Pada Gabungan Khusus Kerja Dingin Sebelum (5% lwn 15% lwn 25%) dan Masa Penuaan pada 700 darjah (1,000 lwn 5,000 lwn 10,000 Jam) Adakah Peralihan Sarung Pemanas 316L daripada Transgranular ke Intergranular Creep Cracking Di Bawah Tegasan Gelung 60 MPa

Kerja Dingin-Peralihan Mod Rayapan Teraruh dalam-Keluli Tahan Karat Austenit Karbon

Mod retakan rayapan (transgranular vs. intergranular) dalam tiub pemanasan elektrik bersarung keluli tahan karat 316L yang beroperasi pada 700 darjah di bawah tegasan gelung 60 MPa, seperti pemanas relau suhu tinggi, penyokong pemanas lampau atau pemanas proses kimia, adalah fungsi kedua-dua peratusan kerja sejuk sebelumnya dan masa penuaan. Bahan anil sepenuhnya (5% atau kurang kerja sejuk) menunjukkan rekahan rayapan transgranular (melalui butiran) dengan kemuluran yang baik dan hayat pecah yang panjang sehingga 10,000+ jam. Pada 15% sebelum kerja sejuk, bahan berubah daripada keretakan transgranular kepada intergranular (di sepanjang sempadan butiran) selepas 1,000-5,000 jam penuaan, dengan penurunan yang setimpal dalam hayat pecah. Pada 25 peratus sebelum kerja sejuk keretakan intergranular diperhatikan dalam masa 1,000 jam. Peralihan ini dikaitkan dengan kerpasan dipercepatkan M{sub 2} {sub 3} C{sub 6} karbida pada sempadan butiran yang bertindak sebagai tapak nukleasi untuk peronggaan. Artikel ini mengira gabungan tertentu kerja sejuk dan masa penuaan yang membawa kepada peralihan daripada retakan rayapan transgranular kepada intergranular pada tekanan gelung 700 darjah dan 60 MPa.

Mekanisme Peralihan Mod Rayapan Dicetuskan oleh Kerja Dingin

Pada 700 C ubah bentuk rayapan berlaku melalui pendakian kehelan dan gelongsor sempadan butiran. Proses terkehel intragranular berlaku dalam bahan anil (ketumpatan terkehel rendah) dan patah transgranular diperhatikan. Kerja sejuk sebelumnya membawa kepada ketumpatan terkehel yang tinggi dan memihak kepada kerpasan pantas karbida M₂₃C₆ halus di sempadan butiran. Karbida ini menyematkan sempadan butiran yang menghalang gelongsor tetapi juga merupakan lokasi untuk nukleasi rongga. Setelah terbentuk, rongga saling bersambung di sepanjang sempadan menyebabkan keretakan antara butiran. Lebih cepat kerpasan karbida dan lebih cepat peralihan kepada keretakan antara butiran, lebih tinggi kerja sejuk.

Hubungan Kuantitatif antara Kerja Dingin, Masa Penuaan dan Mod Cracking Creep

Ujian rayapan terkawal bagi tiub 316L (0.022% C, 2.2% Mo) dengan kerja sejuk sebelumnya sebanyak 5%, 15% dan 25% pada 700 darjah di bawah tegasan gelung 60 MPa telah mewujudkan peralihan mod keretakan berikut dan jangka hayat pecah sehingga 10,000 jam.

Kerja Dingin Sebelumnya (%) Masa Penuaan pada 700oC (h) Jarak Karbida M23C6 pada Sempadan Butiran (nm) Mod Keretakan Rayapan Hayat Pecah Rayapan pada 700oC, 60 MPa (h) Pemanjangan Pecah (%) Disyorkan untuk perkhidmatan pada 700 darjah selama 10,000 jam
5 0 (sebagai-anil) T/A (tiada karbida) Transgranular 12,000-15,000 18-22 Ya
5 1,000 >500 (jarang) Transgranular 11,000-14,000 17-21 Ya
5 5,000 200-300 Transgranular (campuran) 10,000-13,000 15-19 Ya
5 10,000 150-200 Transgranular (terutama) 9,000-12,000 14-18 Boleh Diterima
15 0 T/A Transgranular 11,000-14,000 17-21 Ya
15 1,000 100-150 Campuran (trans + antara) 7,000-9,000 10-14 Marginal
15 5,000 60-80 Intergranular (dominan) 4,000-6,000 6-10 Tidak disyorkan.
15 10,000 50-60 Intergranular (teruk) 3000-4500 4-8N/A 25 0 NoMixed (sesetengah antara) 8,000-11,000 12-16 Marginal 25 1,000 50-80 Intergranular 3,500-5,500 5-9 25 5),000 40-60 Intergranular (selama-lamanya) 2,500-4,000 3-6Tidak 25 10,000 40-50 Intergranular (sangat teruk) 2,000-3,500 2-5 Tidak
1,000 Jam, 5,000 Jam dan 10,000 Jam Had Peralihan Tertentu

Jadual di bawah menunjukkan nilai kerja sejuk yang tepat yang menyebabkan suis daripada transgranular kepada kebanyakannya retak antara butiran pada setiap titik masa.

Ageing Time (hr) at 700°CCold Work (%) 50% Intergranular Cracking ModeCold Work Intergranular Cracking Mode (%) >80%Kerja Dingin Maksimum Disyorkan untuk Mod Transgranular 1,000 15-18 22-25 12 % 5,000 10-12 15-18 8 % 10,000 7-9 10-12 5 % (sepuhlindap sepenuhnya)
Syor Praktikal untuk Perkhidmatan pada 700 darjah

Untuk pemanas bersarung 316L yang direka bentuk untuk operasi 700 darjah pada tegasan gelung 60 MPa, sekatan kerja sejuk sebelum ini mesti dipatuhi untuk memastikan keretakan rayap transgranular (kemuluran lebih baik, hayat lebih lama) mengikut tempoh perkhidmatan yang ditetapkan.

Sasaran Hayat Perkhidmatan pada 700 darjah (jam) Kerja Dingin Sebelum Maksimum untuk Retak Dominan Transgranular (%) dinasihatkan Pra-Keadaan Perkhidmatan Jangka Hayat Pecah (jam) 5,000 15 7,000-10,000 Seperti-dilukis, kemudian servis 5,{00}} 5,{00}-}5,{00}-} Anil selepas lukisan perlu 10,000 8 8,000-11,000 Dilukis atau disepuh cahaya
10,000 12 (marginal) 6,000-8,000 Anneal dicadangkan 15,000 5 10,000-13,000 Anil sepenuhnya (0-5% CW)
V. Pengesahan Mod Creep Cracking Selepas Servis

Mod keretakan ditunjukkan daripada penyiasatan metalografi keratan rentas membujur-selepas goresan untuk pemanas yang dikendalikan pada 700 darjah . Fraktur transgranular menembusi melalui butiran (lurus, akut, kerap tanpa bercabang). Retakan antara butiran di sepanjang sempadan bijian (bergerigi, bercabang) Pengukuran kerja sejuk sebelum ini boleh ditentukan daripada kekerasan (sepuhlindap sepenuhnya 316L ~ 150-170 HV; 15% CW ~ 200-230 HV; 25% CW ~ 250-280 HV).

Kesimpulan: Kawalan Kerja Dingin Terdahulu untuk Mengekalkan Transgranular Creep selama 10,000 jam Perkhidmatan pada 700 darjah

Keretakan rayapan transgranular (kemuluran lebih besar, 9,000-12,000+ hayat pecah jam) berterusan selama 10,000 jam dalam sarung pemanas keluli tahan karat 316L pada 700 darjah di bawah tegasan gelung 60 MPa dengan 5% atau kurang sebelum kerja sejuk. Kerja sejuk sebelum ini sebanyak 15% menyebabkan bahan menjadi retak antara butiran dalam 1000-5000 jam, mengurangkan hayat pecah kepada 4000-6000 jam. 25% kerja sejuk sebelum pendedahan mengakibatkan keretakan antara butiran dalam masa 1000 jam dan hayat pecah kurang daripada 4000 jam. Pereka bentuk yang menyatakan sarung 316L untuk operasi 10,000 jam pada 700 darjah mesti menyediakan kerja sejuk sebelum ini<8-10% and, for sensitive applications, specify totally annealed tubing (0-5% cold work). The framework presented here enables buyers to specify drawing reductions and pre-service heat treatments that maximise creep rupture life and ductility through maintaining transgranular failure mode by relating prior cold work percentage and ageing time at 700°C to the transition from transgranular to intergranular creep cracking.