چه فازهای مضری به راحتی در فولاد دوبلکس در محدوده دمایی مشخص رسوب می کنند

فولاد ضد زنگ دوبلکس (DSS) به دلیل استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی عالی به طور گسترده در بخش‌های مهندسی نفت و گاز، شیمیایی و دریایی استفاده می‌شود. با این حال، عملکرد بالای DSS به ریزساختار کاملا متعادل آستنیت (γ) و فریت (δ) وابسته است. هنگامی که DSS در معرض یا برای مدت طولانی در محدوده دمایی خاص قرار می گیرد، فاز فریت تجزیه می شود و "فازهای مضر" مختلف را رسوب می دهد. این رسوبات به شدت چقرمگی مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی مواد را مختل می کند و تهدیدی قابل توجه برای قابلیت اطمینان کاربردهای مهندسی است.

1. کشنده شکنندگی: بارش فازهای σ و χ

در بین تمام فازهای مخرب، فاز σ بدون شک شناخته شده ترین و مخرب ترین فاز است.

محدوده دمایی بارش: فاز σ عمدتاً بین 600 درجه سانتیگراد و 950 درجه سانتیگراد رسوب می کند و سینتیک بارش آن در حدود 800 درجه سانتیگراد تا 880 درجه سانتیگراد به اوج خود می رسد.

ترکیب شیمیایی: فاز σ یک ترکیب بین فلزی غنی از کروم (Cr) و مولیبدن (Mo) است. از طریق تجزیه فریت δ یا واکنش تجزیه یوتکتوئیدی در سطح مشترک بین δ فریت و آستنیت γ تشکیل می شود.

تأثیر عملکرد: بارش فاز σ تأثیر دو جانبه ای بر خواص مهندسی DSS دارد. اول اینکه فاز σ خود یک فاز سخت و شکننده است. وجود آن به شدت چقرمگی ضربه مواد را کاهش می دهد و آن را مستعد شکستگی شکننده در دماهای پایین یا تحت شرایط غلظت تنش می کند. دوم، در طول بارش، فاز σ مقادیر قابل‌توجهی از کروم و مو از ماتریس فریت δ اطراف مصرف می‌کند و در نتیجه مناطق خالی از کروم و مو در اطراف فاز σ ایجاد می‌شود. این مناطق تخلیه شده به طور قابل توجهی مقاومت خوردگی را کاهش می دهند و در برابر خوردگی حفره ای و بین دانه ای آسیب پذیر می شوند.

فاز چی همچنین یک ترکیب بین فلزی غنی از کروم و مو است که معمولاً در محدوده دمایی مشابه فاز σ (700 درجه سانتی گراد تا 900 درجه سانتی گراد) تشکیل می شود. با این حال، فاز χ معمولاً ترجیحاً به عنوان یک فاز فراپایدار در آغاز پیری رسوب می‌کند و بعداً به فاز σ پایدارتر تبدیل می‌شود. تاثیر منفی آن بر خواص مشابه با فاز σ است که منجر به شکنندگی و کاهش مقاومت در برابر خوردگی می شود.

2. تردی 475 درجه سانتی گراد: تهدیدی پنهان در دماهای پایین

علاوه بر فاز σ در مناطق با دمای بالا، فولاد ضد زنگ دوبلکس همچنین در دماهای پایین‌تر منطقه خطرناکی را تجربه می‌کند که به نام شکنندگی 475 درجه سانتی‌گراد شناخته می‌شود.

محدوده دمایی بارش: این پدیده بین 350 تا 550 درجه سانتی گراد رخ می دهد و شدت اوج آن حدود 475 درجه سانتی گراد است.

میکرومکانیسم: در این محدوده دما، فاز دلتا فریت تحت تجزیه اسپینودال قرار می گیرد و به دو ساختار فریت در مقیاس نانو تجزیه می شود: فاز α' غنی از کروم (α' غنی از کروم) و فاز α فقیر از کروم (α فقیر کروم).

تاثیر عملکرد: این جداسازی فاز در مقیاس نانو به طور قابل توجهی سختی و استحکام مواد را افزایش می دهد، اما چقرمگی ضربه آن را به شدت کاهش می دهد. در حالی که این شکنندگی در دمای پایین نسبت به بارش فاز σ در مقاومت به خوردگی کمتر شدید و فراگیر است، فاز α' غنی از کروم نیز می‌تواند منجر به افزایش حساسیت به خوردگی در محیط‌های خاص شود. شایان ذکر است که تجزیه اسپینودال معمولاً به یک دوره پیری طولانی نیاز دارد، اما سینتیک بارش ممکن است در مواد سرد کار تسریع شود.

3. کربنیتریدها و آستنیت ثانویه

علاوه بر رسوبات اولیه ذکر شده در بالا، فازهای مضر دیگری نیز ممکن است تحت شرایط خاصی تشکیل شوند:

کاربیدها و نیتریدها: بین 550 درجه سانتیگراد تا 750 درجه سانتیگراد، کاربیدهای کروم (Cr23 C6) یا نیتریدها ممکن است رسوب کنند. اگرچه محتوای کربن (C) DSS مدرن معمولاً در سطوح بسیار پایین (≤0.03٪) نگه داشته می شود، این رسوبات ممکن است هنوز در مرزهای دانه تشکیل شوند و کروم را مصرف کنند و خطر خوردگی بین دانه ای را ایجاد کنند.

آستنیت ثانویه (γ2): در طول رسوب فاز σ، تجزیه فریت δ به طور همزمان آستنیت ثانویه غنی از نیکل (γ2) را تشکیل می دهد. در حالی که γ2 خود یک فاز مستقیم زیان آور نیست، مکانیسم تشکیل آن ارتباط نزدیکی با بارش فاز σ دارد. وجود آن نشان دهنده تجزیه فریت δ است که به طور غیرمستقیم نشان دهنده زوال خواص مواد است.