Под којом специфичном комбинацијом величине зрна (АСТМ 6 наспрам 8,5) и процента делта ферита (3% наспрам 8%) долази до преласка омотача грејача од трансгрануларног до међугрануларног пузања на 700 степени испод 50 МПа напрезања обруча после 10.000 сати

Микроструктурни прелазни фактор за избор режима квара при пузању

За електричне грејне цеви од нерђајућег челика 347 стабилизоване од нерђајућег челика 347 које раде на 700 степени под напоном у облику обруча од 50 МПа током 10.000 сати, као што су цеви за петрохемијске пећи или високо{6}}процесни грејачи, доминантан начин пузећег пуцања (трансгрануларно) комбинација је претходна контрола између величине грана у односу на величину грана. (АСТМ Г број, мањи број=крупнија зрна) и запремински удео делта ферита. Трансгрануларно пузање пукотина (кроз зрна), дужи век ломљења (12.000-15.000 сати) и већа дуктилност су испољени ниским делта феритним (3%) финим зрнастим материјалом (АСТМ 8.5, пречник зрна ~18 µм). Крупнозрнати материјал (АСТМ 6, величина зрна ≈ 45 µм) са значајним делта феритом (8%) показује интергрануларно пузање пузања (дуж граница зрна) са краћим веком кидања (6.000-9.000 сати) и смањеном дуктилношћу. Промена се дешава при критичној комбинацији величине зрна и садржаја ферита. Студија процењује прецизне микроструктурне параметре који контролишу режим пузања након 10.000 сати на 700 степени под обручним напрезањем од 50 МПа.

Механизам избора режима пузајућег пуцања

Пузајуће пуцање у 347 је узроковано клизањем границе зрна и нуклеацијом шупљине. Фина зрна (више граница по јединици запремине) равномерније распоређују клизање и смањују концентрацију напрезања на појединачним границама. Делта ферит у облику стрингера или мрежа даје повољне путеве пукотина. При малим величинама зрна (< 25µm, ASTM 8 or finer), the dense population of grain borders prohibits individual boundaries from generating enough strain for intergranular fracture; damage builds inside grains (transgranular). At coarse grain sizes (>35 µм, АСТМ 6 или грубље), гранично клизање зрна је локализовано у неким зонама и присуство делта феритних стрингера дуж ивица повећава брзину развоја интергрануларних шупљина.

Квантификовање корелације између величине зрна, делта ферита и пузања

Начини пуцања и век трајања руптуре за контролисану топлотну обраду 347 цеви (0,45% Нб, 0,08% Ц, 0,50% Си) да би се обезбедиле различите величине зрна и подешавања делта ферита према температури жарења раствора. Испитивање пузања на 700 степени, 50 МПа током 10.000 сати.

АСТМ Величина зрна (Г) Пречник зрна (µм) Делта запремински удео ферита (%) Морфологија ферита Доминантни режим пузања Пузајући век трајања пуцања на 700 степени, 50 МПа (сати) Издужење руптуре (%) После 10000 х Препоручено за 10.000 х степена на сервису
8.5 18 2-3 Глобуларно изоловано Трансгрануларно 13.000-16,000 20-25 Да (оптимално)
8.0 22 3-4 Глобулар + кратке жице Трансгранулар (углавном) 12.000-15,000 18-22 Да 7.5 27 4-5 Мешовити Мешовити (транс + интер) 10.000-13,000 15-20 Прихватљиво
7.0 32 5-6 Стрингерс Микед (интергрануларни доминантни) 9,000-11,000 12-16 Маргинални 6.5 38 6-7 Интерцоннецтед стрингерс Интергранулар 7,500-9,500 8-12 Не препоручује се
6.0 45 7-8 Near-continuous network Intergranular (severe) 6,000-8,000 5-10No 5.5 52 8-9 Continuous network Intergranular 5,000-7,000 4-8 No 5.0 60 >9 Екстензивни ферит Интергранулар (превремени) 4,000-6,000 3-6 Не
Границе прелаза специфичне за услугу од 10.000 сати

Табела испод показује тачне пермутације трансгрануларног у интергрануларни прелаз режима пуцања након 10.000 х.

Величина зрна (АСТМ) Критични делта ферит за прелаз режима (%, 10.000 сати) Режим квара на/изнад критичног ферита Макс. ферит препоручен за величину зрна
9 (фино, 15 µм) 8-9% Интергрануларно изнад 8% 7% 8,5 (18 µм) 6-7% Интергрануларно изнад 6-7% 5%
8 (22 µм) 5-6% интергрануларно > 5% 4% 7,5 (27 µм) 4-5% интергрануларно > 4% 3%
7 (32 µм) 3-4% Интергрануларно преко 3% 2,5% 6,5 (38 µм) 2,5-3% Интергрануларно преко 2,5% 2%
2% 6 (45 µm) 1.5% Intergranular >2%
Практичне препоруке за сервис од 700 степени са трансгрануларним (дуктилним) режимом квара

За 347 обложених грејача са трансгрануларним пузањем (већа дуктилност, дужи век трајања) после 10.000 сати на 700 степени, 50 МПа обручног напрезања релевантни су следећи микроструктурни захтеви.

Жељени режим неисправног пузања Циљна АСТМ величина зрна Циљ Делта ферит (%) Потребан топлотни третман Век трајања пуцања (очекивани сати)
Трансгрануларно (најбоља дуктилност) 8,5-9<3 Solution anneal 1,040°C + high Ni (10.5%) 15,000-18,000
Трансгрануларно (прихватљиво) 8-8.5 3-4 жарење раствора 1.050 степени, конвенционална хемија 12.000-15.000
Мешовито (добро за различите примене) 7.5-8 4-5 Оџарење раствора 1060 степени 10 000-13 000
интергрануларно (избегавајте)<7 >5 High temperature anneal (>1080 степени)<9,000
Пост-Верификација режима повлачења услуге

На начин пуцања указује се металографским прегледом угравираног уздужног пресека од грејача који ради на 700 степени. Трансгрануларни преломи продиру кроз зрна (равни, акутни, често без гранања). Интергрануларне пукотине (назубљене, разгранате) се шире дуж граница зрна. Можемо измерити претходну величину зрна и садржај делта ферита на истом узорку.

Закључак: Оптимизација величине зрна и ферита за лом дуктилног пузања

На пример, пузајуће пуцање омотача грејача од 347 нерђајућег челика на 700 степени под напоном у облику обруча од 50 МПа након 10.000 сати мења се из трансгрануларног (дуктилног, дужег века) у интергрануларно (крто, краћег века) када се постигне одређена комбинација претходне величине зрна аустенита и запреминског удела делта ферита. Фино-материјал (АСТМ 8.5, 18 µм) може узети до 6-7% делта ферита пре него што почне да се разбија међугрануларно. За крупнозрнати материјал (АСТМ 6, 45 µм) делта ферита испод 2% је неопходан да би се избегло интергрануларно пуцање. Да би се обезбедило трансгрануларно пуцање, већа дуктилност и дужи век пузања, за 10.000 сати рада на 700 степени, 347 омотача треба да буде специфицирано са фином величином зрна (АСТМ 8-9) и ниским делта феритом (2-4%). Оквир који је овде представљен повезује величину зрна и проценат делта ферита са прелазом између трансгрануларног и интергрануларног режима пузања пузања, омогућавајући купцима да специфицирају термичку обраду и хемију како би се максимизирао век трајања и дуктилност пузања за дуготрајни рад на високим температурама.