Како запремински удео примарног ниобијум карбида (НбЦ) у стабилизованој цеви омотача грејача 347 контролише отпор преосетљивости током дуготрајног-служивања на 550 степени у поређењу са 316Л

Ефекат стабилизације продуженог излагања високој температури

За дугорочну примену обложених електричних грејних цеви на високим температурама (550 степени), као што су индустријски грејачи ваздуха, петрохемијски предгрејачи пећи или опрема за топлотну{1}}опрему, избор нерђајућег челика 316Л (нискоугљенични) у односу на 347 (стабилизован ниобијумом) је вођен њиховом отпорношћу на отпорност на предгрејаче у јами. хром карбида до његовог ниског садржаја угљеника (<0.03%). However even 316L can sensitise at 550 C after long service (5000-10000 hours). Carbon diffusion is sluggish, but will allow carbides to develop at grain boundaries. Type 347 has niobium (Nb, usually 10× C content, 0.3-0.8% Nb) which forms stable niobium carbide (NbC) precipitates in the grains, binding up carbon and preventing chromium depletion. The long term resistance to sensitisation is totally controlled by the volume fraction of the primary NbC (0.05-0.2%) and the fine secondary NbC which precipitates in service. Properly stabilised 347 is not sensitised at 550°C for >50.000 сати. 316Л почиње да сензибилизира на 5.000-10.000 сати. Чланак квантификује везу између процента запремине НбЦ, времена рада и отпорности на сензибилизацију у 347 у односу на 316Л.

Механизам фиксације угљеника и стабилизација ниобијума

У нерђајућем челику 347 (18Цр-11Ни-Нб), ниобијум има знатно већи афинитет према угљенику него хром. Током жарења раствора (1,050-1,100 степени) већина НбЦ се раствара, али примарне НбЦ честице (1-5 µм) остају нерастворене. Фини секундарни НбЦ преципитира (10-50 нм) у аустенитној матрици, претежно на дислокацијама и у зрнима, а не на границама зрна, при хлађењу и у раду на 450-750 степени. Угљеник је везан као НбЦ, тако да је активност угљеника у матриксу веома ниска. Ово спречава стварање Цр карбида (Цр2 3 Ц6) на границама зрна. Ефикасност стабилизације зависи од односа Нб:Ц (око 8:1 за НбЦ) и комплетности стабилизацијског жарења (обично 850-900 степени током 2-4 сата након жарења раствора).

Однос између запреминске фракције НбЦ и отпорности на преосетљивост на 550 степени

347 цеви (са различитим концентрацијама ниобијума и угљеника) и 316Л цеви на 550 степени до 50.000 сати са периодичним АСТМ А262 Праксом А (јеткање оксалном киселином) и Праксом Е (бакар-бакар сулфат) тестирањем, одредили су следећа времена сензитиса за:

Alloy Niobium (wt %) Carbon (wt %)Nb:C weight ratio NbC fraction Volume (%) Sensitisation time at 550°C (h) ASTM A262 Practice A after 10,000hRecommended for >10,000 hours at 550°C 316L 0 0.020 0 0 5,000-10,000 Ditch (sensitized) No 316L (extra low C) 0 0.010 0 0 10,000-20,000 Dual (transition) Marginal 347 (under-stabilized) 0.15 0.040 3.8 0.02-0.05 10,000-20,000 Dual Acceptable 347 (minimally stabilized) 0.20 0.040 5.0 0.04-0.08 20,000-30,000 Step (mostly) Recommended 347 (properly stabilized) 0.40 0.040 10 0.08-0.15 >50,000 Step Best 347 (fully stabilized) 0.60 0.040 15 0.12-0.20 >50,000 Step Best 347 (over-stabilized) 0.80 0.040 20 0.15-0.25 >50.000 (али НбЦ стрингерс) Корак (али ризик од ферита) Опрез Прихватљиво 347 (висок Ц) 0.40 0.060 6.7 0.10-0.18 30, 000-40.000 Препоручени корак
Утицај стабилизацијског жарења на преципитацију НбЦ

Након жарења раствора, стабилизацијско жарење на 850-900 степени индукује таложење финог, интрагрануларног НбЦ, максимизирајући фиксацију угљеника и спречавајући накнадну сензибилизацију.

Секвенца термичке обраде НбЦ морфологија Време до сензибилизације на 550оЦ (сати) Препоручено за дуготрајну употребу (ЛТС)
Само жарење у раствору (1050 степени, гашење водом) Само примарни НбЦ (грубо, мало Ц у раствору) 15.000-30.000 Прихватљиво
Solution anneal + stabilisation (850°C, 2 h)Fine intragranular NbC (most C fixed) >50.000 Најбољи
Solution anneal + stabilisation (900°C, 4h)>50,000 Бесте Веома фини НбЦ, пуна Ц фиксација
Груба стабилизација без жарења раствором само НбЦ (непотпуна) 10.000-20.000 Граница
Без стабилизације (као заварено) Мешано 5.000-15.000 Не препоручује се
Практичне препоруке за избор грејача за сервис од 550 степени

За континуирани рад грејача са плаштом на 550 степени, важе следећи параметри за избор легуре у зависности од предвиђеног века трајања:

Жељени радни век на 550 степени (сати) Предложена легура Минимални захтеви за стабилизацију Очекивани фактор цене отпорности на преосетљивост<5,000 316L (0.03%C) None Acceptable 1.0× 5,000-10,000 316L (0.02%C) or 347 (minimum)1.1×10,000-20,000 347 (well stabilised) 850°C, 2h Marginal None for 316L; stabilisation optional for 347Good 1.3× 20,000-50,000 347 (completely stabilized) 900°C, 4h Excellent 1.4× >50,000 347 + high Nb (0.6-0.8%) Full stabilisation + fine grain Best 1.5× >50.000 (корозивна средина) 310 нерђајући челик (без сензибилизације) Н/А Није применљиво 2.0× Ефикасност верификације стабилизације

Следећи захтеви за одобрење важе за купце који наводе 347 за дуготрајну високотемпературну услугу:

АСТМ А262 Пракса А: Степенаста структура (глатке границе зрна) након пуног предвиђеног радног века или након убрзаног старења (1.000 х на 650 степени)

АСТМ А262 Пракса Е: Након старења Пасс (без пуцања након савијања)

Niobium to carbon ratio: Nb/C weight ratio >= 10 (идеално 12-15) на сертификату млина

Сертификација стабилизацијског жарења: забележено време и температура (тј. . 900 степени Ц током 4 сата)

Закључак: 347 преко 316Л за продужену услугу од 550 степени

Carbon diffusion in 316L stainless steel heater sheaths at 550°C leads to chromium carbide precipitation and sensitisation after 5,000-10,000 hours of operation, making it susceptible to intergranular corrosion. Type 347 (niobium stabilised) with correct ratio of Nb:C (≥10:1) and stabilisation annealing (850-900°C, 2-4 hours) is not sensitised for >50.000 сати због тога што се угљеник трајно таложи као интрагрануларни НбЦ. За непрекидан рад изнад 500 степени са животним захтевима који прелазе 5.000-10.000 сати, инжењери који наводе грејаче у кућишту треба да изаберу 347 уместо 316Л. За најзахтевније примене (корозивни услови + висока температура) нерђајући челик 310 (25Цр-20Ни) ће дати још већу отпорност, али по већој цени. Овај оквир омогућава купцима да изаберу најстабилнију легуру за дуготрајан рад у високотемпературном грејачу корелацијом запреминског удела НбЦ са трајањем почетка сензибилизације на 550 степени.