Избягване на ембритвост от сигма фаза в двойната стомана: Критични температурно-времеви прозорци за термична обработка

Избягване на ембритвост от сигма фаза в двойната стомана: Критични температурно-времеви прозорци за термична обработка

Двуфункционалните неръждаеми стомани, известни с отличната си комбинация от якост и устойчивост на корозия, са жизненоважни при изискващи приложения в химическата обработка, петролната и газовата промишленост и морската промишленост. Въпреки това, тяхната микроструктурна стабилност не е гарантирана. По време на термичната обработка се създава значителна заплаха от образуването на сигма фаза, крехко междуметално съединение, което може да влоши катастрофално механичните свойства и корозионната устойчивост. Разбирането и избягването на критичните времеви и температурни прозорци за неговото образуване не е просто техническа подробност, а е от съществено значение за гарантиране на целостта и безопасността на компонентите.

Настоящото ръководство предоставя практична рамка за избягване на крехкостта на сигма фазата по време на топлинната обработка на дуплексови неръждаеми стомани.

Проблемът със фаза Сигма: Защо има значение

Сигма (σ) фазата е твърд, крехък интерметаличен съединение, богато на хром и молибден. Нейното формиране изчерпва заобикалящата матрица от тези критични легирани елементи, което компрометира вродената корозионна устойчивост на стоманата. Механично дори малка обемна фракция от сигма фазата може резко да намали ударната вязкост и пластичността.

Последствията от охрупкване на сигма фазата са сериозни:

• Катастрофално разрушване : Компонентите могат да се разбият под ударно натоварване или шок.

• Преждевременна корозия : Отказ на тръби, съдове или фитинги в корозионна среда.

• Скъпи бракове : Цели серии от термично обработени компоненти може да се наложи да се изхвърлят или преработят.

Прозорецът на формиране: където се крие опасността

Сигма фазата не се формира мигновено или при всички температури. Тя има много специфичен прозорец за зародишване и растеж, обикновено между приблизително между 600°C и 1000°C (1112°F - 1832°F) . В този диапазон риска не е еднакъв.

• Диапазон на максимално образуване : Най-бързото образуване се случва между 750°C и 950°C (1382°F - 1742°F) . Изложението в този "връх" на диаграмата Време-Температура-Трансформация (TTT) е изключително опасно.

• Зависимост от времето : Образуването се контролира от дифузията, което означава, че то зависи едновременно от време и температура температура и време. Кратко задържане при по-висока температура може да бъде по-малко вредно, отколкото дълго задържане при по-ниска температура в критичния диапазон.

Практически насоки за безопасна термична обработка

Основният метод за избягване на сигма фазата е строг контрол върху параметрите на термичната обработка, като универсалната първа стъпка е Топлинна обработка .

1. Топлинно разтопяване: Основният процес на нулиране

Този процес разтваря всички вторични фази (като сигма), които може да са се образували по време на предишни производствени процеси (напр. заварка, гореща обработка) и възстановява балансираната 50/50 микроструктура от аустенит и ферит.

• Температура : Нагревайте до температура, достатъчно висока, за да се разтворят всички вторични фази, обикновено 1020°C до 1100°C (1868°F - 2012°F) за стандартна 2205 дуплексна стомана. Точната температура зависи от конкретния клас и химичния състав.

• Време на замъкване : Задръжте материала при тази температура достатъчно дълго, за да се постигне хомогенна, безпримесна микроструктура. Това обикновено е 15 минути до 1 час на инч дебелина .

• Хладна : Това е най-критичната стъпка. Материалът трябва да се охлади бързо чрез прозореца на формиране на сигма фазата (под 600°C), за да се предотврати повторно утаяване.

  • Метод : Водно гасене е най-ефективният и препоръчителният метод за сечения от всяка значима големина. За тънки сечения, принудено въздушно гасене може да е достатъчно.

2. Избягване на повторен вход в критичния прозорец

След термична обработка за отпускане на напреженията, всяка последваща топлинна обработка трябва да се контролира внимателно.

• Отпускане на напрежения : Стандартни процеси за отпускане на напрежения при въглеродни стомани (~600-650°C) попадат директно в диапазона на формиране на сигма фазата и са Неподходящи за дуплексни стомани . Ако отпускането на напрежения е абсолютно необходимо, използвайте метод при висока температура, който бързо нагрява през критичния диапазон до температура над него (напр. ~1050°C), задържа за много кратко време и повторно гасене. Това е специализиран процес.

• Заваряване и топлинна обработка : Тези процеси създават локализирани зони, засегнати от топлина (HAZ), които неизбежно минават през критичния температурен диапазон. Ключовото е да се контролира топлинният вход и температурата между пасовете (макс. ~100°C / 212°F за 2205), за да се минимизира времето в опасния интервал. Микроструктурата след заварката често изисква оценка.

Измерване и коригиране: Как да проверим и поправим

• Детекция :

  • Тестване на ударни натоварвания : Директен показател за загуба на ударна якост. Неположителен тест на ударна якост е силен индикатор за втвърдяване.

  • Металография : Най-често използваният метод. Образец се полира и трави, за да се разкрие микроструктурата. Сигма фазата се вижда като ярки, блоковидни острови на границите между ферит и аустенит (виж примерни микроснимки).

  • Електрохимични изпитвания : Методи като двойно циклично електрохимично потенциокинетично реактивиране (DL-EPR) могат да открият зони с намалено съдържание на хром, причинени от сигма фаза.

• Коригиране :

  • Ако е открита сигма фаза, единственото надеждно решение е да се извърши пълна термична обработка с отопление до разтворна температура последвана от бързо гасене.

  • Забележка : След като се формира, сигма фазата е трудно разтворима. Трябва да се извърши правилно високотемпературно отпускане с достатъчно време за издръжване.

Основни изводи за операторите и инженерите

1. Познайте прозореца : Запомнете критичния диапазон на 600-1000°C (1112-1832°F) . Възприемайте всяка операция, при която метала се задържа в този диапазон, като високорискова.

2. Бързо охлаждане, а не бавно охлаждане : След всеки процес при висока температура, охладете с вода за да бъде бързо преминат критичният диапазон на формиране. Не позволявайте на детайлите да се охлаждат на въздух в пещта или на масата.

3. Избягвайте неправилно разтоварване на напрежение : Не използвайте процедури за разтоварване на напрежение при ниска температура, предназначени за въглеродна стомана.

4. Потвърдете и квалифицирайте : Квалифицирайте вашите процедури за термична обработка чрез механични изпитвания (особено ударна въоръжаност) и микроструктурен анализ. Провеждайте периодични проверки на производствените практики.

Като се контролират строго времето и температурата и се спазват критичните периоди, описани в диаграмата TTT, производителите могат надеждно да избягнат скъпите и опасни последици от ембритвянето на сигма фазата, осигурявайки превъзходното представяне на компоненти от двойна неръждаема стомана.