ریزساختار و خواص مکانیکی صفحه روکش فولاد ضد زنگ نورد گرم با عملیات حرارتی

[rkiahoseyni]

معرفی
صفحات روکش شده از جنس استنلس استیل ترکیبی از هزینه کم، جوش پذیری بالا، استحکام، شکل پذیری، تغییر شکل و هدایت حرارتی بستر فولاد کربنی با مقاومت در برابر خوردگی بالا، مقاومت سایشی، مقاومت مغناطیسی و تزئینات لوکس روکش فولاد ضد زنگ است که به طور گسترده ای در هسته ای، صنایع شیمیایی نفت، نفت، مخازن تحت فشار، مخازن، مبدل های حرارتی، نمک زدایی آب، کشتی سازی و سایر زمینه ها مورداستفاده قرار می گیرد. در واقع، صرفه جویی در هزینه و عناصر آلیاژی گرانبها (کروم و نیکل و غیره) در فولادهای ضدزنگ باعث شده است که محققان به فکر ایجاد روکش مقاوم بر روی ورق فولادی باشند. هرچند از استفاده از صفحات روکش شده با فولاد ضد زنگ به جای فولاد ضد زنگ منفرد، باعث می گردد که ضخامت کل افزایش یابد و گاهاً فلز روکش شده پیچیده تر و در نتیجه محصول نهایی گران تر شود، ولی خواص منحصر به فرد آن می تواند این معایب را تحت تاثیر قرار دهد.

تولید صفحات روکش فولاد ضد زنگ:
صفحات روکش فولاد ضد زنگ عمدتاً با سه روش ساخته می‌شوند: جوشکاری با روش لایه‌ای، جوشکاری انفجاری و نورد گرم. به طور کل، نورد گرم خلاء به عنوان یک فرآیند صرفه جویی در زمان و سازگار با محیط زیست در میان این فناوری های مختلف در نظر گرفته می شود، که یک فرآیند اتصال فاز جامد برای اتصال فولاد کربنی و فولاد ضد زنگ در دمای بالا برای ساخت صفحات روکش دار است.

معایب صفحات روکش فولاد ضد زنگ:
با این حال، صفحات روکش فولاد ضد زنگ نورد گرم دارای کاستی های زیادی هستند. اولاً، بستر فولادی کم کربن شامل ریزساختار بازپخت معمولی (فازهای فریت و پرلیت) همیشه در مقایسه با روکش فولادی ضد زنگ، استحکام کم و استحکام نهایی را نشان می‌دهد، که نمی‌تواند با نیاز خدمات عملی فولاد ضد زنگ مطابقت داشته باشد. ثانیاً، روکش فولاد ضد زنگ همیشه دارای نقص های تغییر شکل و فازهای ثانویه مضر است. به عنوان مثال، فاز مارتنزیت و ذرات Cr23C6 ناشی از کرنش همچنین می توانند خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی فولاد ضد زنگ را کاهش دهند. ثالثاً، یک لایه کربنی شده با ضخامت 50-100 میکرومتر در روکش فولاد ضد زنگ به دلیل رفتار انتشار کربن تشکیل می شود که می تواند منجر به ایجاد ترک های تونلی بین دانه ای شود و بر رفتار شکستگی و مقاومت در برابر خوردگی صفحات روکش شده تأثیر بگذارد. چهارم، استحکام اتصال رابط ضعیف همچنین می‌تواند باعث ایجاد ترک لایه‌لایه شود، که به طور جدی بر کاربرد عملی صفحات روکش فولاد ضد زنگ تأثیر می‌گذارد. بنابراین، تعیین شرایط بهینه عملیات حرارتی برای رفع عیوب فوق در طول فرآیند نورد گرم و دستیابی به تعادل ساختار برای بهبود عملکرد بین بستر فولاد کربنی و روکش فولاد ضد زنگ ضروری است. درک بیشتر رابطه بین ساختار و عملکرد و هدایت طراحی ریزساختار برای بهبود ویژگی صفحه روکش فولاد ضد زنگ یا سایر کامپوزیت های چند لایه مفید است.

بررسی نتایج بررسی بر روی صفحات روکش ضدزنگ:
1- صفحات روکش فولاد ضد زنگ نورد گرم با عملیات کوئنچ در دمای کوئنچ در محدوده 900 درجه سانتیگراد تا 1150 درجه سانتیگراد با موفقیت تقویت و سفت می شوند. علاوه بر این، ترک‌های خوردگی بین دانه‌ای مانند در لایه کربوره می‌توانند به طور موثر بالاتر از دمای خاموش شدن 1050 درجه سانتیگراد مهار شوند.
2- در زمان سرد شدن 6 دقیقه ای، استحکام برشی کششی ابتدا افزایش و سپس با افزایش دمای کوئنچ شدن، کاهش می یابد و مناطق شکست برشی از سطح مشترک به لایه کربن‌زدایی منتقل می شوند. با این حال، در زمان خاموش شدن 60 دقیقه، استحکام برشی کششی به تدریج با افزایش دمای کوئنچ کاهش یافته و مناطق برشی در لایه دکربوریزه تشکیل شده و قابل مشاهده است.
3- زمان خاموش کردن طولانی می تواند به طور موثری از تشکیل ترک های لایه لایه شدن سطحی جلوگیری کند که به انتشار کافی عنصر آلیاژی نسبت داده می شود. علاوه بر این، رفتار کششی و ویژگی‌های شکست، انتقال شکل‌پذیر و شکننده را با افزایش دمای سرد شدن نشان می دهد که به دلیل درشت شدن ماتریس در دمای سرد شدن فوق‌العاده بالا است.
4- بررسی محصولات فولاد کربنی روکش داده شده با فولاد ضدزنگ، ویژگی های شکست زیرلایه فولاد کربنی را نشان می دهد که به مدت 6 دقیقه در دماهای سرد مختلف نگه داشته شده است. بسیاری از فرورفتگی های ظریف یکنواخت در سطح شکست زیرلایه فولاد کربنی که در دمای 900 درجه سانتیگراد سرد شده است، نشان  می دهد که مورفولوژی شکست از نوع شکل پذیر معمولی است. با این حال، با افزایش دمای کوئنچ، اندازه و شکل گودی‌ها به تدریج غیریکنواخت و نامنظم می‌شوند و حاوی گودی‌های مسطح و بزرگ‌تر می گردند. انشعاب ترک همراه با فرورفتگی های ناهموار فراوان است. این منطقه رفتار شکستگی شکننده با مورفولوژی های شکستگی لت مانند و بین دانه ای را نشان می دهد که ممکن است به فاز مارتنزیت درشت و نرم شدن ماتریس نسبت داده شود.

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی