Как температура межкритического отжига между 750 и 850 градусами контролирует ферритные-аустенитные разделения и последующую питтинговую стойкость дуплексных -подобных областей в сенсибилизированной трубке с оболочкой нагревателя 316

Механизм обращения фаз для восстановления коррозионной стойкости.

Межкритический отжиг при температуре 750–850 градусов обеспечивает частичное, а иногда и полезное восстановление коррозионной стойкости без полного отжига на раствор для электронагревательных трубок с оболочкой из нержавеющей стали 316, которые становятся сенсибилизированными во время эксплуатации или производства, демонстрируя непрерывные сети карбидов хрома на границах зерен и, как следствие, восприимчивость к межкристаллитной коррозии. В этом диапазоне температур ферритная фаза выделяется из аустенитной матрицы, причем ферритная фаза преимущественно поглощает углерод и хром из соседнего аустенита. При охлаждении феррит снова превращается в аустенит, оставляя после себя богатый хромом аустенит и более мелкие и более распределенные карбиды. Степень восстановления коррозионной стойкости сильно зависит от температуры отжига: при 750 градусах образование феррита происходит вяло и ограниченно (3-8% феррита), при этом значительно улучшается питтинговая стойкость (восстановление 50-70%). При 800 градусах феррит образуется быстрее (10-20% феррита) и питтинговая стойкость восстанавливается до 70-85%. Содержание феррита может достигать 15-30% при температуре 850 градусов, однако полученная микроструктура может содержать стринги дельта-феррита, которые также подвержены точечной коррозии. В этом исследовании количественно оценена взаимосвязь между температурой межкритического отжига, долей феррита и восстановлением сопротивления питтинговой коррозии в сенсибилизированных оболочках из 316.

Механизм пере-распределения хрома через образование феррита

Когда сенсибилизированный 316 (имеющий сплошные карбиды Cr2₃C₆ на границах зерен и зоны, обедненные хромом) нагревается до межкритической области (750-850 градусов), происходят два противоречивых процесса. Существующие карбиды могут сначала раствориться, частично высвобождая хром и углерод. Во-вторых, что более важно, феррит (объемно-центрированный кубический, BCC) зарождается и развивается, обычно вблизи границ зерен и в местах карбидов. При той же температуре феррит имеет более высокую растворимость углерода и более высокую концентрацию хрома, чем аустенит. По мере роста феррита он втягивает хром и выводит углерод из окружающего аустенита. Остаточный аустенит отличается высоким содержанием хрома (местно до 22–25 % Cr). При охлаждении феррит снова превращается в аустенит (или частично в мартенсит, в зависимости от скорости охлаждения) с мелкозернистой структурой и перераспределенным хромом. Зоны, лишенные хрома, удаляются, карбиды становятся сфероидизированными и более дисперсными.

Количественная оценка связи между температурой межкритического отжига и восстановлением питтинговой устойчивости

Следующие значения восстановления были определены путем контролируемого межкритического отжига предварительно -сенсибилизированных трубок 316 (сенсибилизированных при 650 градусах в течение 24 часов, а затем отожженных при различных температурах в течение 1 часа и закаленных в воде) с последующими испытаниями на питтинг в 1 М NaCl при 50 градусах.

Температура отжига (градусы) Доля феррита после отжига (%) Содержание хрома на бывших границах зерен (ат.%, AES) Критическая температура питтинга (CPT, градусы) Восстановление CPT по сравнению с несенсибилизированным (100%) Время возникновения питтинга при 50 градусах, 1 M NaCl (часы) Подходит для эксплуатации с ограниченным риском коррозии
Лечение (сенсибилизированное) Лечение (сенсибилизированное) Нет 0 8-10 25-30 0% 50–150 Да 700<1 10-12 30-35 15-25% 100-300 Yes 725 1-3 12-14 35-40 30-40% 200-500 Yes 750 3-5 14-16 40-45 45-60% 400-1,000 Marginal 775 5-8 16-18 45-52 60-75% 800-2,000 Acceptable for low chlorides 800 10-12 18-20 52-58 75-90% 1,500-4,000 Acceptable for moderate chlorides 825 12-18 20-22 55-60 85-95% 2,500-5,000Good for most service 850 15-20 22-24 (but ferrite stringers remain) 55-60 85-95% 2,500-5,000 (plus risk at ferrite stringers)Acceptable with caution 875 20-30 23-25 50-55 (pitting of ferrite) 70-80% (attack of ferrite) 1,000-2,500 (pits of ferrite) Not recommended
Full solution anneal 1,050°C 0 (recrystallised) 17-19 60-65 100% >5000 лучших
Влияние времени межкритического отжига на образование феррита

Температурная зависимость скорости производства феррита. При более длительном отжиге образуется больше феррита, но также существует риск развития зерна.

Температура (градусы) Время до 5 % феррита (мин) Время до 10 % феррита (мин) Время до 15 % феррита (минуты) Рекомендуемое время для оптимального восстановления питтинговой коррозии 750 30 60 120 60-90 минут 775 15 30 60 30-45 минут 800 8 15 30 15-20 минут
825 5 10 20 10-15 минута 850 3 5 10 5-8 минута
Практические рекомендации по межкритическому отжигу сенсибилизированных компонентов

Межкритический отжиг при температуре 800-825 градусов в течение 10-20 мин. является возможным компромиссом для случая сенсибилизированных оболочек из 316, которые не могут быть полностью отожжены на раствор (например, из-за ограничений сборки, присутствия других металлургически чувствительных компонентов или ограничений стоимости).

Начальное состояние Спецификация межкритического отжига Устойчивость к точечной коррозии Результирующий риск остаточной сенсибилизации Рекомендуемые условия эксплуатации
Слегка сенсибилизированный (предельная практика E) 800 градусов/15 минут, закалка водой. Извлечение 70-80%, низкое содержание хлоридов.<500 ppm <80°C
Умеренно сенсибилизированный (практика E не удалась) 810 C, 20 мин, закалка водой 75-извлечение 85%Низко-умеренные Хлориды<300 ppm, <70 C
Сильная сенсибилизация (опадение зерен) 825 градусов, 20 мин, закалка водой, восстановление 80-90% Умеренный (некоторые стрингеры) Хлориды<200 ppm, <60°C 
Сильная сенсибилизация + холодная обработка 800 градусов, 10 минут, закалка водой, извлечение 70-80% Умеренные хлориды<200 ppm, <60°C 
Проверка восстановления после межкритического отжига

ASTM A262 Practice A (травление щавелевой кислотой) — это быстрый метод испытаний для оценки восстановления после сенсибилизации компонентов, подвергнутых межкритическому отжигу. «ступенчатая» структура (гладкие границы зерен) предполагает полное восстановление; «двойной» (смешанный шаг и канава) показывает частичное восстановление; «Канава» предполагает стойкую сенсибилизацию. E (медь-сульфат меди-серная кислота) практика изгиба. 3. Чтобы убедиться в отсутствии межкристаллитного растрескивания. Что касается устойчивости к точечной коррозии, количественное определение восстановления проводят с помощью теста CPT (ASTM G150) в 1 М NaCl.

Заключение. Межкритический отжиг для извлечения сенсибилизированного 316.

Для сенсибилизированных оболочек нагревателя из нержавеющей стали 316, где полный отжиг на раствор нецелесообразен, межкритический отжиг при температуре 800-825 градусов в течение 10-20 минут превращает 10–15 % микроструктуры в феррит, который при охлаждении перераспределяет хром из феррита в окружающий аустенит, устраняя зоны, обедненные хромом, и восстанавливая его. 75-90% от первоначальной устойчивости к точечной коррозии. Восстановление составляет всего 45-75% при более низких температурах (750-775 градусов); температуры выше 850 градусов сохраняют ферритовые стрингеры, которые также подвержены точечной коррозии. Когда сенсибилизированные компоненты 316 обнаруживаются в эксплуатации, инженеры могут запросить межкритический отжиг в качестве спасительной терапии. Приемка оценивается согласно ASTM A262 Practice A (ступенчатая структура). Тем не менее, только полный отжиг в растворе при температуре 1040-1060 градусов и закалка в воде дадут 100% восстановление и снимут всю сенсибилизацию. Описанная здесь система дает покупателям возможность выбрать лучшую защитную термообработку для сенсибилизированных оболочек 316 путем корреляции температуры межкритического отжига с долей феррита, перераспределением хрома и восстановлением стойкости к питтинговой коррозии.