Kako postotak prethodnog hladnog rada iz izvlačenja cijevi plašta grijača od 316L kontrolira stopu rekristalizacije i rasta zrna tokom rada na 600 stepeni

Parametar mikrostrukturne evolucije za visoke temperature. Zadržavanje snage

Procenat prethodnog hladnog rada iz izvlačenja cijevi diktira stopu rekristalizacije i naknadnog razvoja zrna koji se dešavaju tokom izlaganja visokim-temperaturama za cijevi za električno grijanje umotane od nehrđajućeg čelika 316L koje rade na 600 stepeni, što je gornja granica upotrebe za kontinuiranu upotrebu ove legure. Kao -izvučena cijev je pohranila energiju plastične deformacije (gustina dislokacije odgovara % hladnog rada). Ova uskladištena energija izaziva rekristalizaciju na 600 stepeni: proizvodnju novih zrna bez naprezanja koja zamenjuju deformisanu mikrostrukturu. Period početka rekristalizacije dramatično opada sa povećanjem hladnog rada: kod 10% hladnog rada, to je 1.000-2.000 sati; kod 20% hladnog rada, 200-500 sati; na 30% hladni rad, 50-150 sati. Rekristalizacija dovodi do formiranja zrna. Ovo ugrušava mikrostrukturu i smanjuje snagu puzanja. 10, 000 sati rada na 600 stepeni, optimalni opseg hladnog rada je 10-15% (ravnoteža: odlaže rekristalizaciju dovoljno da preživi 10.000 sati, ali ne tako brzo da se formiraju gruba zrna). Ovaj rad procjenjuje vezu između prethodnog hladnog rada, kinetike rekristalizacije, razvoja zrna i vijeka puzanja na 600 stepeni.

Mehanizam rekristalizacije i rasta zrna u 316L hladno obrađenom

Rekristalizacija je termički stimulisan proces. Nova zrna nastaju na mjestima velike gustine dislokacija (granice zrna, deformacijske trake, inkluzije) i razvijaju se u iskrivljenu matricu. Pogonska sila je proporcionalna uskladištenoj energiji hladnog rada, koja je proporcionalna kvadratu napona protoka (oko linearnog sa procentom hladnog rada do 30-40%). Hladni rad dovodi do eksponencijalnog povećanja brzine nukleacije. Nakon što je rekristalizacija završena, ekspanzija zrna se događa graničnom migracijom koju pokreće smanjenje graničnog područja zrna. Velika zrna rastu na račun malih zrna (Ostwald sazrevanje). Fina, stabilna veličina zrna (ASTM 6-8) pruža najbolju otpornost na puzanje na 600°C. Pokazano je da vrlo sitnozrna (ASTM 10+) i krupnozrna (ASTM 3-5) zrna skraćuju vijek puzanja, klizeći po granici zrna.

Odnos između hladnog rada, vremena rekristalizacije i veličine zrna na 600 stepeni.

Kontrolirano izotermno starenje na 600 stepeni sa periodičnim metalografskim pregledom korišteno je za određivanje stope rekristalizacije i razvoja zrna u hladno-cjevima od 316L:

Previous Cold Work (%) Time to Recrystallise 50% at 600°C (hours) Recrystallised Grain Size After Completion (ASTM, µm) Time to Grain Growth to ASTM 5 (>70 µm, hours) Creep Rupture Life at 80 MPa, 600°C (hours) Recommended for 10,000 hour Service at 600°C 0 (annealed) N/A (no cold work) 8-9 (20-30 µm) initial >20.000 (stabilno) 2.500-3.500 Da (ako je već dobro)
5 5,000-10,000 8-9 (20-30 µm) 15,000-20,000 3,000-4,000 Da
10 1,500-3,000 7-8 (25-35 µm) 8,000-12,000 3,500-5,000 Da (najbolje)
12 1,000-2,000 7-8 (25-35 µm) 6,000-9,000 3,500-5,000 Da
15 500-1,000 6-7 (35-50 µm) 4,000-7,000 3,000-4,500 Prihvatljivo
20 200-500 5-6 (50-70 µm) 2,000-4,000 2,000-3,500 Marginalni 25 100-200 4-5 (70-90 µm) 1,000-2,000 1,500-2,500 Ne preporučuje se 30 50-150 3-4 (90-1) 500-1,500 1,000-2,000 Ne preporučuje se 35 30-80 3 (100-130 µm) 300-800 800-1,500 Ne 40 20-50 2-3 (120-150 µm) 200-500 600-1,000 Ne
Utjecaj početne veličine zrna na kinetiku rekristalizacije

Brzina rekristalizacije ovisi o početnoj veličini zrna prije hladnog izvlačenja. Dakle, što je supstanca finija, brže će se ponovo{1}}kristalizirati. Ima više mjesta nukleacije.

Početna ASTM veličina zrna prije crtanja Relativna stopa rekristalizacije (10% CW) Pri istom hladnom radu 10.000 sati hladnog rada Preporučeni vijek trajanja 10 (izuzetno fino, 10 µm) 1,5× (brže) 8% 8 (fino, 20 µe% basline) (1.0 µm)
6 (srednje, 45 µm) 0,7× (sporije) 12%
4 (grubo, 80 µm) 0,4× (daleko sporije) 15% Praktične preporuke za proizvodnju cijevi grijača od 316L

Za omote od 316L za rad od 600 stepeni sa projektovanim vijekom trajanja od 10.000 sati predlažu se sljedeći parametri hladnog rada i termičke obrade prije{4}}usluga.

Željeni radni vijek (sati) 600 stepeni Preporučeni hladni rad prije servisiranja (%) Veličina zrna nakon pre-termičke obrade nakon 10.000 h na 600 stepeni (ASTM) Očekivani vijek trajanja puzanja (sati) 5,000 15-20 Nema (kao što je nacrtano) (kao što je nacrtano) 5-7 3,000-4,500 10,000 10-12 Ništa (kako je nacrtano) 6-7 (35-50 µm) 3,500-5,000 10,000 0-5 Potpuno žarenje + fino zrno 7-8 (25-35 µm) 3,000-50 µm, Stabilizacija,000 10,000 0-5 (850 stepeni, 2 h) 7 (30-40 µm) 5,000-7,000 20,000 + otpornost na koroziju 0 žarenje pune otopine + stabilizacija 7-8 4,000-6,000
Državna verifikacija rekristalizacije

Za kupce koji zahtijevaju određenu mikrostrukturnu stabilnost nude se dva postupka verifikacije. Prvi je ispitivanje tvrdoće. Tvrdoća kao-izvučenog 316L je 180-320 HV u zavisnosti od hladnog rada. Rekristalizacija uzrokuje smanjenje tvrdoće na 140-160 HV (potpuno mekano). Ako je tvrdoća nakon 1.000 h na 600 stepeni veća od 200 HV, rekristalizacija još nije izvršena. Drugi je metalografski pregled nakon jetkanja (gliceregija ili elektrolitička oksalna kiselina). Formiranje "ogrlica" struktura (redova finih novih zrna duž bivših granica zrna) označava početak rekristalizacije.

Zaključak Poboljšanje hladnog rada za radni vijek od 600 stepeni

Na kinetiku rekristalizacije i kasniji razvoj zrna 316L omotača grijača od nehrđajućeg čelika na 600 stupnjeva utječe prethodni hladni rad %. Rekristalizacija se postiže nakon hladne obrade od 10-12% i 1,500-3,000 sati, što rezultira finom (ASTM 7-8) prekristaliziranom strukturom zrna koja zadržava dobru snagu puzanja 10,000+ sati. Veći rad na hladnom (20-30%) rezultira brzom rekristalizacijom (200-500 sati) i krupnim zrnima (ASTM 4-5) koja smanjuju vijek puzanja za 40-60%. Mikrostruktura je već prekristalizirana i stabilna na manje od 5% hladnog rada (žarena), ali nedostatak radnog očvršćavanja smanjuje čvrstoću u obliku. Za 10.000 sati rada na 600 stepeni, inženjeri koji specificiraju omote od 316L mogu očekivati ​​10-15% hladnog rada od izvlačenja cijevi. Nakon izvlačenja, koristi se stabilizacijska termička obrada (850 stepeni, 2 sata) za optimizaciju mikrostrukture za dugoročnu stabilnost veličine zrna za rad od preko 10.000 sati. Okvir koji je ovdje predložen omogućava kupcima da specificiraju redukcije izvlačenja koje maksimiziraju vijek puzanja putem kontrolirane mikrostrukturne evolucije povezujući % hladnog rada sa kinetikom rekristalizacije i razvojem zrna na 600 stepeni.