Bagaimana Pecahan Isipadu G-Fasa (Ni₁₆Nb₆Si₇) Kerpasan dalam 347 Sarung Pemanas Selepas 20,000 Jam pada 600 darjah Mengawal Tenaga Kesan Charpy Suhu Bilik untuk Pembongkaran dan Pengangkutan-Perkhidmatan

Fasa Silisid Kompleks dan Kesan Mengerikan Niobium-Keluli Tahan Karat Distabilkan

Precipitation of G-phase (Ni 16 Nb 6 Si 7 ), a complex nickel-niobium-silicide intermetallic phase, can cause significant embrittlement, as measured by room temperature Charpy V-notch impact energy, for 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes operating at 600 C for extended periods (20,000+ hours)-such as in long-term industrial furnace heaters, petrochemical reformer tubes or superheater supports. The G-phase is formed at lower temperatures (550-650°C) during very lengthy ageing times (10,000-30,000 hours) while chi (χ) and Laves phases form at higher temperatures (650-750°C). G-phase is brittle with face centred cubic (FCC) structure and is mostly formed at the grain boundaries. G-phase at volume fractions as low as 0.2-0.5% reduces impact energy from >200 J (ductile) to 100-150 J (acceptable). At 1.0-1.5 vol% the impact energy is reduced only to 50-80 J. Impact energy drops to below 40 J (brittle) at >2.0-2.5%, menimbulkan risiko retak semasa pembongkaran, pengendalian dan penghantaran selepas perkhidmatan. Artikel ini mengukur hubungan antara keliatan hentaman Charpy dan pecahan volum fasa G selepas 20,000 jam pada 600 C.

Mekanisme kerosakkan akibat fasa G-.

Fasa G-(Ni₁₆Nb₆Si₇) termasuk ~50-60% Ni, 20-25% Nb dan 10-15% Si mengikut berat. Ia mendakan pada sempadan bijian selepas lama penuaan pada 550-650 darjah, terutamanya dalam keluli tahan karat yang distabilkan niobium (347, 348). Fasanya keras (400-600 HV) dan rapuh. Ujian kesan suhu bilik menunjukkan bahawa retakan bernukleus pada zarah fasa G dan bergerak di sepanjang sempadan butiran dengan sedikit ubah bentuk plastik. Kerosakan adalah halus: kekerasan mungkin bertambah baik sedikit sahaja (dari 160-180 HV kepada 190-220 HV) manakala keliatan impak berkurangan dengan ketara. Fasa-G biasanya diabaikan kerana tempoh penuaan yang dilanjutkan (10,000+ jam) dan gandingan niobium-silikon tertentu.

Hubungan Kuantitatif Antara G-Pecahan Isipadu Fasa dan Tenaga Kesan Charpy

Proses kemerosotan 347 tiub (0.45% Nb, 0.50% Si, 0.08% C) berumur pada 600Â darjah sehingga 25,000 jam ditentukan oleh kuantifikasi fasa G-dengan ujian SEM/EDS dan Charpy V-darjah impak pada 25Â Â

Masa Penuaan pada 600 darjah (jam) G-Pecahan Isipadu Fasa (%)G-Saiz Zarah Fasa (nm) Lokasi Kerpasan Tenaga Kesan Charpy pada 25 darjah (J) Rupa Patah Disyorkan untuk-Pengendalian Perkhidmatan (Pembubaran, Pengangkutan)
0 (anil) 0 T/A Tiada 200-240 Mulur (100% ricih) Ya 5,000 0.05<20 Intragranular (sparse) 190-220 DuctileYes 10,000 0.05-0.10 20-40 Grain boundaries (few) 160-190 DuctileYes 12,000 0.10-0.20 30-50 Grain boundaries (scattered) 130-160Mixed (some cleavage) Yes 14,000 0.20-0.35 40-60 Partial grain borders 100-130 Mixed Acceptable 16,000 0.35-0.50 50-70 Near-continuous grain boundaries 80-100 Mixed-brittle Marginal 18,000 0.50-0.70 60-80 Continuous grain boundaries 60-80 Brittle (cleavage)Not recommended 20,000 0.70-1.00 70-10045-65 Brittle continuous netNo (high risk when handled)
22,000 1.00-1.30 80-120 Berterusan + intragranular 30-50 Sangat rapuh Tidak 25,000 1.30-1.70 100-150 Luas, disatukan 20-35 Sangat rapuh Tidak
Pengaruh Silikon dan Niobium pada Kerpasan Fasa G-.

Fasa G-memerlukan niobium dan silikon. Kurang silikon dan kurang niobium memperlahankan kerpasan fasa G-.

Silicon (wt%) Niobium (wt%) Time to 0.7% G-Phase at 600°C (h) Charpy Impact after 20,000h at 600°C (J)Recommended for 20,000h Service with Post Service Handling 0.20 0.40 >25,000 120-160 Ya 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 Boleh diterima (monitor) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 Tidak disyorkan 0.65 0.50 8,000-12,000 35-55 Tidak 0.80 0.55 6,000-10,000 25-40 Tidak digalakkan untuk latihan 600 darjah dengan Pengendalian Pasca Perkhidmatan

Had fasa G-dan parameter bahan berikut memberikan keliatan yang sesuai untuk mengelakkan keretakan daripada dikendalikan untuk pemanas bersarung 347 yang akan dikeluarkan, dibuka, diangkut atau dibuang selepas 20,000 jam pada 600 darjah .

Aktiviti Selepas Perkhidmatan DiinginiKesan Charpy Minimum untuk Pengendalian Selamat (J) Maksimum G-Fasa (%) Maks. Silikon (berat%)Niobium Maksimum (berat%}Had Hayat Perkhidmatan Disyorkan (jam)
Removal and disposal (no impact loading) >30 1.3 0.50 0.45 25000
Removal with crane lifting >50 0.9 0.45 0.45 18000
Dismantling (cutting, welding) >70 0,6 0,40 0,40 15 000
Re-use or Refurbishment >100 0.3 0.35 0.40 12,000
Critical handling (people nearby) >120 0.2 0.30 0.40 10 000
G-Pengesahan Kerosakan Fasa

Three approaches are used to evaluate G-phase embrittlement for heaters retired after long-term service at 600°C. The first is Charpy impact testing on a deleted sample (if available). Acceptance: >50 J untuk pengendalian selamat Yang kedua ialah ujian kekerasan: G-fasa meningkatkan kekerasan daripada 160-180 HV kepada 190-220 HV (sederhana). Ketiga ialah penyiasatan metalografik (SEM/EDS) untuk pengesanan fasa G-(zarah-zarah yang terang dan berhalang pada sempadan butiran dengan komposisi Ni-Nb-Si). Ujian lapangan yang mudah adalah untuk membengkokkan kupon kecil. Jika ia terbelah apabila dibengkokkan 90 darjah merentasi jejari 10 mm, kerosakkan adalah serius.

Kesimpulan: Gunakan Si Rendah + Nb Rendah untuk Mengelakkan G-Kerosakan Fasa Semasa Pos-Pengendalian Perkhidmatan

For 347 stainless steel heater sheaths after 20,000 h at 600°C, G-phase (Ni16Nb6Si7) precipitation at volume fractions as low as 0.7-1.0% decreases room temperature Charpy impact energy from >200 J hingga 45-65 J (rapuh) menghasilkan bahaya keretakan yang tinggi semasa pembongkaran pasca servis, mengangkat kren atau transit. 347 sarung yang ditentukan mesti disertakan<0.35% silicon and <0.40% niobium to reduce G-phase to <0.5% after 20,000 hours for the recommended 20,000 hour service at 600°C with expected post-service handling. For service beyond 15,000-18,000 hours, it is recommended to upgrade to 310 stainless steel (which does not create G-phase) or Inconnel 600. The current system allows the buyers to define 347 chemical limits to avoid brittle failure during retirement and handling of long-service heater sheaths, by correlating G-phase volume fraction after 20,000 hours at 600°C to Charpy impact energy reduction.