Як температура міжкритичного відпалу між 750 градусами та 850 градусами контролює розділення фериту-аустеніту та подальшу стійкість до пітінгу дуплексу-подібно до областей у сенсибілізованій трубці оболонки нагрівача 316

Механізм реверсії фаз для відновлення корозійної стійкості.

Міжкритичний відпал при 750-850 градусів забезпечує часткову, а іноді корисну, реверсію корозійної стійкості без повного відпалу розчину для 316 електричних нагрівальних трубок з оболонкою з нержавіючої сталі, які стають чутливими під час експлуатації або виробництва, демонструючи безперервні мережі карбідів хрому на границях зерен і, як наслідок, сприйнятливість до міжкристалічної корозії. У цьому температурному діапазоні фаза фериту виділяється з матриці аустеніту, а фаза фериту переважно поглинає вуглець і хром із сусіднього аустеніту. При охолодженні ферит знову перетворюється на аустеніт, залишаючи насичений хромом аустеніт і дрібніші, більш розподілені карбіди. Ступінь відновлення корозійної стійкості сильно залежить від температури відпалу: при 750 градусів виробництво фериту є повільним і обмеженим (3-8% фериту), із суттєвим покращенням стійкості до точкової корекції (50-70% відновлення). При 800 градусах ферит утворюється швидше (10-20% фериту), а стійкість до точкової корекції відновлюється до 70-85%. Вміст фериту може досягати 15-30% при 850 градусах, однак результуюча мікроструктура може містити стрингери дельта-фериту, які також чутливі до точкової корекції. Це дослідження визначає кількісну залежність між міжкритичною температурою відпалу, часткою фериту та відновленням стійкості до точкової корекції в сенсибілізованій оболонці 316.

Механізм пере-розподілу хрому через утворення фериту

Коли сенсибілізований 316 (має безперервні карбіди Cr2₃C₆ на межах зерен і в зонах, збіднених хромом) нагрівається в міжкритичну область (750-850 градусів), відбуваються два конфліктні процеси. Існуючі карбіди можуть спочатку розчинятися, частково вивільняючи хром і вуглець. По-друге, і що більш важливо, ферит (объемноцентрированная кубічний, BCC) зароджується і розвивається, як правило, поблизу меж зерен і в місцях карбіду. При тій же температурі ферит має вищу розчинність вуглецю і більшу концентрацію хрому, ніж аустеніт. Коли ферит росте, він втягує хром і забирає вуглець із навколишнього аустеніту. Залишковий аустеніт містить високий вміст хрому (локально до 22–25 % Cr). При охолодженні ферит знову перетворюється на аустеніт (або частково на мартенсит, залежно від швидкості охолодження) з дрібнозернистою структурою та перерозподіленим хромом. Зони, позбавлені хрому, видаляються, а карбіди стають сфероїдними та більш диспергованими.

Кількісна оцінка взаємозв'язку між температурою міжкритичного відпалу та відновленням стійкості до пітингу

Наступні показники відновлення були визначені шляхом контрольованого міжкритичного відпалу попередньо сенсибілізованої трубки 316 (сенсибілізованої при 650 градусах протягом 24 годин, а потім відпаленої при різних температурах протягом 1 години та загартування водою) з наступними випробуваннями на піттинг в 1 М NaCl при 50 градусах.

Температура відпалу (градуси) Частка фериту після відпалу (%) Вміст хрому на колишніх границях зерен (at%, AES) Критична температура пітінгу (CPT, градус) CPT Відновлення порівняно з нечутливим (100%) Час до початку пітінгу при 50 градусах, 1 М NaCl (годин) Придатний для експлуатації з обмеженим ризиком корозії
Лікування (сенсибілізоване) Лікування (сенсибілізоване) Ні 0 8-10 25-30 0% 50-150 Так 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 найкращих
Вплив часу міжкритичного відпалу на утворення фериту

Температурна залежність швидкості виробництва фериту. З довшим часом відпалу утворюється більше фериту, але також існує ризик розвитку зерен.

Температура (градуси) Час до 5 % фериту (хв) Час до 10 % фериту (хв) Час до 15 % фериту (хвилини) Рекомендований час для оптимального відновлення точкової корки 750 30 60 120 60-90 хвилин 775 15 30 60 30-45 хвилин 800 8 15 30 15-20 хвилин
825 5 10 20 10-15 хв. 850 3 5 10 5-8 хв
Практичні рекомендації щодо міжкритичного відпалу сенсибілізованих компонентів

Міжкритичний відпал при 800-825 градусах протягом 10-20 хв. є можливим компромісом для випадку сенсибілізованих оболонок 316, які не можна повністю відпалити (наприклад, через обмеження збірки, наявність інших металургійно чутливих компонентів або обмеження вартості).

Початковий стан Специфікація міжкритичного відпалу Стійкість до точкової корекції Залишається ризик сенсибілізації Рекомендоване робоче середовище
Помірно сенсибілізований (Практика E гранична) 800 градусів /15 хв. Вода гасіння Відновлення 70-80% Низький вміст хлоридів<500 ppm <80°C
Помірно сенсибілізований (Практика E невдала) 810 C, 20 хв, загартування водою 75-85% відновлення Низький-помірний Хлориди<300 ppm, <70 C
Сильна сенсибілізація (випадання зерна) 825 градусів, 20 хв, загартування водою 80-90% відновлення Помірний (деякі стрингери) Хлориди<200 ppm, <60°C 
Сильна сенсибілізація + холодна обробка 800 градусів, 10 хв, загартування водою 70-80% відновлення Помірні хлориди<200 ppm, <60°C 
Перевірка відновлення міжкритичного відпалу

ASTM A262 Практика A (травлення щавлевою кислотою) — це швидкий метод тестування для оцінки відновлення після сенсибілізації компонентів, які піддалися міжкритичному відпалу. «ступінчаста» структура (гладкі межі зерен) передбачає повне відновлення; «подвійний» (змішаний крок і канава) показує часткове відновлення; "канава" свідчить про постійну сенсибілізацію. E (мідь-сульфат міді-сірчана кислота) практика згинання. 3. Щоб перевірити відсутність міжзеренних тріщин. Для стійкості до точкової корекції, CPT тест (ASTM G150) в 1 М NaCl кількісно визначає відновлення.

Висновок. Міжкритичний відпал для відновлення сенсибілізованого 316

Для сенсибілізованих оболонок нагрівача з нержавіючої сталі 316, де повний відпал розчину є недоцільним, міжкритичний відпал при 800-825 градусів протягом 10-20 хвилин перетворює 10-15% мікроструктури на ферит, який під час охолодження перерозподіляє хром з фериту в навколишній аустеніт, усуваючи зони, збіднені хромом, і відновлення 75-90% первісної стійкості до точкової корекції. Відновлення становить лише 45-75% при нижчих температурах (750-775 градусів); температури понад 850 градусів підтримують феритові стрингери, які також чутливі до точкової корекції. Коли чутливі компоненти 316 виявляються в експлуатації, інженери можуть вимагати міжкритичний відпал як рятувальну терапію. Прийнятність оцінюється за ASTM A262 Практика A (етапна структура). Тим не менш, лише повний відпал розчину при 1040-1060 градусів і загартування водою дасть 100% відновлення та усуне всі сенсибілізації. Описана тут структура надає покупцям спосіб вибрати найкращу термічну обробку для сенсибілізованих оболонок 316, співвідносячи міжкритичну температуру відпалу з часткою фериту, перерозподілом хрому та відновленням стійкості до пітінгу.