Kuinka rakeidenvälisen boorin erottelun tilavuusosuus alle 50 ppm B 316 litran lämmittimen vaippaletkussa säätelee virumismuokkausta 650 asteessa 20 000 tunnin huoltoa varten

Hivenelementtien vaikutukset raeraajan koheesioon ja kavitaatiovastukseen

316 litran ruostumattomasta teräksestä päällystetyissä sähkölämmitysputkissa, jotka toimivat 650 C:ssa pitkiä aikoja (20,000+ tuntia), boorien jäämien lisääminen (yleensä 20-50 ppm) seokseen voi parantaa merkittävästi virumismuokkausta ja pidentää virumismurtuman käyttöikää erottelemalla jyrsimiä ja rakeita. . Boori ei ole vakiolisäys 316L:ään, mutta se voi olla jäännösromusta tai lisätty tarkoituksella joihinkin korkealaatuisiin laatuihin. Boorin erottuminen raerajoilla optimaalisilla arvoilla (20-30 ppm B) alentaa raerajadiffuusionopeutta ja virumiskavitaation alkamista, mikä lisää virumismurtuman venymää 10-15 %:sta 25-35 %:iin ja pidentää virumismurtumisaikaa 30-50 %. Yli 50-70 ppm B:n ylimäärä boori muodostaa hauraita boridihiukkasia (esim. Fe 2 B, Cr 2 B) lähelle raerajaa, mikä vähentää sitkeyttä. Positiivinen vaikutus on minimaalinen alle 15 ppm B:ssä. Tässä artikkelissa kvantifioidaan B-pitoisuuden, raerajojen erottelun ja 20 000 tunnin käyttötunnin 650 asteen virumismittavuuden välinen yhteys.

Boorin aiheuttaman virumismuodostuksen lisäyksen mekanismi

Boori on pieni interstitiaalinen elementti, joka erottuu voimakkaasti raerajoille (erottelukerroin 10-100). Raerajoilla oleva boori alentaa kromin ja raudan raerajadiffuusivuutta 650 asteessa, mikä hidastaa virumisontelon ytimien muodostumista ja kasvua. Boori auttaa myös rakeiden rajoja pysymään paremmin yhdessä, mikä vaikeuttaa onteloiden kasvua. Ihanteellisella booripitoisuudella peitto raerajoilla on lähes täydellinen yksikerros (~0,2-0,5 yksikerroksinen, mikä vastaa 1-2 at% raerajoilla). Tämän kynnyksen yläpuolella boori ylikyllästyy ja saostuu kovina hauraina borideina (M2B) raerajoilla ja kolmoispisteissä, jotka ovat nopean onkalon ytimen muodostumisen paikkoja.

Kvantifioitu korrelaatio booripitoisuuden ja virumismittavuuden välillä 650 asteessa

Boorin kontrolloiduilla lisäyksillä 316 litraan (0,015 % C, 0,08 % N, 2,2 % Mo, loppu Fe) arvioituna 650 asteessa ja 80 MPa:ssa enintään 20 000 tunnin ajan on havaittu osoittavan seuraavat virumisominaisuudet.

Booripitoisuus (ppm) Raeraja Boorin erottelu (arvioitu yksikerroksinen osuus) M_2_B Boridin tilavuusosuus (%) Virumisen repeämän venymä 650 asteessa , 80 MPa (%) Virumisen repeämisen kesto (tuntia) Suhteellinen repeämisen kesto (B-Vapaa 0 aste 0 käyttöasteelle 0) 0 (B-ilmainen) 0 0 12-18 8,000-12,000 1.00× Hyväksyttävä 5-10 0.1-0.2 0 15-20 10,000-14,000 1.10-1.20× Hyväksyttävä 10-15 0.2-0.3 0 18-24 11,000-15,000 1.20-1.35× Kyllä 15-20 0.3-0.4 0 22-28 12,000 {{0}× Kyllä 80,000-17}×<0.01 25-32 14,000-18,000 1.50-1.60× Best 25-30 0.5-0.7 0.01-0.02 24-30 13,000-17,000 1.40-1.55× Yes 30-40 0.7-0.9 0.02-0.05 20-26 12,000-15,000 1.20-1.35× Acceptable 40-50 0.9-1.0 (near monolayer) 0.05-0.10 16-22 10,000-13,000 1.00-1.20× Marginal 50-70 Fully saturated 0.10-0.20 12-18 8,000-11,000 0.80-1.00× Not recommended 70-10
Typen vaikutus boorin erotteluun

Typpi kilpailee boorin kanssa jyvän rajojen erottelukohdista. Tehokas boorin segregaatio vähenee typen lisääntyessä.

Typpipitoisuus (ppm) Ihanteellinen boorialue maksimaalisen virumismuovuttavuuden saavuttamiseksi (ppm) Virumisen repeämän venymä ihanteellisessa B:ssä (%) B:N-suhde suositeltu<200 20-30 28-35 >0.10 200-400 25-35 25-30 0.08-0.12 400-600 30-40 22-28 0.06-0.08 600-800 35-50 (less effective) 18-24 0.05-0.07 >800 Ei suositella<18 N/A Practical Recommendations for 650°C Boron-Enhanced 316L

316 l:n koteloitujen lämmittimien optimaalinen virumissitkeys 20 000 tunnin käyttöön 650 asteessa saavutetaan seuraavilla booritasoilla.

Käyttöikä toivottu 650 astetta (tuntia) Mahdollinen boorialue (ppm) Boori haurastumiseen välttämiseksi (max.) (ppm) Minimi typpi (ppm) Odotettu virumisaika (tuntia) 10,000 10-30 50<600 10,000-15,000 15,000 15-25 40 <500 12,000-18,000 20,000 20-25 30 <400 15,000-18,000 25,000 20-25 25 <300 16,000-20,000
Boorisisällön vahvistaminen ja erottelu

There are three ways purchasers looking for boron-enhanced 316L can confirm it. First is chemical analysis (ICP or GDMS) for total boron content: acceptability 20-30 ppm. The second is secondary ion mass spectroscopy (SIMS) or Auger electron spectroscopy (AES) to measure grain boundary boron segregation (needs fracture in vacuum). Acceptance: covering of grain boundaries is 0.4-0.7 monolayer. 3. creep screening test: 650°C, 80 MPa; time to 1% strain >2,000 hours and elongation >25% hyväksyttävää.

Johtopäätös: Boorin optimointi 20 000 tunnin virumiselämää varten 650 asteessa

The addition of 20-30 ppm of boron to 316L stainless steel heater sheaths at 650℃segregates to grain boundaries, increasing the creep rupture elongation from 12-18% to 25-32% and the rupture life by 30-50% (from 8,000-12,000 hours to 12 000-18 000 tuntia). Mutta alle 15 ppm hyöty on pieni. Yli 50-70 ppm boorin ylimäärä muodostaa hauraita raerajaborideja (M 2 B), jotka heikentävät sitkeyttä ja pitkäikäisyyttä. Jos insinööri määrittelee 316 litran vaipat 20 000 tunnin huoltoon 650 asteessa, hänen tulee vaatia säädeltyä boorin lisäystä 20-30 ppm ja typen rajaa.<400-500 ppm. The approach proposed here links boron concentration and grain boundary segregation to creep ductility and rupture life at 650°C, enabling purchasers to specify boron-optimized 316L that maximises high-temperature creep performance through improved grain boundary cohesion.