ภายใต้การผสมผสานที่เฉพาะเจาะจงของการตกตะกอนเฟสแกมมาไพรม์ ( ') และความเครียดแรงดึงประยุกต์ ปลอกฮีตเตอร์ 316 พัฒนาอุณหภูมิสูง-การแตกตามขอบเกรนตามขอบเกรนที่ 650 องศา หลังจาก 10,000 ชั่วโมง
ฝากข้อความ
พารามิเตอร์ปฏิกิริยาระหว่างความเครียด-การตกตะกอนสำหรับ-การเริ่มเกิดการคืบคลานระยะยาว
The precipitation of secondary phases, particularly gamma prime (γ', Ni3(Al,Ti)) and sigma (σ, FeCrMo), can lead to embrittlement and intergranular cracking at low applied stresses in 316 stainless steel sheathed electric heating tubes at long-term (10,000+ hours) temperatures of 650°C. In contrast to the conventional creep behaviour of 316 controlled by chromium diffusion and dislocation climb, precipitation of small γ' particles (10-50 nm) in grains strengthens the matrix but promotes also strain localisation at grain borders. Intergranular cavities nucleate in the γ'-denuded zones near to grain boundaries under constant tensile stress (hoop stress due to thermal expansion or internal pressure) in excess of about 30-50 MPa, resulting to premature cracking. The crucial combination for 650°C service is >5,000 hours exposure with applied stress >40 เมกะปาสคาล Fine ' ตกตะกอนจากอะลูมิเนียมที่เหลือ (0.005-0.015%) และไทเทเนียม (0.01-0.03%) ที่แพร่หลายในเชิงพาณิชย์ 316 แม้แต่ 20,000 ชั่วโมงก็ไม่ทำให้เกิดการแตกร้าวเนื่องจากความเครียดน้อยกว่า 20MPa ในบทความนี้ ความสัมพันธ์ระหว่างจลนพลศาสตร์ของ ' การตกตะกอน ความเครียดที่ใช้ และเวลาต่อการแตกร้าวตามขอบเกรนที่ 650 องศา จะถูกหาปริมาณ
กลไกของ '-การเกิดการแตกตัวตามขอบเกรนแบบเหนี่ยวนำ
สแตนเลส 316 เชิงพาณิชย์ประกอบด้วยอะลูมิเนียมในปริมาณเล็กน้อย (โดยทั่วไปคือ 0.005-0.015%) และไทเทเนียม (0.01-0.03%) ซึ่งไม่ได้ระบุหรือควบคุม องค์ประกอบเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับนิกเกิลเพื่อให้แกมมาไพรม์ Ni₃(Al,Ti) ที่มีความต่อเนื่องกันตกตะกอนภายในเมล็ดออสเทนไนต์หลังจากผ่านไป 5,000-10,000 ชั่วโมงที่ 650 องศา ภายในเมล็ดข้าวได้รับการเสริมความแข็งอย่างแข็งแกร่งด้วยอนุภาค $\\gamma'$ (30-50 HV) อย่างไรก็ตาม บริเวณที่อยู่ใกล้กับขอบเขตของเมล็ดพืชโดยตรงจะหมดลงทั้ง 'สารก่อรูปและตัวถูกละลายที่ทำให้เข้มแข็ง' สิ่งนี้จะสร้างบริเวณที่อ่อนนุ่มและอ่อนแอ ภายใต้ความเค้นดึงที่ใช้ ความเครียดจากการคืบจะจำกัดวงในโซนอ่อนเหล่านี้ที่ทำให้เกิดโพรงนิวเคลียสที่ผสานตามแนวขอบเขตของเกรน การแตกร้าวเป็นแบบขอบเกรนและเกิดขึ้นที่ความเค้นต่ำกว่าค่าความต้านทานการแตกร้าวแบบคืบเฉลี่ยที่ 7'-free 316 มาก
ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่าง ' การตกตะกอน ความเครียด และการโจมตีแบบแคร็ก
ควบคุมการเสื่อมสภาพในระยะยาวของท่อ 316 (0.012% Al, 0.02% Ti) ที่ 650 องศาโดยมีความเค้นแบบห่วงที่ใช้ (จากแรงดันภายในหรือการขยายตัวเนื่องจากความร้อนที่จำกัด) ได้กำหนดกรอบเวลาต่อไปนี้จนถึงการเริ่มต้นการแตกร้าว
Gamma Prime Volume Fraction (%) Ageing Time (hours) at 650°CGamma Prime Size (nm) Applied Hoop Stress (MPa) Time to Intergranular Cracking (hours) Dominant Failure Mode Recommended for 650°C Service >10,000h 0-1,000 <0.1 (none) N/A <100 No cracking Creep (transgranular) Yes 1,000-3,000 <0.2 <10 >60 5,000-8,000 Mixed (trans + inter) Marginal 3,000-5,000 0.2-0.5 10-20 >50 4,000-6,000 IntergranularNot recommended 5,000-7,000 0.5-1.0 15-25 >40 3,000-5,000 Intergranular No 7,000-10,000 1.0-1.5 20-30 >35 2,500-4,000 Intergranular No 10,000-15,000 1.5-2.0 25-35 >30 2,000-3,500 Intergranular No >15,000 >2.0 >35 >25 1,500-2,500 หมายเลขตามขอบเกรน
ใดๆ ใดๆ ก็ได้<20 >20,000 (ไม่แตก) ไม่มีครับ
ใดๆ (Al/Ti ต่ำ)<0.1 (alloy 316L with <0.005% Al, <0.01% Ti) N/A <100 >20,000 คืบเท่านั้น ใช่
อิทธิพลของปริมาณอะลูมิเนียมและไทเทเนียมต่อ ' การก่อตัว
' เศษส่วนของปริมาตรที่ 650 องศาเป็นสัดส่วนกับความเข้มข้น (Al + Ti/2) การลดองค์ประกอบการติดตามเหล่านี้จะลดการตกตะกอนของ $\\gamma$'
อลูมิเนียม (wt%) ไทเทเนียม (wt%) (Al + Ti/2) เทียบเท่า ' เศษส่วนของปริมาตรหลังจาก 10,000 ชั่วโมงที่ 650 องศา (%) ความเครียดสูงสุดที่แนะนำสำหรับอายุการใช้งาน 10,000 ชั่วโมง (MPa) 0.005 0.010 0.010<0.2 >100 0.008 0.015 0.016 0.3-0.5 60 0.010 0.020 0.020 0.5-0.8 50 0.012 0.025 0.025 0.8-1.2 40 0.015 0.030 0.030 1.2-1.6 30 0.020 0.040 0.040 >2.0 <20 >0.025 >0.050 >0.050 >2.5 316 ไม่เหมาะสม
ข้อแนะนำการปฏิบัติสำหรับการบริการที่ 650 องศา
พารามิเตอร์ต่อไปนี้ลดการเปราะที่เกิดจากแกมมาไพรม์สำหรับปลอกตัวทำความร้อน 316 ตัวสำหรับการบริการ 650 องศา ด้วยอายุการใช้งานการออกแบบ > 5,000 - 10,000 ชั่วโมง
อายุการใช้งานที่ต้องการที่ 650 องศา (ชม.) ความเค้นห่วงสูงสุดที่ใช้ (MPa) สูงสุด Al + Ti/2 (wt%) ที่จำเป็น การตรวจสอบโลหะผสมที่แนะนำหลังการบริการ
5,000 <30 <0.020 316L (standard)5,000 30-50 0.015 316L (low Al/Ti) Hardness check (180 HV) 10,000 20 0.020 316L10,000 20-40 <0.010 316L (speciality low Al/Ti) Practice E test after 5,000h 10,000 >40N/A อัปเกรดเป็น 347 หรือ 310 ไม่มี 20,000<20 <0.015 316L with stabilisation Periodic examination of replica
การยืนยัน ' อันตรายจากการก่อตัวและการแตกหัก
ผู้ซื้อที่ระบุ 316 สำหรับบริการ 650 องศามีเทคนิคการตรวจสอบสามแบบ ประการแรกคือการวิเคราะห์ทางเคมีของอะลูมิเนียมและไทเทเนียมที่ตกค้าง: Al + Ti/2<0.020% for mild stress, <0.010% for high stress. Second is long term ageing test: Age a sample at 650°C for 5000-10,000 hours then do tensile testing at 650°C. Reduction in elongation from >40% ถึง<20% is evidence of γ' embrittlement. 3.hardness monitoring: a rise from 160-180 HV to >200-220 HV หลังการบริการเป็นลักษณะเฉพาะของ 'การผลิต'
สรุป: AL/TI ต่ำในระยะยาว 650 DEG C CREEP DUCTILITY
Fine gamma prime (γ') particles precipitate from residual aluminium and titanium (typically 0.01-0.03% each) embrittling grain boundary regions of 316 stainless steel heater sheaths, operating at 650 °C for 10,000+ hours, resulting in intergranular cracking under applied hoop stresses as low as 30-50 MPa. Failure occurs when critical combination of >5,000 hours, stress >35-40 MPa and Al+Ti/2 >0.020% เปอร์เซ็นต์ปริมาณ ' ลดลงเหลือ<0.5% after 10,000 hours and the threshold stress for cracking increased to >60 MPa โดยระบุ 316L โดยมีอะลูมิเนียมสูงสุด 0.008% และไทเทเนียม 0.015% (Al+Ti/2<0.016%). For service with an applied stress >40 MPa ที่ 650 องศา แนะนำให้อัพเกรดเป็น 347 (ไนโอเบียมเสถียร) หรือสแตนเลส 310 (ไม่มี ' การก่อตัวที่อุณหภูมินี้) งานปัจจุบันจัดทำกรอบการทำงานที่เกี่ยวข้องกับ ' จลนพลศาสตร์ของการตกตะกอนและความเครียดประยุกต์กับจุดเริ่มต้นของการแตกร้าวตามขอบเกรนที่ 650 องศา ซึ่งผู้ซื้อสามารถใช้เพื่อระบุขีดจำกัดขององค์ประกอบการติดตามที่จะไม่นำไปสู่การเกิดการเปราะในระยะยาว-ของปลอกเครื่องทำความร้อน 316
