ระยะห่างของขอบคาร์ไบด์ของเกรนเฉลี่ยหลังการบำบัดความร้อนด้วยความร้อนของท่อปลอกฮีตเตอร์ 316 ควบคุมอัตราการกัดกร่อนตามขอบเกรนในการทดสอบ ASTM A262 Practice E อย่างไร

พารามิเตอร์ทางโครงสร้างจุลภาคสำหรับความรุนแรงของการแพ้

สำหรับท่อความร้อนไฟฟ้าหุ้มด้วยสเตนเลสสตีล 316 ที่มีการสัมผัสกับอุณหภูมิช่วงความไว (450-850 องศา ) ในขั้นตอนหนึ่งของการผลิตหรือการบริการ ความรุนแรงของความไวต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรน (IGC) ไม่ใช่ฟังก์ชันง่ายๆ ของการมีหรือไม่มีคาร์ไบด์ขอบเกรน พารามิเตอร์โครงสร้างจุลภาคที่สำคัญคือระยะห่างเฉลี่ยของอนุภาคโครเมียมคาร์ไบด์บนขอบเขตเกรน- เมื่ออนุภาคคาร์ไบด์อยู่ใกล้กันมากพอ (ระยะห่างน้อยกว่าประมาณ 0.5-1.0 µm) บริเวณที่โครเมียมหมดสิ้นรอบอนุภาคที่อยู่ติดกันจะทับซ้อนกันเพื่อสร้างเส้นทางโครเมียมต่ำอย่างต่อเนื่อง ซึ่งถูกโจมตีอย่างรวดเร็วในกรดออกซิไดซ์ (ASTM A262 Practice E ซึ่งเป็นการทดสอบกรดคอปเปอร์-คอปเปอร์ซัลเฟต-ซัลฟิวริก) หากอนุภาคคาร์ไบด์กระจายอย่างกว้างขวาง (ระยะห่าง > 1-2 ม.) โซนการพร่องจะไม่ทับซ้อนกัน และขอบเขตของเกรนจะทนทานต่อการโจมตีตามขอบเกรน บทความนี้จะอธิบายปริมาณความเชื่อมโยงระหว่างระยะห่างของคาร์ไบด์เฉลี่ย ระดับของอาการแพ้ และอัตรา IGC ในการทดสอบ Practice E แบบธรรมดา 24 ชั่วโมง

กลไกของโซนพร่องที่ทับซ้อนกัน

การตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ที่ขอบเขตเกรนของเหล็กสแตนเลส 316 ทำให้เกิดบริเวณที่โครเมียมหมดสิ้นประมาณ ~50-200 นาโนเมตรในแต่ละด้านของอนุภาค ตามฟังก์ชันของอุณหภูมิและเวลาของการตกตะกอน ขอบเขตของการสูญเสียโครเมียม (มักมีความเข้มข้นของโครเมียมขั้นต่ำ 8-12% เมื่อเปรียบเทียบกับปริมาณโครเมียม 17-19%) ที่ได้รับการศึกษา การกัดกร่อนตามขอบเกรนเป็นสิ่งสำคัญหากระยะห่างระหว่างคาร์ไบด์สองตัวที่อยู่ใกล้เคียงกันน้อยกว่าผลรวมของความกว้างของโซนพร่องทั้งสองโซนที่อยู่ติดกัน ภายใต้สถานการณ์นี้ พื้นที่การพร่องจะทับซ้อนกันและเส้นทางต่อเนื่องของวัสดุโครเมียมต่ำ-ก่อตัวตามแนวขอบเขตของเกรน ในบริเวณที่มีการออกซิไดซ์อย่างเข้มข้นและ-โซนขาดโครเมียม- สารละลายกรดทองแดง-ทองแดง ซัลเฟต-ซัลฟิวริกแบบคัดเลือก (วิธีปฏิบัติ E) บริเวณที่หมดสิ้นจะทับซ้อนกันและสึกกร่อนอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกรนร่วงหล่นและความล้มเหลวขั้นสุดท้ายของชิ้นงานในการดัดงอ สำหรับระยะห่างของคาร์ไบด์ที่มากกว่าประมาณ 1-2 μm โซนที่หมดจะถูกแยกออก และไม่มีเส้นทางโครเมียมต่ำที่ต่อเนื่องกัน

การเชื่อมโยงเชิงปริมาณระหว่างระยะห่างของคาร์ไบด์และผลลัพธ์การฝึกปฏิบัติ E

เกณฑ์ต่อไปนี้กำหนดขึ้นโดยการควบคุมความไวของท่อ 316 (ผนัง 1.5 มม., 0.06% C) ที่ 650 องศา (อุณหภูมิการตกตะกอนของคาร์ไบด์ที่เร็วที่สุด) ในช่วงเวลาต่างๆ และการวัดระยะห่างของคาร์ไบด์เฉลี่ยในเวลาต่อมาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านและการทดสอบ ASTM A262 Practice E

เวลาการแพ้ที่ 650 องศา (ชม.) ขอบเกรน ระยะห่างเฉลี่ยของคาร์ไบด์ (µm) เศษส่วนที่ทับซ้อนกันของโซนพร่องโดยประมาณ (%) ผลการฝึกปฏิบัติ E (24- ชม. ต้ม Cu-CuSO4-H2SO4) ความลึกการโจมตีตามขอบเกรน, µm ที่แนะนำสำหรับการบริการในกรดออกซิไดซ์
0 (อบอ่อน ไม่มีคาร์ไบด์ ไม่มี ผ่าน (ไม่มีการแตกหักเมื่อโค้งงอ)<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% ขอบ (รอยแตกที่โค้งงอ) 20-40ไม่แนะนำ
2 0.8-1.2 50-80% ล้มเหลว (รอยแตกรุนแรง) 80-150 ไม่มีความล้มเหลว (รอยแตกร้าวชัดเจน) 40-80 ไม่มี 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 เลขที่
ผลของปริมาณคาร์บอนต่อระยะห่างวิกฤตของคาร์ไบด์

ปริมาณคาร์บอนใน 316 จะกำหนดปริมาณคาร์ไบด์ทั้งหมดที่สามารถตกตะกอนได้ และด้วยเหตุนี้จึงมีระยะห่างของคาร์ไบด์ต่ำที่สุดที่สามารถทำได้สำหรับกระบวนการกระตุ้นอาการแพ้เฉพาะ

Carbon Content (wt%) Minimum Carbide Spacing after Complete Sensitisation (µm) Practice E Result at Minimum SpacingMaximum Allowable Service Temperature To Avoid Sensitisation >0.020 (ต่ำ)2-3 ผ่าน 450 องศา 0.020-0.030 (316L) 1.5-2.5 ผ่าน (ขอบ) 425 องศา 0.030-0.040 1.0-1.8 ขอบ 400 องศา 0.040-0.050 0.8-1.2 ล้มเหลว 375 องศา 0.050-0.060 0.5-0.8 ล้มเหลว 350 องศา 0.060-0.080 (มาตรฐาน 316) 0.3-0.6 ล้มเหลว 325 องศา
การหลีกเลี่ยงอาการแพ้ในทางปฏิบัติในการผลิตเครื่องทำความร้อน

เพื่อหลีกเลี่ยงระยะห่างของคาร์ไบด์ต่ำกว่าขีดจำกัดที่จำเป็น 1-2 µm ในเครื่องทำความร้อนแบบห่อหุ้ม 316 เครื่องที่จะถูกเชื่อมหรืออาจสัมผัสกับอุณหภูมิที่ทำให้เกิดอาการแพ้ในการให้บริการ แนะนำให้ใช้เกณฑ์ต่อไปนี้:

เงื่อนไขการผลิตหรือการบริการการได้รับอุณหภูมิสูงสุด (องศา) เวลาสูงสุดที่อุณหภูมิ ปริมาณคาร์บอนที่แนะนำ หลังการทดสอบการสัมผัส ข้อกำหนดในการทดสอบ
การเชื่อม (ผ่านครั้งเดียว ไม่มีฟิลเลอร์) เย็นเร็ว สูงสุด 1,200-1,400 วินาที (HAZ เย็นเร็ว)ใดๆ (HAZ ถ้าบางไม่ไวต่อแสง)ไม่มีสำหรับผนังบาง (<2mm)
การเชื่อม (ส่วนหนา, หลาย-ผ่าน) 450-850 (ทั้งหมด)316L ขั้นต่ำ (ค<0.03%)Practice E Weld coupon
การรักษาความร้อนหลังการเชื่อม (บรรเทาความเครียด) 400-450 องศา 1-2 ชั่วโมง 316 ลิตร (ทั้งหมด) ไม่มี (ต่ำกว่าขีดจำกัดการตรวจจับ)
Service temperature excursion 450-550°C >316L สะสม 10 ชั่วโมงต้องใช้แบบฝึกหัด E หลังจากผ่านไป 5 ปี
การบัดกรีหรือการบัดกรี 500-700 องศา นาทีถึงชั่วโมง 316L หรือเสถียร (321/347) จำเป็นต้องมีการฝึกปฏิบัติ E
ASTM A262 Practice E การทดสอบคุณภาพเพื่อการยอมรับ

การทดสอบ ASTM A262 Practice E ให้การรับประกันขั้นสุดท้ายถึงความต้านทาน IGC สำหรับผู้ซื้อ โดยระบุปลอก 316 ปลอกที่อาจมีความไวในระหว่างการผลิต ขั้นตอนการทดสอบจะต้องประกอบด้วย:

เดือดเป็นเวลา 24 ชั่วโมงในสารละลายของคอปเปอร์ซัลเฟต-คอปเปอร์ซัลเฟต-กรดซัลฟิวริก (ASTM A262, ขั้นตอน E)

ชิ้นงานทดสอบจะงอ 180 องศาเหนือแกนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากับความหนาของชิ้นงาน

การดูรอยแยกในพื้นผิวโค้งงอด้วยกำลังขยาย 10 เท่า

เกณฑ์การยอมรับ: หากไม่พบรอยแตกร้าวหลังจากการดัดงอ ถือว่า "ผ่าน" (ไม่รับรู้) "ความล้มเหลว" (ไวต่อความรู้สึก) จะถูกบันทึกหากพบเห็นรอยแตกร้าว (ไม่ว่าความยาวเท่าใด) การทดสอบมีความไวต่อระยะห่างของคาร์ไบด์ < ~1-2 μm

การระบุภาคสนามของ IGCs ที่เกิดจากอาการแพ้

ในเครื่องทำความร้อน 316 ที่ล้มเหลวในการให้บริการกรดออกซิไดซ์ (เช่น กรดไนตริก สารละลายดอง) หรือในสภาพแวดล้อมคลอไรด์ที่มีส่วนประกอบออกซิไดซ์ การกัดกร่อนตามขอบเกรนจากอาการแพ้จะปรากฏเป็นเครือข่ายของรอยแตกตามแนวขอบเขตของเกรนที่สามารถมองเห็นได้ภายใต้กำลังขยายต่ำ (50-100×) บนหน้าตัดขัดเงาและแกะสลัก รอยแยกอาจมีรูปแบบ "โครงกระดูก" ซึ่งบ่งชี้ถึงเกรนออสเทนไนต์ก่อนหน้านี้ การแพ้จะได้รับการยืนยันโดย ASTM A262 Practice E บนตัวอย่างที่นำมาจากเครื่องทำความร้อนที่ล้มเหลว ระยะห่างที่กำหนดทางโลหะวิทยาโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดจะมีขนาดเล็กกว่า 0.5-1.0 µm คำตอบสำหรับความล้มเหลวดังกล่าวคือการใช้ 316L หรือต้องมีการหลอมสารละลายหลังการเชื่อม

สรุป: การควบคุมข้อกำหนดระยะห่างของคาร์ไบด์โดยการกระตุ้นอาการแพ้

อัตราการกัดกร่อนตามขอบเกรนตามมาตรฐาน ASTM A262 Practice E สำหรับเครื่องทำความร้อนแบบหุ้มสแตนเลส 316 อิงตามระยะห่างระหว่างขอบเขตเกรนคาร์ไบด์เฉลี่ยหลังอุณหภูมิที่ทำให้เกิดอาการแพ้ เมื่อระยะห่างของคาร์ไบด์น้อยกว่า 1-2 µm โซนที่หมดโครเมียม-จะทับซ้อนกัน ทำให้เกิดเส้นทางที่มีโครเมียมต่ำอย่างต่อเนื่องซึ่งจะกัดกร่อนอย่างรวดเร็วและไม่ผ่านการทดสอบ Practice E สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิการเชื่อมหรือการบริการอยู่ในช่วง 450-850 องศา วิศวกรที่ระบุปลอก 316 จะต้องจัดหา 316L (คาร์บอน<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.