Пазбяганне эмбрытвлівасці фазы Сігма ў дуплекснай сталі: крытычныя акны часу і тэмпературы для тэрмічнай апрацоўкі

Пазбяганне эмбрытвлівасці фазы Сігма ў дуплекснай сталі: крытычныя акны часу і тэмпературы для тэрмічнай апрацоўкі

Дуплексныя нержавеючыя сталі, якія славяцца сваёй выдатнай стойкасцю да каразіі і міцнасцю, маюць вялікае значэнне ў хімічнай прамысловасці, нафтахіміі, а таксама ў марской галіне. Але іх мікраскруктура не заўсёды стабільная. Адзіны з найбольш істотных пастаў жа падчас тэрмічнай апрацоўкі — гэта ўтварэнне сігма-фазы, што ёсць кшталт хрупкага міжметалічнага злучэння, якое моцна пагаршае механічныя характарыстыкі і стойкасць да каразіі. Зразумець і пазбегнуць крытычных тэмпературна-часавых акон для яе ўтварэння — гэта не проста тэхнічнае дэталі, а неабходнасць для забеспячэння бяспекі і цэласнасці кампанентаў.

Гэты дапаможнік уяўляе практычны і зразумелы падыход да пазбегнення амбрытлявання ад сігма-фазы падчас тэрмічнай апрацоўкі дуплексных нержавеючых сталёў.

Праблема сігма-фазы: чаму яна важная

Сігма-фаза — гэта цудоўнае, хрупкае злучэнне, шчодрае хромам і молібдэнам. Яе ўтворэнне змяншае навакольную матрыцу гэтых ключавых легіруючых элементаў, што парушае прыродную стойкасць сталі да карозіі. Механічна нават невялікая доля сігма-фазы можа рэзка знізіць ударную каўкасць і пластычнасць.

Наступствы ахрыстлення сігма-фазай вельмі паганыя:

• Катастрафічнае разбурэнне : Дэталі могуць раскаліцца пад ударам ці шокавым навантажэннем.

• Перадчасная карозія : Адмова труб, судоў ці фітынгаў у агрэсіўных асяродках.

• Дарогія адхіленні : Магчыма, што ўсю партыю пасля цермічнай апрацоўкі трэба будзе спісваць ці перарабляць.

Вокны ўтворэння: дзе схаваўся небяспека

Сігма-фаза не ўтвараецца адразу ці пры ўсіх тэмпературах. Ёй характэрна вельмі канкрэтнае акно зароджвання і росту, звычайна ў дыяпазоне каля 600°C і 1000°C (1112°F - 1832°F) . У межах гэтага дыяпазону небяспека няроўнамерная.

• Дыяпазон найбольшага ўтворэння : Найбольш хуткае ўтворэнне адбываецца паміж 750°C і 950°C (1382°F - 1742°F) . Апраменьванне ў гэтай «насавой» частцы дыяграмы час-тэмпература-пераўтварэнне (TTT) вельмі небяспечнае.

• Залежнасць ад часу : Утворэнне кантралюецца дыфузіяй, гэта значыць яно залежыць ад час і тэмпература часу і тэмпературы. Кароткі прыпынак пры больш высокай тэмпературы можа быць менш шкодным, чым доўгі прыпынак пры ніжчай тэмпературы ў кірычным дыяпазоне.

Практычныя рэкамендацыі па бяспечнай тэрмічнай апрацоўцы

Асноўным метадам прадухілення сігма-фазы з'яўляецца строгі кантроль параметраў тэрмічнай апрацоўкі, пры гэтым першым крокам з'яўляецца Растварнае адпальванне .

1. Тэрмічнае адпальванне: неабходнае скіданне

Гэты працэс растварае любыя другасныя фазы (напрыклад, сігма-фазы), якія могуць утворыцца падчас папярэдняй апрацоўкі (напрыклад, зварвання, гарачай апрацоўкі ці штампоўкі), і аднаўляе збалансаваную мікраскопічную структуру аўстэніт-ферыт у суадносінах 50/50.

• Тэмпература : Нагрэваць да тэмпературы, дастатковай для растварэння ўсіх другасных фаз, звычайна 1020°C да 1100°C (1868°F - 2012°F) для стандартнай дуплекснай сталі 2205. Дакладная тэмпература залежыць ад канкрэтнага маркі сталі і яе хімічнага складу.

• Час вытрымкі : Трымаць пры гэтай тэмпературы доўга дастаткова, каб атрымаць аднастайную мікраскопічную структуру без выдзяленняў. Звычайна гэта 15 хвілін да 1 гадзіны на калідорны дюйм таўшчыні .

• Халадзенне : Гэта найбольш крытычны этап. Матэрыял павінен быць астуджаны швидка праз акно фарміравання сігма-фазы (ніжэй 600°C), каб пазбегнуць паўторнага выпадання ў асадак.

  • Метад : Астуджэнне ў вадзе — найбольш эфектыўны і рэкамендаваны метад для секцыяў любога значнага памеру. Для тонкіх секцыяў астуджэнне прымусовым паветрам можа быць дастатковым.

2. Пазбеганне паўторнага ўваходу ў крытычнае акно

Пасля растварнага адпалу любы наступны цеплавы працэс павінен быць дакладна кантралёваны.

• Зніжэнне напружання : Стандартныя працэсы зніжэння напружання для вуглаводародных сталёў (~600–650°C) прама патрапляюць у дыяпазон фарміравання сігма-фазы і Не падыходзяць для двухфазных сталёў . Калі зніжэнне напружання зусім неабходнае, выкарыстоўвайце высокатэмпературны метад, які хутка награвае праз крытычны дыяпазон да тэмпературы вышэй яго (напрыклад, ~1050°C), утрымлівае вельмі кароткі час і хутка астуджае. Гэта спецыялізаваны працэс.

• Зварка і гарачыя працы : Гэтыя працэсы ствараюць лакальныя зоны, уражаныя цеплавым (HAZ), якія неабходна праходзяць праз крытычны тэмпературны дыяпазон. Галоўнае - кантраляваць увод ціску і тэмпературу паміж прамы (макс. ~ 100 ° C / 212 ° F для 2205), каб мінімізаваць час у небяспечным акне. Паслязварачная мікраскопічная структура, як правіла, патрабуе ацэнкі.

Выяўленне і ліквідацыя: як правяраць і выпраўляць

• Дэтырацыя :

  • Выпрабаванне на ўдарную здольнасць : Прамы паказчык страты вязкасці. Няўдалы выпрабаванне на ўдарную вязкасць з'яўляецца моцным паказчыкам ахрыслання.

  • Металаграфія : Найбольш распаўсюджаны метад. Праводзіцца выбарачнае выпрабаванне, шліфаванне і трава для выяўлення мікраскопічнай структуры. Сігма-фаза з'яўляецца як яркія квадратныя востравы на мяжы ферыт-аўстэніт (гл. прыклад мікраскопічных здымкаў).

  • Электрахімічнае выпрабаванне : Метады, як-то двайны цыкл электрахімічнага патэнцыянальнага рэактавання (DL-EPR) могуць выяўляць зоны з паніжаным утрыманнем хрому, якія выклікаюцца сігма-фазай.

• Ліквідацыя :

  • Калі выяўлена сігма-фаза, то адзіны надзейны спосаб - правесці поўную тэрмічную апрацоўку раствора з наступным хуткім гартаваннем

  • Увага : Як толькі утварылася, сігма-фаза цяжка раствараецца. Адпальванне раствора павінна праводзіцца пры правільнай высокай тэмпературы з дастатковым часам вытрымкі

Асноўныя высновы для аператараў і інжынераў

1. Ведайце акно : Запомніце крытычны дыяпазон 600-1000°C (1112-1832°F) . Адносіцеся да любой аперацыі, якая ўтрымлівае метала ў гэтым дыяпазоне, як высокарыкавую

2. Гартуйце, не астуджвайце : Пасля любога высокатэмпературнага працэсу гартаванне ў вадзе каб хутка абысці прамежак часу. Не дазваляйце дэталі астуджвацца на паветры ў печы ці на верстаку.

3. Унікайце няправільнага зняцця напружання : Не выкарыстоўвайце працэдуры зняцця напружання пры нізкай тэмпературы, раслінаваныя для вугляроджавай сталі.

4. Праверце і патварыце : Патварыце вашы працэдуры тэрмічнай апрацоўкі з дапамогай механічных выпрабаванняў (асабліва ўдараў і вязкасці) і мікраскопічнага аналізу. Рэгулярна праводзьце аўдыт вытворчых практык.

Даследуячы кантроль часу і тэмпературы і дотрымліваючыся крытычных прамежкаў, паказаных на дыяграме ТТТ, вытворцы могуць надзейна ўнікнуць доўгах пазбяганняў і небяспекі эмбрыянальнай сталёўкі з-за сігма-фазы, забяспечваючы высокую якасць кампанентаў з дуплекснай нержавеючай сталі.