เศษส่วนของปริมาตรของเฟส G- (Ni₁₆Nb₆Si₇) การตกตะกอนในปลอกฮีตเตอร์ 347 หลัง 20,000 ชั่วโมงที่ 600 องศา ควบคุมอุณหภูมิห้องชาร์ปีกระแทกพลังงานสำหรับการรื้อและขนส่งบริการหลัง-อย่างไร

เฟสซิลิไซด์เชิงซ้อนและผลกระทบจากการลุกเป็นไฟของไนโอเบียม-เหล็กกล้าไร้สนิมเสถียร

Precipitation of G-phase (Ni 16 Nb 6 Si 7 ), a complex nickel-niobium-silicide intermetallic phase, can cause significant embrittlement, as measured by room temperature Charpy V-notch impact energy, for 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes operating at 600 C for extended periods (20,000+ hours)-such as in long-term industrial furnace heaters, petrochemical reformer tubes or superheater supports. The G-phase is formed at lower temperatures (550-650°C) during very lengthy ageing times (10,000-30,000 hours) while chi (χ) and Laves phases form at higher temperatures (650-750°C). G-phase is brittle with face centred cubic (FCC) structure and is mostly formed at the grain boundaries. G-phase at volume fractions as low as 0.2-0.5% reduces impact energy from >200 J (ductile) to 100-150 J (acceptable). At 1.0-1.5 vol% the impact energy is reduced only to 50-80 J. Impact energy drops to below 40 J (brittle) at >2.0-2.5% มีความเสี่ยงที่จะเกิดการแตกหักระหว่างการรื้อ การจัดการ และการขนส่งหลังการบริการ บทความนี้จะอธิบายปริมาณการเชื่อมโยงระหว่างความทนทานต่อการกระแทกแบบชาร์ปีและเศษส่วนของปริมาตรเฟส G หลังจาก 20,000 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียส

กลไกของเฟส G- ทำให้เกิดการเปราะ

เฟส G- (Ni₁₆Nb₆Si₇) ประกอบด้วย ~50-60% Ni, 20-25% Nb และ 10-15% Si โดยน้ำหนัก โดยจะตกตะกอนที่ขอบเขตของเมล็ดข้าวหลังจากบ่มเป็นเวลานานที่อุณหภูมิ 550-650 องศา ส่วนใหญ่อยู่ในสเตนเลสสตีลที่มีความเสถียรของไนโอเบียม (347, 348) เฟสแข็ง (400-600 HV) และเปราะ การทดสอบแรงกระแทกที่อุณหภูมิห้องแสดงให้เห็นว่ารอยแตกของนิวเคลียสที่อนุภาคเฟส G และเคลื่อนที่ไปตามขอบเขตของเกรนโดยมีการเสียรูปพลาสติกเล็กน้อย การเปราะนั้นเกิดขึ้นเล็กน้อย: ความแข็งอาจดีขึ้นเพียงเล็กน้อย (จาก 160-180 HV ถึง 190-220 HV) ในขณะที่ความเหนียวในการรับแรงกระแทกลดลงอย่างมาก โดยทั่วไปแล้วเฟส G จะถูกมองข้ามเนื่องจากระยะเวลาการแก่ที่ขยายออกไป (10,000+ ชั่วโมง) และการจับคู่ไนโอเบียม-ซิลิคอนโดยเฉพาะ

ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างเศษส่วนปริมาตรเฟส G- และพลังงานกระแทกแบบชาร์ปี

กระบวนการเอมเปราะของท่อ 347 (0.45% Nb, 0.50% Si, 0.08% C) ที่อุณหภูมิ 600 องศา นานสูงสุด 25,000 ชั่วโมงถูกกำหนดโดยการวัดปริมาณเฟส G- ด้วย SEM/EDS และ Charpy V-การทดสอบการกระแทกด้วยรอยบากที่ 25 องศา

เวลาการเสื่อมสภาพที่ 600 องศา (ชม.) G-เศษส่วนของปริมาตรเฟส (%)G-ขนาดอนุภาคของเฟส (นาโนเมตร) ตำแหน่งของการตกตะกอน พลังงานกระแทกแบบชาร์ปีที่ 25 องศา (J) ลักษณะการแตกหักที่แนะนำสำหรับหลังการ- การบริการจัดการ (การรื้อ การขนส่ง)
0 (อบอ่อน) 0 N/A ไม่มี 200-240 ความเหนียว (แรงเฉือน 100%) ใช่ 5,000 0.05<20 Intragranular (sparse) 190-220 DuctileYes 10,000 0.05-0.10 20-40 Grain boundaries (few) 160-190 DuctileYes 12,000 0.10-0.20 30-50 Grain boundaries (scattered) 130-160Mixed (some cleavage) Yes 14,000 0.20-0.35 40-60 Partial grain borders 100-130 Mixed Acceptable 16,000 0.35-0.50 50-70 Near-continuous grain boundaries 80-100 Mixed-brittle Marginal 18,000 0.50-0.70 60-80 Continuous grain boundaries 60-80 Brittle (cleavage)Not recommended 20,000 0.70-1.00 70-10045-65 Brittle continuous netNo (high risk when handled)
22,000 1.00-1.30 80-120 ต่อเนื่อง + ภายในแกรนูล 30-50 เปราะมาก ไม่ 25,000 1.30-1.70 100-150 กว้างขวาง รวมเป็นหนึ่ง 20-35 เปราะมาก ไม่
อิทธิพลของซิลิคอนและไนโอเบียมต่อการตกตะกอนของเฟส G-

ระยะ G- ต้องการไนโอเบียมและซิลิคอน ซิลิคอนน้อยลงและไนโอเบียมน้อยลงทำให้การตกตะกอนของเฟส G- ลดลง

Silicon (wt%) Niobium (wt%) Time to 0.7% G-Phase at 600°C (h) Charpy Impact after 20,000h at 600°C (J)Recommended for 20,000h Service with Post Service Handling 0.20 0.40 >25,000 120-160 ใช่ 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 ยอมรับได้ (จอภาพ) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 ไม่แนะนำ 0.65 0.50 8,000-12,000 35-55 ไม่ 0.80 0.55 6,000-10,000 25-40 ไม่มีคำแนะนำที่เป็นประโยชน์สำหรับปลอกตัวทำความร้อน 347 ตัวที่ 600 องศาพร้อมบริการโพสต์ การจัดการ

ข้อจำกัดของเฟส G- และพารามิเตอร์วัสดุต่อไปนี้ให้ความเหนียวที่เหมาะสมเพื่อป้องกันการแตกร้าวจากการจัดการกับเครื่องทำความร้อนแบบห่อหุ้ม 347 ที่จะถูกถอด ถอดประกอบ ขนส่ง หรือทิ้งหลังจาก 20,000 ชั่วโมงที่ 600 องศา

กิจกรรมหลังการบริการที่ต้องการผลกระทบแบบชาร์ปีขั้นต่ำสำหรับการจัดการอย่างปลอดภัย (J) สูงสุดที่อนุญาต G-เฟส (%) สูงสุด ซิลิคอน (wt%) ไนโอเบียมสูงสุด (wt%} ขีดจำกัดอายุการใช้งานที่แนะนำ (ชม.)
Removal and disposal (no impact loading) >30 1.3 0.50 0.45 25000
Removal with crane lifting >50 0.9 0.45 0.45 18000
Dismantling (cutting, welding) >70 0,6 0,40 0,40 15 000
Re-use or Refurbishment >100 0.3 0.35 0.40 12,000
Critical handling (people nearby) >120 0.2 0.30 0.40 10 000
G-การยืนยันระยะเอ็มบริทเทิล

Three approaches are used to evaluate G-phase embrittlement for heaters retired after long-term service at 600°C. The first is Charpy impact testing on a deleted sample (if available). Acceptance: >50 J เพื่อการจัดการที่ปลอดภัย ประการที่สองคือการทดสอบความแข็ง: เฟส G- เพิ่มความแข็งจาก 160-180 HV เป็น 190-220 HV (ปานกลาง) ประการที่สามคือการตรวจสอบทางโลหะวิทยา (SEM/EDS) เพื่อตรวจหาเฟส G- (อนุภาคบล็อกสว่างที่ขอบเกรนที่มีองค์ประกอบ Ni-Nb-Si) การทดสอบภาคสนามง่ายๆ คือการงอคูปองเล็กๆ หากแยกออกเมื่องอ 90 องศาในรัศมี 10 มม. แสดงว่าเกิดการเปราะอย่างรุนแรง

สรุป: ใช้ Low Si + Nb ต่ำเพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดการแตกของเฟส G- ระหว่างการจัดการบริการภายหลัง-

For 347 stainless steel heater sheaths after 20,000 h at 600°C, G-phase (Ni16Nb6Si7) precipitation at volume fractions as low as 0.7-1.0% decreases room temperature Charpy impact energy from >200 J ถึง 45-65 J (เปราะ) ทำให้เกิดอันตรายสูงที่จะเกิดการแตกร้าวในระหว่างการรื้อถอน บริการหลังการยกเครน หรือการขนส่ง ปลอก 347 ที่ระบุจะต้องมี<0.35% silicon and <0.40% niobium to reduce G-phase to <0.5% after 20,000 hours for the recommended 20,000 hour service at 600°C with expected post-service handling. For service beyond 15,000-18,000 hours, it is recommended to upgrade to 310 stainless steel (which does not create G-phase) or Inconnel 600. The current system allows the buyers to define 347 chemical limits to avoid brittle failure during retirement and handling of long-service heater sheaths, by correlating G-phase volume fraction after 20,000 hours at 600°C to Charpy impact energy reduction.