Bagaimana Persentase Pekerjaan Dingin Sebelumnya dari Penarikan Tabung Selubung Pemanas 316L Mengontrol Laju Rekristalisasi dan Pertumbuhan Butir Selama Pelayanan pada 600 derajat

Parameter Evolusi Mikrostruktur untuk Suhu Tinggi. Retensi Kekuatan

Persentase pengerjaan dingin sebelumnya dari gambar tabung menentukan laju rekristalisasi dan perkembangan butiran berikutnya yang terjadi selama-paparan suhu tinggi untuk tabung pemanas listrik berbalut baja tahan karat 316L yang beroperasi pada suhu 600 derajat , yang merupakan batas atas layanan untuk penggunaan berkelanjutan pada paduan ini. Karena-tabung yang ditarik telah menyimpan energi dari deformasi plastis (kerapatan dislokasi sesuai dengan % kerja dingin). Energi yang tersimpan ini menyebabkan rekristalisasi pada suhu 600 derajat: produksi butiran baru yang bebas regangan menggantikan struktur mikro yang terdeformasi. Periode dimulainya rekristalisasi menurun drastis seiring dengan meningkatnya pekerjaan dingin: pada pekerjaan dingin 10%, waktu yang dibutuhkan adalah 1.000-2.000 jam; pada 20% pekerjaan dingin, 200-500 jam; pada pekerjaan dingin 30%, 50-150 jam. Rekristalisasi menyebabkan pembentukan butiran. Hal ini membuat struktur mikro menjadi kasar dan mengurangi kekuatan mulur. 10,000 jam servis @ 600 derajat rentang pengerjaan dingin optimal adalah 10-15% (keseimbangan: cukup menunda rekristalisasi untuk bertahan selama 10.000 jam namun tidak terlalu cepat hingga membentuk butiran kasar). Makalah ini menilai hubungan antara pekerjaan dingin sebelumnya, kinetika rekristalisasi, perkembangan butir dan umur mulur pada 600 derajat.

Mekanisme Rekristalisasi dan Pertumbuhan Butir pada Pengerjaan Dingin 316L

Rekristalisasi adalah proses yang distimulasi secara termal. Butiran baru berinti di lokasi dengan kepadatan dislokasi tinggi (batas butir, pita deformasi, inklusi) dan berkembang menjadi matriks yang terdistorsi. Gaya penggerak sebanding dengan energi yang tersimpan dari kerja dingin, yang sebanding dengan kuadrat tegangan aliran (kira-kira linier dengan persentase kerja dingin hingga 30-40%). Pekerjaan dingin menyebabkan peningkatan laju nukleasi secara eksponensial. Setelah rekristalisasi selesai, terjadi pemuaian butir melalui migrasi batas yang didorong oleh pengurangan luas batas butir. Biji-bijian besar tumbuh dengan mengorbankan biji-bijian kecil (pematangan Ostwald). Ukuran butir halus dan stabil (ASTM 6-8) memberikan ketahanan mulur terbaik pada 600 derajat C. Butir berbutir sangat halus (ASTM 10+) dan berbutir kasar (ASTM 3-5) terbukti memperpendek umur mulur, masing-masing dengan geser batas butir.

Hubungan Antara Pekerjaan Dingin, Waktu Rekristalisasi dan Ukuran Butir pada 600 derajat.

Penuaan isotermal terkendali pada suhu 600 derajat dengan pemeriksaan metalografi berkala telah digunakan untuk menentukan laju rekristalisasi dan perkembangan butir dalam pipa 316L yang ditarik dingin:

Previous Cold Work (%) Time to Recrystallise 50% at 600°C (hours) Recrystallised Grain Size After Completion (ASTM, µm) Time to Grain Growth to ASTM 5 (>70 µm, hours) Creep Rupture Life at 80 MPa, 600°C (hours) Recommended for 10,000 hour Service at 600°C 0 (annealed) N/A (no cold work) 8-9 (20-30 µm) initial >20.000 (stabil) 2.500-3.500 Ya (kalau sudah baik-baik saja)
5 5,000-10,000 8-9 (20-30 µm) 15,000-20,000 3,000-4,000 Ya
10 1,500-3,000 7-8 (25-35 µm) 8,000-12,000 3,500-5,000 Ya (terbaik)
12 1,000-2,000 7-8 (25-35 µm) 6,000-9,000 3,500-5,000 Ya
15 500-1,000 6-7 (35-50 µm) 4,000-7,000 3,000-4,500 Dapat diterima
20 200-500 5-6 (50-70 µm) 2.000-4,000 2,000-3.500 Marginal 25 100-200 4-5 (70-90 µm) 1.000-2,000 1,500-2.500 Tidak disarankan 30 50-150 3-4 (90-120 µm) 500-1,500 1,000-2,000 Tidak disarankan 35 30-80 3 (100-130 µm) 300-800 800-1,500 Tidak 40 20-50 2-3 (120-150 µm) 200-500 600-1,000 Tidak
Pengaruh ukuran butir awal terhadap kinetika rekristalisasi

Laju rekristalisasi bergantung pada ukuran butir awal sebelum penarikan dingin. Jadi semakin halus suatu zat, semakin cepat-mengkristal kembali. Ada lebih banyak situs nukleasi.

Ukuran Butir ASTM Awal Sebelum Penarikan Laju Rekristalisasi Relatif (10% CW) pada Pekerjaan Dingin yang Sama Masa Pakai Cold Work 10.000 jam yang Direkomendasikan 10 (sangat halus, 10 µm) 1,5× (lebih cepat) 8% 8 (halus, 20 µm) 1,0× (garis dasar) 10%
6 (sedang, 45 µm) 0,7× (lebih lambat) 12%
4 (kasar, 80 µm) 0,4× (jauh lebih lambat) 15% Rekomendasi praktis untuk produksi tabung pemanas 316L

Untuk selubung 316L untuk servis 600 derajat dengan umur desain 10.000 jam, parameter perlakuan panas pengerjaan dingin dan pra-servis berikut ini diusulkan.

Masa Pakai yang Diinginkan (Jam) 600 derajat Pekerjaan Dingin yang Disarankan Sebelum Servis (%)Ukuran Butir Setelah Pra-Perlakuan Panas Servis Setelah 10.000 jam pada 600 derajat (ASTM)Masa Pecahnya Creep yang Diharapkan (jam) 5,000 15-20 Tidak ada (seperti gambar) 5-6 (50-70 µm) 3,000-4,500 10,000 10-12 Tidak ada (seperti digambar) 6-7 (35-50 µm) 3,500-5,000 10,000 0-5 Anil penuh + butiran halus 7-8 (25-35 µm) 3,000-4,500 20,000 10 Anil stabilisasi (850 derajat , 2 h) 7 (30-40 µm) 5,000-7,000 20,000 + ketahanan korosi 0 Anil solusi penuh + stabilisasi 7-8 4,000-6,000
Verifikasi Negara untuk Rekristalisasi

Dua prosedur verifikasi ditawarkan untuk pembeli yang memerlukan stabilitas mikrostruktur tertentu. Yang pertama adalah pengujian kekerasan. Kekerasan 316L yang digambar adalah 180-320 HV tergantung pada pengerjaan dingin. Rekristalisasi menyebabkan kekerasan menurun menjadi 140-160 HV (lunak sempurna). Jika kekerasan setelah 1.000 jam pada 600 derajat lebih tinggi dari 200 HV, maka rekristalisasi belum dilakukan. Yang kedua adalah pemeriksaan metalografi setelah etsa (gliseregia atau asam oksalat elektrolitik). Pembentukan struktur "kalung" (barisan butiran halus baru di sepanjang batas butir sebelumnya) menandakan dimulainya rekristalisasi.

Kesimpulan Peningkatan Pekerjaan Dingin untuk Kehidupan Pelayanan 600 derajat

Kinetika rekristalisasi dan pengembangan butir selanjutnya dari selubung pemanas baja tahan karat 316L pada 600 derajat dipengaruhi oleh % pengerjaan dingin sebelumnya. Rekristalisasi diperoleh setelah pengerjaan dingin 10-12% dan 1.500-3.000 jam, menghasilkan struktur butir rekristalisasi halus (ASTM 7-8) yang mempertahankan kekuatan mulur yang baik selama 10,000+ jam. Pekerjaan dingin yang lebih tinggi (20-30%) menghasilkan rekristalisasi yang cepat (200-500 jam) dan butiran kasar (ASTM 4-5) yang menurunkan umur mulur sebesar 40-60%. Struktur mikro telah direkristalisasi dan stabil pada pengerjaan dingin kurang dari 5% (anil) namun kurangnya pengerasan kerja mengurangi kekuatan yang terbentuk. Untuk servis 10.000 jam pada suhu 600 derajat, teknisi yang menentukan selubung 316L dapat mengharapkan 10-15% pekerjaan dingin dari penarikan tabung. Setelah penarikan, perlakuan panas stabilisasi (850 derajat, 2 jam) digunakan untuk mengoptimalkan struktur mikro untuk stabilitas ukuran butir jangka panjang untuk layanan lebih dari 10.000 jam. Kerangka kerja yang diusulkan di sini memungkinkan pembeli untuk menentukan pengurangan gambar yang memaksimalkan umur mulur melalui evolusi mikrostruktur terkendali dengan menghubungkan% kerja dingin dengan kinetika rekristalisasi dan pengembangan butir pada 600 derajat.