لمبے عرصے کے دوران 650 ڈگری پر Laves فیز (Fe₂Mo) کے حجم کا حصہ-316L ہیٹر شیتھ ٹیوبنگ کی ٹرم سروس کریپ رپچر ڈکٹیٹی کو کنٹرول کیسے کرتا ہے

مولیبڈینم کا اثر

For 316L stainless steel sheathed electric heating tubes operating at 650°C for long periods (5,000-20,000 hours)-such as in superheater supports, high temperature furnace heaters or petrochemical process heaters-the precipitation of Laves phase (Fe2Mo), an intermetallic compound rich in molybdenum and iron, causes a marked reduction in creep rupture ductility (measured as percent elongation at fracture) even prior to a marked reduction in creep rupture strength. The Laves phase precipitates at lower temperatures (550-700°C) with a maximum production rate at about 650°C, than sigma (σ) and chi (χ) phases which form at higher temperatures and impart significant embrittlement. Laves phase precipitates as tiny (50-200 nm) particles within grains and on grain borders. Low volume fractions (0.5-1.0%) can reduce creep rupture elongation from >20% (نرمانی) سے<5-10% (brittle) and hence increase the likelihood of rapid catastrophic failure with little preceding deformation (bulging or swelling). This article quantifies the association of Laves phase volume fraction, ageing period at 650°C and creep rupture ductility for 316L heater sheaths.

Laves فیز Ebrittlement کا طریقہ کار

Laves فیز (Fe2Mo) ایک ہیکساگونل کلوز-پیکڈ (HCP) ڈھانچہ ہے، جو مولیبڈینم (Mo 35-45%) اور سلیکون (Si 3-5%) سے بھرپور ہے، یہ 550-700 ڈگری پر طویل عرصے کے لیے سپر سیچوریٹڈ آسٹنائٹ میٹرکس سے نکلتا ہے۔ اہم حجم کے حصوں کو حاصل کرنے کے لیے 650C پر 1,000-2,000 گھنٹے کے ساتھ چی فیز کے مقابلے میں ورن کی حرکیات سست ہیں۔ مرحلہ سخت اور ٹوٹنے والا ہوتا ہے اور اس طرح کے مراحل کی موجودگی فریکچر کے آسان راستوں کی طرف لے جاتی ہے، خاص طور پر جب وہ اناج کی حدود کو مزین کرتے ہیں۔ چی اور سگما مراحل کے برعکس، جس میں طاقت میں بھی کمی آتی ہے، لاویس فیز بنیادی طور پر مواد کو گلا دیتا ہے اور پھٹنے سے پہلے پلاسٹک کی شکل کو خراب کرنے کی صلاحیت کو کم کرتا ہے۔ یہ خاص طور پر ہیٹر میانوں میں نقصان دہ ہے کیونکہ ناکامی کی روایتی علامت رینگنے کی وجہ سے سوجن (قطر میں اضافہ) ہے۔ Laves مرحلے میں embrittlement میں، پھٹنا بغیر کسی واضح سابقہ ​​خرابی کے تیزی سے ہو سکتا ہے۔

لیوس فیز والیوم فریکشن اور 650 ڈگری پر پھٹنے کی لچک کے درمیان مقداری ارتباط

20,000 گھنٹے تک 650 ڈگری پر 316L نلیاں (2.2 wt% Mo, 0.02 wt% C, 0.08 wt% N) کی کنٹرول شدہ عمر بڑھنے سے، اس کے بعد 650 ڈگری اور 80 MPa پر کریپ رچر ٹیسٹنگ نے درج ذیل لیوین ڈکٹ کے نقصان اور لیوین ڈکٹ فیز کے نقصان کو ظاہر کیا ہے۔

عمر بڑھنے کا وقت (گھنٹہ) 650 ڈگری لاویس فیز والیوم فریکشن (%) لیوس فیز پارٹیکل سائز (nm) 650 ڈگری پر بارش کی جگہ کریپ رپچر ایلوگنیشن (%) ٹوٹنے کا موڈ سروس کے لیے تجویز کیا جاتا ہے جس میں نرمی کی ضرورت ہوتی ہے (ناکامی سے پہلے ہائی وارننگ)
0 (اینیلڈ) 0 N/A کوئی نہیں 20-30 ڈکٹائل (ٹرانسگرانولر) ہاں 1,000<0.1 <50 Intragranular (sparse) 18-25 Ductile Yes 2,000 0.1-0.3 50-80 Intragranular + some grain boundaries 15-22 Mixed (ductile + some intergranular) Yes 3,000 0.3-0.6 80-120 Grain boundaries (partial coverage) 12-18 Mixed Acceptable 5,000 0.6-1.0 120-150 Grain boundaries (near-continuous) 8-12 Mixed-brittle Marginal 7,000 1.0-1.5 150-180 Continuous grain boundary network 5-8 Brittle (intergranular) Not Recommended 10,000 1.5-2.0 180-220 Continuous + Intragranular 3-6 BrittleNo 12,000 2.0-2.5 200-250 Extensive, coalesced 2-4 Very brittle No 15,000 2.5-3.0 220-300 Widespread 1-3 Extremely brittle No 20,000 >3.0 >250 وسیع<2 Extremely brittle No 
مولیبڈینم کے مواد کا اثر لاویس بارش کے حرکیات پر

Laves مرحلے کی بارش کی شرح molybdenum کے ارتکاز کے متناسب ہے۔ لوئر Mo (2.0–2.2%) لاویس کی خرابی کے خلاف مزاحمت کے لیے اچھا ہے۔

Molybdenum Content (wt%) وقت 1.0% Laves to 650 ڈگری (گھنٹوں) 10,000 گھنٹے کے بعد 650 ڈگری پر کریپ رپچر ایلوگنیشن (%) 10,000h لائف اسٹیل ٹمپریچر رینج ٹمپریچر رینج رینج ٹمپریچر {1}2} کے لیے تجویز کردہ زیادہ سے زیادہ سروس ٹمپریچر۔ ڈگری 2.2 (316L قسم

For 316L heater sheaths working at 650°C, the following service duration restrictions and material criteria are applicable to preserve ductile failure mode (elongation >10-15%).

Required service life at 650 °C [hours]Maximum Permissible Laves Phase ( % )Required Minimum Creep Elongation %Recommended Max Mo Content (wt%) Inspection/Replacement Strategy2,0000.3>15 2.3None5,0000.8>10 2.2Annual diameter measurement7,5001.2>7 2.1Semi-annual diameter + hardness check10,0001.5>5 (brittle risk) 2.0Replace at 8,000-9,000h or upgrade alloy>10,000>1.5<5 <2.0Upgrade to 347 or 310
Laves مرحلے کی توثیق اور ڈکٹلٹی میں کمی

Three techniques are used to evaluate the embrittlement of Laves phase of 600-700°C operated heaters. 1. Hardness testing: The creation of Laves phase increases the hardness from 160-180 HV to 200-250 HV. The second is field metallography (replica) with selective etching (e.g. electrolytic in 10% oxalic acid displays Laves phase as small white particles). The third is a simple creep or tensile test on a detached sample; a decrease in elongation from >20٪ سے<10% suggests embrittlement. The certain technique is to directly identify the Laves phase (Fe₂Mo) using transmission electron microscopy (TEM) or scanning electron microscopy (SEM) with EDS.

نتیجہ: Laves کی خرابی کو روکنے کے لیے، Mo مواد اور سروس کی شرائط کے لیے حدود فراہم کریں۔

316L سٹینلیس سٹیل کے ہیٹر شیتھ کے لیے 650 ڈگری لیویس فیز (Fe2Mo) پر کام کرنے والے 2,000-6,000 گھنٹے کے بعد تیز ہو جاتے ہیں اور 5,000-10,000 گھنٹے کے بعد 0.6-1.5% کے حجم کے حصوں تک پہنچ جاتے ہیں۔ ان سطحوں پر کریپ پھٹنے کی لچک 20% سے کم ہو کر 5-8% ہو جاتی ہے۔ اس کے نتیجے میں ڈکٹائل کی ناکامی (مرئی سوجن کی وارننگ) کی بجائے ٹوٹنے والی ناکامی (بغیر پہلے کے اچانک ٹوٹ جانا) ہوتا ہے۔ 316L میانوں کی خدمت زندگی تک محدود ہے۔<10,000 hours for 650°C duty when molybdenum is limited to 2.0-2.2% (the low end of the specification). For service >650 ڈگری پر 10,000 h، 347 پر اپ گریڈ کرنے پر غور کریں (نیوبیم مستحکم ہے اور لیویس فیز نہیں بناتا) یا 310 سٹینلیس سٹیل۔ یہاں دیا گیا فریم ورک Laves فیز والیوم فریکشن کو 650 ڈگری پر کریپچر ڈکٹلٹی میں کمی سے متعلق ہے اور صارفین کو میٹریل کیمسٹری اور زیادہ سے زیادہ سروس کے دورانیے کی وضاحت کرنے کی اجازت دیتا ہے جو طویل مدتی ہائی ٹمپریچر ہیٹر سروس میں ٹوٹنے والی ناکامی کو روکے گا۔