Kādā specifiskā gamma primārā (') fāzes nokrišņu un pielietotā stiepes sprieguma kombinācijā 316 sildītāja apvalks attīsta augstu{1}}temperatūras starpgranulu plaisāšanu 650 grādos pēc 10 000 stundām

Nokrišņu{0}}stresa mijiedarbības parametrs ilgtermiņa-slīdēšanas trauslumam

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 MPa. Smalkas nogulsnes no alumīnija atlikuma (0,005–0,015%) un titāna (0,01–0,03%), kas izplatītas komerciālajā 316. Pat 20 000 stundas neizraisa plaisāšanu, ja spriegums ir mazāks par 20 MPa. Šajā rakstā ir kvantitatīvi noteikta saikne starp nokrišņu kinētiku, pielietoto spriegumu un laiku līdz starpgranulu plaisāšanai 650 grādos.

-Inducētās starpgranulu trausluma mehānisms

Tirdzniecības 316 nerūsējošais tērauds ietver nelielu daudzumu alumīnija (parasti 0,005-0,015%) un titāna (0,01–0,03%), kas nav norādīti vai kontrolēti. Šie elementi reaģē ar niķeli, veidojot smalkas, koherentas Ni₃(Al,Ti) gamma primārās nogulsnes austenīta graudos pēc 5000-10000 stundām 650 grādu temperatūrā. Graudu iekšpusi spēcīgi sacietē daļiņas $\\gamma'$ (30-50 HV). Tomēr reģionos, kas atrodas tieši pie graudu robežām, tiek izsmelti gan veidotāji, gan stiprinošie šķīdinātāji . Tas rada mīkstus, vājus reģionus. Pielietotā stiepes sprieguma apstākļos šļūdes deformācija lokalizējas šajās mīkstajās zonās, veidojot kodolu dobumus, kas saplūst gar graudu robežu. Plaisāšana ir starpgraudaina un notiek pie spriegumiem, kas ir daudz zemāki par vidējo šļūdes pārrāvuma izturību 7'-free 316.

Kvantificēta saistība starp nokrišņiem, stresu un plaisāšanas sākumu

Kontrolēta 316 cauruļu (0,012% Al, 0,02% Ti) ilgstoša novecošana 650 grādos ar stīpas spriegumu (no iekšēja spiediena vai ierobežotas termiskās izplešanās) ir izveidojusi šādus laika posmus līdz plaisāšanas sākumam.

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 1,500–2500 starpgranulu Nr
Jebkurš Jebkurš Jebkurš<20 >20 000 (bez plaisāšanas) Nav Jā
Jebkurš (zems Al/Ti)<0.1 (alloy 316L with <0.005% Al, <0.01% Ti) N/A <100 >20 000 Tikai Creep Jā
Alumīnija un titāna satura ietekme uz veidošanos

Tilpuma daļa pie 650 grādiem ir proporcionāla (Al + Ti/2) koncentrācijai. Šo mikroelementu samazināšana samazina $\\gamma$' nokrišņu daudzumu.

Alumīnijs (masa %) Titāns (masas %) (Al + Ti/2) Ekvivalentā tilpuma daļa pēc 10 000 h 650 grādu temperatūrā (%), ieteicamais maksimālais spriegums 10 000 h dzīves laikā (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 neatbilstošs
Praktiski ieteikumi apkalpošanai 650 grādu leņķī

Tālāk norādītie parametri samazina gamma primāro izraisīto trauslumu 316 sildītāja apvalkiem 650 grādu kalpošanai ar paredzēto kalpošanas laiku > 5 000 - 10 000 stundu.

Nepieciešamais kalpošanas laiks pie 650 grādiem (stundas) Maksimālais stīpas spriegums (MPa) Maksimālais Al + Ti/2 (masas%) Nepieciešamā ieteicamā sakausējuma pārbaude pēc apkopes
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 Jauninājums uz 347 vai 310 N/A 20 000<20 <0.015 316L with stabilisation Periodic examination of replica
Veidošanās un trausluma riska apstiprinājums

Pircējiem, kuri norāda 316 650 grādu pakalpojumam, ir pieejamas trīs pārbaudes metodes. Pirmā ir atlikušā alumīnija un titāna ķīmiskā analīze: 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% līdz<20% is evidence of γ' embrittlement. 3.hardness monitoring: a rise from 160-180 HV to >Ražošanai raksturīgs 200-220 HV pēc apkalpošanas.

SECINĀJUMS: ZEMS AL/TI ILGTERMIŅAM 650 °C ŠĪDĒŠANAI

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% Skaļuma procents tiek samazināts līdz<0.5% after 10,000 hours and the threshold stress for cracking increased to >60 MPa, norādot 316L ar maksimālo alumīniju 0,008% un titānu 0,015% (Al+Ti/2<0.016%). For service with an applied stress >40 MPa pie 650 grādiem, ieteicams uzlabot līdz 347 (stabilizēts ar niobiju) vai 310 nerūsējošais tērauds (šajā temperatūrā neveidojas). Šis darbs nodrošina ietvaru, lai saistītu nokrišņu kinētiku un pielietoto spriegumu ar starpgranulu plaisāšanas sākumu 650 grādu leņķī, ko pircēji var izmantot, lai norādītu mikroelementu ierobežojumus, kas neizraisītu 316 sildītāju apvalku ilglaicīgu trauslumu.