Izbijeganje sigma faze ožitanja kod duplex čelika: Kritični vremensko-termički prozori za termičku obradu

Izbijeganje sigma faze ožitanja kod duplex čelika: Kritični vremensko-termički prozori za termičku obradu

Duplex nehrđajući čelici, poznati po izvrsnoj kombinaciji čvrstoće i otpornosti na koroziju, ključni su za zahtjevne primjene u kemijskoj industriji, industriji nafte i plina te brodogradnji. Međutim, njihova mikrostrukturalna stabilnost nije jamčena. Značajan problem tijekom termičke obrade je stvaranje sigma faze, krhke intermetalne spojnice koja može katastrofalno pogoršati mehanička svojstva i otpornost na koroziju. Razumijevanje i izbjegavanje kritičnih vremensko-termičkih uvjeta za njezinu formaciju nije samo tehnički detalj – ključno je za osiguranje integriteta i sigurnosti komponenti.

Ovaj vodič nudi praktičan i djelotvoran okvir za izbjegavanje ožiljavanja sigma fazom tijekom termičke obrade duplex nehrđajućih čelika.

Problem sigma faze: Zašto je važan

Sigma (σ) faza je tvrda, krhka kemijska spojina bogata kromom i molibdenom. Njezina se formacija iscrpljuje okolni matricni prostor od kljucnih legirajućih elemenata, čime se narušava prirodna otpornost čelika na koroziju. Mehanički gledano, čak i mali udio sigma faze može drastično smanjiti udarnu žilavost i duktilnost.

Posljedice ožitanja sigma fazom iznimno su ozbiljne:

• Katastrofalni lom : Komponente mogu puknuti pod udarnim opterećenjem ili šokom.

• Prelazna korozija : Otkazivanje cijevi, spremnika ili armature u korozivnom okolišu.

• Skupi odbaci : Cijele serije termički obrađenih komponenata možda će biti potrebno odbaciti ili preraditi.

Prozor formiranja: gdje se krije opasnost

Sigma faza se ne formira trenutno niti pri svim temperaturama. Ona ima vrlo specifičan prozor nukleacije i rasta, obično između otprilike 600 °C i 1000 °C (1112 °F - 1832 °F) . Unutar ovog raspona, rizik nije jednolik.

• Raspon maksimalne stvaranja : Najbrže stvaranje se događa između 750 °C i 950 °C (1382 °F - 1742 °F) . Izloženost unutar ovog "nosa" dijagrama vremensko-temperaturne transformacije (TTT) iznimno je opasna.

• Ovisnost o vremenu : Stvaranje je kontrolirano difuzijom, što znači da je oboje vrijeme i temperatura ovisno. Kratko vrijeme zadržavanja na višoj temperaturi može biti manje štetno nego dulje zadržavanje na nižoj temperaturi unutar kritičnog raspona.

Praktične smjernice za sigurno termičko obrabljanje

Primarni način izbjegavanja sigma faze je stroga kontrola parametara toplinske obrade, pri čemu je univerzalni prvi korak Rješavanje otpaleta .

1. Rješenje žarenja: Osnovno resetiranje

Ovaj proces otapa sve sekundarne faze (kao što je sigma faza) koje su se mogle formirati tijekom prethodne izrade (npr. zavarivanja, termičke obrade) i obnavlja uravnoteženu 50/50 austenitno-ferritnu mikrostrukturu.

• Temperatura : Zagrijte na temperaturu dovoljno visoku da otopi sve sekundarne faze, uobičajeno 1020°C do 1100°C (1868°F - 2012°F) za standardni duplex čelik 2205. Točna temperatura ovisi o specifičnoj vrsti i kemijskom sastavu.

• Vrijeme zamočivanja : Zadržite na temperaturi dovoljno dugo da postignete homogenu, beztalnu mikrostrukturu. To je uobičajeno 15 minuta do 1 sat po palcu debljine .

• Hlađenje : Ovo je najkritičniji korak. Materijal se mora hladiti brzo kroz temperaturni raspon formiranja sigma faze (ispod 600°C) kako bi se spriječila represipitacija.

  • Metoda : Gašenje vodom najučinkovitija je i preporučena metoda za dijelove bilo koje važnije veličine. Za tanke dijelove, gašenje prisilnim zrakom može biti dovoljno.

2. Izbijegavanje ponovnog ulaska u kritični raspon

Nakon otopinske žarenja, svaki daljnji toplinski proces mora pažljivo kontrolirati.

• Razrješivanje napetosti : Standardni tretmani za uklanjanje napetosti za ugljične čelike (~600-650°C) izravno ulaze u raspon formiranja sigma faze i Nisu prikladni za duplex čelike . Ako je uklanjanje napetosti apsolutno nužno, koristite postupak s visokom temperaturom koji brzo zagrijava kroz kritični raspon na temperaturu iznad njega (npr. ~1050°C), zadržava se jako kratko vrijeme i ponovno gašenje. Ovo je specijalizirani proces.

• Zavarivanje i vruće radove : Ovi procesi stvaraju lokalizirane zone utjecaja topline (HAZ) koje neizbježno prolaze kroz kritični temperaturni raspon. Ključno je kontrolirati unos topline i temperaturu između prolaza (maks. ~100°C / 212°F za 2205) kako bi se minimiziralo vrijeme provedeno u opasnom rasponu. Mikrostruktura nakon zavarivanja često zahtijeva evaluaciju.

Detekcija i uklanjanje: Kako provjeriti i popraviti

• Otkrivanje :

  • Testiranje utjecaja : Direktna mjera gubitka žilavosti. Neuspješan udarni test jak je pokazatelj krtosti.

  • Metalografija : Najčešća metoda. Uzorak se bruši i nagrizima kako bi se otkrila mikrostruktura. Sigma faza pojavljuje se kao svijetla, blokasta područja na granicama ferit-austenit (vidi primjere mikrofotografija).

  • Elektrokemijsko testiranje : Tehnike poput dvostrukog elektrokemijskog potenciokinetičkog reaktiviranja (DL-EPR) mogu detektirati zone osiromašene kromom koje uzrokuje sigma faza.

• Uklanjanje :

  • Ako se detektira sigma faza, jedina pouzdana metoda je provedba potpune toplinske obrade otapanja nakon čega slijedi brzo gašenje.

  • Napomena : Kada se jednom formira, sigma faza je teško rastvoriti. Rešetkasto žarenje mora se provesti na točnoj visokoj temperaturi s dovoljnim vremenom izdržavanja.

Ključne poruke za operatore i inženjere

1. Poznaj prozor : Zapamtite kritični opseg od 600-1000°C (1112-1832°F) . Svakoj operaciji koja zadržava metal u ovom opsegu tretirajte kao visokorizičnu.

2. Kaljenje, ne hlađenje : Nakon bilo kojeg procesa na visokoj temperaturi, ohladite vodom kako biste brzo prošli kroz prozor formiranja. Ne dozvolite da se dijelovi hlade na zraku u peći ili na radnoj površini.

3. Izbjegavaj neprikladno ublažavanje stresa za potrebe ovog članka, za proizvode koji sadrže ugljikovo čelik, upotrebljavaju se sljedeće:

4. Provjerite i ispunite uvjete za potrebe tehničke analize, potrebno je utvrditi: Periodično provjerava prakse trgovine.

U skladu s tim, u skladu s člankom 3. stavkom 1. stavkom 3. ovog Pravilnika, proizvođači mogu osigurati da se u skladu s člankom 3. stavkom 3.