Kuinka keskimääräinen raerajojen karbidiväli herkistymisen jälkeen lämpökäsittelyn 316 lämmittimen vaippaletkun hallintarakeiden välisen korroosion nopeudella ASTM A262 Practice E -testissä

Herkistymisen vakavuuden mikrorakenneparametri

316 ruostumattomasta teräksestä päällystetyssä sähkölämmitysputkessa, jotka on altistettu herkistysalueen lämpötiloille (450{3}}850 astetta) jossain valmistus- tai huoltovaiheessa, rakeiden välisen korroosion (IGC) herkkyys ei ole yksinkertainen funktio raerajakarbidien olemassaolosta tai puuttumisesta. Keskeinen mikrorakenneparametri on kromikarbidihiukkasten keskimääräinen etäisyys raerajoilla. Kun karbidihiukkaset ovat riittävän lähellä toisiaan (etäisyys alle noin 0,5{8}}1,0 µm), vierekkäisten hiukkasten ympärillä olevat kromivajeet vyöhykkeet menevät päällekkäin muodostaen jatkuvan matalakromipitoisen reitin, johon hapettavat hapot hyökkäävät nopeasti (ASTM A262 Practice E, kupari-rikkihappotesti). Jos karbidihiukkaset ovat levinneet laajalle (etäisyys > 1-2 m), tyhjennysvyöhykkeet eivät mene päällekkäin ja rakeiden rajat kestävät rakeiden välistä hyökkäystä. Tässä artikkelissa kvantifioidaan keskimääräisen karbidivälin, herkistymisasteen ja IGC-nopeuden välinen yhteys perinteisessä 24 tunnin harjoitus E -testissä.

Päällekkäisten ehtyneiden vyöhykkeiden mekanismi

Kromikarbidin saostuminen ruostumattoman teräksen 316 raerajoilla tuottaa noin 50{7}}200 nm:n kromivapaan vyöhykkeen hiukkasen kummallekin puolelle. Sadelämpötilan ja -ajan funktiona tutkitaan kromin ehtymisen laajuutta (usein 8-12 %:n minimikromipitoisuus verrattuna bulkkiin 17-19 %). Rakeiden välinen korroosio on kriittinen, jos kahden vierekkäisen karbidin välinen etäisyys on pienempi kuin kahden vierekkäisen kulumisvyöhykkeen leveyden summa. Tässä tilanteessa tyhjennysvyöhykkeet menevät päällekkäin ja raerajaa pitkin muodostuu jatkuva vähä-krominen materiaali. Voimakkaasti hapettavassa ja kromi{12}}puutteellisessa vyöhykkeessä-selektiivisesti kiehuva kupari-kuparisulfaatti-rikkihappo-liuoksessa (harjoitus E) tyhjentyneet vyöhykkeet menevät päällekkäin ja ruostuvat nopeasti, mikä aiheuttaa rakeiden putoamisen ja lopullisen näytteen vioittumisen taivutuksessa. Jos karbidivälit ovat suurempia kuin noin 1-2 μm, tyhjennetyt vyöhykkeet on eristetty, eikä jatkuvaa vähäkromista reittiä ole.

Määrällinen yhteys kovametallivälin ja harjoitustulosten välillä

Seuraavat kynnysarvot on määritetty herkistämällä 316 putkia (1,5 mm seinämä, 0,06 % C) 650 asteessa (nopein karbidin saostumislämpötila) eri ajanjaksoiksi ja mittaamalla sen jälkeen keskimääräinen karbidietäisyys transmissioelektronimikroskoopilla ja ASTM A262 Practice E -testauksella.

Herkistysaika 650 asteessa (tuntia) Raerajan keskimääräinen karbidiväli (µm) Arvioitu tyhjentyneen vyöhykkeen päällekkäisyysosuus (%) Harjoituksen E tulos (24 -h kiehumisaika Cu-CuSO4-H2SO4) Rakeiden välinen hyökkäyssyvyys, µm Suositeltu huoltoon
0 (hehkutettu, ei karbideja N/A Pass (ei murtumia taivutuksessa)<5 Yes 0.1 5-10 0% Pass <10 Yes 0.5 2-4 0-20% Pass (slight etching) 10-20 Acceptable
1 1-2 20-50% marginaali (halkeamia mutkassa) 20-40Ei suositella
2 0.8-1.2 50-80% Epäonnistunut (vakavat halkeamat) 80-150 Ei vika (selkeät halkeamat) 40-80 Ei 5 0.4-0.8 80-100%
10 0.2-0.5 100% (continuous) Fail (grain dropping) 150-250 No 24 0.1-0.3 100% (continuous) Fail (severe grain dropping) >250 nro
Hiilipitoisuuden vaikutus kriittiseen karbidiväliin

Hiilen määrä 316:ssa määrittää karbidin kokonaismäärän, joka voi saostua, ja siten pienimmän karbidivälin, joka voidaan saavuttaa tietyssä herkistysprosessissa.

Carbon Content (wt%) Minimum Carbide Spacing after Complete Sensitisation (µm) Practice E Result at Minimum SpacingMaximum Allowable Service Temperature To Avoid Sensitisation >0,020 (matala) 2-3 läpäisy 450 astetta 0,020-0,030 (316 l) 1,5-2,5 läpäisy (marginaali) 425 astetta 0.030-0.040 1.0-1.8 marginaali 400 astetta 0.040-0.050 0.8-1.2 epäonnistunut 375 astetta 0.050-0.060 0.5-0.8 epäonnistunut 375 astetta 0.050-0.060 0.5-0.8 epäonnistunut 350 astetta (vakio 0.08) 0.08. 0,3-0,6 Fail 325 astetta
Käytännöllinen herkistymisen välttäminen lämmittimien valmistuksessa

Jotta karbidiväli ei jää olennaisen 1–2 µm:n rajan alapuolelle, 316 koteloiduissa lämmittimissä, jotka hitsataan tai jotka saattavat altistua herkistymislämpötiloille käytön aikana, suositellaan seuraavia kriteerejä:

Tuotanto - tai huoltoolot Suurin lämpötilaaltistus ( aste ) Maksimiaika lämpötilassa Suositeltu hiilipitoisuus Postaltistustestivaatimus
Hitsaus (yksittäinen, ei täyteainetta) nopea jäähdytys, max 1 200-1 400 sekuntia (HAZ jäähtyy nopeasti) Mikä tahansa (HAZ, jos ohut ei herkistynyt) Ei mitään ohuille seinämille (<2mm)
Hitsaus (paksu osa, moni{0}}lämpö) 450-850 (yhteensä)316L Min. (C<0.03%)Practice E Weld coupon
Jälki-hitsauksen lämpökäsittely (stressin lievitys) 400-450 astetta 1-2 tuntia 316L (kaikki)Ei mitään (tunnistusrajan alapuolella)
Service temperature excursion 450-550°C >10 tuntia kumulatiivinen 316L tarvitaan Harjoitus E 5 vuoden jälkeen
Juotos 500-700 astetta Minuutteista tunteihin 316L tai stabiloitu (321/347) Harjoitusta E tarvitaan
ASTM A262 Practice E -laatutesti hyväksymistä varten

ASTM A262 Practice E -testaus antaa lopullisen varmuuden IGC-kestävyydestä niille ostajille, jotka määrittelevät 316 vaippaa, jotka voivat herkistyä valmistuksen aikana. Testimenettelyyn tulee kuulua:

keitetään 24 tuntia kupari-kuparisulfaatti-rikkihapon liuoksessa (ASTM A262, menettely E)

Näyte taivutetaan 180 astetta tuurnan yli, jonka halkaisija on yhtä suuri kuin näytteen paksuus

Taivutetun pinnan halkeamien tarkastelu 10x suurennuksella

Hyväksymiskriteerit: Jos taivutuksen jälkeen ei havaita halkeamia, kyseessä on "läpäisy" (herkistämätön). "Epäonnistunut" (herkistetty) kirjataan, jos havaitaan halkeamia (mikä tahansa pituisia). Testi on herkkä kovametallivälille < ~1-2 μm.

Herkistyksen aiheuttamien IGC:iden kenttätunnistus

316-lämmittimessä, joka epäonnistuu hapettavassa happotoiminnassa (esim. typpihappo, peittausliuokset) tai kloridiympäristöissä, joissa on hapettavaa komponenttia, herkistymisen aiheuttama rakeiden välinen korroosio ilmenee halkeamien verkostona pitkin raerajaa, joka näkyy pienellä suurennuksella (50{4}}100.x) ristiin kiillotettuna. Halkeamissa voi olla "luuranko" -kuvio, joka osoittaa aiempia austeniittirakeita. ASTM A262 Practice E vahvistaa herkistymisen näytteestä, joka on otettu viallisesta lämmittimestä. Pyyhkäisyelektronimikroskoopilla metallografisesti määritetty etäisyys on pienempi kuin 0,5-1,0 µm. Vastaus tällaisiin häiriöihin on käyttää 316L tai vaatia jälkihitsausliuoshehkutusta.

Johtopäätös: Karbidivälimäärittelyn hallinta herkistyksellä

Rakeiden välinen korroosionopeus, joka perustuu ASTM A262 Practice E -standardiin ruostumattomasta teräksestä päällystetyille 316-lämmittimille, perustuu keskimääräiseen raeraajan karbidiväliin herkistymislämpötilojen jälkeen. Kun karbidin välinen etäisyys on alle 1-2 µm, kromi-tyhjennetyt vyöhykkeet menevät päällekkäin ja muodostavat jatkuvan matalakromipitoisen reitin, joka syöpyy nopeasti ja epäonnistuu E-harjoitustestissä. Sovelluksissa, joissa hitsaus- tai käyttölämpötilat ovat 450-850 astetta, 316 vaippaa määrittävien insinöörien on tarjottava 316 litraa (hiili<0.03%) to ensure that the carbide spacing will be above the critical threshold. After minimum sensitisation (1-2 hours at 650°C) carbide spacing for standard 316 (0.06-0.08% C) is less than 1 µm which results in sensitisation and IGC susceptibility. The framework offered herein, which correlates the average carbide spacing with quantitative Practice E results, allows purchasers to define combinations of material and heat treatment that will not allow overlapping depletion zones, and will retain intergranular corrosion resistance.