Hoe regelt het eerdere koudewerkpercentage uit de buistekening van de 316L verwarmingsmantel de snelheid van herkristallisatie en korrelgroei tijdens gebruik bij 600 graden?

Microstructurele evolutieparameter voor hoge temperaturen. Krachtbehoud

Het percentage voorafgaand koudwerk uit het trekken van de buis bepaalt de snelheid van herkristallisatie en de daaropvolgende korrelontwikkeling die plaatsvindt tijdens blootstelling aan hoge- temperaturen voor 316L roestvrij staal omwikkelde elektrische verwarmingsbuizen die draaien op 600 graden, wat de bovengrens is voor continu gebruik voor deze legering. Terwijl-getrokken buis energie uit plastische vervorming heeft opgeslagen (dislocatiedichtheid komt overeen met % koude arbeid). Deze opgeslagen energie veroorzaakt herkristallisatie bij 600 graden: de productie van nieuwe, spanningsvrije korrels die de vervormde microstructuur vervangen. De periode van aanvang van de herkristallisatie neemt dramatisch af naarmate het koudewerk toeneemt: bij 10% koudewerk is dit 1.000-2.000 uur; bij 20% koudwerk, 200-500 uur; bij 30% koudwerk, 50-150 uur. Herkristallisatie leidt tot korrelvorming. Hierdoor wordt de microstructuur grover en wordt de kruipsterkte verminderd.. 10.000 bedrijfsuren bij 600 graden, optimaal koudwerkbereik is 10-15% (balans: vertraagt ​​de herkristallisatie voldoende om 10.000 uur te overleven, maar niet zo snel dat er grove korrels ontstaan). Dit artikel beoordeelt het verband tussen voorafgaande koude arbeid, herkristallisatiekinetiek, korrelontwikkeling en kruipleven bij 600 graden.

Mechanisme van herkristallisatie en graangroei in 316L koud bewerkt

Herkristallisatie is een thermisch gestimuleerd proces. Nieuwe korrels kiemen op plaatsen met een hoge dislocatiedichtheid (korrelgrenzen, vervormingsbanden, insluitsels) en ontwikkelen zich tot de vervormde matrix. De drijvende kracht is evenredig met de opgeslagen energie van koudwerk, die evenredig is met het kwadraat van de stromingsstress (ongeveer lineair met een koudwerkpercentage tot 30-40%). Koud werken leidt tot een exponentiële toename van de kiemvorming. Nadat de herkristallisatie voltooid is, vindt korrelexpansie plaats door grensmigratie, aangedreven door een verkleining van het korrelgrensgebied. Grote granen groeien ten koste van kleine granen (Ostwald-rijping). Fijne, stabiele korrelgrootte (ASTM 6-8) biedt de beste kruipweerstand bij 600 graden C. Er is aangetoond dat zeer fijnkorrelige (ASTM 10+) en grofkorrelige (ASTM 3-5) korrels de kruiplevensduur verkorten, doordat de korrelgrenzen respectievelijk verschuiven.

Verband tussen koudvervorming, herkristallisatietijd en korrelgrootte bij 600 graden.

Gecontroleerde isotherme veroudering bij 600 graden met periodiek metallografisch onderzoek is gebruikt om de snelheid van herkristallisatie en korrelontwikkeling in koud-getrokken 316L-buizen te bepalen:

Previous Cold Work (%) Time to Recrystallise 50% at 600°C (hours) Recrystallised Grain Size After Completion (ASTM, µm) Time to Grain Growth to ASTM 5 (>70 µm, hours) Creep Rupture Life at 80 MPa, 600°C (hours) Recommended for 10,000 hour Service at 600°C 0 (annealed) N/A (no cold work) 8-9 (20-30 µm) initial >20.000 (stabiel) 2.500-3.500 Ja (indien al in orde)
5 5,000-10,000 8-9 (20-30 µm) 15.000-20,000 3,000-4.000 Ja
10 1,500-3,000 7-8 (25-35 µm) 8.000-12,000 3,500-5.000 Ja (beste)
12 1,000-2,000 7-8 (25-35 µm) 6.000-9,000 3,500-5.000 Ja
15 500-1,000 6-7 (35-50 µm) 4.000-7,000 3,000-4.500 Acceptabel
20 200-500 5-6 (50-70 µm) 2.000-4,000 2.000-3.500 Marginaal 25 100-200 4-5 (70-90 µm) 1.000-2,000 1,500-2.500 Niet aanbevolen 30 50-150 3-4 (90-120 µm) 500-1,500 1,000-2.000 Niet aanbevolen 35 30-80 3 (100-130 µm) 300-800 800-1,500 Nee 40 20-50 2-3 (120-150 µm) 200-500 600-1,000 Nee
De invloed van de initiële korrelgrootte op de herkristallisatiekinetiek

De herkristallisatiesnelheid hangt af van de initiële korrelgrootte vóór het koudtrekken. Dus hoe fijner de substantie, hoe sneller deze opnieuw zal kristalliseren. Er zijn meer kiemplaatsen.

Initiële ASTM-korrelgrootte vóór onttrekking Relatieve herkristallisatiesnelheid (10% CW) onder hetzelfde koude werk 10.000 uur koud werk Aanbevolen levensduur 10 (extreem fijn, 10 µm) 1,5× (sneller) 8% 8 (fijn, 20 µm) 1,0× (basislijn) 10%
6 (gemiddeld, 45 µm) 0,7× (langzamer) 12%
4 (grof, 80 µm) 0,4× (veel langzamer) 15% Praktische aanbevelingen voor de productie van 316L verwarmingsbuizen

Voor 316L-mantels voor 600 graden gebruik met een ontwerplevensduur van 10.000 uur worden de volgende parameters voor koudwerk en warmtebehandeling vóór gebruik voorgesteld.

Gewenste levensduur (uren) 600 graden Aanbevolen koude bewerking vóór service (%)Korrelgrootte na pre-service Warmtebehandeling na 10.000 uur bij 600 graden (ASTM)Verwachte kruipbreukduur (uren) 5,000 15-20 Geen (zoals getekend) 5-6 (50-70 µm) 3.000-4,500 10,000 10-12 Geen (zoals getekend) 6-7 (35-50 µm) 3.500-5,000 10,000 0-5 Volledig gloeien + fijne korrel 7-8 (25-35 µm) 3.000-4,500 20,000 10 Stabilisatie-gloeien (850 graden, 2 uur) 7 (30-40 µm) 5.000-7,000 20,000 + corrosieweerstand 0 Volledige oplossing gloeien + stabilisatie 7-8 4,000-6.000
Staatsverificatie van herkristallisatie

Er worden twee verificatieprocedures aangeboden voor kopers die een bepaalde microstructurele stabiliteit vereisen. De eerste is het testen van de hardheid. De hardheid van de-getekende 316L is 180-320 HV, afhankelijk van de koude vervorming. Door herkristallisatie neemt de hardheid af tot 140-160 HV (volledig zacht). Als de hardheid na 1.000 uur bij 600 graden hoger is dan 200 HV, heeft er nog geen herkristallisatie plaatsgevonden. De tweede is het metallografisch onderzoek na het etsen (glyceregia of elektrolytisch oxaalzuur). De vorming van "ketting"-structuren (rijen van fijne nieuwe korrels langs de voormalige korrelgrenzen) duidt het begin van herkristallisatie aan.

Conclusie Verbetering van koudwerk voor een levensduur van 600 graden

De herkristallisatiekinetiek en de daaropvolgende korrelontwikkeling van 316L roestvrijstalen verwarmingsmantels bij 600 graden worden beïnvloed door het voorafgaande koudewerkpercentage. Herkristallisatie wordt verkregen na koudvervormen van 10-12% en 1.500-3.000 uur, resulterend in een fijne (ASTM 7-8) herkristalliseerde korrelstructuur die een goede kruipsterkte behoudt gedurende 10,000+ uur. Hoger koudwerk (20-30%) resulteert in snelle herkristallisatie (200-500 uur) en grove korrels (ASTM 4-5) die de kruiplevensduur met 40-60% verkorten. De microstructuur is al herkristalliseerd en stabiel bij minder dan 5% koudvervorming (gegloeid), maar het gebrek aan verharding vermindert de vormsterkte. Voor een dienst van 10.000 uur bij 600 graden kunnen ingenieurs die 316L-mantels specificeren, 10-15% koudwerk verwachten bij het trekken van buizen. Na het trekken wordt een stabilisatiewarmtebehandeling (850 graden, 2 uur) gebruikt om de microstructuur te optimaliseren voor langdurige stabiliteit van de korrelgrootte voor gebruik van meer dan 10.000 uur. Het hier voorgestelde raamwerk stelt kopers in staat om trekreducties te specificeren die de kruiplevensduur maximaliseren via gecontroleerde microstructurele evolutie door koudwerk% te relateren aan herkristallisatiekinetiek en korrelontwikkeling bij 600 graden.