Ikki tomonlama zanglamaydigan po'latdan yasalgan mikro tuzilma: 50/50 ostenit-Ferrit balansi va mulkka ta'siri

Ikki tomonlama zanglamaydigan po'latlar o'z nomini ikki xil kristall faza - ostenit va ferrit - taxminan teng nisbatda bir-biriga bog'langan mikro tuzilishdan oladi. Bu kosmetik tafsilot emas. Faza balansi bitta o'zgaruvchi bo'lib, dupleks quvur, armatura yoki zarb o'zining yuqori quvvat va'dasini va mukammal xlorid korroziyaga chidamliligini ta'minlaydimi yoki buning o'rniga mo'rtlashish, yorilish yoki kutilmagan korroziyadan muddatidan oldin ishlamay qoladi.

Ushbu maqolada 50/50 balansi qanday ishlab chiqilganligi, u qanday tekshirilganligi va xaridlar va dizayn muhandislari tayanadigan mexanik va korroziya ko'rsatkichlarini qanday shakllantirishi tushuntiriladi.

Dupleks zanglamaydigan po'latda ideal ostenit{0}}ferrit nisbati nima?

Metallurgiyaning maqsadi nominal 50% ostenit / 50% ferrit strukturasi bo'lib, tijorat spetsifikatsiyalari hajmi bo'yicha taxminan 35-65% ferritning amaliy ish oynasini qabul qiladi.

Ikki tomonlama navlar shunday qotishma qilinadiki, odatdagi ishlov berish va xizmat ko'rsatish haroratida termodinamik jihatdan barqaror struktura-markazlangan{1}}kubik (BCC) ferrit va-markazlangan-kubik (FCC) ostenit o'rtasida teng bo'linadi. Hech bir fazaning o'zi ma'lum bo'lgan dupleks po'latni ishlab chiqarmaydi. Ferrit yuqori rentabellikga va xlorid stressli korroziya yorilishiga chidamliligiga hissa qo'shadi, lekin o'z-o'zidan u past haroratda mo'rtlashuvga- moyil bo'ladi va qattiqlikni kamaytiradi. Ostenit egiluvchanlik, qattiqlik va payvandlanish qobiliyatiga hissa qo'shadi, lekin o'z-o'zidan oqish kuchining yarmiga teng va xlorid{8}}qo'zg'atuvchi SCCga ko'proq sezgir. Ikki fazani teng hajmli fraktsiyalarda aralashtirish har birining zaif tomonlarini qoplash imkonini beradi, bu esa bir fazali muqobil-da dupleks darajasini belgilashning butun tijorat asosidir.

Tegirmon sertifikatlari va dupleks 2205 (UNS S32205/S31803) uchun sotib olish spetsifikatsiyalari odatda 35{6}}65% ferritni talab qiladi, ozg'in dupleks va super dupleks navlari esa ASTM A923 va tegishli mahsulot standarti bo'yicha o'zlarining malakali diapazonlariga ega. Qabul qilingan diapazonning istalgan ekstremal qismiga qarab o'qish hali ham "spetsifikatsiyada", lekin u xususiyat profilini o'lchovli ravishda bir fazaning xususiyatlariga siljitadi, shuning uchun issiqlik{7}}issiqlik konsistensiyasini baholovchi xaridorlar diapazonga nisbatan o'tish/qobiliyatsizlikni emas, balki haqiqiy ferrit raqamini so'rashlari kerak.

Qattiqlashuv va sovutish jarayonida dupleks mikrostruktura qanday shakllanadi?

Dupleks po'lat 100% ferrit sifatida qattiqlashadi; ostenit faqat keyin paydo bo'ladi, material taxminan 1000-1300 gradusgacha soviganida ferrit donalari chegaralaridan yadrolanadi va o'sadi.

Ushbu qotib qolish yo'li metallurgiyaning sababi bo'lib, dupleks po'lat boshidanoq qisman yoki to'liq ostenit sifatida qotib qoladigan ostenitik navlardan juda farq qiladi. Eritilgan dupleks po'lat o'zining qattiq qatlami ostida soviganida, u bir fazali ferrit strukturasini hosil qiladi. Ferrit-plyus-ikki fazali ostenit maydoni orqali sovutishning davom etishi ostenitning ferrit donalari chegaralarida choʻkishiga va keyin Widmanstätten latalari va intragranular orollar sifatida ichkariga oʻsishiga imkon beradi. Ushbu transformatsiya oynasi orqali sovutish tezligi to'g'ridan-to'g'ri strukturani keyingi sovutish yoki jarayonni o'chirish orqali qulflashdan oldin qancha ostenit hosil bo'lishini aniqlaydi.

Ushbu transformatsiya diffuziya-boshqarilganligi sababli, kritik diapazonda juda tez sovutish (ingichka qismlarda, kichik{1}}diametrli trubkada yoki payvandlash paytida quvvatsiz issiqlik-ta'sir zonasida sodir bo'lishi mumkin) ostenitning yadrolanishi va o'sishi uchun etarli vaqt qolmaydi, natijada ferrit{3}} bo'ladi. Juda sekin sovutish yoki noto'g'ri haroratda juda uzoq vaqt ushlab turish ortiqcha ostenit hosil bo'lishiga yoki sigma fazasi kabi zararli intermetalik fazalarning cho'kishiga imkon beradi, bu haqda quyida muhokama qilinadi. Tegirmonni qayta ishlash marshrutlari - issiq prokatlash, eritmani qayta ishlash va suvni so'ndirish - hammasi ushbu transformatsiyani nazorat qilish va mahsulot xaridorga yetib borgunga qadar maqsadli balansni qulflash uchun ataylab ketma-ketlikda amalga oshiriladi.

Manba: ASTM A923-21, ishlangan dupleks ostenitik/ferritik zanglamaydigan po'latlarda zararli intermetalik fazani aniqlash uchun standart sinov usullari

Nima uchun azot faza balansini boshqarish uchun asosiy vositadir?

Azot kuchli ostenit stabilizatoridir va zamonaviy dupleks navlari faza balansini 50/50 ga yaqin ushlab turish va zararli intermetallar hosil bo'ladigan haroratni oshirish uchun maxsus 0,14-0,32% azot bilan ataylab qotishtiriladi.

Qotishma elementlari ikki faza o'rtasida notekis bo'linadi. Xrom va molibden ferrit stabilizatorlari bo'lib, ferrit fazasida konsentratsiyani afzal ko'radi; nikel va azot ostenit stabilizatorlari bo'lib, ostenit fazasida konsentratsiyalanadi. Bular orasida azot g'ayrioddiy, chunki u kuchli ostenit stabilizatori va juda yuqori diffuziyaga ega qattiq eritmani mustahkamlovchi-dir, ya'ni u ostenitni termodinamik jihatdan qulay qilishdan ko'ra sovutish paytida ostenit hosil bo'lishini tezlashtiradi.

Bu ikki tomonlama taʼsir birinchi{0}}avlodning dupleks navlaridan (past azotli) zamonaviy azotli navlarga oʻtish-2205 kabi yirik metallurgiyaning muhim yutugʻi boʻldi: azot qoʻshilishi amaliy sovutish tezligi oynasini kengaytirdi-buning natijasida 50/50 ga teng boʻlsa, hali ham ancha real darajaga erishish mumkin edi. tegirmon va payvandlash termal davrlari.

Azot, shuningdek, xrom va molibden ferrit fazaga tarqaladigan haroratni ko'tarib, mo'rtlashuvchi intermetalik birikmalarni (sigma va chi fazalari) hosil qiladi, payvandlash va issiq ishlov berish paytida qo'shimcha issiqlik chegarasini samarali sotib oladi. Bu har bir dupleks issiqlikda azot miqdori ko'rsatilishi va tekshirilishining ikkinchi, mustaqil sababi, uning faza balansidagi roli.

Manba: ASTM A240/A240M, Xrom va xrom uchun standart spetsifikatsiya-Nikel zanglamaydigan po'latdan yasalgan plastinka, qatlam va bosimli idishlar uchun lenta

Qaysi yechim{0}}Tavlanish parametrlari 50/50 balansini saqlaydi?

Dupleks 2205 eritma{1}}1020-1100 daraja oralig'ida tavlanadi va darhol suv-söndürülür; harorat ham, söndürme tezligi ham jarayon qulayliklari emas, balki yuk ko'taruvchi o'zgaruvchilardir.

Eritmani yumshatish har qanday intermetalik cho'kmalarni eritib,{0}}maqsadli ferrit{1}}austenit nisbatini qayta o'rnatish uchun yetarli darajada yuqori haroratda amalga oshiriladi, so'ngra sekin sovutish paytida strukturaning siljishidan oldin bu nisbatni muzlatish uchun tez söndürme amalga oshiriladi. Ferrit fraktsiyasi tavlanish harorati bilan belgilangan diapazonda ortib borishi sababli, tegirmonlar o'choq haroratini qattiq nazorat qiladi - 20-30 daraja tebranish ferrit tarkibini bir necha foizga siljitishi mumkin.

Qism qalinligi ham muhim: og‘ir{0}}devor trubkasi va zarb buyumlari yupqa plastinkaga qaraganda yadroda sekinroq soviydi, shuning uchun tegirmonlar suv-söndürme intensivligini (purkagich bilan o‘chirish, aralashtirma tanklar) nafaqat sirtda, balki butun ko‘ndalang-qismda yetarli sovutish tezligini ushlab turish uchun sozlaydi.

700-900 darajagacha sekin yoki toʻxtatilgan sovutish sigma-fazali yogʻingarchilik uchun oʻziga xos xavf zonasi boʻlib, bu haroratlarda tez hosil boʻladigan va kichik miqdorlarda ham qattiqlik va korroziyaga chidamliligini sezilarli darajada pasaytiradigan intermetalik birikma. Shuning uchun eritma{4}}tavlangan dupleks mahsulot havo bilan sovutilmaydi-söndürülmeli va bu diapazondagi har qanday keyingi termal ta'sir -, shu jumladan noto'g'ri bajarilgan payvand chokini ta'mirlash yoki nazoratsiz stressni bartaraf etish sikli-, bu bosqich emas, balki metallurgiya xavfi sifatida qaraladi.

Faza balansi 50/50 dan uzoqlashganda nima bo'ladi?

Haddan tashqari ferrit mustahkamlik va SCC qarshiligi uchun mustahkamlik va payvandlanish qobiliyatini almashtiradi; Ortiqcha ostenit egiluvchanlik va pishiqlik uchun mustahkamlik va chuqurlikka qarshilikni o'zgartiradi - na ekstremal ham sinf belgilangan muvozanatli ishlashni ta'minlamaydi.

Xrom, molibden va azot ikki faza oʻrtasida notekis boʻlinganligi sababli, fazalar ulushining siljishi ham har bir fazaning mahalliy kimyosi va shuning uchun uning individual xossalarining siljishi boʻlib, taʼsirni kuchaytiradi. Malakali diapazondan chetga chiqishning amaliy oqibatlari quyida umumlashtiriladi.

Manba: IMOAning dupleks zanglamaydigan po'latlarni ishlab chiqarish bo'yicha amaliy ko'rsatmalari; ASTM A923-21

Faza balansi mexanik xususiyatlarga qanday aylanadi?

To'g'ri muvozanatlangan ikki tomonlama tuzilma standart ostenitik zanglamaydigan po'latdan taxminan ikki baravar minimal oqish quvvatini o'xshash yoki yaxshi egiluvchanlikda beradi, bu esa ekvivalent bosim darajasida nozikroq qismlarga imkon beradi.

Mustahkamlash mexanizmi oddiy: faqat ferrit zanglamaydigan kompozitsiyalarda ostenitga qaraganda kuchliroqdir va nozik taneli, oʻzaro bogʻlangan ikki-fazali tuzilma faza chegaralarida har ikkala fazaning oʻzi koʻrsata oladigan darajadan koʻproq mustahkamlanadi. Quyidagi jadval dupleks 2205 uchun ASTM A240 minimal xususiyatlarini 316L ostenitik zanglamaydigan va super dupleks 2507 bilan taqqoslaydi.

Manba: ASTM A240/A240M va ASTM A789/A789M minimal mexanik xususiyat talablari

Faza balansi korroziyaga qarshilikni qanday boshqaradi?

Qotishtiruvchi elementlar ikki faza oʻrtasida notekis boʻlinganligi sababli, dupleks poʻlatning korroziyaga chidamliligi har ikkala fazaning mustaqil ravishda tegishli chuqurlikka{0}}qarshilik darajasiga - erishishiga bogʻliq.

Chuqurga chidamliligi uchun eng mas'ul bo'lgan ikkita element bo'lgan xrom va molibden ikkalasi ham ferrit fazasini qo'llab-quvvatlaydi, azot -, shuningdek, kuchli chuqurlikka qarshilik ko'rsatuvchi - ostenitni qo'llab-quvvatlaydi. Yaxshi moʻljallangan dupleks kompozitsiya-har bir faza alohida-alohida oʻrtacha kuchsiz fazani yashiruvchi yuqori hajmli-PRENga tayanmasdan, adekvat Pitting qarshiligi ekvivalent soniga (PREN=%Cr + 3.3×%Mo + 16×%N) etib borishi uchun muvozanatlangan. Shuning uchun azot miqdori faqat minimal emas, diapazon sifatida ko'rsatilgan: juda kam azot ostenit fazasini-ferrit fazasi yaxshi himoyalangan bo'lsa ham chuqurlikka chidamliligi uchun qotishma holida qoldiradi.

Xlorid va dengiz suvi xizmati uchun PREN{0}}bog'langan navlarni to'liq taqqoslash EETAning super dupleks S32750 va S32760 maqolasida va 254SMO dengiz suvi taqqoslashida keltirilgan; ikkalasi ham PREN formulasi dupleks darajalardan super{4}}ostenitik muqobillarga qanday kengayishini tushuntiradi.

Manba: NACE/ASTM umumiy sanoat konventsiyasi bo'yicha PREN formulasi; ASTM A240/A789 kimyoviy tarkibi chegaralari

Faza balansi ishlab chiqarish va QCda qanday tekshiriladi?

Ferrit tarkibi va zararli intermetalik moddalardan ozod bo'lishi ASTM A923 va ASTM E562/E1245 tomonidan boshqariladigan muntazam QC uchun magnit feritskop o'lchovi va hakamlik va malaka sinovlari uchun metallografik nuqtalarni hisoblash yoki tasvir tahlili bilan tasdiqlanadi.

ASTM A923 uchta sinov usulini belgilaydi, ularning har biri boshqa nosozlik rejimiga qaratilgan. A usuli - past kattalashtirishda intermetalik fazalarni aniqlash uchun metallografik qirqish-va-tekshirish tartibi. B usuli Charpy zarbga chidamlilik sinovi boʻlib, amaliy ekran sifatida ishlatiladi, chunki intermetallik{5}}fazali moʻrtlashuv zarba energiyasining kamayishi sifatida yaqqol namoyon boʻladi. Usul C - temir{7}}xlorid korroziyasi sinovi (ASTM G48 asosida), u xrom- va molibden-intermetalik cho'kmalarga tutashgan zonalar natijasida hosil bo'lgan chuqurchalar sezgirligini aniqlaydi.

Materiallar ommaviy kimyo va ferrit{0}}foiz tekshiruvidan oʻtishi mumkin va agar sigma fazasining kichik hajmli qismi hosil boʻlsa, C usulida barbod boʻlishi mumkin, shuning uchun xlorid xizmati uchun muhim dupleks komponentlarni koʻrsatuvchi xaridorlar uni standart tegirmon sertifikatiga biriktirilgan deb oʻylamasdan, ASTM A923 sinovini aniq soʻrashlari kerak.

Ishlab chiqarish jarayonida ferrit{0}}foizini muntazam tekshirish uchun tegirmonlar odatda tezligi uchun magnit feritskopdan foydalanadilar, ular vaqti-vaqti bilan ASTM E562 qo'lda nuqta hisoblash yoki ASTM E1245 avtomatlashtirilgan tasvir tahlili bilan jilolangan va chizilgan metallografik bo'limda - tekshiriladi yoki ikkita halokatli standart bo'lib qolsa, ularni o'qiydi. yangi issiqlik bilan ishlov berish tartibini kvalifikatsiya qilishda.

Payvandlash issiqlikdan ta'sirlangan hududda-faza muvozanatini qanday buzadi?

Payvand chokining issiqligi-ta'sirlangan zona tabiiy ostenit reformatsiyasi uchun muntazam ravishda-qattiqlashadi va juda tez qiziydi, shuning uchun dupleks payvandlashda asosiy metallning asl kimyosiga tayanmasdan, muvozanatni tiklash uchun to'ldiruvchi metallni nikel bilan ataylab qotishadi.

Payvandlash jarayonida termoyadroviy liniyaga ulashgan HAZ eritma-tavlanish haroratidan qisqa vaqt davomida isitiladi va keyin tegirmonda ishlov berishdan ancha tezroq soviydi - odatda havo-suvni o‘chirishdan ko‘ra tinch muhit sharoitida sovutish. Bu tez, nazoratsiz sovutish ferrit hosil bo‘lishini qo‘llab-quvvatlaydi va boshqarilmaydigan chokdagi ferrit miqdorini 70{5}}90% ga, malakali asosiy metall diapazonidan ancha tashqariga, bo‘g‘in strukturaviy jihatdan eng zaif bo‘lgan joyda mos ravishda mustahkamlik va korroziyaga chidamliligini yo‘qotishi mumkin.

Standart yumshatish ikki tomonlama. Birinchidan, dupleks payvandlash uchun to'ldiruvchi metallar (masalan, 2205 uchun ER2209) mos keladigan asosiy metallga qaraganda taxminan 2,5-4% ko'proq nikel bilan tuzilgan, shuning uchun tez HAZ sovutganda ham, payvandlangan metallning o'zini maqbul muvozanatga qaytarish uchun etarli ostenit yadrolari mavjud. Ikkinchidan, payvandlash protseduralari malakali oynada issiqlik kiritish va o'tish oralig'i haroratini nazorat qiladi - issiqlik kiritish juda past bo'lsa, ostenitning har qanday reformatsiyasi uchun zarur bo'lgan vaqt HAZni ochadi, shu bilan birga issiqlik kiritish juda yuqori bo'lsa, termal siklning sekinroq sovutish tomonida sigma{7}}fazali yog'ingarchilik xavfi mavjud. Ko'p o'tishli payvandlash bu xavfni kuchaytiradi, chunki har bir keyingi o'tish oldingi HAZni qayta isitadi, bu esa ASTM A923 qabul qilish sinovi bilan WPS malakasini ixtiyoriy tekshirish emas, balki ikki tomonlama bosimli payvandlash uchun standart talab qiladi.

Manba: AWS D1.6/D1.6M va ASME IX bo'lim dupleks payvandlash protsedurasi malaka amaliyoti

Duplex 2205 va Super Duplex 2507 muvozanatni nazorat qilish bosqichida- qanday taqqoslanadi?

Ikkala nav ham bir xil 35{2}}65% ferrit oynasiga mo‘ljallangan, biroq 2507 tarkibidagi xrom, molibden va azotning yuqoriligi amaliy ishlov berish chegarasini toraytiradi, bu esa faza-balans nazoratini talabchan qiladi va o‘tkazib yuborilganda yanada oqibatli bo‘ladi.

Super duplex 2507 standart dupleks 2205 ga qaraganda ancha yuqori PREN uchun qotishma qilingan, ya'ni sovutish juda sekin bo'lsa, intermetalik{2}}fazalarni hosil qilish uchun mutanosib ravishda ko'proq xrom va molibden mavjud. Amalda, bu 2507 ga tegirmonda ishlov berish va dala payvandlashda 2205 ga nisbatan torroq xavfsiz sovutish-tezligi va issiqlik-kiritish oynasini beradi, garchi ikkala nav ham bir xil nominal ferrit diapazoniga mos kelsa ham.

Shuning uchun super dupleks ishlab chiqarish spetsifikatsiyalari odatda standart dupleks ishiga qaraganda qattiqroq harorat chegaralari va ASTM A923 tekshiruvi-ni qo'yadi - maqsad printsipial jihatdan bir xil, ammo xatoga tolerantlik kichikroq.

EETA ning S32750 va S32760 ni maxsus taqqoslashida ushbu super dupleks navlar - o‘rtasidagi kompozitsion farqlar, shu jumladan S32760 - tomonidan ishlatiladigan volframga asoslangan PREN-W yondashuvi, shu jumladan, haddan tashqari xlorid yoki nordon xizmatni baholovchi xaridorlar uchun to‘liq batafsil yoritilgan.

Ikki tomonlama bosqich-Balansni tekshirish

Ikki tomonlama xarid buyurtmasida faza balansini tasdiqlash beshta tekshiruvdan o'tadi: tarkibi, ferrit foizi, ASTM A923 sinovi, issiqlik bilan ishlov berish rekordi va payvandlash jarayonining malakasi.

Azot miqdori faqat xrom/molibden/nikel emas, balki tegirmon sinovi hisobotida belgilangan diapazonda ekanligini tekshiring.

Haqiqiy hisobot qilingan ferrit foizini (nafaqat o'tish/qobiliyatsiz bayonot) 35-65% oynasiga yoki xarid spetsifikatsiyasida ko'rsatilgan qattiqroq diapazonga nisbatan so'rang.

ASTM A923 testi (ko'rsatilgandek A, B yoki C usuli) amalga oshirilganligini va o'tganligini tasdiqlang, ayniqsa xlorid yoki nordon xizmat uchun.

Issiqlik bilan ishlov berish sertifikatida qayd etilgan eritma-tavlanish harorati va söndürme usulini malakali protseduraga muvofiqligini tekshiring.

Payvandlangan birikmalar uchun WPS/PQR mos keladigan qotishma plomba metallidan foydalanganligini tasdiqlang (masalan, ER2209 uchun 2205) va malakali issiqlik-kirish va o'tish harorati- chegaralari ichida qolishi kerak.

Dengiz yoki nordon{0}}xizmat loyihalari uchun ASTMning asosiy talablariga qoʻshimcha ravishda NORSOK M-630/M-601 yoki NACE MR0175/ISO 15156 talablariga muvofiqligini tasdiqlang.

Tez-tez so'raladigan savollar

Savol: Dupleks zanglamaydigan po'lat har doim aniq 50% ferrit va 50% ostenitmi?

Javob: No "50/50" nominal dizayn maqsadini tavsiflaydi, lekin malakali ishlab chiqarish materiali odatda sinf va spetsifikatsiyaga qarab 35-65% ferrit oynasiga to'g'ri keladi. Muayyan issiqlikning haqiqiy ferrit miqdori uning tegirmon sinov hisobotida xabar qilinadi.

Savol: Material ishlab chiqarilgandan keyin ferrit tarkibini sozlash mumkinmi?

Javob: Faqat toʻliq qayta{0}}yechim-va balansni tiklaydigan, lekin qayta malakaga ega boʻlishi kerak boʻlgan qayta tiklash va qayta tiklash sikli orqali. Ferrit tarkibini sovuq ish, ishlov berish yoki engil termal ishlov berish orqali mazmunli ravishda sozlash mumkin emas.

Savol: Payvandlash har doim dupleks zanglamaydigan po'latdan qattiqlikni pasaytiradimi?

Javob: Agar payvandlash jarayoni to'g'ri malakaga ega bo'lsa, yo'q. Qoplangan plomba metalli va boshqariladigan issiqlik kiritish payvandlangan metallda qabul qilinadigan faza balansini tiklaydi; asosiy xavf HAZda va yomon boshqariladigan ko'p o'tishli ketma-ketlikda.

Savol: Nima uchun ba'zi dupleks tegirmon sertifikatlari ferrit tarkibi haqida xabar beradi, boshqalari esa yo'q?

Javob: Ferrit tarkibi haqida hisobot odatda sotib olish spetsifikatsiyasiga asoslanadi. Kritik xlorid yoki nordon xizmatga muhtoj bo'lgan xaridorlar ASTM A923 sinovi va ferrit hisobotini avtomatik ravishda kiritilgan deb o'ylamasdan, xarid buyurtmasida aniq ko'rsatishi kerak.

Savol: Yuqori ferrit foizi korroziyaga chidamliligi uchun har doim yomonroqmi?

Javob: - ferritning oʻzi yuqori xrom va molibden miqdoriga ega boʻlishi va xlorid SCCga yaxshi qarshilik qilishi shart emas. Korroziya xavfi, ayniqsa, ferritga boy-fazali yog'ingarchilik (sigma/chi) bilan bog'liq bo'lib, u o'rtacha ferritga-boy, ammo metall{5}}bo'sh tuzilishdan emas, balki ferritga boy holatga yoki sekin sovutishga hamroh bo'lishi mumkin.