چرا لوله های فولادی ضد زنگ دوبلکس پس از ساخت باید تحت درمان محلول قرار گیرند

لوله‌های فولادی ضد زنگ دوبلکس (DSS) به دلیل استحکام عالی، چقرمگی عالی و مقاومت فوق‌العاده در برابر ترک خوردگی ناشی از فشار کلرید (SCC) به مواد انتخابی در صنایع حیاتی - از جمله نفت و گاز، پردازش شیمیایی، خمیر و کاغذ و نمک‌زدایی تبدیل شده است. با این حال، برای باز کردن کامل پتانسیل DSS، یک مرحله تولید غیرقابل مذاکره است: حلول آنیل.

از دیدگاه متالورژی حرفه ای، بازپخت محلول یک فرآیند اختیاری نیست. این یک الزام اجباری است تا اطمینان حاصل شود که لوله های DSS مشخصات عملکرد طراحی شده خود را برآورده می کنند و قابلیت اطمینان طولانی مدت را تضمین می کنند.

1. از بین بردن اثرات کار سرد و ایجاد مجدد ریزساختار دوبلکس ایده آل

ساخت از لوله های فولادی ضد زنگ دوبلکس چه بدون درز (نورد) و چه جوش داده شده (شکل شده)، شامل درجات مختلفی از کار سرد یا تغییر شکل پلاستیک است.

اعوجاج شبکه و تنش پسماند: کار سرد به شدت شبکه کریستالی مواد را منحرف می کند و تنش های پسماند قابل توجهی را در ریزساختار جمع می کند. این تنش‌ها نه تنها شکل‌پذیری و چقرمگی مواد را کاهش می‌دهند، بلکه به‌عنوان نیروی محرکه اصلی برای ترک خوردگی تنشی (SCC) هنگامی که لوله در نهایت در معرض محیط‌های کلریدی قرار می‌گیرد، عمل می‌کنند. هدف اولیه از بازپخت محلول، گرم کردن لوله تا یک محدوده دمای بالا خاص، معمولاً در حدود 1020 درجه سانتیگراد تا 1100 درجه سانتیگراد، و نگه داشتن آن برای مدت کافی برای رفع کامل این تنش‌های پسماند و عیوب شبکه است.

تصحیح تعادل فاز: فرآیندهای تولید، به ویژه کار سرد، می تواند اندکی ایده آل را مختل کند 50%:50% تعادل فاز آستنیت (γ) به فریت (α) DSS. گرمایش در دمای بالا در طول بازپخت محلول امکان تبلور مجدد و تبدیل فاز را فراهم می کند و توزیع یکنواخت عناصر آلیاژی (مانند کروم، مولیبدن و نیتروژن) را افزایش می دهد. این فرآیند دقیقاً ترکیب فاز را به محتوای آستنیت مورد نیاز 40٪ -60٪ بازیابی می کند. این تعادل فاز دقیق پایه ای برای دستیابی به اثر هم افزایی استحکام بالا و مقاومت در برابر خوردگی برتر است.

2. انحلال فازهای مضر و ریشه کن کردن حساسیت به خوردگی

فولادهای زنگ نزن دوبلکس زمانی که در محدوده دمایی قرار می گیرند به شدت مستعد بارش فازهای بین فلزی مضر هستند. 300 درجه سانتی گراد به 1000 درجه سانتی گراد . این می تواند در مراحل گرمایش، نگهداری و سرمایش تولید رخ دهد.

تاثیر مهلک فاز سیگما: بدنام ترین آنها شکننده است σ فاز (Sigma Phase) که سرشار از کروم و مولیبدن است. بارش آن منجر به کاهش شدید چقرمگی می شود و توانایی DSS را برای مقاومت در برابر ضربه در دمای پایین از بین می برد. نگران‌کننده‌تر، تشکیل فاز سیگما، مناطق خالی از کروم و مولیبدن را در ماتریکس اطراف ایجاد می‌کند.

افزایش حساسیت به خوردگی موضعی: کروم عنصر کلیدی است که مسئول تشکیل لایه محافظ محافظ روی سطوح فولادی ضد زنگ است. در این مناطق تخلیه شده، توانایی و پایداری فیلم غیرفعال به شدت کاهش می یابد. این باعث می شود که مواد در برابر خوردگی حفره ای، خوردگی شکاف و خوردگی بین دانه ای بسیار آسیب پذیر باشند.

عمل پاکسازی آنیل کردن محلول: بازپخت محلول نیاز به گرم کردن لوله ها بالاتر از دمای انحلال فاز سیگما دارد. به دنبال زمان خیساندن کافی، فاز سیگما و سایر رسوبات مضر (مانند χ فاز، کربنیتریدها) دوباره به طور کامل در ماتریکس آستنیت و فریت حل می شوند. این فرآیند تمام محل های بالقوه شروع خوردگی را حذف می کند و مقاومت خوردگی طراحی شده لوله را به طور کامل بازیابی می کند.

3. استراتژی خنک کننده سریع: قفل کردن در عملکرد

اثربخشی بازپخت محلول فقط به پارامترهای گرمایش و نگهداری بستگی ندارد، بلکه به طور بحرانی به مرحله خنک‌سازی سریع بعدی بستگی دارد که معمولاً از طریق خاموش کردن آب حاصل می‌شود.

جلوگیری از بارندگی مجدد: همانطور که اشاره شد، فازهای مضر به احتمال زیاد در طول قرار گرفتن در معرض دمای بالا رسوب می کنند. خنک شدن سریع به لوله ها اجازه می دهد تا به سرعت از محدوده دمای بحرانی عبور کنند 850 درجه سانتی گراد به 350 درجه سانتی گراد . این عملیات برای سرکوب رسوب مجدد فازهای مضر طراحی شده است، به طور موثر عناصر آلیاژی را در محلول جامد "قفل می کند" و اطمینان می دهد که حداکثر چقرمگی و مقاومت در برابر خوردگی حفظ می شود.

تمرکز بر روند صنعت: با توجه به افزایش تقاضا برای ایمنی و عمر طولانی، استفاده از فولاد ضد زنگ Super Duplex (SDSS) و نمرات Super Duplex با نیتروژن بالا در حال رشد است. این گریدها (به عنوان مثال، 2507، 2707) دارای محتوای کروم و مولیبدن بالاتری هستند، که آنها را مستعد بارش فاز مضر و نیاز به سینتیک بارش سریع‌تر می‌کند. این روند مستلزم کنترل روزافزون دقیقی بر فرآیند بازپخت محلول - به ویژه دقت دما و سرعت خنک‌سازی - است که آن را به یک مانع تکنولوژیکی حیاتی برای تضمین کیفیت محصول تبدیل می‌کند.

4. مرحله مهم تعمیر پس از جوشکاری

جوشکاری چالش مهم دیگری را برای عملکرد لوله DSS ایجاد می کند که به شدت بر ریزساختار در فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت (HAZ) تأثیر می گذارد.

مسائل HAZ: سرعت خنک‌سازی در HAZ در طول جوشکاری اغلب برای مطابقت با الزامات یک آنیل محلول ایده‌آل کافی نیست، که به طور بالقوه منجر به تشکیل ناکافی آستنیت یا بارش موضعی فازهای مضر می‌شود. در حالی که انجام عملیات حرارتی پس از جوش (PWHT) در خطوط لوله نصب شده بزرگ اغلب غیرعملی است، مرحله اولیه بازپخت محلول در طول فاز ساخت (به کار رفته در صفحه خام/بیلت یا لوله جوش داده شده نهایی) کاملا ضروری است. این تضمین می کند که لوله با ساختار متالورژیکی یکنواخت، پایدار و بدون نقص کارخانه را ترک می کند.

استانداردهای جهانی و انطباق: استانداردهای بین المللی مانند ASTM A790 (برای بدون درز) و ASTM A928 (برای لوله های جوش داده شده) به صراحت بازپخت محلول و خاموش کردن آب برای لوله های DSS را الزامی می کند. این یک آستانه فنی اجباری برای ورود به بازار محصول است که مستقیماً بر تأیید ایمنی و طول عمر عملیاتی بلندمدت پروژه‌های صنعتی تأثیر می‌گذارد.