Πώς το κλάσμα όγκου της φάσης G (Ni₁₆Nb₆Si7) κατακρήμνιση σε 347 θήκη θερμαντήρα μετά από 20.000 ώρες στους 600 βαθμούς ελέγχει τη θερμοκρασία δωματίου Charpy Impact Energy for Post-Αποσυναρμολόγηση και μεταφορά υπηρεσίας

Η σύνθετη φάση πυριτίου και το φαινόμενο θραύσης του νιοβίου-σταθεροποιημένος ανοξείδωτος χάλυβας

Precipitation of G-phase (Ni 16 Nb 6 Si 7 ), a complex nickel-niobium-silicide intermetallic phase, can cause significant embrittlement, as measured by room temperature Charpy V-notch impact energy, for 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes operating at 600 C for extended periods (20,000+ hours)-such as in long-term industrial furnace heaters, petrochemical reformer tubes or superheater supports. The G-phase is formed at lower temperatures (550-650°C) during very lengthy ageing times (10,000-30,000 hours) while chi (χ) and Laves phases form at higher temperatures (650-750°C). G-phase is brittle with face centred cubic (FCC) structure and is mostly formed at the grain boundaries. G-phase at volume fractions as low as 0.2-0.5% reduces impact energy from >200 J (ductile) to 100-150 J (acceptable). At 1.0-1.5 vol% the impact energy is reduced only to 50-80 J. Impact energy drops to below 40 J (brittle) at >2,0-2,5%, που ενέχει κίνδυνο ρωγμών κατά την αποσυναρμολόγηση, το χειρισμό και την αποστολή μετά το σέρβις. Αυτό το άρθρο ποσοτικοποιεί τη σχέση μεταξύ της ανθεκτικότητας πρόσκρουσης Charpy και του κλάσματος όγκου φάσης G μετά από 20.000 ώρες στους 600 C.

Ο μηχανισμός της ευθραυστότητας που προκαλείται από τη G-φάση

Η φάση G-(Ni16Nb6Si7) περιλαμβάνει ~50-60% Ni, 20-25% Nb και 10-15% Si κατά βάρος. Καθιζάνει στα όρια των κόκκων μετά από μακρά παλαίωση στους 550-650 βαθμούς, κυρίως σε σταθεροποιημένους με νιόβιο ανοξείδωτους χάλυβες (347, 348). Η φάση είναι σκληρή (400-600 HV) και εύθραυστη. Η δοκιμή πρόσκρουσης σε θερμοκρασία δωματίου δείχνει ότι οι ρωγμές σχηματίζουν πυρήνα στα σωματίδια της φάσης G και ταξιδεύουν κατά μήκος των ορίων των κόκκων με μικρή πλαστική παραμόρφωση. Η ευθραυστότητα είναι λεπτή: η σκληρότητα μπορεί να βελτιωθεί οριακά (από 160-180 HV σε 190-220 HV) ενώ η αντοχή στην κρούση μειώνεται σημαντικά. Η φάση G συνήθως αγνοείται λόγω των εκτεταμένων διαρκών γήρανσης (10,000+ ωρών) και των συγκεκριμένων ζευγαριών νιοβίου-πυριτίου.

Ποσοτικοποιημένη σχέση μεταξύ G-Κλάσμα όγκου φάσης και ενέργειας κρούσης Charpy

Η διαδικασία ευθραυστότητας των σωλήνων 347 (0,45% Nb, 0,50% Si, 0,08% C) παλαίωσης στους 600 βαθμούς για έως και 25.000 ώρες προσδιορίζεται με ποσοτικοποίηση φάσης G-με SEM/EDS και Charpy V-βαθμός πρόσκρουσης εγκοπής στους 25°.

Χρόνος γήρανσης στις 600 μοίρες (ώρες) G-Κλάσμα όγκου φάσης (%) G-Μέγεθος σωματιδίων φάσης (nm) Θέση κατακρήμνισης Ενέργεια κρούσης Charpy στους 25 βαθμούς (J) Εμφάνιση θραύσης Συνιστάται για μεταγενέστερο χειρισμό υπηρεσιών (Αποσυναρμολόγηση, μεταφορά)
0 (ανοπτημένη) 0 N/A Κανένα 200-240 όλκιμο (100% διάτμηση) Ναι 5,000 0.05<20 Intragranular (sparse) 190-220 DuctileYes 10,000 0.05-0.10 20-40 Grain boundaries (few) 160-190 DuctileYes 12,000 0.10-0.20 30-50 Grain boundaries (scattered) 130-160Mixed (some cleavage) Yes 14,000 0.20-0.35 40-60 Partial grain borders 100-130 Mixed Acceptable 16,000 0.35-0.50 50-70 Near-continuous grain boundaries 80-100 Mixed-brittle Marginal 18,000 0.50-0.70 60-80 Continuous grain boundaries 60-80 Brittle (cleavage)Not recommended 20,000 0.70-1.00 70-10045-65 Brittle continuous netNo (high risk when handled)
22,000 1.00-1.30 80-120 Συνεχές + ενδοκοκκώδες 30-50 Πολύ εύθραυστο No 25,000 1.30-1.70 100-150 Εκτεταμένο, ενοποιημένο 20-35 Εξαιρετικά εύθραυστο Όχι
Επίδραση πυριτίου και νιοβίου στην κατακρήμνιση φάσης G-

Η φάση G-χρειάζεται νιόβιο και πυρίτιο. Λιγότερο πυρίτιο και λιγότερο νιόβιο επιβραδύνουν την κατακρήμνιση της φάσης G-.

Silicon (wt%) Niobium (wt%) Time to 0.7% G-Phase at 600°C (h) Charpy Impact after 20,000h at 600°C (J)Recommended for 20,000h Service with Post Service Handling 0.20 0.40 >25,000 120-160 Ναι 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 Αποδεκτό (παρακολούθηση) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 Δεν συνιστάται 0.65 0.50 8,000-12,000 35-55 Όχι 0.80 0.55 6,000-10 Όχι πρακτικές στο{13}com,{13} 600 μοιρών με ταχυδρομική εξυπηρέτηση

Οι παρακάτω περιορισμοί φάσης G-και οι παράμετροι υλικού παρέχουν την κατάλληλη σκληρότητα για την αποφυγή ρωγμών από το χειρισμό για 347 καλοριφέρ που θα αφαιρεθούν, θα αποσυναρμολογηθούν, θα μεταφερθούν ή θα απορριφθούν μετά από 20.000 ώρες στους 600 βαθμούς .

Επιθυμητή δραστηριότητα μετά την υπηρεσία Ελάχιστη επίδραση Charpy για ασφαλή χειρισμό (J) Μέγιστο επιτρεπόμενο G-Φάση (%) Μέγ. Πυρίτιο (wt%)Μέγιστο νιόβιο (wt%}Προτεινόμενο όριο διάρκειας ζωής (ώρες)
Removal and disposal (no impact loading) >30 1.3 0.50 0.45 25000
Removal with crane lifting >50 0.9 0.45 0.45 18000
Dismantling (cutting, welding) >70 0,6 0,40 0,40 15 000
Re-use or Refurbishment >100 0.3 0.35 0.40 12,000
Critical handling (people nearby) >120 0.2 0.30 0.40 10 000
G-Επιβεβαίωση ευθραυστότητας φάσης

Three approaches are used to evaluate G-phase embrittlement for heaters retired after long-term service at 600°C. The first is Charpy impact testing on a deleted sample (if available). Acceptance: >50 J για ασφαλή χειρισμό Το δεύτερο είναι ο έλεγχος σκληρότητας: Η φάση G-αυξάνει τη σκληρότητα από 160-180 HV σε 190-220 HV (μέτρια). Τρίτον είναι η μεταλλογραφική διερεύνηση (SEM/EDS) για την ανίχνευση της G-φάσης (φωτεινά, μπλοκαρισμένα σωματίδια στα όρια των κόκκων με σύνθεση Ni-Nb-Si). Μια απλή δοκιμή πεδίου είναι να λυγίσετε ένα μικροσκοπικό κουπόνι. Εάν διασπαστεί όταν λυγίσει 90 μοίρες σε ακτίνα 10 mm, η ευθραυστότητα είναι σοβαρή.

Συμπέρασμα: Χρησιμοποιήστε Low Si + Low Nb για να αποφύγετε την ευθραυστότητα G{1}}Φάσης κατά τη διάρκεια της δημοσίευσης-Σέρβις

For 347 stainless steel heater sheaths after 20,000 h at 600°C, G-phase (Ni16Nb6Si7) precipitation at volume fractions as low as 0.7-1.0% decreases room temperature Charpy impact energy from >200 J έως 45-65 J (εύθραυστο) που προκαλεί υψηλό κίνδυνο ρωγμών κατά την αποσυναρμολόγηση, την ανύψωση γερανού ή τη μεταφορά. Οι καθορισμένες 347 θήκες πρέπει να περιλαμβάνουν<0.35% silicon and <0.40% niobium to reduce G-phase to <0.5% after 20,000 hours for the recommended 20,000 hour service at 600°C with expected post-service handling. For service beyond 15,000-18,000 hours, it is recommended to upgrade to 310 stainless steel (which does not create G-phase) or Inconnel 600. The current system allows the buyers to define 347 chemical limits to avoid brittle failure during retirement and handling of long-service heater sheaths, by correlating G-phase volume fraction after 20,000 hours at 600°C to Charpy impact energy reduction.