थर्मल चक्र आवृत्ति और पीक तापमान के किस विशिष्ट संयोजन पर 1.0 मिलीमीटर 316 स्टेनलेस स्टील शीथ ऑक्साइड स्पेलेशन विकसित करता है जो चक्रीय वायु तापन सेवा में समान दीवार को पतला करने में तेजी लाता है?

औद्योगिक ओवन, एयर डक्ट हीटर और थर्मल साइक्लिंग कक्षों के लिए इलेक्ट्रिक इमर्शन हीटर बनाने वाले इंजीनियरों के लिए, 316 स्टेनलेस स्टील शीथ की सतह पर ऑक्साइड स्केल का उत्पादन और स्पेलेशन एक प्रगतिशील लेकिन अनुमानित दीवार पतला तंत्र है। जहां गड्ढे या सक्रिय संक्षारण स्थानीयकृत विफलता को प्रेरित करते हैं, ऑक्साइड फैलाव पूरे गर्म सतह पर सामग्री के सजातीय नुकसान को बढ़ावा देता है। प्रत्येक ताप चक्र क्रोमियम समृद्ध ऑक्साइड की एक छोटी परत बिछाता है। अंततः ऑक्साइड की परत बहुत मोटी हो जाएगी और वह फैल जाएगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि ऑक्साइड परत में धातु की तुलना में अलग थर्मल विस्तार होता है, और ऑक्साइड परत टूट जाती है और परतदार हो जाती है और ताजी धातु को ऑक्सीकरण के लिए उजागर कर देती है। यह प्रक्रिया विशेष रूप से 1.0 मिमी की दीवार मोटाई वाले म्यान के लिए अतिसंवेदनशील है, क्योंकि एक छोटी सी समान मोटाई संरचनात्मक अखंडता को काफी कम कर सकती है। यह पेपर थर्मल चक्र आवृत्ति और चरम तापमान की सटीक स्थितियों को स्थापित करता है जिस पर ऑक्साइड का फैलाव औद्योगिक संचालन के लिए अस्वीकार्य स्तर तक शीथ जीवन को कम करने के बिंदु तक तेज हो जाता है।

स्टेनलेस स्टील 316एल पर ऑक्साइड वृद्धि और फैलाव की गतिकी
हवा में 316 स्टेनलेस स्टील की ऑक्सीकरण गतिकी परवलयिक नियम का पालन करती है: तापमान पर समय के वर्गमूल के साथ ऑक्साइड की मोटाई बढ़ती है। 600°C पर ऑक्साइड की मोटाई 100 घंटों के बाद लगभग 2 माइक्रोन और 1,000 घंटों के बाद लगभग 5 माइक्रोन होती है। 700°C पर क्रमशः 20 घंटे और 200 घंटे के बाद समान मोटाई प्राप्त हो जाती है। 800°C पर ऑक्साइड 50 घंटे में 5 माइक्रोन होता है। थर्मल साइक्लिंग के दौरान स्पैलेशन के लिए महत्वपूर्ण ऑक्साइड की मोटाई प्रति चक्र तापमान अंतर पर निर्भर करती है। 500°C (मान लीजिए 200°C से 700°C) के तापमान में उतार-चढ़ाव के लिए ऑक्साइड की मोटाई लगभग 3-4 माइक्रोन होने पर स्पेलेशन शुरू हो जाता है। 700°C के स्विंग के लिए (उदाहरण के लिए 100°C से 800°C तक) स्पैलेशन 2-3 माइक्रोन से शुरू होता है। प्रत्येक स्पेलेशन घटना म्यान की सतह से 1-3 माइक्रोन धातु को हटा देती है, क्योंकि ऑक्साइड परत में सब्सट्रेट से धातु होती है। 100 स्पैलेशन घटनाओं के अधीन 1.0 मिमी म्यान अपनी प्रारंभिक सामग्री के 10-30% के अनुरूप दीवार की मोटाई में 0.1-0.3 मिमी खो सकता है। 100-500 चक्रों में स्पैलेशन के साथ चक्रीय सेवा में, 1.0 मिमी म्यान 500-2,000 चक्रों के बाद न्यूनतम संरचनात्मक मोटाई (0.5 मिमी) प्राप्त कर सकता है, यानी प्रति दिन एक चक्र पर . 1-5 वर्षों की सेवा।

1.0 मिलीमीटर शीथ में त्वरित स्पेलेशन के लिए महत्वपूर्ण सीमाएँ चक्रीय वायु तापन सेटिंग्स के तहत 1.0 मिमी 316 शीथ नमूनों का नियंत्रित भट्ठी परीक्षण उन विशेष थ्रेशोल्ड की पहचान करता है जिन पर स्पेलेशन अस्वीकार्य दरों में तेजी लाता है। अस्वीकार्य: लगातार दीवार का पतला होना > 0.05 मिमी प्रति 1000 चक्र। (यह 6000 चक्रों के बाद 1.0 मिमी म्यान को घटाकर 0.7 मिमी कर देगा, जो प्रति दिन 3 चक्रों पर लगभग 5 वर्ष है)।

पीक चक्र तापमान तापमान स्विंग प्रति चक्र चक्र प्रथम स्पेलेशन तक, स्पेलेशन दीवार पर ऑक्साइड की मोटाई प्रति स्पेलेशन घटना चक्र 0.7 मिमी तक शेष दीवार (30% हानि) 500 डिग्री 400 डिग्री (100 डिग्री से 500 डिग्री) 2,000 - 3, 000 5 - 6 माइक्रोन 1 - 2 माइक्रोन 15,000 - 30,000 600 डिग्री 500 डिग्री (100 डिग्री से 600 डिग्री) 500 - 800 4 - 5 माइक्रोन 2 - 3 माइक्रोन 3,000 - 6,000 650 डिग्री 550 डिग्री (100 डिग्री से 650 डिग्री ) 200 - 400 3 - 4 माइक्रोन 2 - 4 माइक्रोन 1,500 - 3,000 700 डिग्री 600 डिग्री (100 डिग्री से 700 डिग्री) 100 - 200 3 - 4 माइक्रोन 3 - 5 माइक्रोन 800 - 1,500 750 डिग्री 650 डिग्री (100 डिग्री से 750 डिग्री ) 50 - 100 2 - 3 माइक्रोन 4 - 6 माइक्रोन 400 - 800 800 डिग्री 700 डिग्री (100 डिग्री से 800 डिग्री ) 20 - {{66 }} - 3 माइक्रोन 5 - 8 माइक्रोन 200 - 400
For 1.0 mm sheath, peak temperature 650°C and 3 cycles per day (approximately 1,000 cycles per year), spallation would result in a wall thickness reduction of 0.02–0.04 mm/year, leaving the sheath at 0.7 mm after 5–8 years. This may be tolerable for many purposes. At 750°C peak, the same cycle frequency accelerates the thinning to 0.05–0.10 mm/year, resulting in a life of 2–4 years. At 800°C peak, life is 1–2 years. The essential threshold for undesirable spallation (wall thinning >0.05 mm per 1000 cycles) is at around 700°C peak temperature with cycles >300 डिग्री स्विंग. इस सीमा से ऊपर 1.0 मिमी का शीथ अधिकांश औद्योगिक उपयोगकर्ताओं की अपेक्षा से अधिक तेजी से सामग्री खोता है।

चक्रीय वायु सेवा में 1.0 मिमी शीथ सुरक्षित संचालन लिफाफा
चक्रीय वायु तापन शुल्क के लिए 1.0 मिमी 316 शीथ के लिए सुरक्षित संचालन लिफाफा नीचे दी गई तालिका में दिया गया है। इसका आधार प्रति 1,000 चक्रों में 0.03 मिमी से कम सहनीय दीवार का पतला होना (प्रत्येक 3,000 चक्रों में 0.1 मिमी या प्रति दिन 2 चक्रों पर 5 वर्षों में लगभग 10% हानि) है।

पीक शीथ सतह का तापमान अधिकतम। अनुशंसित चक्र प्रति दिन अधिकतम। सेवा जीवन के दौरान अनुशंसित कुल चक्र, अधिकतम के बाद अपेक्षित दीवार का पतला होना। इन सीमाओं से परे चक्र अनुशंसित कार्रवाई
500°C तक 10 50,000 0.05 मिमी से कम 316 स्वीकार्य; कोई भी चक्र आवृत्ति 500 ​​- 550°C 5 25,{8}} - 0.10 मिमी अधिकांश औद्योगिक सेवा के लिए स्वीकार्य
550 - 600°C 3 15,{3}} - 0.15 मिमी समय-समय पर दीवार की मोटाई की निगरानी करें 600 - 650°C 2 10,{8}} - 0.25 मिमी लंबे जीवन के लिए इंकोलॉय 800H पर विचार करें 650 - 700°C 1 5,{14}} - 0.35 मिमी 316 सीमांत; अपग्रेड की अनुशंसा की गई 700 - 750°C 0.5 2,500 0.30 - 0.50 मिमी 316 अनुशंसित नहीं
>750°C अनुशंसित नहीं है लागू नहीं है रैपिड स्पैलेशनसिरेमिक हीटर या इंकोलॉय 800एच
इंकोलॉय 800H उच्च ऑक्सीकरण प्रतिरोध प्रदान करता है जहां अनुप्रयोगों के लिए अधिकतम शीथ तापमान 650°C से अधिक और प्रति दिन 2 चक्र से अधिक की आवश्यकता होती है। मिश्र धातु धीमी गति से विकसित होने वाला, अधिक चिपकने वाला ऑक्साइड बनाता है जो बहुत अधिक मोटाई (10-15 माइक्रोन) और तापमान (850 डिग्री सेल्सियस से अधिक) पर फैलता है। उदाहरण के तौर पर, 750 डिग्री सेल्सियस पर 5 चक्र/दिन के साथ 1.0 मिमी इंकोलॉय 800एच शीथ की दीवार पतली हो जाएगी<0.05 mm over 10,000 cycles - five to ten times better than 316.

पतली दीवारों वाले आवरणों में बिखराव को कम करने के लिए डिज़ाइन में परिवर्तन
जब चक्रीय वायु सेवा में अनुशंसित सीमा के करीब या उससे अधिक 1.0 मिमी 316 शीथ को चलाना पड़ता है, तो तीन डिज़ाइन परिवर्तन स्पैलेशन दर को कम कर सकते हैं। सबसे पहले प्री-{3}}ऑक्सीकरण उपचार का उपयोग करना है। चक्रीय संचालन से पहले 100-200 घंटे के लिए अधिकतम तापमान पर हीटर का संचालन एक गाढ़ा, अधिक चिपकने वाला ऑक्साइड बनाता है जिसके फैलने की संभावना शुरुआती चक्रों के दौरान बनने वाले पतले ऑक्साइड की तुलना में कम होती है। दूसरा बदलाव शीतलन दर को धीमा करना है। 700 डिग्री से कमरे के तापमान तक तेजी से ठंडा होने पर थर्मल शॉक और स्पेलेशन होता है। फोर्स्ड एयर कूलिंग का प्रयोग न करें। शांत हवा में प्राकृतिक शीतलता से स्पेलेशन 30-50% कम हो जाता है। अंतिम परिवर्तन म्यान की सतह को 0.2 माइक्रोन रा से कम की दर्पण चमक के लिए पॉलिश करना है। चिकनी सतहों से महीन दाने वाले ऑक्साइड बनते हैं, जो खुरदरी, जैसे कि टेढ़ी-मेढ़ी सतहों पर विकसित होने वाले ऑक्साइड की तुलना में अधिक चिपकते हैं। समान चक्र परिस्थितियों में इलेक्ट्रोपॉलिश्ड 316 शीथ की स्पेलेशन दरें स्वैज्ड शीथ की तुलना में 40{22}}60% कम हैं। 650°C शिखर से नीचे अधिकांश औद्योगिक वायु तापन अनुप्रयोगों के लिए 1.0 मिमी 316 शीथ सहनीय चक्र आवृत्तियों के साथ 5-10 वर्षों की संतोषजनक सेवा जीवन प्रस्तुत करता है। 650°C से ऊपर, कम जीवन को स्वीकार किया जाना चाहिए, या चक्र आवृत्ति कम की जानी चाहिए, या अधिक ऑक्सीकरण प्रतिरोधी मिश्र धातु का उपयोग किया जाना चाहिए। चक्रीय वायु सेवा के लिए हीटर निर्दिष्ट करते समय, हमेशा अनुमानित चरम शीथ तापमान, चक्र आवृत्ति और नियोजित सेवा जीवन बताएं। एक निर्माता जो स्पैलेशन और दीवार के पतले होने का उल्लेख किए बिना 750सी सेवा के लिए 316 का सुझाव देता है, वह संपूर्ण इंजीनियरिंग सलाह नहीं दे रहा है। ऑक्साइड के फैलाव के कारण दीवार की मोटाई में समान हानि का अनुमान लगाया जा सकता है और इसे नियंत्रित किया जा सकता है, लेकिन सेवा जीवन की भविष्यवाणियों में इस पर विचार किया जाना चाहिए, विशेष रूप से पतली दीवार के आवरणों के लिए जहां खोई हुई सामग्री का प्रत्येक माइक्रोन मायने रखता है।