Sut Mae Ffracsiwn Cyfaint G-Cyfnod (Ni₁₆Nb₆Si₇) Dyodiad mewn Gwain Gwresogydd Ar ôl 20,000 Awr ar 600 gradd yn Rheoli Tymheredd yr Ystafell Mae Charpy yn Effeithio ar Ynni ar gyfer Post{{5}Datgymalu Gwasanaethau a Chludiant

Cyfnod Silicid Cymhleth ac Effaith Embrittling Niobium-Dur Di-staen Sefydlog

Precipitation of G-phase (Ni 16 Nb 6 Si 7 ), a complex nickel-niobium-silicide intermetallic phase, can cause significant embrittlement, as measured by room temperature Charpy V-notch impact energy, for 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes operating at 600 C for extended periods (20,000+ hours)-such as in long-term industrial furnace heaters, petrochemical reformer tubes or superheater supports. The G-phase is formed at lower temperatures (550-650°C) during very lengthy ageing times (10,000-30,000 hours) while chi (χ) and Laves phases form at higher temperatures (650-750°C). G-phase is brittle with face centred cubic (FCC) structure and is mostly formed at the grain boundaries. G-phase at volume fractions as low as 0.2-0.5% reduces impact energy from >200 J (ductile) to 100-150 J (acceptable). At 1.0-1.5 vol% the impact energy is reduced only to 50-80 J. Impact energy drops to below 40 J (brittle) at >2.0-2.5%, sy'n peri risg o gracio yn ystod datgymalu, trin a chludo ar ôl y gwasanaeth. Mae'r erthygl hon yn meintioli'r cysylltiad rhwng caledwch effaith Charpy a ffracsiwn cyfaint cyfnod G ar ôl 20,000 awr ar 600 C.

Mecanwaith breuddwyd a achosir gan gyfnod G-

Mae'r cyfnod G-(Ni₁₆Nb₆Si₇) yn cynnwys ~50-60% Ni, 20-25% Nb a 10-15% Si yn ôl pwysau. Mae'n gwaddodi ar ffiniau grawn ar ôl heneiddio'n hir ar 550-650 gradd, yn bennaf mewn duroedd di-staen sefydlog niobium (347, 348). Mae'r cyfnod yn galed (400-600 HV) ac yn frau. Mae profion effaith tymheredd ystafell yn dangos bod craciau'n cnewyllo mewn gronynnau cyfnod G ac yn teithio ar hyd ffiniau grawn heb fawr o anffurfiad plastig. Mae'r embrittlement yn gynnil: gall caledwch wella ychydig bach (o 160-180 HV i 190-220 HV) tra bod caledwch yr effaith yn lleihau'n sylweddol. Mae cyfnod G yn cael ei ddiystyru'n gyffredin oherwydd y cyfnodau heneiddio estynedig (10,000+ awr) a pharau niobium-silicon penodol.

Perthynas Feintiol Rhwng G-Ffraithiant Cyfaint Cam a Charpy Impact Energy

Mae'r broses breuo o diwbiau 347 (0.45% Nb, 0.50% Si, 0.08% C) ar 600 gradd am hyd at 25,000 o oriau yn cael ei bennu gan fesuriad cyfnod G gyda phrofion effaith gradd SEM/EDS a Charpy V ar 25,000 gradd.

Amser Heneiddio ar 600 gradd (awr) G-Ffracsiwn Cyfaint Cyfnod (%) G-Maint Gronyn Cyfnod (nm) Lleoliad Dyddodiad Charpy Impact Energy ar 25 gradd (J) Torasgwrn Ymddangosiad a Argymhellir ar gyfer Post -Trin Gwasanaeth (Datgymalu, Cludiant)
0 (annealed) 0 Amh. Dim 200-240 Hydwyth (cneifio 100%) Ie 5,000 0.05<20 Intragranular (sparse) 190-220 DuctileYes 10,000 0.05-0.10 20-40 Grain boundaries (few) 160-190 DuctileYes 12,000 0.10-0.20 30-50 Grain boundaries (scattered) 130-160Mixed (some cleavage) Yes 14,000 0.20-0.35 40-60 Partial grain borders 100-130 Mixed Acceptable 16,000 0.35-0.50 50-70 Near-continuous grain boundaries 80-100 Mixed-brittle Marginal 18,000 0.50-0.70 60-80 Continuous grain boundaries 60-80 Brittle (cleavage)Not recommended 20,000 0.70-1.00 70-10045-65 Brittle continuous netNo (high risk when handled)
22,000 1.00-1.30 80-120 Parhaus + mewngroenynnog 30-50 Brau iawn Na 25,000 1.30-1.70 100-150 Helaeth, cyfunol 20-35 Hynod o frau Na
Dylanwad Silicon a Niobium ar Ddyodiad Cyfnod G-

Mae angen niobium a silicon ar gyfer y cyfnod G-. Mae llai o silicon a llai o niobium yn arafu dyddodiad cyfnod G.

Silicon (wt%) Niobium (wt%) Time to 0.7% G-Phase at 600°C (h) Charpy Impact after 20,000h at 600°C (J)Recommended for 20,000h Service with Post Service Handling 0.20 0.40 >25,000 120-160 Ie 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 Derbyniol (monitro) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 Heb ei argymell 0.65 0.50 8,000-12,{{10} Na 0.80 0.55 6,000-10,{{13} Heb ei argymell 0.65 0.50 8,000-12,{{10} Na 0.80 0.55 6,000-10,{{13}Her Pracate 6 Recommendation gradd gyda Thrin Gwasanaeth Post

Mae'r cyfyngiadau cyfnod G canlynol a pharamedrau deunydd yn darparu caledwch priodol i atal cracio rhag trin ar gyfer 347 o wresogyddion caeedig a fydd yn cael eu tynnu, eu dadosod, eu cludo neu eu taflu ar ôl 20,000 awr ar 600 gradd .

Gweithgarwch Postio a Ddymunir Isafswm Effaith Charpy ar gyfer Trin yn Ddiogel (J) Uchafswm G{0}}Cam (%) Uchafswm. Silicon (wt%) Uchafswm Niobium (wt%}Terfyn Oes Gwasanaeth a Argymhellir (awr)
Removal and disposal (no impact loading) >30 1.3 0.50 0.45 25000
Removal with crane lifting >50 0.9 0.45 0.45 18000
Dismantling (cutting, welding) >70 0,6 0,40 0,40 15 000
Re-use or Refurbishment >100 0.3 0.35 0.40 12,000
Critical handling (people nearby) >120 0.2 0.30 0.40 10 000
G-Cadarnhad Brithiad Cyfnod

Three approaches are used to evaluate G-phase embrittlement for heaters retired after long-term service at 600°C. The first is Charpy impact testing on a deleted sample (if available). Acceptance: >50 J ar gyfer trin yn ddiogel Yr ail yw profi caledwch: mae G-cyfnod yn codi caledwch o 160-180 HV i 190-220 HV (cymedrol). Yn drydydd mae ymchwiliad metallograffig (SEM/EDS) ar gyfer canfod cyfnod G (gronynnau llachar, blociog ar ffiniau grawn gyda chyfansoddiad Ni-Nb-Si). Prawf maes syml yw plygu cwpon bach. Os yw'n hollti wrth blygu 90 gradd ar draws radiws o 10 mm, mae breuder yn ddifrifol.

Casgliad: Defnyddiwch Si Isel + Nb Isel i Osgoi G-Brythu Cyfnod yn ystod Postiad-Trin Gwasanaethau

For 347 stainless steel heater sheaths after 20,000 h at 600°C, G-phase (Ni16Nb6Si7) precipitation at volume fractions as low as 0.7-1.0% decreases room temperature Charpy impact energy from >200 J i 45-65 J (brau) gan gynhyrchu perygl uchel o gracio yn ystod datgymalu gwasanaeth post, codi craen neu gludo. Rhaid i'r gwain 347 penodedig gynnwys<0.35% silicon and <0.40% niobium to reduce G-phase to <0.5% after 20,000 hours for the recommended 20,000 hour service at 600°C with expected post-service handling. For service beyond 15,000-18,000 hours, it is recommended to upgrade to 310 stainless steel (which does not create G-phase) or Inconnel 600. The current system allows the buyers to define 347 chemical limits to avoid brittle failure during retirement and handling of long-service heater sheaths, by correlating G-phase volume fraction after 20,000 hours at 600°C to Charpy impact energy reduction.