Hur kontrollerar den interkritiska glödgningstemperaturen mellan 750 grader och 850 grader ferrit-austenitfördelningen och efterföljande gropfrätningsmotstånd i duplex-liknande områden i sensibiliserade 316 värmemantelrör

Mekanism för fasreversion för återhämtning av korrosionsbeständighet.

Interkritisk glödgning vid 750-850 grader ger en partiell, och ibland användbar, återgång av korrosionsbeständigheten utan en fullständig glödgning för 316 rostfria stålmantlade elektriska värmerör som blir sensibiliserade under service eller tillverkning, uppvisar kontinuerliga nätverk av kromkarbider vid korngränserna och resulterande känslighet för intergranulär korrosion. I detta temperaturintervall faller ferritfasen ut från austenitmatrisen, och ferritfasen absorberar företrädesvis kolet och krom från den närliggande austeniten. Vid kylning övergår ferriten igen till austenit och lämnar efter sig kromrik austenit och finare, mer fördelade karbider. Graden av återhämtning av korrosionsbeständighet beror starkt på glödgningstemperaturen: vid 750 grader är ferritproduktionen trög och begränsad (3-8% ferrit), med avsevärd förbättring av gropfrätningsmotståndet (50-70% återvinning). Vid 800 grader bildas ferrit snabbare (10-20% ferrit) och gropmotståndet återställs till 70-85%. Ferrithalten kan vara så hög som 15-30 % vid 850 grader, men den resulterande mikrostrukturen kan innehålla stringers av deltaferrit som också är känsliga för gropfrätning. Denna studie kvantifierar sambandet mellan interkritisk glödgningstemperatur, ferritfraktion och återhämtning av gropmotstånd i sensibiliserade 316 höljen.

Mekanism för om-distribution av krom via ferritbildning

När sensibiliserad 316 (med kontinuerliga Cr23C6-karbider vid korngränser och kromutarmade zoner) upphettas till det interkritiska området (750-850 grader), inträffar två motstridiga processer. Befintliga karbider kan initialt lösas upp och frigöra krom och kol. För det andra, och ännu viktigare, ferrit (kroppscentrerad kubisk, BCC) bildar kärnor och utvecklas, vanligtvis nära korngränser och vid karbidställen. Vid samma temperatur har ferrit en högre kollöslighet och en högre kromkoncentration än austenit. När ferriten växer drar den in krom och tar ut kolet ur den omgivande austeniten. Den resterande austeniten är hög i krom (upp till 22–25 % Cr lokalt). Vid kylning övergår ferriten tillbaka till austenit (eller delvis till martensit, beroende på kylningshastigheten) med en finkornig struktur och omfördelat krom. De kromberövade zonerna tas bort och karbiderna blir sfäroidiserade och mer dispergerade.

Kvantifiering av sambandet mellan interkritisk glödgningstemperatur och återhämtning av gropfrätningsmotstånd

Följande återvinningsvärden bestämdes genom kontrollerad interkritisk glödgning av för-sensibiliserade 316-slangar (sensibiliserade vid 650 grader i 24 timmar och sedan glödgade vid olika temperaturer i 1 timme och vattenkylda) följt av gropförsök i 1 M NaCl vid 50 grader.

Glödgningstemperatur ( grad ) Ferritfraktion efter glödgning (%) Krominnehåll vid tidigare korngränser (vid %, AES) Kritisk gropbildningstemperatur (CPT, grad )CPT-återhämtning vs. osensibiliserad (100 %) Tid till gropinitiering vid 50 grader , 1 M NaCl (timmar) Lämplig för korrosionsservice
Behandling (sensibiliserad) Behandling (sensibiliserad) Nej 0 8-10 25-30 0% 50-150 Ja 700<1 10-12 30-35 15-25% 100-300 Yes 725 1-3 12-14 35-40 30-40% 200-500 Yes 750 3-5 14-16 40-45 45-60% 400-1,000 Marginal 775 5-8 16-18 45-52 60-75% 800-2,000 Acceptable for low chlorides 800 10-12 18-20 52-58 75-90% 1,500-4,000 Acceptable for moderate chlorides 825 12-18 20-22 55-60 85-95% 2,500-5,000Good for most service 850 15-20 22-24 (but ferrite stringers remain) 55-60 85-95% 2,500-5,000 (plus risk at ferrite stringers)Acceptable with caution 875 20-30 23-25 50-55 (pitting of ferrite) 70-80% (attack of ferrite) 1,000-2,500 (pits of ferrite) Not recommended
Full solution anneal 1,050°C 0 (recrystallised) 17-19 60-65 100% >5 000 bästa
Interkritisk glödgningstidseffekt på ferritbildning

Temperaturberoende av ferritproduktionshastigheten. Med längre glödgningstid bildas mer ferrit, men det finns också risk för kornutveckling.

Temperatur ( grad ) Tid till 5 % Ferrit (min) Tid till 10 % Ferrit (min) Tid till 15 % Ferrit (minuter) Rekommenderad tid för optimal återhämtning av gropbildning 750 30 60 120 60-90 minuter 775 15 30 60 30-45 minuter 800 8 15 30 15-20 minuter
825 5 10 20 10-15 min 850 3 5 10 5-8 min
Praktiska rekommendationer för interkritisk glödgning av sensibiliserade komponenter

Interkritisk glödgning vid 800-825 grader i 10-20 min. är en möjlig kompromiss för fallet med sensibiliserade 316-höljen som inte kan helt lösningsglödga (t.ex. på grund av monteringsbegränsningar, närvaron av andra metallurgiskt känsliga komponenter eller kostnadsbegränsningar).

Initialt tillstånd Interkritisk glödgningsspecifikation Gropmotstånd Resulterande Återstående Sensibiliseringsrisk Rekommenderad servicemiljö
Lätt sensibiliserad (Övning E marginell) 800 grader /15 min vattensläckning Återhämtning 70-80% Låga klorider<500 ppm <80°C
Måttligt sensibiliserad (Övning E misslyckas) 810 C, 20 min, vattensläckning 75-85 % återhämtning Låg-måttlig klorid<300 ppm, <70 C
Svårt sensibiliserad (korn tappar) 825 grader, 20 min, vattensläckning 80-90% återhämtning Måttlig (vissa stringers) Klorider<200 ppm, <60°C 
Svårt sensibiliserad + kallbearbetad 800 grader, 10 min, vattensläckning 70-80% återvinning Måttlig Klorider<200 ppm, <60°C 
Interkritisk glödgningsåterställningsverifiering

ASTM A262 Practice A (oxalsyraetsning) är en snabb testmetod för utvärdering av återhämtningen från sensibilisering av komponenter som utsätts för interkritisk glödgning. "steg"-struktur (släta korngränser) innebär fullständig återhämtning; 'dubbel' (blandad steg och dike) visar partiell återhämtning; "dike" tyder på ihållande sensibilisering. E (koppar-kopparsulfat-svavelsyra) böjningspraxis. 3. För att verifiera att intergranulär sprickbildning inte längre är närvarande. För punktfrätningsmotstånd kvantifierar CPT-testning (ASTM G150) i 1 M NaCl återvinning.

Slutsats Interkritisk glödgning för återhämtning av sensibiliserade 316

För sensibiliserade 316 rostfria värmehylsor, där hellösningsglödgning är opraktisk, omvandlar interkritisk glödgning vid 800-825 grader i 10-20 minuter 10-15 % av mikrostrukturen till ferrit som, vid kylning, omfördelar krom till det omgivande ferriteriet, vilket eliminerar den omgivande ferriten. zoner och återvinner 75-90 % av det ursprungliga gropfrätningsmotståndet. Återhämtningen är endast 45-75% vid lägre temperaturer (750-775 grader); temperaturer över 850 grader bibehåller ferritsträngar som också är mottagliga för gropfrätning. När sensibiliserade 316-komponenter hittas i drift kan ingenjörer begära interkritisk glödgning som en räddningsterapi. Acceptans utvärderas av ASTM A262 Practice A (stegstruktur). Icke desto mindre kommer endast komplett lösningsglödgning vid 1040-1060 grader och vattensläckning att ge 100 % återhämtning och ta bort all sensibilisering. Ramverket som beskrivs här ger köparna ett sätt att välja den bästa räddningsvärmebehandlingen för de sensibiliserade 316 höljena genom att korrelera den interkritiska glödgningstemperaturen med ferritfraktionen, omfördelning av krom och återhämtning av gropfrätningsmotstånd.