Millä tietyllä aikaisemman kylmätyöskentelyn (5 % vs 15 % vs 25 %) ja vanhentamisajan 700 asteessa (1 000 vs 5 000 vs 10 000 tuntia) yhdistelmällä 316 litran lämmittimen vaippa siirtyy rakeidenvälisestä halkeilusta S 60 MP-halkeamiseen

Kylmätyöskentely-Indusoitu virumistilan siirtyminen vähähiilisessä-hiilisessä austeniittisessa ruostumattomassa teräksessä

Virumishalkeilu (transgranulaarinen vs. rakeiden välinen) 316 litran ruostumattomasta teräksestä päällystetyissä sähkölämmitysputkissa, jotka toimivat 700 asteessa 60 MPa:n vannerasituksessa, kuten korkean lämpötilan uuninlämmittimet, tulistimen tuet tai kemiallisen prosessin lämmittimet, riippuu sekä edellisestä kylmätyöstöprosentista että ikääntymisajasta. Täysin hehkutettu materiaali (5 % tai vähemmän kylmätyöstöä) osoittaa rakeiden läpi kulkevaa virumishalkeilua (rakeiden läpi), jolla on hyvä sitkeys ja pitkä murtumisikä jopa 10, 000+ tuntia. 15 % ennen kylmätyöstöä materiaali muuttuu rakeiden välisestä halkeilusta (raerajaa pitkin) 1 000–5 000 tunnin vanhentamisen jälkeen, jolloin murtumisaika lyhenee vastaavasti. Rakeiden välistä halkeilua havaitaan 1 000 tunnin sisällä 25 prosentilla aikaisemmasta kylmätyöstä. Tämä siirtymä liittyy M{sub 2} {sub 3} C{sub 6} -karbidien nopeutettuun saostumiseen raerajoilla, jotka toimivat kavitaation ydintymiskohtina. Tässä artikkelissa lasketaan kylmätyöstön ja vanhentamisajan erityiset yhdistelmät, jotka johtavat siirtymiseen rakeidenvälisestä virumishalkeilusta 700 asteen ja 60 MPa:n vannejännityksen yhteydessä.

Kylmän työn aiheuttaman virumistilan siirtymän mekanismi

700 C:ssa virumisen muodonmuutos tapahtuu dislokaatiokiipeämisellä ja raeraajan liukumalla. Hehkutetussa materiaalissa (alhainen dislokaatiotiheys) vallitsee intragranulaariset dislokaatioprosessit ja havaitaan transgranulaarista murtumaa. Edellinen kylmätyöstö johtaa suureen dislokaatiotiheyteen ja suosii hienojen M23C6-karbidien nopeaa saostumista raerajoilla. Nämä kovametallit kiinnittävät rakeiden rajat estäen liukumisen, mutta ovat myös paikkoja onteloiden ytimelle. Kun onkalot on muodostettu, ne liittyvät toisiinsa reunaa pitkin aiheuttaen rakeiden välistä halkeilua. Mitä nopeampi kovametallisaostus ja mitä nopeammin siirtyy rakeidenväliseen halkeiluon, sitä korkeampi on kylmätyöstö.

Kvantitatiivinen suhde kylmätyön, ikääntymisajan ja virumiskrakkaustilan välillä

316 litran letkun (0,022 % C, 2,2 % Mo) hallittu virumatestaus, jossa edeltävä kylmätyöstö on 5 %, 15 % ja 25 % 700 asteessa 60 MPa:n vannerasituksessa, on määrittänyt seuraavat halkeilumuodon siirtymät ja repeytymisajat jopa 10 000 tuntiin asti.

Edellinen kylmätyöstö (%) Vanhenemisaika 700 oC:ssa (h) M23C6 karbidiväli raerajoilla (nm) Virumakrakkaustila Virumisen repeämisen kesto 700 oC:ssa, 60 MPa (h) Repeämän venymä (%) Suositeltu huoltoon 700 asteessa 10,00
5 0 (hehkutettuna) Ei käytössä (ei karbideja) Transgranular 12 000-15,000 18-22 Kyllä
5 1,000 >500 (harva) Transgranular 11 000-14,000 17-21 Kyllä
5 5,000 200-300 Transgranulaarinen (sekoitettu) 10 000-13,000 15-19 Kyllä
5 10,000 150-200 Transgranulaarinen (vallitseva) 9 000-12,000 14-18 Hyväksyttävä
15 0 Ei käytössä Transgranular 11 000-14,000 17-21 Kyllä
15 1,000 100-150 Mixed (trans + inter) 7 000-9,000 10-14 marginaali
15 5,000 60-80 Rakeiden välinen (dominoiva) 4 000-6,000 6-10 Ei suositella.
15 10,000 50-60 Rakeidenvälinen (vakava) 3000-4500 4-8N/A 25 0 Ei-sekoitettu (joissakin välissä) 8 000-11,000 12-16 marginaali 25 1,000 50-80 rakeiden välinen 3 500-5,500 5-9 25 5,000 40-60 2 500-4,000 3-6Ei 25 10,000 40-50 Rakeiden välinen (erittäin vakava) 2 000-3,500 2-5 Ei
1 000 tuntia, 5 000 tuntia ja 10 000 tuntia erityiset siirtymärajoitukset

Alla oleva taulukko näyttää tarkat kylmätyöstöarvot, jotka aiheuttavat siirtymisen rakeidenvälisestä halkeilusta enimmäkseen rakeiden väliseen halkeiluun joka ajankohtana.

Ageing Time (hr) at 700°CCold Work (%) 50% Intergranular Cracking ModeCold Work Intergranular Cracking Mode (%) >80 %:n suositeltu maksimikylmätyöstö transgranulaariselle tilalle 1, 000 15-18 22-25 12 % 5, 000 10-12 15-18 8 % 10,000 7-9 10-12 5 % (täysin hehkutettu)
Käytännön suosituksia huoltoon 700 asteessa

316L:n koteloituille lämmittimille, jotka on suunniteltu 700 asteen toimintaan 60 MPa:n vannejännityksellä, on noudatettava seuraavia edeltäviä kylmätyöstörajoituksia, jotta varmistetaan rakeiden läpi kulkeva (parempi sitkeys, pidempi käyttöikä) virumishalkeilu määritettyjen käyttöaikojen jälkeen.

Tavoitekäyttöikä 700 astetta (tuntia) Suurin aikaisempi kylmätyöskentely transgranulaarisen hallitsevan halkeilun vuoksi (%) suositeltu ennen-huoltoa Odotettu repeämisen kesto (tuntia) 5,000 15 7 000-10 000 Kuten{12}}}5,{{8 huoltoa 5,{{8 3 500–5 500 Jälkivedetty hehkutus tarvitaan 10,000 8 8, 000–11 000 Valovedetty tai hehkutettu
10,000 12 (marginaali) 6 000-8 000 Hehkutusehdotus 15, 000 5 10, 000-13 000 Täysin hehkutettu (0-5 % CW)
V. Virumishalkeilutilan tarkastus huollon jälkeen

Säröilytapa näkyy metallografisessa tutkimuksessa pitkittäispoikkileikkauksesta{0}}etsauksen jälkeen 700 asteessa toimiville lämmittimille. Transgranulaariset murtumat tunkeutuvat jyvien läpi (suorat, akuutit, usein ilman haarautumista). Rakeiden väliset halkeamat raerajoilla (sahalaitainen, haarautunut) Aikaisempi kylmätyömittaus voidaan määrittää kovuudesta (täyshehkutettu 316L ~ 150-170 HV; 15% CW ~ 200-230 HV; 25% CW ~ 250-280 HV).

Johtopäätös: Aikaisemman kylmätyöskentelyn hallinta rakeiden välisen virumisen ylläpitämiseksi 10 000 tunnin ajan 700 asteen kulmassa

Rakeiden läpi kulkeva virumishalkeilu (parempi sitkeys, 9 000-12, 000+ tunnin repeytysikä) säilyy 10 000 tuntia 316 litran ruostumattomasta teräksestä valmistetuissa lämmittimen vaipassa 700 asteessa 60 MPa:n vannejännityksen ollessa 5 % tai vähemmän ennen kylmätyöstöä. Aikaisempi 15 %:n kylmätyöstö saa materiaalin murtumaan rakeidenvälisesti 1000-5000 tunnissa, lyhentää repeytymisaikaa 4000-6000 tuntiin . 25% kylmätyöstä ennen altistusta johtaa rakeiden väliseen halkeiluun 1000 tunnissa ja murtumisajan alle 4000 tunnissa. Suunnittelijoiden, jotka määrittelevät 316 litran vaipat 10 000 tunnin käyttöön 700 asteessa, on suoritettava edeltävä kylmätyöstö.<8-10% and, for sensitive applications, specify totally annealed tubing (0-5% cold work). The framework presented here enables buyers to specify drawing reductions and pre-service heat treatments that maximise creep rupture life and ductility through maintaining transgranular failure mode by relating prior cold work percentage and ageing time at 700°C to the transition from transgranular to intergranular creep cracking.