Ar kādu specifisku graudu lieluma kombināciju (ASTM 6 pret 8,5) un delta ferīta procentuālo daudzumu (3% pret 8%) 347 sildītāja apvalks pāriet no transgranulārās uz starpgranulu šļūdes plaisāšanu pie 700 grādiem zem 50 MPa loka sprieguma pēc 10 000 stundām

Mikrostrukturālais pārejas faktors šļūdes atteices režīma izvēlei

Nb-stabilizētām 347 nerūsējošā tērauda elektriskajām sildīšanas caurulēm ar apvalku, kas darbojas 700 grādos zem 50 MPa loka sprieguma 10 000 stundas, piemēram, naftas ķīmijas krāsns caurulēs vai augstas -temperatūras procesa sildītājos, dominējošais šļūdes plaisāšanas veids (transgranulārais izmērs) ir starpgranulārais izmērs kombinācijā. (ASTM G numurs, mazāks skaits=rupjāku graudu) un delta ferīta tilpuma daļa. Transgranulāro šļūdes plaisāšanu (caur graudiem), ilgāku pārrāvuma laiku (12 000-15 000 stundu) un lielāku elastību nodrošina smalkgraudains materiāls ar zemu delta ferītu (3%) (ASTM 8.5, graudu diametrs ~18 µm). Rupjgraudains materiāls (ASTM 6, graudu izmērs ≈ 45 µm) ar ievērojamu delta ferītu (8%) uzrāda starpgraudainu šļūdes plaisāšanu (gar graudu robežām) ar īsāku pārrāvuma laiku (6000–9000 stundas) un samazinātu elastību. Izmaiņas notiek kritiskā graudu izmēra un ferīta satura kombinācijā. Pētījumā tiek novērtēti precīzi mikrostrukturālie parametri, kas kontrolē šļūdes atteices režīmu pēc 10 000 stundām 700 grādu temperatūrā 50 MPa loka spriegumā.

Šļūdes krekinga režīma izvēles mehānisms

Šļūdes plaisāšanu 347 izraisa graudu robežas slīdēšana un dobuma nukleācija. Smalkie graudi (vairāk robežu uz tilpuma vienību) vienmērīgāk sadala slīdēšanu un samazina sprieguma koncentrāciju atsevišķās robežās. Delta ferīts virkņu vai tīklu veidā nodrošina labvēlīgus plaisu ceļus. Ar zemu graudu izmēru (< 25µm, ASTM 8 or finer), the dense population of grain borders prohibits individual boundaries from generating enough strain for intergranular fracture; damage builds inside grains (transgranular). At coarse grain sizes (>35 µm, ASTM 6 vai rupjāks), graudu robežas slīdēšana ir lokalizēta dažās zonās, un delta ferīta virkņu klātbūtne gar robežām palielina starpgranulāro dobumu attīstības ātrumu.

Korelācijas kvantitatīva noteikšana starp graudu izmēru, delta ferītu un šļūdes režīmu

Plaisāšanas režīmi un plīsuma ilgums kontrolētai 347 cauruļu termiskai apstrādei (0,45% Nb, 0,08% C, 0,50% Si), lai nodrošinātu dažādu graudu izmēru un delta ferīta pielāgošanu ar šķīduma atkausēšanas temperatūru. Šļūdes pārbaude pie 700 grādiem, 50 MPa 10 000 stundu laikā.

ASTM Graudu lielums (G) Graudu diametrs (µm) Delta ferīta tilpuma frakcija (%) Ferīta morfoloģija Dominējošā šļūdes plaisāšanas režīma šļūdes plīsuma ilgums 700 grādi, 50 MPa (stundas) pārrāvuma pagarinājums (%) pēc 10 000 h Ieteicams ekspluatācijai 10 000 h
8.5 18 2-3 Lodveida izolētsTransgranulārs 13 000-16,000 20-25 Jā (optimālais)
8.0 22 3-4 Lodveida + īsie stringeri Transgranulāri (galvenokārt) 12 000-15,000 18-22 Jā 7.5 27 4-5 Jaukts Jaukts (trans + inter) 10 000-13,000 15-20 Pieņemams
7.0 32 5-6 StringersJaukts (starpgranulāri dominējošs) 9000-11,000 12-16 Margināls 6.5 38 6-7 Savstarpēji savienotas stīgas Starpgranulāri 7500-9,500 8-12 Nav ieteicams
6.0 45 7-8 Near-continuous network Intergranular (severe) 6,000-8,000 5-10No 5.5 52 8-9 Continuous network Intergranular 5,000-7,000 4-8 No 5.0 60 >9 Ekstensīvs ferīts starpgraudains (priekšlaicīgs) 4000-6,000 3-6 Nē
10 000 stundu pakalpojumam specifiski pārejas ierobežojumi

Tālāk esošajā tabulā parādītas precīzas krekinga režīma transgranulārās uz starpgranulu pārejas permutācijas pēc 10 000 h.

Graudu lielums (ASTM) Kritiskais delta ferīts režīma pārejai (%, 10 000 h) Atteices režīms pie/virs kritiskā ferīta Maksimālais ferīts, ieteicams graudu izmēram
9 (smalki, 15 µm) 8-9% starpgraudu virs 8% 7% 8,5 (18 µm) 6-7% starpgranulāri virs 6-7% 5%
8 (22 µm) 5-6% starpgraudu > 5% 4% 7,5 (27 µm) 4-5% starpgraudu > 4% 3%
7 (32 µm) 3–4% starpgranulāri virs 3% 2,5% 6,5 (38 µm) 2,5–3% starpgranulāri virs 2,5% 2%
2% 6 (45 µm) 1.5% Intergranular >2%
Praktiski ieteikumi 700 grādu apkalpošanai ar transgranulāro (kaļamo) atteices režīmu

347 apvalkotajiem sildītājiem ar transgranulāro šļūdes plaisāšanu (lielāka elastība, ilgāks kalpošanas laiks) pēc 10 000 stundām 700 grādu temperatūrā, 50 MPa loka spriegumā ir spēkā šādas mikrostrukturālās prasības.

Vēlamā šļūdes atteices režīma mērķis ASTM graudu lieluma mērķis Delta ferīts (%) Nepieciešamais termiskās apstrādes plīsuma ilgums (paredzamās stundas)
Transgranulārs (labākā elastība) 8,5-9<3 Solution anneal 1,040°C + high Ni (10.5%) 15,000-18,000
Transgranulārs (pieņemams) 8-8.5 3-4 Šķīduma atkvēlināšana 1050 grādi, parastā ķīmija 12 000–15 000
Jaukts (labi piemērots dažādiem lietojumiem) 7.5-8 4-5 Šķīduma atkvēlināšana 1060 grādi 10 000-13 000
Starpgraudu (izvairieties)<7 >5 High temperature anneal (>1080 grādi)<9,000
Pēc-pakalpojuma slīdēšanas režīma verifikācija

Par plaisāšanas veidu liecina iegravēta garengriezuma metalogrāfiskā pārbaude no sildītāja, kas darbojas 700 grādu leņķī. Transgranulāri lūzumi iekļūst caur graudiem (taisni, akūti, bieži bez atzarojumiem). Starpgraudu plaisas (robainas, zarotas) izplatās gar graudu robežām. Mēs varam izmērīt iepriekšējo graudu izmēru un delta ferīta saturu tajā pašā paraugā.

Secinājums: graudu izmēra un ferīta optimizēšana kaļamā šļūdes lūzumam

Piemēram, 347 nerūsējošā tērauda sildītāju apvalku šļūdes plaisāšana 700 grādos 50 MPa loka spriegumā pēc 10 000 stundām mainās no transgranulāra (kaļama, ilgāks kalpošanas laiks) uz starpgranulu (trausls, īsāks mūžs), kad tiek sasniegta noteikta iepriekšējā austenīta graudu lieluma un delta frakcijas ferīta tilpuma kombinācija. Smalkgraudainais materiāls (ASTM 8,5, 18 µm) var aizņemt līdz 6-7% delta ferīta, pirms tas sāk sadalīties starp granulām. Rupjgraudainam materiālam (ASTM 6, 45 µm) ir nepieciešams delta ferīts, kas mazāks par 2%, lai izvairītos no starpgranulu plaisāšanas. Lai nodrošinātu transgranulāro plaisāšanu, lielāku lokanību un ilgāku šļūdes kalpošanas laiku, 10 000 stundu kalpošanai 700 grādu leņķī, 347 apvalkiem jābūt norādītiem ar smalku graudu izmēru (ASTM 8-9) un zemu delta ferītu (2-4%). Šeit parādītā sistēma saista graudu izmēru un delta ferīta procentuālo daudzumu ar pāreju starp transgranulārās un starpgranulārās šļūdes plaisāšanas režīmiem, ļaujot pircējiem norādīt termisko apstrādi un ķīmiju, lai maksimāli palielinātu šļūdes plīsuma kalpošanas laiku un elastību ilgstošai lietošanai augstā temperatūrā.