Како запремински удео Г-фазе (Ни₁₆Нб₆Си₇) падавина у омотачу грејача 347 после 20.000 сати на 600 степени контролише енергију удара Шарпија на собној температури за демонтажу и транспорт након{5}}услуга

Сложена силицидна фаза и ефекат крхкости нерђајућег челика{0}}стабилизованог ниобијем

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%, што представља ризик од пуцања током демонтаже, руковања и испоруке након сервиса. Овај чланак квантификује везу између ударне жилавости по Шарпију и запреминске фракције Г фазе након 20.000 сати на 600 Ц.

Механизам кртости изазване Г-фазом

Г-фаза (Ни₁₆Нб₆Си₇) укључује ~50-60% Ни, 20-25% Нб и 10-15% Си по тежини. Таложи се на границама зрна након дугог старења на 550-650 степени, углавном у нерђајућим челицима стабилизованим ниобијумом (347, 348). Фаза је тврда (400-600 ХВ) и крта. Испитивање утицаја на собној температури показује да пукотине настају на честицама Г-фазе и путују дуж граница зрна са мало пластичне деформације. Кртост је суптилна: тврдоћа се може незнатно побољшати (са 160-180 ХВ на 190-220 ХВ), док се ударна жилавост значајно смањује. Г-фаза се обично занемарује због продуженог трајања старења (10,000+ сати) и одређених парова ниобијум-силицијум.

Квантификовани однос између запреминског удела Г-фазе и енергије удара Шарпија

Процес кртости цеви 347 (0,45% Нб, 0,50% Си, 0,08% Ц) старе на 600А степени до 25,000 сати је одређен Г-квантификовањем фазе са СЕМ/ЕДС и Цхарпи В-тестирањем на удар у зарезу 25А.

Време старења на 600 степени (сати) Г-Запремински удео фазе (%) Г-Величина честица фазе (нм) Локација енергије удара Шарпија на 25 степени (Ј) Изглед лома препоручује се за руковање после-услуга (демонтажа, транспорт)
0 (жарено) 0 Н/А Ништа 200-240 Дуктилно (100% смицање) Да 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 Континуирано + интрагрануларно 30-50 Веома крхко Не 25,000 1.30-1.70 100-150 Екстензивно, консолидовано 20-35 Изузетно крто Не
Утицај силицијума и ниобијума на преципитацију Г-фазе

Г-фази су потребни ниобијум и силицијум. Мање силицијума и мање ниобијума успоравају преципитацију Г-фазе.

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 Да 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 Прихватљиво (монитор) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 Није препоручљиво 0.65 0.50 8,000-12,000 35-55 Не 0.80 0.55 6,000-10,{{13} Не препоручује се за Пракса 3. Хем. 600 степени са руковањем поштом

Следећа ограничења Г-фазе и параметри материјала обезбеђују одговарајућу жилавост како би се спречило руковање 347 грејача у кућишту који ће бити уклоњени, растављени, транспортовани или одбачени после 20.000 сати на 600 степени.

Жељена активност након услуге Минимални Цхарпи утицај за безбедно руковање (Ј) Максимално дозвољени Г-фаза (%) Макс. Силицијум (вт%) Максимални ниобијум (вт%}Препоручено ограничење радног века (сати))
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
Г-Потврда крхкости фазе

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 Ј за безбедно руковање Друго је испитивање тврдоће: Г-фаза подиже тврдоћу са 160-180 ХВ на 190-220 ХВ (умерено). Треће је металографско испитивање (СЕМ/ЕДС) за детекцију Г-фазе (светле, коцкасте честице на границама зрна са Ни-Нб-Си саставом). Једноставан тест на терену је савијање малог купона. Ако се расцепи када се савије за 90 степени у радијусу од 10 мм, крхкост је озбиљна.

Закључак: Користите низак Си + низак Нб да бисте избегли Г-кртост фазе током пост-услуга

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 Ј до 45-65 Ј (крто) ствара велику опасност од пуцања током постуслужног растављања, подизања краном или транспорта. Наведено 347 омотача мора укључивати<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.