Hvernig stjórnar rúmmálshlutfalli Z-fasa (CrVN) úrkomu í 347 hitaslíðurslöngum eftir 50.000 klukkustundir við 600 gráður minnkun á langtíma skriðrofstyrk-

Flókinn nítríðfasinn og niðurbrot hans á skriðeiginleikum

Úrkoma Z-fasa (CrVN, flókið krómvanadínnítríð) getur átt sér stað þegar um er að ræða 347 ryðfríu stáli (Nb-stöðugleika) hlífðar rafhitunarrör sem starfa við 600 gráður í mjög langan tíma (50,000+ klst.) eins og í löngum{000+ klst. er til staðar sem afgangsefni (venjulega 0,10-0,20% V). Ólíkt NbC, sem sýnir stöðuga styrkingu, fellur Z-fasa fyrst út sem fínar agnir (10-30 nm) sem stuðla að skriðstyrk, en eftir 20.000-30.000 klst eyðir vanadíum og köfnunarefni, óstöðugleika annarra styrkjandi botnfalla. Nettó niðurstaða eftir 50.000 klukkustundir er 30-50% tap á skriðrofstyrk miðað við vanadíumfrítt efni. Undir 0,05% V er Z-fasa kynslóðin óveruleg og skriðstyrkur er stöðugur. Í þessari vinnu er fylgni á milli afgangs vanadíuminnihalds og Z-fasa rúmmálshlutfalls eftir 50.000 klukkustundir við 600 gráður og taps á skriðbrotsstyrk mæld.

Mechanism of Z-phase brimness

Z-fasi (CrVN) er fjórhyrnt efnasamband sem samanstendur af króm, vanadíum og köfnunarefni. Það fellur um 500-700 gráður. Z-fasinn grófst við að Ostwald þroskast við langtímaöldrun. Vöxtur Z-fasa agna eyðir fylkinu vanadíum (myndar VC) og köfnunarefni (myndar Cr 2 N eða NbN). Skriðstyrkurinn minnkar með því að mýkja fylkið og tilvist stórra, brothættra Z-fasa agna. Þetta högg sést best eftir 30.000-50.000 klukkustundir þegar Z-fasa agnirnar eru stærri en 200-300 nm.

Magnháð vanadíuminnihaldi, Z-fasa rúmmálsbroti og skriðstyrk

Stýrð langtíma-öldrun 347 slöngu (0,45% Nb, 0,06% C, 0,08% N) með ýmsum vanadíumleifum við 600 gráður í 50.000 klukkustundir og síðari skriðrofprófanir við 600 gráður og 80 MPa hafa ákvarðað eftirfarandi styrkleikatap.

Vanadíuminnihald (wt%) Z-Fasisrúmmálsbrot eftir 50.000 klst 50.000klst Þjónusta við 600 gráður<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 
Áhrif Nb og N á Z-fasamyndun

Meira níóbín staðlar NbN og NbCN og dregur úr Z-fasa. Hærra köfnunarefni flýtir fyrir Z-fasanum.

Wt% Niobium Wt% Nitrogen Wt% VanadiumZ-fasa rúmmálshlutfall eftir 50000 klst (%) Skriðbrotslíf (klst.) Mælt með fyrir 50.000 klst. þjónustu 0.40 0.06 0.10 0.10-0.15 16,000-22.000 Ásættanlegt 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 Já 0.45 0.08 0.15 0.20-0.30 12,000-18,000 Jaðar 0.45 0.04 0.15 0.10-0.15 16,000-22,000 Viðunandi hagnýtar ráðleggingar fyrir 50,000 tíma þjónustu við 600 gráður

Vanadín- og níóbíumtakmarkanir fyrir 347 hlífðar hitara fyrir 50.000 klukkustunda þjónustu við 1100 F.

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
Z-Áfangi úrkomustaðfestingar

Fyrir kaupendur sem vilja langtíma skriðstyrk eru tvær aðferðir í boði. Í fyrsta lagi er efnafræðileg athugun á vanadíninnihaldi (með ICP eða OES) með viðunandi hætti<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%.

Ályktun: Lágt vanadíumforskrift fyrir 50.000 klukkustunda skriðlíf

Í 347 hitaslíðum úr ryðfríu stáli sem vinna við 600 gráður í 50.000 klukkustundir sést Z-fasa (CrVN) úrkoman, jafnvel með vanadíumleifum allt niður í 0,10-0,15%. Z-fasinn grófst í 150-600 nm og dregur úr skriðrofstyrknum um 20-50% samanborið við vanadíumfría efnið. Verkfræðingar sem tilgreina 347 slíður fyrir mjög langtíma notkun (30.000-50,000+ klst.) ættu að takmarka vanadíum við<0.05-0.08% and niobium to >0,45-0,50% til að hindra þróun Z-fasa. Ramminn sem þróaður er hér tengir vanadínstyrk, rúmmálshlutfall Z-fasa og lækkun á skriðstyrk við 600 gráður. Þessi rammi gæti verið notaður af viðskiptavinum til að skilgreina 347 efnafræði sem mun halda skriðstyrk fyrir hönnunarlíf í hálfa öld.