Ved hvilken spesifikk kombinasjon av tidligere kaldt arbeid (5 % vs 15 % vs 25 %) og aldringstid ved 700 grader (1 000 vs 5 000 vs 10 000 timer) går 316L varmekappe over fra transgranulær til intergranulær krypespenning under 60 MPa.

Kaldt arbeid-Indusert krypemodusovergang i lavt-karbon austenittisk rustfritt stål

Modusen for krypesprekker (transgranulær vs. intergranulær) i 316L rustfrie stålbeklædte elektriske varmerør som opererer ved 700 grader under 60 MPa bøylespenning, slik som høytemperaturovnsvarmere, superheaterstøtter eller kjemiske prosessvarmere, er en funksjon av både den foregående kaldarbeidsprosenten og aldringstiden. Det fullstendig utglødde materialet (5 % eller mindre kaldt arbeid) viser transgranulær krypesprekker (gjennom korn) med god duktilitet og lang bruddlevetid i opptil 10,000+ timer. Ved 15 % før kaldt arbeid endres materialet fra transgranulær til intergranulær sprekkdannelse (langs korngrenser) etter 1000-5000 timers aldring, med en tilsvarende reduksjon i bruddlevetiden. Ved 25 prosent tidligere kaldt arbeid observeres intergranulær sprekkdannelse innen 1000 timer. Denne overgangen er assosiert med en akselerert utfelling av M{sub 2} {sub 3} C{sub 6} karbider ved korngrenser som fungerer som kjernedannelsessteder for kavitasjon. Denne artikkelen beregner de spesielle kombinasjonene av kaldt arbeid og aldringstid som fører til skiftet fra transgranulær til intergranulær krypesprekker ved 700 grader og 60 MPa bøylespenning.

Mekanisme for krypemodusovergang indusert av kaldt arbeid

Ved 700 C skjer krypdeformasjon ved dislokasjonsstigning og korngrenseglidning. Intragranulære dislokasjonsprosesser råder i glødet materiale (lav dislokasjonstetthet) og transgranulær fraktur observeres. Det tidligere kalde arbeidet fører til en høy dislokasjonstetthet og favoriserer rask utfelling av fine M₂3C6-karbider ved korngrensene. Disse karbidene stifter korngrenser som forhindrer glidning, men er også steder for dannelse av hulrom. Når de er dannet, kobles hulrommene sammen langs grensen og forårsaker intergranulær sprekkdannelse. Jo raskere karbidutfellingen er og jo raskere skiftet til intergranulær oppsprekking, desto høyere blir kaldarbeidet.

Kvantitativt forhold mellom kaldt arbeid, aldringstid og krypsprekkemodus

Kontrollert kryptesting av 316L-slanger (0,022 % C, 2,2 % Mo) med foregående kaldarbeid på 5 %, 15 % og 25 % ved 700 grader under 60 MPa bøylespenning har etablert følgende sprekkmodusoverganger og bruddlevetider på opptil 10 000 timer.

Tidligere kaldt arbeid (%) Aldringstid ved 700oC (t) M23C6 Karbidavstand ved korngrenser (nm) Krypsprekkemodus Krypbruddlevetid ved 700oC, 60 MPa (t) Bruddforlengelse (%)Anbefalt for service ved 700 grader i 10 000 timer
5 0 (som-glødet) N/A (ingen karbider) Transgranular 12 000-15,000 18-22 Ja
5 1,000 >500 (sparsom) Transgranular 11 000-14,000 17-21 Ja
5 5,000 200-300 Transgranular (blandet) 10 000-13,000 15-19 Ja
5 10,000 150-200 Transgranular (overveiende) 9000-12,000 14-18 akseptabelt
15 0 N/A Transgranular 11 000-14,000 17-21 Ja
15 1,000 100-150 Blandet (trans + inter) 7000-9,000 10-14 Marginal
15 5,000 60-80 Intergranular (dominant) 4000-6,000 6-10 Anbefales ikke.
15 10,000 50-60 Intergranular (alvorlig) 3000-4500 4-8N/A 25 0 NoMixed (some inter) 8000-11,000 12-16 Marginal 25 1,000 50-80 Intergranular 3,500-5,500 5-9 25 5,000 40-60 Intergranular 2500-4,000 3-6Nei 25 10,000 40-50 Intergranulær (ekstremt alvorlig) 2000-3,500 2-5 Nei
1 000 timer, 5 000 timer og 10 000 timer spesifikke overgangsgrenser

Tabellen nedenfor viser de nøyaktige kaldarbeidsverdiene som forårsaker overgangen fra transgranulær til for det meste intergranulær sprekkdannelse på hvert tidspunkt.

Ageing Time (hr) at 700°CCold Work (%) 50% Intergranular Cracking ModeCold Work Intergranular Cracking Mode (%) >80 %Anbefalt maksimalt kaldt arbeid for transgranulær modus 1,000 15-18 22-25 12 % 5,000 10-12 15-18 8 % 10,000 7-9 10-12 5 % (fullstendig glødet)
Praktiske anbefalinger for service ved 700 grader

For 316L innkapslede varmeovner konstruert for 700 graders drift ved 60 MPa bøylespenning, må følgende foregående kaldarbeidsbegrensninger overholdes for å sikre transgranulær (bedre duktilitet, lengre levetid) krypesprekker etter spesifiserte servicevarigheter.

Mål levetid ved 700 grader (timer) Maksimal tidligere kaldt arbeid for transgranulær dominant sprekkdannelse (%)anbefalt Pre-Servicetilstand Forventet bruddlevetid (timer) 5,000 15 7,000-10,000 Som-tegnet, deretter service 5,{08)} (5,{08)} Gløding etter tegning nødvendig 10,000 8 8,000-11 000 Lystegnet eller glødet
10,000 12 (marginal) 6.000-8.000 Anneal foreslått 15,000 5 10,000-13.000 Fullt utglødd (0-5 % CW)
V. Verifikasjon av krypsprekkemodus etter service

Sprekkemodusen er vist fra metallografisk undersøkelse av et langsgående-tverrsnitt etter etsing for varmeovner som drives ved 700 grader. Transgranulære brudd trenger gjennom kornene (rett, akutt, ofte uten forgrening). Intergranulære sprekker langs korngrensene (jagged, forgrening) Forutgående kaldarbeidsmåling kan bestemmes ut fra hardhet (totalt glødet 316L ~ 150-170 HV; 15% CW ~ 200-230 HV; 25% CW ~ 250-280 HV).

Konklusjon: Kontroll av tidligere kaldt arbeid for å opprettholde transgranulær krypning i 10 000 timers service ved 700 grader

Transgranulær krypesprekker (større duktilitet, 9 000-12, 000+ timers bruddlevetid) vedvarer i 10 000 timer i 316L varmekapper i rustfritt stål ved 700 grader under 60 MPa bøylespenning med 5 % eller mindre før kaldt arbeid. Tidligere kaldt arbeid på 15 % fører til at materialet blir intergranulært sprekkbart på 1000–5000 timer, reduserer bruddlevetiden til 4000–6000 timer. 25% kaldt arbeid før eksponering resulterer i intergranulær sprekkdannelse innen 1000 timer og bruddlevetid mindre enn 4000 timer. Designere som spesifiserer 316L kapper for 10 000 timers drift ved 700 grader må sørge for forutgående kaldt arbeid med<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.