Unter welcher spezifischen Kombination von Zeit und Temperatur im Sensibilisierungsbereich (500 Grad bis 800 Grad) entwickeln 316L-Heizungsmantelrohre einen nachweisbaren intergranularen Angriff in ASTM A262 Practice E

Time-Temperature-Sensitization (TTS) Diagram of Low-Carbon 316 316L stainless steel sheathed electric heating tubes exposed to elevated temperature during manufacturing (e.g. welding, brazing or stress relief) or during service (e.g. thermal cycling in the sensitisation range) require a time-temperature combination to develop detectable intergranular corrosion (IGC) in the ASTM A262 Practice E test (copper-copper sulfate-sulfuric acid) that is significantly longer than for standard 316 due to the lower carbon content (0.03%). 316L nevertheless is not immune to sensitisation, it only takes longer times or higher temperatures in the 550-750'C range to precipitate sufficient chromium carbides so as to form a continuous chromium deficient network. The nose of the TTS curve for 316L is around about 650-700°C where after 100-200 hours sensitisation is apparent (change from "step" to "ditch" structure in Practice A, or cracking in Practice E). At 600°C, 500-1,000 hours are needed for sensitisation; at 750°C, 50-100 hours; at 550°C, >2.000 Stunden. Die Zeit-Temperatur-Sensibilisierungsbeziehung wurde für 316L-Heizungsmäntel quantifiziert. Dies ermöglicht eine Bewertung des Risikos, das mit Schweißwärmeeinflusszonen oder längerer Betriebsexposition verbunden ist. Der Mechanismus der Sensibilisierung von 316L mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist die Diffusion von Kohlenstoff an Korngrenzen und die Ausfällung von Chrom--reichen Karbiden (Cr 23 C6). Der Kohlenstoffgehalt wird gesenkt<0.03% and the amount of carbon available for precipitation is limited. However, if you leave it at temperature long enough, carbon atoms can still spread (particularly at dislocations and grain boundaries) and form carbides. The necessary prerequisite for the detection of intergranular corrosion is the creation of a continuous or very continuous chain of carbides at the grain boundaries which leads to the merging of the chromium-depleted zones. Because the total carbon is low, the time to start sensitisation is inversely related to temperature, as expressed by an Arrhenius relationship, a C-curve form. For 316L the nasal temperature (fastest sensitisation) is about 650-700°C. TTS Data for 316L (0.025% C) in ASTM A262 Practice E Controlled ageing of 316L tubing (0.025% C, 0.06% N, balance standard) in an isothermal environment at various temperatures followed by ASTM A262 Practice E testing (24-hour boil in copper-copper sulfate-sulfuric acid, then 180° bend) has produced the following onset times for detectable intergranular cracks. Ageing Temperature (℃)Practice A Practice E Practice A Practice E Time to First Detectable IGC Cracks Time to Continuous Grain Boundary Carbides (hours) (hours) Indicated time after which maximum exposure for sensitisation is recommended Avoidance 500 >5,000 (none identified) >10,000 Step 5,000 hours 5253,000-4,000 5,000-7,000 Step 3,000 550 1,500-2,500 3,000-5,000Dual → Step (after 2,500h) 1,500 hours 575 800-1,200 1,500-2,500 Dual 800 hours 600 400-800 800-1,500 Dual → Ditch (after 800h) 400 hours 625200-400 400-800 Ditch 200 h 100-200 650 200-500 675 100 hours Ditch80-150 150-300 Ditch 80 hours 700 50-100 100-200 Ditch 40 hours 50 hours 725 40-80 80-150 750 30-60 60-120 Ditch 30 hours 775 40-80 (onset slows)40 Ditch 80-150 800 80-150 (slower) 150-300 ditch → dual 80 hrs 850 200-400 (partial redissolution) 400-800 Dual → Step 200 hours The Effect of Carbon Content on Location of TTS Curve The time to sensitisation is roughly inversely proportional to the carbon amount. Less carbon means longer safe exposure duration. Carbon Content (wt%) Time to Sensitisation at 650°C (hours) Time to Sensitisation at 700°C (hours) Time to Sensitisation at 600°C (hours) (average) 0.025 120-200 60-100 500-800 (premium) 0.020 200-350 100-150 800-1,200 (very cheap) 0.015 350-600 150-250 1,200-2,000 (speciality) 0.008 >1,000 >500 >3.000 max. 316L 0.030 100-150 50-80 400-600 Praktische Auswirkungen auf die Herstellung und den Service von Heizgeräten Für Heizgeräte mit 316L-Gehäuse gelten die unten aufgeführten Zeit-{5}Temperaturbeschränkungen, um eine Sensibilisierung zu vermeiden (Versagen von Praxis E). Typischer Temperaturbereich Prozess- oder Betriebsbedingungsgrad Maximal zulässige Zeit bis zum Sensibilisierungsrisiko Empfohlene Maßnahme Single-Pass-WIG-Schweißen 1.200–1.400 (Spitze), 450–850 (Abkühlung) Sekunden (Abkühlung auf 450–850 Grad) Kein Risiko für die Wand<3mm Multi-pass welding (thick flanges) Cumulative time in 550-750°C >5-10 minutes total Use 316L, limit passes, cool between passes Stress reduction after welding 400-450°C < 24 h No danger (below sensitisation) Brazing (furnace, 5 minutes) 5 minutes 600-700°CNo risk (not enough time) Brazing (long cycle, >30 min) 600-700°C >30-60 Minuten Sensibilisierungsgefahr; Verwenden Sie 347 oder 316L mit<0.02% C Service temperature excursion 550-650°C >500-1,500 hours Monitor; after 10,000 hours, test Practice E Continuous service 550°C 550°C>2,500-5,000 hours Test coupon at 5,000 hours Continuous service @ 600 deg C 600 deg C >500-1,000 hours Not recommended for >5,000 hours 650°C Continuous service >100-200 Stunden 316L nicht geeignet für langfristige Überprüfung der Sensibilisierung 650 Grad Für 316L-Heizgeräte, die über einen längeren Zeitraum im Bereich von 500-750 Grad in Betrieb sind, gelten die folgenden Zulassungskriterien: Feldmetallographie (Nachbildung) - Die polierte und geätzte Manteloberfläche kann bei 500-facher Vergrößerung auf Karbiddispersion untersucht werden Nachbildung aus Zelluloseacetat. Akzeptanz: keine kontinuierlichen Korngrenzenkarbide (Stufenstruktur) Zerstörungsprüfung (Probenheizung) Schneiden Sie eine Portion ab, führen Sie ASTM A262 durch. Übung E. Akzeptanz: Keine Risse nach dem Biegen. Härteprüfung: Sensibilisierung verändert die Härte nicht wesentlich, daher nicht sinnvoll. . 316L Quantifizierung des Sensibilisierungsrisikos mithilfe der TTS-Kurve. Schlussfolgerung ASTM A262: Nachweisbarer intergranularer Angriff für Heizmäntel aus 316L-Edelstahl. Übung E erfordert eine Exposition im Sensibilisierungsbereich (500–800 °C) für 30–60 Stunden bei 750 °C 1.500-2.500 h bei 550 Grad. Die Nase der TTS-Kurve liegt bei 650–700 Grad, wo die Sensibilisierung nach 100–200 Stunden erreicht wird. Bei dünnwandigen Heizmänteln besteht bei Standard-Schweiß- und Lötzyklen (Sekunden bis Minuten) kein Risiko einer Sensibilisierung. Allerdings kann ein Langzeitbetrieb bei 550–650 Grad über Tausende von Stunden oder wiederholte Wärmezyklen über einen längeren Zeitraum zu einer Sensibilisierung von 316L führen. Ingenieure, die 316L-Hüllen für den Dauereinsatz über 500 Grad spezifizieren, sollten die kumulierte Zeit berechnen, die im Bereich von 550 bis 650 Grad verbracht wurde, und sie mit den TTS-Beschränkungen vergleichen. Für eine Lebensdauer von mehr als 2000–5000 Stunden bei 550–600 Grad wird ein Upgrade auf 347 (Niob-stabilisiert) oder eine regelmäßige Praxis-E-Prüfung der Heizgeräte in Proben empfohlen. Der hier angegebene Rahmen, der Zeit, Temperatur und den Beginn der Sensibilisierung in ASTM A262 Practice E in Beziehung setzt, ermöglicht es Käufern, interkristalline Korrosion in 316L-Heizungsmänteln, die erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, vorherzusagen und zu vermeiden.