Bagaimana Pecahan Isipadu bagi Z-Kemendakan Fasa (CrVN) dalam Tiub Sarung Pemanas 347 Selepas 50,000 Jam pada 600 darjah Mengawal Pengurangan dalam-Kekuatan Pecah Rayapan Jangka Panjang

Fasa Nitrida Kompleks dan Kemerosotan Sifat Rayapannya

Pemendakan fasa Z-(CrVN, kromium vanadium nitrida kompleks) boleh berlaku dalam kes tiub pemanas elektrik bersarung keluli tahan karat 347 (Nb-stabil) yang beroperasi pada 600 darjah untuk masa yang sangat lama (50,{000+ jam) seperti dalam tiub industri-hidup yang lama, terutamanya loji janakuasa haba atau supervanadium yang ada. unsur baki (biasanya 0.10-0.20% V). Tidak seperti NbC, yang mempamerkan pengukuhan yang stabil, fasa Z-mendakan pada mulanya sebagai zarah halus (10-30 nm) yang menyumbang kepada kekuatan rayapan, tetapi selepas 20,000-30,000 jam pada 600 darjah Z-fasa fasa 10 vana dan nitrogen yang kasar (5 nm10vana) dan 50% juga menjejaskan kestabilan mendakan pengukuhan lain. Hasil bersih selepas 50,000 jam ialah kehilangan kekuatan pecah rayapan 30-50% berbanding bahan bebas vanadium. Di bawah 0.05% V, penjanaan fasa Z adalah tidak ketara dan kekuatan rayapan adalah stabil. Dalam kerja ini, korelasi antara kandungan sisa vanadium dan pecahan volum fasa Z selepas 50,000 jam pada 600 darjah dan kehilangan kekuatan pecah rayapan dikira.

Mekanisme Z-Kerosakan Fasa

Fasa-Z (CrVN) ialah sebatian tetragon yang terdiri daripada kromium, vanadium dan nitrogen. Ia mendakan kira-kira 500-700 darjah . Z-fasa menjadi kasar oleh Ostwald yang masak dalam tempoh penuaan jangka panjang. Pertumbuhan zarah fasa Z-menggunakan matriks vanadium (membentuk VC) dan nitrogen (membentuk Cr 2 N atau NbN). Kekuatan rayapan dikurangkan dengan melembutkan matriks dan kehadiran zarah fasa Z{14}}yang besar dan rapuh. Kesan ini dilihat paling jelas selepas 30,000-50,000 jam apabila zarah fasa Z lebih besar daripada 200-300 nm.

Kebergantungan Kuantitatif Kandungan Vanadium, Z-Pecahan Isipadu Fasa dan Kekuatan Rayapan

Penuaan jangka panjang-terkawal 347 tiub (0.45% Nb, 0.06% C, 0.08% N) dengan pelbagai baki vanadium pada 600 darjah selama 50,000 jam dan ujian pecah rayapan seterusnya pada 600 darjah dan 80 MPa telah menentukan lompatan kekuatan berikut.

Kandungan Vanadium (berat%) Z-Pecahan Isipadu Fasa Selepas 50,000j pada 600 darjah (%)Z-Saiz Zarah Fasa selepas 50,000j (nm) Kekuatan Pecah Rayapan pada 600 darjah , 80 MPa (h)Kekuatan Rayapan pada Garisan V{0}Bebas untuk Servis V{00} 600 darjah<0.02 (V-free) 0 N/A 25,000-30,000 1.00x Yes
0.02-0.05 <0.05 50-80 22,000-28,000 0.90-0.95× Yes 0.05-0.10 0.05-0.10 80-150 18,000-24,000 0.80-0.90× Acceptable 0.10-0.15 0.10-0.20 150-300 14,000-18,000 0.60-0.80× Marginal 0.15-0.20 0.20-0.35 300-600 10,000-14,000 0.45-0.60× Not recommended 0.20-0.25 0.35-0.50 500-800 8,000-12,000 0.35-0.45× No >0.25 >0.50 >800 <8,000 <0.35× No 
Kesan Nb dan N pada Z-pembentukan fasa

Lebih banyak niobium menstabilkan NbN dan NbCN serta mengurangkan fasa-Z. Nitrogen yang lebih tinggi mempercepatkan fasa Z-.

Wt% Niobium Wt% Nitrogen Wt% VanadiumZ-pecahan volum fasa selepas 50000 h (%)Hayat Pecah Rayapan (jam) Disyorkan untuk Perkhidmatan 50,000j 0.40 0.06 0.10 0.10-0.15 16,000-22,000 Boleh Diterima 0.45 0.06 0.10 0.08-0.12 18,000-24,000-24,000 0.50 0.06 0.10 0.05-0.10 20,000-26,000 Ya 0.45 0.08 0.15 0.20-0.30 12,000-18,000 Marginal 0.45 0.04 0.15 0.10-0.15 16,000-22,000 Syor Praktikal Boleh Diterima untuk Perkhidmatan 50,000 Jam pada 600 darjah

Sekatan vanadium dan niobium untuk 347 pemanas bersarung untuk perkhidmatan 50,000 jam pada 1100 F.

Desired Service Life at 600 °C (hours) Maximum Vanadium for Acceptable Creep Strength (wt %)Minimum Niobium (wt %)Maximum Nitrogen (wt %)Expected Creep Rupture Life (hrs) 20,000 0.15 0.40 0.08 15,000-20,000 30,000 0.10 0.45 0.07 18,000-25,000 40,000 0.08 0.45 0.06 20,000-28,000 50,000 0.05 0.50 0.06 22,000-30,000 >50,000 <0.02 0.50+ 0.05 25,000-35,000
Z-Pengesahan Kerpasan Fasa

Bagi pembeli yang inginkan kekuatan rayapan jangka panjang, dua kaedah disediakan . Yang pertama ialah pemeriksaan kimia kandungan vanadium (oleh ICP atau OES) dengan kebolehterimaan<0.05-0.10% for 50,000-hour service. Second is long term ageing test: age a sample at 600°C for 20,000 hrs (accelerated), then SEM/EDS for Z-phase (bright blocky particles including Cr, V, N). Acceptance: Z-phase volume fraction of 0.1-0.2%.

Kesimpulan: Spesifikasi Vanadium Rendah untuk Hayat Rayapan 50,000 Jam

Dalam 347 sarung pemanas keluli tahan karat yang bekerja pada 600 darjah selama 50,000 jam, kerpasan fasa Z (CrVN) diperhatikan, walaupun dengan baki vanadium serendah 0.10-0.15%. Fasa Z-berkasar kepada 150-600 nm dan mengurangkan kekuatan pecah rayapan sebanyak 20-50% berbanding bahan bebas vanadium. Jurutera yang menetapkan 347 sarung untuk kegunaan ultra-panjang (30,000-50,000+ jam) harus mengehadkan vanadium kepada<0.05-0.08% and niobium to >0.45-0.50% untuk menghalang pembangunan fasa Z-. Rangka kerja yang dibangunkan di sini menghubungkan kepekatan vanadium, peratusan volum fasa Z dan penurunan kekuatan rayapan pada 600 darjah . Rangka kerja ini boleh digunakan oleh pelanggan untuk menentukan 347 kimia yang akan mengekalkan kekuatan rayapan untuk hayat reka bentuk selama setengah abad.