Hangi Spesifik Tane Boyutu (ASTM 6 vs 8.5) ve Delta Ferrit Yüzdesi (%3 vs %8) Kombinasyonu Altında 347 Isıtıcı Kılıfın Taneler Arası Sünme Çatlağından Taneler Arası Sünme Çatlamasına Geçişi 700 Derecede Yapar 10.000 Saat Sonra 50 MPa Çember Gerilimi Altında

Sürünme Arıza Modu Seçimi için Mikroyapısal Geçiş Faktörü

Petrokimya fırın tüpleri veya yüksek-sıcaklık proses ısıtıcıları gibi, 10.000 saat boyunca 50 MPa çember gerilimi altında 700 derecede çalışan Nb-stabilize edilmiş 347 paslanmaz çelik kılıflı elektrikli ısıtma tüpleri için, sürünme çatlamasının baskın modu (taneler arası vs. taneler arası), önceki ostenit tane boyutunun (ASTM G sayısı, daha küçük sayı=daha kaba) kombinasyonu ile kontrol edilir. taneler) ve delta ferrit hacim fraksiyonu. Taneler arası sürünme çatlaması (taneler boyunca), daha uzun kopma ömrü (12.000-15.000 saat) ve daha fazla süneklik, düşük delta ferrit (%3) ince taneli malzeme (ASTM 8.5, tane çapı ~18 µm) tarafından sergilenir. Önemli miktarda delta ferrit (%8) içeren kaba taneli malzeme (ASTM 6, tane boyutu ≈ 45 µm), daha kısa kopma ömrü (6.000-9.000 saat) ve azaltılmış süneklik ile tanecikler arası sürünme çatlaması (tane sınırları boyunca) sergiler. Değişim, tane boyutu ve ferrit içeriğinin kritik bir kombinasyonunda meydana gelir. Çalışma, 50 MPa'lık bir çember gerilimi altında 700 derecede 10.000 saat sonra sürünme arızası modunu kontrol eden kesin mikroyapısal parametreleri tahmin etmektedir.

Sürünme Çatlama Modu Seçim Mekanizması

347'deki sürünme çatlaması, tane sınırı kayması ve boşluk çekirdeklenmesinden kaynaklanır. İnce taneler (birim hacim başına daha fazla sınır) kaymayı daha eşit şekilde dağıtır ve bireysel sınırlardaki gerilim konsantrasyonlarını azaltır. Teller veya ağlar formundaki delta ferrit, uygun çatlak yolları sağlar. Düşük tane boyutlarında (< 25µm, ASTM 8 or finer), the dense population of grain borders prohibits individual boundaries from generating enough strain for intergranular fracture; damage builds inside grains (transgranular). At coarse grain sizes (>35 µm, ASTM 6 veya daha kalın), tane sınırı kayması bazı bölgelerde lokalizedir ve sınırlar boyunca delta ferrit şeritlerin varlığı taneler arası boşluk gelişme oranını arttırır.

Tane boyutu, delta ferrit ve sürünme modu arasındaki korelasyonun ölçülmesi

Çözelti tavlama sıcaklığına göre farklı tane boyutları ve delta ferrit ayarlamaları sağlamak amacıyla 347 borunun (%0,45 Nb, %0,08 C, %0,50 Si) kontrollü ısıl işlemine yönelik çatlama modları ve kopma ömürleri. 700 derecede, 50 MPa'da 10.000 saat boyunca sürünme testi.

ASTM Tane Boyutu (G) Tane Çapı (μm) Delta Ferrit Hacim Kesri (%) Ferrit Morfolojisi Baskın Sürünme Çatlama Modu Sürünme Kopma Ömrü 700 derecede, 50 MPa (saat) Kopma Uzaması (%) 10.000 saatten sonra 700 derecede 10.000 saat Servis için önerilir
8.5 18 2-3 Küresel izoleTransgranüler 13.000-16,000 20-25 Evet (optimum)
8.0 22 3-4 Küresel + kısa şeritler Transgranüler (esas olarak) 12.000-15,000 18-22 Evet 7.5 27 4-5 Karışık Karışık (trans + inter) 10.000-13,000 15-20 Kabul edilebilir
7.0 32 5-6 DizilerKarışık (taneler arası baskın) 9,000-11,000 12-16 Marjinal 6.5 38 6-7 Birbirine bağlı diziler Taneler arası 7,500-9,500 8-12 Tavsiye edilmez
6.0 45 7-8 Near-continuous network Intergranular (severe) 6,000-8,000 5-10No 5.5 52 8-9 Continuous network Intergranular 5,000-7,000 4-8 No 5.0 60 >9 Kapsamlı ferrit Taneler arası (erken) 4,000-6,000 3-6 Hayır
10.000 saatlik hizmete özel geçiş sınırları

Aşağıdaki tablo, 10.000 saat sonra çatlama modunun tanecikler arası geçişinden tanecikler arası geçişinin tam permütasyonlarını göstermektedir.

Tane Boyutu (ASTM) Mod Geçişi için Kritik Delta Ferrit (%, 10.000 saat)Kritik Ferritte/üzerinde Arıza Modu Tane Boyutu için Önerilen Maksimum Ferrit
9 (ince, 15 µm) %8-9 Taneler arası %8'in üzerinde %7 8,5 (18 µm) %6-7 Taneler arası %6-7'nin üzerinde %5
8 (22 µm) %5-6 Taneler arası > %5 %4 7,5 (27 µm) %4-5 Taneler arası > %4 %3
7 (32 µm) %3-4 Taneler arası %3'ün üzerinde %2,5 6,5 (38 µm) %2,5-3 Taneler arası %2,5'in üzerinde %2
2% 6 (45 µm) 1.5% Intergranular >2%
Transgranüler (Sfero) Arıza Modu ile 700 Derece Servis için Pratik Öneriler

Taneler arası sürünme çatlamasına sahip (daha fazla süneklik, daha uzun ömür) 347 muhafazalı ısıtıcılar için, 700 derecede 10.000 saat sonra, 50 MPa çember geriliminde aşağıdaki mikroyapısal gereksinimler geçerlidir.

İstenilen Sürünme Arıza Modu Hedef ASTM Tane BoyutuHedef Delta Ferrit (%) Gerekli Isıl İşlem Kopma Ömrü (beklenen saat)
Transgranüler (en iyi süneklik) 8,5-9<3 Solution anneal 1,040°C + high Ni (10.5%) 15,000-18,000
Transgranüler (kabul edilebilir) 8-8.5 3-4 Çözelti tavlaması 1.050 derece, geleneksel kimya 12.000-15.000
Karışık (çeşitli uygulamalar için iyi) 7.5-8 4-5 Çözelti tavlaması 1.060 derece 10.000-13.000
Taneler arası (kaçının)<7 >5 High temperature anneal (>1.080 derece)<9,000
-Hizmet Sürünme Modu Doğrulamasını Sonrası Yap

Çatlama modu, 700 derecede çalıştırılan ısıtıcının kazınmış uzunlamasına kesitinin metalografik muayenesi ile gösterilir. Transgranüler kırıklar tanelerin içine nüfuz eder (düz, akut, sıklıkla dallanma olmadan). Taneler arası çatlaklar (pürüzlü, dallanma) tane sınırları boyunca yayılır. Aynı numunede önceki tane boyutunu ve delta ferrit içeriğini ölçebiliriz.

Sonuç: Sünek Sünme Kırılması için Tane Boyutunun ve Ferritin Optimize Edilmesi

Örneğin, 347 paslanmaz çelik ısıtıcı kılıflarının 700 derecede 50 MPa çember gerilimi altında 10.000 saat sonra sürünme çatlaması, önceki östenit tane boyutu ve delta ferrit hacim fraksiyonunun belirli bir kombinasyonuna ulaşıldığında tanecikler arası (sünek, daha uzun ömür) tanecikler arası (kırılgan, daha kısa ömür) değişir. İnce-taneli malzeme (ASTM 8.5, 18 µm), tanecikler arası parçalanmaya başlamadan önce %6-7'ye kadar delta ferrit alabilir. İri taneli malzeme (ASTM 6, 45 µm) için, taneler arası çatlamayı önlemek amacıyla %2'nin altındaki delta ferrit gereklidir. Taneler arası çatlama, daha fazla süneklik ve daha uzun sürünme ömrü sağlamak için, 700 derecede 10.000 saatlik servis için, ince tane boyutunda (ASTM 8-9) ve düşük delta ferrit (%2-4) olan 347 kılıf belirtilmelidir. Burada sunulan çerçeve, tane boyutu ve delta ferrit yüzdesini, tanecikler arası ve tanecikler arası sürünme çatlama modları arasındaki geçişle ilişkilendirir ve alıcıların, uzun vadeli yüksek sıcaklıkta hizmet için sürünme kopma ömrünü ve sünekliği en üst düzeye çıkarmak için ısıl işlem ve kimyayı belirlemesine olanak tanır.