كيف تتحكم نسبة العمل البارد السابقة من سحب الأنبوب لغلاف السخان 316 في معدل تخفيف الضغط والحساسية المتزامنة أثناء الخدمة عند 550 درجة

حركية الاسترداد والترسيب للكربيدات المتنافسة

بالنسبة لأنابيب التسخين الكهربائية المغلفة بالفولاذ المقاوم للصدأ 316 عند درجات حرارة عالية (550 درجة، نموذجية لتطبيقات تسخين الهواء أو الغاز ذات درجة الحرارة المرتفعة)، تتحكم نسبة العمل البارد السابقة من سحب الأنبوب في عمليتين معدنيتين متعارضتين: استرخاء الإجهاد (استعادة التفكك، مما يقلل من الإجهاد المتبقي ويزيد من مقاومة الزحف) والحساسية (يرسب كربيد الكروم عند حدود الحبوب، مما يقلل من مقاومة التآكل). يرتخي السحب البارد الثقيل للأنبوب (تخفيض بنسبة 25-35%) عند 550 درجة بسرعة (تخفيض الضغط بنسبة 50-80% خلال 100-500 ساعة) ولكنه يخلق كربيدات مستمرة لحدود الحبوب (حساسية) في نفس الوقت بسبب كثافة الخلع العالية التي تسرع انتشار الكروم. تسترخي الأنابيب التي تعمل بالبرودة الخفيفة (تخفيض بنسبة 5 إلى 15%) بشكل أبطأ (يستغرق تقليل الإجهاد بنسبة 50% من 1000 إلى 5000 ساعة) ولكن لا يتم حساسيتها لأن كثافة الخلع المنخفضة تنتج مواقع نووية أقل للكربيدات. تحدد هذه الورقة العلاقة بين العمل البارد السابق وحركية تخفيف التوتر وبداية التحسس عند 550 $^{\\circ}$C.

آلية التوعية والانتعاش التنافسي

يؤدي الفولاذ المقاوم للصدأ 316 إلى حدوث خلع، واعتمادًا على شدته، يتم إجهاد المارتينسيت الناتج عن الضغط - في الرسم البارد. عند 550 درجة، تعمل آليات الاسترداد (إبادة الخلع وإعادة الترتيب) على تقليل الإجهاد والصلابة المتبقية. معدل الاسترداد هو أرهينيوس وأسرع في المواد المشغولة بالبرودة العالية حيث أن الطاقة المخزنة توفر قوة دفع. وفي نفس الوقت، يترسب كربيد الكروم (Cr 23 C 6 ) على طول حدود الحبوب وعند الانخلاعات. يتناسب معدل نواة الكربيدات مع كثافة الانخلاع، حيث توفر الانخلاعات مسارات انتشار سريعة للكروم والكربون. في المواد المشغولة شديدة البرودة (كثافة إزاحة عالية) تتنوى الكربيدات بسرعة، مما يؤدي إلى تطوير شبكة حدود الحبوب المستمرة خلال 100-500 ساعة عند 550 درجة. تكون نواة الكربيد بطيئة في المواد المعالجة بالبرد المعتدل، وحتى بعد 5000 ساعة تكون الكربيدات قليلة ومتقطعة.

العلاقة الكمية بين العمل البارد، وتخفيف التوتر، والتوعية عند درجة 550

يتم إنشاء العلاقات التالية من التعتيق متساوي الحرارة المتحكم فيه لـ 316 أنبوبًا بنسب مختلفة من العمل البارد عند 550 درجة، وقياس الإجهاد المتبقي (بواسطة حيود الأشعة السينية) والحساسية (بواسطة ASTM A262 Practice A).

Cold Work (%) Initial Residual Stress (MPa) Time Required for 50% Relaxation of Residual Stress at 550 C (hours)Time to Continuous Grain Boundary Carbides (sensitisation) at 550°C (hours) ASTM A262 Practice A Result after 1,000 hours Recommended for 550°C Service >1,000 ساعة 0 (ملدن)<30 N/A (no stress) >10,000 (بدون حساسية) هيكل الخطوة نعم 5-10 100-150 2,000-5,000 5,000-10,000 خطوة (مقبول) نعم 10-15 150-200 1,000-2,000 2,000-5,000 خطوة لتجاهل الانتقال جيد لمدة تصل إلى 2,000 ساعة
15-20 200-250 500-1,000 1,000-2,000 Ditch (sensitised) after 1,500 Not recommended >1,000 ساعة
20-25 250-300 200-500 500-1,000 خندق (حساس) بعد 500 ساعة لا 25-30 300-350 100-200 200-500 خندق شديد غير مقبول
30-35 350-400 50-100 100-200 Severe ditch + grain dropping Unacceptable35 >400 <50 <100 Full sensitization Unacceptable
تأثير درجة حرارة الخدمة على الأسعار المنافسة

يقل وقت التحسس مع زيادة درجة الحرارة، ويتسارع استرخاء التوتر. يعد نطاق العمل البارد الأمثل-لدرجة حرارة خدمة معينة بمثابة حل وسط لهذه الديناميكيات.

درجة حرارة الخدمة (درجة) نطاق العمل البارد الموصى به لمدة 10,000-ساعة خدمة (%) تم تحقيق تخفيف الضغط (%) مخاطر التحسس المادة المفضلة 450 15-25 50-70% بعد 10,000 ساعة منخفض (كربيدات بطيئة) 316 (أي) 500 10-20 60-80% بعد 10,000 ساعة متوسط 316 لتر مفضل 525 5-15 70-85% بعد 10,000 ساعة متوسط-مرتفع 316L مطلوب 550 0-10 80-90% بعد 10,000 ساعة مرتفع (من المحتمل حدوث حساسية) 316L مع التثبيت 575 0-5 (مُلدن) N/A (بدون إجهاد) مرتفع (جميع الحساسيات) الترقية إلى 347 أو 310
600 0 (مُلدن للتو) غير متوفر شديد 316 غير مقبول
توصيات عملية فيما يتعلق بإنتاج السخان

فيما يلي نقترح العمل البارد ومعايير ما بعد التشكيل-المعالجة لـ 316 سخانًا مغلفًا بمهمة تبلغ 550 درجة.

الحد الأقصى للعمل البارد في الغلاف النهائي (%) مدة الخدمة المطلوبة عند 550 درجة (ساعات)المقالة الموصى بها-يتطلب تشكيل اختبار التحسس العلاجي سبيكة بديلة<1,000 (intermittent) 20 None None 316 acceptable 1,000-2,500 15 Stress relief 400°C, 1h ASTM A262 Practice A (step) 316L 2,500-5,000 10 Stress relief 450°C, 2h ASTM A262 Practice E (pass) 316L 5,000-10,000 5 (annealed)Full solution anneal ASTM A262 Practice A (step) 316L or 347 >10,000 0 (معاد بلورتها بالكامل) التلدين الكامل للمحلول + التثبيت (850 درجة، 4 ساعات) ASTM A262 Practice C (<0.3 mm/year) 347 or 310
الكشف الميداني عن تحسس الخدمة عند درجات الحرارة المرتفعة

If a 316 heater that has been in service at 550°C for >1000 ساعة من الفشل في بيئة مسببة للتآكل (على سبيل المثال، أثناء دورة التنظيف أو بعد إيقاف التشغيل)، يجب مراعاة التوعية أثناء الخدمة. سيكشف اختبار فحص المعادن (ASTM A262 Practice A etch) عن بنية "الخندق" عند حدود الحبوب. سيتم تقليل الصلابة من القيمة المرسومة- (على سبيل المثال . 300 HV إلى 200 HV) بسبب الاسترداد. سيوضح هذا أن المادة كانت في درجة الحرارة. سيكون التكسير أو التآكل الحبيبي هو وضع الفشل. بالنسبة لمثل هذه الإخفاقات، فإن علاج المشتريات المستقبلية هو تحديد أنابيب ملدنة بالكامل (معاد بلورتها) مع إجهاد متبقي منخفض، أو الترقية إلى درجة ثابتة مثل 347 (كولومبيوم مستقر) أو 310 من الفولاذ المقاوم للصدأ، والتي لا تتأثر عند 550 درجة.

الخلاصة: هناك مفاضلة بمقدار 550 درجة-بين تخفيف التوتر والتوعية

بالنسبة للسخانات المغطاة بالفولاذ المقاوم للصدأ 316 والتي تعمل بدرجة حرارة 550 درجة، فإن مقدار العمل البارد السابق يتحكم في حركية عمليتين متعارضتين، تخفيف الضغط (جيد) والتوعية (سيء). العمل البارد فوق 15-20% يؤدي إلى تحسس سريع (ترسيب الكربيدات خلال 500-1500 ساعة)، مما يؤدي إلى القابلية للتآكل بين الحبيبات. العمل البارد<10% is slow to relax but stays unsensitized for >5,000 hours. For operation at 550 °C, engineers specifying 316 sheaths must limit preceding cold work to < 10 - 15 % with fully annealed (recrystallised) tubing required for prolonged life (>5000 ساعة). عندما لا يمكن تجنب العمل البارد، يكون من الضروري وجود محلول صلب بعد التشكيل لإعادة بلورة الهيكل وتخفيف الضغط المتبقي بالإضافة إلى إمكانية التحسس.