Hoe regelt de gemiddelde korrelgrens-carbide-afstand na sensibilisatie Warmtebehandeling van 316 verwarmingsmantelbuizen de intergranulaire corrosiesnelheid in ASTM A262 Practice E-test

Microstructurele parameter voor de ernst van sensibilisatie

Voor 316 met roestvrij staal beklede elektrische verwarmingsbuizen die zijn blootgesteld aan sensibiliseringstemperaturen (450-850 graden) in een bepaald stadium van de productie of het gebruik, is de ernst van de gevoeligheid voor intergranulaire corrosie (IGC) geen eenvoudige functie van de aan- of afwezigheid van korrelgrenscarbiden. De belangrijkste microstructurele parameter is de gemiddelde afstand van de chroomcarbidedeeltjes op de korrel-grenzen. Wanneer de carbidedeeltjes dicht genoeg bij elkaar zijn (met een onderlinge afstand van minder dan ongeveer 0,5-1,0 µm) overlappen de chroomarme zones rond aangrenzende deeltjes elkaar en vormen een continu pad met een laag chroomgehalte dat snel wordt aangetast door oxiderende zuren (ASTM A262 Praktijk E, de koper-kopersulfaat-zwavelzuurtest). Als de carbidedeeltjes wijd verspreid zijn (afstand > 1-2 m), overlappen de uitputtingszones elkaar niet en zijn de korrelgrenzen bestand tegen intergranulaire aanvallen. Dit artikel kwantificeert het verband tussen de gemiddelde carbide-afstand, de mate van sensibilisatie en de IGC-snelheid in de conventionele 24-uurs Practice E-test.

Mechanisme van overlappende uitgeputte zones

De precipitatie van chroomcarbide op de korrelgrenzen van 316 roestvrij staal produceert een chroomarme zone van ~50-200 nm aan elke kant van het deeltje. Als functie van de neerslagtemperatuur en -tijd wordt de mate van chroomuitputting (vaak 8-12% minimale chroomconcentratie vergeleken met 17-19%) in bulk bestudeerd. Intergranulaire corrosie is van cruciaal belang als de afstand tussen twee aangrenzende carbiden kleiner is dan de som van de breedten van de twee aangrenzende uitputtingszones. Onder deze omstandigheden overlappen de uitputtingszones elkaar en vormt zich een continu spoor van materiaal met een laag chroomgehalte langs de korrelgrens. In de intens oxiderende en chroom{12}}deficiënte zone-selectief kokende koper-kopersulfaat-zwavelzuuroplossing (praktijk E) overlappen de uitgeputte zones elkaar en worden ze snel gecorrodeerd, waardoor korrelverlies ontstaat en uiteindelijk het monster faalt bij het buigen. Voor carbide-afstanden groter dan ongeveer 1-2 μm worden de verarmde zones geïsoleerd en is er geen continue chroomarme route.

Gekwantificeerd verband tussen carbideafstand en praktijkresultaten

De volgende drempels zijn vastgesteld door gecontroleerde sensibilisatie van 316 buizen (1,5 mm wand, 0,06% C) bij 650 graden (de snelste carbideprecipitatietemperatuur) gedurende verschillende tijdsperioden, en daaropvolgende meting van de gemiddelde carbide-afstand door transmissie-elektronenmicroscopie en ASTM A262 Practice E-testen.

Sensibilisatietijd bij 650 graden (uur) Korrelgrens Gemiddelde carbide-afstand (μm) Geschatte overlapfractie van de verarmde zone (%) Oefenresultaat (24- uur koken Cu-CuSO4-H2SO4) Intergranulaire aanvalsdiepte, µm Aanbevolen voor gebruik in oxiderende zuren
0 (gegloeid, geen carbiden N.v.t. Pass (geen breuken bij bocht)<5 Yes 0.1 5-10 0% Pass <10 Yes 0.5 2-4 0-20% Pass (slight etching) 10-20 Acceptable
1 1-2 20-50% Marginaal (scheuren in bocht) 20-40Niet aanbevolen
2 0.8-1.2 50-80% Fout (ernstige scheuren) 80-150 Nee Fout (duidelijke scheuren) 40-80 Nee 5 0.4-0.8 80-100%
10 0.2-0.5 100% (continuous) Fail (grain dropping) 150-250 No 24 0.1-0.3 100% (continuous) Fail (severe grain dropping) >250 Nee
Effect van koolstofgehalte op de kritische carbide-afstand

De hoeveelheid koolstof in 316 bepaalt de totale hoeveelheid carbide die kan neerslaan en daarmee de laagste carbide-afstand die kan worden bereikt voor een bepaald sensibilisatieproces.

Carbon Content (wt%) Minimum Carbide Spacing after Complete Sensitisation (µm) Practice E Result at Minimum SpacingMaximum Allowable Service Temperature To Avoid Sensitisation >0,020 (laag)2-3 Geslaagd 450 graden 0,020-0,030 (316L) 1,5-2,5 Geslaagd (marginaal) 425 graden 0.030-0.040 1.0-1.8 Marginaal 400 graden 0.040-0.050 0.8-1.2 Geslaagd 375 graden 0.050-0.060 0.5-0.8 Geslaagd 350 graden 0,060-0,080 (standaard 316) 0,3-0,6 Mislukt 325 graden
Praktische vermijding van sensibilisering bij de vervaardiging van verwarmingstoestellen

Om te voorkomen dat de carbide-afstand onder de essentiële limiet van 1-2 µm komt in 316 verwarmers met behuizing die worden gelast of die tijdens gebruik kunnen worden blootgesteld aan sensibiliseringstemperaturen, worden de volgende criteria aanbevolen:

Productie- of gebruiksomstandigheden Maximale blootstelling aan temperatuur (graden) Maximale tijd bij temperatuur Aanbevolen koolstofgehalte Testvereiste na blootstelling
Lassen (enkele doorgang, geen vulmiddel) snel afkoelen, max. 1.200-1.400 seconden (HAZ koelt snel af) Alle (HAZ indien dun, niet gevoelig) Geen voor dunne wanden (<2mm)
Lassen (dikke sectie, meerdere-passages) 450-850 (totaal)316L Min. (C<0.03%)Practice E Weld coupon
Warmtebehandeling na-lassen (vermindering van spanning) 400-450 graden 1-2 uur 316L (alle)Geen (onder detectielimiet)
Service temperature excursion 450-550°C >10 uur cumulatief 316L nodig Oefening E na 5 jaar
Hardsolderen of solderen 500-700 graden Minuten tot uren 316L of gestabiliseerd (321/347) Oefening E nodig
ASTM A262 Praktijk E Kwaliteitstest voor acceptatie

ASTM A262 Practice E-tests bieden definitieve zekerheid over IGC-resistentie voor kopers die 316 omhulsels specificeren die tijdens de productie gevoelig kunnen worden gemaakt. De testprocedure omvat:

24 uur koken in een oplossing van koper-kopersulfaat-zwavelzuur (ASTM A262, procedure E)

Het monster wordt 180 graden gebogen over een doorn met een diameter gelijk aan de dikte van het monster

Bekijk de scheuren in het gebogen oppervlak met een vergroting van 10x

Acceptatiecriteria: Als er na het buigen geen scheuren worden waargenomen, is er sprake van een "pass" (ongevoelig). Er wordt een "mislukt" (gevoelig) geregistreerd als er scheuren (van welke lengte dan ook) worden waargenomen. De test is gevoelig voor carbideafstanden < ~1-2 μm.

Veldidentificatie van IGC's veroorzaakt door sensibilisatie

In een 316-verwarmer die faalt bij het oxideren van zuur (bijv. salpeterzuur, beitsoplossingen) of in chlorideomgevingen met een oxiderende component, manifesteert intergranulaire corrosie door sensibilisatie zich als een netwerk van scheuren langs korrelgrenzen die zichtbaar zijn bij een lage vergroting (50-100×) op een gepolijste en geëtste dwarsdoorsnede. De kloven kunnen een "skelet" -patroon hebben, wat de eerdere austenietkorrels aangeeft. Sensibilisatie zal worden bevestigd door ASTM A262 Praktijk E op een monster genomen uit de defecte verwarmer. De afstand die metallografisch wordt bepaald met behulp van scanning-elektronenmicroscopie zal kleiner zijn dan 0,5-1,0 µm. Het antwoord op dergelijke problemen is het gebruik van 316L of het vereisen van een nalasoplossing.

Conclusie: Controle van de specificatie van de carbide-afstand door sensibilisatie

De interkristallijne corrosiesnelheid, gebaseerd op ASTM A262 Praktijk E voor 316 roestvrijstalen verwarmingstoestellen met ommanteling, is gebaseerd op de gemiddelde korrelgrenscarbideafstand na sensibiliseringstemperaturen. Wanneer de carbide-afstand kleiner is dan 1-2 µm, overlappen de chroom--verarmde zones elkaar, waardoor een continue chroomarme route wordt gevormd die snel corrodeert en niet voldoet aan de Practice E-test. Voor toepassingen waarbij las- of bedrijfstemperaturen in het bereik van 450-850 graden liggen, moeten ingenieurs die 316 mantels specificeren, 316L (koolstof) leveren<0.03%) to ensure that the carbide spacing will be above the critical threshold. After minimum sensitisation (1-2 hours at 650°C) carbide spacing for standard 316 (0.06-0.08% C) is less than 1 µm which results in sensitisation and IGC susceptibility. The framework offered herein, which correlates the average carbide spacing with quantitative Practice E results, allows purchasers to define combinations of material and heat treatment that will not allow overlapping depletion zones, and will retain intergranular corrosion resistance.