Sous quelle combinaison spécifique de temps et de température dans la plage de sensibilisation (500 degrés à 800 degrés) la gaine chauffante 316L développe-t-elle une attaque intergranulaire détectable dans la pratique E ASTM A262

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 heures. La relation temps-température-sensibilisation a été quantifiée pour les gaines chauffantes 316L. Cela permet d'évaluer le risque associé au soudage des zones affectées par la chaleur ou à une exposition prolongée en service. Le mécanisme de sensibilisation du 316L à faible teneur en carbone est la diffusion du carbone aux joints de grains et la précipitation de carbures riches en chrome - (Cr 23 C6). La teneur en carbone est abaissée à<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 Implications pratiques pour la fabrication et l'entretien des radiateurs Pour les radiateurs encastrés 316L, les restrictions de temps-température répertoriées ci-dessous sont valables afin d'éviter la sensibilisation (échec de la pratique E). Plage de température typique Degré de condition de processus ou de service Temps maximum autorisé jusqu'au risque de sensibilisation Action suggérée Soudage GTAW en un seul passage 1 200-1 400 (pic), 450-850 (refroidissement) Secondes (refroidissement via 450-850 degrés) Aucun risque pour le mur<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 minutes Risque de sensibilisation ; utilisez 347 ou 316L avec<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 heures 316L ne convient pas à une utilisation à long terme Vérification de la sensibilisation 650 degrés Pour les réchauffeurs 316L en service pendant une longue période dans la plage de 500-750 degrés, les critères d'approbation suivants s'appliquent : Métallographie sur site (réplique) - La surface polie et gravée de la gaine peut être inspectée à 500X pour détecter toute dispersion de carbure à l'aide d'un cellulose. réplique en acétate. Acceptation : pas de carbures aux limites de grains continues (structure en escalier) Essais destructifs (chauffe-échantillon) Couper une portion, faire ASTM A262. Pratique E. Acceptation : pas de fissures après pliage Test de dureté : la sensibilisation ne modifie pas de manière significative la dureté, donc inutile. 316L Quantification du risque de sensibilisation à l'aide de la courbe TTSConclusion ASTM A262 Attaque intergranulaire détectable pour les gaines chauffantes en acier inoxydable 316L La pratique E nécessite une exposition dans la plage de sensibilisation (500-800 degrés) pendant 30-60 h à 750 degrés pour 1 500 à 2 500 heures à 550 degrés. Le nez de la courbe TTS se situe entre 650 et 700 degrés, où la sensibilisation est atteinte après 100 à 200 heures. Les gaines chauffantes à paroi mince ne présentent aucun risque de sensibilisation pendant les cycles de soudage et de brasage standard (de quelques secondes à quelques minutes). Cependant, un fonctionnement à long terme à 550-650 degrés pendant des milliers d'heures, ou des cycles thermiques répétés de longue durée, peuvent sensibiliser le 316L. Les ingénieurs spécifiant des gaines 316L pour une utilisation continue au-dessus de 500 degrés doivent calculer le temps cumulé passé dans la plage de 550 à 650 degrés et comparer aux limitations TTS. Pour une durée de vie au-delà de 2 000 à 5 000 heures à 550 à 600 degrés, une mise à niveau vers 347 (stabilisé au niobium) ou des tests périodiques Practice E des éléments chauffants dans des échantillons sont conseillés. Le cadre donné ici, qui concerne le temps, la température et le début de la sensibilisation selon ASTM A262 Practice E, permet aux acheteurs de prédire et d'éviter la corrosion intergranulaire dans les gaines de chauffage 316L exposées à des températures élevées.