Belirli sıcaklık aralıklarında dubleks çelikte hangi zararlı fazlar kolaylıkla çökelir?

Dubleks paslanmaz çelik (DSS), yüksek mukavemeti ve mükemmel korozyon direnci nedeniyle petrol ve gaz, kimya ve açık deniz mühendislik sektörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, DSS'nin yüksek performansı, östenit (γ) ve ferritten (δ) oluşan hassas şekilde dengelenmiş mikro yapısına dayanır. DSS belirli sıcaklık aralıklarında uzun sürelere maruz bırakıldığında veya çalıştırıldığında, ferrit fazı ayrışır ve çeşitli "zararlı fazlar"ı çökertir. Bu çökeltiler malzemenin mekanik sağlamlığını ve korozyon direncini ciddi şekilde bozar ve mühendislik uygulamalarının güvenilirliğine önemli bir tehdit oluşturur.

1. Kırılganlık Öldürücü: σ ve χ Fazlarının Çökelmesi

Tüm zararlı aşamalar arasında σ aşaması şüphesiz en iyi bilinen ve en yıkıcı olanıdır.

Yağış Sıcaklığı Aralığı: σ fazı esas olarak 600°C ila 950°C arasında çökelir ve yağış kinetiği 800°C ila 880°C civarında zirve yapar.

Kimyasal Bileşimi: σ fazı, krom (Cr) ve molibden (Mo) açısından zengin bir intermetalik bileşiktir. δ ferritin ayrışması veya δ ferrit ile γ ostenit arasındaki arayüzde ötektoid ayrışma reaksiyonu yoluyla oluşur.

Performans Etkisi: σ fazının çökelmesi, DSS'nin mühendislik özellikleri üzerinde iki yönlü bir etkiye sahiptir. Birincisi, σ fazının kendisi sert ve kırılgan bir fazdır. Varlığı, malzemenin darbe dayanıklılığını keskin bir şekilde azaltır, bu da onu düşük sıcaklıklarda veya stres konsantrasyonu koşullarında kırılgan kırılmaya karşı duyarlı hale getirir. İkincisi, çökelme sırasında σ fazı, çevredeki δ ferrit matrisinden önemli miktarda Cr ve Mo tüketir ve bu da σ fazını çevreleyen Cr ve Mo'dan yoksun bölgelerle sonuçlanır. Bu tükenmiş bölgeler korozyon direncini önemli ölçüde azaltır, çukurlaşma ve tanecikler arası korozyona karşı savunmasız hale gelir.

Chi fazı aynı zamanda tipik olarak σ fazına benzer bir sıcaklık aralığında (700°C ila 900°C) oluşan, Cr ve Mo açısından zengin bir intermetalik bileşiktir. Bununla birlikte, χ fazı tipik olarak yaşlanmanın başlangıcında tercihen metastabil bir faz olarak çöker, ancak daha sonra daha stabil σ fazına dönüşür. Özellikler üzerindeki olumsuz etkisi σ fazınınkine benzer, kırılganlaşmaya ve korozyon direncinin azalmasına neden olur.

2. 475°C Kırılganlık: Düşük Sıcaklıklarda Gizli Bir Tehdit

Dubleks paslanmaz çelik, yüksek sıcaklık bölgelerindeki σ fazına ek olarak, daha düşük sıcaklıklarda da 475°C gevrekleşme olarak bilinen bir tehlike bölgesiyle karşı karşıya kalır.

Yağış Sıcaklığı Aralığı: Bu olay 350°C ile 550°C arasında meydana gelir ve en yüksek şiddeti 475°C civarındadır.

Mikromekanizma: Bu sıcaklık aralığında, delta ferrit fazı spinodal ayrışmaya uğrayarak iki nano ölçekli ferrit yapısına ayrılır: krom açısından zengin bir α′ fazı (Cr açısından zengin α′) ve kromdan fakir bir α fazı (Cr-fakir α).

Performans Etkisi: Bu nano ölçekli faz ayrımı, malzemenin sertliğini ve gücünü önemli ölçüde artırır, ancak darbe dayanıklılığını keskin bir şekilde azaltır. Bu düşük sıcaklıktaki kırılganlık, korozyon direnci üzerinde σ fazı çökelmesine göre daha az şiddetli ve yaygın olmasına rağmen, krom açısından zengin α' fazı aynı zamanda belirli ortamlarda korozyon duyarlılığının artmasına da yol açabilir. Spinodal ayrışmanın tipik olarak uzun bir yaşlanma süresi gerektirdiğini, ancak soğuk işlenmiş malzemede çökelme kinetiğinin hızlandırılabileceğini belirtmek gerekir.

3. Karbonitrürler ve İkincil Östenit

Yukarıda belirtilen birincil çökeltilere ek olarak, belirli koşullar altında başka zararlı fazlar da oluşabilir:

Karbürler ve Nitrürler: 550°C ile 750°C arasında krom karbürler (Cr23​C6​) veya nitrürler çökelebilir. Modern DSS'nin karbon (C) içeriği tipik olarak son derece düşük seviyelerde (≤%0,03) tutulsa da, bu çökeltiler hala tanecik sınırlarında oluşarak Cr tüketebilir ve tanecikler arası korozyon riski oluşturabilir.

İkincil Östenit (γ2​): σ fazının çökelmesi sırasında, δ ferritin ayrışması aynı anda nikel açısından zengin ikincil östenit (γ2​) oluşturur. γ2​'nin kendisi doğrudan zararlı bir faz olmasa da oluşum mekanizması σ fazının çökelmesiyle yakından bağlantılıdır. Varlığı, δ ferritin ayrışmasına işaret eder ve dolaylı olarak malzeme özelliklerinde bozulmaya işaret eder.