Hvernig stjórnar rúmmálshlutfalli frumníóbíumkarbíðs (NbC) í stöðugum 347 hitaslíðurslöngum næmingarþoli við langtímaþjónustu við 550 gráður miðað við 316L

Stöðugleikaáhrif langvarandi útsetningar fyrir háum hita

Fyrir langtímanotkun, háhita (550 gráður) á hlífðar rafhitunarrörum, svo sem fyrir iðnaðarlofthitara, jarðolíuofnaforhitara eða hita-meðhöndlunarbúnað, er valið á 316L (kolefnislítið) á móti 347 (níóbíumstöðugað) ryðfríu stáli knúið áfram af L þolþol þeirra fyrir skynjunarþol {4} útfelling krómkarbíðs niður í lágt kolefnisinnihald (<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 klukkustundir. 316L byrjar að næma eftir 5.000-10.000 klukkustundum. Greinin mælir tengslin milli NbC rúmmálshlutfalls, þjónustutíma og næmisviðnáms í 347 á móti 316L.

Kolefnisfestingarkerfi og stöðugleiki níóbíns

Í 347 ryðfríu stáli (18Cr-11Ni-Nb), hefur níóbíum verulega meiri sækni í kolefni en króm. Á meðan á lausnarglæðingu stendur (1.050-1.100 gráður) leysist mestur hluti NbC upp, en frum NbC agnir (1-5 µm) eru látnar óuppleystar. Fínn auka-NbC-útfelling (10-50 nm) í austenítfylki, aðallega við tilfærslur og í kornum frekar en við kornamörk, við kælingu og í notkun við 450-750 gráður. Kolefnið er bundið sem NbC þannig að kolefnisvirknin í fylkinu er mjög lítil. Þetta kemur í veg fyrir að Cr-karbíð (Cr2 3 C6) myndist við kornamörk. Skilvirkni stöðugleika er háð hlutfalli Nb:C (um 8:1 fyrir NbC) og fullkomleika stöðugleikagræðslunnar (venjulega 850-900 gráður í 2-4 klukkustundir eftir lausnarglæðingu).

Tengsl milli NbC rúmmálshlutfalls og næmisþols við 550 gráður

347 slöngur (með ýmsum níóbíum- og kolefnisstyrk) og 316L slöngur við 550 gráður í allt að 50.000 klukkustundir með reglubundinni ASTM A262 æfingu A (oxalsýruetch) og æfingu E (kopar-koparsúlfat) prófun, hefur ákvarðað eftirfarandi tíma fyrir skynjun:

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 (en NbC stringers) Skref (en ferríthætta) Varúð Ásættanleg 347 (hátt C) 0.40 0.060 6.7 0.10-0.18 30,000-40.000 Skref mælt með
Áhrif stöðugleikaglæðingar á útfellingu NbC

Eftir lausnarglæðingu veldur stöðugleikaglæðing við 850-900 gráður útfellingu á fínu, innankorna NbC, hámarkar kolefnisfestingu og kemur í veg fyrir síðari næmingu.

Hitameðferðaröð NbC Formgerð Tími til næmingar við 550oC (klst.) Mælt með fyrir langtímaþjónustu (LTS)
Einungis glæðing í lausn (1050 gráður, slökkt með vatni) Einungis aðal NbC (gróft, eitthvað C í lausn) 15.000-30.000 Ásættanlegt
Solution anneal + stabilisation (850°C, 2 h)Fine intragranular NbC (most C fixed) >50.000 Best
Solution anneal + stabilisation (900°C, 4h)>50.000 Best Mjög fínt NbC, full C festing
Gróf stöðugleiki án lausnarglæðingar Aðeins NbC (ófullkomið) 10.000-20.000 Borderline
Engin stöðugleiki (sem soðið)Blandað 5.000-15.000Ekki ráðlagt
Hagnýtar ráðleggingar um val á hitara fyrir 550 gráðu þjónustu

Fyrir stöðuga notkun á slíðruðum hitara við 550 gráður gilda eftirfarandi færibreytur fyrir val á álfelgur eftir áætluðum endingartíma:

Æskilegur endingartími við 550 gráður (klst.) Ráðlagður álfelgur Lágmarksstöðugleikakrafa Væntanlegt næmisviðnám Kostnaðarstuðull<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 (ætandi umhverfi) 310 ryðfríu stáli (engin næming) N/A Á ekki við 2,0× Skilvirkni stöðugleika sannprófunar

Eftirfarandi samþykkiskröfur eiga við um kaupendur sem tilgreina 347 fyrir langtíma háhitaþjónustu:

ASTM A262 Practice A: Uppbygging þrepa (slétt kornamörk) eftir fullan ætlaðan endingartíma eða eftir hraðari öldrun (1.000 klst við 650 gráður)

ASTM A262 Practice E: Eftir öldrun Pass (engin sprunga eftir beygju)

Niobium to carbon ratio: Nb/C weight ratio >= 10 (helst 12-15) á mylluvottorðinu

Stöðugleikaglæðingarvottun: tími og hitastig (þ.e. . 900 gráður C í 4 klukkustundir) skráð

Niðurstaða: 347 Yfir 316L fyrir lengri 550 gráðu þjónustu

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 klukkustundir vegna þess að kolefni er varanlega útfellt sem kornótt NbC. Fyrir samfellda þjónustu yfir 500 gráður með líftíma yfir 5.000-10.000 klukkustundir, ættu verkfræðingar sem tilgreina innbyggða hitara að velja 347 frekar en 316L. Fyrir mest krefjandi notkun (ætandi aðstæður + hár hiti) mun 310 ryðfríu stáli (25Cr-20Ni) gefa enn meiri viðnám en með hærri kostnaði. Þessi rammi gerir kaupendum kleift að velja stöðugustu málmblönduna til langtímanotkunar í háhitahitara með því að tengja NbC rúmmálshlutfallið við upphafstíma næmingar við 550 gráður.