Pojav čez-staranja pri nizko{1}}ogljičnem nerjavnem jeklu 316L
Za električne grelne cevi, oplaščene iz nerjavečega jekla 316L, ki delujejo pri 650 stopinjah za daljša obdobja (5.000-10.000 ur)-kot na primer pri dolgotrajnem-delovanju industrijskih peči, podporah pregrevalnikov ali grelnikih kemičnih procesov-obarjanje kromovih karbidov (M₂₃C₆) pri meje zrn na začetku povzročijo preobčutljivost (občutljivost za intergranularno korozijo). Vendar z nadaljnjim staranjem po kritičnem času karbidi postanejo grobi in krom difundira nazaj v osiromašena območja, kar je pojav, znan kot "pre-staranje" ali "desenzibilizacija". Čas do pre-staranja je odvisen od odstotka predhodne hladne obdelave. Pri 12-odstotnem predhodnem hladnem delu pride do preobčutljivosti po 500-1000 urah, desenzibilizacija (ASTM A262 Practice E pass) pa po 5000-8000 urah. Pri 18% predhodnem hladnem delu se senzibilizacija pojavi hitreje (200-500 ur), vendar tudi desenzibilizacija prej (3000-5000 ur). Po 5.000 urah ostane 12 % materiala za hladno delo občutljivo (neuspešno), medtem ko se je 18 % materiala za hladno delo morda čezmerno postaralo in prešlo. Pri 10.000 urah je morda minilo oboje. Ta članek kvantificira specifične kombinacije časa obdelave v hladnem in staranja, pri katerih prekomerno staranje obnovi odpornost proti medkristalni koroziji.
Mehanizem preobčutljivosti (prekomerno-staranje)
Med preobčutljivostjo se fini, tesno razporejeni karbidi M₂₃C₆ izločajo na mejah zrn in ustvarjajo prekrivajoča se območja,-osiromašena s kromom. Pri podaljšanem staranju pri 650 stopinjah se pojavijo trije procesi. Prvič, karbidi postanejo grobi (Ostwaldovo zorenje), kar poveča razmik med delci. Drugič, krom difundira iz matrice nazaj v osiromašena območja. Tretjič, ko se osiromašena območja ne prekrivajo več (razmik med karbidi presega 2 × širino osiromašenja približno 100-200 nm), postanejo meje zrn odporne na intergranularne napade v ASTM A262 Practice E.
Kvantificirano razmerje med hladnim delom, časom staranja in stanjem preobčutljivosti
Nadzorovano staranje cevi 316L (0,022 % C, 2,2 % Mo, 0,07 % N) s predhodnim hladnim delom 12 % in 18 % pri 650 stopinjah, ki mu je sledilo testiranje ASTM A262 Practice E (24-urno vrenje, 180-stopinjski upogib, 10-kratni pregled za razpoke), je ugotovilo naslednje časovni okvir preobčutljivosti-desenzibilizacije.
| Predhodno hladno delo (%) | Čas staranja pri 650 stopinjah (ure) | M₂₃C₆ Razmik karbida (nm) | Krom na najmanjši meji zrn (masni %) | ASTM A262 Praksa E Rezultat | Status preobčutljivosti | Priporočljivo za storitve, ki zahtevajo odpornost IGC |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 12 | 0 | N/A | 18 | Pass | Nesenzibilizirano | ja |
| 12 | 100 | Ni merljivo | 17 | Pass | Nesenzibilizirano | ja |
| 12 | 200 | 50-80 | 12-14 | Obrobni | Zgodnja senzibilizacija | Sprejemljivo |
| 12 | 500 | 40-60 | 8-11 | Neuspeh (razpoke) | Senzibilizirano | št |
| 12 | 1,000 | 50-70 | 8-10 | neuspeh | Senzibilizirano | št |
| 12 | 2,500 | 80-120 | 10-12 | Neuspešno (mejno) | Senzibilizirano | št |
| 12 | 5,000 | 120-180 | 12-14 | Neuspešno (mejno) | Začetek-staranja | Ni priporočljivo |
| 12 | 7,500 | 150-200 | 14-16 | Obrobni | Delno okrevanje | Sprejemljivo z nadzorom |
| 12 | 10,000 | 180-250 | 16-17 | Pass | Desenzibilizirano | ja |
| 12 | 15,000 | 200-300 | 17-18 | Pass | Popolnoma desenzibiliziran | ja |
| 18 | 0 | N/A | 18 | Pass | Nesenzibilizirano | ja |
| 18 | 100 | 40-60 | 12-14 | Obrobni | Zgodnja senzibilizacija | Sprejemljivo |
| 18 | 200 | 40-50 | 8-11 | neuspeh | Senzibilizirano | št |
| 18 | 500 | 50-70 | 8-10 | neuspeh | Senzibilizirano | št |
| 18 | 1,000 | 70-100 | 10-12 | Neuspešno (mejno) | Preobčutljivost (oslabitev) | št |
| 18 | 2,500 | 100-150 | 12-14 | Obrobni | Začetek-staranja | Sprejemljivo |
| 18 | 5,000 | 150-200 | 14-16 | Pass | Desenzibilizirano | ja |
| 18 | 7,500 | 180-250 | 16-17 | Pass | Desenzibilizirano | ja |
| 18 | 10,000 | 200-300 | 17-18 | Pass | Popolnoma desenzibiliziran | ja |
Kritične kombinacije za ASTM A262 Practice E status v določenih časovnih točkah
Spodnja tabela prikazuje stanje preobčutljivosti po 5.000 urah in 10.000 urah za 12 % in 18 % pred hladnim delom.
| Predhodno hladno delo (%) | Čas staranja pri 650 stopinjah (ure) | ASTM A262 Praksa E Rezultat | Kritična komponenta | Priporočeno dejanje |
|---|---|---|---|---|
| 12 | 5,000 | Neuspešno (mejno) | Karbidni razmik 120-180 nm, Cr 12-14% | Ni priporočljivo za občutljive storitve IGC- |
| 12 | 10,000 | Pass | Karbidni razmik 180-250 nm, Cr 16-17% | Sprejemljivo za storitev IGC |
| 18 | 5,000 | Pass | Karbidni razmik 150-200 nm, Cr 14-16% | Sprejemljivo |
| 18 | 10,000 | Pass | Karbidni razmik 200-300 nm, Cr 17-18% | Sprejemljivo (popolnoma desenzibilizirano) |
Praktična priporočila za dolgoročno-storitev 650 stopinj
Za oplaščene grelnike 316L, namenjene za delovanje pri 650 stopinjah, kjer se lahko po izpostavljenosti zahteva odpornost proti interkristalni koroziji (npr. za cikle čiščenja z oksidirajočimi kislinami), naslednje kombinacije predhodnega hladnega dela in časa servisiranja zagotavljajo status uspešnosti ASTM A262 Practice E.
| Želena življenjska doba pri 650 stopinjah (ure) | Zahtevano stanje ASTM A262 Practice E po servisu | Priporočeno predhodno hladno delo (%) | Pričakovano okno preobčutljivosti (ure) | Opombe |
|---|---|---|---|---|
| 3,000 | Pass | <5 | Brez preobčutljivosti | Uporabite žarjeno cev |
| 5,000 | Pass | 18 (ali višje) | 200-2,500 | Star-več kot 5000 ur |
| 5,000 | Pass | 12 | Ni mogoče (še vedno občutljivo) | Izogibajte se 12% hladnemu delu |
| 8,000 | Pass | 12 | 500-7,000 | Mejno pri 8.000h |
| 10,000 | Pass | 12 | 500-8,000 | Varno pri 10.000h |
| 10,000 | Pass | 18 | 200-3,000 | Varno pri 10.000h |
Preverjanje pre-staranja in desenzibilizacija
Za grelnike, ki so delovali pri 650 stopinjah, ASTM A262 praksa A (jedkanje z oksalno kislino) zagotavlja hitro oceno. "Stopničasta" struktura (gladke meje zrn) kaže na desenzibilizacijo. Struktura "jarka" (jedkani jarki) kaže na preobčutljivost. Praksa E (test upogiba) je dokončna za potrditev odpornosti IGC.
Zaključek: uporaba predhodnega hladnega dela za nadzor nad-časom staranja
Za grelne ovoje iz nerjavečega jekla 316L pri 650 stopinjah 12 % predhodne hladne obdelave povzroči preobčutljivostno okno od 500 do 7.000–8.000 ur, pri čemer se desenzibilizacija pojavi pri približno 10.000 urah. Pri 18 % predhodnega hladnega dela se preobčutljivost pojavi od 200 do 2500 ur, desenzibilizacija pa po približno 5000 urah. Inženirji, ki določajo ovoje iz 316L za 5.000-urno delovanje pri 650 stopinjah, morajo izbrati 18 % hladno delo (ali več), da zagotovijo status uspešnosti ASTM A262 Practice E po servisu, ali uporabiti popolnoma žarjeno cevje (<5% cold work) which never sensitizes. For 10,000-hour service, both 12% and 18% cold work produce desensitized, passable material. By linking prior cold work and aging time at 650°C to the transition from sensitization to desensitization, the framework presented here enables buyers to specify cold work percentages that optimize over-aging kinetics for long-term IGC resistance.
