เปอร์เซ็นต์งานเย็นก่อนหน้าจากการวาดท่อของปลอกฮีตเตอร์ 316 ควบคุมอัตราการผ่อนคลายความเครียดและอาการแพ้ที่เกิดขึ้นพร้อมกันระหว่างการให้บริการที่อุณหภูมิ 550 องศาได้อย่างไร

จลนศาสตร์ที่แข่งขันกันของการฟื้นตัวและการตกตะกอนของคาร์ไบด์

สำหรับท่อความร้อนไฟฟ้าหุ้มด้วยสเตนเลสสตีล 316 ที่อุณหภูมิสูง (550 องศา โดยทั่วไปสำหรับการใช้งานทำความร้อนด้วยอากาศหรือแก๊สที่มีอุณหภูมิสูง) เปอร์เซ็นต์การทำงานเย็นก่อนหน้าจากการวาดท่อจะควบคุมกระบวนการทางโลหะวิทยาที่ขัดแย้งกันสองกระบวนการ: การผ่อนคลายความเครียด (การกู้คืนความคลาดเคลื่อน ซึ่งจะช่วยลดความเครียดตกค้างและเพิ่มความต้านทานการคืบ) และอาการแพ้ (โครเมียมคาร์ไบด์ตกตะกอนที่ขอบเขตของเกรน ซึ่งช่วยลดความต้านทานการกัดกร่อน) การดึงท่อเย็นอย่างหนัก (ลดลง 25- 35%) ที่ 550 องศาจะคลายตัวอย่างรวดเร็ว (ลดความเค้น 50-80% ใน 100-500 ชั่วโมง) แต่สร้างคาร์ไบด์ขอบเขตเกรนอย่างต่อเนื่อง (อาการแพ้) ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากมีความหนาแน่นของการเคลื่อนที่สูงซึ่งเร่งการแพร่กระจายของโครเมียม ท่อที่ทำงานด้วยความเย็นเล็กน้อย (การลด 5 ถึง 15 เปอร์เซ็นต์) จะคลายตัวได้ช้ากว่า (การลดความเค้น 50 เปอร์เซ็นต์จะใช้เวลา 1,000 ถึง 5,000 ชั่วโมง) แต่จะไม่เกิดความไวเนื่องจากความหนาแน่นของการเคลื่อนที่ที่ลดลงทำให้เกิดจุดเกิดนิวเคลียสน้อยลงสำหรับคาร์ไบด์ บทความนี้ระบุปริมาณความสัมพันธ์ระหว่างงานเย็นก่อนหน้า จลนพลศาสตร์การผ่อนคลายความเครียด และจุดเริ่มต้นของการแพ้ที่ 550 $^{\\circ}$C

กลไกการเกิดอาการแพ้และการฟื้นตัวของการแข่งขัน

สแตนเลส 316 ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวและขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของมาร์เทนไซต์ที่เหนี่ยวนำให้เกิดความเครียด-ในรูปเย็น ที่กลไกการคืนสภาพ 550 องศา (การทำลายล้างและการจัดเรียงใหม่) ช่วยลดความเครียดและความแข็งที่ตกค้าง อัตราการคืนสภาพเป็น Arrhenius และเร็วกว่าในวัสดุงานเย็นที่สูงขึ้น เนื่องจากพลังงานที่เก็บไว้มีแรงผลักดัน ในเวลาเดียวกัน โครเมียมคาร์ไบด์ (Cr 23 C 6 ) จะตกตะกอนตามขอบเขตของเกรนและที่การเคลื่อนที่ อัตราการเกิดนิวเคลียสของคาร์ไบด์เป็นสัดส่วนกับความหนาแน่นของการเคลื่อนที่ เนื่องจากการเคลื่อนตัวทำให้เกิดเส้นทางการแพร่กระจายที่รวดเร็วสำหรับโครเมียมและคาร์บอน ในวัสดุที่เย็นจัดอย่างรุนแรง- (ความหนาแน่นของการเคลื่อนตัวสูง) คาร์ไบด์จะเกิดนิวเคลียสอย่างรวดเร็ว โดยจะพัฒนาเครือข่ายขอบเขตเกรนอย่างต่อเนื่องภายใน 100-500 ชั่วโมงที่ 550 องศา การเกิดนิวเคลียสของคาร์ไบด์จะช้าในวัสดุที่ผ่านการชุบเย็นอย่างอ่อนโยน และแม้หลังจาก 5,000 ชั่วโมงไปแล้ว คาร์ไบด์ก็มีน้อยและไม่ต่อเนื่อง

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณของงานเย็น การผ่อนคลายความเครียด และภาวะภูมิไวที่ 550 องศา

ความสัมพันธ์ต่อไปนี้สร้างขึ้นจากอายุไอโซเทอร์มอลที่ควบคุมของท่อ 316 ด้วยเปอร์เซ็นต์ต่างๆ ของงานเย็นที่ 550 องศา การวัดความเค้นตกค้าง (โดยการเลี้ยวเบนของรังสี X-) และการทำให้ไว (โดย ASTM A262 Practice A)

Cold Work (%) Initial Residual Stress (MPa) Time Required for 50% Relaxation of Residual Stress at 550 C (hours)Time to Continuous Grain Boundary Carbides (sensitisation) at 550°C (hours) ASTM A262 Practice A Result after 1,000 hours Recommended for 550°C Service >1,000 ชั่วโมง 0 (อบอ่อน)<30 N/A (no stress) >10,000 (ไม่มีอาการแพ้) โครงสร้างขั้นตอน ใช่ 5-10 100-150 2,000-5,000 5,000-10,000 ขั้นตอน (ยอมรับได้) ใช่ 10-15 150-200 1,000-2,000 2,000-5,000 ขั้นตอนในการละทิ้งการเปลี่ยนผ่าน ใช้งานได้นานถึง 2,000 ชั่วโมง
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1,000 ชม
20-25 250-300 200-500 500-1,000 คูน้ำ (ไวต่อความรู้สึก) หลังจาก 500 ชั่วโมง ไม่มี 25-30 300-350 100-200 200-500 คูน้ำที่รุนแรง ยอมรับไม่ได้
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
ผลกระทบของอุณหภูมิการบริการต่ออัตราที่แข่งขันกัน

เวลาในการเกิดอาการแพ้จะลดลงตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การผ่อนคลายความตึงเครียดจะเร็วขึ้น ช่วงความเย็นที่เหมาะสม-สำหรับอุณหภูมิบริการที่กำหนดคือการลดทอนไดนามิกเหล่านี้

อุณหภูมิบริการ ( องศา ) ช่วงการทำงานเย็นที่แนะนำสำหรับ 10,000- ชั่วโมง การบริการ (%) การผ่อนคลายความเครียดที่เกิดขึ้น (%) ความเสี่ยงต่อการแพ้ วัสดุที่ต้องการ 450 15-25 50-70% หลังจาก 10,000 ชม. ต่ำ (คาร์ไบด์ช้า) 316 (มี) 500 10-20 60-80% หลังจาก 10,000 ชม. ปานกลาง 316L ที่ต้องการ 525 5-15 70-85% หลังจาก 10,000 ชม. ปานกลาง-สูง 316L ต้องใช้ 550 0-10 80-90% หลังจาก 10,000 ชม. สูง (มีแนวโน้มว่าจะเกิดอาการแพ้) 316L พร้อมความเสถียร 575 0-5 (อบอ่อน)N/A (ไม่มีความเครียด) สูง (ทำให้ไวต่อภูมิแพ้ทั้งหมด) อัปเกรดเป็น 347 หรือ 310
600 0 (เพิ่งอบอ่อน) ไม่มี รุนแรง 316 ไม่ยอมรับ
คำแนะนำการปฏิบัติเกี่ยวกับการผลิตเครื่องทำความร้อน

ต่อไปนี้เป็นงานเย็นที่แนะนำและ-เกณฑ์การรักษาหลังการขึ้นรูปสำหรับเครื่องทำความร้อนแบบหุ้ม 316 ตัวสำหรับงาน 550 องศา

งานเย็นสูงสุดในปลอกสำเร็จรูป (%) อายุการใช้งานที่ต้องการที่ 550 องศา (ชั่วโมง) หลังแนะนำ-การขึ้นรูป การรักษา การแพ้ การทดสอบโลหะผสมทางเลือกที่จำเป็น<1,000 (intermittent) 20 None None 316 acceptable 1,000-2,500 15 Stress relief 400°C, 1h ASTM A262 Practice A (step) 316L 2,500-5,000 10 Stress relief 450°C, 2h ASTM A262 Practice E (pass) 316L 5,000-10,000 5 (annealed)Full solution anneal ASTM A262 Practice A (step) 316L or 347 >10,000 0 (ตกผลึกใหม่ทั้งหมด) การอบอ่อน + การทำให้เสถียรอย่างสมบูรณ์ (850 องศา , 4 ชม.) ASTM A262 Practice C (<0.3 mm/year) 347 or 310
การตรวจจับการรับบริการภาคสนามที่อุณหภูมิสูงขึ้น

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >ความล้มเหลว 1,000 ชั่วโมงในสภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน (เช่น ระหว่างรอบการทำความสะอาดหรือหลังปิดเครื่อง) ควรคำนึงถึงอาการแพ้ระหว่างการบริการ การทดสอบทางโลหะวิทยา (ASTM A262 Practice A etch) จะเผยให้เห็นโครงสร้าง "รอยแยก" ที่ขอบเขตของเกรน ความแข็งจะลดลงจากค่าที่-ดึงออกมา (เช่น. 300 HV เป็น 200 HV) เนื่องจากการฟื้นตัว นี่จะแสดงให้เห็นว่าวัสดุอยู่ที่อุณหภูมิ การแตกร้าวหรือการกัดกร่อนตามขอบเกรนจะเป็นโหมดความล้มเหลว สำหรับความล้มเหลวดังกล่าว วิธีแก้ไขสำหรับการซื้อในอนาคตคือระบุท่อที่ผ่านการอบอ่อนเต็มที่ (ตกผลึกใหม่) ซึ่งมีความเครียดตกค้างต่ำ หรืออัพเกรดเป็นเกรดที่มีความเสถียร เช่น 347 (โคลัมเบียมเสถียร) หรือเหล็กกล้าไร้สนิม 310 ซึ่งไม่ไวต่ออุณหภูมิที่ 550 องศา

สรุป: ส่วนลด 550 องศา-ระหว่างการบรรเทาความเครียดและความรู้สึกไว

สำหรับเครื่องทำความร้อนหุ้มสแตนเลส 316 ที่ทำงานที่ 550 องศา ปริมาณงานเย็นก่อนหน้าจะควบคุมจลนศาสตร์ของกระบวนการที่ขัดแย้งกันสองกระบวนการ การคลายความเครียด (ดี) และภาวะภูมิไว (ไม่ดี) งานเย็นที่สูงกว่า 15-20% ส่งผลให้เกิดอาการแพ้อย่างรวดเร็ว (การตกตะกอนของคาร์ไบด์ภายใน 500-1,500 ชั่วโมง) ซึ่งนำไปสู่ความไวต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรน งานเย็น<10% is slow to relax but stays unsensitized for >5,000 hours. For operation at 550 °C, engineers specifying 316 sheaths must limit preceding cold work to < 10 - 15 % with fully annealed (recrystallised) tubing required for prolonged life (>5,000 ชั่วโมง) ในกรณีที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงงานเย็นได้ จำเป็นต้องใช้สารละลายที่ผ่านการอบอ่อนหลังจากการขึ้นรูปเพื่อทำให้โครงสร้างตกผลึกใหม่ และเพื่อบรรเทาความเครียดที่ตกค้าง รวมถึงความเป็นไปได้ที่จะเกิดอาการแพ้