Како проценат смањења хладног извлачења 316Л грејача облоге цеви контролише напрезање{1}}индуковано формирање мартензита и његов накнадни ефекат на магнетну пермеабилност и отпорност на кртост водоника

Фазна трансформација изазвана деформацијом: мач са две оштрице{0}

Најчешћи метод за добијање тачних димензија спољног пречника и завршне обраде за електричне грејне цеви од нерђајућег челика 316Л које се производе хладним извлачењем је смањење процента, који директно контролише запремински удео мартензита-индукованог деформацијом ('-мартензит) који настаје током деформације. 316Л има нижи садржај угљеника (<0.03%) than ordinary 316 making it more austenitically stable at room temperature and needing greater cold work levels to generate martensite. The martensite volume fraction that can be determined by magnetic permeability (μr) affects two important but conflicting service properties: magnetic permeability (important for applications that require non-magnetic sheaths such as MRI rooms or sensitive electronic equipment) and hydrogen embrittlement resistance (critical for cathodically protected systems or sour service). When the reduction percentage is below 20% the 316L stays practically entirely austenitic (μr <1.01, martensite <2%), giving excellent non-magnetic properties but with a lower yield strength. Martensite is formed gradually (μr =1.01-1.10, martensite 2-15%) with a 20-40% reduction, with an increase in yield strength but a decrease in resistance to hydrogen embrittlement. For reductions more than 40%, the martensite content is higher than 15-20% (μr >1.10) што узрокује висок магнетни одзив и значајну осетљивост на водоничну кртост. У овом раду се процењује корелација између смањења хладног извлачења, фракције мартензита, магнетне пермеабилности и отпорности на кртост водоником за омоте грејача од 316Л.

Механизам деформације индуковао је формирање мартензита у 316Л

Аустенитни 316Л је мета-стабилан у погледу производње мартензита током пластичне деформације. $\\гамма$ (ФЦЦ, парамагнетна) $\\то$ $\\епсилон$ (ХЦП, слабо магнетна) $\\то$ $\\алпха^\\приме$ (БЦЦ, феромагнетна). Запремински удео алфа'-мартензита следи Олсонов-Коенов закон: Валфа'=1 - екп(-бетакепсилон_пластиц^н) (10) где је епсилон_пластиц истинска пластична деформација (епсилон_пластиц =} (бе{12}}} лнта{11) Фактор зависан од температуре- и н је око 2 за 316Л Температура на којој се формира 50% мартензита при 30% реалне деформације (Мд30) за 316Л је око -30 степени до -50 степени што значи да је при нормалној температури формирање мартензита ограничено на 20-30% редукције микростена + мартензит) или трофазни (садржи ε) и поседује посредне квалитете између потпуно аустенитних и потпуно мартензитних нерђајућих челика.

Квантификовани односи између редукције хладноће, фракције мартензита и особина на 25 степени

Контролисано хладно извлачење цеви од 316Л (почетни ОД 12 мм, зид 1,5 мм, потпуно жарено на 1050 степени) се користи за демонстрирање везе између мартензитне фракције (Кс{4}} дифракција зрака), магнетне пермеабилности (феритескоп) и механичких параметара.

Смањење хладног извлачења (%) Право напрезање (ε=лн(1/(1-Р))) '- Запремински удео мартензита (%) Магнетна пермеабилност (μр, 25 степени) Граница течења (МПа, 0,2% помера) Издужење (%) Препоручено за не-Ма<1.05 μr Recommended for Sour/Hydrogen Service
0 (жарено) 0.00 0 1.00-1.01 205 50 Да Да 5 0.05 0 1.00-1.01 240 45 Да Да 10 0.11 0 1.01-1.02 280 40 Да Да 15 0.16 0-1 1.02-1.03 320 35 Да Да 20 0.22 1-2 1.03-1.05 360 30 Гранично прихватљиво 25 0.29 2-4 1.05-1.07 400 25 Не Маргинално 30 0.36 4-7 1.07-1.10 440 20 Не Не (висока Х-кртост) 35 0.43 7-12 1.10-1.15 480 18 Не Не 40 0.51 12-18 1.15-1.25 520 15 Не Не 45 0.60 18-25 1.25-1.40 560 12 Не Не
Утицај садржаја мартензита на отпорност на крхкост водоника

The susceptibility to hydrogen embrittlement (HE) of 316L heater sheaths in cathodically protected systems or sour service (H2S-containing) rises with martensite content because the BCC structure of martensite shows substantially higher hydrogen diffusivity and solubility than FCC austenite. The HE thresholds are given in the table below. α'-martensite fraction (%)Hydrogen Diffusivity at 25 oC (cm2/s, relative to austenite =1) Time to HE Cracking in NACE TM0177 Solution A at 25 oC 75% yield (hours)Maximum Permissible Cold Reduction for Sour Service (Recommended) 0 1X >720 (пролаз) Било који (отопљен)
1-3 5-10× 500-720 (гранична линија)<20% reduction
3-5 20-30× 200-500 (fail)Not permitted 5-10 50-80× 50-200 (fail)Not allowed >10 >100× <50 (severe) Not allowed
Магнетна пермеабилност је потребна за немагнетну примену

Максимална магнетна пермеабилност (нпр. μр<1.01 or <1.05) is specified for 316L sheaths for MRI rooms, or sensitive electronic equipment, or degaussing systems. Limits on cold decrease are as follows.

Примена Максимално μр Дозвољено Максимално смањење хладноће (%) Препоручена рута производње Одговарајућа мартензитна фракција
МРИ соба (критично) 1.01<10% 0% Fully annealed, + no cold work
Опрема за електронски сноп 1.02<15% 0-1%Light cold working + finish anneal
Општи немагнетни 1.05<22% <2% Cold drawn + tension reliefing
Commercial (no specification) >1.05 (било које) Било Било Било Било Практичне спецификације за производњу омотача грејача 316Л

За купце који специфицирају цев од 316Л за различите услове рада, препоручују се следеће границе смањења хладног извлачења:

Сервисни услови Макс. смањење хладног извлачења (%) Потребна финална топлотна обрада Макс. μр Мин ХЕ отпор
Немагнетно (МРИ, електроника) 10 Потпуно жарење након цртања 1,02 Добро
Општа индустријска (без хлорида, без Х2С) 30 Нема (како је-прихватљиво нацртано) 1.10 (било које) Није неопходно
Хлорид сервис (<500 ppm, <80°C) 20 Stress relief 400°C, 1h 1.05 OK
Sour service (H2S >10 ппм) 15 жарење пуног раствора 1.03 Потребно (положити НАЦЕ)
Катодички заштићен (поморски) 15 Ублажавање стреса 450 степени, 2х 1,03 Прихватљиво
High strength (pressure vessels) 40 None >1.15 Лоше (није за Х2С)
Провера садржаја и својстава мартензита

Buyers who require specified restrictions have three verification options available. The first is a non-destructive measurement with a ferritescope, which gives μr values with a precision of ±0.005-0.01. The second is X-ray diffraction (XRD) coupled with Rietveld refinement for accurate measurement of α'. The final test is a simple magnetic attraction test: if a permanent magnet clings strongly to the sheath, then μr >1.10 (није погодно за-немагнетне апликације). За ХЕ отпорност захтев за одобрење је да нема пуцања у НАЦЕ ТМ0177 тесту (720 х, 25 степени, раствор А са Х₂С).

Закључци: Успостављање граница смањења хладноће за 316Л на основу захтева за сервисирање

За цев плашта грејача од нерђајућег челика 316Л, проценат смањења хладног извлачења је директни контролни фактор у формирању мартензита изазваног деформацијом-, који одређује магнетну пермеабилност и отпорност на кртост водоника. За немагнетне апликације (μр<1.01-1.05) cold reduction must be minimised to <10-15% with a final anneal. For HE resistant sour or cathodically protected service, cold decrease must be limited to < 15-20% with stress relief or full anneal. For general industrial service where neither attribute is critical reductions of 30-40% are tolerable. Engineers designing 316L sheaths have to define maximum magnetic permeability or minimum HE resistance criteria dependent on the environment of operation. The framework presented here correlates the cold reduction percentage to the martensite volume fraction and its two critical consequences-magnetic response and hydrogen embrittlement susceptibility, and enables buyers to choose the best drawing reduction and post-drawing heat treatment for their particular application.