Hvordan kontrollerer volumenfraktionen af primær niobiumcarbid (NbC) i stabiliseret 347-varmekappe-rør sensibiliseringsmodstanden under langvarig-service ved 550 grader sammenlignet med 316L
Læg en besked
Stabiliseringseffekten af langvarig udsættelse for høje temperaturer
Til langvarig, høj temperatur (550 grader) anvendelse af beklædte elektriske varmerør, såsom til industrielle luftvarmere, petrokemiske ovnforvarmere eller varme-behandlingsudstyr, er valget af 316L (lavt kulstof) versus 347 (niobium stabiliseret) rustfrit stål drevet af deres respektive modstandsdygtighed over for sensibilitet{4}. udfældning af chromcarbid til dets lave kulstofindhold (<0.03%). However even 316L can sensitise at 550 C after long service (5000-10000 hours). Carbon diffusion is sluggish, but will allow carbides to develop at grain boundaries. Type 347 has niobium (Nb, usually 10× C content, 0.3-0.8% Nb) which forms stable niobium carbide (NbC) precipitates in the grains, binding up carbon and preventing chromium depletion. The long term resistance to sensitisation is totally controlled by the volume fraction of the primary NbC (0.05-0.2%) and the fine secondary NbC which precipitates in service. Properly stabilised 347 is not sensitised at 550°C for >50.000 timer. 316L begynder at sensibilisere ved 5.000-10.000 timer. Artiklen kvantificerer sammenhængen mellem NbC volumenprocent, servicetid og sensibiliseringsmodstand i 347 versus 316L.
Carbon fikseringsmekanisme og stabilisering af niobium
I 347 rustfrit stål (18Cr-11Ni-Nb) har niob en væsentligt større affinitet til kulstof end krom. Under opløsningsudglødning (1.050-1.100 grader) opløses det meste af NbC, men primære NbC-partikler (1-5 µm) efterlades uopløst. Fine sekundære NbC-udfældninger (10-50 nm) i austenitmatrixen, overvejende ved dislokationer og i korn snarere end ved korngrænser, ved afkøling og i drift ved 450-750 grader. Kulstoffet er bundet op som NbC, så kulstofaktiviteten i matrixen er meget lav. Dette forhindrer Cr-carbider (Cr2 3 C6) i at dannes ved korngrænser. Stabiliseringseffektiviteten afhænger af Nb:C-forholdet (ca. 8:1 for NbC) og fuldstændigheden af stabiliseringsudglødningen (normalt 850-900 grader i 2-4 timer efter opløsningsudglødning).
Forholdet mellem NbC volumenfraktion og modstand mod sensibilisering ved 550 grader
347-slanger (med forskellige niobium- og kulstofkoncentrationer) og 316L-slanger ved 550 grader i op til 50.000 timer med periodisk ASTM A262 Practice A (oxalsyreætsning) og Practice E (kobber-kobbersulfat) test, har bestemt følgende tidspunkter for følgende sensitis:
Alloy Niobium (wt %) Carbon (wt %)Nb:C weight ratio NbC fraction Volume (%) Sensitisation time at 550°C (h) ASTM A262 Practice A after 10,000hRecommended for >10,000 hours at 550°C 316L 0 0.020 0 0 5,000-10,000 Ditch (sensitized) No 316L (extra low C) 0 0.010 0 0 10,000-20,000 Dual (transition) Marginal 347 (under-stabilized) 0.15 0.040 3.8 0.02-0.05 10,000-20,000 Dual Acceptable 347 (minimally stabilized) 0.20 0.040 5.0 0.04-0.08 20,000-30,000 Step (mostly) Recommended 347 (properly stabilized) 0.40 0.040 10 0.08-0.15 >50,000 Step Best 347 (fully stabilized) 0.60 0.040 15 0.12-0.20 >50,000 Step Best 347 (over-stabilized) 0.80 0.040 20 0.15-0.25 >50.000 (men NbC-stringere) Trin (men ferritrisiko) Forsigtig Acceptabel 347 (høj C) 0.40 0.060 6.7 0.10-0.18 30.000-40.000 Trin anbefales
Effekt af stabiliseringsudglødning på udfældning af NbC
Efter opløsningsudglødning inducerer en stabiliseringsudglødning ved 850-900 grader udfældning af fint, intragranulært NbC, hvilket maksimerer carbonfiksering og forhindrer efterfølgende sensibilisering.
Varmebehandlingssekvens NbC Morfologi Tid til sensibilisering ved 550oC (timer) Anbefalet til langtidsservice (LTS)
Kun opløsningsudglødning (1050 grader, vandbehandlet) Kun primær NbC (grov, noget C i opløsning) 15.000-30.000 Acceptabelt
Solution anneal + stabilisation (850°C, 2 h)Fine intragranular NbC (most C fixed) >50.000 bedste
Solution anneal + stabilisation (900°C, 4h)>50.000 Bedste Meget fin NbC, fuld C fiksering
Grov stabilisering uden opløsningsudglødning Kun NbC (ufuldstændig) 10.000-20.000 Borderline
Ingen stabilisering (som svejset)Blandet 5.000-15.000 Ikke anbefalet
Praktiske anbefalinger for valg af varmelegeme til 550 graders service
For kontinuerlig drift af beklædte varmelegemer ved 550 grader gælder følgende parametre for valg af legering afhængigt af den tilsigtede levetid:
Ønsket levetid ved 550 grader (timer) Foreslået legering Minimum stabiliseringskrav Forventet sensibiliseringsmodstand Omkostningsfaktor<5,000 316L (0.03%C) None Acceptable 1.0× 5,000-10,000 316L (0.02%C) or 347 (minimum)1.1×10,000-20,000 347 (well stabilised) 850°C, 2h Marginal None for 316L; stabilisation optional for 347Good 1.3× 20,000-50,000 347 (completely stabilized) 900°C, 4h Excellent 1.4× >50,000 347 + high Nb (0.6-0.8%) Full stabilisation + fine grain Best 1.5× >50.000 (ætsende miljø) 310 rustfrit stål (ingen sensibilisering) N/A Ikke relevant 2,0× Effektivitet af stabilisering verifikation
Følgende godkendelseskrav gælder for købere, der specificerer 347 til langvarig højtemperaturservice:
ASTM A262 Praksis A: Trinstruktur (glatte korngrænser) efter fuld tilsigtet levetid eller efter accelereret ældning (1.000 timer ved 650 grader)
ASTM A262 Praksis E: Efter ældning Pass (ingen revner efter bøjning)
Niobium to carbon ratio: Nb/C weight ratio >= 10 (ideelt set 12-15) på møllecertifikat
Stabiliseringsudglødningscertificering: tid og temperatur (dvs. . 900 grader C i 4 timer) registreret
Konklusion: 347 Over 316L for udvidet 550 graders service
Carbon diffusion in 316L stainless steel heater sheaths at 550°C leads to chromium carbide precipitation and sensitisation after 5,000-10,000 hours of operation, making it susceptible to intergranular corrosion. Type 347 (niobium stabilised) with correct ratio of Nb:C (≥10:1) and stabilisation annealing (850-900°C, 2-4 hours) is not sensitised for >50.000 timer på grund af, at kulstof er permanent aflejret som intragranulært NbC. For kontinuerlig service over 500 grader med levetidskrav på over 5.000-10.000 timer, bør ingeniører, der specificerer indkapslede varmelegemer, vælge 347 i stedet for 316L. Til de mest krævende applikationer (korrosive forhold + høj temperatur) vil 310 rustfrit stål (25Cr-20Ni) give endnu mere modstand, men til en højere pris. Denne ramme gør det muligt for købere at vælge den mest stabiliserede legering til langvarig drift i en højtemperaturvarmer ved at korrelere NbC-volumenfraktionen med sensibiliseringens startvarigheder ved 550 grader.
