স্টেইনলেস স্টিলের তাপ চিকিত্সা পদ্ধতির চূড়ান্ত গাইডঃ প্রক্রিয়া, ধাতুবিদ্যা এবং মান

ভূমিকা: স্টেইনলেস স্টিলের তাপীয় প্রয়োজনীয়তা

স্টেইনলেস স্টীল তৈরী করা হচ্ছে তাপগতিগত স্থিতিশীলতা এবং যান্ত্রিক প্রয়োজনীয়তার মধ্যে ভারসাম্য বজায় রাখার একটি ব্যায়াম।যেখানে তাপ চিকিত্সা প্রধানত কঠোরতা এবং প্রসার্য শক্তি নিয়ন্ত্রণের জন্য একটি প্রক্রিয়া, স্টেইনলেস স্টিলের তাপীয় প্রক্রিয়াকরণ একটি দ্বৈত এবং প্রায়শই বিরোধী উদ্দেশ্য পূরণ করেঃ যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলির উন্নতি এবং জারা প্রতিরোধের সংরক্ষণ।এই প্রতিবেদনটি একটি সম্পূর্ণ, অস্থায়ী ইস্পাতের পাঁচটি প্রধান পরিবারের জন্য তাপ চিকিত্সা পদ্ধতির বিশেষজ্ঞ-স্তরের বিশ্লেষণ

স্টেইনলেস স্টীল একটি একক উপাদান নয়, তবে আয়রন-ভিত্তিক খাদগুলির একটি বিস্তৃত পরিবার যা ন্যূনতম 10.5% ক্রোমিয়াম ধারণ করে। এই ক্রোমিয়াম অক্সিজেনের সাথে প্রতিক্রিয়া করে একটি প্যাসিভ ক্রোমিয়াম অক্সাইড স্তর গঠন করে ($Cr_2O_3$), একটি স্ব-নির্ধারণকারী ফিল্ম যা উপাদানটির "অস্থায়ী" বৈশিষ্ট্য প্রদান করে।¹তাপ চিকিত্সা এই প্যাসিভ স্তরটির অখণ্ডতা গভীরভাবে প্রভাবিত করে। অনুপযুক্ত তাপীয় চক্রগুলি কার্বাইডগুলি অবতীর্ণ করতে পারে যা স্থানীয় ক্রোমিয়াম হ্রাস করে (সেনসিটাইজেশন),ভঙ্গুর ইন্টারমেটালিক ফেজ (সিগমা ফেজ) গঠন করে, অথবা পৃষ্ঠের স্কেলিং সৃষ্টি করে যা সাবস্ট্র্যাটকে ক্ষতিগ্রস্ত করে।³ফলস্বরূপ, স্টেইনলেস স্টিলের তাপ চিকিত্সার জন্য ফেজ ডায়াগ্রাম, শীতল গতিবিদ্যা এবং চুল্লি বায়ুমণ্ডল নিয়ন্ত্রণের একটি সুনির্দিষ্ট বোঝার প্রয়োজন।

এই নথিটি ইঞ্জিনিয়ার এবং ধাতুবিদদের জন্য একটি বিস্তৃত হ্যান্ডবুক হিসাবে কাজ করে। এটি শিল্প মান (ASTM A484, A564, AMS 2759),মাইক্রোস্ট্রাকচারাল বিবর্তন নিয়ে একাডেমিক গবেষণা, এবং সরঞ্জাম নির্বাচনের জন্য ব্যবহারিক নির্দেশিকা। এটি সোল্ডার ক্ষয় প্রতিরোধের জন্য সমাধান অস্টেনাইটিক গ্রেড annealing এর সমালোচনামূলক nuances,১৭-৪ পিএইচ-এর মতো অবসান-কঠিনকরণ খাদগুলির জন্য প্রয়োজনীয় সুনির্দিষ্ট বয়স্ক চক্রগুলি, এবং ডিপ্লেক্স স্টেইনলেস স্টিলের সূক্ষ্ম quenching প্রয়োজনীয়তা embrittlement এড়াতে।এটি মার্টেনসাইটিক স্থায়িত্বের জন্য ক্রিওজেনিক প্রক্রিয়াকরণ এবং ভ্যাকুয়াম বনাম লবণ স্নান প্রক্রিয়াকরণের তুলনামূলক কার্যকারিতা যেমন উন্নত বিষয়গুলিকে সম্বোধন করে.

ধাতুবিদ্যার মৌলিক বিষয় এবং অ্যালোয়িং প্রভাব

স্টেইনলেস স্টিলের তাপ চিকিত্সা আয়ত্ত করার জন্য, প্রথমে পরমাণু স্তরের মিথস্ক্রিয়াগুলি বিশ্লেষণ করতে হবে যা তাপীয় শক্তির প্রতিক্রিয়া নির্ধারণ করে।স্টিলের স্ফটিকগত কাঠামো মুখ-কেন্দ্রিক ঘনক্ষেত্র (এফসিসি) অস্টেনাইট, শরীর-কেন্দ্রিক ঘনক্ষেত্রাকার (বিসিসি) ফেরাইট, বা শরীরকেন্দ্রিক টেট্রাগোনাল (বিসিটি) মার্টেনসাইট উপলব্ধ তাপ চিকিত্সা উইন্ডো এবং ফলস্বরূপ যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি নির্দেশ করে।

2.1 তাপীয় প্রক্রিয়াকরণে অ্যালগিং উপাদানগুলির ভূমিকা

একটি স্টেইনলেস স্টিল গ্রেডের লেগিং উপাদানগুলির নির্দিষ্ট ককটেল তার ফেজ স্থিতিশীলতার সীমানা এবং গরম এবং শীতল করার প্রতিক্রিয়া নির্ধারণ করে।

• ক্রোমিয়াম (সিআর):এটি একটি শক্তিশালী ফেরাইট স্থিতিস্থাপক। তাপ চিকিত্সায়, ক্রোমিয়ামের আচরণ কার্বনের সাথে এর বন্ধুত্বের কারণে সমালোচনামূলক। 425 ডিগ্রি সেলসিয়াস থেকে 870 ডিগ্রি সেলসিয়াস তাপমাত্রা পরিসরে, এটি একটি শক্তিশালী ফেরাইট স্থিতিস্থাপক।ক্রোমিয়াম কার্বনের সাথে প্রতিক্রিয়া করে জটিল কার্বাইড গঠন করে (e.g,$M_{23}C_6$এটি সংলগ্ন ম্যাট্রিক্স থেকে ক্রোমিয়ামকে সরিয়ে দেয়, স্থানীয় ঘনত্বকে প্যাসিভেশনের জন্য প্রয়োজনীয় 10.5% থ্রেশহোল্ডের নীচে নামিয়ে দেয়, একটি ঘটনা যা সংবেদনশীলতা নামে পরিচিত।¹

• নিকেল (নি):প্রাথমিক অস্টেনাইট স্থিতিস্থাপক। নিকেল যোগ করা (৩০০ সিরিজের মতো) উচ্চ-তাপমাত্রার অস্টেনাইট থেকে নিম্ন-তাপমাত্রার ফেরাইট / মার্টেনসাইটের রূপান্তরকে দমন করে।এটি উচ্চ নিকেল খাদগুলিকে শক্ত করে না, কারণ এফসিসি কাঠামো ক্রাইওজেনিক তাপমাত্রায় স্থিতিশীল থাকে। নিকেল এছাড়াও অনমনীয়তা এবং নমনীয়তা উন্নত করে, বৈশিষ্ট্য যা অ্যানিলিংয়ের মাধ্যমে সর্বাধিক হয়।¹

• কার্বন (সি):একটি ইন্টারস্টিশিয়াল দ্রবণ যা মার্টেনসাইটিক গ্রেডগুলিতে প্রাথমিক কঠোরকরণ এজেন্ট হিসাবে কাজ করে। ৪৪০ সি এর মতো গ্রেডগুলিতে, উচ্চ কার্বন (০.৯৫ ০.২০%) quenching এ চরম কঠোরতা (এইচআরসি 60+) সক্ষম করে। তবে,অস্টেনাইটিক শ্রেণীতেকার্বন সাধারণত তাপীয় চক্র বা ldালাইয়ের সময় সংবেদনশীলতা রোধ করার জন্য একটি অশুচিতা যা ন্যূনতম করা উচিত (<0.03% "এল" গ্রেডগুলিতে) ।⁸

• মলিবডেনাম (মো):গর্ত প্রতিরোধের উন্নতির জন্য যোগ করা হয় (যেমন 316 বা 2205) । তবে, মলিবডেনম ক্ষতিকারক ইন্টারমেটালিক ফেজগুলির গঠনকে উৎসাহিত করে, যেমন সিগমা ($সিগমা$) এবং চি ($চাই$) ধাপ, বিশেষ করে ডুপ্লেক্স এবং উচ্চ-লিগ অস্টেনাইটিক ইস্পাতগুলিতে 700 °C থেকে 1000 °C এর মধ্যে তাপমাত্রার সংস্পর্শে আসে।⁴

• নাইট্রোজেন (এন):একটি শক্তিশালী অস্টেনাইট স্থিতিস্থাপক এবং কঠিন-বিষাক্ত শক্তিশালীকরণকারী। আধুনিক ডুপ্লেক্স এবং সুপার অস্টেনাইটিক গ্রেডগুলিতে, নাইট্রোজেন ফলন শক্তি এবং পিট প্রতিরোধের (পিআরইএন) বৃদ্ধি করে।এটি তাপমাত্রাও বাড়ায় যেখানে ক্ষতিকারক ধাপগুলি precipitate, তাপ চিকিত্সার জন্য নিরাপদ উইন্ডো টানছে কিন্তু অস্টেনাইট ফেজের স্থিতিশীলতা উন্নত করছে।⁷

• টাইটানিয়াম (টিআই) এবং নিওবিয়াম (এনবি):এইগুলো হল "স্থিতিশীলকারী" এগুলোতে কার্বনের জন্য ক্রোমিয়ামের চেয়ে বেশি ঘনিষ্ঠতা আছে।এই উপাদানগুলি তাপ চিকিত্সার সময় স্থিতিশীল কার্বাইড (টিআইসি বা এনবিসি) গঠনের জন্য কার্বন স্কেভ করেএটি এই গ্রেডগুলিকে সংবেদনশীলতা ছাড়াই চাপ-মুক্তি বা উচ্চ-তাপমাত্রা পরিষেবাতে ব্যবহার করার অনুমতি দেয়।¹²

পর্যায় রূপান্তর প্রক্রিয়া

বিভিন্ন স্টেইনলেস পরিবারের তাপ চিকিত্সার মৌলিক পার্থক্য তাদের ফেজ রূপান্তর (বা এর অভাব) ।

• অ্যালোট্রপিক রূপান্তর (কঠিনকরণ প্রক্রিয়া):মার্টেনসাইটিক স্টিলগুলিতে, উপাদানটি ঘরের তাপমাত্রায় একটি বিসিসি (ফেরাইট + কার্বাইড) কাঠামো থেকে উচ্চ তাপমাত্রায় একটি এফসিসি (অস্টেনাইট) কাঠামোতে রূপান্তরিত হয় (অস্টেনাইজিং) ।দ্রুত ঠান্ডা হলে, কার্বনটি দ্রবণে আটকে যায়, গ্রিডটি মার্টেনিসাইট নামে একটি অত্যন্ত চাপযুক্ত বিসিটি কাঠামোর মধ্যে কাটা হয়। এটি কঠোরকরণের প্রক্রিয়া।¹⁴

• দ্রবণীয়তা পরিবর্তন (অবক্ষয় প্রক্রিয়া):পিএইচ স্টিলগুলিতে (যেমন 17-4), শক্তিশালীকরণ প্রাথমিকভাবে ফেজ পরিবর্তন নিজেই আসে না,কিন্তু একটি সেকেন্ডারি "বার্ধক্য" তাপ চিকিত্সার সময় উপ-মাইক্রোস্কোপিক কণা (যেমন তামা সমৃদ্ধ precipitates) এর precipitation থেকেএই অববাহিকার চারপাশে ম্যাট্রিক্স সংকুচিত হয়, যা ব্যাঘাতের গতি এবং শক্তি বৃদ্ধি করে।³

• পুনরায় স্ফটিকায়ন (অ্যানিলিং মেশিন):অ-কঠিন অস্টেনাইটিক এবং ফেরাইটিক স্টিলগুলির জন্য, তাপ চিকিত্সা নতুন, স্ট্রেন-মুক্ত শস্যের জন্য শক্তি সরবরাহ করে এবং শীতল কাজের কারণে বিকৃত শস্য প্রতিস্থাপন করে।এটাও কঠিন দ্রবণ মধ্যে ফিরে precipitates দ্রবীভূত.¹

তাপ পরিবাহিতা এবং সম্প্রসারণ বিবেচনা

স্টেইনলেস স্টীল, বিশেষ করে অস্টেনাইটিক গ্রেড, পৃথক শারীরিক বৈশিষ্ট্য আছে যা তাপ চিকিত্সা জটিল।

• নিম্ন তাপ পরিবাহিতাঃঅস্টেনাইটিক স্টেইনলেস স্টিল কার্বন স্টিলের তুলনায় তাপ পরিচালনা করে উল্লেখযোগ্যভাবে ধীর। এটি একটি উপাদানটির কোরকে লক্ষ্যমাত্রা তাপমাত্রায় পৌঁছেছে তা নিশ্চিত করার জন্য দীর্ঘতর ভিজানোর সময় প্রয়োজন।

• উচ্চ তাপীয় সম্প্রসারণঃঅস্টেনাইটিক ইস্পাতের তাপীয় প্রসারণের অনুপাত কার্বন ইস্পাতের তুলনায় প্রায় 50% বেশি। এটি তাপীয় বিকৃতি এবং quench cracking এর ঝুঁকি বাড়ায়।ফিক্সিং এবং অভিন্ন গরম করার জন্য স্টেইনলেস স্টীল আকার tolerances বজায় রাখার জন্য তাই আরো গুরুত্বপূর্ণ.²

সাধারণ তাপ চিকিত্সা পদ্ধতি

গ্রেড-নির্দিষ্ট রেসিপিগুলিতে ডুব দেওয়ার আগে, স্টেইনলেস স্টিলের জন্য ব্যবহৃত তাপীয় প্রক্রিয়াকরণের চারটি প্রাথমিক বিভাগ নির্ধারণ করা অপরিহার্যঃ অ্যানিলিং, হার্ডিং, স্ট্রেস রিলেভিং,এবং সারফেস ট্রিটমেন্ট.

অ্যানিলিং প্রক্রিয়া

অ্যানিলিং হ'ল গরম এবং শীতল চক্রগুলির জন্য বিস্তৃত শব্দ যা উপাদানটিকে নরম করার, নমনীয়তা উন্নত করার এবং জারা প্রতিরোধের অনুকূল করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।

• দ্রবণ অ্যানিলিংঃএটি অস্টেনাইটিক (300 সিরিজ), ডুপ্লেক্স এবং পিএইচ (কন্ডিশন এ) স্টিলগুলির জন্য স্ট্যান্ডার্ড চিকিত্সা।উপাদানটি যথেষ্ট উচ্চ তাপমাত্রায় গরম করা হয় (সাধারণত >1040°C) যাতে অস্টেনাইট ম্যাট্রিক্সে সমস্ত ক্রোমিয়াম কার্বাইড এবং ইন্টারমেটালিক ফেজ দ্রবীভূত হয়. গুরুত্বপূর্ণভাবে, এর পরে অবশ্যই একটিদ্রুত নিভে যাওয়া(জল বা উচ্চ চাপ গ্যাস) এই অভিন্ন কাঠামো "ঠান্ডা" করার জন্য। ধীর শীতল কঠোরভাবে নিষিদ্ধ করা হয় কারণ এটি precipitates পুনর্নির্মাণের অনুমতি দেবে।³

• প্রসেস অ্যানিলিং (সাবক্রিটিকাল):মূলত একটি সম্পূর্ণ ফেজ রূপান্তর প্ররোচিত ছাড়া ঠান্ডা কাজ বা যন্ত্রপাতি জন্য উপাদান নরম করার জন্য ferritic এবং martensitic গ্রেড জন্য ব্যবহৃত। তাপমাত্রা সমালোচনামূলক মাত্রা নিচে রাখা হয়$A_{c1}$এটি কার্বাইডগুলি দ্রবীভূত করার পরিবর্তে গোলাকার করে তোলে।¹²

• ব্রাইট অ্যানিলিং:এটি একটি নিয়ন্ত্রিত বায়ুমণ্ডলে পরিচালিত একটি বিশেষায়িত অ্যানিলিং প্রক্রিয়া যা সাধারণত বিচ্ছিন্ন অ্যামোনিয়া (75%$H_2$, ২৫%$N_2$) বা খাঁটি হাইড্রোজেন ০পৃষ্ঠের অক্সিডেশন প্রতিরোধ করার জন্য। ক্রোমিয়াম অক্সাইড গঠনের প্রতিরোধ করার জন্য বায়ুমণ্ডলের একটি অত্যন্ত কম শিশির পয়েন্ট থাকতে হবে (সাধারণত < -৫০° সেলসিয়াস) । এই প্রক্রিয়াটি একটি উজ্জ্বল,প্রতিচ্ছবিযুক্ত পৃষ্ঠ যা পরবর্তীভাবে পিকিং বা পোলিশের প্রয়োজন হয় না.²⁰

  • অন্তর্দৃষ্টি:টাইটানিয়াম (যেমন, 409, 439) দিয়ে স্থিতিশীল ফেরাইটিক গ্রেডগুলি উজ্জ্বল রাইনিংয়ের জন্য কুখ্যাতভাবে কঠিন কারণ টাইটানিয়াম উচ্চ বিশুদ্ধ হাইড্রোজেনের মধ্যেও অক্সিডাইজ করে যদি কোনও ট্রেস আর্দ্রতা থাকে।বাহ্যিক অক্সাইডের পরিবর্তে অভ্যন্তরীণ নাইট্রাইড গঠনের জন্য বিশেষ বায়ুমণ্ডল প্রয়োজন.²²

কঠোরকরণ (কুয়েং এবং টেম্পারিং)

শুধুমাত্র মার্টেনসাইটিক এবং পিএইচ গ্রেডের জন্য, শক্তীকরণের মধ্যে অস্টেনাইটিজিং পরিসরে গরম করা এবং তারপরে ম্লান করা জড়িত।

• নিষ্পেষণঃঠান্ডা হারের গতি যথেষ্ট দ্রুত হতে হবে যাতে সময়-তাপমাত্রা-রূপান্তর (টিটিটি) বক্ররেখার "নাক" মিস করা যায়, পার্লাইট বা বাইনাইট গঠনের প্রতিরোধ করা যায়।অনেক মার্টেনসাইটিক স্টেইনলেস স্টীল উচ্চ কঠোরতা আছে এবং "বায়ু কঠোর হতে পারে" যার মানে তারা তুলনামূলকভাবে ধীর বায়ু শীতল সঙ্গে এমনকি martensite গঠন করবে।এটি সাধারণ কার্বন ইস্পাতের জন্য প্রয়োজনীয় আগ্রাসী তেল বা জল quenches তুলনায় বিকৃতি হ্রাস করার জন্য সুবিধাজনক.⁶

• টেম্পারিং:নিভে যাওয়া মার্টেনসাইট অত্যন্ত শক্ত কিন্তু ভঙ্গুর এবং অত্যন্ত চাপযুক্ত।টেম্পারিংয়ে গ্রিডের চাপ কমাতে এবং সূক্ষ্ম কার্বাইড precipitate করার জন্য ইস্পাতটি কম তাপমাত্রায় (150 ~ 650 °C) পুনরায় গরম করা জড়িতএটি প্রয়োজনীয় কঠোরতা এবং নমনীয়তার জন্য কিছু কঠোরতা বিনিময় করে। চূড়ান্ত যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যগুলি সেট করার জন্য টেম্পারেটিং তাপমাত্রার পছন্দটি প্রাথমিক ডায়াল।³

চাপ কমানো

স্ট্রেস রিলেভিংয়ের লক্ষ্য মেশিনিং, ওয়েল্ডিং বা কোল্ড ফর্মিং দ্বারা প্ররোচিত অবশিষ্ট টেনশন স্ট্রেস হ্রাস করা,এর ফলে মাত্রিক স্থিতিশীলতা বৃদ্ধি পায় এবং স্ট্রেস করোসিয়ন ক্র্যাকিং (এসসিসি) এর ঝুঁকি হ্রাস পায়.

• অস্টেনাইটিক দ্বিধা:অস্টেনাইটিক স্টেইনলেস স্টিলের স্ট্রেস রিলেভিং জটিল কারণ স্ট্রেস রিলেভিংয়ের জন্য সবচেয়ে কার্যকর তাপমাত্রা (800 ₹ 900 ° C) সংবেদনশীলতার পরিসীমাটির সাথে মিলে যায়।304 স্টেইনলেস স্টেইনলেস স্টেইনলেস স্টেইনলেস স্টেইনলেস স্টেইনলেস স্টেইনলেসঅতএব, নিম্ন তাপমাত্রা চাপ ত্রাণ (< 450 °C) বা সম্পূর্ণ সমাধান annealing প্রায়ই পছন্দ করা হয়।⁶

পৃষ্ঠের শক্তীকরণ

স্ট্যান্ডার্ড কার্বুরাইজিং স্টেইনলেস স্টিলের জন্য কঠিন কারণ প্যাসিভ অক্সাইড স্তর কার্বন ছড়িয়ে দেয়।

• নিম্ন তাপমাত