Bagaimana Fraksi Volume Pengendapan Fase G-(Ni₁₆Nb₆Si₇) di 347 Selubung Pemanas Setelah 20.000 Jam pada 600 derajat Mengontrol Suhu Ruangan Charpy Dampak Energi untuk Pembongkaran dan Pengangkutan Pasca-Layanan

Fase Silisida Kompleks dan Efek Penggetaran Niobium-Baja Tahan Karat Stabil

Precipitation of G-phase (Ni 16 Nb 6 Si 7 ), a complex nickel-niobium-silicide intermetallic phase, can cause significant embrittlement, as measured by room temperature Charpy V-notch impact energy, for 347 stainless steel (Nb-stabilized) sheathed electric heating tubes operating at 600 C for extended periods (20,000+ hours)-such as in long-term industrial furnace heaters, petrochemical reformer tubes or superheater supports. The G-phase is formed at lower temperatures (550-650°C) during very lengthy ageing times (10,000-30,000 hours) while chi (χ) and Laves phases form at higher temperatures (650-750°C). G-phase is brittle with face centred cubic (FCC) structure and is mostly formed at the grain boundaries. G-phase at volume fractions as low as 0.2-0.5% reduces impact energy from >200 J (ductile) to 100-150 J (acceptable). At 1.0-1.5 vol% the impact energy is reduced only to 50-80 J. Impact energy drops to below 40 J (brittle) at >2,0-2,5%, menimbulkan risiko retak selama pembongkaran, penanganan, dan pengiriman pasca servis. Artikel ini mengukur hubungan antara ketangguhan dampak Charpy dan fraksi volume fase G setelah 20.000 jam pada 600 C.

Mekanisme penggetasan yang disebabkan oleh fase G-

Fase G-(Ni₁₆Nb₆Si₇) mencakup ~50-60% Ni, 20-25% Nb, dan 10-15% Si menurut beratnya. Ini mengendap pada batas butir setelah penuaan yang lama pada 550-650 derajat, terutama pada baja tahan karat yang distabilkan niobium (347, 348). Fasenya keras (400-600 HV) dan rapuh. Pengujian tumbukan pada suhu ruangan menunjukkan bahwa retakan berinti pada partikel fase G dan bergerak sepanjang batas butir dengan sedikit deformasi plastis. Penggetasannya tidak terlalu kentara: kekerasannya hanya sedikit meningkat (dari 160-180 HV menjadi 190-220 HV) sementara ketangguhan impaknya menurun drastis. Fase G biasanya diabaikan karena durasi penuaan yang lama (10,000+ jam) dan pasangan niobium-silikon tertentu.

Hubungan Terkuantifikasi Antara Fraksi Volume G-Fasa dan Energi Dampak Charpy

Proses penggetasan 347 tubing (0,45% Nb, 0,50% Si, 0,08% C) berumur 600Â derajat hingga 25.000 jam ditentukan oleh kuantifikasi fase G-dengan SEM/EDS dan pengujian impak Charpy V-takik pada 25Â derajat.

Waktu Penuaan pada 600 derajat (jam) G-Faksi Volume Fraksi (%)G-Ukuran Partikel Fase (nm) Lokasi Curah Hujan Energi Dampak Charpy pada 25 derajat (J) Tampilan Rekahan yang Direkomendasikan untuk Penanganan Pasca-Servis (Pembongkaran, Pengangkutan)
0 (anil) 0 N/A Tidak ada 200-240 Ulet (100% geser) Ya 5,000 0.05<20 Intragranular (sparse) 190-220 DuctileYes 10,000 0.05-0.10 20-40 Grain boundaries (few) 160-190 DuctileYes 12,000 0.10-0.20 30-50 Grain boundaries (scattered) 130-160Mixed (some cleavage) Yes 14,000 0.20-0.35 40-60 Partial grain borders 100-130 Mixed Acceptable 16,000 0.35-0.50 50-70 Near-continuous grain boundaries 80-100 Mixed-brittle Marginal 18,000 0.50-0.70 60-80 Continuous grain boundaries 60-80 Brittle (cleavage)Not recommended 20,000 0.70-1.00 70-10045-65 Brittle continuous netNo (high risk when handled)
22,000 1.00-1.30 80-120 Kontinyu + intragranular 30-50 Sangat rapuh No 25,000 1.30-1.70 100-150 Luas, terkonsolidasi 20-35 Sangat rapuh Tidak
Pengaruh Silikon dan Niobium pada Pengendapan Fase G{0}}

Fase G-membutuhkan niobium dan silikon. Lebih sedikit silikon dan lebih sedikit niobium memperlambat pengendapan fase G-.

Silicon (wt%) Niobium (wt%) Time to 0.7% G-Phase at 600°C (h) Charpy Impact after 20,000h at 600°C (J)Recommended for 20,000h Service with Post Service Handling 0.20 0.40 >25,000 120-160 Ya 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 Dapat diterima (monitor) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 Tidak direkomendasikan 0.65 0.50 8,000-12,000 35-55 Tidak 0.80 0.55 6,000-10,000 25-40 Tidak Ada Rekomendasi Praktis untuk 347 Selubung Pemanas pada suhu 600 derajat dengan Layanan Pos Penanganan

Batasan fase G-dan parameter material berikut memberikan ketangguhan yang sesuai untuk mencegah retak saat penanganan 347 pemanas terbungkus yang akan dilepas, dibongkar, diangkut atau dibuang setelah 20.000 jam pada suhu 600 derajat .

Aktivitas Pasca Servis Diinginkan Dampak Charpy Minimum untuk Penanganan yang Aman (J) Fase G-Maksimal yang Diizinkan (%) Maks. Silikon (berat%)Niobium maksimum (berat%}Batas Masa Pakai yang Direkomendasikan (jam)
Removal and disposal (no impact loading) >30 1.3 0.50 0.45 25000
Removal with crane lifting >50 0.9 0.45 0.45 18000
Dismantling (cutting, welding) >70 0,6 0,40 0,40 15 000
Re-use or Refurbishment >100 0.3 0.35 0.40 12,000
Critical handling (people nearby) >120 0.2 0.30 0.40 10 000
G-Konfirmasi Penggetasan Fase

Three approaches are used to evaluate G-phase embrittlement for heaters retired after long-term service at 600°C. The first is Charpy impact testing on a deleted sample (if available). Acceptance: >50 J untuk penanganan yang aman Yang kedua adalah pengujian kekerasan: fase G-meningkatkan kekerasan dari 160-180 HV menjadi 190-220 HV (sedang). Ketiga adalah investigasi metalografi (SEM/EDS) untuk mendeteksi fase G-(partikel terang dan kotak-kotak pada batas butir dengan komposisi Ni-Nb-Si). Uji lapangan yang sederhana adalah dengan membengkokkan kupon kecil. Jika pecah ketika dibengkokkan 90 derajat pada radius 10 mm, maka terjadi penggetasan yang serius.

Kesimpulan: Gunakan Si Rendah + Nb Rendah untuk Menghindari Penggetasan Fase G-Selama Penanganan Pasca-Layanan

For 347 stainless steel heater sheaths after 20,000 h at 600°C, G-phase (Ni16Nb6Si7) precipitation at volume fractions as low as 0.7-1.0% decreases room temperature Charpy impact energy from >200 J hingga 45-65 J (rapuh) menghasilkan bahaya retak yang tinggi selama pembongkaran pasca servis, pengangkatan derek, atau transit. 347 selubung yang ditentukan harus disertakan<0.35% silicon and <0.40% niobium to reduce G-phase to <0.5% after 20,000 hours for the recommended 20,000 hour service at 600°C with expected post-service handling. For service beyond 15,000-18,000 hours, it is recommended to upgrade to 310 stainless steel (which does not create G-phase) or Inconnel 600. The current system allows the buyers to define 347 chemical limits to avoid brittle failure during retirement and handling of long-service heater sheaths, by correlating G-phase volume fraction after 20,000 hours at 600°C to Charpy impact energy reduction.