G-فیز (Ni₁₆Nb₆Si₇) 347 ہیٹر شیتھ میں 20,000 گھنٹوں کے بعد 600 ڈگری پر بارش کا حجم کس طرح سے کمرے کے درجہ حرارت کو کنٹرول کرتا ہے

پیچیدہ سلسائیڈ فیز اور نیوبیم-مستحکم سٹینلیس سٹیل کا اثر

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%، پوسٹ سروس ڈسمینٹل، ہینڈلنگ اور شپنگ کے دوران کریکنگ کا خطرہ۔ یہ مضمون 600 C پر 20,000 گھنٹے کے بعد Charpy اثر کی سختی اور G فیز والیوم فریکشن کے درمیان تعلق کو درست کرتا ہے۔

G-مرحلے کی حوصلہ افزائی کا طریقہ کار

G-فیز (Ni₁₆Nb₆Si₇) میں ~50-60% Ni، 20-25% Nb اور 10-15% Si وزن کے لحاظ سے شامل ہیں۔ یہ 550-650 ڈگری پر طویل عمر بڑھنے کے بعد اناج کی حدود میں تیز ہو جاتا ہے، بنیادی طور پر نیوبیم سٹیبلائزڈ سٹینلیس سٹیل (347، 348) میں۔ مرحلہ سخت (400-600 HV) اور ٹوٹنے والا ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت کے اثرات کی جانچ سے پتہ چلتا ہے کہ جی فیز کے ذرات میں کریکس نیوکلیئٹ ہوتے ہیں اور پلاسٹک کی چھوٹی خرابی کے ساتھ اناج کی حدود کے ساتھ سفر کرتے ہیں۔ شکنجہ لطیف ہے: سختی معمولی طور پر بہتر ہو سکتی ہے (160-180 HV سے 190-220 HV تک) جبکہ اثر کی سختی کافی حد تک کم ہو جاتی ہے۔ جی فیز کو عام طور پر نظر انداز کیا جاتا ہے کیونکہ بڑھاپے کے دورانیے (10،000+ گھنٹے) اور خاص طور پر نیوبیم-سلیکون کے جوڑے کی وجہ سے۔

G-فیز والیوم فریکشن اور چارپی امپیکٹ انرجی کے درمیان مقداری رشتہ

347 نلیاں (0.45% Nb, 0.50% Si, 0.08% C) کی عمر 600 ڈگری پر 25,000 گھنٹے تک کے لیے G-فیز کوانٹیفیکیشن SEM/EDS اور Charpy V-25 ڈگری پر نشان اثر کی جانچ کے ذریعے طے کی جاتی ہے۔

عمر بڑھنے کا وقت 600 ڈگری (گھنٹوں) پر G-فیز والیوم فریکشن (%)G-فیز پارٹیکل سائز (nm) 25 ڈگری (J) پر فریکچر کی ظاہری شکل پر بارش کا مقام
0 (اینیلڈ) 0 N/A کوئی نہیں 200-240 ڈکٹائل (100% شیئر) ہاں 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 مسلسل + انٹرا گرانولر 30-50 بہت ٹوٹنے والا نمبر 25،000 1.30-1.70 100-150 وسیع، مضبوط 20-35 انتہائی ٹوٹنے والا نمبر
G-فیز ورن پر سلیکون اور نیوبیم کا اثر

G-فیز کو نیبیم اور سلکان کی ضرورت ہوتی ہے۔ کم سلیکان اور کم نیبیم G-فیز کی بارش کو سست کر دیتے ہیں۔

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 ہاں 0.35 0.45 15,000-20،000 70-100 قابل قبول (مانیٹر) 0.50 0.45 10,000-15,000 45-65 تجویز کردہ نہیں 0.65 0.50 8,000-12،000 35-55 نہیں 0.80 0.55 6,000-10،{13} پریکٹیکلز نمبر 47} کے لیے پوسٹ سروس ہینڈلنگ کے ساتھ 600 ڈگری پر

مندرجہ ذیل G-مرحلے کی حدود اور مادی پیرامیٹرز مناسب سختی فراہم کرتے ہیں تاکہ 347 انکیسڈ ہیٹر کے لیے کریکنگ کو سنبھالنے سے روکا جا سکے جنہیں 20,000 گھنٹے کے بعد 600 ڈگری پر ہٹا دیا جائے گا، جدا کیا جائے گا، منتقل کیا جائے گا یا ضائع کیا جائے گا۔

پوسٹ سروس سرگرمی مطلوبہ کم سے کم چارپی اثر برائے محفوظ ہینڈلنگ (J) زیادہ سے زیادہ قابل اجازت G-فیز (%) زیادہ سے زیادہ۔ سلکان (wt%) زیادہ سے زیادہ Niobium (wt%} تجویز کردہ سروس لائف کی حد (گھنٹے)
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-فیز ایمبرٹلمنٹ کی تصدیق

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: >محفوظ ہینڈلنگ کے لیے 50 J دوسرا سختی کی جانچ ہے: G-مرحلہ سختی کو 160-180 HV سے 190-220 HV (اعتدال پسند) تک بڑھاتا ہے۔ تیسرا میٹالوگرافک انویسٹی گیشن (SEM/EDS) ہے G-فیز (Ni-Nb-Si کمپوزیشن کے ساتھ اناج کی حدود پر روشن، بلاکی ذرات) کا پتہ لگانے کے لیے۔ ایک سادہ فیلڈ ٹیسٹ ایک چھوٹے کوپن کو موڑنا ہے۔ اگر یہ 10 ملی میٹر کے دائرے میں 90 ڈگری جھکنے پر پھٹ جاتا ہے، تو جھنجھلاہٹ سنگین ہے۔

نتیجہ: G-پوسٹ کے دوران فیز ایمبرٹلمنٹ-سروس ہینڈلنگ سے بچنے کے لیے Low Si + Low Nb استعمال کریں

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 سے 45-65 J (برٹل) پوسٹ سروس کو ختم کرنے، کرین اٹھانے یا ٹرانزٹ کے دوران کریکنگ کا زیادہ خطرہ پیدا کرتا ہے۔ مخصوص 347 میانوں میں شامل ہونا ضروری ہے۔<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.