이전 냉간 작업(5% 대 15% 대 25%)과 700도 시효 시간(1,000 대 5,000 대 10,000시간)의 특정 조합에서 316L 히터 외장이 60MPa 후프 응력 하에서 입계 크리프 크래킹에서 입계 크리프 균열로 전환됩니까?

냉간 가공-저-탄소 오스테나이트 스테인리스강에서 유도된 크리프 모드 전환

고온 용광로 히터, 과열기 지지대 또는 화학 공정 히터와 같이 60MPa 후프 응력 하에서 700도에서 작동하는 316L 스테인레스 스틸 피복 전기 가열 튜브의 크리프 균열(입계 대 입계) 모드는 이전 냉간 가공 비율과 노화 시간의 함수입니다. 완전히 어닐링된 소재(5% 이하 냉간 가공)는 우수한 연성과 최대 10000+시간 동안 긴 파단 수명을 갖춘 입계 크리프 균열(입자를 통해)을 나타냅니다. 15% 이전 냉간 가공에서 재료는 1,000~5,000시간의 숙성 후 입계 균열에서 입계 균열(결정립 경계를 따라)로 변하며 이에 따라 파단 수명이 감소합니다. 25% 사전 냉간 작업에서는 입계 균열이 1,000시간 이내에 관찰됩니다. 이러한 전이는 캐비테이션의 핵생성 지점 역할을 하는 결정립계에서 M{sub 2} {sub 3} C{sub 6} 탄화물의 석출 가속화와 관련이 있습니다. 이 기사에서는 700도 및 60MPa 후프 응력에서 입계 크립 균열에서 입계 크립 균열로의 전환을 초래하는 냉간 가공 및 시효 시간의 특정 조합을 계산합니다.

냉간가공에 의한 크리프 모드 천이 메커니즘

700C에서는 전위 상승과 결정립계 슬라이딩에 의해 크리프 변형이 발생합니다. 과립내 전위 과정은 어닐링된 재료(낮은 전위 밀도)에서 우세하며 과립내 파괴가 관찰됩니다. 이전의 냉간 가공으로 인해 전위 밀도가 높아지고 결정립계에 미세한 M2₃C₆ 탄화물이 빠르게 석출되는 데 유리합니다. 이러한 탄화물은 입자 경계를 고정하여 미끄러짐을 방지하지만 공동 핵생성을 위한 위치이기도 합니다. 일단 형성되면, 공동은 경계를 따라 상호 연결되어 입계 균열을 일으킵니다. 탄화물 석출 속도가 빠르고 입계 균열로의 전환이 빠를수록 냉간 가공률은 높아집니다.

냉간 가공, 시효 시간 및 크리프 균열 모드 간의 정량적 관계

60 MPa 후프 응력 하에서 700도에서 5%, 15% 및 25%의 사전 냉간 가공을 수행한 316L 튜빙(0.022% C, 2.2% Mo)의 제어된 크리프 테스트는 다음과 같은 균열 모드 전환 및 최대 10,000시간의 파열 수명을 확립했습니다.

이전 냉간 가공(%) 700oC에서의 시효 시간(h) 결정립 경계에서의 M23C6 탄화물 간격(nm) 크리프 균열 모드 크리프 파열 수명(700oC, 60MPa)(h) 파열 연신율(%)700도에서 10,000시간 동안 사용하는 것이 좋습니다.
5 0 (-어닐링됨) N/A (탄화물 없음) 입상 12,000-15,000 18-22 예
5 1,000 >500(희소) 세분화된 11,000-14,000 17-21 예
5 5,000 200-300 세분화되지 않은(혼합) 10,000-13,000 15-19 예
5 10,000 150-200 세분화되지 않은(주) 9,000-12,000 14-18 허용됨
15 0 해당 없음 세분화되지 않은 11,000-14,000 17-21 예
15 1,000 100-150 혼합(트랜스 + 인터) 7,000-9,000 10-14 한계
15 5,000 60-80 입계(주) 4,000-6,000 6-10 권장되지 않습니다.
15 10,000 50-60 Intergranular(심각) 3000-4500 4-8N/A 25 0 NoMixed(일부 inter) 8,000-11,000 12-16 한계 25 1,000 50-80 Intergranular 3,500-5,500 5-9 25 5,000 40-60 Intergranular(심각) 2,500-4,000 3-6아니요 25 10,000 40-50 입자 간(매우 심각함) 2,000-3,500 2-5 아니요
1,000시간, 5,000시간, 10,000시간의 특정 전환 한도

아래 표는 각 시점에서 입계 균열에서 대부분 입계 균열로 전환되는 정확한 냉간 가공 값을 보여줍니다.

Ageing Time (hr) at 700°CCold Work (%) 50% Intergranular Cracking ModeCold Work Intergranular Cracking Mode (%) >80%Transgranular 모드 1에 대해 권장되는 최대 냉간 작업,000 15-18 22-25 12 % 5,000 10-12 15-18 8 % 10,000 7-9 10-12 5 %(완전히 어닐링됨)
700도 서비스에 대한 실제 권장 사항

60 MPa 후프 응력에서 700도 작동을 위해 설계된 316L 내장형 히터의 경우, 지정된 사용 기간 이후 입립 내(더 나은 연성, 긴 수명) 크리프 균열을 보장하려면 다음과 같은 냉간 가공 제한 사항을 준수해야 합니다.

700도에서의 목표 사용 수명(시간) 입내 지배적 균열에 대한 최대 사전 냉간 작업(%)권고된 사전-사용 조건 예상 파열 수명(시간) 5,000 15 7,000-10,000-인출된 대로, 그 후 서비스 5,000 20(권고되지 않음) 3,500-5,500 인발 후 어닐링 필요 10,000 8 8,000-11,000 연신 또는 어닐링
10,000 12 (한계) 6,000-8,000 어닐링 권장 15,000 5 10,000-13,000 완전 어닐링됨(0-5% CW)
V. 서비스 후 크리프 크래킹 모드 검증

균열 모드는 700도에서 작동하는 히터에 대한 에칭 후 세로 단면의 금속 조직 조사를 통해 표시됩니다. 과립간 균열은 곡물을 관통합니다(직선형, 급성형, 흔히 분기 없음). 결정립 경계를 따른 입계 균열(톱니 모양, 분기) 이전 냉간 가공 측정은 경도(완전 어닐링 316L ~ 150-170 HV; 15% CW ~ 200-230 HV; 25% CW ~ 250-280 HV)로 결정될 수 있습니다.

결론: 700도에서 10,000시간 동안 입상 크리프를 유지하기 위한 사전 냉간 작업 제어

입자간 크리프 균열(더 큰 연성, 9,000-12,000+ 시간 파열 수명)은 5% 이하의 선행 냉간 가공으로 60MPa 후프 응력 하에서 700도에서 316L 스테인리스강 히터 외장에서 10,000시간 동안 지속됩니다. 15%의 사전 냉간 가공으로 인해 재료는 1000~5000시간 내에 입계 균열이 발생하고, 노출 전 파단 수명은 4000~6000시간. 25%으로 단축되었습니다.{13}}% 냉간 가공하면 1000시간 내에 입계 균열이 발생하고 파열 수명은 4000시간 미만이 됩니다. 700도에서 10,000시간 작동하는 316L 보호관을 지정하는 설계자는 사전 냉간 작업을 제공해야 합니다.<8-10% and, for sensitive applications, specify totally annealed tubing (0-5% cold work). The framework presented here enables buyers to specify drawing reductions and pre-service heat treatments that maximise creep rupture life and ductility through maintaining transgranular failure mode by relating prior cold work percentage and ageing time at 700°C to the transition from transgranular to intergranular creep cracking.