Ce faze dăunătoare sunt ușor precipitate în oțelul duplex în anumite intervale de temperatură

Oțel inoxidabil duplex (DSS) este utilizat pe scară largă în sectoarele de petrol și gaze, chimie și inginerie offshore pentru rezistența sa ridicată și rezistența excelentă la coroziune. Cu toate acestea, performanța ridicată a DSS se bazează pe microstructura sa echilibrată precis de austenită (γ) și ferită (δ). Când DSS este expus la sau este operat pentru perioade lungi de timp în anumite intervale de temperatură, faza de ferită se descompune, precipitând diverse „faze dăunătoare”. Aceste precipitate afectează grav duritatea mecanică și rezistența la coroziune a materialului, reprezentând o amenințare semnificativă pentru fiabilitatea aplicațiilor de inginerie.

1. Brittleness Killer: Precipitarea fazelor σ și χ

Dintre toate fazele dăunătoare, faza σ este, fără îndoială, cea mai cunoscută și distructivă.

Intervalul de temperatură al precipitațiilor: faza σ precipită în principal între 600°C și 950°C, cinetica de precipitare atingând un vârf în jurul valorii de 800°C până la 880°C.

Compoziție chimică: faza σ este un compus intermetalic bogat în crom (Cr) și molibden (Mo). Se formează prin descompunerea feritei δ sau prin reacția de descompunere eutectoidă la interfața dintre ferita δ și austenita γ.

Impactul asupra performanței: Precipitarea fazei σ are un impact în două direcții asupra proprietăților inginerești ale DSS. În primul rând, faza σ în sine este o fază dură și fragilă. Prezența sa reduce drastic duritatea la impact a materialului, făcându-l susceptibil la rupere fragilă la temperaturi scăzute sau în condiții de concentrare a tensiunilor. În al doilea rând, în timpul precipitațiilor, faza σ consumă cantități semnificative de Cr și Mo din matricea de ferită δ înconjurătoare, rezultând regiuni epuizate în Cr și Mo din jurul fazei σ. Aceste regiuni epuizate reduc semnificativ rezistența la coroziune, devenind vulnerabile la pitting și la coroziunea intergranulară.

Faza Chi este, de asemenea, un compus intermetalic bogat în Cr și Mo care se formează de obicei într-un interval de temperatură similar cu cel al fazei σ (700°C până la 900°C). Cu toate acestea, faza χ precipită de obicei de preferință ca o fază metastabilă la începutul îmbătrânirii, transformându-se mai târziu în faza σ mai stabilă. Impactul său negativ asupra proprietăților este similar cu cel al fazei σ, ceea ce duce la fragilizare și scăderea rezistenței la coroziune.

2. 475°C fragilizare: o amenințare ascunsă la temperaturi scăzute

Pe lângă faza σ în regiunile cu temperaturi ridicate, oțelul inoxidabil duplex se confruntă și cu o zonă de pericol la temperaturi mai scăzute, cunoscută sub numele de fragilizare de 475°C.

Intervalul de temperatură al precipitațiilor: Acest fenomen are loc între 350°C și 550°C, cu severitatea maximă în jurul valorii de 475°C.

Micromecanism: În acest interval de temperatură, faza de ferită delta suferă descompunere spinodală, descompunându-se în două structuri de ferită la scară nanometrică: o fază α′ bogată în crom (α′ bogată în crom) și o fază α săracă în crom (α săracă în crom).

Impactul asupra performanței: Această separare de fază la scară nanometrică crește semnificativ duritatea și rezistența materialului, dar îi scade drastic duritatea la impact. În timp ce această fragilizare la temperatură joasă este mai puțin severă și mai pervazivă decât precipitarea în fază σ asupra rezistenței la coroziune, faza α′ bogată în crom poate duce, de asemenea, la o susceptibilitate crescută la coroziune în anumite medii. Este de remarcat faptul că descompunerea spinodală necesită de obicei o perioadă lungă de îmbătrânire, dar cinetica precipitațiilor poate fi accelerată în materialul prelucrat la rece.

3. Carbonitruri și Austenita secundară

Pe lângă precipitatele primare menționate mai sus, se pot forma și alte faze dăunătoare în anumite condiții:

Carburi și nitruri: Între 550°C și 750°C, carburile de crom (Cr23​C6​) sau nitrururile pot precipita. Deși conținutul de carbon (C) al DSS modern este în mod obișnuit menținut la niveluri extrem de scăzute (≤0,03%), aceste precipitate se pot forma în continuare la granițele granulelor, consumând Cr și prezentând un risc de coroziune intergranulară.

Austenita secundară (γ2​): în timpul precipitării fazei σ, descompunerea feritei δ formează simultan austenită secundară bogată în nichel (γ2​). În timp ce γ2​ în sine nu este o fază direct dăunătoare, mecanismul său de formare este strâns legat de precipitarea fazei σ. Prezența sa semnalează descompunerea feritei δ, semnalând indirect deteriorarea proprietăților materialului.