600 डिग्री पर 20,000 घंटे के बाद 347 हीटर शीथ में जी {{0} चरण (Ni₁₆Nb₆Si₇) वर्षा का आयतन अंश कमरे के तापमान को कैसे नियंत्रित करता है पोस्ट के लिए चार्पी प्रभाव ऊर्जा -सेवा निराकरण और परिवहन

जटिल सिलिसाइड चरण और नाइओबियम का एम्ब्रिटलिंग प्रभाव -स्थिर स्टेनलेस स्टील

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%, जो सेवा के बाद के निराकरण, रख-रखाव और शिपिंग के दौरान टूटने का खतरा पैदा करता है। यह आलेख 600 सी पर 20,000 घंटों के बाद चार्पी प्रभाव क्रूरता और जी चरण वॉल्यूम अंश के बीच लिंक को मापता है।

G-चरण प्रेरित भंगुरता का तंत्र

G-चरण (Ni₁₆Nb₆Si₇) में वजन के हिसाब से ~50-60% Ni, 20-25% Nb और 10-15% Si शामिल है। यह 550-650 डिग्री पर लंबे समय तक रहने के बाद अनाज की सीमाओं पर अवक्षेपित होता है, मुख्य रूप से नाइओबियम स्थिर स्टेनलेस स्टील्स (347, 348) में। चरण कठोर (400-600 एचवी) और भंगुर है। कमरे के तापमान प्रभाव परीक्षण से पता चलता है कि दरारें जी-चरण कणों पर न्यूक्लियेट होती हैं और कम प्लास्टिक विरूपण के साथ अनाज की सीमाओं के साथ यात्रा करती हैं। भंगुरता सूक्ष्म है: कठोरता में मामूली सुधार हो सकता है (160-180 एचवी से 190-220 एचवी तक) जबकि प्रभाव क्रूरता काफी कम हो जाती है। विस्तारित उम्र बढ़ने की अवधि (10, {{18 }} घंटे) और विशेष नाइओबियम-सिलिकॉन युग्मन के कारण जी-चरण की आमतौर पर उपेक्षा की जाती है।

G-चरण आयतन अंश और चार्पी प्रभाव ऊर्जा के बीच परिमाणित संबंध

25,000 घंटों तक 600 डिग्री पर वृद्ध 347 टयूबिंग (0.45% एनबी, 0.50% सी, 0.08% सी) की भंगुरता प्रक्रिया एसईएम/ईडीएस और चार्पी वी -नॉच प्रभाव परीक्षण के साथ 25 डिग्री पर जी {7} चरण मात्रा का ठहराव द्वारा निर्धारित की जाती है।

600 डिग्री (घंटा) जी पर उम्र बढ़ने का समय (घंटा) जी {{1} चरण वॉल्यूम अंश (%) जी - चरण कण आकार (एनएम) वर्षा का स्थान चरपी प्रभाव ऊर्जा 25 डिग्री (जे) पर फ्रैक्चर उपस्थिति पोस्ट के लिए अनुशंसित {{4} सेवा हैंडलिंग (डिसमेंटलिंग, परिवहन)
0 (एनील्ड) 0 एन/ए कोई नहीं 200-240 तन्य (100% कतरनी) हाँ 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 सतत + अंतःकणिक 30-50 अत्यंत भंगुर संख्या 25,000 1.30-1.70 100-150 व्यापक, समेकित 20-35 अत्यंत भंगुर संख्या
G-चरण वर्षा पर सिलिकॉन और नाइओबियम का प्रभाव

G-चरण को नाइओबियम और सिलिकॉन की आवश्यकता होती है। कम सिलिकॉन और कम नाइओबियम G-चरण वर्षा को धीमा कर देते हैं।

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 हां 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 स्वीकार्य (मॉनिटर) 0.50 0.45 10,000-15,{7}} अनुशंसित नहीं 0.65 0.50 8,000-12,{10}} नहीं 0.80 0.55 6,000-10,{13}} पोस्ट सर्विस हैंडलिंग के साथ 600 डिग्री पर 347 हीटर शीथ के लिए कोई व्यावहारिक अनुशंसा नहीं

निम्नलिखित जी - चरण सीमाएं और सामग्री पैरामीटर 347 संलग्न हीटरों को टूटने से बचाने के लिए उचित कठोरता प्रदान करते हैं जिन्हें 600 डिग्री पर 20,000 घंटों के बाद हटा दिया जाएगा, अलग किया जाएगा, परिवहन किया जाएगा या त्याग दिया जाएगा।

सेवा के बाद की गतिविधि वांछित सुरक्षित संचालन के लिए न्यूनतम चरपी प्रभाव (जे) अधिकतम स्वीकार्य जी - चरण (%) अधिकतम। सिलिकॉन (wt%)अधिकतम नाइओबियम (wt%)अनुशंसित सेवा जीवन सीमा (घंटे)
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
जी-चरण एम्ब्रिटलमेंट पुष्टिकरण

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: >सुरक्षित संचालन के लिए 50 J दूसरा कठोरता परीक्षण है: G-चरण कठोरता को 160{5}}180 HV से बढ़ाकर 190{6}}220 HV (मध्यम) कर देता है। तीसरा, जी-चरण (नी-एनबी-सी संरचना के साथ अनाज की सीमाओं पर चमकीले, अवरुद्ध कण) का पता लगाने के लिए मेटलोग्राफिक जांच (एसईएम/ईडीएस) है। एक साधारण फ़ील्ड परीक्षण एक छोटे कूपन को मोड़ना है। यदि 10 मिमी के दायरे में 90 डिग्री मोड़ने पर यह विभाजित हो जाता है, तो भंगुरता गंभीर है।

निष्कर्ष: पोस्ट के दौरान जी - चरण एम्ब्रिटलमेंट से बचने के लिए लो सी + लो एनबी का उपयोग करें {{2} सर्विस हैंडलिंग

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 जे से 45-65 जे (भंगुर) सेवा के बाद विखंडन, क्रेन उठाने या पारगमन के दौरान दरार का एक उच्च खतरा पैदा करता है। निर्दिष्ट 347 म्यान में शामिल होना चाहिए<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.