Pie kādas īpašas termiskā cikla frekvences un maksimālās temperatūras kombinācijas 1,0 milimetru 316 nerūsējošā tērauda apvalkā veidojas oksīda izslāņošanās, kas paātrina sienu vienmērīgu retināšanu cikliskā gaisa sildīšanas pakalpojumā?

Inženieriem, kas būvē elektriskos iegremdējamos sildītājus rūpnieciskajām krāsnīm, gaisa kanālu sildītājus un termiskās cikliskās kameras, oksīda nogulsnes veidošanās un izšļakstīšanās uz 316 nerūsējošā tērauda apvalka virsmas ir progresīvs, bet paredzams sienu retināšanas mehānisms. Ja punktveida vai aktīvā korozija izraisa lokālu bojājumu, oksīda izslāņošanās veicina viendabīgu materiāla zudumu visā apsildāmajā virsmā. Katrs siltuma cikls veido nelielu ar hromu bagāta oksīda pārklājumu. Galu galā oksīda slānis kļūs pārāk biezs, un tas nobirs. Tas ir tāpēc, ka oksīda slānim ir atšķirīga termiskā izplešanās nekā metālam, un oksīda slānis saplaisā un pārslās, pakļaujot oksidējamam svaigam metālam. Šis process ir īpaši jutīgs pret apvalku, kura sieniņu biezums ir 1,0 mm, jo ​​neliels vienmērīgs retinājums var ievērojami samazināt konstrukcijas integritāti. Šajā rakstā ir noteikti precīzi termiskā cikla biežuma apstākļi un maksimālā temperatūra, pie kuras oksīda izšļakstīšanās paātrinās līdz punktam, kas samazina apvalka kalpošanas laiku līdz rūpnieciskai darbībai nepieņemamam līmenim.

Nerūsējošā tērauda 316L oksīdu augšanas un izšļakstīšanās kinētika
316 nerūsējošā tērauda oksidēšanās kinētika gaisā atbilst paraboliskajam likumam: oksīda biezums palielinās līdz ar laika kvadrātsakni temperatūrā. 600°C temperatūrā oksīda biezums ir aptuveni 2 mikroni pēc 100 stundām un aptuveni 5 mikroni pēc 1000 stundām. Tie paši biezumi tiek sasniegti attiecīgi pēc 20 h un 200 h 700°C temperatūrā. 800°C temperatūrā oksīds ir 5 mikroni 50 stundās. Kritiskais oksīda biezums izšļakstīšanai termiskā cikla laikā ir temperatūras starpības funkcija ciklā. Temperatūras svārstībām 500°C (teiksim, no 200°C līdz 700°C) izšļakstīšanās sākas, kad oksīda biezums ir aptuveni 3–4 mikroni. 700°C (piem., no 100°C līdz 800°C) izšļakstīšanās sākas no 2-3 mikroniem. Katrs izšļakstīšanās notikums no apvalka virsmas noņem 1–3 mikronus metāla, jo oksīda slānis satur metālu no pamatnes. 1,0 mm apvalks, kas pakļauts 100 izšļakstīšanās gadījumiem, var zaudēt 0,1–0,3 mm sienas biezuma, kas atbilst 10–30% no tā sākotnējā materiāla. Cikliskā apstrādē ar izšļakstīšanos 100–500 ciklos 1,0 mm apvalks var sasniegt minimālo konstrukcijas biezumu (0,5 mm) pēc 500–2000 cikliem, ti, . 1-5 ekspluatācijas gadiem vienā ciklā dienā.

Kritiskie sliekšņi paātrinātai atslāņošanai 1,0 milimetra apvalkā. Kontrolēta krāsns testēšana 1,0 mm 316 apvalka paraugiem cikliskās gaisa sildīšanas apstākļos nosaka īpašus sliekšņus, pie kuriem izšļakstīšanās paātrinās līdz nepieņemamam ātrumam. Nepieņemami: pastāvīga sienas retināšana > 0,05 mm uz 1000 cikliem. (Tas samazinātu 1,0 mm apvalku līdz 0,7 mm pēc 6000 cikliem, kas ir aptuveni 5 gadi ar 3 cikliem dienā).

Maksimālā cikla temperatūra Temperatūras svārstības cikla ciklos līdz pirmajam izšļakstīšanās oksīda biezumam pie izšļakstīšanās sienas Retināšana uz izšļakstīšanas notikumu Cikli līdz 0,7 mm Atlikusī siena (30% zudums) 500 grādi 400 grādi (100 grādi līdz 500 grādi) 2000–500 grādi 2000–2000–1 mikrons 3, 15 000–30,000 600 grādi 500 grādi (100 grādi līdz 600 grādi) 500–800 4 – 5 mikroni 2–3 mikroni 3000–6,000 650 grādi 550 grādi (100 grādi līdz 650 grādi) – {3n s 4 mikroni 1500 – 3,000 700 grādi 600 grādi (100 grādi līdz 700 grādi) 100 – 200 3 – 4 mikroni 3 – 5 mikroni 800 – 1,500 750 grāds 650 grādi (100 grādi līdz 750 grādi) (100 grādi līdz 750 grādi) – {50} s 6 mikroni 400 - 800 800 grādi 700 grādi (100 grādi līdz 800 grādi) 20 - 50 2 - 3 mikroni 5 - 8 mikroni 200 - 400
For 1.0 mm sheath, peak temperature 650°C and 3 cycles per day (approximately 1,000 cycles per year), spallation would result in a wall thickness reduction of 0.02–0.04 mm/year, leaving the sheath at 0.7 mm after 5–8 years. This may be tolerable for many purposes. At 750°C peak, the same cycle frequency accelerates the thinning to 0.05–0.10 mm/year, resulting in a life of 2–4 years. At 800°C peak, life is 1–2 years. The essential threshold for undesirable spallation (wall thinning >0.05 mm per 1000 cycles) is at around 700°C peak temperature with cycles >300 grādu šūpoles. Virs šī sliekšņa 1,0 mm apvalks zaudē materiālu ātrāk, nekā gaida lielākā daļa rūpniecisko lietotāju.

1,0 mm apvalka drošas darbības aploksne cikliskā gaisa servisā
Tālāk esošajā tabulā ir norādīts drošas darbības diapazons 1,0 mm 316 apvalkam cikliskai gaisa sildīšanai. Pamats ir pieļaujamā sienu retināšana, kas mazāka par 0,03 mm uz 1000 cikliem (0,1 mm ik pēc 3000 cikliem vai aptuveni 10% zudums 5 gadu laikā ar 2 cikliem dienā).

Maksimālā apvalka virsmas temperatūra maks. Ieteicamie cikli dienā Maks. Ieteicamie kopējie cikli ekspluatācijas laikā Paredzamais sienas retināšana pēc maks. CikliIeteicamā darbība, kas pārsniedz šos ierobežojumus
Līdz 500°C 10 50,000 Zem 0,05 mm 316 pieņemams; jebkura cikla frekvence 500 – 550°C 5 25,000 0.05 – 0,10 mm Pieņemams lielākajai daļai rūpniecisko pakalpojumu
550 – 600°C 3 15,000 0.10 – 0,15 mm Monitora sieniņu biezums periodiski 600 – 650°C 2 10,000 0.15 – 0,25 mm Apsveriet Incoloy 800H ilgākam kalpošanas laikam 650 – 700°C 1 5} -{0.3 marginal. ieteicams jauninājums 700–750°C 0.5 2,500 0.30 – 0,50 mm 316 nav ieteicams
>750°C Nav ieteicams Nav piemērojams Ātra izšļakstīšanās Keramikas sildītājs vai Incoloy 800H
Incoloy 800H piedāvā augstāku oksidācijas izturību, ja lietojumiem nepieciešama maksimālā apvalka temperatūra, kas pārsniedz 650°C, un vairāk nekā 2 cikli dienā. Sakausējums rada lēnāk attīstošu, vairāk lipīgu oksīdu, kas izšļakstās daudz lielākā biezumā (10–15 mikroni) un temperatūrā (virs 850 °C). Piemēram, 1,0 mm Incoloy 800H apvalks 750 °C temperatūrā ar 5 cikliem dienā tiks pakļauts sieniņu retināšanai<0.05 mm over 10,000 cycles - five to ten times better than 316.

Izmaiņas dizainā, lai samazinātu plaisāšanu{0}}plānās sienas apvalkos
Trīs konstrukcijas izmaiņas var samazināt atslāņošanās ātrumu, ja cikliskā gaisa satiksmē ir jādarbina 1,0 mm 316 apvalks, kas ir tuvu ieteiktajām robežām vai pārsniedz to. Pirmais ir izmantot iepriekšēju -oksidācijas apstrādi. Sildītāja darbība ar maksimālo temperatūru 100–200 h pirms cikliskās darbības rada biezāku, lipīgāku oksīdu, kura izšļakstīšanās iespējamība ir mazāka nekā plānajam oksīdam, kas veidojas agrīnā cikla laikā. Otrā izmaiņa ir palēnināt dzesēšanas ātrumu. Ātra dzesēšana no 700 grādiem līdz istabas temperatūrai izraisa termisko šoku un izšļakstīšanos. Neizmantojiet piespiedu gaisa dzesēšanu. Dabiskā dzesēšana mierīgā gaisā tiek samazināta par 30–50%. Pēdējā izmaiņa ir apvalka virsmas pulēšana līdz spoguļa spīdumam, kas mazāks par 0,2 mikroniem Ra. Gludākas virsmas rada smalkākus{17}}graudainus oksīdus, kas ir vairāk saķeri nekā oksīdi, kas izveidoti uz raupjām,{18}}sagrieztām virsmām. Elektropulētu 316 apvalku atslāņošanās ātrums ir par 40-60% zemāks nekā noslīpētiem apvalkiem tādā pašā cikla apstākļos. Lielākajai daļai rūpniecisko gaisa sildīšanas iekārtu, kuras temperatūra ir zemāka par 650°C, 1,0 mm 316 apvalks nodrošina apmierinošu kalpošanas laiku 5–10 gadus ar pieļaujamām cikla frekvencēm. Ja temperatūra pārsniedz 650°C, jāsamazina kalpošanas laiks vai jāsamazina cikla biežums, vai jāizmanto sakausējums, kas ir izturīgāks pret oksidēšanu. Norādot sildītājus cikliskajam gaisa darbam, vienmēr norādiet paredzamo maksimālo apvalka temperatūru, cikla biežumu un plānoto kalpošanas laiku. Ražotājs, kas iesaka 316 750C pakalpojumam, neminot izšļakstīšanos un sienu retināšanu, nesniedz pilnīgus inženiertehniskos padomus. Vienmērīgs sienas biezuma zudums oksīda izšļakstīšanās dēļ ir paredzams un kontrolējams, taču tas jāņem vērā, paredzot ekspluatācijas laiku, jo īpaši plānās sienas apvalkiem, kur ir svarīgs katrs zaudētā materiāla mikrons.