In che modo la frazione di volume della precipitazione della fase G- (Ni₁₆Nb₆Si₇) nella guaina del riscaldatore 347 dopo 20.000 ore a 600 gradi controlla la temperatura ambiente Energia di impatto Charpy per lo smantellamento e il trasporto post-

La complessa fase silicicida e l'effetto infragilente dell'acciaio inossidabile stabilizzato al niobio-

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%, con rischio di rottura durante lo smantellamento, la movimentazione e la spedizione post-servizio. Questo articolo quantifica il legame tra la resilienza Charpy e la frazione volumetrica della fase G dopo 20.000 ore a 600 C.

Il meccanismo dell'infragilimento indotto dalla fase G-

La fase G- (Ni₁₆Nb₆Si₇) comprende circa 50-60% Ni, 20-25% Nb e 10-15% Si in peso. Precipita ai bordi del grano dopo un lungo invecchiamento a 550-650 gradi, principalmente negli acciai inossidabili stabilizzati con niobio (347, 348). La fase è dura (400-600 HV) e fragile. I test di impatto a temperatura ambiente mostrano che le crepe si nucleano nelle particelle della fase G e viaggiano lungo i bordi dei grani con poca deformazione plastica. L'infragilimento è lieve: la durezza può migliorare solo marginalmente (da 160-180 HV a 190-220 HV) mentre la resilienza si riduce notevolmente. La fase G viene comunemente ignorata a causa della durata prolungata dell'invecchiamento (10,000+ ore) e dei particolari accoppiamenti niobio-silicio.

Relazione quantificata tra la frazione del volume di fase G- e l'energia di impatto Charpy

Il processo di infragilimento di 347 tubi (0,45% Nb, 0,50% Si, 0,08% C) invecchiati a 600 gradi per un massimo di 25.000 ore è determinato mediante quantificazione della fase G- con SEM/EDS e test di impatto con intaglio Charpy V- a 25 gradi.

Tempo di invecchiamento a 600 gradi (ore) G-Frazione del volume di fase (%)G-Dimensione delle particelle di fase (nm) Posizione della precipitazione Energia di impatto Charpy a 25 gradi (J) Aspetto della frattura Consigliato per la gestione post-(smantellamento, trasporto)
0 (ricotto) 0 N/D Nessuno 200-240 Duttile (taglio al 100%) Sì 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 Continuo + intragranulare 30-50 Molto fragile No 25,000 1.30-1.70 100-150 Esteso, consolidato 20-35 Estremamente fragile No
Influenza del silicio e del niobio sulla precipitazione della fase G-

La fase G- necessita di niobio e silicio. Meno silicio e meno niobio rallentano la precipitazione della 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 Sì 0.35 0.45 15,000-20,000 70-100 Accettabile (monitor) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 Non consigliato 0.65 0.50 8,000-12,000 35-55 No 0.80 0.55 6,000-10,000 25-40 No Raccomandazioni pratiche per 347 Guaine riscaldanti a 600 gradi con servizio postale Manipolazione

Le seguenti limitazioni della fase G- e i parametri del materiale forniscono una robustezza adeguata per evitare rotture dovute alla manipolazione per 347 riscaldatori incassati che verranno rimossi, smontati, trasportati o scartati dopo 20.000 ore a 600 gradi.

Attività post-servizio desiderataImpatto Charpy minimo per una gestione sicura (J) Fase G-massima consentita (%) Max. Silicio (% in peso) Niobio massimo (% in peso) Limite di durata di servizio consigliato (ore)
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
Conferma dell'infragilimento della fase G-

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 una manipolazione sicura Il secondo è il test di durezza: la fase G- aumenta la durezza da 160-180 HV a 190-220 HV (moderato). La terza è l'indagine metallografica (SEM/EDS) per il rilevamento della fase G- (particelle luminose e a blocchi ai bordi dei grani con composizione Ni-Nb-Si). Un semplice test sul campo consiste nel piegare un piccolo coupon. Se si rompe quando viene piegato di 90 gradi su un raggio di 10 mm, l'infragilimento è grave.

Conclusione: utilizzare Basso Si + Basso Nb per evitare l'infragilimento della fase G-durante la gestione post-del servizio

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 >Da 200 J a 45-65 J (fragile) che produce un elevato pericolo di fessurazione durante lo smantellamento post-servizio, il sollevamento con gru o il trasporto. Le 347 guaine specificate devono includere<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.