до 10-100-кратного збільшення дифузії при 600-750 градусах. Атоми вуглецю швидше мігрують до меж зерен, як і атоми хрому, які утворюють карбіди Cr 23 C 6 . Критерієм руйнування в ASTM A262 Practice E є утворення безперервного або майже безперервного ланцюга карбідів на границях зерен, що призводить до перекривання зон, збіднених хромом (Cr 12%).

Кількісно визначена холодна робота – температура – ​​час до сенсибілізації

Час до першого виявленого розтріскування (безперервні карбіди) було визначено для контрольованого старіння труб 316L (0,022%C, 0,07%N, 2,2%Mo) з попередніми рівнями холодної обробки 0, 15 і 25% при 650 і 700 градусах з подальшим випробуванням ASTM A262 Practice E (24 години кип'ятіння, вигин 180 градусів).

Попередня холодна робота (%) Пікова температура (C) Безперервна межа зерен Карбіди (год.) ASTM A262 Практика E Відмова (тріщини на згині) (год.) Чи підходить для 1000-годинної роботи?
0 (annealed) 650 >10,000 >10 000 Так 0 700 2,500-3,500 2,500-3500 Так
15 650 2,000-3,000 2,500-4,000 Так (гранична)
15 700 600-1,000 800-1,200 Граничний (помірний ризик) 25 650 800-1,200 1,000-1500 Граничний (монітор) 25 700 200-400 250-500 Ні (виходить з ладу до 1000 годин)
Критичні комбінації для 1000-годинної відмови

Точні комбінації, що призводять до відмови ASTM A262 Practice E через 1000 годин старіння, наведені в таблиці нижче.

попередня холодна робота (%) Пікова температура (градуси) Не відповідає вимогам ASTM A262 Практика E протягом 1000 годин? Час до відмови (середнє значення, години) Рекомендована дія
15 650 No >3000 Прийнятно 15 675 Ні (межа) 1500-2500 Прийнятно з моніторингом 15 700 Так (гранично) 800-1200Не рекомендовано протягом 1000 год 20 650 Ні 1500-2500 Гранична
20 675 Так (на межі) 900-1500 Не рекомендовано
20 700 Так 400-700 Ні
25 625 Ні 1500–2500 прийнятно
25 650 Так (на межі) 1000-1500 Не рекомендується 25 675 Так 500-800 Ні 25 700 Так 250-500 Ні
30 600 Ні 1500-2500 Гранична 30 625 Так 800-1200 Ні
650 Так 400–700 Ні 30
Практичні рекомендації для 316L зварювання або термічного впливу

Для обігрівачів із корпусом 316L із сумарною експозицією 1000 годин при 650-700 градусах (наприклад, під час експлуатації або під час багаторазового ремонту зварних швів) застосовуються наступні попередні обмеження холодної роботи, щоб запобігти несправності ASTM A262 Practice E.

Максимальний загальний час при 650-700 градусах (год)% Максимальна попередня холодна робота для сенсибілізації-Безкоштовне обслуговування Рекомендована перевірка після впливу<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 (відпалений) Практика E при 5000 год
Поштова служба перевірки сенсибілізації

Попередня робота при температурі 650-700 градусів з попередньою холодною роботою: ASTM A262 Практика А (травлення щавлевою кислотою) — це швидка перевірка. У «ступінчатій» структурі (гладкі межі зерен) сенсибілізація не спостерігається. Структура «канави» (витравлені ямки на межах зерен) передбачає безперервні карбіди та передбачає брак практики E. Практика E (мідь-сульфат міді-сірчана кислота, 24 години, випробування на згин) є остаточною для критичних застосувань.

Висновок: 1000-годинна зона сенсибілізації

Для оболонок нагрівача з нержавіючої сталі 316L при 700 градусах експлуатації протягом 1000 годин 15% холодної роботи призводить до граничної сенсибілізації (800-1200 годин до відмови), тоді як 25% холодної роботи призводить до відмови через 250-500 годин. 650 градусів, 25% холодної роботи, гранична сенсибілізація при 1000-1500 години. Попередня холодна робота для обслуговування або виготовлення оболонок 316L, що вимагає 1000 годин при 650-700 градусах, повинна бути обмежена до 15-20%, щоб уникнути відмови ASTM A262 Practice E. Якщо холодна робота становить > 20-25%, після формування необхідний відпал у розчині (1040 градусів, загартування водою) для рекристалізації зернистої структури та усунення можливість сенсибілізації. Структура, представлена ​​тут, співвідносить попередній відсоток холодної обробки та пікову температуру сенсибілізації з часом до безперервних карбідів і відмови ASTM A262 Practice E, дозволяючи покупцям вказувати межі холодної обробки та термічні обробки після формування, які забезпечують стійкість до міжкристалічної корозії протягом 1000 годин роботи при підвищених температурах.