316 स्टेनलेस स्टील हीटर शीथ टयूबिंग में फास्फोरस की मात्रा 0.025% से नीचे क्यों है, जो दो के कारक द्वारा 600 डिग्री पर क्रिप टूटना जीवन बढ़ाती है?
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अनाज सीमा भंगुरता पर ट्रेस फॉस्फोरस पृथक्करण का प्रभाव
316 स्टेनलेस स्टील में लिपटे इलेक्ट्रिक हीटिंग ट्यूबों के लिए जो उच्च तापमान (600 डिग्री, उच्च तापमान वायु या गैस हीटिंग अनुप्रयोगों के लिए विशिष्ट) पर काम करते हैं, एएसटीएम ए 240 के अनुसार अधिकतम 0.045% के रूप में निर्दिष्ट फास्फोरस सामग्री एक महत्वपूर्ण लेकिन अक्सर अनदेखा ट्रेस तत्व है जो सीधे रेंगना टूटना जीवन को नियंत्रित करता है। लगभग 500 डिग्री से अधिक तापमान पर फॉस्फोरस अनाज की सीमाओं में अलग हो जाता है और अनाज सीमा की एकजुटता कम हो जाती है और रेंगने वाले गुहिकायन न्यूक्लिएशन की दर बढ़ जाती है। पृथक्करण एक संतुलन सोखना इज़ोटेर्म का पालन करता है: यहां तक कि 0.025% पी जैसे कम थोक स्तर पर भी, अनाज सीमा सांद्रता 1-5% पी हो सकती है, जो रेंगने वाली गुहिकायन दर को दोगुना करने के लिए पर्याप्त है। फॉस्फोरस सांद्रता को एएसटीएम अधिकतम 0.045% से घटाकर 0.025% से कम करने से 600 डिग्री पर क्रीप टूटना जीवन लगभग दोगुना हो जाता है। फॉस्फोरस को 0.025% से घटाकर 0.015% से कम करने से क्रीप टूटना जीवन में 30-50% की वृद्धि हो जाती है। यह आलेख उच्च तापमान सेवा के लिए एक विशिष्ट पद्धति प्रदान करता है जो फॉस्फोरस एकाग्रता, अनाज सीमा पृथक्करण और 316 शीथ के लिए रेंगने वाले जीवन के बीच संबंध को निर्धारित करता है।
फॉस्फोरस द्वारा प्रेरित क्रीप एम्ब्रिटलमेंट का तंत्र
Phosphorus is an impurity in 316 stainless steel, introduced during the steel-making process. Phosphorus has a greater atomic radius than iron ( 1.10 Å vs 1.24 Å , really P is smaller-correction: P atomic radius is roughly 1.06 Å , Fe is 1.26 Å ) and hence segregates preferentially to grain boundaries where lattice strain is accommodated. Phosphorus diffuses fast along the grain boundaries at high temperatures (>500 डिग्री ) और 100{14}}1,000 घंटे के क्रम में संतुलन पृथक्करण स्तर तक पहुंचता है। फॉस्फोरस अनाज सीमा पर धातु-रिक्त संपर्क की सतह ऊर्जा को कम करता है, जो रेंगने वाली गुहाओं के न्यूक्लियेशन को बढ़ावा देता है। कैविटी न्यूक्लिएशन दर एक्सप (सी एक्स सीपी, जीबी/केटी) के समानुपाती होती है, जहां सीपी, जीबी अनाज सीमा पर फॉस्फोरस की सांद्रता है। मजबूत पृथक्करण प्रवृत्ति से न्यूक्लियेशन दर में तेजी से वृद्धि होती है, यहां तक कि फॉस्फोरस में मामूली थोक वृद्धि भी होती है। 316 के लिए 600 डिग्री पर पृथक्करण कारक (थोक सांद्रता पर अनाज सीमा एकाग्रता) लगभग 50-100 है। तो 0.025% थोक सांद्रता 1.25-2.5% अनाज सीमा सांद्रता देती है और 0.045% 2.25-4.5% देती है - जो न्यूक्लिएशन दर को चौगुना करने के लिए पर्याप्त है।
फॉस्फोरस सामग्री और 600 डिग्री पर रेंगने वाले जीवन का मात्रात्मक सहसंबंध
600 डिग्री पर नियंत्रित फॉस्फोरस स्तर (समान क्रोमियम, निकल, मोलिब्डेनम और कार्बन) के साथ 316 टयूबिंग के रेंगना टूटना परीक्षण और 80 एमपीए के लागू तनाव (विशिष्ट हीटर डिजाइनों में थर्मल विस्तार बाधा से घेरा तनाव के विशिष्ट) ने निम्नलिखित कनेक्शन विकसित किया है।
थोक फास्फोरस सामग्री (wt %) अनाज सीमा फास्फोरस एकाग्रता 600 डिग्री पर (% पर, गणना की गई) 1% रेंगने का समय गुहिकायन (घंटे, 600 डिग्री, 80 एमपीए) रेंगना टूटना जीवन (घंटे, 600 डिग्री सेल्सियस, 80 एमपीए) सापेक्ष रेंगना जीवन (पी =0.045% बेसलाइन) 600 डिग्री सेवा के लिए अनुशंसित<0.010 <0.5 2,500-3,500 8,000-12,000 2.5-3.5× Best (premium grade) 0.010-0.015 0.5-0.8 2,000-2,800 6,500-9,000 2.0-2.8× Excellent 0.015-0.020 0.8-1.2 1,500-2,200 5,000-7,000 1.6-2.2× Recommended 0.020-0.025 1.2-1.8 1,200-1,800 4,000-5,500 1.3-1.7× Acceptable 0.025-0.030 1.8-2.5 1,000-1,500 3,200-4,500 1.0-1.4× Marginal 0.030-0.035 2.5-3.5 800-1,200 2,500-3,800 0.8-1.1× Not recommended for long life
0.035-0.040 3.5-5.0 600-1,000 2,000-3,000 0.6-0.9× खराब 0.040-0.045 (एएसटीएम अधिकतम) 5.0-7.0 500-800 1,500-2,500 0.5-0.8× 600 डिग्री के लिए अस्वीकार्य
फास्फोरस उत्सर्जन की सीमा पर तापमान का प्रभाव
फॉस्फोरस का रेंगने वाले जीवन पर प्रभाव फॉस्फोरस प्रसार में वृद्धि और अनाज सीमा पृथक्करण में तेजी से संतुलन प्राप्त करने के कारण उच्च तापमान पर अधिक हानिकारक होता है। 0.015% और 0.045% पी के बीच का अंतर 550 डिग्री पर रेंगने वाले जीवन में लगभग 1.5 का कारक है। 600 डिग्री पर अंतर 2-2.5 का कारक है। 650 डिग्री पर अंतर 3 के कारक से अधिक है, लेकिन सभी फॉस्फोरस सामग्री के लिए इस तापमान पर 316 न्यूनतम है। 600-620 डिग्री (316 के लिए ऊपरी सीमा के आसपास) पर हीटरों के लिए कम फास्फोरस का चयन करना 5+ वर्ष की सेवा जीवन प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण है।
Operating Temperature (°C) Creep Life Ratio (0.015% P / 0.045% P) under Equal StressMaximum P Recommended for 10,000 hr Life (wt%) 500 1.2 0.045 550 1.5 0.035 580 1.8 0.025 600 2.0-2.5 0.020 620 3.0 0.015 650 >4.0 (316 अनुशंसित नहीं)<0.010 (upgrade alloy)
उच्च तापमान वाली हीटर सेवा के लिए कम फॉस्फोरस विशिष्टता
वांछित दीर्घायु के आधार पर, 600 डिग्री शीथ तापमान पर निरंतर उपयोग में 316 शीथेड हीटरों के लिए फॉस्फोरस मानदंड नीचे सुझाए गए हैं।
अधिकतम. फॉस्फोरस सामग्री (wt%) वांछित सेवा जीवन 600 डिग्री (घंटे) पर विशिष्ट अनुरूप ग्रेड लागत प्रीमियम मानक 316 से अधिक<2,000 (intermittent duty) 0.045 (standard) Standard 316 None 2,000-4,000 0.030 316 with P control 5-10% 4,000-6,000 0.020 316L low P 10-15% 6,000-10,000 0.015 Premium 316L 15-25% >10,000 0.010 वैक्यूम-रीमेल्टेड 316एल 30-50% (310 तक अपग्रेड करने की अनुशंसा)
फॉस्फोरस सामग्री और रेंगने की शक्ति का सत्यापन
उन खरीदारों के लिए जिन्हें उच्च तापमान वाली सेवा के लिए कम {{0}फॉस्फोरस 316 की आवश्यकता होती है, अनुपालन को सत्यापित करने के लिए तीन विकल्प उपलब्ध हैं। पहला है मिल प्रमाणपत्र जिसमें सत्यापित अधिकतम के साथ फॉस्फोरस विश्लेषण (आमतौर पर आईसीपी या दहन विश्लेषण द्वारा) शामिल होना चाहिए। परीक्षण के बाद गुहिकायन के लिए नमूने की मेटलोग्राफिक जांच की जाती है। <1% गुहिकायन के साथ अनाज सीमा क्षेत्र स्वीकार्य है। तीसरी विधि फॉस्फोरस पृथक्करण को सीधे मापने के लिए टूटे हुए अनाज की सीमा की ऑगर इलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (एईएस) है, लेकिन यह महंगी है और विफलता जांच के लिए आरक्षित है। ज्यादातर स्थितियों में फास्फोरस को 0.025% से कम या उसके बराबर दिखाने वाला मिल प्रमाणपत्र और क्रीप परीक्षण प्रमाणपत्र (या आपूर्तिकर्ता गारंटी) पर्याप्त आश्वासन होगा।
फॉस्फोरस के कारण रेंगने वाली दरार का क्षेत्र निदान
यदि 316 हीटर 550 {6 }}620 डिग्री (अत्यधिक उभार के बाद अनुदैर्ध्य टूटना) पर रेंगने से समय से पहले विफल हो जाता है और कोई अन्य कारण (उच्च तनाव, तापमान भ्रमण या गंभीर ऑक्सीकरण) की खोज नहीं की जा सकती है, तो फॉस्फोरस सामग्री 0.035% से अधिक होने का संदेह है। फेलिंग शीथ के मेटलोग्राफिक अध्ययन से ईडीएस या ऑगर द्वारा दिखाई देने वाले फॉस्फोरस समृद्ध चरणों के साथ अलंकृत रिक्तियों के साथ व्यापक अनाज सीमा गुहिकायन का पता चलेगा। फ्रैक्चर सतह का लुक सुस्त और पहलूदार होगा, ज्यादातर अंतर-दानेदार। फॉस्फोरस स्तर की पुष्टि फेलिंग शीथ के अवशेष भाग (आईसीपी-ओईएस या दहन द्वारा) की रासायनिक जांच से की जाएगी। ऐसे मामलों में, भविष्य की खरीद विशिष्टताओं को अधिकतम फॉस्फोरस को 0.025% या उससे कम तक सीमित करना चाहिए।
निष्कर्ष: 600 डिग्री पर बेहतर रेंगने वाले जीवन के लिए कम फास्फोरस विशिष्टता
316 स्टेनलेस स्टील से घिरे हीटरों का 600 डिग्री पर क्रीप टूटना जीवन फॉस्फोरस ट्रेस तत्व स्तर द्वारा निर्धारित किया जाता है। फास्फोरस को एएसटीएम अधिकतम (0.045%) से घटाकर 0.025% से कम करने से 600 डिग्री पर रेंगने का जीवन दोगुना हो जाता है, जिससे 2,000-3,000 घंटों में विफल होने वाले हीटर को 5,000-6,000 घंटों तक चलने वाले हीटर में बदल दिया जाता है। यदि 316 शीथ का उपयोग 550C से ऊपर के तापमान पर लगातार किया जाना है, तो इंजीनियर को अधिकतम फॉस्फोरस आवश्यकता (उदाहरण के लिए) निर्दिष्ट करनी होगी<=0.025%) on the purchase order and seek verification by mill certificate. For essential applications at 600 to 620 C, the best creep resistance achievable in the 316 family of alloys is obtained by requiring phosphorus 0.015% and upgrading to 316L made by vacuum melting. The approach described herein connects phosphorus content to a quantitative increase in creep life, allowing purchasers to select 316 sheaths that offer the most resistance to grain boundary creep cavitation at high temperature.
