Com funciona l'espaiat mitjà del carbur del límit del gra després del tractament tèrmic de sensibilització del tub de la funda de l'escalfador 316 Controla la taxa de corrosió intergranular a la prova pràctica E ASTM A262

Paràmetre microestructural per a la gravetat de la sensibilització

Per als tubs de calefacció elèctrics amb coberta d'acer inoxidable 316 que han estat exposats a temperatures d'interval de sensibilització (450-850 graus) en alguna etapa de fabricació o servei, la gravetat de la susceptibilitat a la corrosió intergranular (IGC) no és una funció simple de la presència o absència de carburs de límit de gra. El paràmetre microestructural clau és l'espaiat mitjà de les partícules de carbur de crom als límits-de gra. Quan les partícules de carbur estan prou a prop entre elles (espai inferior a aproximadament 0,5-1,0 µm), les zones esgotades de crom al voltant de les partícules adjacents se superposen per formar un camí continu de baix crom que s'ataca ràpidament en àcids oxidants (ASTM A262 Practice E, la prova de coure-sulfàcid de coure-sulfúric). Si les partícules de carbur s'estenen àmpliament (espai > 1-2 m), les zones d'esgotament no es superposen i els límits de gra són resistents a l'atac intergranular. Aquest article quantifica el vincle entre l'espai mitjà de carbur, el grau de sensibilització i la taxa d'IGC a la prova convencional de pràctica E de 24 h.

Mecanisme de superposició de zones esgotades

La precipitació de carbur de crom als límits de gra de l'acer inoxidable 316 produeix una zona d'esgotament de crom de ~50-200 nm a cada costat de la partícula. En funció de la temperatura i el temps de la precipitació, s'estudia el grau d'esgotament del crom (sovint un 8-12% de concentració mínima de crom en comparació amb el 17-19%). La corrosió intergranular és crítica si la distància entre dos carburs veïns és menor que la suma de les amplades de les dues zones d'esgotament veïnes. En aquesta circumstància, les zones d'esgotament se superposen i es forma un rastre continu de material de baix-crom al llarg del límit del gra. A la solució d'ebullició selectiva de coure, sulfat de coure i àcid sulfúric (Pràctica E), les zones esgotades se superposen i es corroeixen ràpidament, provocant la caiguda del gra i la fallada final de la mostra en la flexió. Per a espais de carbur superiors al voltant d'1-2 μm, les zones esgotades estan aïllades i no hi ha una ruta contínua de baix crom.

Enllaç quantificat entre l'espaiat de carbur i els resultats de la pràctica E

Els següents llindars s'han establert mitjançant la sensibilització controlada de tubs 316 (paret d'1,5 mm, 0,06% C) a 650 graus (la temperatura de precipitació de carbur més ràpida) durant diversos períodes de temps i la posterior mesura de l'espai mitjà de carbur mitjançant microscòpia electrònica de transmissió i proves ASTM A262 Practice E.

Temps de sensibilització a 650 graus (h) Límit de gra Espai mitjà de carbur (µm) Fracció de superposició de la zona esgotada estimada (%) Pràctica E Resultat (24-h d'ebullició Cu-CuSO4-H2SO4) Profunditat d'atac intergranular, µm Recomanat per al servei en oxidació d'àcids
0 (recuit, sense carburs N/A Passat (sense fractures a la corba)<5 Yes 0.1 5-10 0% Pass <10 Yes 0.5 2-4 0-20% Pass (slight etching) 10-20 Acceptable
1 1-2 20-50% Marginal (esquerdes a la corba) 20-40No recomanat
2 0.8-1.2 50-80% Falla (esquerdes greus) 80-150 Sense falla (esquerdes clares) 40-80 No 5 0.4-0.8 80-100%
10 0.2-0.5 100% (continuous) Fail (grain dropping) 150-250 No 24 0.1-0.3 100% (continuous) Fail (severe grain dropping) >250 núm
Efecte del contingut de carboni sobre l'espai crític de carbur

La quantitat de carboni en 316 determina el carbur total que pot precipitar i, per tant, l'espai de carbur més baix que es pot aconseguir per a un procés de sensibilització particular.

Carbon Content (wt%) Minimum Carbide Spacing after Complete Sensitisation (µm) Practice E Result at Minimum SpacingMaximum Allowable Service Temperature To Avoid Sensitisation >0,020 (baix)2-3 Aprovat 450 graus 0,020-0,030 (316L) 1,5-2,5 Aprovat (marginal) 425 graus 0.030-0.040 1.0-1.8 Marginal 400 graus 0.040-0.050 0.8-1.2 Suspensió 375 graus 0.050-0.060 0.5-0.8 Suspensió estàndard 350860 0.600. 0,3-0,6 Falla 325 graus
Evitar pràcticament la sensibilització en la fabricació d'escalfadors

Per evitar l'espaiat de carbur per sota del límit essencial d'1-2 µm en 316 escalfadors encapsulats que es soldaran o poden estar exposats a temperatures de sensibilització en servei, es recomanen els criteris següents:

Condició de producció o servei Exposició a la temperatura màxima ( graus ) Temps màxim a la temperatura Contingut de carboni suggerit Requisit de la prova posterior a l'exposició
Soldadura (passada única, sense farciment) refredament ràpid, màxim 1.200-1.400 segons (HAZ es refreda ràpidament) Qualsevol (HAZ si no està sensibilitzat) Cap per a paret prima (<2mm)
Soldadura (secció gruixuda, multi-pass) 450-850 (total) 316L Min. (C<0.03%)Practice E Weld coupon
Tractament tèrmic post-soldadura (alleujament de l'estrès) 400-450 graus 1-2 hores 316L (tots) Cap (per sota del límit de detecció)
Service temperature excursion 450-550°C >10 hores acumulades 316L necessàries Pràctica E després de 5 anys
Soldadura o soldadura 500-700 graus Minuts a hores 316L o estabilitzada (321/347) Necessita pràctica E
ASTM A262 Practice E Test de qualitat per a l'acceptació

Les proves ASTM A262 Practice E ofereixen una garantia final de la resistència a l'IGC per als compradors que especifiquen 316 beines que es podrien sensibilitzar durant la fabricació. El procediment de prova inclourà:

bullint durant 24 h en una solució d'àcid sulfúric de -sulfat de coure- (ASTM A262, procediment E)

La mostra es doblega 180 graus sobre un mandril de diàmetre igual al gruix de la mostra

Visualització de les fissures de la superfície doblegada amb un augment de 10x

Criteris d'acceptació: Si no s'observen esquerdes després de la flexió, és una "passa" (no sensibilitzada). Es registra un "falla" (sensibilitzat) si es veuen esquerdes (de qualsevol longitud). La prova és sensible a espais de carbur < ~ 1-2 μm.

Identificació de camp d'IGCs induïts per sensibilització

En un escalfador 316 que falla en el servei d'àcid oxidant (per exemple, àcid nítric, solucions de decapat) o en entorns de clorur amb un component oxidant, la corrosió intergranular de la sensibilització es manifesta com una xarxa d'esquerdes al llarg dels límits de gra que es poden veure amb un augment baix (50{4}}100 ×) en una secció creuada polida i gravada. Les fissures poden tenir un patró "esquelet", que indica els grans d'austenita anteriors. La sensibilització es confirmarà per ASTM A262 Practice E en una mostra presa de l'escalfador fallit. L'espaiat determinat metal·logràficament mitjançant microscòpia electrònica d'escaneig serà inferior a 0,5-1,0 µm. La resposta a aquests errors és utilitzar 316L o requerir un recuit de solució posterior a la soldadura.

Conclusió: Control de l'especificació de l'espaiat de carbur per sensibilització

La taxa de corrosió intergranular basada en ASTM A262 Practice E per als escalfadors amb revestiment d'acer inoxidable 316 es basa en l'espai mitjà de carbur del límit del gra després de les temperatures de sensibilització. Quan l'espai de carbur és inferior a 1-2 µm, les zones-esgotades de crom se superposen entre si, formant una ruta contínua de baix contingut de crom que es corroeix ràpidament i no supera la prova pràctica E. Per a aplicacions on les temperatures de soldadura o de servei es troben en el rang de 450-850 graus, els enginyers que especifiquen 316 beines han de proporcionar 316L (carboni).<0.03%) to ensure that the carbide spacing will be above the critical threshold. After minimum sensitisation (1-2 hours at 650°C) carbide spacing for standard 316 (0.06-0.08% C) is less than 1 µm which results in sensitisation and IGC susceptibility. The framework offered herein, which correlates the average carbide spacing with quantitative Practice E results, allows purchasers to define combinations of material and heat treatment that will not allow overlapping depletion zones, and will retain intergranular corrosion resistance.