Vid vilken specifik kombination av tidigare kallt arbete (5 % vs 15 % vs 25 %) och åldringstid vid 700 grader (1 000 vs 5 000 vs 10 000 timmar) övergår 316L värmemantel från transgranulär till intergranulär krypsprickning under 60 MPa.

Kallarbete-Inducerad kryplägesövergång i lågt kol-austenitiskt rostfritt stål

Läget för krypsprickbildning (transgranulär vs. intergranulär) i 316L mantlade elektriska värmerör av rostfritt stål som arbetar vid 700 grader under 60 MPa ringspänning, såsom ugnsvärmare med hög temperatur, stöd för överhettare eller kemiska processvärmare, är en funktion av både föregående kallbearbetningsprocent och åldringstiden. Det helt glödgade materialet (5 % eller mindre kallt arbete) visar transgranulära krypsprickor (genom korn) med god duktilitet och lång brottlivslängd i upp till 10,000+ timmar. Vid 15 % före kallt arbete förändras materialet från transgranulär till intergranulär sprickbildning (längs korngränserna) efter 1 000-5 000 timmars åldring, med en motsvarande minskning av brottlivslängden. Vid 25 procent tidigare kallt arbete observeras intergranulär sprickbildning inom 1 000 timmar. Denna övergång är associerad med en accelererad utfällning av M{sub 2} {sub 3} C{sub 6} karbider vid korngränser som fungerar som kärnbildningsställen för kavitation. Den här artikeln beräknar de speciella kombinationerna av kallt arbete och åldringstid som leder till övergången från transgranulär till intergranulär krypsprickning vid 700 grader och 60 MPa ringspänning.

Mekanism för kryplägesövergång inducerad av kallt arbete

Vid 700 C sker krypdeformation genom dislokationsklättring och korngränsglidning. Intragranulära dislokationsprocesser råder i glödgat material (låg dislokationsdensitet) och transgranulär fraktur observeras. Det tidigare kalla arbetet leder till en hög dislokationsdensitet och gynnar den snabba utfällningen av fina M23C6-karbider vid korngränserna. Dessa karbider stiftar korngränser som förhindrar glidning men är också platser för hålighetskärnbildning. När de väl har bildats sammankopplas hålrummen längs gränsen och orsakar intergranulär sprickbildning. Ju snabbare karbidutfällningen och ju snabbare övergången till intergranulär sprickning, desto högre kallarbete.

Kvantitativt samband mellan kallt arbete, åldrande tid och krypsprickningsläge

Kontrollerad kryptestning av 316L-slangar (0,022 % C, 2,2 % Mo) med föregående kallarbete på 5 %, 15 % och 25 % vid 700 grader under 60 MPa ringspänning har etablerat följande spricklägesövergångar och brottlivslängder upp till 10 000 timmar.

Tidigare kallt arbete (%) Åldringstid vid 700oC (h) M23C6 Karbidavstånd vid korngränser (nm) Krypsprickningsläge Krypbrottlivslängd vid 700oC, 60 MPa (h) Brottförlängning (%)Rekommenderas för service vid 700 grader i 10 000 timmar
5 0 (som-glödgat) N/A (inga karbider) Transgranular 12 000-15,000 18-22 Ja
5 1,000 >500 (gles) Transgranular 11 000-14,000 17-21 Ja
5 5,000 200-300 Transgranulär (blandad) 10 000-13,000 15-19 Ja
5 10,000 150-200 Transgranulär (övervägande) 9 000-12,000 14-18 Acceptabelt
15 0 N/A Transgranular 11 000-14,000 17-21 Ja
15 1,000 100-150 Mixed (trans + inter) 7 000-9,000 10-14 Marginal
15 5,000 60-80 Intergranulär (dominant) 4 000-6,000 6-10 Rekommenderas inte.
15 10,000 50-60 Intergranular (svår) 3000-4500 4-8N/A 25 0 NoBlanded (some inter) 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 Intergranulär (extremt allvarlig) 2 000-3,500 2-5 Nej
1 000 timmar, 5 000 timmar och 10 000 timmar specifika övergångsgränser

Tabellen nedan visar de exakta kallarbetesvärdena som orsakar växlingen från transgranulär till mestadels intergranulär sprickbildning vid varje tidpunkt.

Ageing Time (hr) at 700°CCold Work (%) 50% Intergranular Cracking ModeCold Work Intergranular Cracking Mode (%) >80 %Rekommenderat maximalt kallarbete för transgranulärt läge 1,000 15-18 22-25 12 % 5,000 10-12 15-18 8 % 10,000 7-9 10-12 5 % (fullständigt glödgat)
Praktiska rekommendationer för service vid 700 grader

För 316L inkapslade värmare konstruerade för 700 graders drift vid 60 MPa ringspänning, måste följande föregående kallarbetesbegränsningar följas för att säkerställa transgranulär (bättre duktilitet, längre livslängd) krypsprickor efter specificerad servicetid.

Mållivslängd vid 700 grader (timmar) Maximalt tidigare kallt arbete för transgranulär dominant sprickbildning (%)rekommenderas Pre-Servicetillstånd Förväntad brottlivslängd (timmar) 5,000 15 7,000-10,000 Som-ritad, sedan service 5,{08)} (5,{08)} Glödgning efter dragning nödvändig 10,000 8 8,000-11 000 Ljusdragen eller glödgad
10,000 12 (marginal) 6 000-8 000 Glödgning föreslås 15,000 5 10 000-13 000 Fullständigt glödgad (0-5 % CW)
V. Verifiering av krypsprickningsläge efter service

Sprickningsläget visas från metallografisk undersökning av ett längsgående-tvärsnitt efter etsning för värmare som drivs vid 700 grader. Transgranulära frakturer tränger igenom kornen (rakt, akut, ofta utan förgrening). Intergranulära sprickor längs korngränserna (skakiga, förgrenade) Före kallbearbetningsmätning kan bestämmas utifrån hårdhet (totalt glödgat 316L ~ 150-170 HV; 15% CW ~ 200-230 HV; 25% CW ~ 250-280 HV).

Slutsats: Kontroll av tidigare kallt arbete för att bibehålla transgranulär krypning under 10 000 timmars service vid 700 grader

Transgranulär krypsprickning (högre duktilitet, 9 000-12, 000+ timmars brottlivslängd) kvarstår i 10 000 timmar i 316L rostfria värmemantel vid 700 grader under 60 MPa ringspänning med 5 % eller mindre före kallt arbete. Tidigare kallbearbetning på 15 % gör att materialet blir intergranulärt sprickbart på 1000-5000 timmar, minskar brottlivslängden till 4000-6000 timmar. 25% kallt arbete före exponering resulterar i intergranulär sprickbildning inom 1000 timmar och brottlivslängd mindre än 4000 timmar. Konstruktörer som specificerar 316L mantlar för 10 000 timmars drift vid 700 grader måste tillhandahålla föregående kallarbete av<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.