Tránh Giòn Pha Sigma trong Thép Duplex: Cửa Sổ Thời Gian-Nhiệt Độ Quan Trọng cho Xử Lý Nhiệt

Tránh Giòn Pha Sigma trong Thép Duplex: Cửa Sổ Thời Gian-Nhiệt Độ Quan Trọng cho Xử Lý Nhiệt

Thép không gỉ duplex, được biết đến với sự kết hợp tuyệt vời giữa độ bền và khả năng chống ăn mòn, đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe trong ngành chế biến hóa chất, dầu khí và hàng hải. Tuy nhiên, độ ổn định vi cấu trúc của chúng không phải lúc nào cũng đảm bảo. Một mối đe dọa lớn trong quá trình xử lý nhiệt là sự hình thành pha sigma, một hợp chất liên kim loại giòn có thể làm suy giảm nghiêm trọng tính chất cơ học và khả năng chống ăn mòn. Việc hiểu rõ và tránh các khoảng thời gian-nhiệt độ then chốt dẫn đến sự hình thành này không chỉ là một chi tiết kỹ thuật — mà là yếu tố thiết yếu để đảm bảo tính toàn vẹn và an toàn của các bộ phận.

Tài liệu này cung cấp một khuôn khổ thực tế, có thể triển khai được nhằm tránh hiện tượng giòn hóa do pha sigma trong quá trình xử lý nhiệt thép không gỉ duplex.

Vấn đề về pha Sigma: Tại sao nó quan trọng

Giai đoạn Sigma (σ) là một hợp chất cứng, giòn, giàu crom và molypden. Sự hình thành của nó làm cạn kiệt các nguyên tố hợp kim quan trọng này trong ma trận xung quanh, làm suy giảm khả năng chống ăn mòn vốn có của thép. Về mặt cơ học, ngay cả một tỷ lệ nhỏ pha sigma cũng có thể làm giảm đáng kể độ dẻo dai va đập và độ dẻo.

Hậu quả của sự giòn do pha sigma là rất nghiêm trọng:

• Thất bại thảm khốc : Các bộ phận có thể vỡ vụn dưới tải trọng va đập hoặc sốc.

• Ăn mòn sớm : Sự cố của các đường ống, bình chứa hoặc phụ tùng trong môi trường ăn mòn.

• Chi phí loại bỏ cao : Toàn bộ lô sản phẩm đã qua xử lý nhiệt có thể phải loại bỏ hoặc sửa chữa lại.

Cửa sổ hình thành: Nơi nguy hiểm nằm ở đâu

Pha sigma không hình thành ngay lập tức hay ở tất cả các nhiệt độ. Nó có một cửa sổ hình thành và phát triển rất cụ thể, thường nằm trong khoảng khoảng 600°C đến 1000°C (1112°F - 1832°F) . Trong khoảng nhiệt độ này, mức độ rủi ro không đồng đều.

• Khoảng Nhiệt Độ Hình Thành Đỉnh : Quá trình hình thành xảy ra nhanh nhất giữa 750°C và 950°C (1382°F - 1742°F) . Tiếp xúc trong vùng "mũi" của biểu đồ Thời gian-Nhiệt độ-Chuyển biến (TTT) cực kỳ nguy hiểm.

• Phụ Thuộc Thời Gian : Quá trình hình thành bị kiểm soát bởi khuếch tán, nghĩa là nó phụ thuộc vào cả thời gian và nhiệt độ nhiệt độ và thời gian. Thời gian giữ nhiệt ngắn ở nhiệt độ cao có thể ít gây hại hơn so với thời gian giữ nhiệt kéo dài ở nhiệt độ thấp hơn trong khoảng nhiệt độ tới hạn.

Hướng Dẫn Thực Tế Cho Xử Lý Nhiệt An Toàn

Phương pháp chính để tránh pha sigma là kiểm soát chặt chẽ các thông số nhiệt luyện, bước đầu tiên phổ biến là Luyện giải pháp .

1. Ủ hòa tan: Bước thiết yếu để thiết lập lại

Quy trình này sẽ hòa tan bất kỳ pha thứ cấp nào (như sigma) có thể đã hình thành trong quá trình chế tạo trước đó (ví dụ: hàn, gia công nóng) và khôi phục lại cấu trúc vi mô cân bằng 50/50 austenit-ferrit.

• Nhiệt độ : Đun nóng đến nhiệt độ đủ cao để hòa tan tất cả các pha thứ cấp, thường là 1020°C đến 1100°C (1868°F - 2012°F) đối với thép duplex 2205 tiêu chuẩn. Nhiệt độ chính xác phụ thuộc vào mác và thành phần hóa học cụ thể.

• Thời gian ngâm : Giữ ở nhiệt độ đó đủ lâu để đạt được cấu trúc vi mô đồng nhất và không có kết tủa. Thời gian thường là 15 phút đến 1 giờ trên mỗi inch độ dày .

• Làm mát : Đây là bước quan trọng nhất. Vật liệu phải được làm nguội nhanh chóng qua ngưỡng hình thành pha sigma (dưới 600°C) để ngăn ngừa kết tủa trở lại.

  • Phương pháp : Tôi nước là phương pháp hiệu quả nhất và được khuyến nghị cho các đoạn có kích thước đáng kể. Đối với các đoạn mỏng, tôi bằng khí nén có thể là đủ.

2. Tránh tái nhập vào cửa sổ nhiệt độ tới hạn

Sau khi ủ hòa tan, mọi quá trình nhiệt tiếp theo phải được kiểm soát cẩn thận.

• Giảm ứng suất : Các phương pháp xử lý giảm ứng suất tiêu chuẩn cho thép các bon (~600-650°C) rơi trực tiếp vào khoảng nhiệt độ hình thành pha sigma và Không phù hợp với thép duplex . Nếu việc giảm ứng suất là absolutely cần thiết, hãy sử dụng phương pháp nhiệt độ cao, làm nóng nhanh qua khoảng nhiệt độ tới hạn đến một nhiệt độ cao hơn (ví dụ: ~1050°C), giữ trong thời gian rất ngắn, sau đó tôi lại. Đây là một quy trình đặc biệt.

• Hàn và gia công nóng : Những quá trình này tạo ra các vùng ảnh hưởng bởi nhiệt độ tại chỗ (HAZ) mà chắc chắn sẽ đi qua dải nhiệt độ tới hạn. Chìa khóa là kiểm soát lượng nhiệt đưa vào và nhiệt độ giữa các lớp hàn (tối đa ~100°C / 212°F đối với 2205) để giảm thiểu thời gian trong khoảng nhiệt độ nguy hiểm. Cấu trúc vi mô sau khi hàn thường yêu cầu được đánh giá.

Phát hiện và Khắc phục: Cách Kiểm tra và Sửa chữa

• Phát hiện :

  • Thử nghiệm va đập : Đo lường trực tiếp mức độ giảm độ dẻo dai. Thử nghiệm va đập không đạt là dấu hiệu rõ ràng cho thấy vật liệu bị giòn hóa.

  • Nguyên lý kim loại học : Phương pháp phổ biến nhất. Một mẫu được đánh bóng và ngâm tẩm để lộ rõ cấu trúc vi mô. Pha sigma xuất hiện dưới dạng những hòn đảo sáng, có hình khối vuông vức tại các ranh giới giữa ferit và austenit (xem các hình ảnh vi mô minh họa).

  • Kiểm tra điện hóa : Các kỹ thuật như Phục hồi điện hóa thế năng động hai vòng (DL-EPR) có thể phát hiện các vùng thiếu hụt crom do pha sigma gây ra.

• Khắc phục :

  • Nếu phát hiện có pha sigma, cách khắc phục đáng tin cậy duy nhất là thực hiện quá trình tôi hoàn toàn (nhiệt luyện ở nhiệt độ cao) kèm theo làm nguội nhanh.

  • Ghi chú : Khi đã hình thành, pha sigma rất khó hòa tan. Phải thực hiện tôi luyện ở nhiệt độ cao đúng mức với thời gian giữ nhiệt đủ dài.

Những điểm chính dành cho Nhân viên vận hành và Kỹ sư

1. Hiểu rõ khoảng nhiệt độ nguy hiểm : Ghi nhớ khoảng nhiệt độ quan trọng là 600-1000°C (1112-1832°F) . Coi mọi hoạt động giữ kim loại trong khoảng này là hoạt động có nguy cơ cao.

2. Làm nguội nhanh, không được để nguội : Sau bất kỳ quy trình nào ở nhiệt độ cao, làm nguội nhanh bằng nước để nhanh chóng vượt qua khoảng nhiệt độ hình thành pha sigma. Không để các bộ phận nguội tự nhiên trong lò hoặc trên bàn.

3. Tránh Giảm Căng Thẳng Không Đúng Cách : Đừng sử dụng quy trình giảm căng thẳng ở nhiệt độ thấp được thiết kế cho thép carbon.

4. Xác Minh Và Đánh Giá : Đánh giá quy trình xử lý nhiệt của bạn bằng thử nghiệm cơ học (đặc biệt là độ bền va đập) và phân tích vi cấu trúc. Định kỳ kiểm tra các quy trình thực hành tại xưởng.

Bằng cách kiểm soát chặt chẽ thời gian và nhiệt độ, đồng thời tuân thủ các khoảng nhiệt độ quan trọng được nêu trong giản đồ TTT, các nhà sản xuất có thể tin cậy tránh được những hậu quả tốn kém và nguy hiểm do hiện tượng giòn pha sigma, đảm bảo hiệu suất vượt trội của các bộ phận làm từ thép không gỉ hai pha.