حساس شدن استنلس استیل

[rkiahoseyni]

مقدمه:

فولادهای زنگ نزن آستنیتی مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارند. با این حال زمانی که در معرض رژیم دمایی 500 تا 850 درجه سانتیگراد قرار می گیرند، حساس می شوند یعنی در معرض خوردگی بین دانه ای، قرار می گیرند. این به دلیل رسوب در مرز دانه و رشد کاربیدهای کروم است که باعث تشکیل مناطق خالی از کروم و در نتیجه خوردگی بین دانه ای می شود. با این حال، درجه حساسیت به طور مستقیم با مقدار رسوب کاربید در ارتباط نیست. این بستگی به جزئیات پروفیل های غلظت کروم در مجاورت مرزهای دانه دارد.

 

سنجش شدت خوردگی بین دانه ای:

اندازه گیری شدت حمله بین دانه ای در محیط هایی که خورنده در نظر گرفته می شوند مانند اسیدها معمول است. تست‌های استاندارد شده‌ای وجود دارند که برای مقایسه مقاومت حساس‌سازی به استثنای اثر محیط آزمایش ایجاد شده‌اند. این تست‌ها توسط استانداردهای انجمن آمریکایی تست و مواد (ASTM) تعریف شده‌اند که شامل تکنیک‌های الکتروشیمیایی مانند تست فعال‌سازی مجدد پتانسیوسینتیک الکتروشیمیایی حلقه دوگانه (DL-EPR) می‌شود. در این روش باید ترکیب الکترولیت، دما، محدودیت پتانسیل و سرعت اسکن برای هر آلیاژ تعیین شود.
چندین کار در مورد کمی سازی تجربی حساسیت در فولادهای زنگ نزن آستنیتی وجود دارد و کارهای گسترده ای برای درک اثرات متغیرهای مختلف بر میزان حساسیت انجام شده است. به عنوان مثال، تاثیر زمان در دمای حساس شدن، اثر کرنش و اثر اندازه دانه بر رسوب کاربید کروم مورد مطالعه قرار گرفته است. مدل هایی نیز برای پیش بینی رسوب کاربید توسعه داده شده است.

 

سینتیک رسوب:

مدل ارائه شده توسط Stawström نشان داد که سینتیک رسوب، حساسیت و حساسیت زدایی با مجذور اندازه دانه متناسب است. زمان رسیدن به عملیات حراتی با در نظر گرفتن غلظت بحرانی کروم 13 درصد وزنی محاسبه می شود. در این مدل، معادله نرخ پایه با استفاده از قانون دوم فیک و شار کروم در فصل مشترک با استفاده از نظریه تعادل جرم در مدل زنر به دست آمده است. با این حال، اثرات چند جزئی در هر دو مدل سازی ترمودینامیکی و جنبشی در کار در نظر گرفته نمی شود. پاسکالی و همکاران اثر محتوای کربن و اندازه دانه را بر روی سینتیک حساسیت مطالعه کرده اند. مشاهده شد که افزایش اندازه دانه باعث تاخیر در ایجاد حساسیت و حساسیت زدایی در دماهای پایین می شود. اثر عمده افزایش محتوای کربن، کاهش حداکثر دمایی است که در آن زمان- دما- حساسیت (TTS) قابل مشاهده است. اختلاف در نتایج حساس‌سازی بین روش‌های مختلف آزمون ASTM A262 Practice E و تست فعال‌سازی مجدد پتانسیوکینتیک الکتروشیمیایی (EPR) اجازه نمی‌دهد که هیچ نتیجه‌گیری دیگری حاصل شود. بلتران و همکاران اثر همزمان کرنش و اندازه دانه را بر حساسیت در  فولاد ضد زنگ 304 مورد مطالعه قرار داد. با کاهش اندازه دانه از 150 به 15 میکرومتر، در دمای 625 درجه سانتی گراد، زمان حساس شدن کاهش یافت و اثرات تغییر شکل کمتر آشکار شد. مشاهده شد که اثرات ترکیبی ناشی از برهم نهی اثرات اندازه دانه است که باعث افزایش مسیرهای انتشار مرزی دانه (با کاهش اندازه دانه) و اثرات کرنشی می شود که مکانیسم انتشار را کنترل می کند. با این حال، در نمونه 15 میکرومتر، اثرات کرنش کمتر برجسته شد و اثرات اندازه دانه بر پدیده حساس‌سازی غالب شد. کار یو و همکاران نشان دادند که درجه حساسیت (DOS) با افزایش دما و زمان بازپخت محلول کاهش می یابد که به افزایش اندازه دانه نسبت داده می شود. او برای بررسی خوردگی بین دانه‌ای (IGC) فولاد زنگ نزن آستنیتی، از اتومات سلولی (CA) استفاده کرد که تکامل ریزساختار مکانی و زمانی گسسته را در مقیاس مزو مقیاس توصیف می‌کند. لی و همکاران همچنین تأثیر رشد دانه بر رسوب کاربید کروم را ارزیابی کردند و نشان دادند که سینتیک رسوب فله ای کاربید کروم با افزایش اندازه دانه کاهش می یابد. یین و همکاران اثر اندازه دانه را بر پروفیل های غلظت کروم در Inconel 690 پیش بینی کرد. مشاهده شد که دانه های بزرگتر منجر به حداقل غلظت کروم مرزی دانه کمتر و مناطق خالی از کروم گسترده تر و در نتیجه مقاومت حساسیت کمتری می شود. اثرات چند جزیی فقط برای تخمین داده های حلالیت کربن و کروم در نظر گرفته می شود و در سایر محاسبات ترمودینامیکی و انتشار در نظر گرفته نمی شود.
با این حال، اثر اندازه دانه بر رفتار الکتروشیمیایی خوردگی بین دانه‌ای در مورد 301 SS مورد مطالعه قرار نگرفته است. همچنین، نقش اندازه دانه و محتوای کربن در توسعه و ویژگی‌های مناطق خالی از کروم با توجه به اثرات انتشار چند جزئی به طور گسترده مورد مطالعه قرار نگرفته است. بنابراین، کار حاضر بر روی مطالعات تجربی و عددی اندازه دانه و اثرات محتوای کربن بر رسوب کاربیدهای کروم، حساس‌سازی و خود ترمیمی در فولادهای زنگ نزن 301 با در نظر گرفتن انتشار چند جزئی در طول رشد رسوب متمرکز شده است.

 

گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی