كيف يمكن لجزء الحجم من الترسيب -الطور G (Ni₁₆Nb₆Si₇) في غلاف السخان 347 بعد 20000 ساعة عند 600 درجة التحكم في طاقة تأثير Charpy في درجة حرارة الغرفة لتفكيك الخدمة والنقل بعد-

مرحلة مبيد السيليكات المعقدة وتأثير التقصف للنيوبيوم-الفولاذ المقاوم للصدأ المستقر

Precipitation of G-phase (Ni 16 Nb 6 Si 7 ), a complex nickel-niobium-silicide intermetallic phase, can cause significant embrittlement, as measured by room temperature Charpy V-notch impact energy, for 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes operating at 600 C for extended periods (20,000+ hours)-such as in long-term industrial furnace heaters, petrochemical reformer tubes or superheater supports. The G-phase is formed at lower temperatures (550-650°C) during very lengthy ageing times (10,000-30,000 hours) while chi (χ) and Laves phases form at higher temperatures (650-750°C). G-phase is brittle with face centred cubic (FCC) structure and is mostly formed at the grain boundaries. G-phase at volume fractions as low as 0.2-0.5% reduces impact energy from >200 J (ductile) to 100-150 J (acceptable). At 1.0-1.5 vol% the impact energy is reduced only to 50-80 J. Impact energy drops to below 40 J (brittle) at >2.0-2.5%، مما يشكل خطر التشقق أثناء التفكيك والمعالجة والشحن بعد انتهاء الخدمة. تحدد هذه المقالة العلاقة بين صلابة تأثير شاربي وكسر حجم الطور G بعد 20000 ساعة عند 600 درجة مئوية.

آلية -التقصف الناتج عن المرحلة G

يشتمل الطور G- (Ni₁₆Nb₆Si₇) على ~50-60% Ni، و20-25% Nb و10-15% Si بالوزن. يترسب عند حدود الحبوب بعد شيخوخة طويلة عند درجة حرارة 550-650 درجة، بشكل رئيسي في الفولاذ المقاوم للصدأ المستقر بالنيوبيوم (347، 348). المرحلة صلبة (400-600 فولت) وهشة. يُظهر اختبار تأثير درجة حرارة الغرفة أن الشقوق تتنوى عند جزيئات الطور G وتنتقل على طول حدود الحبوب مع تشوه بلاستيكي بسيط. التقصف دقيق: قد تتحسن الصلابة بشكل هامشي فقط (من 160-180 فولت إلى 190-220 فولت) بينما تقل صلابة التأثير بشكل كبير. يتم تجاهل المرحلة G بشكل شائع بسبب فترات التعتيق الممتدة (10،000+ ساعة) وأزواج معينة من النيوبيوم والسيليكون.

العلاقة الكمية بين جزء حجم الطور G- وطاقة تأثير شاربي

يتم تحديد عملية التقصف لـ 347 أنبوبًا (0.45% Nb، 0.50% Si، 0.08% C) عند درجة حرارة 600 درجة لمدة تصل إلى 25000 ساعة من خلال تقدير الطور G- باستخدام اختبار تأثير SEM/EDS وCharpy V- عند 25 درجة.

وقت التعتيق عند 600 درجة (ساعة) G- جزء حجم الطور (%)G- حجم جسيم الطور (نانومتر) موقع هطول الأمطار طاقة تأثير شاربي عند 25 درجة (J) مظهر الكسر موصى به لمناولة ما بعد- الخدمة (التفكيك، النقل)
0 (مُلدن) 0 غير متاح لا شيء 200-240 مطاوع (قص 100%) نعم 5،000 0.05<20 Intragranular (sparse) 190-220 DuctileYes 10,000 0.05-0.10 20-40 Grain boundaries (few) 160-190 DuctileYes 12,000 0.10-0.20 30-50 Grain boundaries (scattered) 130-160Mixed (some cleavage) Yes 14,000 0.20-0.35 40-60 Partial grain borders 100-130 Mixed Acceptable 16,000 0.35-0.50 50-70 Near-continuous grain boundaries 80-100 Mixed-brittle Marginal 18,000 0.50-0.70 60-80 Continuous grain boundaries 60-80 Brittle (cleavage)Not recommended 20,000 0.70-1.00 70-10045-65 Brittle continuous netNo (high risk when handled)
22،000 1.00-1.30 80-120 مستمر + داخل الحبيبات 30-50 هش جدًا رقم 25،000 1.30-1.70 100-150 ممتد، موحد 20-35 هش للغاية لا
تأثير السيليكون والنيوبيوم على -مرحلة الهطول

يحتاج الطور G- إلى النيوبيوم والسيليكون. القليل من السيليكون والنيوبيوم الأقل يبطئان هطول الطور G-.

Silicon (wt%) Niobium (wt%) Time to 0.7% G-Phase at 600°C (h) Charpy Impact after 20,000h at 600°C (J)Recommended for 20,000h Service with Post Service Handling 0.20 0.40 >25،000 120-160 نعم 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 مقبول (شاشة) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 غير مستحسن 0.65 0.50 8,000-12,000 35-55 لا 0.80 0.55 6,000-10,000 25-40 لا توجد توصيات عملية لـ 347 أغلفة سخان في 600 درجة مع التعامل مع خدمة ما بعد الخدمة

توفر قيود الطور -G التالية ومعلمات المواد المتانة المناسبة لمنع التشقق من التعامل مع 347 سخانًا مغلفًا والتي سيتم إزالتها أو تفكيكها أو نقلها أو التخلص منها بعد 20000 ساعة عند درجة حرارة 600 درجة.

نشاط ما بعد الخدمة المطلوب: الحد الأدنى من تأثير Charpy للتعامل الآمن (J) الحد الأقصى المسموح به G-المرحلة (٪) الحد الأقصى. السيليكون (بالوزن%) الحد الأقصى للنيوبيوم (بالوزن%)}الحد الأقصى لعمر الخدمة الموصى به (بالساعات)
Removal and disposal (no impact loading) >30 1.3 0.50 0.45 25000
Removal with crane lifting >50 0.9 0.45 0.45 18000
Dismantling (cutting, welding) >70 0,6 0,40 0,40 15 000
Re-use or Refurbishment >100 0.3 0.35 0.40 12,000
Critical handling (people nearby) >120 0.2 0.30 0.40 10 000
G-تأكيد مرحلة التقصف

Three approaches are used to evaluate G-phase embrittlement for heaters retired after long-term service at 600°C. The first is Charpy impact testing on a deleted sample (if available). Acceptance: >50 J للتعامل الآمن والثاني هو اختبار الصلابة: المرحلة G- ترفع الصلابة من 160-180 HV إلى 190-220 HV (متوسط). الثالث هو فحص المعادن (SEM/EDS) للكشف عن الطور G- (الجزيئات اللامعة والممتلئة عند حدود الحبوب بتركيبة Ni-Nb-Si). اختبار ميداني بسيط هو ثني قسيمة صغيرة. إذا انقسمت عند ثنيها بمقدار 90 درجة عبر دائرة نصف قطرها 10 مم، فإن التقصف أمر خطير.

الخلاصة: استخدم Low Si + Low Nb لتجنب تقصف الطور G- أثناء معالجة ما بعد الخدمة-

For 347 stainless steel heater sheaths after 20,000 h at 600°C, G-phase (Ni16Nb6Si7) precipitation at volume fractions as low as 0.7-1.0% decreases room temperature Charpy impact energy from >200 جول إلى 45-65 جول (هش) مما ينتج عنه خطر كبير للتشقق أثناء الخدمة ما بعد التفكيك أو رفع الرافعة أو النقل. يجب أن تتضمن الأغماد 347 المحددة<0.35% silicon and <0.40% niobium to reduce G-phase to <0.5% after 20,000 hours for the recommended 20,000 hour service at 600°C with expected post-service handling. For service beyond 15,000-18,000 hours, it is recommended to upgrade to 310 stainless steel (which does not create G-phase) or Inconnel 600. The current system allows the buyers to define 347 chemical limits to avoid brittle failure during retirement and handling of long-service heater sheaths, by correlating G-phase volume fraction after 20,000 hours at 600°C to Charpy impact energy reduction.