ما هي المراحل الضارة التي يتم ترسيبها بسهولة في الفولاذ المزدوج ضمن نطاقات معينة من درجات الحرارة

دوبلكس من الفولاذ المقاوم للصدأ (DSS) يستخدم على نطاق واسع في قطاعات النفط والغاز والكيماويات والهندسة البحرية لقوته العالية ومقاومته الممتازة للتآكل. ومع ذلك، يعتمد الأداء العالي لـ DSS على بنيته المجهرية المتوازنة بدقة من الأوستينيت (γ) والفريت (δ). عندما يتعرض DSS أو يتم تشغيله لفترات طويلة ضمن نطاقات معينة من درجات الحرارة، فإن مرحلة الفريت تتحلل، مما يعجل "بالمراحل الضارة" المختلفة. تؤدي هذه الرواسب إلى إضعاف المتانة الميكانيكية للمادة ومقاومتها للتآكل بشدة، مما يشكل تهديدًا كبيرًا لموثوقية التطبيقات الهندسية.

1. قاتل الهشاشة: هطول المرحلتين σ وχ

من بين جميع المراحل الضارة، فإن المرحلة σ هي بلا شك الأكثر شهرة وتدميرًا.

نطاق درجة حرارة الهطول: σ يترسب الطور بشكل أساسي بين 600 درجة مئوية و950 درجة مئوية، مع حركية الهطول التي تبلغ ذروتها حوالي 800 درجة مئوية إلى 880 درجة مئوية.

التركيب الكيميائي: الطور σ عبارة عن مركب بين المعادن غني بالكروم (Cr) والموليبدينوم (Mo). يتشكل من خلال تحلل δ الفريت أو تفاعل التحلل eutectoid عند السطح البيني بين δ الفريت و γ الأوستينيت.

تأثير الأداء: لهطول الأمطار في المرحلة σ تأثير ذو شقين على الخواص الهندسية لـ DSS. أولا، المرحلة σ نفسها هي مرحلة صعبة وهشة. وجوده يقلل بشكل كبير من صلابة تأثير المادة، مما يجعلها عرضة للكسر الهش عند درجات حرارة منخفضة أو تحت ظروف تركيز الضغط. ثانيًا، أثناء هطول الأمطار، تستهلك المرحلة σ كميات كبيرة من Cr وMo من مصفوفة الفريت المحيطة، مما يؤدي إلى مناطق مستنفدة Cr وMo المحيطة بالمرحلة σ. تقلل هذه المناطق المستنفدة بشكل كبير من مقاومة التآكل، وتصبح عرضة للتنقر والتآكل بين الحبيبات.

طور Chi هو أيضًا مركب معدني غني بالكروم والمولومنيوم والذي يتشكل عادةً ضمن نطاق درجة حرارة مماثل لمرحلة σ (700 درجة مئوية إلى 900 درجة مئوية). ومع ذلك، فإن المرحلة χ تترسب عادةً بشكل تفضيلي كمرحلة شبه مستقرة في بداية الشيخوخة، وتتحول لاحقًا فقط إلى المرحلة σ الأكثر استقرارًا. تأثيره السلبي على الخصائص مشابه لتأثير الطور σ، مما يؤدي إلى التقصف وانخفاض مقاومة التآكل.

2. التقصف عند 475 درجة مئوية: تهديد خفي عند درجات الحرارة المنخفضة

بالإضافة إلى المرحلة σ في المناطق ذات درجات الحرارة المرتفعة، يواجه الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج أيضًا منطقة خطر عند درجات حرارة منخفضة، تُعرف باسم التقصف عند 475 درجة مئوية.

نطاق درجة حرارة الهطول: تحدث هذه الظاهرة بين 350 درجة مئوية و550 درجة مئوية، وتصل حدتها القصوى إلى حوالي 475 درجة مئوية.

الآلية الدقيقة: ضمن نطاق درجات الحرارة هذا، تخضع مرحلة الفريت دلتا للتحلل الشوكي، وتنقسم إلى هيكلين من الفريت النانوي: مرحلة α غنية بالكروم (Cr-rich α′) ومرحلة α فقيرة بالكروم (Cr-poor α).

تأثير الأداء: يزيد فصل الطور النانوي هذا بشكل كبير من صلابة المادة وقوتها، ولكنه يقلل بشكل كبير من متانة تأثيرها. في حين أن هذا التقصف الناتج عن درجات الحرارة المنخفضة أقل حدة وانتشارًا من ترسيب الطور σ على مقاومة التآكل، فإن الطور α الغني بالكروم يمكن أن يؤدي أيضًا إلى زيادة قابلية التآكل في بعض الوسائط. ومن الجدير بالذكر أن التحلل الفقري عادة ما يتطلب فترة شيخوخة طويلة، ولكن قد يتم تسريع حركية هطول الأمطار في المواد الباردة.

3. الكربونيتريدات والأوستينيت الثانوي

بالإضافة إلى الرواسب الأولية المذكورة أعلاه، قد تتشكل مراحل ضارة أخرى في ظل ظروف معينة:

الكربيدات والنيتريدات: بين 550 درجة مئوية و750 درجة مئوية، قد تترسب كربيدات الكروم (Cr23C6) أو النتريدات. على الرغم من أن محتوى الكربون (C) في DSS الحديث عادةً ما يتم الاحتفاظ به عند مستويات منخفضة للغاية (.030.03%)، إلا أن هذه الرواسب قد لا تزال تتشكل عند حدود الحبوب، مما يستهلك الكروم ويشكل خطر التآكل الحبيبي.

الأوستينيت الثانوي (γ2​): أثناء ترسيب المرحلة σ، يؤدي تحلل δ الفريت في نفس الوقت إلى تكوين الأوستينيت الثانوي الغني بالنيكل (γ2​). في حين أن γ2 بحد ذاتها ليست مرحلة ضارة بشكل مباشر، فإن آلية تكوينها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بهطول الطور σ. يشير وجودها إلى تحلل δ الفريت، مما يشير بشكل غير مباشر إلى تدهور خصائص المواد.