डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील में सिग्मा चरण एम्ब्रिटलमेंट: समय-तापमान-वर्षा वक्र

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील में सिग्मा चरण लगभग 700 डिग्री और 900 डिग्री के बीच सबसे तेजी से बनता है, समय की नाक के साथ {{2}तापमान {{3}वर्षण (टीटीपी) वक्र आमतौर पर 800-850 डिग्री - के आसपास स्थित होता है, जिसका अर्थ है कि संकीर्ण बैंड, उच्च या निम्न तापमान नहीं, वह जगह है जहां सबसे तेज, सबसे हानिकारक वर्षा होती है। मात्रा के हिसाब से 1-3% जितना छोटा सिग्मा अंश प्रभाव कठोरता और पिटिंग संक्षारण प्रतिरोध में गंभीर, असंगत गिरावट का कारण बन सकता है, यही कारण है कि वेल्डिंग और गर्मी उपचार के दौरान इस सीमा में बिताए गए समय को नियंत्रित करना एक सख्त निर्माण आवश्यकता है, न कि मामूली प्रक्रिया विवरण।

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील लगभग समान भागों ऑस्टेनाइट और फेराइट के संतुलित माइक्रोस्ट्रक्चर से अपनी प्रतिष्ठा - उच्च शक्ति, उत्कृष्ट क्लोराइड प्रतिरोध - अर्जित करता है। ऊंचे तापमान पर वह संतुलन नाजुक होता है। गलत तापमान विंडो में बहुत लंबे समय तक रखे जाने पर, फेराइट चरण आंशिक रूप से एक इंटरमेटेलिक यौगिक में बदल जाता है जिसे सिग्मा चरण कहा जाता है, और मिश्र धातु के सबसे मूल्यवान गुण नष्ट हो जाते हैं। यह लेख बताता है कि सिग्मा चरण क्या है, इसका समय {{5}तापमान{{6}वर्षण वक्र कैसा दिखता है, और फैब्रिकेटर्स को इससे दूर रहने के लिए क्या करने की आवश्यकता है।

सिग्मा चरण क्या है, और यह डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील को कमजोर क्यों करता है?

सिग्मा चरण क्रोमियम और मोलिब्डेनम से भरपूर एक कठोर, भंगुर इंटरमेटेलिक यौगिक है जो तब बनता है जब डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील में फेराइट ऊंचे तापमान - पर विघटित होता है और क्योंकि यह आसपास के मैट्रिक्स से क्रोमियम और मोलिब्डेनम को अलग कर देता है, यह एक ही समय में कठोरता और संक्षारण प्रतिरोध दोनों को नुकसान पहुंचाता है।

सिग्मा चरण एक यूटेक्टॉइड प्रकार की प्रतिक्रिया के माध्यम से बनता है जिसमें फेराइट सिग्मा चरण और द्वितीयक ऑस्टेनाइट में विघटित होता है। यह अधिमानतः फेराइट {{2}ऑस्टेनाइट चरण सीमाओं और फेराइट {{3}फेराइट अनाज सीमाओं - पर न्यूक्लियेट करता है, जो अक्सर संबंधित इंटरमेटेलिक, ची चरण से पहले होता है, जो पहले फेराइट {{5}फेराइट सीमाओं पर बनता है और बाद में सिग्मा चरण बढ़ने पर इसका उपभोग किया जाता है।

क्योंकि सिग्मा चरण आंतरिक रूप से कठोर और भंगुर होता है, और क्योंकि इसका गठन क्रोमियम और मोलिब्डेनम को आसपास के मैट्रिक्स से बाहर खींचता है, यह एक साथ दो समस्याएं पैदा करता है: अनाज की सीमाओं पर बैठा एक शारीरिक रूप से भंगुर माध्यमिक चरण, और इसके बगल में क्रोमियम/मोलिब्डेनम - क्षीण क्षेत्र जो स्थानीयकृत क्षरण के प्रति कहीं अधिक संवेदनशील होते हैं। इस दोहरे क्षति तंत्र के कारण ही सिग्मा चरण के भंगुरता को कॉस्मेटिक धातुकर्म जिज्ञासा के बजाय एक महत्वपूर्ण निर्माण जोखिम के रूप में माना जाता है।

सिग्मा चरण के लिए समय-तापमान-वर्षा (टीटीपी) वक्र क्या दर्शाता है?

एक टीटीपी वक्र उस तापमान को प्लॉट करता है जिस पर मिश्र धातु को रखा जाता है, जबकि सिग्मा चरण की दी गई मात्रा को प्रकट होने में कितना समय लगता है, जिससे एक विशेषता सी - आकार का वक्र बनता है जिसकी 'नाक' डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के लिए सबसे तेज़ संभव वर्षा - को चिह्नित करती है, वह नाक आमतौर पर 800-850 डिग्री के आसपास बैठती है।

शोधकर्ता इन वक्रों का निर्माण विलयन के नमूनों को निश्चित तापमानों की एक शृंखला पर रखकर करते हैं, फिर मापते हैं कि मिनटों से लेकर एक हजार घंटे से अधिक समय तक अलग-अलग धारण समय के बाद कितना सिग्मा चरण बना है। एक समय (लॉग स्केल) बनाम तापमान अक्ष पर प्लॉट किया गया, परिणामी वक्र एक बग़ल में "सी" जैसा दिखता है: जोखिम सीमा के उच्च और निम्न दोनों छोर पर वर्षा धीमी होती है, और बीच में सबसे तेज़ होती है।

गढ़ा हुआ UNS S31803 (2205) डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील पर अध्ययन ने 850 डिग्री के आसपास शिखर सिग्मा गठन कैनेटीक्स की पहचान की है, जिसमें प्रकाशित टीटीपी कार्य वक्र को पूरी तरह से चित्रित करने के लिए 1,000 घंटे तक और उससे अधिक समय तक फैला हुआ है। कास्ट डुप्लेक्स ग्रेड, सुपर डुप्लेक्स ग्रेड और लीन डुप्लेक्स रचनाओं पर स्वतंत्र कार्य लगातार वक्र की नाक को समान सामान्य 800-850 डिग्री बैंड में रखता है, भले ही मिश्र धातु संरचना के साथ सटीक आकार और समय कुछ हद तक बदल जाता है।

सिग्मा चरण निर्माण के लिए कौन सी तापमान सीमा सबसे खतरनाक है?

व्यावहारिक ख़तरा क्षेत्र डुप्लेक्स और सुपर डुप्लेक्स ग्रेड में लगभग 700 डिग्री से 950 डिग्री तक फैला हुआ है, जिसमें सबसे खतरनाक तापमान - सबसे तेज़ वर्षा - है जो लगातार 800-850 डिग्री के आसपास दर्ज की जाती है।

इस बैंड के बाहर, तस्वीर बदल जाती है: लगभग 700 डिग्री से नीचे, प्रसार इतना धीमा है कि सिग्मा का गठन बहुत धीमा हो जाता है, हालांकि लंबे समय तक एक्सपोजर अभी भी इसकी अनुमति दे सकता है, और फेराइट के स्पिनोडल अपघटन से एक अलग, कम -तापमान भंगुरता तंत्र - 475 डिग्री उत्सर्जन इसके बजाय अधिक प्रासंगिक जोखिम बन जाता है। लगभग 950-1000 डिग्री से ऊपर, सिग्मा चरण थर्मोडायनामिक रूप से कम स्थिर हो जाता है और मैट्रिक्स में वापस घुल जाता है, जो सुधारात्मक गर्मी उपचार के रूप में समाधान एनीलिंग का आधार है।

किसी समस्या का कारण बनने में कितना छोटा सिग्मा चरण लगता है?

उल्लेखनीय रूप से छोटी मात्रा - जिसे आम तौर पर मात्रा के हिसाब से 1% से 3% के रूप में उद्धृत किया जाता है -, प्रभाव कठोरता में एक महत्वपूर्ण, असमानुपातिक गिरावट का कारण बनने के लिए पर्याप्त है, जो कई अन्य धातुकर्म दोषों की तुलना में सिग्मा चरण नियंत्रण को असामान्य रूप से सख्त बनाता है।

यह वह विवरण है जो डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील में नए इंजीनियरों को सबसे अधिक आश्चर्यचकित करता है: खतरनाक होने से पहले सिग्मा चरण को बड़े अंश तक जमा करने की आवश्यकता नहीं होती है। 2205 डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील पर कई स्वतंत्र अध्ययनों से पता चलता है कि मात्रा के हिसाब से कम एकल अंकों में सिग्मा सामग्री पहले से ही एक चिह्नित कठोरता के पतन का कारण बनने के लिए पर्याप्त है, और यह प्रभाव ऊर्जा वक्रों को सिग्मा अवक्षेपण वक्र के आकार के साथ निकटता से ट्रैक करता है - वही 800-850 डिग्री रेंज जो सिग्मा को सबसे तेजी से अवक्षेपित करती है, वह सीमा भी है जो उम्र बढ़ने के बाद सबसे कम प्रभाव कठोरता पैदा करती है। जैसे-जैसे होल्डिंग समय और सिग्मा सामग्री में और वृद्धि होती है, कठोरता में गिरावट जारी रहती है, लेकिन सबसे तेज, सबसे परिणामी गिरावट जल्दी होती है, अंशों पर एक आकस्मिक दृश्य निरीक्षण आसानी से छूट सकता है।

क्या सिग्मा चरण संक्षारण प्रतिरोध को भी नुकसान पहुंचाता है, या सिर्फ कठोरता को?

दोनों। सिग्मा चरण अवक्षेपण से पिटिंग क्षमता काफी हद तक कम हो जाती है और अंतर कणीय और पिटिंग क्षरण की संवेदनशीलता बढ़ जाती है, क्योंकि प्रत्येक सिग्मा कण के चारों ओर क्रोमियम - और मोलिब्डेनम {{2} की कमी निष्क्रिय फिल्म को ठीक उसी जगह कमजोर कर देती है जहां इसकी सबसे अधिक आवश्यकता होती है।

संक्षारण परिणाम सीधे इस बात पर निर्भर करता है कि सिग्मा चरण कैसे बनता है: जैसे ही क्रोमियम और मोलिब्डेनम बढ़ते सिग्मा कण में फैलते हैं, तुरंत आसपास के मैट्रिक्स में स्थानीय रूप से उन तत्वों की कमी हो जाती है जो निष्क्रिय ऑक्साइड फिल्म को स्थिर करते हैं। पुराने डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील पर इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण से पता चलता है कि जैसे-जैसे सिग्मा सामग्री बढ़ती है, निष्क्रिय क्षेत्र सिकुड़ता जाता है और अंततः उच्च सिग्मा अंशों पर अस्थिर हो जाता है।

सिग्मा कणों के आस-पास के इन क्रोमियम रिक्त क्षेत्रों में गड्ढों को प्राथमिकता से न्यूक्लियेट करते हुए दिखाया गया है, और सिग्मा की मात्रा और वितरण दोनों के साथ गंभीरता के पैमाने मौजूद हैं - मोटे, केंद्रित सिग्मा कण आम तौर पर सूक्ष्म रूप से बिखरे हुए समान मात्रा अंश की तुलना में अधिक हानिकारक होते हैं। संक्षेप में, एक घटक ठीक उसी वेल्डेड या ऊष्मा प्रभावित क्षेत्र में संक्षारण परीक्षण में विफल हो सकता है जहां यह प्रभाव परीक्षण में भी विफल हो जाएगा।

वेल्डिंग डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील को सिग्मा चरण के खतरे में क्यों डालती है?

वेल्ड के बगल का ऊष्मा प्रभावित क्षेत्र हीटिंग और कूलिंग दोनों के दौरान अनिवार्य रूप से 700-950 डिग्री खतरे के बैंड से गुजरता है, और कई वेल्ड पास या धीमी इंटरपास कूलिंग उस बैंड में हानिकारक सिग्मा चरण को तेज करने के लिए पर्याप्त समय जमा कर सकती है, तब भी जब कोई भी पास स्पष्ट रूप से अधिक गर्म नहीं दिखता है।

प्रत्येक आर्क वेल्डिंग पास वेल्ड पूल से निकलने वाली एक तापमान प्रवणता बनाता है, और कहीं न कहीं उस प्रवणता के साथ, आधार धातु संक्षेप में सिग्मा गठन सीमा के भीतर बैठती है। एक भी तेज़ पास वहाँ इतनी देर तक नहीं रुक सकता कि उसका कोई महत्व हो। मल्टी-पास वेल्डिंग, उच्च ताप इनपुट, अपर्याप्त इंटरपास तापमान नियंत्रण, या मोटे खंडों में धीमी गति से शीतलन, प्रत्येक खतरे के बैंड में बिताए गए समय को हानिकारक सिग्मा सामग्री प्रकट होने से पहले मिश्र धातु के टीटीपी वक्र की अनुमति से काफी आगे तक बढ़ा सकता है। यही कारण है कि डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के लिए वेल्डिंग प्रक्रियाएं अधिकतम ताप इनपुट, नियंत्रित इंटरपास तापमान और कई मामलों में - महत्वपूर्ण सीमा के माध्यम से तेजी से शीतलन की आवश्यकता को निर्दिष्ट करती हैं, न कि शीतलन दर को यादृच्छिक पर छोड़ देती हैं।

सिग्मा चरण वास्तव में कितनी तेजी से - मिनट या घंटे में बनता है?

वक्र की नाक पर, पता लगाने योग्य सिग्मा चरण दो घंटे से भी कम समय में बनना शुरू हो सकता है, और कुछ कास्ट और अत्यधिक मिश्रित रचनाओं में, लगभग 100 मिनट या उससे भी कम समय के भीतर इतनी तेजी से कि धीमी गति से वेल्ड कूलडाउन या अनुचित तरीके से नियंत्रित पोस्ट {{2} वेल्ड गर्मी उपचार एक वास्तविक, सैद्धांतिक नहीं, जोखिम है।

कास्ट सीडी3एमएन डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के लिए प्रकाशित टीटीपी डेटा वक्र की नाक को लगभग 800 डिग्री पर रखता है और पता लगाने योग्य सिग्मा गठन लगभग 100 मिनट के होल्डिंग समय से शुरू होता है। गढ़ा 2205 पर काइनेटिक अध्ययन 850 डिग्री पर सबसे तेज़ परिवर्तन कैनेटीक्स की रिपोर्ट करते हैं, जिसमें पूर्ण लक्षण वर्णन अध्ययन पूरे वक्र को मैप करने के लिए 1,000 घंटे से अधिक समय तक का विस्तार करते हैं, जिसमें खतरे के बैंड के किनारों पर बहुत धीमी गठन दर भी शामिल है। व्यावहारिक निहितार्थ असममित है: वक्र का सबसे तेज़ भाग लगभग एक घंटे से लेकर कुछ घंटों के समय के पैमाने पर संचालित होता है, जो कि उस समय के भीतर है जो एक मोटा खंड वेल्ड या अनुचित रूप से नियंत्रित भट्ठी चक्र उस तापमान सीमा से गुजरने में खर्च कर सकता है।

सिग्मा चरण से बचने के लिए समाधान एनीलिंग के बाद किस शीतलन दर की आवश्यकता है?

बताया गया है कि सिग्मा गठन सीमा के माध्यम से लगभग 0.25 K/s से अधिक तेज शीतलन दर घोल से निरंतर शीतलन के दौरान सिग्मा चरण गठन को दबा देती है {{2}एनीलिंग तापमान, यही कारण है कि जल शमन या मजबूरन वायु शीतलन - धीमा नहीं है, फिर भी मोटे खंडों का वायु शीतलन - डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के लिए मानक अभ्यास है।

उच्च तापमान (आमतौर पर लगभग 1000-1050 डिग्री से ऊपर) पर समाधान एनीलिंग किसी भी मौजूदा सिग्मा चरण को भंग कर देता है और ऑस्टेनाइट फेराइट संतुलन को रीसेट कर देता है, लेकिन लाभ केवल तभी संरक्षित होता है जब बाद का कूलडाउन नई वर्षा को रोकने के लिए सिग्मा गठन सीमा से जल्दी से गुजरता है। टीटीपी डेटा के साथ बनाए गए निरंतर - शीतलन {{6} परिवर्तन अध्ययन यह पुष्टि करते हैं कि प्रति सेकंड लगभग एक चौथाई डिग्री सेल्सियस की सीमा में प्रकाशित थ्रेसहोल्ड के साथ पर्याप्त तेज़ शीतलन - सार्थक सिग्मा गठन से बचाता है, भले ही वही सामग्री खतरे के बैंड में इज़ोटेर्मली रूप से रखे जाने पर आसानी से सिग्मा बनाती है। यही कारण है कि मोटे खंड डुप्लेक्स घटकों को समाधान एनीलिंग के बाद आक्रामक शमन की आवश्यकता होती है: अकेले द्रव्यमान इस सीमा के नीचे घटक के मूल में शीतलन दर को धीमा कर सकता है, भले ही सतह जल्दी ठंडी हो।

समाप्त या सेवा घटकों में सिग्मा चरण का पता कैसे लगाया जाता है?

चयनात्मक नक़्क़ाशी के साथ मेटलोग्राफ़िक परीक्षण संदर्भ विधि बनी हुई है, लेकिन चुंबकीय और इलेक्ट्रोकेमिकल विधियों सहित गैर-विनाशकारी तकनीक - जो फेराइट से सिग्मा चरण के विशिष्ट गुणों का फायदा उठाती है - का उपयोग नमूनों को काटे बिना स्क्रीन घटकों के लिए तेजी से किया जा रहा है।

मेटलोग्राफी: चयनात्मक आदि के साथ पॉलिश किए गए अनुभाग सीधे सिग्मा चरण आकृति विज्ञान और वितरण को प्रकट करते हैं, और निश्चित मात्रा {{0} अंश परिमाणीकरण के लिए मानक बने रहते हैं।

प्रभाव परीक्षण: चार्पी परीक्षण एक मजबूत अप्रत्यक्ष संकेतक है, क्योंकि प्रभाव ऊर्जा वक्र पुराने डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील में सिग्मा सामग्री को बारीकी से ट्रैक करते हैं।

चुंबकीय और विद्युत चुम्बकीय विधियां: क्योंकि सिग्मा चरण गैर-चुंबकीय है, जबकि फेराइट लौह-चुंबकीय है, इसका गठन सामग्री की चुंबकीय प्रतिक्रिया को मापता है, जिससे गैर-विनाशकारी स्क्रीनिंग दृष्टिकोण सक्षम होते हैं।

इलेक्ट्रोकेमिकल परीक्षण: पोटेंशियोडायनामिक ध्रुवीकरण सिग्मा से संबंधित क्रोमियम और मोलिब्डेनम की कमी से जुड़ी पिटिंग क्षमता में गिरावट का पता लगा सकता है, जो एक अप्रत्यक्ष लेकिन संवेदनशील संक्षारण आधारित स्क्रीन प्रदान करता है।

महत्वपूर्ण निर्मित घटकों के लिए, किसी एकल परीक्षण - के बजाय दृष्टिकोण - का संयोजन सबसे विश्वसनीय तस्वीर देता है, क्योंकि कठोरता में कमी, संक्षारण संवेदनशीलता, और सीधे देखी गई सिग्मा सामग्री हमेशा बहुत कम सिग्मा अंशों पर लॉकस्टेप में नहीं चलती है।

सिग्मा चरण एम्ब्रिटलमेंट को रोकने के लिए फैब्रिकेटर्स को क्या करना चाहिए?

वेल्डिंग के दौरान हीट इनपुट और इंटरपास तापमान को नियंत्रित करें, किसी भी उच्च तापमान के संपर्क के बाद 700-950 डिग्री रेंज के माध्यम से तेजी से ठंडा करें, और केवल दृश्य निरीक्षण पर निर्भर रहने के बजाय प्रभाव परीक्षण के साथ परिणाम को सत्यापित करें।

वेल्डिंग प्रक्रिया विनिर्देश में अधिकतम इंटरपास तापमान और ताप इनपुट सीमाएं निर्दिष्ट और लागू करें, क्योंकि ये सीधे नियंत्रित करते हैं कि ताप -प्रभावित क्षेत्र खतरे के बैंड में कितने समय तक रहता है।

समाधान एनीलिंग या किसी भी उच्च तापमान थर्मल चक्र के बाद, धीमी गति से, स्थिर हवा को ठंडा करने के बजाय, अनुभाग की मोटाई - के लिए उपयुक्त के रूप में तेजी से ठंडा करने के लिए पानी शमन या मजबूर {1}वायु शीतलन का उपयोग करें।

खंड की मोटाई को स्पष्ट रूप से ध्यान में रखें: मोटे घटक अपने मूल में अधिक धीरे-धीरे ठंडा होते हैं और पतले खंडों के समान प्रभावी शीतलन दर प्राप्त करने के लिए अधिक आक्रामक शमन की आवश्यकता हो सकती है।

प्रक्रिया योग्यता रिकॉर्ड पर और जहां व्यावहारिक हो, उत्पादन वेल्ड पर चारपी प्रभाव परीक्षण की आवश्यकता होती है, क्योंकि क्रूरता हानि प्रारंभिक सिग्मा गठन के सबसे संवेदनशील संकेतकों में से एक है।

जहां सेवा शर्तों में खतरे के बैंड के पास बार-बार या लंबे समय तक संपर्क शामिल होता है, वहां मिश्रधातु चयन का स्वयं मूल्यांकन करें - कुछ डुप्लेक्स रचनाएं और मिश्रधातु रणनीतियां दूसरों की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से सिग्मा निर्माण में देरी करती हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्नों

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील में सिग्मा चरण किस तापमान पर सबसे तेजी से बनता है?

अधिकांश प्रकाशित समय{{0}तापमान{{1}वर्षा अध्ययन में सबसे तेज़ सिग्मा गठन - वक्र की 'नाक' - को 800-850 डिग्री के आसपास बताया गया है, हालांकि मिश्र धातु संरचना के साथ सटीक मान थोड़ा बदल जाता है।

कितना सिग्मा चरण खतरनाक है?

आश्चर्यजनक रूप से छोटा. कई अध्ययनों से पता चलता है कि सिग्मा अंशों से मात्रा के हिसाब से लगभग 1% से 3% तक की कठोरता में काफी कमी आई है, इससे पहले कि चरण को मेटलोग्राफिक परीक्षण के बिना पहचानना आसान हो जाए।

क्या सिग्मा चरण संक्षारण प्रतिरोध या सिर्फ यांत्रिक कठोरता को प्रभावित करता है?

दोनों। सिग्मा चरण का गठन आसपास के मैट्रिक्स से क्रोमियम और मोलिब्डेनम को कम कर देता है, जो कि पिटिंग क्षमता को मापता है और प्रभाव क्रूरता को कम करने के अलावा, अंतरग्रैनुलर और पिटिंग संक्षारण संवेदनशीलता को बढ़ाता है।

क्या सिग्मा चरण बनने के बाद उसे हटाया जा सकता है?

हां, आम तौर पर पर्याप्त उच्च तापमान (आमतौर पर लगभग 1000-1050 डिग्री से ऊपर) पर समाधान एनीलिंग के माध्यम से तेजी से शीतलन होता है, जो सिग्मा चरण को मैट्रिक्स में वापस विघटित करता है और संतुलित माइक्रोस्ट्रक्चर को पुनर्स्थापित करता है - बशर्ते बाद का कूलडाउन सुधार को रोकने के लिए पर्याप्त तेज़ हो।

वेल्डिंग क्षेत्र में सिग्मा चरण का सबसे आम कारण क्यों है?

क्योंकि हीटिंग और कूलिंग के दौरान किसी भी वेल्ड के आसपास गर्मी से प्रभावित क्षेत्र अनिवार्य रूप से सिग्मा गठन तापमान सीमा से गुजरता है, और मल्टी-पास वेल्डिंग या उच्च गर्मी इनपुट हानिकारक सिग्मा सामग्री को अवक्षेपित करने के लिए उस सीमा में पर्याप्त समय जमा कर सकता है।