При којој специфичној комбинацији фреквенције термичког циклуса и вршне температуре плашт од 1,0 милиметара од нерђајућег челика 316 развија оксидно распадање које убрзава равномерно стањивање зидова у сервису цикличког грејања ваздуха?

За инжењере који граде електричне потопне грејаче за индустријске пећи, грејаче ваздушних канала и термалне циклусне коморе, производња и разбијање оксидног каменца на површини омотача од нерђајућег челика 316 је прогресиван, али предвидљив механизам за стањивање зидова. Тамо где питинг или активна корозија изазивају локализовани квар, ломљење оксида промовише хомогени губитак материјала на целој загрејаној површини. Сваки топлотни циклус поставља мали премаз од оксида богатог хромом. На крају ће слој оксида постати превише густ и одлепршаће се. То је зато што оксидни слој има другачију топлотну експанзију од метала, а оксидни слој пуца и љушти се излажући свеж метал који треба да се оксидира. Овај процес је посебно подложан за плашт са дебљином зида од 1,0 мм, јер мало равномерно стањивање може значајно да умањи структурни интегритет. Овај рад утврђује прецизне услове фреквенције термичког циклуса и вршне температуре на којој се распадање оксида убрзава до тачке смањења века трајања плашта на неприхватљиве нивое за индустријски рад.

Кинетика раста и распадања оксида на нерђајућем челику 316Л
Кинетика оксидације нерђајућег челика 316 у ваздуху прати параболички закон: дебљина оксида расте са квадратним кореном времена на температури. На 600°Ц дебљина оксида је око 2 микрона након 100 сати и око 5 микрона након 1.000 сати. Исте дебљине се постижу након 20 х, односно 200 х на 700°Ц. На 800°Ц, оксид је 5 микрона за 50 сати. Критична дебљина оксида за разбијање током термичког циклуса је функција температурне разлике по циклусу. За температурне флуктуације од 500°Ц (рецимо 200°Ц до 700°Ц) долази до љуштења када је дебљина оксида око 3-4 микрона. За замах од 700°Ц (нпр. од 100°Ц до 800°Ц) разбијање почиње на 2-3 микрона. Сваки догађај распадања уклања 1-3 микрона метала са површине омотача, пошто оксидни слој садржи метал из подлоге. Плашт од 1,0 мм који је подвргнут 100 разбијања могао би изгубити 0,1–0,3 мм дебљине зида што одговара 10–30% свог почетног материјала. У цикличном раду са ломљењем у 100-500 циклуса, омотач од 1,0 мм може да постигне минималну структурну дебљину (0,5 мм) након 500-2000 циклуса, тј. . 1-5 година рада у једном циклусу дневно.

Критични прагови за убрзано ломљење у омотачу од 1,0 милиметара. Контролисано испитивање у пећи 1,0 мм 316 узорака омотача под поставкама цикличког загревања ваздуха идентификује одређене прагове на којима се љуштење убрзава до неприхватљивих брзина. Неприхватљиво: стално стањивање зида > 0,05 мм на 1000 циклуса. (Ово би смањило омотач од 1,0 мм на 0,7 мм након 6000 циклуса, што је око 5 година при 3 циклуса дневно).

Температура вршног циклуса Окретање температуре по циклусу до прве дебљине оксида при отцепљењу Стање по догађају љуштења Циклуси до 0,7 мм Преостали зид (губитак од 30%) 500 степени 400 степени (100 степени до 500 степени) 2000 микрона –} 3 микрона – 1 микрона – {6 15.000 – 30,000 600 степен 500 степени (100 степени до 600 степени) 500 – 800 4 – 5 микрона 2 – 3 микрона 3.000 – 6,000 650 степен 550 степени (100 степени до 650 микрона – 4 микрона – 4 микрона – 4) 1.500 – 3,000 700 степен 600 степени (100 степени до 700 степени) 100 – 200 3 – 4 микрона 3 – 5 микрона 800 – 1,500 750 степен 650 степени (100 степени до 750 степени) 50 – 200 3 – 4 микрона 3 – 5 микрона 800 – 1,500 750 степен 650 степени (100 степени до 750 степени) 50 – {0 микрона – 4 микрона – 4 микрона 800 800 степен 700 степени (100 степени до 800 степени) 20 – 50 2 – 3 микрона 5 – 8 микрона 200 – 400
For 1.0 mm sheath, peak temperature 650°C and 3 cycles per day (approximately 1,000 cycles per year), spallation would result in a wall thickness reduction of 0.02–0.04 mm/year, leaving the sheath at 0.7 mm after 5–8 years. This may be tolerable for many purposes. At 750°C peak, the same cycle frequency accelerates the thinning to 0.05–0.10 mm/year, resulting in a life of 2–4 years. At 800°C peak, life is 1–2 years. The essential threshold for undesirable spallation (wall thinning >0.05 mm per 1000 cycles) is at around 700°C peak temperature with cycles >Замах од 300 степени. Изнад овог прага омотач од 1,0 мм губи материјал брже него што већина индустријских корисника очекује.

Безбедна радна омотача од 1,0 мм у цикличном ваздушном саобраћају
Сигурни радни омотач за омотач од 1,0 мм 316 за циклично загревање ваздуха дат је у табели испод. Основа је подношљиво стањивање зида мање од 0,03 мм на 1000 циклуса (0,1 мм на сваких 3000 циклуса или око 10% губитка током 5 година при 2 циклуса дневно).

Максимална температура површине омотача Макс. Препоручени циклуси по дану Макс. Препоручени укупни циклуси током радног века Очекивано стањивање зида након макс. Циклуси Препоручена радња изван ових граница
До 500°Ц 10 50,000 Испод 0,05 мм 316 прихватљиво; било која фреквенција циклуса 500 – 550°Ц 5 25,000 0.05 – 0,10 мм Прихватљиво за већину индустријских услуга
550 – 600°Ц 3 15,000 0.10 – 0,15 мм Повремено прати дебљину зида 600 – 650°Ц 2 10, 000 0.15 – 0,25 мм Узмите у обзир Инцолои 800Х за дужи век 650 – 700°Ц {{14}6}}, маргина {{14}6}}; препоручује се надоградња 700 – 750°Ц 0.5 2,500 0.30 – 0,50 мм 316 се не препоручује
>750°Ц Не препоручује се Није применљиво Рапид Спаллатион Керамички грејач или Инцолои 800Х
Инцолои 800Х нуди већу отпорност на оксидацију тамо где апликације захтевају вршне температуре омотача преко 650°Ц и веће од 2 циклуса дневно. Легура ствара оксид који се спорије развија, боље пријања, који се распршује на много већим дебљинама (10–15 микрона) и температурама (преко 850°Ц). на пример, омотач од 1,0 мм Инцолои 800Х на 750°Ц са 5 циклуса дневно ће се подвргнути стањивању зида<0.05 mm over 10,000 cycles - five to ten times better than 316.

Промене дизајна да би се смањило ломљење у омотачима са танким{0}}зинама
Три промене дизајна могу да смање стопе распадања када се омотач од 1,0 мм 316 мора користити у цикличном ваздушном саобраћају близу или изнад препоручених граница. Први је употреба пре{3}}оксидационог третмана. Рад грејача на максималној температури 100–200 х пре цикличног рада доводи до дебљег, лепљивијег оксида за који је мања вероватноћа да ће се распрскати од танког оксида који се формира током раних циклуса. Друга промена је успоравање брзине хлађења. Брзо хлађење са 700 степени на собну температуру изазива термички шок и ломљење. Немојте користити присилно хлађење ваздуха. Расипање се смањује за 30–50% природним хлађењем на мирном ваздуху. Коначна промена је полирање површине омотача до сјаја огледала мањег од 0,2 микрона Ра. Глатке површине доводе до финијег-зрнастог оксида који се боље пријања од оксида развијених на грубим, као{18}}површинама. Стопе љуштења електрополираних 316 омотача су 40-60% ниже од оних које су напаљене под истим условима циклуса. За већину индустријских примена за грејање ваздуха испод 650°Ц врха, омотач од 1,0 мм 316 представља задовољавајући радни век од 5-10 година са подношљивим фреквенцијама циклуса. Изнад 650°Ц, треба прихватити смањени животни век, или треба смањити фреквенцију циклуса, или користити легуру отпорнију на оксидацију. Када специфицирате грејаче за циклични сервис ваздуха, увек наведите предвиђену вршну температуру омотача, учесталост циклуса и планирани радни век. Произвођач који предлаже 316 за 750Ц сервис без помињања распадања и стањивања зидова не даје потпуне инжењерске савете. Равномерни губитак дебљине зида услед распадања оксида је предвидљив и контролисан, али се мора узети у обзир у предвиђањима радног века, посебно за танке зидне омоте где је сваки микрон изгубљеног материјала битан.