Ved hvilken specifik kombination af forudgående koldt arbejde (5 % vs 15 % vs 25 %) og ældningstid ved 700 grader (1.000 vs. 5.000 vs. 10.000 timer) går 316L varmekappe over fra transgranulær til intergranulær krybespænding under 60 MPa bøjle

Koldt arbejde-Induceret krybetilstandsovergang i lavt-carbon austenitisk rustfrit stål

Kryberevnemåden (transgranulær vs. intergranulær) i 316L rustfri stålbeklædte elektriske varmerør, der arbejder ved 700 grader under 60 MPa bøjlespænding, såsom højtemperaturovne, overhedningsstøtter eller kemiske procesvarmere, er en funktion af både den foregående koldbearbejdningsprocent og ældningstiden. Det fuldt udglødede materiale (5 % eller mindre koldt arbejde) viser transgranulære kryberevner (gennem korn) med god duktilitet og lang brudlevetid i op til 10,000+ timer. Ved 15 % forud for koldt arbejde ændres materialet fra transgranulær til intergranulær revnedannelse (langs korngrænser) efter 1.000-5.000 timers ældning, med et tilsvarende fald i brudlevetiden. Ved 25 procent tidligere koldt arbejde observeres intergranulær revnedannelse inden for 1.000 timer. Denne overgang er forbundet med en accelereret udfældning af M{sub 2} {sub 3} C{sub 6} carbider ved korngrænser, der fungerer som nukleationssteder for kavitation. Denne artikel beregner de særlige kombinationer af koldt arbejde og ældningstid, der fører til skiftet fra transgranulært til intergranulært krybningsrevne ved 700 grader og 60 MPa bøjlespænding.

Mekanisme for krybetilstandsovergang fremkaldt af koldt arbejde

Ved 700 C sker krybedeformation ved dislokationsstigning og korngrænseglidning. Intragranulære dislokationsprocesser er fremherskende i udglødet materiale (lav dislokationsdensitet), og transgranulær fraktur observeres. Det tidligere kolde arbejde fører til en høj dislokationstæthed og favoriserer den hurtige udfældning af fine M₂3C6-carbider ved korngrænserne. Disse carbider pin korngrænser forhindrer glidning, men er også steder for hulrum nukleation. Når de er dannet, forbinder hulrummene sammen langs grænsen, hvilket forårsager intergranulær revnedannelse. Jo hurtigere karbidudfældningen og jo hurtigere skiftet til intergranulær revnedannelse er, jo højere er koldarbejdet.

Kvantitativt forhold mellem koldt arbejde, ældningstid og krybningstilstand

Kontrolleret krybetest af 316L-slanger (0,022 % C, 2,2 % Mo) med forudgående koldt arbejde på 5 %, 15 % og 25 % ved 700 grader under 60 MPa bøjlespænding har etableret følgende revnetilstandsovergange og brudlevetider på op til 10.000 timer.

Tidligere koldt arbejde (%) Ældningstid ved 700oC (h) M23C6 Karbidafstand ved korngrænser (nm) Kryberevnetilstand Krybebrud Levetid ved 700oC, 60 MPa (h) Brudforlængelse (%) Anbefalet til service ved 700 grader i 10.000 timer
5 0 (som-glødet) N/A (ingen karbider) Transgranulær 12.000-15,000 18-22 Ja
5 1,000 >500 (spare) Transgranular 11.000-14,000 17-21 Ja
5 5,000 200-300 Transgranular (blandet) 10.000-13,000 15-19 Ja
5 10,000 150-200 Transgranular (overvejende) 9.000-12,000 14-18 Acceptabelt
15 0 N/A Transgranular 11.000-14,000 17-21 Ja
15 1,000 100-150 Blandet (trans + inter) 7.000-9,000 10-14 Marginal
15 5,000 60-80 Intergranulær (dominerende) 4.000-6,000 6-10 Anbefales ikke.
15 10,000 50-60 Intergranular (alvorlig) 3000-4500 4-8Ikke relevant 25 0 NoMixed (nogle mellem) 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 2.500-4,000 3-6Nej 25 10,000 40-50 Intergranulær (ekstremt alvorlig) 2.000-3,500 2-5 Nej
1.000 timer, 5.000 timer og 10.000 timers specifikke overgangsgrænser

Tabellen nedenfor viser de nøjagtige koldbearbejdningsværdier, som forårsager skiftet fra transgranulær til for det meste intergranulær revnedannelse på hvert tidspunkt.

Ageing Time (hr) at 700°CCold Work (%) 50% Intergranular Cracking ModeCold Work Intergranular Cracking Mode (%) >80 %Anbefalet maksimalt koldt arbejde for transgranulær tilstand 1,000 15-18 22-25 12 % 5,000 10-12 15-18 8 % 10,000 7-9 10-12 5 % (fuldstændig udglødet)
Praktiske anbefalinger til service ved 700 grader

For 316L indkapslede varmelegemer, der er designet til 700 graders drift ved 60 MPa bøjlespænding, skal de følgende foregående koldarbejdes restriktioner overholdes for at sikre transgranulær (bedre duktilitet, længere levetid) kryberevner efter specificeret servicevarighed.

Mållevetid ved 700 grader (timer) Maksimal forudgående koldt arbejde for transgranulær dominant revnedannelse (%)advised Pre-Servicetilstand Forventet brudlevetid (timer) 5,000 15 7.000-10.000 Som-tegnet, derefter service 5,{08)} (5,{08)} Post-draw udglødning nødvendig 10,000 8 8,000-11.000 Lystegnet eller udglødet
10,000 12 (marginal) 6.000-8.000 Udglødning foreslået 15,000 5 10,000-13.000 Fuldt udglødet (0-5 % CW)
V. Bekræftelse af krybeknakningstilstand efter service

Revnetilstanden er vist fra metallografisk undersøgelse af et langsgående tværsnit- efter ætsning for varmelegemer, der drives ved 700 grader. Transgranulære frakturer trænger gennem kornene (lige, akutte, ofte uden forgrening). Intergranulære revner langs korngrænserne (knustede, forgrenede) Forudgående koldarbejdesmåling kan bestemmes ud fra hårdhed (totalt udglødet 316L ~ 150-170 HV; 15% CW ~ 200-230 HV; 25% CW ~ 250-280 HV).

Konklusion: Kontrol af forudgående koldt arbejde for at opretholde transgranulær krybning i 10.000 timers service ved 700 grader

Transgranulær krybe-revnedannelse (større duktilitet, 9.000-12,000+ timers brudlevetid) vedvarer i 10.000 timer i 316L rustfrit stål varmekapper ved 700 grader under 60 MPa bøjlespænding med 5 % eller mindre forud for koldt arbejde. Forudgående koldt arbejde på 15 % får materialet til at blive intergranulært revneligt på 1000-5000 timer, reducerer brudlevetiden til 4000-6000 timer. 25% koldt arbejde før eksponering resulterer i intergranulær revnedannelse inden for 1000 timer og brudlevetid mindre end 4000 timer. Designere, der specificerer 316L hylstre til 10.000 timers drift ved 700 grader, skal udføre forudgående koldt arbejde på<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.