اکثر کاربران می دانند که در دمای بالای 250 درجه سانتیگراد، گریدهای دوبلکس می توانند تحت تأثیر شکنندگی ناشی از تجزیه اسپینودال قرار گیرند.اما آیا دمای 250 درجه سانتی گراد حد مطلق است؟تاثیر زمان نوردهی چیست و آیا ناب و سوپر دوپلکس رفتار متفاوتی دارند؟

عوامل محدود کننده دماهای عملیاتی بودند

کاربردهای معمولی که نیاز به مواد دوبلکس دارند تا در معرض شرایط دمای بالا قرار گیرند، مخازن تحت فشار، تیغه‌های فن/پرانه‌ها یا اسکرابر گازهای خروجی هستند.الزامات برای خواص مواد می تواند از مقاومت مکانیکی بالا تا مقاومت در برابر خوردگی متغیر باشد. ترکیب شیمیایی گریدهای مورد بحث در این مقاله در جدول 1 فهرست شده است.

تجزیه اسپینودال

تجزیه اسپینودال (همچنین دمیکسینگ یا در تاریخ به عنوان شکنندگی 475 درجه سانتیگراد نامیده می شود) نوعی جداسازی فاز در فاز فریتی است که در دمای حدود 475 درجه سانتیگراد رخ می دهد.بارزترین اثر تغییر در ریزساختار است که باعث تشکیل فاز α' می شود که منجر به شکنندگی مواد می شود.این به نوبه خود عملکرد محصول نهایی را محدود می کند.
شکل 1 نمودار انتقال زمان دما (TTT) را برای مواد دوبلکس مورد مطالعه نشان می دهد، با تجزیه اسپینودال در منطقه 475 درجه سانتیگراد نشان داده شده است.لازم به ذکر است که این نمودار TTT نشان دهنده کاهش 50 درصدی چقرمگی است که توسط تست چقرمگی ضربه بر روی نمونه های Charpy-V اندازه گیری شده است که معمولاً به عنوان نشان دهنده تردی پذیرفته می شود.در برخی از کاربردها کاهش بیشتر چقرمگی ممکن است قابل قبول باشد که شکل نمودار TTT را تغییر می دهد.بنابراین، تصمیم برای تعیین حداکثر OT خاص بستگی به سطح قابل قبولی از شکنندگی دارد، یعنی کاهش چقرمگی برای محصول نهایی.لازم به ذکر است که از نظر تاریخی نمودارهای TTT نیز با استفاده از آستانه مجموعه ای مانند 27J تولید می شدند.

گریدهای آلیاژی بالاتر

شکل 1 نشان می دهد که افزایش عناصر آلیاژی از گرید LDX 2101 به گرید SDX 2507 منجر به سرعت تجزیه سریعتر می شود، در حالی که دوبلکس ناب شروع تجزیه با تاخیر را نشان می دهد.تاثیر عناصر آلیاژی مانند کروم (کروم) و نیکل (نیکل) بر تجزیه و شکنندگی اسپینودال توسط تحقیقات قبلی نشان داده شده است. 5-8 این اثر بیشتر در شکل 2 نشان داده شده است. نشان می دهد که تجزیه اسپینودال زمانی که دما افزایش می یابد افزایش می یابد. از 300 به 350 درجه سانتیگراد افزایش یافته است و برای SDX 2507 با درجه آلیاژ بالاتر سریعتر از DX 2205 آلیاژی کمتر است.
این درک می تواند در کمک به مشتریان در تصمیم گیری در مورد حداکثر OT که برای درجه و کاربرد انتخابی آنها مناسب است، بسیار مهم باشد.

تعیین حداکثر دما

همانطور که قبلا ذکر شد، حداکثر OT برای مواد دوبلکس را می توان با توجه به افت قابل قبول در چقرمگی ضربه تنظیم کرد.به طور معمول، OT مربوط به مقدار 50٪ کاهش چقرمگی اتخاذ می شود.

OT به دما و زمان بستگی دارد

شیب در انتهای منحنی ها در نمودار TTT در شکل 1 نشان می دهد که تجزیه اسپینودال فقط در یک دمای آستانه رخ نمی دهد و در زیر آن سطح متوقف نمی شود.در عوض، زمانی که مواد دوبلکس در معرض دمای عملیاتی زیر 475 درجه سانتیگراد قرار می گیرند، این یک فرآیند ثابت است.با این حال، همچنین واضح است که به دلیل نرخ انتشار کمتر، دماهای پایین تر به این معنی است که تجزیه دیرتر شروع می شود و بسیار کندتر پیش می رود.بنابراین، استفاده از مواد دوبلکس در دماهای پایین تر ممکن است برای سال ها یا حتی دهه ها مشکلی ایجاد نکند.با این حال در حال حاضر تمایلی برای تنظیم حداکثر OT بدون در نظر گرفتن زمان نوردهی وجود دارد.بنابراین سوال کلیدی این است که چه ترکیب دما-زمان باید برای تصمیم گیری در مورد اینکه آیا استفاده از یک ماده ایمن است یا نه استفاده شود؟هرزمن و همکاران 10 این معضل را به خوبی خلاصه می کنند: "... سپس استفاده به دماهایی محدود می شود که سینتیک دمیکس کردن آنقدر پایین است که در طول عمر فنی طراحی شده محصول رخ نخواهد داد...".

تاثیر جوشکاری

اکثر برنامه ها از جوشکاری برای اتصال قطعات استفاده می کنند.به خوبی شناخته شده است که ریزساختار جوش و ترکیب شیمیایی آن از مواد پایه متفاوت است.بسته به ماده پرکننده، تکنیک جوش و پارامترهای جوشکاری، ریزساختار جوش ها عمدتاً با مواد حجیم متفاوت است.ریزساختار معمولاً درشت‌تر است و این شامل منطقه تحت تأثیر حرارت با دمای بالا (HTHAZ) نیز می‌شود که بر تجزیه اسپینودال در جوش‌ها تأثیر می‌گذارد.تنوع ریزساختار بین توده و جوش موضوعی است که در اینجا بررسی می شود.

جمع بندی عوامل محدود کننده

بخش های قبلی به نتایج زیر منجر می شود:

• همه مواد دوبلکس موضوع هستند
  برای تجزیه اسپینودال در دمای حدود 475 درجه سانتیگراد.
• بسته به محتوای آلیاژی، سرعت تجزیه سریعتر یا کندتر انتظار می رود.محتوای بالای کروم و نیکل باعث دمیکس شدن سریعتر می شود.
• برای تنظیم حداکثر دمای عملیاتی:
  – ترکیبی از زمان کار و دما باید در نظر گرفته شود.
  – سطح قابل قبولی از کاهش چقرمگی یعنی سطح مطلوبی از چقرمگی نهایی باید تنظیم شود
• هنگامی که اجزای ریزساختاری اضافی، مانند جوش، معرفی می شوند، حداکثر OT توسط ضعیف ترین قسمت تعیین می شود.

استانداردهای جهانی

چندین استاندارد اروپایی و آمریکایی برای این پروژه بررسی شد.آنها بر کاربردها در مخازن تحت فشار و قطعات لوله کشی تمرکز کردند.به طور کلی، اختلاف در مورد حداکثر OT توصیه شده در بین استانداردهای بررسی شده را می توان به دیدگاه اروپایی و آمریکایی تقسیم کرد.
استانداردهای مشخصات مواد اروپایی برای فولادهای زنگ نزن (به عنوان مثال EN 10028-7، EN 10217-7) حداکثر دمای OT 250 درجه سانتیگراد را نشان می دهد، زیرا خواص مواد فقط تا این دما ارائه می شود.علاوه بر این، استانداردهای طراحی اروپایی برای مخازن تحت فشار و لوله کشی (به ترتیب EN 13445 و EN 13480) اطلاعات بیشتری در مورد حداکثر OT از آنچه در استانداردهای مواد آنها ارائه شده است، ارائه نمی دهد.
در مقابل، مشخصات مواد آمریکایی (به عنوان مثال ASME SA-240 از بخش II-A ASME) به هیچ وجه هیچ داده دمای بالا را ارائه نمی دهد.این داده‌ها در عوض در بخش ASME II-D، "Properties" ارائه شده‌اند، که از کدهای ساخت و ساز عمومی برای مخازن تحت فشار، بخش ASME VIII-1 و VIII-2 پشتیبانی می‌کند (این دومی مسیر طراحی پیشرفته‌تری را ارائه می‌دهد).در ASME II-D، حداکثر OT به صراحت 316 درجه سانتیگراد برای اکثر آلیاژهای دوبلکس بیان شده است.
برای کاربردهای لوله کشی تحت فشار، قوانین طراحی و خواص مواد در ASME B31.3 آورده شده است.در این کد، داده های مکانیکی برای آلیاژهای دوبلکس تا دمای 316 درجه سانتیگراد بدون بیان واضح حداکثر OT ارائه شده است.با این وجود، می‌توانید اطلاعات را مطابق با آنچه در ASME II-D نوشته شده است تفسیر کنید، و بنابراین، حداکثر OT برای استانداردهای آمریکایی در بیشتر موارد 316 درجه سانتیگراد است.
علاوه بر حداکثر اطلاعات OT، هر دو استاندارد آمریکایی و اروپایی نشان می‌دهند که خطر مواجهه با شکنندگی در دماهای بالا (بیش از 250 درجه سانتیگراد) در زمان‌های قرار گرفتن در معرض طولانی‌تر وجود دارد، که باید در مرحله طراحی و سرویس در نظر گرفته شود.
برای جوش، اکثر استانداردها هیچ اظهارنظر محکمی در مورد تأثیر تجزیه اسپینودال نمی دهند.با این حال، برخی استانداردها (به عنوان مثال ASME VIII-1، جدول UHA 32-4) امکان انجام عملیات حرارتی خاص پس از جوش را نشان می دهد.اینها نه الزامی هستند و نه ممنوع، اما هنگام اجرای آنها باید طبق پارامترهای از پیش تعیین شده در استاندارد انجام شوند.

آنچه صنعت می گوید

اطلاعات تولید شده توسط چندین تولید کننده دیگر فولاد ضد زنگ دوبلکس مورد بررسی قرار گرفت تا ببینیم آنها در مورد محدوده دمایی برای درجه های خود چه ارتباطی دارند.2205 توسط ATI در 315 درجه سانتیگراد محدود شده است، اما Acerinox OT را برای همان درجه تنها روی 250 درجه سانتیگراد تنظیم می کند.اینها حد بالا و پایین OT برای درجه 2205 هستند، در حالی که در بین آنها سایر OT توسط Aperam (300 درجه سانتیگراد)، Sandvik (280 درجه سانتیگراد) و ArcelorMittal (280 درجه سانتیگراد) ارتباط برقرار می کنند.این نشان دهنده گستردگی حداکثر OT های پیشنهادی فقط برای یک درجه است که دارای خواص بسیار قابل مقایسه از سازنده به سازنده است.
استدلال پیشینه در مورد اینکه چرا یک سازنده یک OT خاص را تنظیم کرده است همیشه آشکار نمی شود.در بیشتر موارد، این بر اساس یک استاندارد خاص است.استانداردهای مختلف OT های متفاوتی را با یکدیگر ارتباط می دهند، از این رو در مقادیر گسترش می یابد.نتیجه منطقی این است که شرکت های آمریکایی به دلیل بیانیه های استاندارد ASME ارزش بالاتری را تعیین می کنند، در حالی که شرکت های اروپایی به دلیل استاندارد EN مقدار کمتری را تعیین می کنند.

مشتریان به چه چیزی نیاز دارند؟

بسته به کاربرد نهایی، بارها و نوردهی های مختلفی از مواد پیش بینی می شود.در این پروژه، تردی ناشی از تجزیه اسپینودال بیشترین توجه را داشت زیرا برای مخازن تحت فشار بسیار کاربردی است.
با این حال، کاربردهای مختلفی وجود دارد که گریدهای دوبلکس را فقط در معرض بارهای مکانیکی متوسط ​​قرار می دهند، مانند اسکرابرها 11-15.درخواست دیگر مربوط به پره ها و پروانه های فن بود که در معرض بار خستگی قرار دارند.ادبیات نشان می دهد که تجزیه اسپینودال زمانی که یک بار خستگی اعمال می شود، رفتار متفاوتی دارد.در این مرحله مشخص می شود که حداکثر OT این کاربردها را نمی توان مانند مخازن تحت فشار تنظیم کرد.
دسته دیگری از درخواست ها فقط برای کاربردهای مرتبط با خوردگی، مانند اسکرابرهای گازهای خروجی دریایی است.در این موارد، مقاومت در برابر خوردگی مهمتر از محدودیت OT تحت یک بار مکانیکی است.با این حال، هر دو عامل بر عملکرد محصول نهایی تأثیر می‌گذارند، که هنگام نشان دادن حداکثر OT باید در نظر گرفته شود.باز هم این مورد با دو مورد قبلی تفاوت دارد.
به طور کلی، هنگام توصیه به مشتری در مورد حداکثر OT مناسب برای درجه دوبلکس، نوع کاربرد در تعیین مقدار اهمیت حیاتی دارد.این بیشتر پیچیدگی تنظیم یک OT را برای یک درجه نشان می دهد، زیرا محیطی که مواد در آن مستقر می شوند تأثیر قابل توجهی بر روند شکنندگی دارد.

حداکثر دمای کار برای دوبلکس چقدر است؟

همانطور که گفته شد، حداکثر دمای عملیاتی توسط سینتیک بسیار پایین تجزیه اسپینودال تنظیم می شود.اما چگونه این دما را اندازه گیری کنیم و دقیقاً "سینتیک پایین" چیست؟پاسخ به سوال اول آسان است.قبلاً بیان کردیم که اندازه گیری چقرمگی معمولاً برای تخمین سرعت و پیشرفت تجزیه انجام می شود.این در استانداردهایی است که توسط اکثر تولید کنندگان دنبال می شود.
سوال دوم، در مورد اینکه منظور از سینتیک کم و مقداری که در آن یک مرز دما تعیین می کنیم، پیچیده تر است.این تا حدی به این دلیل است که شرایط مرزی حداکثر دما از هر دو دمای حداکثر (T) و زمان عملیاتی (t) که این دما در آن پایدار است، جمع‌آوری می‌شود.برای تایید این ترکیب Tt، می توان از تعابیر مختلفی از "کمترین" چقرمگی استفاده کرد:

• مرز پایینی که به صورت تاریخی تنظیم شده و می تواند برای جوش ها اعمال شود 27 ژول (J) است.
• در استانداردها اکثراً 40J به عنوان حد تعیین شده است.
• کاهش 50% در چقرمگی اولیه نیز اغلب برای تعیین مرز پایین اعمال می شود.

این به این معنی است که یک بیانیه در مورد حداکثر OT باید بر اساس حداقل سه فرض توافق شده باشد:

• قرار گرفتن در معرض دما-زمان محصول نهایی
• حداقل مقدار قابل قبول چقرمگی
• زمینه نهایی کاربرد (فقط شیمی، بار مکانیکی بله/خیر و غیره)

دانش تجربی ادغام شد

پس از بررسی گسترده داده‌های تجربی و استانداردها، امکان گردآوری توصیه‌هایی برای چهار درجه دوبلکس مورد بررسی، جدول 3 فراهم شده است. .
همچنین باید توجه داشت که این توصیه ها به حداقل 50 درصد چقرمگی باقی مانده در RT اشاره می کنند.هنگامی که در جدول "دوره زمانی طولانی تر" نشان داده شده است، کاهش قابل توجهی در RT ثبت نشده است.علاوه بر این، جوش فقط در -40 درجه سانتیگراد آزمایش شده است.در نهایت لازم به ذکر است که با توجه به چقرمگی بالای آن پس از 3000 ساعت تست، زمان نوردهی طولانی تری برای DX 2304 پیش بینی شده است.با این حال، اینکه تا چه حد می توان قرار گرفتن در معرض را افزایش داد، باید با آزمایش های بیشتر تأیید شود.

سه نکته مهم قابل توجه است:

• یافته های فعلی نشان می دهد که در صورت وجود جوش، OT حدود 25 درجه سانتی گراد کاهش می یابد.
• سنبله های کوتاه مدت (ده ها ساعت در T=375 درجه سانتیگراد) برای DX 2205 قابل قبول است. از آنجایی که DX 2304 و LDX 2101 درجه های آلیاژی پایین تری هستند، افزایش دمای کوتاه مدت قابل مقایسه نیز باید قابل قبول باشد.
هنگامی که مواد به دلیل تجزیه ترد می شوند، عملیات حرارتی کاهش در دمای 550 تا 600 درجه سانتی گراد برای DX 2205 و 500 درجه سانتی گراد برای SDX 2507 به مدت 1 ساعت به بازیابی چقرمگی تا 70 درصد کمک می کند.