Tỷ lệ phần trăm công việc làm lạnh trước đó từ bản vẽ ống của vỏ bọc gia nhiệt 316L kiểm soát tốc độ kết tinh lại và sự phát triển của hạt trong quá trình sử dụng ở 600 độ như thế nào

Thông số tiến hóa vi cấu trúc cho nhiệt độ cao. Duy trì sức mạnh

Tỷ lệ gia công nguội trước từ bản vẽ ống quyết định tốc độ kết tinh lại và sự phát triển hạt tiếp theo xảy ra khi tiếp xúc với-nhiệt độ cao đối với các ống gia nhiệt điện bọc thép không gỉ 316L chạy ở nhiệt độ 600 độ, đây là giới hạn sử dụng cao nhất để sử dụng liên tục cho hợp kim này. Vì{4}}ống rút đã tích trữ năng lượng từ biến dạng dẻo (mật độ trật khớp tương ứng với % gia công nguội). Năng lượng được lưu trữ này gây ra sự kết tinh lại ở 600 độ: tạo ra các hạt mới, không bị biến dạng thay thế cho cấu trúc vi mô bị biến dạng. Thời gian bắt đầu kết tinh lại giảm đáng kể khi gia công nguội tăng lên: ở mức gia công nguội 10% là 1.000-2.000 giờ; ở mức làm việc nguội 20%, 200-500 giờ; ở mức làm việc nguội 30%, 50-150 giờ. Sự kết tinh lại dẫn đến sự hình thành hạt. Điều này làm thô cấu trúc vi mô và giảm độ bền rão. 10.000 giờ sử dụng ở phạm vi làm việc nguội tối ưu 600 độ là 10-15% (cân bằng: trì hoãn quá trình kết tinh lại đủ để tồn tại trong 10.000 giờ nhưng không nhanh đến mức tạo thành hạt thô). Bài viết này đánh giá mối liên hệ giữa quá trình gia công nguội trước đó, động học tái kết tinh, sự phát triển của hạt và tuổi thọ rão ở 600 độ.

Cơ chế kết tinh lại và tăng trưởng hạt trong gia công nguội 316L

Kết tinh lại là một quá trình kích thích bằng nhiệt. Các hạt mới tạo mầm tại các vị trí có mật độ lệch vị trí cao (ranh giới hạt, dải biến dạng, tạp chất) và phát triển thành ma trận bị biến dạng. Động lực tỷ lệ thuận với năng lượng dự trữ của gia công nguội, tỷ lệ thuận với bình phương ứng suất dòng chảy (gần tuyến tính với tỷ lệ gia công nguội lên tới 30-40%). Gia công nguội dẫn đến tốc độ tạo mầm tăng theo cấp số nhân. Sau khi quá trình kết tinh lại hoàn tất, sự giãn nở của hạt xảy ra do sự di chuyển ranh giới do sự giảm diện tích viền hạt. Những hạt lớn phát triển gây thiệt hại cho những hạt nhỏ (chín Ostwald). Kích thước hạt mịn, ổn định (ASTM 6-8) mang lại khả năng chống rão tốt nhất ở 600 độ C. Hạt rất mịn (ASTM 10+) và hạt thô (ASTM 3-5) được chứng minh là làm giảm tuổi thọ rão do trượt ranh giới hạt tương ứng.

Mối quan hệ giữa gia công nguội, thời gian kết tinh lại và kích thước hạt ở 600 độ.

Quá trình lão hóa đẳng nhiệt có kiểm soát ở 600 độ với kiểm tra kim loại định kỳ đã được sử dụng để xác định tốc độ tái kết tinh và phát triển hạt trong ống 316L kéo nguội:

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 (ổn định) 2.500-3.500 Có (nếu đã ổn)
5 5,000-10,000 8-9 (20-30 µm) 15.000-20,000 3,000-4.000 Có
10 1,500-3,000 7-8 (25-35 µm) 8.000-12,000 3,500-5.000 Có (tốt nhất)
12 1,000-2,000 7-8 (25-35 µm) 6.000-9,000 3,500-5.000 Có
15 500-1,000 6-7 (35-50 µm) 4.000-7,000 3,000-4.500 Có thể chấp nhận được
20 200-500 5-6 (50-70 µm) 2.000-4,000 2,000-3.500 Biên 25 100-200 4-5 (70-90 µm) 1.000-2,000 1,500-2.500 Không khuyến nghị 30 50-150 3-4 (90-120 µm) 500-1,500 1,000-2.000 Không đề xuất 35 30-80 3 (100-130 µm) 300-800 800-1,500 Không 40 20-50 2-3 (120-150 µm) 200-500 600-1.000 Không
Ảnh hưởng của kích thước hạt ban đầu đến động học tái kết tinh

Tốc độ kết tinh lại phụ thuộc vào kích thước hạt ban đầu trước khi kéo nguội. Vì vậy, chất càng mịn thì nó sẽ-kết tinh lại càng nhanh. Có nhiều vị trí tạo mầm hơn.

Kích thước hạt ban đầu của ASTM trước khi vẽ Tốc độ kết tinh lại tương đối (10% CW) Trong cùng một công việc nguội10.000 giờ Gia công nguội Tuổi thọ khuyến nghị 10 (cực kỳ tốt, 10 µm) 1,5× (nhanh hơn) 8% 8 (tốt, 20 µm) 1,0× (đường cơ sở) 10%
6 (trung bình, 45 µm) 0,7× (chậm hơn) 12%
4 (thô, 80 µm) 0,4× (chậm hơn nhiều) 15% Khuyến nghị thực tế cho việc sản xuất ống gia nhiệt 316L

Đối với vỏ bọc 316L dành cho dịch vụ 600 độ có tuổi thọ thiết kế là 10.000 giờ, các thông số xử lý nhiệt trước khi làm việc và{4}}làm việc nguội sau đây được đề xuất.

Tuổi thọ sử dụng mong muốn (Giờ) 600 độ Gia công nguội đề xuất trước khi sử dụng (%) Kích thước hạt sau khi sử dụng trước-Xử lý nhiệt Sau 10.000 giờ ở 600 độ (ASTM)Tuổi thọ đứt gãy dự kiến (giờ) 5,000 15-20 Không có (như đã vẽ) 5-6 (50-70 µm) 3.000-4,500 10,000 10-12 Không (như được vẽ) 6-7 (35-50 µm) 3,500-5,000 10,000 0-5 Ủ toàn bộ + hạt mịn 7-8 (25-35 µm) 3,000-4,500 20,000 10 Ủ ổn định (850 độ , 2 h) 7 (30-40 µm) 5,000-7,000 20,000 + khả năng chống ăn mòn 0 Ủ toàn bộ dung dịch + ổn định 7-8 4,000-6,000
Xác minh trạng thái kết tinh lại

Hai quy trình xác minh được cung cấp cho người mua yêu cầu sự ổn định về cấu trúc vi mô nhất định. Đầu tiên là kiểm tra độ cứng. Độ cứng của 316L như{2}}được vẽ là 180-320 HV tùy thuộc vào gia công nguội. Kết tinh lại làm độ cứng giảm xuống còn 140-160 HV (mềm hoàn toàn). Nếu độ cứng sau 1.000 giờ ở 600 độ cao hơn 200 HV thì sự kết tinh lại chưa diễn ra. Thứ hai là kiểm tra kim loại sau khi ăn mòn (glyceregia hoặc axit oxalic điện phân). Sự hình thành các cấu trúc "vòng cổ" (các hàng hạt mới mịn dọc theo ranh giới hạt cũ) báo hiệu sự bắt đầu quá trình kết tinh lại.

Kết luận Tăng cường công việc nguội cho tuổi thọ sử dụng 600 độ

Động học tái kết tinh và sự phát triển hạt tiếp theo của vỏ gia nhiệt bằng thép không gỉ 316L ở 600 độ bị ảnh hưởng bởi % gia công nguội trước đó. Sự kết tinh lại thu được sau khi gia công nguội 10-12% và 1.500-3.000 giờ, tạo ra cấu trúc hạt kết tinh lại mịn (ASTM 7-8) duy trì độ bền rão tốt trong 10,000+ giờ. Gia công nguội cao hơn (20-30%) dẫn đến kết tinh lại nhanh chóng (200-500 giờ) và hạt thô (ASTM 4-5) làm giảm tuổi thọ rão xuống 40-60%. Cấu trúc vi mô đã được kết tinh lại và ổn định ở mức gia công nguội dưới 5% (ủ) nhưng việc thiếu độ cứng của công việc sẽ làm giảm độ bền hình thành. Đối với dịch vụ 10.000 giờ ở 600 độ, các kỹ sư chỉ định vỏ bọc 316L có thể mong đợi gia công nguội 10-15% từ bản vẽ ống. Sau khi vẽ, xử lý nhiệt ổn định (850 độ, 2 giờ) được sử dụng để tối ưu hóa cấu trúc vi mô nhằm ổn định kích thước hạt lâu dài cho thời gian sử dụng vượt quá 10.000 giờ. Khung được đề xuất ở đây cho phép người mua chỉ định mức giảm bản vẽ nhằm tối đa hóa tuổi thọ của dây thông qua quá trình phát triển cấu trúc vi mô được kiểm soát bằng cách liên hệ % gia công nguội với động học tái kết tinh và sự phát triển của hạt ở 600 độ.