Sut Mae Ffracsiwn Cyfaint Chi (χ) Dyodiad Cyfnod ar 700 gradd Yn Ystod -Gwasanaeth Tymor Hir o Gwresogydd 316L Tiwbiau Gwain Ystafell Reoli Tymheredd Effaith Lleihau Gwydnwch

Ffurfiwyd y cyfnod rhyngfetelaidd embritling ar 600-800 gradd

Precipitation of the intermetallic Fe₃₆Cr₁₂Mo₁₀ phase, called chi (χ) phase, severely embrittles 316L stainless steel sheathed electric heating tubes in service for extended periods (thousands of hours) in the 600-800°C range, such as superheater supports, high-temperature furnace heaters, and petrochemical process heaters, as measured by room temperature impact toughness (Charpy V-notch testing). Chi phase has an even more negative influence on toughness. Unlike the well known sigma (σ) phase formation at higher temperature (650-900°C), chi phase precipitates more quickly at lower temperature (600-750°C). Molybdenum and chromium rich chi phase is found on the ferrite-austenite boundaries and on the grain boundaries. Even small volume fractions of chi phase (i.e. 0.5-1.0%) can lower the room temperature impact energy of 316L from >200 J (hydwyth) i<50 J (brittle), and at 2-3% chi phase the impact energy is below 20 J (severe embrittlement). This paper evaluates the link between chi phase volume fraction, precipitation kinetics at 700oC, and consequent room temperature toughness for 316L heater sheaths.

Mecanwaith embrittlement cyfnod Chi

Mae gan y cyfnod χ strwythur ciwbig corff-ganolog (BCC) gyda chell uned fawr (a≈ 8.9 Å) ac mae'n gyfoethog mewn molybdenwm (20-30% Mo fel arfer) a chromiwm (25-35% Cr). Mae'n gwaddodi'n ffafriol ar derfynau grawn, cysylltiadau ferrite-austenit a chynhwysion. Mae'r cyfnod yn galed ac yn frau ac mae ei bresenoldeb yn darparu llwybrau cyfleus i dorri asgwrn ar hyd y ffiniau grawn. Yn wahanol i'r cyfnod sigma, mae'r cyfnod chi yn gyfrwng embrittling cryfach gan ei fod yn ffurfio gronynnau bach â bylchau rhyngddynt sy'n creu rhwydwaith brau parhaus ar ffracsiynau cyfaint is. Mae'r uchafswm yn cael ei arsylwi ar 700 gradd a 1,000-5,000 awr o heneiddio yn dibynnu ar gynnwys molybdenwm. Mae safon 316L (2.0-2.5% Mo) yn agored i niwed; mwy o molybdenwm (2.5-3.0% Mo, yn agos at 317L) yn gwella cyfradd cynhyrchu chi.

Perthynas Feintiol rhwng Gwres-Ffraithiant Cyfaint wedi'i Drin a Chaledwch Effaith ar 700 gradd

Dilyniant embrittled a bennir gan heneiddio rheoledig o diwbiau 316L ar 700 gradd (trwyn cromlin TTT cyfnod chi) gyda gwahanol amseroedd heneiddio ac yna meintioli cyfnod chi (X-difreithiant pelydr, SEM) a Charpy V-profion effaith rhicyn ar dymheredd ystafell (20 gradd).

Amser Heneiddio ar 700 gradd (h) Ffracsiwn Cyfaint Cyfnod Chi (% Maint Gronyn Chi (nm) Dyodiad Ystafell Safle Effaith Tymheredd Egni (J, Charpy V-rhicyn) Torasgwrn Ymddangosiad Arwyneb a Argymhellir ar gyfer Gwasanaeth Lle Mae Angen Caledwch
0 (annealed) 0 N/A None >200 Ductile (100% shear)Yes 100 < 0.1 < 50Grain boundaries (sparse) 180-200 Mostly ductile Yes 250 0.1-0.3 50-100 Grain boundaries (scattered) 150-180Ductile, with some cleavage Yes 500 0.3-0.6 100-150 Grain boundaries (partial coverage) 100-150 Mixed (50% cleavage) Acceptable 750 0.6-1.0 150-200 Grain boundaries (near-continuous) 60-100Marginal Mostly cleavage 1,000 1.0-1.5 150-250 Continuous grain boundary network 30-60 Cleavage (brittle)Not recommended 1500 1.5-2.0 200-300Continuous + intragranular 15-30 Brittle (100% cleavage) No 2,000 2.0-2.5 250-350 Extensive, coalesced 10-20Very Brittle No 3,000 2.5-3.0 300-400 Widespread, coarse 5-15Very brittle No. 5,000 3.0-4.0 >400 Eang, gor-oed 5-10 Eithriadol o fregus Na
Diagram TTT ar gyfer Cyfnod Chi yn 316L

Mae'r diagram TTT o'r cyfnod chi yn 316L (2.3% Mo) yn nodi bod y dyodiad cyflymaf yn digwydd ar 700 o C a bod y trwyn tua 1,000-2,000 o oriau.

Temperature ( o C) Time to 0.5 % Chi Phase (hours) Time to 1.5 % Chi Phase (hours) Maximum Recommended Service Time Before Embrittlement (Hours) 550 >10,000 >20,000 20,000 600 2,000-4,000 5,000-8,000 5,000 650 800-1,500 2,000-3,500 2,000 675 500-800 1,200-2,000 1,500 700 400-700 1,000-1,500 1,000 725 500-900 1,200-2,000 1,500 750 800-1,500 2,000-4,000 2,500 800 2,000-4,000 5,000-10,000 5,000
Dylanwad Cynnwys Molybdenwm ar Gyfradd Dyodiad Chi

Mae molybdenwm uwch yn hyrwyddo dyddodiad chi cyfnod. Mae molybdenwm is yn dda ar gyfer gwasanaeth ar 700 gradd.

Cynnwys Molybdenwm (wt%) Amser i 1.0% Chi ar 700 gradd (oriau) Effaith Ynni ar ôl 2,000 awr ar 700 gradd (J) Tymheredd Uchaf a Argymhellir ar gyfer 10,000h Bywyd 2.0 (lleiafswm 316) 1,500-2,500 30-60 650 gradd 3.typical 3. 1,000-1, 800 25-50 640 gradd 2.5 (uchafswm o 316L) 600-1,000 15-35 620 gradd 2.8 (yn agosáu at 317L) 300-600 10-25 600 gradd 3.2 (317L) 150-300 5-15 580 gradd Argymhellion Ymarferol ar gyfer Gwasanaeth 316L Heate 0 Sheate 0

To maintain adequate toughness (impact energy >50 J) ar gyfer gwainiau gwresogydd 316L ar neu o gwmpas 700 gradd, mae'r cyfyngiadau gwasanaeth canlynol yn berthnasol.

Desired service life at 700 °C (hours)Maximum Allowable Chi Phase (%) Recommended Maximum Service Temperature (°C) Alternative Alloy 500 0.5 700 316L acceptable 1,000 1.0 690 316L with lower Mo (2.0-2.2%) 2,000 1.5 670 347 or 316L with annual toughness check 5,000 2.0 650 (or less) 347 (no chi) or 310 10,000 >2.0 (ddim yn dderbyniol)<600 310 or Inconel 600
Unrhyw destun beicio thermol 50% arbedion amserUwch Hyrwyddo i'r radd nesaf
CYMERIAD CHI-CYFNOD EMBRITTLEMENT

Mae tri dull yn mesur embrittlement cam chi ar gyfer gwresogyddion sydd wedi'u gweithredu ar 600.750 gradd . Yn gyntaf, y profion caledwch. Mae'r caledwch yn cynyddu o 160-180 HV i 220-300 HV oherwydd datblygiad y cyfnod chi. Yr ail yw metallograffeg maes (replica). Mae'n bosibl y bydd arwyneb caboledig ac ysgythru a welir yn 500-1,000 yn dangos gwaddod chi ar y ffiniau grawn. Mae'r trydydd yn brawf effaith symlach. Os gellir tynnu rhan o'r gwresogydd, gall prawf Charpy subsize bach asesu'r golled caledwch. Diffreithiant pelydr-X (XRD) neu SEM/EDS yw'r ffordd ddiffiniol o adnabod chi yn uniongyrchol.

Casgliad: Diffinio Terfynau Gwasanaeth i Atal Chi Embrittlement

For 316L stainless steel heater sheaths running at 700°C, chi (χ) phase precipitation was observed after 400-1500 h, with a volume fraction of 1.0-1.5% after 1000-2000 h. The room temperature impact toughness at this level diminishes from >200 J i 30-60 J (toriad brau). Dylai peirianwyr sy'n pennu gwainiau 316L ar gyfer gwasanaeth dros 650 gradd bennu cyfanswm yr amser a dreulir yn y rhanbarth 600-750 gradd a'i gymharu â'r cyfyngiadau a ddangosir yn y diagram TTT. Am 1000 i 2000 awr ar 700 gradd neu 5000 i 10000 awr ar 650 gradd, argymhellir uwchraddio i 347 (wedi'i sefydlogi niobium, nid yw'n ffurfio chi) neu 310 o ddur di-staen (hollol austenitig, cromiwm uwch). Mae'r dull a gynigir yma yn ymwneud â chanran cyfaint y cam â cholli caledwch effaith tymheredd ystafell fesuradwy ac yn caniatáu i brynwyr sefydlu cyfyngiadau amser tymheredd sy'n atal breuo gwainiau gwresogydd 316L wrth ddefnyddio tymheredd uchel yn y tymor hir.