สัดส่วนของปริมาตรของไนโอเบียมคาร์ไบด์ปฐมภูมิ (NbC) ในการควบคุมท่อของปลอกฮีตเตอร์ 347 ที่เสถียรจะต้านทานการแพ้ในระหว่างการใช้งานระยะยาว-ที่ 550 องศา เทียบกับ 316L ได้อย่างไร

ผลการรักษาเสถียรภาพของการสัมผัสกับอุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน

สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง (550 องศา ) ในระยะยาวของท่อความร้อนไฟฟ้าแบบมีเปลือก เช่น เครื่องทำความร้อนอากาศอุตสาหกรรม เครื่องอุ่นเตาปิโตรเคมี หรืออุปกรณ์บำบัดความร้อน- การเลือกสเตนเลสสตีล 316L (คาร์บอนต่ำ) เทียบกับ 347 (ไนโอเบียมเสถียร) นั้นได้รับแรงหนุนจากความต้านทานต่ออาการแพ้ตามลำดับ. 316L มีความสามารถในการต้านทานการตกตะกอนของโครเมียมคาร์ไบด์ต่อปริมาณคาร์บอนต่ำ (<0.03%). However even 316L can sensitise at 550 C after long service (5000-10000 hours). Carbon diffusion is sluggish, but will allow carbides to develop at grain boundaries. Type 347 has niobium (Nb, usually 10× C content, 0.3-0.8% Nb) which forms stable niobium carbide (NbC) precipitates in the grains, binding up carbon and preventing chromium depletion. The long term resistance to sensitisation is totally controlled by the volume fraction of the primary NbC (0.05-0.2%) and the fine secondary NbC which precipitates in service. Properly stabilised 347 is not sensitised at 550°C for >50,000 ชั่วโมง. 316L เริ่มมีความไวที่ 5,000-10,000 ชั่วโมง บทความนี้ระบุปริมาณความสัมพันธ์ระหว่างเปอร์เซ็นต์ของปริมาตร NbC เวลาให้บริการ และการต้านทานต่ออาการแพ้ใน 347 เทียบกับ 316L

กลไกการตรึงคาร์บอนและความคงตัวของไนโอเบียม

ในเหล็กกล้าไร้สนิม 347 (18Cr-11Ni-Nb) ไนโอเบียมมีความสัมพันธ์กับคาร์บอนมากกว่าโครเมียมอย่างมาก ในระหว่างการหลอมสารละลาย (1,050-1,100 องศา) NbC ส่วนใหญ่จะละลาย แต่อนุภาค NbC หลัก (1-5 µm) จะไม่ละลาย NbC ทุติยภูมิละเอียดจะตกตะกอน (10-50 นาโนเมตร) ในเมทริกซ์ออสเทนไนต์ โดยส่วนใหญ่จะอยู่ที่การเคลื่อนตัวและในเมล็ดข้าว แทนที่จะตกตะกอนที่ขอบเขตของเมล็ดพืช บนความเย็นและการใช้งานที่ 450-750 องศา คาร์บอนถูกผูกติดอยู่กับ NbC ดังนั้นกิจกรรมของคาร์บอนในเมทริกซ์จึงต่ำมาก วิธีนี้จะป้องกันไม่ให้ Cr คาร์ไบด์ ( Cr2 3 C6 ) ก่อตัวที่ขอบเขตของเกรน ประสิทธิภาพของการทำให้เสถียรขึ้นอยู่กับอัตราส่วน Nb:C (ประมาณ 8:1 สำหรับ NbC) และความสมบูรณ์ของการอบอ่อนการทำให้เสถียร (ปกติคือ 850-900 องศาเป็นเวลา 2-4 ชั่วโมงหลังการหลอมสารละลาย)

ความสัมพันธ์ระหว่างเศษส่วนของปริมาตร NbC กับความต้านทานต่อการแพ้ที่ 550 องศา

347 tubing (ที่มีความเข้มข้นของไนโอเบียมและคาร์บอนต่างๆ) และท่อ 316L ที่ 550 องศาเป็นเวลาสูงสุด 50,000 ชั่วโมงด้วยการทดสอบ ASTM A262 Practice A (กัดกรดออกซาลิก) และ Practice E (คอปเปอร์-คอปเปอร์ซัลเฟต) เป็นระยะๆ ได้กำหนดเวลาต่อไปนี้ในการเริ่มทำให้เกิดอาการภูมิแพ้:

Alloy Niobium (wt %) Carbon (wt %)Nb:C weight ratio NbC fraction Volume (%) Sensitisation time at 550°C (h) ASTM A262 Practice A after 10,000hRecommended for >10,000 hours at 550°C 316L 0 0.020 0 0 5,000-10,000 Ditch (sensitized) No 316L (extra low C) 0 0.010 0 0 10,000-20,000 Dual (transition) Marginal 347 (under-stabilized) 0.15 0.040 3.8 0.02-0.05 10,000-20,000 Dual Acceptable 347 (minimally stabilized) 0.20 0.040 5.0 0.04-0.08 20,000-30,000 Step (mostly) Recommended 347 (properly stabilized) 0.40 0.040 10 0.08-0.15 >50,000 Step Best 347 (fully stabilized) 0.60 0.040 15 0.12-0.20 >50,000 Step Best 347 (over-stabilized) 0.80 0.040 20 0.15-0.25 >50,000 (แต่สตริงเกอร์ NbC) ขั้น (แต่มีความเสี่ยงจากเฟอร์ไรต์) ข้อควรระวังที่ยอมรับได้ 347 (สูง C) 0.40 0.060 6.7 0.10-0.18 30,000-40,000 ขั้นที่แนะนำ
ผลของการหลอมเสถียรภาพต่อการตกตะกอนของ NbC

หลังจากการหลอมสารละลาย การอบอ่อนเพื่อรักษาเสถียรภาพที่ 850-900 องศา จะทำให้เกิดการตกตะกอนของ NbC ในแกรนูลละเอียด เพิ่มการตรึงคาร์บอนให้สูงสุด และป้องกันอาการแพ้ในภายหลัง

ลำดับการบำบัดความร้อน NbC สัณฐานวิทยา เวลาจนถึงอาการแพ้ที่ 550oC (ชม.) แนะนำให้ใช้สำหรับบริการระยะยาว (LTS)
สารละลายอบอ่อนเท่านั้น (1,050 องศา ดับด้วยน้ำ) NbC หลักเท่านั้น (หยาบ มี C บ้างในสารละลาย) 15,000-30,000 ยอมรับได้
Solution anneal + stabilisation (850°C, 2 h)Fine intragranular NbC (most C fixed) >50,000 ดีที่สุด
Solution anneal + stabilisation (900°C, 4h)>50,000 Beste NbC ดีมาก การตรึง C เต็ม
การรักษาเสถียรภาพแบบหยาบโดยไม่มีวิธีแก้ปัญหา อบอ่อน NbC เท่านั้น (ไม่สมบูรณ์) 10,000-20,000 เส้นเขตแดน
ไม่คงตัว (ตามรอยเชื่อม)ผสม 5,000-15,000ไม่แนะนำ
คำแนะนำการปฏิบัติสำหรับการเลือกเครื่องทำความร้อนสำหรับบริการ 550 องศา

สำหรับการทำงานอย่างต่อเนื่องของเครื่องทำความร้อนแบบหุ้มที่ 550 องศา พารามิเตอร์ต่อไปนี้สำหรับการเลือกโลหะผสมจะใช้ขึ้นอยู่กับอายุการใช้งานที่ต้องการ:

อายุการใช้งานที่ต้องการที่ 550 องศา (ชั่วโมง) โลหะผสมที่แนะนำ ข้อกำหนดขั้นต่ำในการคงตัว ปัจจัยต้นทุนการต้านทานการแพ้ที่คาดหวัง<5,000 316L (0.03%C) None Acceptable 1.0× 5,000-10,000 316L (0.02%C) or 347 (minimum)1.1×10,000-20,000 347 (well stabilised) 850°C, 2h Marginal None for 316L; stabilisation optional for 347Good 1.3× 20,000-50,000 347 (completely stabilized) 900°C, 4h Excellent 1.4× >50,000 347 + high Nb (0.6-0.8%) Full stabilisation + fine grain Best 1.5× >50,000 (สภาพแวดล้อมที่มีฤทธิ์กัดกร่อน) สแตนเลส 310 (ไม่มีอาการแพ้)N/A ไม่เกี่ยวข้อง 2.0× ประสิทธิผลของการตรวจสอบความเสถียร

ข้อกำหนดการอนุมัติต่อไปนี้ใช้กับผู้ซื้อที่ระบุ 347 สำหรับบริการที่อุณหภูมิสูงในระยะยาว:

ASTM A262 แนวทางปฏิบัติ A: โครงสร้างขั้นบันได (ขอบเขตเกรนเรียบ) หลังจากอายุการใช้งานครบตามกำหนดหรือหลังจากการเร่งอายุ (1,000 ชั่วโมงที่ 650 องศา )

ASTM A262 Practice E: หลังจากผ่านอายุ (ไม่มีการแตกร้าวหลังจากการดัดงอ)

Niobium to carbon ratio: Nb/C weight ratio >= 10 (ควรเป็น 12-15) ในใบรับรองโรงงาน

การรับรองการหลอมความคงตัว: เวลาและอุณหภูมิ (เช่น . 900 องศา C เป็นเวลา 4 ชั่วโมง) ที่บันทึกไว้

สรุป: 347 มากกว่า 316L สำหรับบริการขยาย 550 องศา

Carbon diffusion in 316L stainless steel heater sheaths at 550°C leads to chromium carbide precipitation and sensitisation after 5,000-10,000 hours of operation, making it susceptible to intergranular corrosion. Type 347 (niobium stabilised) with correct ratio of Nb:C (≥10:1) and stabilisation annealing (850-900°C, 2-4 hours) is not sensitised for >50,000 ชั่วโมง เนื่องจากคาร์บอนถูกสะสมอย่างถาวรเป็น NbC ในแกรนูล สำหรับการบริการต่อเนื่องที่สูงกว่า 500 องศา โดยมีความต้องการอายุการใช้งานเกิน 5,000-10,000 ชั่วโมง วิศวกรที่ระบุเครื่องทำความร้อนแบบห่อหุ้มควรเลือก 347 แทนที่จะเป็น 316L สำหรับการใช้งานที่มีความต้องการมากที่สุด (สภาวะการกัดกร่อน + อุณหภูมิสูง) สแตนเลส 310 (25Cr-20Ni) จะให้ความต้านทานมากกว่าเดิมแต่มีราคาสูงกว่า กรอบการทำงานนี้ช่วยให้ผู้ซื้อสามารถเลือกโลหะผสมที่มีความเสถียรมากที่สุดสำหรับการใช้งานในระยะยาวในเครื่องทำความร้อนที่อุณหภูมิสูงโดยเชื่อมโยงเศษส่วนของปริมาตร NbC กับระยะเวลาเริ่มต้นของการแพ้ที่ 550 องศา