Kā Z-fāzes (CrVN) nokrišņu tilpuma daļa 347 sildītāja apvalka caurulēs pēc 50 000 stundām 600 grādu temperatūrā kontrolē ilgtermiņa šļūdes pārrāvuma stipruma samazināšanos

Kompleksā nitrīda fāze un tās šļūdes īpašību pasliktināšanās

Z-fāzes (CrVN, sarežģīts hroma vanādija nitrīds) nokrišņi var rasties 347 nerūsējošā tērauda (Nb-stabilizētas) elektriskās sildīšanas caurulēs, kas darbojas 600 grādos ļoti ilgu laiku (50,{5}} stundas), piemēram, ja ir ilgs -supervanādija cauruļu kalpošanas laiks. atlikušais elements (parasti 0,10-0,20% V). Atšķirībā no NbC, kas uzrāda stabilu nostiprināšanos, Z-fāze sākotnēji izgulsnējas sīku daļiņu veidā (10-30 nm), kas veicina šļūdes stiprību, bet pēc 20 000 -30 000 stundām pie 600 grādu Z--0ntoze un 10 nm fāze. patērē vanādiju un slāpekli, destabilizējot citas stiprinošas nogulsnes. Tīrais rezultāts pēc 50 000 stundām ir šļūdes pārrāvuma izturības zudums par 30-50%, salīdzinot ar materiālu, kas nesatur vanādiju. Zem 0,05% V Z-fāzes paaudze ir nenozīmīga, un šļūdes izturība ir stabila. Šajā darbā kvantitatīvi noteikta korelācija starp vanādija atlikuma saturu un Z fāzes tilpuma daļu pēc 50 000 stundām 600 grādu temperatūrā un šļūdes pārrāvuma stiprības zudumu.

Z{0}}fāzes trausluma mehānisms

Z-fāze (CrVN) ir tetragonāls savienojums, kas sastāv no hroma, vanādija un slāpekļa. Nokrišņi ir aptuveni 500-700 grādi. Z-fāzes rupjība, ko veicis Ostvalds, nogatavojoties ilgstošai novecošanai. Z-fāzes daļiņu augšana patērē matricu vanādiju (veidojot VC) un slāpekli (veidojot Cr2N vai NbN). Šļūdes stiprumu samazina matricas mīkstināšana un lielu, trauslu Z-fāzes daļiņu klātbūtne. Šī ietekme visspilgtāk redzama pēc 30 000–50 000 stundām, kad Z fāzes daļiņas ir lielākas par 200–300 nm.

Vanādija satura, Z-fāzes tilpuma daļas un šļūdes stipruma kvantitatīvās atkarības

Kontrolēta -347 cauruļu (0,45% Nb, 0,06% C, 0,08% N) ar dažādu vanādija atlikuma 600 grādu novecošana 50 000 stundu garumā un sekojošie šļūdes pārrāvuma testi pie 600 grādiem un 80 MPa ir noteikuši šādus stiprības zudumus.

Vanādija saturs (masa%) Z-Fāzes tilpuma frakcija pēc 50 000 h pie 600 grādi (%) Z-Fāzes daļiņu izmērs pēc 50 000 h (nm) Šļūdes pārrāvuma stiprums pie 600 grādiem , 80 MPa (h) Freeded Strength for Freeded Strength 50 000h Apkalpošana 600 grādos<0.02 (V-free) 0 N/A 25,000-30,000 1.00x Yes
0.02-0.05 <0.05 50-80 22,000-28,000 0.90-0.95× Yes 0.05-0.10 0.05-0.10 80-150 18,000-24,000 0.80-0.90× Acceptable 0.10-0.15 0.10-0.20 150-300 14,000-18,000 0.60-0.80× Marginal 0.15-0.20 0.20-0.35 300-600 10,000-14,000 0.45-0.60× Not recommended 0.20-0.25 0.35-0.50 500-800 8,000-12,000 0.35-0.45× No >0.25 >0.50 >800 <8,000 <0.35× No 
Nb un N ietekme uz Z-fāzes veidošanos

Vairāk niobija stabilizē NbN un NbCN un samazina Z-fāzi. Lielāks slāpekļa daudzums paātrina Z-fāzi.

Mas.% Niobijs Mas.% Slāpeklis Mas.% VanādijsZ-fāzes tilpuma daļa pēc 50 000 h (%), šļūdes pārrāvuma ilgums (stundas) Ieteicams 50 000 h ekspluatācijā 0.40 0.06 0.10 0.10-0.15 16, 000–22 000 Pieņemams 0.45 0.06 0.10 0.08-0.12 18, 000-24,0 0.50 0.06 0.10 0.05-0.10 20, 000-26 000 Jā 0.45 0.08 0.15 0.20-0.30 12, 000-18 000 Robeža 0.45 0.04 0.15 0.10-0.15 16, 000-22 000 Pieņemami praktiski ieteikumi 50 000 stundu apkalpošanai 600 grādu leņķī

Vanādija un niobija ierobežojumi 347 apvalkotiem sildītājiem 50 000 stundu apkalpošanai 1100 F temperatūrā.

Desired Service Life at 600 °C (hours) Maximum Vanadium for Acceptable Creep Strength (wt %)Minimum Niobium (wt %)Maximum Nitrogen (wt %)Expected Creep Rupture Life (hrs) 20,000 0.15 0.40 0.08 15,000-20,000 30,000 0.10 0.45 0.07 18,000-25,000 40,000 0.08 0.45 0.06 20,000-28,000 50,000 0.05 0.50 0.06 22,000-30,000 >50,000 <0.02 0.50+ 0.05 25,000-35,000
Z-Fāzes nokrišņu pārbaude

Pircējiem, kuri vēlas ilglaicīgu šļūdes izturību, tiek piedāvātas divas metodes. Pirmā ir vanādija satura ķīmiskā pārbaude (pēc ICP vai OES) ar pieņemamu<0.05-0.10% for 50,000-hour service. Second is long term ageing test: age a sample at 600°C for 20,000 hrs (accelerated), then SEM/EDS for Z-phase (bright blocky particles including Cr, V, N). Acceptance: Z-phase volume fraction of 0.1-0.2%.

Secinājums: Zema vanādija specifikācija 50 000 stundu šļūdes mūžam

347 nerūsējošā tērauda sildītāju apvalkos, kas strādā 600 grādu temperatūrā 50 000 stundu, tiek novēroti Z-fāzes (CrVN) nokrišņi, pat ja vanādija atlikums ir 0,10-0,15%. Z-fāze rupjina līdz 150-600 nm un samazina šļūdes pārrāvuma izturību par 20-50%, salīdzinot ar materiālu, kas nesatur vanādiju. Inženieriem, kas nosaka 347 apvalkus īpaši ilgstošai lietošanai (30 000–50,{17}} stundas), vanādija daudzums jāierobežo līdz<0.05-0.08% and niobium to >0,45-0,50%, lai kavētu Z-fāzes attīstību. Šeit izstrādātā sistēma saista vanādija koncentrāciju, Z-fāzes tilpuma procentuālo daļu un šļūdes stiprības samazināšanos pie 600 grādiem. Šo ietvaru klienti var izmantot, lai definētu 347 ķīmiju, kas saglabās šļūdes izturību pusgadsimta dizaina kalpošanas laikā.