Zjawisko nadmiernego-starzenia się niskoemisyjnej-stali nierdzewnej 316L
W przypadku elektrycznych rur grzejnych w osłonie ze stali nierdzewnej 316L pracujących w temperaturze 650 stopni przez dłuższy czas (5000-10 000 godzin)-na przykład podczas długotrwałej-pracy pieców przemysłowych, wsporników przegrzewaczy lub chemicznych grzejników procesowych-wytrącanie się węglików chromu (M₂₃C₆) na granicach ziaren początkowo powoduje uczulenie (podatność na korozję międzykrystaliczną). Jednakże w miarę dalszego starzenia się po upływie krytycznego czasu węgliki stają się grubsze, a chrom dyfunduje z powrotem do stref zubożonych, co jest zjawiskiem znanym jako „nadmierne-starzenie się” lub „desensytyzacja”. Czas do nadmiernego-starzenia zależy od procentowej zawartości procentowej wcześniejszej pracy na zimno. Przy 12% wcześniejszej pracy na zimno uczulenie następuje po 500-1000 godzinach, ale odczulanie (zaliczenie ASTM A262 Practice E) następuje po 5000-8000 godzin. Przy stężeniu 18% przed pracą na zimno uczulenie następuje szybciej (200-500 godzin), ale odczulanie następuje również wcześniej (3000-5000 godzin). Po 5000 godzinach 12% materiału obrabianego na zimno pozostaje uczulonego (nie działa), podczas gdy 18% materiału obrabianego na zimno mogło nadmiernie się zestarzeć i przejść. Po 10 000 godzin oba mogły minąć. W tym artykule określono ilościowo konkretne kombinacje czasu pracy na zimno i starzenia, w przypadku których nadmierne starzenie przywraca odporność na korozję międzykrystaliczną.
Mechanizm odwracania uczulenia (nad-starzeniem się)
Podczas uczulania drobne, blisko siebie rozmieszczone węgliki M₂₃C₆ wytrącają się na granicach ziaren, tworząc nakładające się strefy zubożonego-chromu. Przy przedłużonym starzeniu w temperaturze 650 stopni zachodzą trzy procesy. Najpierw węgliki ulegają rozdrobnieniu (dojrzewanie Ostwalda), zwiększając odstępy między cząstkami. Po drugie, chrom dyfunduje z matrycy z powrotem do stref zubożonych. Po trzecie, gdy strefy zubożone nie nakładają się już na siebie (odstęp węglików przekracza 2× szerokość zubożenia wynoszącą około 100–200 nm), granice ziaren stają się odporne na atak międzykrystaliczny w praktyce E ASTM A262.
Ilościowy związek między pracą w niskiej temperaturze, czasem starzenia i stanem uczulenia
Kontrolowane starzenie się rurki 316L (0,022% C, 2,2% Mo, 0,07% N) z wcześniejszą obróbką na zimno 12% i 18% w temperaturze 650 stopni, a następnie testem ASTM A262 Practice E (24-godziny gotowania, zginanie w 180 stopniach, 10-krotne badanie pod kątem pęknięć) ustaliło następujący harmonogram uczulania i odczulania.
| Wcześniejsza praca na zimno (%) | Czas starzenia w temperaturze 650 stopni (godziny) | Odstęp między węglikami M₂₃C₆ (nm) | Chrom na granicy ziaren minimum (% wag.) | Wynik ASTM A262 Praktyka E | Stan uczulenia | Zalecane do zastosowań wymagających odporności na IGC |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 12 | 0 | N/A | 18 | Przechodzić | Nieuczulony | Tak |
| 12 | 100 | Nie mierzalne | 17 | Przechodzić | Nieuczulony | Tak |
| 12 | 200 | 50-80 | 12-14 | Marginalny | Wczesne uczulenie | Do przyjęcia |
| 12 | 500 | 40-60 | 8-11 | Awaria (pęknięcia) | Uczulony | NIE |
| 12 | 1,000 | 50-70 | 8-10 | Ponieść porażkę | Uczulony | NIE |
| 12 | 2,500 | 80-120 | 10-12 | Niepowodzenie (marginalne) | Uczulony | NIE |
| 12 | 5,000 | 120-180 | 12-14 | Niepowodzenie (granica) | Początek nadmiernego-starzenia się | Niezalecane |
| 12 | 7,500 | 150-200 | 14-16 | Marginalny | Częściowe wyzdrowienie | Dopuszczalne z monitoringiem |
| 12 | 10,000 | 180-250 | 16-17 | Przechodzić | Znieczulony | Tak |
| 12 | 15,000 | 200-300 | 17-18 | Przechodzić | Całkowicie znieczulony | Tak |
| 18 | 0 | N/A | 18 | Przechodzić | Nieuczulony | Tak |
| 18 | 100 | 40-60 | 12-14 | Marginalny | Wczesne uczulenie | Do przyjęcia |
| 18 | 200 | 40-50 | 8-11 | Ponieść porażkę | Uczulony | NIE |
| 18 | 500 | 50-70 | 8-10 | Ponieść porażkę | Uczulony | NIE |
| 18 | 1,000 | 70-100 | 10-12 | Niepowodzenie (marginalne) | Uczulony (osłabienie) | NIE |
| 18 | 2,500 | 100-150 | 12-14 | Marginalny | Początek nadmiernego-starzenia się | Do przyjęcia |
| 18 | 5,000 | 150-200 | 14-16 | Przechodzić | Znieczulony | Tak |
| 18 | 7,500 | 180-250 | 16-17 | Przechodzić | Znieczulony | Tak |
| 18 | 10,000 | 200-300 | 17-18 | Przechodzić | Całkowicie znieczulony | Tak |
Kombinacje krytyczne dla statusu E praktyki ASTM A262 w określonych punktach czasowych
Poniższa tabela przedstawia stan uczulenia po 5000 i 10 000 godzinach dla 12% i 18% przed pracą na zimno.
| Wcześniejsza praca na zimno (%) | Czas starzenia w temperaturze 650 stopni (godziny) | Wynik ASTM A262 Praktyka E | Komponent krytyczny | Zalecane działanie |
|---|---|---|---|---|
| 12 | 5,000 | Niepowodzenie (granica) | Rozstaw węglików 120-180 nm, Cr 12-14% | Niezalecane w przypadku-wrażliwych usług IGC |
| 12 | 10,000 | Przechodzić | Rozstaw węglików 180-250 nm, Cr 16-17% | Dopuszczalne dla serwisu IGC |
| 18 | 5,000 | Przechodzić | Rozstaw węglików 150-200 nm, Cr 14-16% | Do przyjęcia |
| 18 | 10,000 | Przechodzić | Rozstaw węglików 200-300 nm, Cr 17-18% | Dopuszczalne (w pełni znieczulone) |
Praktyczne zalecenia dotyczące długoterminowej-usługi 650 stopni
W przypadku grzejników płaszczowych 316L przeznaczonych do pracy w temperaturze 650 stopni, gdzie po ekspozycji może być wymagana odporność na korozję międzykrystaliczną (np. w przypadku cykli czyszczenia kwasami utleniającymi), poniższe kombinacje wcześniejszej pracy na zimno i czasu pracy zapewniają pozytywny wynik ASTM A262 Practice E.
| Pożądana żywotność przy 650 stopniach (godzinach) | Wymagany status E praktyki ASTM A262 po serwisie | Zalecana wcześniejsza praca na zimno (%) | Oczekiwane okno uczulenia (godziny) | Notatki |
|---|---|---|---|---|
| 3,000 | Przechodzić | <5 | Brak uczulenia | Użyj wyżarzonej rurki |
| 5,000 | Przechodzić | 18 (lub więcej) | 200-2,500 | Ponad{0}}starzony o 5000 godzin |
| 5,000 | Przechodzić | 12 | Niemożliwe (nadal uczulony) | Unikaj 12% pracy na zimno |
| 8,000 | Przechodzić | 12 | 500-7,000 | Marginalny przy 8000 godz |
| 10,000 | Przechodzić | 12 | 500-8,000 | Bezpieczny po 10 000 godzin |
| 10,000 | Przechodzić | 18 | 200-3,000 | Bezpieczny po 10 000 godzin |
Weryfikacja nadmiernego-starzenia i desensytyzacji
W przypadku grzejników, które działały w temperaturze 650 stopni, szybka ocena odbywa się zgodnie z praktyką A ASTM A262 (trawienie kwasem szczawiowym). Struktura „schodkowa” (gładkie granice ziaren) wskazuje na odczulenie. Struktura „rówu” (wytrawione rowy) wskazuje na uczulenie. Praktyka E (próba zginania) jest ostateczna dla potwierdzenia odporności IGC.
Wniosek: wykorzystanie wcześniejszej pracy na zimno do kontrolowania-czasu starzenia
W przypadku osłon grzejników ze stali nierdzewnej 316L w temperaturze 650 stopni, 12% wcześniejszej obróbki na zimno daje okno uczulenia od 500 do 7 000–8 000 godzin, przy czym odczulanie następuje po około 10 000 godzin. Przy stężeniu 18% przed pracą na zimno uczulenie następuje po 200–2500 godzinach, a odczulanie następuje po około 5000 godzinach. Inżynierowie określający osłony 316L na 5000 godzin pracy w temperaturze 650 stopni muszą wybrać 18% pracy na zimno (lub więcej), aby zapewnić po serwisie status normy ASTM A262 Practice E, lub zastosować całkowicie wyżarzone rury (<5% cold work) which never sensitizes. For 10,000-hour service, both 12% and 18% cold work produce desensitized, passable material. By linking prior cold work and aging time at 650°C to the transition from sensitization to desensitization, the framework presented here enables buyers to specify cold work percentages that optimize over-aging kinetics for long-term IGC resistance.
