Hvordan virker den gennemsnitlige korngrænse carbidafstand efter sensibilisering Varmebehandling af 316 varmekappe-rør kontrol intergranulær korrosionshastighed i ASTM A262 praksis E-test

Mikrostrukturel parameter for sværhedsgraden af ​​sensibilisering

For 316 beklædte elektriske varmerør i rustfrit stål, der har været udsat for sensibiliseringstemperaturer (450-850 grader) på et eller andet produktions- eller servicetrin, er sværhedsgraden af ​​intergranulær korrosionsfølsomhed (IGC) ikke en simpel funktion af tilstedeværelsen eller fraværet af korngrænsekarbider. Den vigtigste mikrostrukturelle parameter er den gennemsnitlige afstand mellem chromcarbidpartiklerne på korn-grænserne. Når karbidpartiklerne er tæt nok sammen (med en afstand på mindre end ca. 0,5 -1,0 µm), overlapper de chromudtømte zoner omkring tilstødende partikler og danner en kontinuerlig lav-chrom-bane, som angribes hurtigt i oxiderende syrer (ASTM A262 Practice E, test kobber-kobbersyresulfat). Hvis karbidpartiklerne er vidt spredte (mellemrum > 1-2 m), overlapper udtømningszonerne ikke, og korngrænserne er modstandsdygtige over for intergranulært angreb. Denne artikel kvantificerer sammenhængen mellem gennemsnitlig karbidafstand, grad af sensibilisering og IGC-hastighed i den konventionelle 24-timers Practice E-test.

Mekanisme for overlappende udtømte zoner

Udfældningen af ​​chromcarbid ved korngrænserne af 316 rustfrit stål producerer en chromudtømt zone på ~50-200 nm på hver side af partiklen. Som funktion af nedbørstemperatur og tid undersøges omfanget af chromudtømning (ofte 8-12 % minimumskromkoncentration sammenlignet med bulk 17-19 %). Intergranulær korrosion er kritisk, hvis afstanden mellem to tilstødende karbider er mindre end summen af ​​bredderne af de to tilstødende udtømningszoner. Under disse omstændigheder overlapper udtømningszonerne, og der dannes et kontinuerligt spor af lavt-chrommateriale langs korngrænsen. I den intenst oxiderende og chrom--mangelfulde zone-selektiv kogende kobber-kobbersulfat-svovlsyre-opløsning (praksis E) overlapper de udtømte zoner og korroderes hurtigt, hvilket forårsager korntab og endelig prøvefejl ved bøjning. For karbidafstande større end omkring 1-2 μm er de udtømte zoner isolerede, og der er ingen kontinuerlig lav-chrom rute.

Kvantificeret forbindelse mellem karbidafstand og praksis E-resultater

Følgende tærskler er blevet etableret ved kontrolleret sensibilisering af 316-rør (1,5 mm væg, 0,06 % C) ved 650 grader (den hurtigste karbidudfældningstemperatur) i forskellige tidsperioder og efterfølgende måling af den gennemsnitlige karbidafstand ved transmissionselektronmikroskopi og ASTM A262-praksis.

Sensibiliseringstid ved 650 grader (t) Korngrænse Gennemsnitlig karbidafstand (µm) Estimeret overlapningsfraktion for udtømt zone (%) Øvelse E-resultat (24- timer kogning Cu-CuSO4-H2SO4) Intergranulær angrebsdybde, µm Anbefales til brug i oxidering
0 (glødet, Ingen karbider N/A Passage (ingen brud på bøjning)<5 Yes 0.1 5-10 0% Pass <10 Yes 0.5 2-4 0-20% Pass (slight etching) 10-20 Acceptable
1 1-2 20-50% Marginal (revner ved bøjning) 20-40 Kan ikke anbefales
2 0.8-1.2 50-80% Fail (alvorlige revner) 80-150 No Fail (rydde revner) 40-80 Nej 5 0.4-0.8 80-100%
10 0.2-0.5 100% (continuous) Fail (grain dropping) 150-250 No 24 0.1-0.3 100% (continuous) Fail (severe grain dropping) >250 Nr
Effekt af kulstofindhold på den kritiske karbidafstand

Mængden af ​​kulstof i 316 bestemmer det samlede karbid, der kan udfældes og dermed den laveste karbidafstand, der kan opnås for en bestemt sensibiliseringsproces.

Carbon Content (wt%) Minimum Carbide Spacing after Complete Sensitisation (µm) Practice E Result at Minimum SpacingMaximum Allowable Service Temperature To Avoid Sensitisation >0,020 (lav)2-3 Bestået 450 grader 0,020-0,030 (316L) 1,5-2,5 Bestået (marginalt) 425 grader 0.030-0.040 1.0-1.8 Marginal 400 grader 0.040-0.050 0.8-1.2 Ikke bestået 375 grader 0.050-0.060 0.5-0.8 Bestået 350 grader 0,060-0, standard 3.060-0. Mislykkes 325 grader
Praktisk undgåelse af sensibilisering ved fremstilling af varmeapparater

For at undgå karbidafstand under den væsentlige grænse på 1-2 µm i 316 indkapslede varmelegemer, der vil blive svejset eller kan blive udsat for sensibiliseringstemperaturer under drift, anbefales følgende kriterier:

Produktions- eller servicetilstand Maksimal temperatureksponering (grad) Maksimal tid ved temperatur foreslået kulstofindhold Krav til test efter eksponering efter eksponering
Svejsning (enkelt gennemløb, ingen spartelmasse) hurtig afkøling, maks. 1.200-1.400 sekunder (HAZ afkøles hurtigt) Enhver (HAZ hvis tynd ikke sensibiliseret) Ingen for tyndvæg (<2mm)
Svejsning (tykt snit, multi-pass) 450-850 (i alt)316L Min. (C<0.03%)Practice E Weld coupon
Efter-svejsevarmebehandling (afspænding) 400-450 grader 1-2 timer 316L (alle)Ingen (under detektionsgrænsen)
Service temperature excursion 450-550°C >10 timer kumulativ 316L nødvendig. Øvelse E efter 5 år
Lodning eller lodning 500-700 grader Minutter til timer 316L eller stabiliseret (321/347) Øvelse E nødvendig
ASTM A262 Øv E-kvalitetstest for accept

ASTM A262 Practice E-test giver endelig sikkerhed for IGC-modstand for de købere, der specificerer 316 hylstre, der kan blive sensibiliseret under fremstilling. Testproceduren skal omfatte:

kogning i 24 timer i en opløsning af kobber-kobbersulfat-svovlsyre (ASTM A262, procedure E)

Prøven bøjes 180 grader over en dorn med diameter svarende til prøvetykkelsen

Se sprækkerne i den bøjede overflade med 10x forstørrelse

Acceptkriterier: Hvis der ikke observeres revner efter bøjning, er det en "passering" (usensibiliseret). En "fejl" (sensibiliseret) registreres, hvis der ses revner (af enhver længde). Testen er følsom over for karbidafstande < ~1-2 μm.

Feltidentifikation af IGC'er induceret af sensibilisering

I en 316-varmer, der svigter i oxiderende syreservice (f.eks. salpetersyre, bejdsningsopløsninger) eller i chloridmiljøer med en oxiderende komponent, manifesteres intergranulær korrosion fra sensibilisering som et netværk af revner langs korngrænser, der kan ses under lav forstørrelse (50- 100 × snit) osv. Sprækkerne kan have et "skelet"-mønster, hvilket indikerer de tidligere austenitkorn. Sensibilisering vil blive bekræftet af ASTM A262 Praksis E på en prøve taget fra det fejlbehæftede varmelegeme. Afstanden bestemt metallografisk ved brug af scanning elektronmikroskopi vil være mindre end 0,5-1,0 µm. Svaret på sådanne fejl er at bruge 316L eller at kræve en eftersvejseopløsningsudglødning.

Konklusion: Kontrol af karbidafstandsspecifikation ved sensibilisering

Den intergranulære korrosionshastighed baseret på ASTM A262 Practice E for 316 rustfrit stål beklædte varmelegemer er baseret på den gennemsnitlige korngrænse carbidafstand efter sensibiliseringstemperaturer. Når karbidafstanden er mindre end 1-2 µm, overlapper de chrom-udtømte zoner hinanden og danner en kontinuerlig lav-chrom-rute, der korroderer hurtigt og ikke består Practice E-testen. Til applikationer, hvor svejse- eller servicetemperaturer er i intervallet 450-850 grader, skal ingeniører, der specificerer 316 hylstre, levere 316L (kulstof)<0.03%) to ensure that the carbide spacing will be above the critical threshold. After minimum sensitisation (1-2 hours at 650°C) carbide spacing for standard 316 (0.06-0.08% C) is less than 1 µm which results in sensitisation and IGC susceptibility. The framework offered herein, which correlates the average carbide spacing with quantitative Practice E results, allows purchasers to define combinations of material and heat treatment that will not allow overlapping depletion zones, and will retain intergranular corrosion resistance.