316L हीटर शीथ टयूबिंग की लंबी अवधि की सेवा के दौरान 650 डिग्री पर लव्स चरण (Fe₂Mo) वर्षा का आयतन अंश कैसे नियंत्रित होता है, रेंगना टूटना लचीलापन में कमी

एम्ब्रिटलमेंट पर मोलिब्डेनम का प्रभाव-रिच इंटरमेटेलिक चरण

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes operating at 650°C for long periods (5,000-20,000 hours)-such as in superheater supports, high temperature furnace heaters or petrochemical process heaters-the precipitation of Laves phase (Fe2Mo), an intermetallic compound rich in molybdenum and iron, causes a marked reduction in creep rupture ductility (measured as percent elongation at fracture) even prior to a marked reduction in creep rupture strength. The Laves phase precipitates at lower temperatures (550-700°C) with a maximum production rate at about 650°C, than sigma (σ) and chi (χ) phases which form at higher temperatures and impart significant embrittlement. Laves phase precipitates as tiny (50-200 nm) particles within grains and on grain borders. Low volume fractions (0.5-1.0%) can reduce creep rupture elongation from >20% (नमनीय) से<5-10% (brittle) and hence increase the likelihood of rapid catastrophic failure with little preceding deformation (bulging or swelling). This article quantifies the association of Laves phase volume fraction, ageing period at 650°C and creep rupture ductility for 316L heater sheaths.

लव्स चरण एम्ब्रिटलमेंट का तंत्र

लव्स चरण (Fe2Mo) एक हेक्सागोनल क्लोज़ पैक्ड (HCP) संरचना है, जो मोलिब्डेनम (Mo 35-45%) और सिलिकॉन (Si 3-5%) से समृद्ध है, यह 550-700 डिग्री पर लंबे समय तक एक्सपोज़र पर सुपरसैचुरेटेड ऑस्टेनाइट मैट्रिक्स से अवक्षेपित होता है। महत्वपूर्ण मात्रा अंश प्राप्त करने के लिए 650C पर > 1,000-2,000 घंटों के साथ ची चरण की तुलना में वर्षा गतिकी धीमी होती है। चरण कठोर और भंगुर होता है और ऐसे चरणों की उपस्थिति आसान फ्रैक्चर मार्गों की ओर ले जाती है, खासकर जब वे अनाज की सीमाओं को सुशोभित करते हैं। ची और सिग्मा चरणों के विपरीत, जो ताकत भी कम करते हैं, लैव्स चरण मुख्य रूप से सामग्री को भंगुर कर देता है और टूटने से पहले प्लास्टिक रूप से विकृत होने की क्षमता को कम कर देता है। यह हीटर शीथ में विशेष रूप से हानिकारक है क्योंकि विफलता का पारंपरिक लक्षण रेंगने के कारण सूजन (व्यास में वृद्धि) है। लव्स चरण के भंगुरता में, बिना किसी स्पष्ट पूर्ववर्ती विकृति के टूटना तेजी से हो सकता है।

लव्स चरण आयतन अंश और 650 डिग्री पर टूटन लचीलापन के बीच मात्रात्मक सहसंबंध

20,000 घंटे तक 650 डिग्री पर 316एल टयूबिंग (2.2 डब्ल्यूटी% एमओ, 0.02 डब्ल्यूटी% सी, 0.08 डब्ल्यूटी% एन) की नियंत्रित उम्र बढ़ने, इसके बाद 650 डिग्री और 80 एमपीए पर क्रीप टूटना परीक्षण ने निम्नलिखित लव्स चरण वर्षा कैनेटीक्स और लचीलापन हानि का प्रदर्शन किया है।

उम्र बढ़ने का समय (घंटा) 650 डिग्री लव्स चरण आयतन अंश (%) लव्स चरण कण आकार (एनएम) वर्षा स्थल रेंगना टूटना 650 डिग्री पर बढ़ाव (%) लचीलापन की आवश्यकता वाली सेवा के लिए अनुशंसित टूटना मोड (विफलता से पहले उच्च चेतावनी)
0 (एनील्ड) 0 एन/ए कोई नहीं 20-30 डक्टाइल (ट्रांसग्रेन्युलर) हाँ 1,000<0.1 <50 Intragranular (sparse) 18-25 Ductile Yes 2,000 0.1-0.3 50-80 Intragranular + some grain boundaries 15-22 Mixed (ductile + some intergranular) Yes 3,000 0.3-0.6 80-120 Grain boundaries (partial coverage) 12-18 Mixed Acceptable 5,000 0.6-1.0 120-150 Grain boundaries (near-continuous) 8-12 Mixed-brittle Marginal 7,000 1.0-1.5 150-180 Continuous grain boundary network 5-8 Brittle (intergranular) Not Recommended 10,000 1.5-2.0 180-220 Continuous + Intragranular 3-6 BrittleNo 12,000 2.0-2.5 200-250 Extensive, coalesced 2-4 Very brittle No 15,000 2.5-3.0 220-300 Widespread 1-3 Extremely brittle No 20,000 >3.0 >250 व्यापक<2 Extremely brittle No 
लव्स वर्षा की गतिकी पर मोलिब्डेनम सामग्री का प्रभाव

लव्स चरण की वर्षा की दर मोलिब्डेनम की सांद्रता के समानुपाती होती है। निचला मो (2.0-2.2%) लव्स एब्रिटलमेंट के प्रतिरोध के लिए अच्छा है।

मोलिब्डेनम सामग्री (wt%) समय 1.0% 650 डिग्री (घंटे) पर लहरें 10,000 घंटे के बाद 650 डिग्री (%) पर क्रिप टूटना बढ़ाव 10,000 घंटे के लिए अनुशंसित अधिकतम सेवा तापमान स्टील तापमान रेंज तापमान रेंज तापमान रेंज 2.0 (न्यूनतम 316) 6000-8000 5-8 640 डिग्री 2.2 (टाइप 316 एल) {{12 }} डिग्री {{13 }} डिग्री 2.5 (अधिकतम 316एल) 1500-3000 2-4 610 डिग्री 2.8 (317एल के करीब) 800-1500 1-3 600 डिग्री 650 डिग्री सेवा पर 316एल हीटर शीथ के लिए व्यावहारिक सिफारिशें

For 316L heater sheaths working at 650°C, the following service duration restrictions and material criteria are applicable to preserve ductile failure mode (elongation >10-15%).

Required service life at 650 °C [hours]Maximum Permissible Laves Phase ( % )Required Minimum Creep Elongation %Recommended Max Mo Content (wt%) Inspection/Replacement Strategy2,0000.3>15 2.3None5,0000.8>10 2.2Annual diameter measurement7,5001.2>7 2.1Semi-annual diameter + hardness check10,0001.5>5 (brittle risk) 2.0Replace at 8,000-9,000h or upgrade alloy>10,000>1.5<5 <2.0Upgrade to 347 or 310
लव्स चरण और लचीलापन में कमी का सत्यापन

Three techniques are used to evaluate the embrittlement of Laves phase of 600-700°C operated heaters. 1. Hardness testing: The creation of Laves phase increases the hardness from 160-180 HV to 200-250 HV. The second is field metallography (replica) with selective etching (e.g. electrolytic in 10% oxalic acid displays Laves phase as small white particles). The third is a simple creep or tensile test on a detached sample; a decrease in elongation from >20% से<10% suggests embrittlement. The certain technique is to directly identify the Laves phase (Fe₂Mo) using transmission electron microscopy (TEM) or scanning electron microscopy (SEM) with EDS.

निष्कर्ष: लैव्स के भंगुरता को रोकने के लिए, मो सामग्री और सेवा शर्तों के लिए सीमाएं प्रदान करें।

650 डिग्री लव्स चरण (Fe2Mo) पर काम करने वाले 316L स्टेनलेस स्टील हीटर शीथ के लिए 2,000-6,000 घंटों के बाद अवक्षेपित होता है और 5,000-10,000 घंटों के बाद 0.6-1.5% के वॉल्यूम अंश तक पहुंच जाता है। इन स्तरों पर रेंगना टूटना लचीलापन > 20% से घटकर 5-8% हो जाता है। इसके परिणामस्वरूप तन्य विफलता (दृश्यमान सूजन चेतावनी) के बजाय भंगुर विफलता (पूर्ववृत्त के बिना अचानक टूटना) होती है। 316L शीथ का सेवा जीवन सीमित है<10,000 hours for 650°C duty when molybdenum is limited to 2.0-2.2% (the low end of the specification). For service >650 डिग्री पर 10,000 घंटे, 347 (नाइओबियम स्थिर और लेव्स चरण का उत्पादन नहीं करता) या 310 स्टेनलेस स्टील में अपग्रेड करने पर विचार करें। यहां दिया गया ढांचा लैव्स चरण वॉल्यूम अंश को 650 डिग्री पर रेंगना टूटना लचीलापन में कमी से संबंधित करता है और ग्राहकों को सामग्री रसायन विज्ञान और अधिकतम सेवा अवधि को परिभाषित करने की अनुमति देता है जो दीर्घकालिक उच्च तापमान हीटर सेवा में भंगुर विफलता को रोक देगा।