Prehliadka
Duplexná nehrdzavejúca oceľ (DSS) je široko používaný v ropnom a plynárenskom, chemickom a pobrežnom strojárstve pre svoju vysokú pevnosť a vynikajúcu odolnosť proti korózii. Vysoký výkon DSS sa však opiera o jeho presne vyváženú mikroštruktúru austenitu (γ) a feritu (δ). Keď je DSS vystavený alebo prevádzkovaný dlhší čas v rámci určitých teplotných rozsahov, feritová fáza sa rozkladá a vyzráža rôzne „škodlivé fázy“. Tieto zrazeniny vážne zhoršujú mechanickú húževnatosť materiálu a odolnosť proti korózii, čo predstavuje významnú hrozbu pre spoľahlivosť inžinierskych aplikácií.
1. Zabíjač krehkosti: Precipitácia σ a χ fáz
Zo všetkých škodlivých fáz je σ fáza nepochybne najznámejšia a najničivejšia.
Teplotný rozsah zrážania: Fáza σ precipituje primárne medzi 600 °C a 950 °C, pričom kinetika zrážania vrcholí okolo 800 °C až 880 °C.
Chemické zloženie: σ fáza je intermetalická zlúčenina bohatá na chróm (Cr) a molybdén (Mo). Vzniká rozkladom δ feritu alebo eutektoidnou rozkladnou reakciou na rozhraní medzi δ feritom a γ austenitom.
Vplyv na výkonnosť: Precipitácia σ fázy má dvojaký vplyv na inžinierske vlastnosti DSS. Po prvé, samotná fáza σ je tvrdá a krehká fáza. Jeho prítomnosť výrazne znižuje rázovú húževnatosť materiálu, vďaka čomu je náchylný na krehký lom pri nízkych teplotách alebo pri podmienkach koncentrácie napätia. Po druhé, počas zrážania σ fáza spotrebováva významné množstvá Cr a Mo z okolitej 8 feritovej matrice, čo vedie k oblastiam ochudobneným o Cr a Mo okolo fázy σ. Tieto vyčerpané oblasti výrazne znižujú odolnosť proti korózii a stávajú sa náchylnejšími na jamkovú a medzikryštalickú koróziu.
Fáza Chi je tiež intermetalická zlúčenina bohatá na Cr a Mo, ktorá sa typicky tvorí v podobnom teplotnom rozsahu ako fáza σ (700 °C až 900 °C). Fáza χ sa však na začiatku starnutia zvyčajne zráža prednostne ako metastabilná fáza, ktorá sa až neskôr transformuje na stabilnejšiu fázu σ. Jeho negatívny vplyv na vlastnosti je podobný ako v prípade σ fázy, čo vedie k krehnutiu a zníženiu odolnosti proti korózii.
2. Krehkosť 475°C: Skrytá hrozba pri nízkych teplotách
Okrem fázy σ v oblastiach s vysokou teplotou je duplexná nehrdzavejúca oceľ vystavená nebezpečnej zóne pri nižších teplotách, ktorá je známa ako krehnutie 475 °C.
Rozsah teplôt zrážok: Tento jav sa vyskytuje medzi 350 °C a 550 °C, s vrcholom intenzity okolo 475 °C.
Mikromechanizmus: V tomto teplotnom rozsahu prechádza delta feritová fáza spinodálnym rozkladom, pričom sa rozpadá na dve feritové štruktúry nanometrov: α′ fázu bohatú na chróm (α′ bohatá na chróm) a fázu α chudobnú na chróm (α chudobnú na chróm).
Vplyv na výkon: Toto oddelenie fáz nanometrov výrazne zvyšuje tvrdosť a pevnosť materiálu, ale výrazne znižuje jeho rázovú húževnatosť. Zatiaľ čo toto skrehnutie pri nízkych teplotách je menej závažné a všadeprítomné ako zrážanie fázy σ z hľadiska odolnosti proti korózii, fáza α' bohatá na chróm môže tiež viesť k zvýšenej náchylnosti na koróziu v určitých médiách. Stojí za zmienku, že spinodálny rozklad zvyčajne vyžaduje dlhé obdobie starnutia, ale kinetika precipitácie sa môže urýchliť v materiáli spracovanom za studena.
3. Karbonitridy a sekundárny austenit
Okrem vyššie uvedených primárnych precipitátov sa za určitých podmienok môžu vytvárať ďalšie škodlivé fázy:
Karbidy a nitridy: Medzi 550 °C a 750 °C sa môžu vyzrážať karbidy chrómu (Cr23C6) alebo nitridy. Aj keď sa obsah uhlíka (C) v moderných DSS typicky udržiava na extrémne nízkych úrovniach (≤ 0,03 %), tieto zrazeniny sa môžu stále vytvárať na hraniciach zŕn, spotrebúvajú Cr a predstavujú riziko medzikryštalickej korózie.
Sekundárny austenit (γ2): Počas zrážania σ fázy rozkladom δ feritu súčasne vzniká sekundárny austenit bohatý na nikel (γ2). Zatiaľ čo samotný γ2 nie je priamo škodlivou fázou, mechanizmus jej tvorby je úzko spojený s precipitáciou σ fázy. Jeho prítomnosť signalizuje rozklad δ feritu, čo nepriamo signalizuje zhoršenie vlastností materiálu.
