स्थिर 347 हीटर शीथ टयूबिंग में प्राथमिक नाइओबियम कार्बाइड (एनबीसी) का आयतन अंश 316एल की तुलना में 550 डिग्री पर लंबी अवधि की सेवा के दौरान संवेदीकरण प्रतिरोध को कैसे नियंत्रित करता है?

उच्च तापमान के विस्तारित एक्सपोज़र का स्थिरीकरण प्रभाव

लंबी अवधि के लिए, उच्च तापमान (550 डिग्री) शीट वाले इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूबों का उपयोग, जैसे कि औद्योगिक एयर हीटर, पेट्रोकेमिकल भट्टी प्रीहीटर्स या गर्मी का इलाज करने वाले उपकरणों के लिए, 316L (कम कार्बन) बनाम 347 (नाइओबियम स्थिर) स्टेनलेस स्टील का विकल्प संवेदीकरण के लिए उनके संबंधित प्रतिरोध से प्रेरित होता है।<0.03%). However even 316L can sensitise at 550 C after long service (5000-10000 hours). Carbon diffusion is sluggish, but will allow carbides to develop at grain boundaries. Type 347 has niobium (Nb, usually 10× C content, 0.3-0.8% Nb) which forms stable niobium carbide (NbC) precipitates in the grains, binding up carbon and preventing chromium depletion. The long term resistance to sensitisation is totally controlled by the volume fraction of the primary NbC (0.05-0.2%) and the fine secondary NbC which precipitates in service. Properly stabilised 347 is not sensitised at 550°C for >50,000 घंटे. 316एल 5,000-10,000 घंटे पर संवेदनशील होना शुरू कर देता है। लेख 347 बनाम 316एल में एनबीसी वॉल्यूम प्रतिशत, सेवा समय और संवेदीकरण प्रतिरोध के बीच संबंध की मात्रा निर्धारित करता है।

कार्बन स्थिरीकरण तंत्र और नाइओबियम का स्थिरीकरण

347 स्टेनलेस स्टील (18Cr-11Ni-Nb) में, नाइओबियम में क्रोमियम की तुलना में कार्बन के प्रति काफी अधिक आकर्षण होता है। समाधान एनीलिंग (1,050-1,100 डिग्री) के दौरान अधिकांश एनबीसी घुल जाता है, लेकिन प्राथमिक एनबीसी कण (1-5 µm) बिना घुले रह जाते हैं। महीन माध्यमिक एनबीसी ऑस्टेनाइट मैट्रिक्स में अवक्षेपित (10-50 एनएम) होता है, मुख्य रूप से विस्थापन पर और अनाज की सीमाओं के बजाय अनाज में, ठंडा होने पर और 450-750 डिग्री पर सेवा में। कार्बन को NbC के रूप में बांधा गया है, इस प्रकार मैट्रिक्स में कार्बन गतिविधि बहुत कम है। यह अनाज की सीमाओं पर सीआर कार्बाइड्स (सीआर2 3 सी6) को बनने से रोकता है। स्थिरीकरण की दक्षता एनबी:सी अनुपात (एनबीसी के लिए लगभग 8:1) और स्थिरीकरण एनील की पूर्णता (आमतौर पर समाधान एनीलिंग के बाद 2-4 घंटों के लिए 850-900 डिग्री) पर निर्भर है।

एनबीसी वॉल्यूम फ्रैक्शन और 550 डिग्री पर संवेदीकरण के प्रतिरोध के बीच संबंध

347 टयूबिंग (विभिन्न नाइओबियम और कार्बन सांद्रता के साथ) और 316एल टयूबिंग 550 डिग्री पर 50,000 घंटे तक समय-समय पर एएसटीएम ए262 प्रैक्टिस ए (ऑक्सालिक एसिड ईच) और प्रैक्टिस ई (कॉपर -कॉपर सल्फेट) परीक्षण के साथ, संवेदीकरण की शुरुआत के लिए निम्नलिखित समय निर्धारित किया है:

Alloy Niobium (wt %) Carbon (wt %)Nb:C weight ratio NbC fraction Volume (%) Sensitisation time at 550°C (h) ASTM A262 Practice A after 10,000hRecommended for >10,000 hours at 550°C 316L 0 0.020 0 0 5,000-10,000 Ditch (sensitized) No 316L (extra low C) 0 0.010 0 0 10,000-20,000 Dual (transition) Marginal 347 (under-stabilized) 0.15 0.040 3.8 0.02-0.05 10,000-20,000 Dual Acceptable 347 (minimally stabilized) 0.20 0.040 5.0 0.04-0.08 20,000-30,000 Step (mostly) Recommended 347 (properly stabilized) 0.40 0.040 10 0.08-0.15 >50,000 Step Best 347 (fully stabilized) 0.60 0.040 15 0.12-0.20 >50,000 Step Best 347 (over-stabilized) 0.80 0.040 20 0.15-0.25 >50,000 (लेकिन एनबीसी स्ट्रिंगर) चरण (लेकिन फेराइट जोखिम) सावधानी स्वीकार्य 347 (उच्च सी) 0.40 0.060 6.7 0.10-0.18 30,000-40,000 चरण अनुशंसित
एनबीसी की वर्षा पर स्थिरीकरण एनीलिंग का प्रभाव

समाधान एनीलिंग के बाद, 850-900 डिग्री पर एक स्थिरीकरण एनील बारीक, इंट्राग्रेनुलर एनबीसी की वर्षा को प्रेरित करता है, कार्बन निर्धारण को अधिकतम करता है और बाद में संवेदीकरण को रोकता है।

हीट ट्रीटमेंट अनुक्रम एनबीसी आकृति विज्ञान 550oC (घंटे) पर संवेदीकरण का समय दीर्घकालिक सेवा (एलटीएस) के लिए अनुशंसित
केवल समाधान एनील (1050 डिग्री, पानी से बुझाया हुआ) केवल प्राथमिक एनबीसी (मोटा, घोल में कुछ सी) 15,000-30,000 स्वीकार्य
Solution anneal + stabilisation (850°C, 2 h)Fine intragranular NbC (most C fixed) >50,000 सर्वश्रेष्ठ
Solution anneal + stabilisation (900°C, 4h)>50,000 बेस्ट बहुत बढ़िया एनबीसी, पूर्ण सी निर्धारण
समाधान के बिना रफ स्थिरीकरण केवल एनबीसी को समाप्त करता है (अपूर्ण) 10,000-20,000 बॉर्डरलाइन
कोई स्थिरीकरण नहीं (वेल्डेड के रूप में) मिश्रित 5,000-15,000 सलाह नहीं दी गई
550 डिग्री सेवा के लिए हीटर के चयन के लिए व्यावहारिक सिफारिशें

550 डिग्री पर शीथेड हीटरों के निरंतर संचालन के लिए, इच्छित सेवा जीवन के आधार पर मिश्र धातु चयन के लिए निम्नलिखित पैरामीटर लागू होते हैं:

550 डिग्री (घंटे) पर वांछित सेवा जीवन सुझाया गया मिश्र धातु न्यूनतम स्थिरीकरण आवश्यकता अपेक्षित संवेदीकरण प्रतिरोध लागत कारक<5,000 316L (0.03%C) None Acceptable 1.0× 5,000-10,000 316L (0.02%C) or 347 (minimum)1.1×10,000-20,000 347 (well stabilised) 850°C, 2h Marginal None for 316L; stabilisation optional for 347Good 1.3× 20,000-50,000 347 (completely stabilized) 900°C, 4h Excellent 1.4× >50,000 347 + high Nb (0.6-0.8%) Full stabilisation + fine grain Best 1.5× >50,000 (संक्षारक वातावरण) 310 स्टेनलेस स्टील (कोई संवेदनशीलता नहीं) एन/ए लागू नहीं 2.0× स्थिरीकरण सत्यापन की प्रभावशीलता

दीर्घकालिक उच्च तापमान सेवा के लिए 347 निर्दिष्ट करने वाले खरीदारों पर निम्नलिखित अनुमोदन आवश्यकताएँ लागू होती हैं:

एएसटीएम ए262 अभ्यास ए: चरण संरचना (चिकनी अनाज सीमाएं) पूर्ण इच्छित सेवा जीवन के बाद या त्वरित उम्र बढ़ने के बाद (650 डिग्री पर 1,000 घंटे)

एएसटीएम ए262 अभ्यास ई: उम्र बढ़ने के बाद पास (झुकने के बाद कोई दरार नहीं)

Niobium to carbon ratio: Nb/C weight ratio >मिल प्रमाणपत्र पर=10 (आदर्श रूप से 12-15)।

स्थिरीकरण एनील प्रमाणीकरण: समय और तापमान (अर्थात 4 घंटे के लिए . 900 डिग्री सेल्सियस) दर्ज किया गया

निष्कर्ष: विस्तारित 550 डिग्री सेवा के लिए 316एल से अधिक 347

Carbon diffusion in 316L stainless steel heater sheaths at 550°C leads to chromium carbide precipitation and sensitisation after 5,000-10,000 hours of operation, making it susceptible to intergranular corrosion. Type 347 (niobium stabilised) with correct ratio of Nb:C (≥10:1) and stabilisation annealing (850-900°C, 2-4 hours) is not sensitised for >कार्बन के स्थायी रूप से इंट्राग्रेन्युलर एनबीसी के रूप में जमा होने के कारण 50,000 घंटे। 500 डिग्री से ऊपर की निरंतर सेवा के लिए 5,000-10,000 घंटों से अधिक की जीवन आवश्यकताओं के लिए, एन्केस्ड हीटर निर्दिष्ट करने वाले इंजीनियरों को 316 एल के बजाय 347 का चयन करना चाहिए। सबसे अधिक मांग वाले अनुप्रयोगों (संक्षारक स्थितियों + उच्च तापमान) के लिए 310 स्टेनलेस स्टील (25Cr-20Ni) और भी अधिक प्रतिरोध देगा लेकिन उच्च लागत पर। यह ढांचा खरीदारों को 550 डिग्री पर संवेदीकरण प्रारंभ अवधि के साथ एनबीसी वॉल्यूम अंश को सहसंबंधित करके उच्च तापमान वाले हीटर में दीर्घकालिक संचालन के लिए सबसे स्थिर मिश्र धातु चुनने की अनुमति देता है।