Com controla el percentatge de reducció de l'estirat en fred del tub de la funda de l'escalfador de 316L la formació de martensita induïda per la tensió-i el seu efecte posterior sobre la permeabilitat magnètica i la resistència a la fragilitat de l'hidrogen

Transformació de fase induïda per deformació: una espasa de doble-tall

El mètode més comú per obtenir unes dimensions de diàmetre exterior i un acabat superficial precisos per als tubs de calefacció elèctrics amb coberta d'acer inoxidable 316L produïts per estirat en fred és la reducció en percentatge, que controla directament la fracció de volum de la martensita induïda per tensió-('-martensita) generada durant la deformació. 316L té un contingut de carboni inferior<0.03%) than ordinary 316 making it more austenitically stable at room temperature and needing greater cold work levels to generate martensite. The martensite volume fraction that can be determined by magnetic permeability (μr) affects two important but conflicting service properties: magnetic permeability (important for applications that require non-magnetic sheaths such as MRI rooms or sensitive electronic equipment) and hydrogen embrittlement resistance (critical for cathodically protected systems or sour service). When the reduction percentage is below 20% the 316L stays practically entirely austenitic (μr <1.01, martensite <2%), giving excellent non-magnetic properties but with a lower yield strength. Martensite is formed gradually (μr =1.01-1.10, martensite 2-15%) with a 20-40% reduction, with an increase in yield strength but a decrease in resistance to hydrogen embrittlement. For reductions more than 40%, the martensite content is higher than 15-20% (μr >1.10) que provoca una alta resposta magnètica i una sensibilitat considerable a la fragilitat de l'hidrogen. Aquest article avalua la correlació entre la reducció d'estirament en fred, la fracció de martensita, la permeabilitat magnètica i la resistència a la fragilitat de l'hidrogen per a les beines de l'escalfador 316L.

El mecanisme de la formació de martensita induïda per soca en 316L

L'austenític 316L és meta-estable pel que fa a la producció de martensita durant la deformació plàstica. $\\gamma$ (FCC, paramagnètic) $\\to$ $\\epsilon$ (HCP, dèbilment magnètic) $\\to$ $\\alpha^\\prime$ (BCC, ferromagnètic). La fracció de volum de l'alfa'-martensita segueix una llei d'Olson-Cohen: Valpha'=1 - exp({-betaxepsilon_plastic^n) (10) on epsilon_plastic és la soca plàstica genuïna ( epsilon_plastic=ln(1/}(1{1} reducció) betax Factor depenent de la temperatura{27}} i n és d'aproximadament 2 per a 316L La temperatura a la qual es forma el 50% de la martensita amb un 30% de tensió real (Md30) per a 316L és d'aproximadament -30 graus a -50 graus, el que significa que a temperatura normal la formació de martensita es limita a 20-30% de transformació (austenita + martensita) o trifàsica (que conté ε) i posseeix qualitats intermèdies entre les dels acers inoxidables totalment austenítics i totalment martensítics.

Relacions quantificades entre reducció de fred, fracció de martensita i propietats a 25 graus

El dibuix en fred controlat de tubs de 316L (inici OD 12 mm, paret 1,5 mm, totalment recuit a 1050 graus) s'utilitza per demostrar les connexions entre la fracció de martensita (difracció de raigs X-), la permeabilitat magnètica (ferritescopi) i els paràmetres mecànics.

Reducció d'estirat en fred (%) Deformació real (ε=ln(1/(1-R))) '-Fracció de volum de martensita (%) Permeabilitat magnètica (μr, 25 graus ) Límit de fluència (MPa, 0,2% de compensació) Elongació (%) Recomanat per a aplicacions no magnètiques<1.05 μr Recommended for Sour/Hydrogen Service
0 (recuit) 0.00 0 1.00-1.01 205 50 Sí Sí 5 0.05 0 1.00-1.01 240 45 Sí Sí 10 0.11 0 1.01-1.02 280 40 Sí Sí 15 0.16 0-1 1.02-1.03 320 35 Sí Sí 20 0.22 1-2 1.03-1.05 360 30 Marginal Acceptable 25 0.29 2-4 1.05-1.07 400 25 No Marginal 30 0.36 4-7 1.07-1.10 440 20 No No (fragilització H alta) 35 0.43 7-12 1.10-1.15 480 18 No No 40 0.51 12-18 1.15-1.25 520 15 No No 45 0.60 18-25 1.25-1.40 560 12 No No No 0.00 0 1.00-1.01 205 50 No No No 0.00 0 1.00-1.01 205 50
Efecte del contingut de martensita sobre la resistència a la fragilització de l'hidrogen

The susceptibility to hydrogen embrittlement (HE) of 316L heater sheaths in cathodically protected systems or sour service (H2S-containing) rises with martensite content because the BCC structure of martensite shows substantially higher hydrogen diffusivity and solubility than FCC austenite. The HE thresholds are given in the table below. α'-martensite fraction (%)Hydrogen Diffusivity at 25 oC (cm2/s, relative to austenite =1) Time to HE Cracking in NACE TM0177 Solution A at 25 oC 75% yield (hours)Maximum Permissible Cold Reduction for Sour Service (Recommended) 0 1X >720 (aprovat) Qualsevol (fos)
1-3 5-10× 500-720 (límit)<20% reduction
3-5 20-30× 200-500 (fail)Not permitted 5-10 50-80× 50-200 (fail)Not allowed >10 >100× <50 (severe) Not allowed
Permeabilitat magnètica necessària per a aplicacions no-magnètiques

Màxima permeabilitat magnètica (p. ex. μr<1.01 or <1.05) is specified for 316L sheaths for MRI rooms, or sensitive electronic equipment, or degaussing systems. Limits on cold decrease are as follows.

Aplicació Màxim μr permesa Màxima reducció de fred (%) Ruta de fabricació recomanada Fracció de martensita corresponent
Sala de ressonància magnètica (crítica) 1.01<10% 0% Fully annealed, + no cold work
Equips de feix d'electrons 1.02<15% 0-1%Light cold working + finish anneal
General no-magnètic 1.05<22% <2% Cold drawn + tension reliefing
Commercial (no specification) >1.05 (qualsevol) Qualsevol Qualsevol Qualsevol especificació pràctica per a la producció de beines d'escalfador 316L

Per als compradors que especifiquen tubs 316L per a diverses circumstàncies de servei, es recomanen els següents límits de reducció d'estirament en fred:

Condició de servei Reducció màxima d'estirat en fred (%) Tractament tèrmic final requerit Màx. μr Min HE Resistència
No-magnètic (MRI, electrònica) 10 Recuit complet després del dibuix 1,02 Bé
Industrial general (sense clorur, sense H2S) 30 Cap (segons -s'estira acceptable) 1,10 (qualsevol) No és necessari
Servei de clorur (<500 ppm, <80°C) 20 Stress relief 400°C, 1h 1.05 OK
Sour service (H2S >10 ppm) 15 Recuit de solució completa 1,03 Necessari (aprovat NACE)
Protegit catòdicament (marí) 15 Alleujament de l'estrès 450 graus, 2h 1,03 Acceptable
High strength (pressure vessels) 40 None >1.15 Pobre (no per a H2S)
Verificació de continguts i propietats de Martensite

Buyers who require specified restrictions have three verification options available. The first is a non-destructive measurement with a ferritescope, which gives μr values with a precision of ±0.005-0.01. The second is X-ray diffraction (XRD) coupled with Rietveld refinement for accurate measurement of α'. The final test is a simple magnetic attraction test: if a permanent magnet clings strongly to the sheath, then μr >1.10 (no apte per a aplicacions no-magnètiques). Per a la resistència HE, el requisit d'aprovació és que no hi hagi esquerdes a la prova NACE TM0177 (720 h, 25 graus, solució A amb H₂S).

Conclusions: establiment de límits de reducció del fred per al 316L en funció dels requisits del servei

Per al tub de la funda de l'escalfador d'acer inoxidable 316L, el percentatge de disminució de l'estirat en fred és el factor de control directe de la formació de martensita induïda per tensió-, que determina la permeabilitat magnètica i la resistència a la fragilitat de l'hidrogen. Per a aplicacions no-magnètiques (μr<1.01-1.05) cold reduction must be minimised to <10-15% with a final anneal. For HE resistant sour or cathodically protected service, cold decrease must be limited to < 15-20% with stress relief or full anneal. For general industrial service where neither attribute is critical reductions of 30-40% are tolerable. Engineers designing 316L sheaths have to define maximum magnetic permeability or minimum HE resistance criteria dependent on the environment of operation. The framework presented here correlates the cold reduction percentage to the martensite volume fraction and its two critical consequences-magnetic response and hydrogen embrittlement susceptibility, and enables buyers to choose the best drawing reduction and post-drawing heat treatment for their particular application.