Wie steuert die interkritische Glühtemperatur zwischen 750 Grad und 850 Grad die Ferrit-Austenitverteilung und die anschließende Lochfraßbeständigkeit von Duplex-ähnlichen Bereichen in sensibilisierten 316-Heizungsmantelrohren?

Mechanismus der Phasenumkehr zur Wiederherstellung der Korrosionsbeständigkeit.

Interkritisches Glühen bei 750–850 Grad sorgt für eine teilweise und manchmal nützliche Umkehrung der Korrosionsbeständigkeit ohne vollständiges Lösungsglühen für ummantelte elektrische Heizrohre aus Edelstahl 316, die während des Betriebs oder der Herstellung sensibilisiert werden und an den Korngrenzen kontinuierliche Netzwerke von Chromkarbiden aufweisen, was zu einer Anfälligkeit für interkristalline Korrosion führt. In diesem Temperaturbereich scheidet sich die Ferritphase aus der Austenitmatrix aus und die Ferritphase absorbiert vorzugsweise Kohlenstoff und Chrom aus dem benachbarten Austenit. Beim Abkühlen wandelt sich der Ferrit wieder in Austenit um und hinterlässt chromreichen Austenit und feinere, stärker verteilte Karbide. Der Grad der Wiederherstellung der Korrosionsbeständigkeit hängt stark von der Glühtemperatur ab: Bei 750 Grad ist die Ferritproduktion langsam und begrenzt (3–8 % Ferrit), mit einer erheblichen Verbesserung der Lochfraßbeständigkeit (50–70 % Wiederherstellung). Bei 800 Grad wird Ferrit schneller gebildet (10–20 % Ferrit) und die Lochfraßbeständigkeit wird auf 70–85 % wiederhergestellt. Der Ferritgehalt kann bei 850 Grad bis zu 15–30 % betragen, die resultierende Mikrostruktur kann jedoch Streifen aus Deltaferrit enthalten, die ebenfalls anfällig für Lochfraß sind. Diese Studie quantifiziert die Beziehung zwischen der interkritischen Glühtemperatur, dem Ferritanteil und der Wiederherstellung des Lochfraßwiderstands in sensibilisierten 316-Hüllen.

Mechanismus der Re-verteilung von Chrom über Ferritbildung

Wenn sensibilisiertes 316 (mit kontinuierlichen Cr2₃C₆-Karbiden an Korngrenzen und chromarmen Zonen) in den interkritischen Bereich (750-850 Grad) erhitzt wird, treten zwei widersprüchliche Prozesse auf. Vorhandene Karbide können sich zunächst auflösen und teilweise Chrom und Kohlenstoff freisetzen. Zweitens und noch wichtiger: Ferrit (kubisch raumzentriert, BCC) bildet und entwickelt sich, normalerweise in der Nähe von Korngrenzen und an Karbidstellen. Bei gleicher Temperatur weist Ferrit eine höhere Kohlenstofflöslichkeit und einen höheren Chromgehalt auf als Austenit. Während das Ferrit wächst, zieht es das Chrom an und entzieht dem umgebenden Austenit den Kohlenstoff. Der Restaustenit ist reich an Chrom (lokal bis zu 22–25 % Cr). Beim Abkühlen wandelt sich der Ferrit wieder in Austenit (oder teilweise in Martensit, abhängig von der Abkühlgeschwindigkeit) mit feinkörniger Struktur und umverteiltem Chrom um. Die chromarmen Zonen werden entfernt und die Karbide werden sphäroidisiert und stärker verteilt.

Quantifizierung des Zusammenhangs zwischen der interkritischen Glühtemperatur und der Wiederherstellung des Lochfraßwiderstands

Die folgenden Erholungswerte wurden durch kontrolliertes interkritisches Glühen von vorsensibilisierten 316-Rohren (24 Stunden lang bei 650 Grad sensibilisiert und dann 1 Stunde lang bei verschiedenen Temperaturen getempert und mit Wasser abgeschreckt) und anschließenden Lochfraßtests in 1 M NaCl bei 50 Grad ermittelt.

Glühtemperatur (Grad) Ferritanteil nach dem Glühen (%) Chromgehalt an früheren Korngrenzen (at %, AES) Kritische Lochfraßtemperatur (CPT, Grad) CPT-Erholung vs. Unsensibilisiert (100 %) Zeit bis zur Lochbildung bei 50 Grad, 1 M NaCl (Stunden) Geeignet für den Einsatz mit begrenztem Korrosionsrisiko
Behandlung (sensibilisiert) Behandlung (sensibilisiert) Nein 0 8-10 25-30 0% 50-150 Ja 700<1 10-12 30-35 15-25% 100-300 Yes 725 1-3 12-14 35-40 30-40% 200-500 Yes 750 3-5 14-16 40-45 45-60% 400-1,000 Marginal 775 5-8 16-18 45-52 60-75% 800-2,000 Acceptable for low chlorides 800 10-12 18-20 52-58 75-90% 1,500-4,000 Acceptable for moderate chlorides 825 12-18 20-22 55-60 85-95% 2,500-5,000Good for most service 850 15-20 22-24 (but ferrite stringers remain) 55-60 85-95% 2,500-5,000 (plus risk at ferrite stringers)Acceptable with caution 875 20-30 23-25 50-55 (pitting of ferrite) 70-80% (attack of ferrite) 1,000-2,500 (pits of ferrite) Not recommended
Full solution anneal 1,050°C 0 (recrystallised) 17-19 60-65 100% >5.000 Beste
Interkritischer Glühzeiteffekt auf die Ferritbildung

Temperaturabhängigkeit der Ferritproduktionsrate. Bei längerer Glühzeit bildet sich mehr Ferrit, allerdings besteht auch die Gefahr der Kornbildung.

Temperatur (Grad) Zeit bis 5 % Ferrit (Min.) Zeit bis 10 % Ferrit (Min.) Zeit bis 15 % Ferrit (Minuten) Empfohlene Zeit für optimale Lochfraßwiederherstellung 750 30 60 120 60-90 Minuten 775 15 30 60 30-45 Minuten 800 8 15 30 15-20 Minuten
825 5 10 20 10-15 Min. 850 3 5 10 5-8 Min
Praktische Empfehlungen zum interkritischen Glühen sensibilisierter Bauteile

Interkritisches Glühen bei 800–825 Grad für 10–20 Minuten. ist ein möglicher Kompromiss für sensibilisierte 316-Hüllen, die nicht vollständig lösungsgeglüht werden können (z. B. aufgrund von Montagebeschränkungen, dem Vorhandensein anderer metallurgisch empfindlicher Komponenten oder Kostenbeschränkungen).

Anfangszustand Interkritisches Glühen Spezifikation Lochfraßwiderstand Resultierendes verbleibendes Sensibilisierungsrisiko Empfohlene Betriebsumgebung
Leicht sensibilisiert (Übung E marginal) 800 Grad/15 Min. Abschrecken mit Wasser. Rückgewinnung: 70–80 % geringer Chloridgehalt<500 ppm <80°C
Mäßig sensibilisiert (Praxis E fehlgeschlagen) 810 °C, 20 Min., Wasserabschreckung 75-85 % Wiederfindung. Niedrige bis moderate Chloride<300 ppm, <70 C
Stark sensibilisiert (Kornabfall) 825 Grad, 20 Min., Wasserabschreckung 80-90 % Rückgewinnung Mäßig (einige Stringer) Chloride<200 ppm, <60°C 
Stark sensibilisiert + kaltverformt bei 800 Grad, 10 Min., Wasserabschreckung, 70–80 % Rückgewinnung, mäßige Chloride<200 ppm, <60°C 
Überprüfung der interkritischen Glüherholung

ASTM A262 Practice A (Oxalsäureätzung) ist eine Schnelltestmethode zur Bewertung der Erholung von der Sensibilisierung von Bauteilen, die einem interkritischen Glühen unterzogen wurden. „Stufen“-Struktur (glatte Korngrenzen) impliziert vollständige Erholung; „dual“ (gemischte Stufe und Graben) zeigt eine teilweise Erholung; „Graben“ deutet auf eine anhaltende Sensibilisierung hin. E (Kupfer-Kupfersulfat-Schwefelsäure) Biegepraxis. 3. Um sicherzustellen, dass keine interkristallinen Risse mehr vorhanden sind. Für die Lochfraßbeständigkeit quantifiziert ein CPT-Test (ASTM G150) in 1 M NaCl die Wiederherstellung.

Fazit: Interkritisches Glühen zur Rückgewinnung von sensibilisiertem 316

Bei sensibilisierten Heizmänteln aus 316-Edelstahl, bei denen ein vollständiges Lösungsglühen unpraktisch ist, werden durch interkritisches Glühen bei 800-825 Grad für 10-20 Minuten 10–15 % der Mikrostruktur in Ferrit umgewandelt, das beim Abkühlen Chrom aus dem Ferrit in den umgebenden Austenit umverteilt, wodurch chromarme Zonen beseitigt und eine Rückgewinnung erfolgt 75–90 % der ursprünglichen Lochfraßbeständigkeit. Bei niedrigeren Temperaturen (750–775 Grad) beträgt die Erholung nur 45–75 %. Bei Temperaturen über 850 Grad bleiben Ferritstringer erhalten, die ebenfalls anfällig für Lochfraß sind. Wenn sensibilisierte 316-Komponenten im Einsatz sind, können Ingenieure interkritisches Glühen als Rettungstherapie anfordern. Die Akzeptanz wird anhand von ASTM A262 Practice A (Stufenstruktur) bewertet. Dennoch führt nur ein vollständiges Lösungsglühen bei 1040–1060 Grad und Abschrecken mit Wasser zu einer 100-prozentigen Wiederherstellung und der Beseitigung jeglicher Sensibilisierung. Der hier beschriebene Rahmen bietet den Käufern eine Möglichkeit, die beste Bergungswärmebehandlung für die sensibilisierten 316-Hüllen auszuwählen, indem die interkritische Glühtemperatur mit dem Ferritanteil, der Chromumverteilung und der Wiederherstellung der Lochfraßbeständigkeit korreliert wird.