Fenomén nad{0}}starnutia v nízkouhlíkovej{1}}uhlíkovej nehrdzavejúcej oceli 316L
V prípade elektrických vykurovacích rúrok s plášťom z nehrdzavejúcej ocele 316L pracujúcich pri 650 stupňoch dlhší čas (5 000{5}}10 000 hodín)-, ako napríklad pri dlhodobej- prevádzke priemyselných pecí, podperách prehrievačov alebo ohrievačoch chemického procesu-zrážanie karbidov chrómu spočiatku spôsobuje na hraniciach zŕn M₂₃C (M₂₃) náchylnosť). S pokračujúcim starnutím po kritickom čase však karbidy hrubnú a chróm difunduje späť do vyčerpaných zón, čo je jav známy ako „nad{11}}starnutie“ alebo „znecitlivenie“. Čas do{31}}starnutia závisí od percenta predchádzajúcej práce za studena. Pri 12 % predchádzajúcej práci za studena dôjde k senzibilizácii po 500-1000 hodinách, ale k znecitliveniu (ASTM A262 Practice E pass) dôjde po 5000-8000 hodinách. Pri 18 % predchádzajúcej práci za studena dochádza k senzibilizácii rýchlejšie (200 – 500 hodín), ale k desenzibilizácii dochádza aj skôr (3 000 – 5 000 hodín). Po 5 000 hodinách zostáva 12 % materiálu na prácu za studena senzibilizovaných (zlyhá), zatiaľ čo 18 % materiálu na prácu za studena môže zostarnúť a prejsť. O 10 000 hodín možno obe minuli. Tento článok kvantifikuje špecifické kombinácie času práce za studena a starnutia, kde nadmerné starnutie obnovuje odolnosť proti medzikryštalickej korózii.
Mechanizmus zvrátenia senzibilizácie (nad{0}}starnutie)
Počas senzibilizácie sa jemné, tesne umiestnené karbidy M23C₆ vyzrážajú na hraniciach zŕn a vytvárajú prekrývajúce sa zóny ochudobnené o-chróm. Pri predĺženom starnutí pri 650 stupňoch prebiehajú tri procesy. Po prvé, karbidy zhrubnú (Ostwaldovo zrenie), čím sa zväčší vzdialenosť medzi časticami. Po druhé, chróm difunduje z matrice späť do ochudobnených zón. Po tretie, keď sa ochudobnené zóny už neprekrývajú (vzdialenosť karbidov presahuje 2-násobok šírky ochudobnenia približne 100-200 nm), hranice zŕn sa stanú odolnými voči intergranulárnemu napadnutiu v ASTM A262 Practice E.
Kvantifikovaný vzťah medzi prácou za studena, časom starnutia a stavom senzibilizácie
Riadené starnutie 316 l hadičiek (0,022 % C, 2,2 % Mo, 0,07 % N) s predchádzajúcou prácou za studena 12 % a 18 % pri 650 stupňoch, po ktorom nasledovalo testovanie ASTM A262 Practice E (24-hodinový var, 180 stupňový ohyb, 10× testovanie citlivosti po zistení prasklín
| Predchádzajúca práca za studena (%) | Doba starnutia pri 650 stupňoch (hodiny) | M₂₃C₆ Karbidová vzdialenosť (nm) | Chróm na hranici zŕn Minimum (hmotn. %) | ASTM A262 Practice E Výsledok | Stav senzibilizácie | Odporúča sa pre službu vyžadujúcu odolnosť proti IGC |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 12 | 0 | N/A | 18 | Pass | Nesenzibilizované | áno |
| 12 | 100 | Nemerateľné | 17 | Pass | Nesenzibilizované | áno |
| 12 | 200 | 50-80 | 12-14 | Okrajové | Včasná senzibilizácia | Prijateľné |
| 12 | 500 | 40-60 | 8-11 | Zlyhanie (praskliny) | Senzibilizované | Nie |
| 12 | 1,000 | 50-70 | 8-10 | Zlyhanie | Senzibilizované | Nie |
| 12 | 2,500 | 80-120 | 10-12 | Zlyhanie (okrajové) | Senzibilizované | Nie |
| 12 | 5,000 | 120-180 | 12-14 | Zlyhanie (hranica) | Nad{0}}starnutie začína | Neodporúča sa |
| 12 | 7,500 | 150-200 | 14-16 | Okrajové | Čiastočné zotavenie | Prijateľné s monitorovaním |
| 12 | 10,000 | 180-250 | 16-17 | Pass | Desenzibilizované | áno |
| 12 | 15,000 | 200-300 | 17-18 | Pass | Úplne znecitlivené | áno |
| 18 | 0 | N/A | 18 | Pass | Nesenzibilizované | áno |
| 18 | 100 | 40-60 | 12-14 | Okrajové | Včasná senzibilizácia | Prijateľné |
| 18 | 200 | 40-50 | 8-11 | Zlyhanie | Senzibilizované | Nie |
| 18 | 500 | 50-70 | 8-10 | Zlyhanie | Senzibilizované | Nie |
| 18 | 1,000 | 70-100 | 10-12 | Zlyhanie (okrajové) | Senzibilizované (oslabenie) | Nie |
| 18 | 2,500 | 100-150 | 12-14 | Okrajové | Nad{0}}starnutie začína | Prijateľné |
| 18 | 5,000 | 150-200 | 14-16 | Pass | Desenzibilizované | áno |
| 18 | 7,500 | 180-250 | 16-17 | Pass | Desenzibilizované | áno |
| 18 | 10,000 | 200-300 | 17-18 | Pass | Úplne znecitlivené | áno |
Kritické kombinácie pre ASTM A262 Practice E Status v špecifických časových bodoch
Nižšie uvedená tabuľka uvádza stav senzibilizácie po 5 000 hodinách a 10 000 hodinách pre 12 % a 18 % pred prácou za studena.
| Predchádzajúca práca za studena (%) | Doba starnutia pri 650 stupňoch (hodiny) | ASTM A262 Practice E Výsledok | Kritický komponent | Odporúčaná akcia |
|---|---|---|---|---|
| 12 | 5,000 | Zlyhanie (hranica) | Karbidová vzdialenosť 120-180 nm, Cr 12-14% | Neodporúča sa pre službu citlivú na -IGC |
| 12 | 10,000 | Pass | Karbidová vzdialenosť 180-250 nm, Cr 16-17% | Prijateľné pre službu IGC |
| 18 | 5,000 | Pass | Karbidová vzdialenosť 150-200 nm, Cr 14-16% | Prijateľné |
| 18 | 10,000 | Pass | Karbidová vzdialenosť 200-300 nm, Cr 17-18% | Prijateľné (úplne znecitlivené) |
Praktické odporúčania pre-dlhodobú 650-stupňovú službu
Pre 316L ohrievače s plášťom určené na 650-stupňovú prevádzku, kde môže byť potrebná odolnosť proti medzikryštalickej korózii po vystavení (napr. pri čistiacich cykloch s oxidačnými kyselinami), nasledujúce kombinácie predchádzajúcej práce za studena a servisného času zaručujú stav vyhovenia ASTM A262 Practice E.
| Požadovaná životnosť pri 650 stupňoch (hodiny) | Požadovaný stav ASTM A262 Practice E po servise | Odporúčaná predchádzajúca práca za studena (%) | Očakávané okno senzibilizácie (hodiny) | Poznámky |
|---|---|---|---|---|
| 3,000 | Pass | <5 | Žiadna senzibilizácia | Použite žíhané potrubie |
| 5,000 | Pass | 18 (alebo vyšší) | 200-2,500 | Starší-o 5 000 h |
| 5,000 | Pass | 12 | Nie je možné (stále citlivé) | Vyhnite sa 12% práci za studena |
| 8,000 | Pass | 12 | 500-7,000 | Hraničná na 8 000 h |
| 10,000 | Pass | 12 | 500-8,000 | Bezpečne na 10 000 h |
| 10,000 | Pass | 18 | 200-3,000 | Bezpečne na 10 000 h |
Overenie nadmerného{0}}starnutia a desenzibilizácie
Pre ohrievače, ktoré pracovali pri 650 stupňoch, ASTM A262 Practice A (leptanie kyselinou šťaveľovou) poskytuje rýchle posúdenie. "Stupňovitá" štruktúra (hladké hranice zŕn) indikuje desenzibilizáciu. "Priekopová" štruktúra (vyleptané zákopy) indikuje senzibilizáciu. Cvičenie E (test ohybu) je definitívne na potvrdenie odolnosti IGC.
Záver: Použitie predchádzajúcej práce za studena na kontrolu nad-časovaním starnutia
V prípade plášťov ohrievačov z nehrdzavejúcej ocele 316L pri 650 stupňoch 12 % predchádzajúcej studenej práce vytvára okno senzibilizácie od 500 do 7 000 až 8 000 hodín, pričom k znecitliveniu dochádza približne po 10 000 hodinách. Pri 18 % predchádzajúcej práci za studena nastáva senzibilizácia od 200 do 2 500 hodín, pričom k desenzibilizácii dochádza približne po 5 000 hodinách. Inžinieri, ktorí špecifikujú 316L plášte na 5000-hodinovú prevádzku pri 650 stupňoch, musia zvoliť 18% prácu za studena (alebo vyššiu), aby zabezpečili stav vyhovenia ASTM A262 Practice E po servise, alebo použiť úplne žíhané hadičky (<5% cold work) which never sensitizes. For 10,000-hour service, both 12% and 18% cold work produce desensitized, passable material. By linking prior cold work and aging time at 650°C to the transition from sensitization to desensitization, the framework presented here enables buyers to specify cold work percentages that optimize over-aging kinetics for long-term IGC resistance.
