Як середня межа зерен між карбідними відстанями після сенсибілізаційної термічної обробки трубок оболонки нагрівача 316 контролює швидкість міжкристалітної корозії в ASTM A262 Practice E Test

Мікроструктурний параметр для вираженості сенсибілізації

Для 316 електричних нагрівальних трубок із оболонкою з нержавіючої сталі, які піддавалися впливу температур діапазону сенсибілізації (450-850 градусів) на певному етапі виробництва чи експлуатації, серйозність сприйнятливості до міжкристалічної корозії (IGC) не є простою функцією присутності чи відсутності карбідів по межах зерен. Ключовим мікроструктурним параметром є середня відстань між частинками карбіду хрому на межах-зерен. Коли частинки карбіду розташовані досить близько (відстань менше ніж приблизно 0,5-1,0 мкм), збіднені хромом зони навколо сусідніх частинок перекриваються, утворюючи безперервний шлях з низьким вмістом хрому, який швидко атакує окислювальні кислоти (ASTM A262 Practice E, тест мідь-мідь сульфат-сірчана кислота). Якщо частинки карбіду широко розповсюджені (відстань > 1-2 м), зони виснаження не перекриваються, а межі зерен стійкі до міжзеренної атаки. У цій статті кількісно визначено зв’язок між середнім карбідним інтервалом, ступенем сенсибілізації та показником IGC у традиційному 24-годинному тесті Practice E.

Механізм перекриття виснажених зон

Осідання карбіду хрому на межах зерен нержавіючої сталі 316 створює зону збіднення хромом ~50-200 нм з кожного боку частинки. Вивчається ступінь виснаження хрому в залежності від температури та часу випадання хрому (часто 8-12% мінімальної концентрації хрому порівняно з масовою концентрацією 17-19%). Міжкристалічна корозія є критичною, якщо відстань між двома сусідніми карбідами менша за суму ширин двох сусідніх зон виснаження. За цієї обставини зони виснаження перекриваються, і вздовж межі зерен утворюється безперервний слід матеріалу з низьким вмістом-хрому. У інтенсивно окислювальній зоні-дефіциту хрому-селективного кипіння розчину мідь-сульфат міді-сірчана кислота (практика E) збіднені зони перекриваються та швидко кородують, спричиняючи падіння зерна та остаточне руйнування зразка під час згинання. Для карбідних відстаней, що перевищують приблизно 1-2 мкм, збіднені зони ізольовані, і немає безперервного маршруту з низьким вмістом хрому.

Кількісно визначений зв’язок між твердосплавними відстанями та практичними результатами E

Наступні порогові значення були встановлені шляхом контрольованої сенсибілізації трубок 316 (стінка 1,5 мм, 0,06% C) при 650 градусах (найшвидша температура осадження карбіду) протягом різних періодів часу та подальшого вимірювання середньої відстані між карбідами за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії та тестування ASTM A262 Practice E.

Час сенсибілізації при 650 градусах (год) Середня відстань між карбідами між межами зерен (мкм) Розрахункова частка перекриття збідненої зони (%) Практичний E Результат (24-год кип’ятіння Cu-CuSO4-H2SO4) Глибина міжзеренної атаки, мкм Рекомендовано для роботи в окислювальних кислотах
0 (відпалений, без твердих сплавів. Немає відповідності (без тріщин на згині)<5 Yes 0.1 5-10 0% Pass <10 Yes 0.5 2-4 0-20% Pass (slight etching) 10-20 Acceptable
1 1-2 20-50% Крайовий (тріщини на згині) 20-40 Не рекомендується
2 0.8-1.2 50-80% Відмова (сильні тріщини) 80-150 Ні Відмова (явні тріщини) 40-80 Ні 5 0.4-0.8 80-100%
10 0.2-0.5 100% (continuous) Fail (grain dropping) 150-250 No 24 0.1-0.3 100% (continuous) Fail (severe grain dropping) >250 №
Вплив вмісту вуглецю на критичний міжкарбідний інтервал

Кількість вуглецю в 316 визначає загальну кількість карбіду, який може випадати в осад, і, таким чином, найменшу відстань між карбідами, яку можна досягти для конкретного процесу сенсибілізації.

Carbon Content (wt%) Minimum Carbide Spacing after Complete Sensitisation (µm) Practice E Result at Minimum SpacingMaximum Allowable Service Temperature To Avoid Sensitisation >0,020 (низький) 2-3 Пройшов 450 градусів 0,020-0,030 (316L) 1,5-2,5 Пройшов (граничний) 425 градусів 0.030-0.040 1.0-1.8 Граничний 400 градусів 0.040-0.050 0.8-1.2 Не пройшов 375 градусів 0.050-0.060 0.5-0.8 Не пройшов 350 градусів 0,060-0,080 (стандарт 316) 0,3-0,6 Відмова 325 градусів
Практичне уникнення сенсибілізації при виробництві обігрівача

Щоб уникнути відстаней між карбідами, нижчими за суттєву межу 1-2 мкм, у нагрівачах 316, які будуть зварюватися або можуть піддаватися впливу підвищених температур під час експлуатації, рекомендовано дотримуватися наступних критеріїв:

Умови виробництва або експлуатації Максимальний температурний вплив (градуси) Максимальний час при температурі Рекомендований вміст вуглецю Вимоги до випробування після впливу температури
Зварювання (один прохід, без наповнювача) швидке охолодження, макс. 1200-1400 секунд (HAZ охолоджується швидко)Будь-який (HAZ, якщо тонка не сенсибілізована)Немає для тонкої стінки (<2mm)
Зварювання (товстий профіль, багатопрохідний) 450-850 (загалом) 316 л Мін. (C<0.03%)Practice E Weld coupon
Термообробка після-зварювання (послаблення напруги) 400-450 градусів 1-2 години 316 л (усі) Немає (нижче межі виявлення)
Service temperature excursion 450-550°C >Необхідно 10 годин кумулятивного 316L Практика Е через 5 років
Паяння або паяння 500-700 градусів Від хвилин до годин 316L або стабілізовано (321/347) Необхідна практика E
ASTM A262 Practice E Перевірка якості для прийняття

Тестування ASTM A262 Practice E забезпечує остаточну гарантію стійкості IGC для тих покупців, які вказують 316 оболонок, які можуть бути чутливими під час виробництва. Процедура випробування включає:

кип’ятіння протягом 24 годин у розчині міді-мідного купоросу-сірчаної кислоти (ASTM A262, процедура E)

Зразок згинають на 180 градусів над оправкою, діаметр якого дорівнює товщині зразка

Перегляд тріщин на зігнутій поверхні при 10-кратному збільшенні

Критерії прийнятності: якщо після вигину не спостерігається тріщин, це "пропуск" (нечутливий). Якщо видно будь-яку тріщину (будь-якої довжини), реєструється «відмова» (сенсибілізований). Тест чутливий до карбідних відстаней < ~1-2 мкм.

Польова ідентифікація IGC, індукованих сенсибілізацією

У нагрівачі 316, який виходить з ладу в окислювальній кислоті (наприклад, азотній кислоті, травильних розчинах) або в хлоридних середовищах з окислювальним компонентом, міжкристалітна корозія внаслідок сенсибілізації проявляється у вигляді мережі тріщин уздовж меж зерен, які можна побачити при малому збільшенні (50-100×) на полірованому та витравленому поперечному зрізі. Тріщини можуть мати візерунок «скелета», що вказує на попередні зерна аустеніту. Сенсибілізація буде підтверджена ASTM A262 Practice E на зразку, взятому з несправного нагрівача. Відстань, визначена металографічно за допомогою скануючої електронної мікроскопії, буде меншою за 0,5-1,0 мкм. Відповіддю на такі невдачі є використання 316L або вимагання відпалу розчину після зварювання.

Висновок: Контроль специфікації карбідних відстаней шляхом сенсибілізації

Швидкість міжкристалітної корозії на основі ASTM A262 Practice E для нагрівачів із оболонкою з нержавіючої сталі 316 базується на середньому міжзеренному межі карбіду після температур сенсибілізації. Коли відстань між карбідами становить менше 1-2 мкм, зони-збіднені хромом накладаються одна на одну, утворюючи безперервний маршрут із низьким вмістом хрому, який швидко кородує та не витримує випробування Practice E. Для застосувань, де зварювальні або експлуатаційні температури знаходяться в діапазоні 450-850 градусів, інженери, що визначають оболонки 316, повинні забезпечити 316L (вуглецевий<0.03%) to ensure that the carbide spacing will be above the critical threshold. After minimum sensitisation (1-2 hours at 650°C) carbide spacing for standard 316 (0.06-0.08% C) is less than 1 µm which results in sensitisation and IGC susceptibility. The framework offered herein, which correlates the average carbide spacing with quantitative Practice E results, allows purchasers to define combinations of material and heat treatment that will not allow overlapping depletion zones, and will retain intergranular corrosion resistance.