Sut Mae Ffracsiwn Cyfaint o Carbid Niobium Cynradd (NbC) mewn 347 o Tiwbio Gwain Gwin wedi'i Sefydlogi Ymwrthedd Sensiteiddio Rheoli Yn Ystod -Gwasanaeth Tymor Hir ar 550 gradd O'i gymharu â 316L

Effaith Sefydlogi Amlygiad Estynedig i Dymheredd Uchel

Ar gyfer defnydd hirdymor, tymheredd uchel (550 gradd) o diwbiau gwresogi trydan wedi'u gorchuddio, megis ar gyfer gwresogyddion aer diwydiannol, rhag-wresogyddion ffwrnais petrocemegol neu offer trin gwres, mae'r dewis o ddur di-staen 316L (carbon isel) yn erbyn 347 (wedi'i sefydlogi gan niobium) yn cael ei yrru gan eu gallu i wrthsefyll sensiteiddio carbon isel. cynnwys (<0.03%). However even 316L can sensitise at 550 C after long service (5000-10000 hours). Carbon diffusion is sluggish, but will allow carbides to develop at grain boundaries. Type 347 has niobium (Nb, usually 10× C content, 0.3-0.8% Nb) which forms stable niobium carbide (NbC) precipitates in the grains, binding up carbon and preventing chromium depletion. The long term resistance to sensitisation is totally controlled by the volume fraction of the primary NbC (0.05-0.2%) and the fine secondary NbC which precipitates in service. Properly stabilised 347 is not sensitised at 550°C for >50,000 o oriau. 316L yn dechrau sensiteiddio ar 5,000-10,000 o oriau. Mae'r erthygl yn meintioli'r cysylltiad rhwng canran cyfaint NbC, amser gwasanaeth a gwrthiant sensiteiddio yn 347 yn erbyn 316L.

Mecanwaith Gosod Carbon a Sefydlogi Niobium

Mewn 347 o ddur di-staen (18Cr-11Ni-Nb), mae gan niobium affinedd llawer mwy â charbon na chromiwm. Yn ystod anelio hydoddiant (1,050-1,100 gradd ) mae'r rhan fwyaf o'r NbC yn hydoddi, ond mae gronynnau NbC cynradd (1-5 µm) yn cael eu gadael heb eu toddi. Mae NbC eilaidd mân yn gwaddodi (10-50 nm) yn y matrics austenite, yn bennaf ar afleoliadau ac mewn grawn yn hytrach nag ar ffiniau grawn, wrth oeri ac mewn gwasanaeth ar 450-750 gradd. Mae'r carbon wedi'i glymu fel NbC felly mae'r gweithgaredd carbon yn y matrics yn isel iawn. Mae hyn yn atal Cr carbidau ( Cr 2 3 C6 ) rhag ffurfio ar ffiniau grawn . Mae effeithlonrwydd sefydlogi yn dibynnu ar y gymhareb Nb:C (tua 8:1 ar gyfer NbC) a chyflawnder yr aneliad sefydlogi (850-900 gradd fel arfer am 2-4 awr ar ôl anelio hydoddiant).

Perthynas rhwng Ffracsiwn Cyfaint yr NbC a Gwrthwynebiad i Sensiteiddio ar 550 gradd

Mae tiwbiau 347 (gyda chrynodiadau niobium a charbon amrywiol) a thiwbiau 316L ar 550 gradd am hyd at 50,000 o oriau gyda phrofion cyfnodol ASTM A262 Ymarfer A (etsh asid ocsalaidd) ac Ymarfer E (copr sylffad), wedi pennu'r amseroedd canlynol ar gyfer dechrau sensiteiddio:

Alloy Niobium (wt %) Carbon (wt %)Nb:C weight ratio NbC fraction Volume (%) Sensitisation time at 550°C (h) ASTM A262 Practice A after 10,000hRecommended for >10,000 hours at 550°C 316L 0 0.020 0 0 5,000-10,000 Ditch (sensitized) No 316L (extra low C) 0 0.010 0 0 10,000-20,000 Dual (transition) Marginal 347 (under-stabilized) 0.15 0.040 3.8 0.02-0.05 10,000-20,000 Dual Acceptable 347 (minimally stabilized) 0.20 0.040 5.0 0.04-0.08 20,000-30,000 Step (mostly) Recommended 347 (properly stabilized) 0.40 0.040 10 0.08-0.15 >50,000 Step Best 347 (fully stabilized) 0.60 0.040 15 0.12-0.20 >50,000 Step Best 347 (over-stabilized) 0.80 0.040 20 0.15-0.25 >50,000 (ond llinynwyr NbC) Cam (ond risg ferrite) Rhybudd Derbyniol 347 (C uchel) 0.40 0.060 6.7 0.10-0.18 30,000-40,000 Cam a Argymhellir
Effaith anelio sefydlogi ar wlybaniaeth NbC

Ar ôl anelio hydoddiant, mae aneliad sefydlogi ar 850-900 gradd yn achosi dyddodiad NbC mân, mewngroenynnog, gan wneud y mwyaf o sefydlogrwydd carbon ac atal sensiteiddio dilynol.

Dilyniant Triniaeth Gwres Morffoleg NbC Amser i Sensiteiddio ar 550oC (awr) Argymhellir ar gyfer Gwasanaeth Hirdymor (LTS)
Ateb aneliad yn unig (1050 gradd, diffodd dŵr) Cynradd NB yn unig (bras, rhywfaint o C mewn hydoddiant) 15,000-30,000 Derbyniol
Solution anneal + stabilisation (850°C, 2 h)Fine intragranular NbC (most C fixed) >50,000 Gorau
Solution anneal + stabilisation (900°C, 4h)>50,000 Beste NbC dirwy iawn, gosodiad C llawn
Sefydlogi garw heb ateb aneliad NbC yn unig (anghyflawn) 10,000-20,000 Ffin
Dim sefydlogi (fel y'i weldio) Cymysg 5,000-15,000 Heb ei gynghori
Argymhellion Ymarferol ar gyfer Dethol Gwresogydd ar gyfer Gwasanaeth 550 gradd

Ar gyfer gweithrediad parhaus gwresogyddion gwain ar 550 gradd, mae'r paramedrau canlynol ar gyfer dewis aloi yn berthnasol yn dibynnu ar fywyd gwasanaeth arfaethedig:

Bywyd Gwasanaeth a Ddymunir ar 550 gradd (oriau) Aloi a Awgrymir Isafswm Gofyniad Sefydlogi Ffactor Cost Sensiteiddio Ymwrthedd Disgwyliedig<5,000 316L (0.03%C) None Acceptable 1.0× 5,000-10,000 316L (0.02%C) or 347 (minimum)1.1×10,000-20,000 347 (well stabilised) 850°C, 2h Marginal None for 316L; stabilisation optional for 347Good 1.3× 20,000-50,000 347 (completely stabilized) 900°C, 4h Excellent 1.4× >50,000 347 + high Nb (0.6-0.8%) Full stabilisation + fine grain Best 1.5× >50,000 (amgylchedd cyrydol) 310 o ddur di-staen (dim sensiteiddio) Amh. Amherthnasol 2.0 × Effeithiolrwydd Dilysu Sefydlogi

Mae'r gofynion cymeradwyo canlynol yn berthnasol i brynwyr sy'n nodi 347 ar gyfer gwasanaeth tymheredd uchel hirdymor:

Arfer ASTM A262 A: Strwythur cam (ffiniau grawn llyfn) ar ôl bywyd gwasanaeth llawn arfaethedig neu ar ôl heneiddio carlam (1,000 h ar 650 gradd)

ASTM A262 Ymarfer E: Pasio ar ôl heneiddio (dim cracio ar ôl plygu)

Niobium to carbon ratio: Nb/C weight ratio >= 10 (12-15 yn ddelfrydol) ar dystysgrif y felin

Ardystiad anelio sefydlogi: amser a thymheredd (hy. 900 gradd C am 4 awr) wedi'u cofnodi

Casgliad: 347 Dros 316L ar gyfer Gwasanaeth Estynedig 550 gradd

Carbon diffusion in 316L stainless steel heater sheaths at 550°C leads to chromium carbide precipitation and sensitisation after 5,000-10,000 hours of operation, making it susceptible to intergranular corrosion. Type 347 (niobium stabilised) with correct ratio of Nb:C (≥10:1) and stabilisation annealing (850-900°C, 2-4 hours) is not sensitised for >50,000 o oriau oherwydd bod carbon yn cael ei ddyddodi'n barhaol fel NbC mewngroenynnog. Ar gyfer gwasanaeth parhaus uwchlaw 500 gradd gyda gofynion bywyd yn fwy na 5,000-10,000 awr, dylai peirianwyr sy'n nodi gwresogyddion caeedig ddewis 347 yn hytrach na 316L. Ar gyfer y ceisiadau mwyaf heriol (amodau cyrydol + tymheredd uchel) bydd 310 o ddur di-staen (25Cr-20Ni) yn rhoi hyd yn oed mwy o wrthwynebiad ond am gost uwch. Mae'r fframwaith hwn yn caniatáu i brynwyr ddewis yr aloi mwyaf sefydlog ar gyfer gweithrediad hirdymor mewn gwresogydd tymheredd uchel trwy gydberthynas y ffracsiwn cyfaint NbC â chyfnodau cychwyn sensiteiddio ar 550 gradd.