Pam Mae 316 o Diwbiau Gwresogi Trydan Gwain Dur Di-staen mewn Baddonau Galfaneiddio Poeth yn Methu oherwydd Cyrydiad Intergranular ar 450–480 gradd Er gwaethaf Cynnwys Clorid Dibwys?

Mae amgylchedd baddonau galfaneiddio sinc tawdd yn hynod o elyniaethus i diwbiau gwresogi trydan tanddwr ac yn herio cysyniadau traddodiadol ymwrthedd cyrydiad 316 o ddur di-staen. Mae'n ymddangos bod tymheredd y bath o 450-480 gradd, sy'n sylweddol is na'r ystod tymheredd sensiteiddio arferol o 450-850 gradd ar gyfer dyddodiad cromiwm carbid, yn ddiogel ar gyfer dur gwrthstaen austenitig. Ar y llaw arall, mae methiannau maes o weithfeydd galfaneiddio yn gyson yn dangos cyrydiad rhyng-gronynnog a chracio 316 o weinau dur di-staen ar ôl 3-9 mis o wasanaeth, yn absenoldeb cloridau ac ym mhresenoldeb sinc tawdd, nad yw'n gynhenid ​​cyrydol i ddur di-staen yn yr ystyr electrocemegol traddodiadol. Mae astudiaeth metelegol o'r gwain a fethwyd yn dangos proses benodol, hy embrittlement metel hylifol (LME) a ​​achosir gan dreiddiad sinc ar hyd y ffiniau grawn, sy'n gysylltiedig â dyddodiad cyfnod sigma (σ) - cyfuniad rhyngfetelaidd caled a brau o haearn a chromiwm (FeCr). Mae datguddiad gwres hirdymor ar 450-480 gradd , sydd o fewn yr ystod o sensiteiddio carbidau, o fewn yr ystod tymheredd hanfodol ar gyfer datblygiad cyfnod sigma mewn duroedd di-staen austenitig sy'n dwyn molybdenwm fel 316. Ar y tymereddau hyn, mae cyfnod sigma yn digwydd o ferrite (delta-ducerite-ferrite strained) ar ôl straenio solidiad neu ferrite. 1000-3000 o oriau. Mae hyn yn defnyddio cromiwm o rawn austenit cyfagos ac yn creu parthau wedi'u disbyddu cromiwm sy'n dod yn agored i dreiddiad rhyng-gronynnog sinc. Mae'r papur hwn yn gwerthuso cineteg datblygiad cyfnod sigma ar dymheredd galfaneiddio ac yn darparu gwybodaeth ar gyfer detholiad aloi o wresogyddion mewn gwasanaeth sinc tawdd.

Newidiadau metelegol mewn 316 o ddur di-staen ar dymheredd galfaneiddio
Mae gan ddur di-staen safonol 316 2-3% o folybdenwm i gynyddu ymwrthedd i dyllu mewn amodau clorid. Fodd bynnag, mae molybdenwm yn ffafrio'n fawr ddatblygiad cyfnod sigma yn yr ystod tymheredd o 450-900 gradd gyda'r cineteg dyddodiad cyflymaf tua 600 gradd. Ar dymheredd galfaneiddio bath o 450-480 gradd sigma ffurfiad yn arafach, ond yn dal i gyrraedd ffracsiynau cyfaint peryglus ar ôl datguddiadau hir. Mae astudiaeth diffreithiant cefn-wasgariad electron (EBSD) o 316 o diwbiau dur di-staen a dynnwyd o wasanaeth mewn galfaneiddio ar ôl 6 mis (~4320 h ar 465 gradd) yn dangos ffracsiynau cyfaint cyfnod sigma o 3-8% yn yr ardal ger yr wyneb. Mae gronynnau sigma (0.5–5 µm mewn diamedr fel arfer) yr un yn gwaddodi ar hen safleoedd fferrit neu ar y ffiniau grawn, gan ddisbyddu'r matrics cromiwm o'i amgylch. Gall y parth disbyddu cromiwm wrth ymyl y gronynnau sigma ddirywio o'r cromiwm enwol 16-18% i gromiwm 10-12%, nad yw'n ddigon i warantu goddefedd yn erbyn ymosodiad sinc.

Mae'r amgylchedd sinc yn darparu ail ddull. Mae sinc yn dawdd ar 450 gradd ac yn gwlychu dur di-staen yn dda. Mae atomau sinc yn mudo'n interstitaidd ar hyd ffiniau grawn, yn enwedig y rhai sydd wedi'u diraddio gan gyfnod sigma neu ddisbyddiad cromiwm. Mae cyfernod trylediad sinc ar hyd ffiniau grawn mewn dur di-staen austenitig ar 465 gradd tua 2 × 10⁻¹⁰ cm²/s, sy'n ddigonol i dreiddio 100-200 mm i wal y tiwb mewn 6 mis. Mae'r embrittlement metel hylif yn cael ei achosi gan y cynnydd yn y crynodiad o sinc ar y ffiniau grawn dros lefel trothwy. Gall y cracio intergranular brau ddigwydd hyd yn oed o dan lwythi tynnol cymedrol oherwydd diffyg cyfatebiaeth ehangiad thermol rhwng y wain a'r elfen wresogi fewnol. Mae cracio yn parhau nes bod y wain yn colli cywirdeb pwysau a sinc tawdd yn cysylltu â'r wifren wresogi NiCr fewnol. Mae NiCr yn hydoddi'n gyflym mewn sinc hylif ac mae'r gwresogydd yn methu ar unwaith.

Perthynas Feintiol Rhwng Amser Amlygiad a Ffurfiant Cyfnod Sigma
Gall heneiddio cyflymach labordy samplau tiwb o 316 o ddur di-staen (trwch wal 1.5 mm, OD 12 mm) ar dymheredd o fewn yr ystod galfaneiddio ragweld dilyniant cyfnod sigma a'r hydwythedd sy'n weddill. Cafodd samplau eu trin â gwres mewn aer ar gyfer amseroedd penodol, eu rhannu ar gyfer dadansoddiad metallograffig a phrofwyd tro pedwar pwynt i bennu hydwythedd gweddilliol. Dewiswyd y tymheredd o 465 gradd i gynrychioli gweithrediad bath sinc tawdd arferol.

Amser Amlygiad ar 465 gradd (oriau) Ffracsiwn Cyfaint Cyfnod Sigma (%) Cromiwm Ffin Grawn (wt%, trwy STEM-EDS) Hydwythedd Plygu (estyniad yn ystod toriad, % o'r gwreiddiol)Modd Methiant mewn Prawf Amlygiad Sinc 0 (fel y'i derbyniwyd, anelwyd yr ateb)<0.5 17.2 100% No cracking after 500 hours 500 0.8 16.8 97% Surface wetting only, no penetration 1000 1.5 16.1 92% Shallow intergranular zinc penetration (20-30 µm) 2000 3.0 15.2 83% Zinc penetration depth 80-120 µm 3000 4.5 14.5 71% Intergranular cracks at 40-60% wall thickness 4000 6.5 13.8 58% Complete perforation or cracking within 100-200 hours
6000 9.0 12.5 42% Methiant cyflym adeg trochi (2-10 awr)
Y trothwy hanfodol ar gyfer galfaneiddio gwasanaeth yw ffracsiynau cyfaint cyfnod sigma > 3% (~2000 awr ar 465 gradd ). Os oes gan y ffiniau grawn ddigon o gromiwm i atal sinc rhag mynd i mewn, yna ni fydd y trothwy yn cael ei gyrraedd. Uwchben 3% sigma mae treiddiad rhyng-gronynnog sinc yn cyflymu'n aflinol ac mae cywirdeb mecanyddol y wain yn cael ei ddiraddio gan embrittled a chorydiad lleol.

Sensitifrwydd Microstrwythurol i Waith Oer Blaenorol a Chynnwys Ferrit Cychwynnol
Nid yw gwahanol diwbiau dur di-staen 316 yn perfformio yr un peth ar dymheredd galfaneiddio. Mae tri newidyn materol yn effeithio'n fawr ar cineteg datblygiad cyfnod sigma: cynnwys delta cychwynnol y tiwb a gyflenwir, maint y gwaith oer oherwydd lluniad y tiwb, a'r cynnwys carbon (316 vs 316L). Delta-ferrite yw'r cyfnod ciwbig corff-ganolog sy'n cael ei ffurfio yn ystod solidiad weldmentau a chastiadau dur gwrthstaen austenitig ond gall hefyd fod yn bresennol mewn nwyddau gyr ar lefel 1{.10% yn dibynnu ar reolaeth cyfansoddiad. Mae'r cyfnod sigma yn cnewyllo'n ffafriol ar y ferrite. Bydd tiwb gyda 5% fel delta-ferrite a gyflenwir yn cymryd 2500 awr ar 465C i gyrraedd ffracsiwn cyfaint 5% sigma tra bod tiwb gyda<1% delta-ferrite will need 5000–6000 hours to reach the same sigma level.

Mae gwaith oer hefyd yn cynyddu cyfradd cynhyrchu sigma. Cyflwynir dadleoliadau trwy luniadu 316 o diwbiau dur di-staen i ddimensiynau terfynol a gellir cynhyrchu symiau bach iawn o fartensit a achosir gan straen hefyd, y ddau ohonynt yn safleoedd cnewyllol ar gyfer cyfnod sigma. Roedd gan diwbiau a dynnwyd gyda gostyngiad o 15-20% yn yr ardal drawsdoriadol gyfraddau ffurfio sigma tua 1.5 gwaith yn gyflymach na thiwbiau a anelwyd yn llawn o'r un cyfansoddiad. Ar gyfer gwasanaeth galfaneiddio, cyflawnir y gwrthiant uchaf i wlybaniaeth sigma trwy nodi tiwbiau hydoddiant wedi'u hanealio gyda chrynodiad delta-ferrite o dan 1% (uchafswm o 2% o waith oer a strwythur wedi'i ailgrisialu'n llawn).

Cyflwr Materol Delta Ferrite Cynnwys (cyfrol %) Gwaith Oer (%) Amser i 3% Sigma ar 465 gradd (oriau) Bywyd Gwasanaeth Amcangyfrifedig yn Galfaneiddio Bath 316L, hydoddiant anelio, ferrite isel<1 <5 4000 – 5000 12 – 18 months 316, solution annealed, standard ferrite 3 – 5 <5 2500 – 3500 8 – 12 months 316, as-drawn (20% reduction), standard ferrite 3 – 5 15 – 20 1500 – 2000 4 – 8 months 316L, as-drawn, low ferrite <1 15 – 20 2500 – 3500 8 – 12 months
316H (carbon uchel), hydoddiant wedi'i anelio 2 – 4<5 1800 – 2500 6 – 9 months
Mae'r cynnwys carbon (316H - 0.04-0.10% C; 316L - Llai na neu'n hafal i 0.03% C) yn cael ychydig o effaith ar gynhyrchu sigma ond yn cael effaith sylweddol ar wlybaniaeth cromiwm carbid. Mae'r tymereddau galfaneiddio yn agos at derfyn uchaf yr ystod dyddodiad carbid ac felly dewisir 316L i osgoi sensiteiddio sylfaenol sy'n gysylltiedig â carbid.

Aloiau Amgen Estyniad Oes Gwasanaeth Bath
Pan fydd bywyd y gwresogydd a ragwelir yn fwy na 12 mis mewn gwasanaeth galfaneiddio parhaus, mae tri deunydd gwain posibl yn darparu perfformiad llawer mwy na 316 o ddur di-staen gyda gwahanol fanteision a chostau masnach. Mae'r matrics dethol canlynol yn helpu i ddewis deunydd o ystyried y tymheredd a ragwelir yn y bath a'r cyfnod gwasanaeth dymunol.

Deunydd Gwain Uchafswm Gwasanaeth Tymheredd ( gradd ) Cyfnod Sigma Tueddiad Oes Amcangyfrif o 465 gradd Cost Gymharol (yn erbyn 316) Cymwysiadau Galfaneiddio a Awgrymir
316 o ddur di-staen 500Uchel (molybdenwm yn cyflymu sigma) 6 - 12 mis 1.0x baddonau bach, gweithrediad achlysurol, cau i lawr bob blwyddyn
310 Dur Di-staen (25% Cr, 20% Ni) 1000 Isel (dim molybdenwm, Ni uwch yn sefydlogi austenit) 24 – 36 mis 1.8x Galfaneiddio parhaus baddonau canolig i fawr
Incoloy 800 (32% Ni, 21% Cr) 1000Isel iawn (Ni uchel yn atal sigma yn gyfan gwbl) 36 - 60 mis 2.5x Llinellau dibynadwyedd uchel, mynediad cynnal a chadw lleiaf posibl
Sanicro 28 (27% Cr, 31% Ni, 3.5% Mo) 500 Cymedrol (Mo Cymedrol, Ni uchel yn sefydlogi) 24 – 30 mis 3.5x Fflwcs ymosodol-gwasanaeth â chymorth gyda chloridau gweddilliol
Gradd Titaniwm 2 300 Amherthnasol (cyfnod sigma heb ei ffurfio) Ddim yn dderbyniol – yn ocsideiddio dros 350 gradd 2.0x aloion sinc tymheredd isel (<350°C only)
310 o ddur di-staen yw'r cyfaddawd gorau posibl o ran cost a gwrthiant cyrydiad ar gyfer y rhan fwyaf o faddonau galfaneiddio parhaus. Mae'r cynnydd yn y cynnwys nicel (20% yn lle 10% yn 316) yn sefydlogi'r strwythur austenitig yn erbyn ffurfio sigma hyd yn oed ar ôl blynyddoedd ar 450-480 gradd. Dangosodd data maes o ffatri galfaneiddio a ddisodlwyd 316 gyda 310 o wainiau fod bywyd gwasanaeth cyfartalog wedi cynyddu o 7 mis i 28 mis, gyda rhai gwresogyddion yn rhedeg dros 36 mis heb fethiant. Mae gan Incoloy 800 fywyd hyd yn oed yn hirach ond efallai na fydd y cynnydd ymylol dros 310 yn werth y gost o 40% yn uwch oni bai bod tymheredd y bath yn agos at 500 gradd neu fod y cyfleuster yn cynllunio cyfnodau cynnal a chadw o fwy na dwy flynedd.

Argymhellion Ymarferol ar gyfer Manyleb Gwresogyddion ar gyfer Baddonau Galfaneiddio
Mae'r cyfarwyddiadau ymarferol canlynol ar gyfer dylunio tiwbiau gwresogi trydan ar gyfer baddonau galfaneiddio sinc tawdd yn seiliedig ar brofiad maes a data labordy. Peidiwch â defnyddio 316 o ddur di-staen mewn unrhyw broses galfaneiddio barhaus dros 4000 awr y flwyddyn. Os defnyddir 316 oherwydd ei fod ar gael neu'n rhatach, nodwch yr ateb-wedi'i anelio 316L gyda chynnwys delta wedi'i ddogfennu-ferrite sy'n llai nag 1% ac uchafswm o 5% o waith oer, a chynlluniwch ar gyfer ailosod gwain bob 6–12 mis. Ar gyfer galfaneiddio arferol ar 450 i 465 gradd gyda baddonau sinc sy'n fwy na 10 tunnell, darparwch 310 o wainiau dur di-staen gyda thrwch wal o 2.0 i 2.5 mm (yn fwy na'r trwch 1.2 i 1.5 mm a ddefnyddir fel arfer ar gyfer gwasanaeth dyfrllyd) i ganiatáu lwfans cyrydiad ychwanegol. Ar gyfer baddonau sy'n cynnwys aloion alwminiwm sinc neu weddillion fflwcs ymosodol, ystyriwch ddefnyddio Incoloy 800 neu fesuriadau trwch gwain wythnosol gan ddefnyddio profion ultrasonic i fonitro cyfradd y cyrydiad. Y pwynt manyleb pwysicaf yw ei gwneud yn ofynnol i gyflenwr y gwresogydd ardystio cyflwr yr ateb ac uchafswm y cynnwys ferrite. Gall melin safonol wedi'i anelio 316 gynnwys digon o delta-ferrite i achosi methiant cynamserol er bod y gofynion cyfansoddiad yn enwol. Gan mai'r mecanwaith methiant yw breuddwyd cyfnod sigma gyda threiddiad metel hylifol, ac nid cyrydiad dyfrllyd nodweddiadol, gall y peirianwyr ddewis deunyddiau priodol sy'n ymestyn oes y gwresogydd o fisoedd i flynyddoedd yn y cymhwysiad tymheredd uchel difrifol hwn nad yw'n ddyfrllyd.