Πώς το ποσοστό μείωσης κρύου έλξης της σωλήνωσης θήκης θερμαντήρα 316 λίτρων ελέγχει την καταπόνηση-που προκαλείται από τον σχηματισμό μαρτενσίτη και την επακόλουθη επίδρασή του στη μαγνητική διαπερατότητα και την αντίσταση στην ευθραυστότητα του υδρογόνου

Μετασχηματισμός φάσης που προκαλείται από παραμόρφωση: Σπαθί με διπλή- κόψη

Η πιο συνηθισμένη μέθοδος για την απόκτηση ακριβών διαστάσεων εξωτερικής διαμέτρου και φινιρίσματος επιφάνειας για ηλεκτρικούς σωλήνες θέρμανσης 316L με επένδυση από ανοξείδωτο χάλυβα που παράγονται με ψυχρή έλξη είναι η μείωση του ποσοστού, η οποία ελέγχει άμεσα το κλάσμα όγκου του μαρτενσίτη που προκαλείται από καταπόνηση-('-μαρτενσίτης) που δημιουργείται κατά την παραμόρφωση. 316Το L έχει χαμηλότερη περιεκτικότητα άνθρακα<0.03%) than ordinary 316 making it more austenitically stable at room temperature and needing greater cold work levels to generate martensite. The martensite volume fraction that can be determined by magnetic permeability (μr) affects two important but conflicting service properties: magnetic permeability (important for applications that require non-magnetic sheaths such as MRI rooms or sensitive electronic equipment) and hydrogen embrittlement resistance (critical for cathodically protected systems or sour service). When the reduction percentage is below 20% the 316L stays practically entirely austenitic (μr <1.01, martensite <2%), giving excellent non-magnetic properties but with a lower yield strength. Martensite is formed gradually (μr =1.01-1.10, martensite 2-15%) with a 20-40% reduction, with an increase in yield strength but a decrease in resistance to hydrogen embrittlement. For reductions more than 40%, the martensite content is higher than 15-20% (μr >1.10) που προκαλεί υψηλή μαγνητική απόκριση και σημαντική ευαισθησία στην ευθραυστότητα του υδρογόνου. Αυτή η εργασία αξιολογεί τη συσχέτιση μεταξύ της μείωσης της ψυχρής έλξης, του κλάσματος μαρτενσίτη, της μαγνητικής διαπερατότητας και της αντίστασης στην ευθραυστότητα του υδρογόνου για τα περιβλήματα θερμαντήρα 316L.

Ο μηχανισμός του σχηματισμού μαρτενσίτη που προκαλείται από το στέλεχος σε 316L

Το Austenitic 316L είναι μετα-μετασταθερό όσον αφορά την παραγωγή μαρτενσίτη κατά την πλαστική παραμόρφωση. $\\gamma$ (FCC, παραμαγνητικό) $\\to$ $\\epsilon$ (HCP, ασθενώς μαγνητικό) $\\to$ $\\alpha^\\prime$ (BCC, σιδηρομαγνητικό). Το κλάσμα όγκου του άλφα'-μαρτενσίτης ακολουθεί έναν νόμο-Ολσον: Valpha'=1 - exp(-betaxepsilon_plastic^n) (10) όπου το epsilon_plastic είναι το γνήσιο πλαστικό στέλεχος ( epsilon_plastic=beta}{12) Ο εξαρτώμενος συντελεστής θερμοκρασίας-και n είναι περίπου 2 για 316L Η θερμοκρασία στην οποία σχηματίζεται 50% μαρτενσίτης σε 30% πραγματική καταπόνηση (Md30) για 316L είναι περίπου -30 μοίρες έως -50 μοίρες, που σημαίνει ότι σε κανονική θερμοκρασία ο σχηματισμός μαρτενσίτη περιορίζεται έως και 20% σε μολύβια (ωστενίτης + μαρτενσίτης) ή τριφασικός (που περιέχει ε) και διαθέτει ιδιότητες ενδιάμεσες μεταξύ αυτών των πλήρως ωστενιτικών και πλήρως μαρτενσιτικών ανοξείδωτων χάλυβων.

Ποσοτικοποιημένες σχέσεις μεταξύ ψυχρής αναγωγής, κλάσματος μαρτενσίτη και ιδιοτήτων στους 25 βαθμούς

Το ελεγχόμενο κρύο σχέδιο σωλήνων 316L (αρχική OD 12 mm, τοίχωμα 1,5 mm, πλήρως ανόπτηση στις 1050 μοίρες) χρησιμοποιείται για την επίδειξη συνδέσεων μεταξύ κλάσματος μαρτενσίτη (-διάθλαση ακτίνων Χ), μαγνητικής διαπερατότητας (φερριτεσκόπιο) και μηχανικών παραμέτρων.

Μείωση ψυχρής σχεδίασης (%) Αληθινή καταπόνηση (ε=ln(1/(1-R))) '-Κλάσμα όγκου μαρτενσίτη (%) Μαγνητική διαπερατότητα (μr, 25 μοίρες ) Ισχύς απόδοσης (MPa, 0,2% μετατόπιση) Επιμήκυνση (%)ΕφαρμογήΣυνιστάται για<1.05 μr Recommended for Sour/Hydrogen Service
0 (αναπτύχθηκε) 0.00 0 1.00-1.01 205 50 Ναι Ναι 5 0.05 0 1.00-1.01 240 45 Ναι Ναι 10 0.11 0 1.01-1.02 280 40 Ναι Ναι 15 0.16 0-1 1.02-1.03 320 35 Ναι 20 0.22 1-2 1.03-1.05 360 30 Οριακό Αποδεκτό 25 0.29 2-4 1.05-1.07 400 25 Όχι Οριακό 30 0.36 4-7 1.07-1.10 440 20 Όχι Όχι (υψηλή ευθραυστότητα H) 35 0.43 7-12 1.10-1.15 480 18 Όχι 0.00 0 1.00-1.01 205 50 Όχι 0.00 0 1.00-1.01 205 50 Όχι {{1} Όχι {{1} Όχι {{1} Όχι
Επίδραση της περιεκτικότητας σε μαρτενσίτη στην αντίσταση στην ευθραυστότητα του υδρογόνου

The susceptibility to hydrogen embrittlement (HE) of 316L heater sheaths in cathodically protected systems or sour service (H2S-containing) rises with martensite content because the BCC structure of martensite shows substantially higher hydrogen diffusivity and solubility than FCC austenite. The HE thresholds are given in the table below. α'-martensite fraction (%)Hydrogen Diffusivity at 25 oC (cm2/s, relative to austenite =1) Time to HE Cracking in NACE TM0177 Solution A at 25 oC 75% yield (hours)Maximum Permissible Cold Reduction for Sour Service (Recommended) 0 1X >720 (πέρασμα) Οποιοδήποτε (λιωμένο)
1-3 5-10× 500-720 (οριακή γραμμή)<20% reduction
3-5 20-30× 200-500 (fail)Not permitted 5-10 50-80× 50-200 (fail)Not allowed >10 >100× <50 (severe) Not allowed
Απαιτείται μαγνητική διαπερατότητα για μη-μαγνητική εφαρμογή

Μέγιστη μαγνητική διαπερατότητα (π.χ. μr<1.01 or <1.05) is specified for 316L sheaths for MRI rooms, or sensitive electronic equipment, or degaussing systems. Limits on cold decrease are as follows.

Εφαρμογή Μέγιστο επιτρεπόμενο μr Μέγιστη μείωση του κρύου (%) Συνιστώμενη οδός κατασκευής Αντίστοιχο κλάσμα μαρτενσίτη
Αίθουσα μαγνητικής τομογραφίας (κρίσιμη) 1.01<10% 0% Fully annealed, + no cold work
Εξοπλισμός δέσμης ηλεκτρονίων 1.02<15% 0-1%Light cold working + finish anneal
Γενικό μη-μαγνητικό 1.05<22% <2% Cold drawn + tension reliefing
Commercial (no specification) >1.05 (οποιοδήποτε) Οποιαδήποτε Οποιαδήποτε Πρακτική Προδιαγραφή για την Παραγωγή Θηλωμάτων Θερμαντήρα 316L

Για αγοραστές που καθορίζουν σωλήνες 316L για διάφορες περιστάσεις σέρβις, συνιστώνται τα ακόλουθα όρια μείωσης ψυχρής έλξης:

Κατάσταση σέρβις Μέγιστη Μείωση Ψυχρού Σχεδίου (%) Απαιτούμενη Τελική Θερμική Επεξεργασία Μέγιστη μr Ελάχ. Αντίσταση HE
Μη-μαγνητικό (MRI, ηλεκτρονικά) 10 Πλήρης ανόπτηση μετά από σχέδιο 1.02 Καλό
Γενικά βιομηχανικά (χωρίς χλωριούχο, χωρίς H2S) 30 Κανένα (όπως-αποδεκτό) 1.10 (οποιοδήποτε) Δεν είναι απαραίτητο
Υπηρεσία χλωρίου (<500 ppm, <80°C) 20 Stress relief 400°C, 1h 1.05 OK
Sour service (H2S >10 ppm) 15 ανόπτηση πλήρους διαλύματος 1,03 Απαιτείται (πάσο NACE)
Καθοδικά προστατευμένο (θαλάσσιο) 15 Ανακούφιση από το στρες 450 μοίρες, 2 ώρες 1,03 Αποδεκτό
High strength (pressure vessels) 40 None >1,15 Κακή (όχι για H2S)
Επαλήθευση περιεχομένου και ιδιοτήτων Martensite

Buyers who require specified restrictions have three verification options available. The first is a non-destructive measurement with a ferritescope, which gives μr values with a precision of ±0.005-0.01. The second is X-ray diffraction (XRD) coupled with Rietveld refinement for accurate measurement of α'. The final test is a simple magnetic attraction test: if a permanent magnet clings strongly to the sheath, then μr >1.10 (δεν είναι κατάλληλο για μη-μαγνητικές εφαρμογές). Για την αντίσταση HE, η απαίτηση έγκρισης δεν είναι ρωγμές στη δοκιμή NACE TM0177 (720 ώρες, 25 μοίρες, Διάλυμα Α με H2S).

Συμπεράσματα: Καθορισμός ορίων μείωσης ψύξης για 316L με βάση τις απαιτήσεις υπηρεσίας

Για σωλήνα θήκης θερμαντήρα 316L από ανοξείδωτο χάλυβα, το ποσοστό μείωσης της ψυχρής έλξης είναι ο άμεσος παράγοντας ελέγχου στον σχηματισμό μαρτενσίτη που προκαλείται από καταπόνηση-, ο οποίος καθορίζει τη μαγνητική διαπερατότητα και την αντίσταση στην ευθραυστότητα του υδρογόνου. Για μη-μαγνητικές εφαρμογές (μr<1.01-1.05) cold reduction must be minimised to <10-15% with a final anneal. For HE resistant sour or cathodically protected service, cold decrease must be limited to < 15-20% with stress relief or full anneal. For general industrial service where neither attribute is critical reductions of 30-40% are tolerable. Engineers designing 316L sheaths have to define maximum magnetic permeability or minimum HE resistance criteria dependent on the environment of operation. The framework presented here correlates the cold reduction percentage to the martensite volume fraction and its two critical consequences-magnetic response and hydrogen embrittlement susceptibility, and enables buyers to choose the best drawing reduction and post-drawing heat treatment for their particular application.