Hogyan működik a korábbi ausztenit szemcseméret száma a 316-os rozsdamentes acél fűtőköpeny csőben a kúszás kavitációs gócozási sebessége 550 fokban

A szemcsehatár sűrűsége mint a kúszási élettartam tényezője

A 316 rozsdamentes acél burkolatú elektromos fűtőcsöveknél, amelyek megemelt hőmérsékleten (550 fok, jellemzően magas hőmérsékletű levegő- vagy gázfűtési alkalmazásoknál) működnek, az ASTM szemcseméret-számban (G) kifejezett korábbi ausztenitszemcseméret a kúszási kavitációs gócképződés sebességét szabályozó elsődleges mikroszerkezeti változó. A finomszemcsés anyag (ASTM G=8-10, szemcseátmérő 15-25 µm) térfogatonként nagyobb szemcsehatárral rendelkezik, mint a durva szemcsés anyag (ASTM G=3-5, szemcseátmérő 50-80 µm). Bár a finom szemcsék normál hőmérsékleten erősebb folyáshatárt mutatnak, emelkedő hőmérsékleten a kúszókavitáció gyorsabb magképződését mutatják, mivel a szemcsehatárok az üregképződés előnyben részesített helyei. A durva szemcsés 316 (ASTM G=4-5) kúszási élettartama 3-5-ször hosszabb 550 fokon, mint a finom szemcsés anyag hasonló terhelésen és hőmérsékleten.
A mondat átfogalmazása

Vissza az eredeti mondathoz

Mondat másolása

Nincsenek javaslatok

Ez a tanulmány felméri az ASTM szemcseméret-száma, a kavitációs gócképződés sebessége és a kúszási szakadási élettartam közötti összefüggést 316 hüvely esetében, és specifikációs keretrendszert javasol a magas hőmérsékletű{1}}használathoz.

Repedés keletkezése szemcsehatár-kavitáció révén kúszás közben

A 316-os rozsdamentes acél 550 fokos kúszási deformációjának fő mechanizmusa a szemcsehatár csúszása. A szomszédos szemcsék egymás mellett elcsúszása feszültségkoncentrációkat okoz a hármas pontokban és a második fázis részecskéinél (karbidok, zárványok) a geometriai inkompatibilitások miatt, amelyek üregeket nukleálnak. A magképződés sebessége fordítottan arányos a szemcsemérettel; minél kisebb a szemcseméret, annál nagyobb az egységnyi térfogatra jutó szemcsehatár-csomópontok száma, és így annál nagyobb a lehetséges gócképző helyek száma. A magképződés után az üregek kitágulnak a szemcsehatárok mentén az üresedés diffúziója (Coble creep) és a környező mátrix hatvány{5}}kúszása következtében. A teljes kúszási élettartam az üregek kritikus populációjának magképződéséig eltelt idő (általában az üreges határterület 5-10%-a) és az üregek repedéssé való egyesülési idejének összege. A nagyobb határsűrűség több gócképző helyet is jelent, így a kritikus üregszázalék hamarabb elérhető a finomszemcsés anyagoknál annak ellenére, hogy a rövidebb diffúziós hosszok miatt lassabb az üregenkénti növekedés.

Kvantitatív korreláció az ASTM szemcseméret és a kúszási élettartam között 550 fokban

A 316-os csövek ellenőrzött szemcsemérettel (az oldatos izzítási idő és hőmérséklet beállításával) 550 fokon és 100 MPa alkalmazott feszültség mellett (a hőtágulási kényszerből adódó karikafeszültség jellemzője) a következő összefüggéseket állapították meg.

ASTM Szemcseméret száma (G) Szemcseátmérő (µm) Szemcsehatár terület per mm3 (mm2/mm3) Idő az 1%-os kavitált határterület eléréséig (óra, 550 fok, 100 MPa) Kúszási szakadási élettartam (h, 550 fok, 100 MPa) Relatív kúszás (alapvonal){8} fokozat Szolgáltatás 10 (nagyon finom) 10-15 150-200 100-200 500-1,000 0.3× No 8-9 (finom) 15-25 100-150 200-400 1,000-2,000 0.5× Nem ajánlott 7-8 (közepes finom) 25-35 70-100 300-600 1,500-3,000 0.8× (közepes 6-7) 35-45 50-70 500-1,000 2,500-4,500 1.0-1.2× Elfogadható időszakos
5-6 (közepes-durva) 45-55 40-50 800-1,500 4,000-6,500 1.5-2.0× Ajánlott
4-5 (durva) 55-70 30-40 1,200-2,500 6,000-10,000 2.5-3.5× Ideális folyamatos szolgáltatáshoz
3-4 (durva) 70-85 25-30 1,500-3,500 7,000-12,000 3.0-4.0× Elfogadható, de kisebb rugalmasság
A szemcseméret és a keményfém eloszlás hatása

A durva szemcsés 316 kúszási kavitációs ellenállása kritikusan függ mind az intragranuláris, mind a szemcsehatár-karbidok jelenlététől. A finom, intragranuláris karbidokat (M 23 C 6 , MC) előállító oldatos lágyítás során a hűtési sebesség a szemcse belsejének csapadékerősítését biztosítja, minimalizálva a mátrix kúszását. A lassú lehűlési sebesség durva, folyamatos szemcsehatárú karbidokat eredményez, amelyek kedvező üreges gócképződési helyük miatt csökkentik a kúszási élettartamot. Az ideális mikrostruktúra az 550 fokos kúszásnál a durva szemcsék (ASTM G=4-6), amelyek finom diszperzióval rendelkeznek az intragranuláris karbidok és a nem folytonos szemcsehatárú karbidok. Mikroszerkezet: 1040-1060 C-on hőkezelt, közepesen hűtött oldat (kényszerlevegő, nem vízhűtés), majd stabilizáló izzítás 850-900 C-on 2-4 órán keresztül. A stabilizáló hőkezelés szabályozott módon, érzékenyítés nélkül választja ki a karbidokat (316 literes vagy stabilizált minőségeknél).

Szemcseméret-specifikáció magas hőmérsékletű fűtőberendezésben való használatra

A becsült élettartam alapján a következő szemcseméret-szabványt javasoljuk 316 burkolatos fűtőtesthez 550 fokos köpenyhőmérséklet (belső falhőmérséklet) folyamatos működéséhez.

Kívánt élettartam 550 C-on (óra) Minimális ASTM szemcseméret (alacsonyabb szám=durvább) (ASTM) maximális szemcseméret (nagyobb szám=kisebb) Javasolt hőkezelés<2,000 (intermittent duty) 3 6 Standard solution anneal + quench 2,000-5,000 4 6 Controlled anneal + forced air cool 5,000-10,000 5 (max, indicating coarser than G=5 is permitted) 5 Extended anneal + stabilisation
Szemcseméret és kúszási sérülés mező validálása 10 000-20,000 4 (minimális durvaság) 5 Magas hőmérsékletű lágyítás (1100 fok) + lassú hűtés

Magas hőmérsékletű üzemi fűtőberendezések A szemcseméret egy keresztmetszet metallográfiai analízisével határozható meg, glicerióval (15 ml HCl, 10 ml glicerin, 5 ml HNO3) végzett maratás után. Az ASTM szemcseméret-számot az ASTM E112 . szabványos diagramjaival való összehasonlítással kapjuk meg. Kúszási kavitációs károsodás (kis fekete foltok (üregek) a szemcsehatárokon 500-1000-szeres nagyításnál) általában akkor jelentkezik, ha a kúszási élettartam 50-60%-a kimerült. A durvaszemcsés (G=5) fűtőberendezéseknél a 8000 órás élettartam körülbelül 4000-6000 órájában figyelhetők meg az üregek. A finomszemcsés anyagoknál (G=8) az üregek körülbelül 200-400 óra elteltével láthatók, és lényegesen kevesebb észrevételt tesznek lehetővé a szakadás előtt. A kavitációs frakció metallográfiai értékelésére szolgáló időszakos mintavételezés (évente egy fűtőelem tételenként) prediktív karbantartási adatokat ad a kulcsfontosságú fűtőtestekhez.

A hegesztett és hajlított alkatrészek szemcseméretét figyelembe véve

A szemcseméretre vonatkozó követelményeket a végsapkás hegesztés és hajlítás tekintetében kell értékelni. A hegesztés során a hegesztési varrat fúziós vonala mentén finom szemcsékkel (ASTM G=9-11) lévő hőhatás zónát hoz létre. Magas hőmérsékleten ez a finom{3}}szemcsés zóna érzékeny terület lehet a kúszókavitáció számára. Az 500 fok feletti fűtőtesteknél a hegesztési zóna előnyösen meghibásodhat, még akkor is, ha az alapfém durva szemcsemérete. Az egyik enyhítő megoldás egy utó-hegesztési megoldás elvégzése, amely durvítja a HAZ szemcséket. Lehet, hogy ez nem kivitelezhető. Alternatívaként kúszásállóbb ötvözetet, például 310-es rozsdamentes acélt vagy Inconel 600-at használnak az egész fűtőberendezéshez, amely megszünteti a kúszás élettartamának szemcsemérettől függő változásait.

Következtetés: Durva szemcsék specifikációja a magas hőmérsékletű kúszási szilárdsághoz

316 rozsdamentes acél tokozású fűtőtesteknél 550 fokon az előző ausztenit szemcseméret-szám a szabályozó tényező a kúszási kavitációs gócképződés sebességére, és így a teljes kúszási szakadási élettartamra. A kavitációs gócképződés 3-5-ször gyorsabb finomszemcsés anyagban (ASTM G=8-10), mint durva szemcsés anyagban (ASTM G=4-5), amelynek kúszási élettartama 10 000 óráról 2 000 órára csökken azonos feszültség és hőmérséklet mellett. A mérnököknek meg kell határozniuk egy G=5 vagy G=6 értéket, amelyet az ASTM E112 metallográfiával igazolnak, a maximális ASTM szemcseméret-számhoz (durvább szemcsék) 316 hüvely esetén folyamatos magas hőmérsékletű használat esetén. A leírt módszertan a szemcseméretet a számszerűsíthető kavitációs arányokhoz és a szakadási időhöz kapcsolja, lehetővé téve a vásárlók számára, hogy olyan 316 hüvelyes csövet válasszanak, amely a legjobban ellenáll a kúszás meghibásodásának magas hőmérsékletű alkalmazásoknál.