¿Bajo qué combinación específica de tamaño de grano (ASTM 6 frente a 8,5) y porcentaje de ferrita delta (3% frente a 8%) se produce la transición de la vaina del calentador 347 de agrietamiento por fluencia transgranular a intergranular a 700 grados bajo tensión de aro de 50 MPa después de 10.000 horas?
Dejar un mensaje
Factor de transición microestructural para la selección del modo de falla por fluencia
Para tubos de calentamiento eléctrico con revestimiento de acero inoxidable 347 estabilizado con Nb-que funcionan a 700 grados bajo una tensión circular de 50 MPa durante 10 000 horas, como en tubos de hornos petroquímicos o calentadores de procesos de alta-temperatura, el modo dominante de craqueo por fluencia (transgranular versus intergranular) está controlado por la combinación del tamaño de grano de austenita anterior (número ASTM G, número más pequeño=granos más gruesos) y la fracción de volumen de ferrita delta. El material de grano fino con ferrita delta baja (3%) (ASTM 8,5, diámetro de grano ~18 µm) exhibe fisuración por fluencia transgranular (a través de granos), una vida de ruptura más larga (12 000-15 000 horas) y una mayor ductilidad. El material de grano grueso (ASTM 6, tamaño de grano ≈ 45 µm) con una cantidad significativa de ferrita delta (8%) exhibe grietas por fluencia intergranular (a lo largo de los límites de los granos) con una vida de ruptura más corta (6000-9000 horas) y ductilidad reducida. El cambio ocurre en una combinación crítica de tamaño de grano y contenido de ferrita. El estudio estima los parámetros microestructurales precisos que controlan el modo de falla por fluencia después de 10.000 horas a 700 grados bajo una tensión circular de 50 MPa.
Mecanismo de selección del modo de craqueo por fluencia
El agrietamiento por fluencia en 347 es causado por el deslizamiento de los límites de grano y la nucleación de la cavidad. Los granos finos (más límites por unidad de volumen) distribuyen el deslizamiento de manera más uniforme y reducen las concentraciones de tensión en los límites individuales. La ferrita delta en forma de largueros o redes proporciona rutas de fisura favorables. En tamaños de grano bajos (< 25µm, ASTM 8 or finer), the dense population of grain borders prohibits individual boundaries from generating enough strain for intergranular fracture; damage builds inside grains (transgranular). At coarse grain sizes (>35 µm, ASTM 6 o más grueso), el deslizamiento de los límites de grano se localiza en algunas zonas y la presencia de largueros de ferrita delta a lo largo de los bordes aumenta la tasa de desarrollo de la cavidad intergranular.
Cuantificar la correlación entre el tamaño de grano, la ferrita delta y el modo de fluencia
Modos de craqueo y vidas de ruptura para el tratamiento térmico controlado de tubos 347 (0,45 % Nb, 0,08 % C, 0,50 % Si) para proporcionar diferentes tamaños de grano y ajustes de ferrita delta según la temperatura de recocido de la solución. Prueba de fluencia a 700 grados, 50 MPa durante 10.000 horas.
Tamaño de grano ASTM (G) Diámetro de grano (μm) Fracción de volumen de ferrita delta (%) Morfología de ferrita Modo de agrietamiento por fluencia dominante Vida de ruptura por fluencia a 700 grados, 50 MPa (horas) Alargamiento de ruptura (%) después de 10000 h Recomendado para servicio de 10 000 h a 700 grados
8.5 18 2-3 Globular aisladoTransgranular 13.000-16,000 20-25 Sí (óptimo)
8.0 22 3-4 Globular + largueros cortos Transgranular (principalmente) 12 000-15,000 18-22 Sí 7.5 27 4-5 Mixto Mixto (trans + inter) 10 000-13,000 15-20 Aceptable
7.0 32 5-6 StringersMixed (intergranular dominante) 9.000-11,000 12-16 Marginal 6.5 38 6-7 Stringers interconectados Intergranular 7.500-9,500 8-12 No recomendado
6.0 45 7-8 Near-continuous network Intergranular (severe) 6,000-8,000 5-10No 5.5 52 8-9 Continuous network Intergranular 5,000-7,000 4-8 No 5.0 60 >9 Ferrita extensiva Intergranular (prematura) 4.000-6,000 3-6 No
Límites de transición específicos del servicio de 10,000 horas
La siguiente tabla muestra las permutaciones exactas de la transición transgranular a intergranular del modo de craqueo después de 10.000 h.
Tamaño de grano (ASTM) Ferrita delta crítica para transición de modo (%, 10 000 horas) Modo de falla en/por encima de ferrita crítica Ferrita máxima recomendada para tamaño de grano
9 (fino, 15 µm) 8-9% Intergranular por encima del 8% 7% 8,5 (18 µm) 6-7% Intergranular por encima del 6-7% 5%
8 (22 µm) 5-6% Intergranular > 5% 4% 7,5 (27 µm) 4-5% Intergranular > 4% 3%
7 (32 µm) 3-4% Intergranular más del 3% 2,5% 6,5 (38 µm) 2,5-3% Intergranular más del 2,5% 2%
2% 6 (45 µm) 1.5% Intergranular >2%
Recomendaciones prácticas para servicio a 700 grados con modo de falla transgranular (dúctil)
Para calentadores revestidos 347 con agrietamiento por fluencia transgranular (más ductilidad, mayor vida útil) después de 10,000 horas a 700 grados, tensión circular de 50 MPa, los siguientes requisitos microestructurales son relevantes.
Modo de falla por fluencia deseado Tamaño de grano ASTM objetivo Ferrita Delta objetivo (%) Tratamiento térmico requerido Vida de ruptura (horas esperadas)
Transgranular (mejor ductilidad) 8,5-9<3 Solution anneal 1,040°C + high Ni (10.5%) 15,000-18,000
Transgranular (aceptable) 8-8.5 3-4 Recocido en solución 1050 grados, química convencional 12 000-15 000
Mixto (bueno para diversas aplicaciones) 7.5-8 4-5 Recocido en solución 1060 grados 10 000-13 000
Intergranular (evitar)<7 >5 High temperature anneal (>1.080 grados)<9,000
Después de la-verificación del modo de avance lento del servicio
El modo de agrietamiento se indica mediante inspección metalográfica de una sección longitudinal grabada del calentador operado a 700 grados. Las fracturas transgranulares penetran a través de los granos (rectas, agudas, frecuentemente sin ramificaciones). Las grietas intergranulares (dentadas, ramificadas) se propagan a lo largo de los límites de los granos. Podemos medir el tamaño de grano anterior y el contenido de ferrita delta en la misma muestra.
Conclusión: optimización del tamaño de grano y la ferrita para fracturas por fluencia dúctil
Por ejemplo, el agrietamiento por fluencia de las vainas de calentadores de acero inoxidable 347 a 700 grados bajo una tensión circular de 50 MPa después de 10,000 horas cambia de transgranular (dúctil, vida más larga) a intergranular (frágil, vida más corta) cuando se alcanza una cierta combinación de tamaño de grano de austenita anterior y fracción de volumen de ferrita delta. El material de grano fino-(ASTM 8,5, 18 µm) puede tomar hasta un 6-7% de ferrita delta antes de comenzar a romperse intergranularmente. Para material de grano grueso (ASTM 6, 45 µm), se necesita ferrita delta por debajo del 2 % para evitar el agrietamiento intergranular. Para garantizar el agrietamiento transgranular, una mayor ductilidad y una vida útil más prolongada, para un servicio de 10 000 horas a 700 grados, se deben especificar vainas 347 con un tamaño de grano fino (ASTM 8-9) y ferrita delta baja (2-4%). El marco presentado aquí vincula el tamaño del grano y el porcentaje de ferrita delta con la transición entre los modos de craqueo por fluencia transgranular e intergranular, lo que permite a los compradores especificar el tratamiento térmico y la química para maximizar la vida de ruptura por fluencia y la ductilidad para un servicio de alta temperatura a largo plazo.
