Како запремински удео З-фазе (ЦрВН) падавина у цевима омотача грејача 347 после 50.000 сати на 600 степени контролише смањење дуго-трајне снаге пузања на пуцање

Комплексна нитридна фаза и њена деградација својстава пузања

Преципитација З-фазе (ЦрВН, комплексни хром-ванадијум нитрид) може да се деси у случају електричних грејних цеви са омотачем од 347 нерђајућег челика (стабилизованог Нб-), које раде на 600 степени веома дуго (50,000+ сати), као што су у дугим- индустријским постројењима, посебно у индустријским - постројењима са великим радним животом је присутан као преостали елемент (обично 0,10-0,20% В). За разлику од НбЦ, који показује стабилно ојачање, З-фаза се у почетку таложи као фине честице (10-30 нм) које доприносе снази пузања, али након 20.000-30.000 сати на 600 степени З{26}}(5) и 0 кофаза 10 троши ванадијум и азот, дестабилизујући друге преципитате за јачање. Нето резултат након 50.000 сати је губитак у ломној чврстоћи пузања од 30-50% у односу на материјал без ванадијума. Испод 0,05% В, генерација З-фазе је безначајна и снага пузања је стабилна. У овом раду је квантификована корелација између садржаја заосталог ванадијума и запреминске фракције З-фазе након 50.000 сати на 600 степени и губитка чврстоће при пузању.

Механизам кртости З{0}}фазе

З-фаза (ЦрВН) је тетрагонално једињење састављено од хрома, ванадијума и азота. Пада око 500-700 степени. З-фаза се угрушава од Оствалдовог зрења током дуготрајног старења. Раст честица З-фазе троши матрични ванадијум (формирајући ВЦ) и азот (формирајући Цр 2 Н или НбН). Снага пузања се смањује омекшавањем матрице и присуством великих, крхких честица З-фазе. Овај утицај се најјасније види након 30.000-50.000 сати када су честице З-фазе веће од 200-300 нм.

Квантитативне зависности садржаја ванадијума, фракције запремине З-фазе и јачине пузања

Контролисано дуготрајно{0}}старење 347 цеви (0,45% Нб, 0,06% Ц, 0,08% Н) са различитим резидуалним ванадијумом на 600 степени током 50.000 сати и накнадним тестовима ломљења пузања на 600 степени и 80 МПа утврђени су следећи губици чврстоће.

Садржај ванадијума (теж.%) З-Запреминска фракција фазе после 50.000х на 600 степени (%)З-Величина честица фазе после 50.000х (нм) Снага при пузању на 600 степени, 80 МПа (х)В{Ре{9}. 50.000х Сервис на 600 степени<0.02 (V-free) 0 N/A 25,000-30,000 1.00x Yes
0.02-0.05 <0.05 50-80 22,000-28,000 0.90-0.95× Yes 0.05-0.10 0.05-0.10 80-150 18,000-24,000 0.80-0.90× Acceptable 0.10-0.15 0.10-0.20 150-300 14,000-18,000 0.60-0.80× Marginal 0.15-0.20 0.20-0.35 300-600 10,000-14,000 0.45-0.60× Not recommended 0.20-0.25 0.35-0.50 500-800 8,000-12,000 0.35-0.45× No >0.25 >0.50 >800 <8,000 <0.35× No 
Утицај Нб и Н на формирање З-фазе

Више ниобијума стабилизује НбН и НбЦН и смањује З-фазу. Већи азот убрзава З-фазу.

теж.% ниобијума теж.% азота теж.% ванадијумаЗ-запреминска фракција фазе након 50000 х (%) Век трајања пузања (сати) Препоручено за 50 000 х услуге 0.40 0.06 0.10 0.10-0.15 16, 000-22 000 Прихватљиво 0.45 0.06 0.10 0.08-0.12 18, 000-24, 0.50 0.06 0.10 0.05-0.10 20,000-26,000 Да 0.45 0.08 0.15 0.20-0.30 12,000-18,000 Маргинал 0.45 0.04 0.15 0.10-0.15 16,000-22,000 Прихватљиве практичне препоруке за 50,000-сатну услугу на 600 степени

Ограничења за ванадијум и ниобијум за 347 грејача са плаштом за 50.000 сати рада на 1100 Ф.

Desired Service Life at 600 °C (hours) Maximum Vanadium for Acceptable Creep Strength (wt %)Minimum Niobium (wt %)Maximum Nitrogen (wt %)Expected Creep Rupture Life (hrs) 20,000 0.15 0.40 0.08 15,000-20,000 30,000 0.10 0.45 0.07 18,000-25,000 40,000 0.08 0.45 0.06 20,000-28,000 50,000 0.05 0.50 0.06 22,000-30,000 >50,000 <0.02 0.50+ 0.05 25,000-35,000
З-Провера падавина у фази

За купце који желе дуготрајну снагу пузања, обезбеђују се две методе. Први је хемијско испитивање садржаја ванадијума (по ИЦП или ОЕС) са прихватљивошћу<0.05-0.10% for 50,000-hour service. Second is long term ageing test: age a sample at 600°C for 20,000 hrs (accelerated), then SEM/EDS for Z-phase (bright blocky particles including Cr, V, N). Acceptance: Z-phase volume fraction of 0.1-0.2%.

Закључак: Спецификација ниске вредности ванадијума за 50.000-часовни животни век

У 347 омотача грејача од нерђајућег челика који раде на 600 степени током 50.000 сати примећена је преципитација З-фазе (ЦрВН), чак и са резидуалним ванадијумом од само 0,10-0,15%. З-фаза се грубља на 150-600 нм и смањује отпорност на пуцање за 20-50% у поређењу са материјалом без ванадијума. Инжењери који наводе 347 омотача за ултра-дуготрајну употребу (30.000-50,000+ сати) требало би да ограниче ванадијум на<0.05-0.08% and niobium to >0,45-0,50% за инхибирање развоја З-фазе. Оквир који је овде развијен повезује концентрацију ванадијума, запремински проценат З-фазе и пад снаге пузања на 600 степени. Овај оквир могу да користе купци да дефинишу 347 хемију која ће задржати снагу пузања током пројектованог века од пола века.