316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan isitish quvurlaridagi oksid qatlami qanday sirt harorati chegarasida himoyadan parchalanishga o'tadi-Devorning yupqalashishi natijasida

Ikki tomonlama oksidli tuzilmaning chegaralari mexanik barqarorlik

316 zanglamaydigan po'latdan o'ralgan va havoda, yonish gazlarida yoki o'ta qizib ketgan bug'da ishlatiladigan elektr isitish quvurlari uchun tashqi yuzada hosil bo'lgan oksid qatlami dastlab himoya-bo'lib, keyingi oksidlanishni sekinlashtirish uchun diffuziya to'sig'i vazifasini bajaradi. Biroq, sirt harorati chegaradan yuqori bo'lsa, oksid tuzilmasi ingichka, yopishqoq, xrom{3}}ko'p qatlamli, qalin, ko'p qatlamli, temirga- tez-tez tarqaladigan shkalaga o'zgaradi. Har bir parchalanish hodisasi nafaqat oksidni, balki asosiy metallning ozgina qismini ham yo'q qiladi, bu esa devorning asta-sekin ingichkalashiga va natijada teshilishga olib keladi. Bu harorat chegarasi doimiy qiymat emas, lekin qotishma kimyosiga, termal aylanish chastotasiga va kislorodning qisman bosimiga bog'liq. Ushbu maqola 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan isitgich qoplamalari uchun oksidi o'tish haroratini hisoblab chiqadi, devorning yo'qolishi tezligini bashorat qilish uchun asos yaratadi va uzoq muddatli havo xizmati uchun maksimal uzluksiz sirt haroratini o'rnatadi.

316 zanglamaydigan po'latdan ikkita oksidlanish rejimi

Taxminan 700-750 darajadan past havo haroratida 316 zanglamaydigan po'latdan yupqa (1{21}}5 mkm), doimiy xrom oksidi qatlami (Cr₂O₃) hosil bo'lib, unchalik katta bo'lmagan temir-xrom shpinel mavjud. Bu shkala vaqt o'tishi bilan parabolik tarzda ko'tariladi, ya'ni shkala qalinlashgani sari oksidlanish darajasi pasayadi, chunki mavjud oksid orqali xromning tarqalishi tezlikni cheklovchi bo'ladi. Shkala yopishqoq bo'lib, termal kengayish koeffitsienti asosiy metalldan unchalik uzoq bo'lmagan (~10−12 × 10⁻⁶ / gradus, 316 uchun 17 × 10−⁶ / darajaga nisbatan) va odatda faqat haddan tashqari termal zarba ostida cho'kadi. Taxminan 750-800 darajadan yuqori haroratlarda himoya xrom oksidi temir oksidlariga nisbatan termodinamik jihatdan kamroq barqaror bo'ladi. Masshtab tashqi gematit (Fe 2 O 3 ) va magnetit (Fe 3 O 4 ) va xrom oksidi bilan temir{36}} xrom shpinelning (FeCr 2 O 4 ) ichki qatlamidan iborat dupleks struktura hosil qiladi. Temir oksidi g'ovakli tuzilishi orqali kislorodning tarqalishi tezdir, shuning uchun tashqi temir oksidlari vaqt o'tishi bilan chiziqli ravishda kengayadi. Eng muhimi, Fe₂O₃ ning termal kengayish koeffitsienti taxminan 15×10⁻⁶ / daraja va Fe₃O₄ 12-14×10⁻⁶/darajada kengayadi. 316 substrat (17 × 10-6 / daraja) bilan nomuvofiqlik hali ham mo''tadil, ammo metallni oksidga aylantirish hajmining kengayishi natijasida o'rnatilgan stresslar (temir uchun Pilling-Bedworth nisbati 2,1 ni tashkil qiladi, ya'ni oksid iste'mol qilinadigan metalldan ko'proq hajmni egallaydi) siqilish paytida siqilish kuchini oshiradi. velosport. Himoya xrom oksidi parchalangandan so'ng, oksidlanish keskin tezlashadi - 700 gradusda taxminan 10⁻¹² g²/sm⁴ parabolik tezlik konstantasidan 850 gradusda 10⁻¹⁰ g²/sm⁴·s gacha, bu ikki darajaga oshadi.

Spinning chegara harorati va uning termal aylanishga bog'liqligi

The shift from adhering to spalling oxide is a function of peak temperature as well as the number and magnitude of thermal cycles which determine when the accumulated strain energy surpasses the oxide-metal adhesion work. For continuous isothermal operation, 316 sheaths can survive at 750°C surface temperature for 20,000-30,000 hours with just 100-200 µm of total metal loss (acceptable for a 1.5 mm wall thickness). However, the same 750°C sheath with daily thermal cycles (cooling to 200°C between thermal cycles) will start spalling after 500-1000 cycles and the total metal loss after 5000 cycles may be >500 mkm, devor qalinligining uchdan bir qismi. Hatto izotermik sharoitda va 850 daraja sirt haroratida oksidning tez o'sishi (1000 soatda 10{7}}20 mkm) va tez-tez o'z-o'zidan parchalanishi sodir bo'ladi, chunki faqat o'sish natijasida yuzaga keladigan kuchlanish yopishqoqlik chegarasidan oshib ketadi. Havo xizmati uchun isitish moslamasining uzoq muddatli ishonchliligining amaliy chegarasi 650 daraja uzluksiz ishlashni tashkil qiladi, agar devorning parchalanishi natijasida yupqalash yiliga 10 mkm dan past bo'lsa. Agar sirt harorati 650 darajadan yuqori bo'lsa, isitgich oldindan belgilangan almashtirish muddati bilan sarflanadigan material sifatida qaralishi kerak. 316 ta qoplamali havo isitgichlarining normal ishlash diapazonida oksidlanish va parchalanish harakati quyida keltirilgan.

Qopqoq sirt harorati (daraja) Dominant oksid turi Oksidlanish kinetikasi Buzilish boshlanishi (birinchi bo'shliqqa aylanish davri) Metall yo'qotish darajasi (10 000 soatda mkm)Maks. Tavsiya etilgan xizmat muddati (devor 1,5 mm)
<550 Cr2O3 (thin, adherent) Parabolic >10 000 tsikl<5 >30 yil 550-650 Cr2O3 + kichik FeCr2O4 Parabolik 5000-10000 sikl5-20 15-30 yil
650-700 Aralashtirilgan Cr2O3/Fe3O4 oʻtish davri 2000-5000 sikl 20-50 8-15 yil 700-750 Dupleks Fe3O4/Fe2O3 Cr ga boy ichki qatlamli chiziqli-parabolik 500-205 yil {070} Qalin Fe3O4/Fe2O3, Cr kamayishi Lineer 100-500 sikl 150-400 1-3 yil 800-850 Tez Fe oksidi, ichki oksidlanish Chiziqli<100 cycles 400-800 6-18 months >850 Runaway oxidation, severe spalling Super-linearImmediate spalling >800 <6 months
O'tish haroratining o'zgarishida molibden va kremniyning roli

The transition temperatures in the above table are specific to 316 stainless steel with 2.0-2.5 % molybdenum and 0.5-1.0 % silicon. Molybdenum, contrary to certain opinions, does not strengthen the resistance to dry oxidation considerably, but instead creates, beyond 700 °C, volatile oxides (MoO3) which can disturb the protective scale. But silicon is a good thing. At levels above 1.0 % silicon stimulates the creation of a thin, continuous silica layer (SiO2) underneath the chromium oxide which functions as an additional diffusion barrier. For heater sheaths used in continuous operation at temperatures >650 °C, the spalling threshold can be improved by 25-50 °C by using 316 with the silicon concentration at the upper end of the usual range (0.8-1.0 % instead of 0.4-0.6 %). As an alternative , grade 310 stainless steel ( 25 % Cr , 20 % Ni ) or Inconel 600 should be provided for continuous operation over 750 °C . These alloys create exceptionally stable chromium oxide scales up to 1000-1100 °C . The increased expense of the nickel-based alloys is justified for intermittent duty (frequent cycling) at temperatures >Ularning termal charchoqqa chidamliligi yaxshiroq bo'lgani uchun 650 daraja, chunki 316 bir necha oy ichida qabul qilib bo'lmaydigan darajada pasayadi.

Maydonda oksidning parchalanishi va devorning yupqalanishini baholash

Hozirda ishlayotgan 316 ta yopiq havo isitgichlari uchun-sirt haroratining pasayish chegarasidan oshib ketishini kuzatish mumkin boʻlgan uchta maydon belgisi mavjud. 1. Isitish moslamasi yoki unga tutash yuzalarda qora yoki toʻq jigarrang yormalar mavjud. Bu parchalar magnetit (Fe3O4) bo'lib, ularni magnit-oddiy diagnostika yordamida jalb qilish mumkin. Ikkinchisi, g'ilof yuzasining qo'pol, chuqurchaga o'xshash ko'rinishi, ayniqsa, asl silliq qoplama teksturali yoki pulli sirt bilan almashtirilgan bo'lsa. Uchinchi va eng miqdoriy belgi - xona haroratida o'lchangan isitish elementining elektr qarshiligining pasayishi. Qopqoq devori parchalanish natijasida yupqalashganda, ichki qarshilik simining diametri ham oksidlanishi mumkin. Ammo sovuqqa chidamliligining 5-10% ga kamayishi metallning sezilarli darajada yo'qolishini ko'rsatadi. Oksid qatlami yumshoq qum bilan portlatish orqali chiqariladi va g'ilof devorining qalinligi ultratovushli qalinligi o'lchagich bilan aniq o'lchanishi mumkin. Nominal 1,5 mm qoplamada devor qalinligi 0,8 mm dan past bo'lsa, keyingi 6-12 oy ichida almashtirish rejalashtirilgan bo'lishi kerak. Sirt harorati noma'lum bo'lgan isitgichlar uchun ish paytida g'ilofga qo'llaniladigan termojuft aniq ma'lumotlarni taqdim etadi. Agar ish vaqtining 10% dan ko'prog'ida aniqlangan harorat 700 darajadan yuqori bo'lsa, oksidning parchalanishi progressiv bo'ladi.

Havo xizmati uchun g'ilof haroratini kamaytirish dizayn strategiyalari

Havoni 650 darajadan yuqori isitishni talab qiladigan, lekin loyiha cheklovlari 316 g'ilofdan foydalanishni cheklaydigan ilovalar uchun ma'lum quvvat chiqishi uchun haqiqiy sirt haroratini pasaytirish uchun uchta dizayn yondashuvi mavjud. Birinchi va eng oson yo'li uzunroq yoki kattaroq diametrli qoplamalardan foydalanish yoki qanotlarni qo'shish orqali sirt maydonini kengaytirishdir. Berilgan vatt uchun sirt haroratining atrof-muhitga ko'tarilishi sirt maydoniga teskari bog'liqdir. Agar isitiladigan uzunlik ikki baravar oshirilsa, haroratning ko'tarilishi ikki baravar kamayadi. Ikkinchi texnika - isitgich ustidagi havo tezligini oshirish. Havoning past tezligida (0,5-1,0 m/sek) issiqlik uzatish koeffitsienti 10-20 Vt/m2/K ni tashkil qiladi, bu esa qoplamaning yuqori haroratiga olib keladi. Majburiy konveksiyada (5{20}}10 m/s tezlikda) koeffitsient 50-100 Vt/m2·K ga oshib, xuddi shu quvvatda qobiq haroratini 100-200 darajaga pasaytiradi. Uchinchi usul - bitta yuqori vattli isitgich o'rniga ko'plab past vattli isitgichlardan foydalanish, bu umumiy quvvatni kattaroq maydonga tarqatadi va g'ilofning eng yuqori haroratini pasaytiradi. Barcha havo isitish ilovalari uchun 650 daraja maksimal g'ilof harorati (o'lchangan yoki hisoblangan) 316 uzoq muddatli xizmat ko'rsatish uchun xavfsiz yuqori chegara hisoblanadi. Yuqori haroratni qo'llash uchun standartni 310 zanglamaydigan po'lat yoki Inconelga yangilash kerak.

Xulosa: 316 turdagi havo isitgichlari uchun maksimal sirt harorati chegaralari

Havoda yoki yonish gazlarida ishlaydigan 316 zanglamaydigan po'latdan o'ralgan elektr isitish quvurlari uchun sirtda hosil bo'lgan oksidi qatlami taxminan 700-750 daraja uzluksiz, lekin termal aylanish sharoitida sezilarli darajada past haroratlarda himoyadan parchalanishga o'zgaradi. Uzoq muddatli ishonchlilik uchun (5+ yil) maksimal uzluksiz qobiq harorati 650 daraja bilan chegaralanishi kerak. Kundalik tsikllar bilan intervalgacha xizmat ko'rsatish uchun, to'plangan zararni minimallashtirish uchun chegara 600 darajaga tushiriladi. Agar element sirt harorati 650 darajadan oshib ketishi mumkin bo'lgan har qanday gazli atmosferada 316 ta o'ralgan isitgichlardan foydalanish kerak bo'lsa, haroratni pasaytirish uchun quvvatni kamaytirish kerak, majburiy konveksiya sovutish uchun havo oqimini oshirish yoki undan yuqori haroratli qotishma ishlatiladi. Ushbu ishda g'ilof haroratini oksidlanish tezligi va devorning yupqalanishini bashorat qilish bilan bog'laydigan ramka taqdim etiladi, bu esa xaridorlarga himoya shkalasidan vayron qiluvchi parchalanishga o'tishni oldini oladigan maksimal ish haroratini tanlash imkonini beradi va shu tariqa g'ilofning erta teshilishiga olib keladigan progressiv devor yo'qolishining oldini oladi.