Com controla la fracció de volum de la precipitació de la fase G-(Ni₁₆Nb₆Si₇) a la funda de l'escalfador 347 després de 20.000 hores a 600 graus l'energia d'impacte de Charpy a la temperatura ambient per al desmantellament i el transport posterior al servei-

La fase complexa de siliciur i l'efecte esgarrifós del niobi-acer inoxidable estabilitzat

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%, que suposa un risc d'esquerdes durant el desmuntatge, la manipulació i l'enviament posterior al servei. Aquest article quantifica el vincle entre la resistència a l'impacte de Charpy i la fracció de volum de la fase G després de 20.000 hores a 600 C.

El mecanisme de la fragilitat induïda per la fase G-

La fase G-(Ni₁₆Nb₆Si₇) inclou ~50-60% Ni, 20-25% Nb i 10-15% Si en pes. Precipita als límits del gra després d'un llarg envelliment a 550-650 graus, principalment en acers inoxidables estabilitzats amb niobi (347, 348). La fase és dura (400-600 HV) i trencadissa. Les proves d'impacte a temperatura ambient mostren que les esquerdes es nucleen a les partícules de la fase G i viatgen al llarg dels límits de gra amb poca deformació plàstica. La fragilitat és subtil: la duresa pot millorar lleugerament (de 160-180 HV a 190-220 HV), mentre que la duresa a l'impacte es redueix considerablement. La fase G normalment no es té en compte a causa de l'allargada durada d'envelliment (10,000+ hores) i de particulars aparellaments niobi-silici.

Relació quantificada entre la fracció de volum de la fase G- i l'energia d'impacte Charpy

El procés de fragilització del tub 347 (0,45% Nb, 0,50% Si, 0,08% C) envellit a 600 graus durant un màxim de 25.000 hores es determina mitjançant la quantificació de la fase G amb SEM/EDS i proves d'impacte Charpy V-a 25°.

Temps d'envelliment a 600 graus (h) G-Fracció de volum de fase (%)G-Dimensió de partícula de fase (nm) Ubicació de la precipitació Energia d'impacte de Charpy a 25 graus (J) Aspecte de fractura Recomanat per a la manipulació posterior al-servei (desmantellament, transport)
0 (recuit) 0 N/A Cap 200-240 Dúctil (100% cisalla) Sí 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 Continu + intragranular 30-50 Molt fràgil No 25,000 1.30-1.70 100-150 Extens, consolidat 20-35 Extremadament fràgil No
Influència del silici i el niobi en la precipitació de la fase G-

La fase G-necessita niobi i silici. Menys silici i menys niobi frenen la precipitació en 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 Sí 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 Acceptable (monitor) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 No recomanat 0.65 0.50 8,000-12,{000 35-55 No {0.80 0.55 6,000-10,{13}}Recomanacions pràctiques addicionals a3477 600 graus amb post-servei de gestió

Les limitacions de la fase G- i els paràmetres del material següents proporcionen una duresa adequada per evitar l'esquerda a causa de la manipulació de 347 escalfadors encapsulats que s'eliminaran, es desmuntaran, es transportaran o es descartaran després de 20.000 hores a 600 graus .

Activitat posterior al servei desitjada. Impacte mínim de Charpy per a una manipulació segura (J) Fase G-màxim permesa (%) Màx. Silici (% pes) Niobi màxim (% pes} Límit de vida útil recomanat (h)
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-Confirmació de la fragilitat de la 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 per a una manipulació segura La segona és la prova de duresa: la fase G-augmenta la duresa de 160-180 HV a 190-220 HV (moderada). El tercer és la investigació metal·logràfica (SEM/EDS) per a la detecció de la fase G- (partícules brillants i en blocs als límits de gra amb composició de Ni-Nb-Si). Una prova de camp senzilla és doblegar un cupó petit. Si es divideix quan es doblega 90 graus en un radi de 10 mm, la fragilitat és greu.

Conclusió: utilitzeu Baix Si + Baix Nb per evitar la fragilització de la fase G-durant la gestió posterior-del servei

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 a 45-65 J (fràgil) que produeixen un alt perill d'esquerdes durant el desmuntatge posterior al servei, l'aixecament de la grua o el trànsit. Les 347 beines especificades han d'incloure<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.