Paslanmaz çelik için ısı işlem yöntemleri için nihai kılavuz: Süreçler, metalürji ve standartlar

Giriş: Paslanmaz çeliklerin termal zorunluluğu

Paslanmaz çelik üretimi, termodinamik istikrarı mekanik zorunluluklarla dengeleme çalışmasıdır.Sıcak işlem, ağırlıklı olarak sertliği ve germe dayanıklılığını kontrol etmek için bir mekanizmadır, paslanmaz çeliklerin termal işlenmesi ikili ve sıklıkla çelişen bir amaca hizmet eder: mekanik özelliklerin geliştirilmesi ve korozyon direncinin korunması.Bu rapor eksiksiz bir, beş ana paslanmaz çelik ailesine uygulanabilir ısı işleme metodolojilerinin uzman düzeyinde analizi ̇ Austenitik, Martensitik, Ferritik, Dupleks ve Yağışlı Sertleme (PH).

Paslanmaz çelik tek bir malzeme değil, en az % 10,5 kromi içeren demir bazlı alaşımların geniş bir ailesidir.$Cr_2O_3$), malzemenin "paslanmaz" özelliğini sağlayan kendi kendine iyileşen bir film.¹Sıcak işlem, bu pasif katmanın bütünlüğünü derinden etkiler.kırılgan intermetallik fazlar (sigma faz) oluşturur, veya altyapıyı tehlikeye atan yüzey ölçeklenmesine neden olur.³Sonuç olarak, paslanmaz çeliklerin ısı tedavisi, faz diyagramlarının, soğutma kinetiklerinin ve fırın atmosfer kontrolünün nüanslı bir anlayışını gerektirir.

Bu belge mühendisler ve metalürjistler için kapsamlı bir kılavuz olarak hizmet eder.Mikrostrukturel evrim üzerine akademik araştırma, ve ekipman seçimi için pratik kılavuzlar.17-4 PH gibi yağış sertleştirme alaşımları için gerekli olan kesin yaşlanma döngüleri, ve kırılmayı önlemek için Duplex paslanmaz çeliklerin hassas söndürme gereksinimleri.Martensitik istikrar için kriyojenik işleme ve vakum karşılaştırmalı verimliliğine benzer gelişmiş konuları ele alır. tuz banyosu işleme.

Metallürji Temellikleri ve Alaşım Etkileri

Paslanmaz çeliklerin ısı işlemine hakim olmak için, öncelikle termal enerjiye tepkisini belirleyen atom seviyesindeki etkileşimleri incelemek gerekir.Çeliklerin kristallografik yapısı yüz merkezli kübik (FCC) austenit, vücut merkezli kübik (BCC) ferrit veya vücut merkezli tetragonal (BCT) martensit mevcut ısı işlem pencerelerini ve elde edilen mekanik özellikleri belirler.

2.1 Termal İşlemde Alaşımlı Elementlerin Rolü

Paslanmaz çelik derecesindeki alaşım elemanlarının spesifik kokteyli, faz kararlılığı sınırlarını ve ısıtma ve soğutmaya tepkisini belirler.

• Krom (Cr):Karbon için yakınlığı nedeniyle, kromun ısı işleminde davranışı kritiktir. 425 ° C'den 870 ° C'ye kadar sıcaklık aralığında, karbondan daha yüksek bir sıcaklık alanında, karbondan daha yüksek bir sıcaklık alanında, karbondan daha yüksek bir sıcaklık alanında, karbondan daha yüksek bir sıcaklık alanında, karbondan daha yüksek bir sıcaklık alanında, karbondan daha yüksek bir sıcaklık alanında.Krom, karmaşık karbitler oluşturmak için karbonla reaksiyona girer (e.g,$M_{23}C_6$Bu, yakındaki matrisden kromu temizler ve yerel konsantrasyonu pasifikasyon için gerekli olan 10.5% eşiğin altına düşürür, bu da hassasiyet olarak bilinen bir olgudur.¹

• Nikel (Ni):Birincil austenit stabilizatörü. Nikel eklemek (300 serisinde olduğu gibi) yüksek sıcaklıklı austenitten düşük sıcaklıklı ferrit / martensite dönüşümünü bastırır.Bu, yüksek nikel alaşımlarını söndürerek sertleştirmez.Nikel aynı zamanda katlılığı ve esnekliği arttırır, bu özellikler erimişle en üst düzeye çıkarılır.¹

• Karbon (C):Martensitik derecelerde birincil sertleştirici ajan olarak hareket eden bir ara çözünürdür. 440C gibi derecelerde, yüksek karbon (0,95~1,20%) söndürüldüğünde aşırı sertliği (HRC 60+) sağlar.Austenit derecelerinde, karbon genellikle termal döngü veya kaynak sırasında hassasiyetin önlenmesi için en aza indirgenmesi gereken bir kirliliktir (<0.03% "L" sınıflarında).⁸

• Molibden (Mo):316 veya 2205 gibi) daha iyi kazma direnci için eklenir. Bununla birlikte, molibden Sigma gibi zararlı intermetallik fazların oluşumunu teşvik eder (Sigma.) ve Chi (- Hayır.Bu durum, çözeltme kızartmasından sonra hızlı soğutma hızlarını gerektirir.⁴

• Azot (N):Modern Duplex ve Süper Austenit sınıflarında, azot verim gücünü ve çukur direncini (PREN) artırır.Aynı zamanda zararlı fazların çöktüğü sıcaklığı da yükseltir., ısı işleme güvenli penceresini sıkıştırır, ancak austenit fazının istikrarını artırır.⁷

• Titanyum (Ti) ve Niobium (Nb):Bunlar "stabilizatörler". Karbondan daha yüksek bir yakınlığa sahiptirler.Bu elementler, istikrarlı karbitler (TiC veya NbC) oluşturmak için ısı işleminde karbon temizler.Bu, bu sınıfların duyarlılaşmadan stres hafifletilmesine veya yüksek sıcaklıklı hizmette kullanılmasına izin verir.¹²

Aşama dönüşüm mekanizmaları

Çeşitli paslanmaz ailelerin ısı işleminde temel fark, faz dönüşümlerinde (veya olmamasında) yatmaktadır.

• Allotropik dönüşüm (Sertleme Mekanizmi):Martensitik çeliklerde, malzeme oda sıcaklığında bir BCC (ferrit + karbid) yapısından yüksek sıcaklıklarda bir FCC (austenit) yapısına geçiyor (austenitizing).Hızlı soğutma (sürtme), karbon çözeltide sıkışır ve ızgara martensit adı verilen yüksek stresli bir BCT yapısına dönüşür.¹⁴

• Çözünürlük Değişiklikleri (Yağışlama Mekanizmi):PH çeliklerinde (örneğin 17-4), güçlendirme öncelikle faz değişikliğinin kendisinden gelmez,Ancak ikincil bir "yaşlanma" ısı işlemi sırasında alt mikroskobik parçacıkların (bakır bakımından zengin çökelmeler gibi) çöküşündenMatris bu çökeltileri çevreleyerek daralır, dislokasyon hareketini engeller ve gücünü arttırır.³

• Yeniden kristalleştirme (Anilleme Mekanizmi):Sertleştirilemeyen austenit ve ferritik çelikler için, ısı işleme, soğuk işleme nedeniyle meydana gelen deforme olmuş çekirdeklerin yerini alarak yeni, gerginliksiz çekirdeklerin çekirdeklenmesi ve büyümesi için enerji sağlar.Aynı zamanda katı çözeltinin içine geri düşenleri çözür..¹

Isı iletkenliği ve genişleme düşünceleri

Paslanmaz çelikler, özellikle austenit sınıfları, ısı işlemini karmaşıklaştıran farklı fiziksel özelliklere sahiptir.

• Düşük ısı iletkenliği:Austenit paslanmaz çelik, karbon çelikten önemli ölçüde daha yavaş ısı iletir. Bu, bir bileşenin çekirdeğinin hedef sıcaklığa ulaşmasını sağlamak için daha uzun emmek sürelerini gerektirir.

• Yüksek termal genişleme:Austenit çeliklerinin termal genişleme katsayısı karbon çeliklerinden yaklaşık% 50 daha yüksektir.Bu nedenle paslanmaz çelik boyut toleranslarını korumak için sabitleme ve tekdüze ısıtma daha kritiktir..²

Genel Isı İşleme Metodolojileri

Kalite özel tariflere dalmadan önce, paslanmaz çelik için kullanılan dört temel termal işleme kategorisini tanımlamak önemlidir:ve Yüzey Tedavisi.

Anillik Süreçleri

Annealing, malzemeyi yumuşatmak, esnekliği iyileştirmek ve korozyon direnciyi optimize etmek için tasarlanmış ısıtma ve soğutma döngüleri için geniş bir terimdir.

• Çözüm Annealing:Bu, austenit (300 serisi), Duplex ve PH (Hali A) çelikleri için standart işlemdir.Malzeme, tüm krom karbitlerini ve intermetallik fazları austenit matrisine çözmek için yeterince yüksek bir sıcaklığa (genellikle > 1040 °C) ısıtılarakÖnemli olan, bunun ardından birHızlı söndürme(su veya yüksek basınçlı gaz) bu homojen yapıyı "dondurmak" için.³

• Süreç Annealing (Subcritical):Temel olarak ferritik ve martensitik sınıflar için kullanılır, tam bir faz dönüşümüne neden olmadan malzemeyi soğuk işleme veya işleme için yumuşatmak için.# A_{c1}$Bu, karbitleri çözmek yerine küreleştirir.¹²

• Parlak Gümüşleme:Bu, kontrollü bir atmosfere uygulanan, tipik olarak ayrılmış amonyak (% 75) içeren özel bir kızartma işlemidir.$H_2$% 25$N_2$) veya yüzey oksidasyonunun önlenmesi için saf hidrojen. Bu işlem, krom oksitlerinin oluşmasını önlemek için atmosferin çok düşük bir çiy noktasına sahip olması gerekir (genellikle <-50 ° C).bir sonraki turşuma veya cilalamaya gerek kalmayan yansıtıcı yüzey.²⁰

  • Anlayış:Titanyum ile dengelenmiş ferritik sınıflar (örneğin, 409, 439), titanyumun yüksek saflıklı hidrojende bile arızalı bir nem varsa oksidlendiği için parlak bir şekilde kızartılması zordur.Dış oksitler yerine iç nitritler oluşturmak için özel atmosferler gereklidir..²²

Sertleştirme (Sertleştirme ve Sertleştirme)

Martensitik ve PH sınıfları hariç, sertleştirme, austenitizing aralığına kadar ısıtmayı ve ardından söndürmeyi içerir.

• Öldürme:Soğutma hızı, zaman-sıcaklık-dönüşüm (TTT) eğrisinin "burnu" nı kaçırmak için yeterince hızlı olmalı ve perlit veya bainite oluşumunu önlemeli.Birçok martensitik paslanmaz çelik yüksek sertleşme kapasitesine sahiptir ve "hava sertleştirilmiş" olabilir.Bu da nispeten yavaş hava soğutmasıyla bile martensit oluşturacakları anlamına geliyor.Bu, basit karbon çelikleri için gerekli olan agresif yağ veya su söndürmeleri ile karşılaştırıldığında bozulmayı en aza indirmek için avantajlıdır..⁶

• Temperatör:Söndürülmüş martensit son derece sert ama kırılgan ve çok streslidir.Temperatörleme, çeliği daha düşük bir sıcaklığa (150 ~ 650 ° C) ısıtarak ızgara gerginliklerini hafifletir ve ince karbitleri yağdırırBu, gerekli sertlik ve esneklik için bazı sertlikleri değiştirir. Temperatör seçimi, nihai mekanik özellikleri belirlemek için birincil bir kadardır.³

Stresten Kurtulmak

Stres giderme, işleme, kaynak veya soğuk şekillendirme ile ortaya çıkan kalıntı gerilme gerilmelerini azaltmayı amaçlamaktadır.Bu sayede boyutsal istikrarı artırır ve stres korozyon kırılma riskini azaltır (SCC).

• Austenit Dilemi:Stres hafifletme austenitik paslanmaz çelik, stres hafifletme için en etkili sıcaklıkların (800 ~ 900 ° C) duyarlılık aralığı ile aynı olduğu için karmaşıktır.304 paslanmaz üzerine standart bir gerginlik azaltma yapmak korozyon direncini yok edebilirBu nedenle, düşük sıcaklıklı stres hafifletme (< 450 ° C) veya tam çözeltme kızartması genellikle tercih edilir.⁶

Yüzeyin sertleşmesi

Standart karbürleme passiv oksit tabakası karbon difüzyonunu inhibe ettiği için paslanmaz çelik için zordur.

• Düşük sıcaklıklı devasa aşırı doymak:Modern süreçler (Kolsterising® gibi) düşük sıcaklıklarda (<450°C veya <900°F) karbon veya azot içeriyor.Karbon/nitrojen katı çözeltide kalır, austenit ızgarasını genişletir ve aşırı basınçlı stres yaratır.²⁴

Austenitik paslanmaz çeliklerin ısı işlemesi (300 Serisi)

300 serisi (304, 316, 321, 347) paslanmaz çelik uygulamalarının çoğunu oluşturuyor.kriyojenik sıcaklıklardan erime noktasına kadar sabitSonuç olarak,Sıcak işlemle sertleştirilmezBu sınıflar için termal işleme, sadece yumuşatma, homojenleştirme ve stres azaltma için yapılır.

Çözünür Annealing: Yeniden ayarlama düğmesi

Çözüm kızartması, austenit sınıfları için birincil termal döngüdür.Kaydırma veya uygun olmayan işleme sırasında oluşmuş olabilecek krom karbitlerini ve sigma fazlarını çözmek için.

• Sıcaklık aralığı:Standart aralık:1040°C'den 1175°C'ye (1900°F~2150°F).

  • 304/304L için: 1040~1100°C tipiktir.

  • 316/316L için: Benzer bir aralık, ancak molibden bakımından zengin fazları çözmek için üst uç tercih edilir.³

  • Yüksek alaşımlı austenitler için (örneğin, 904L, 6Mo): Bu karmaşık kimyalara özgü daha istikrarlı intermetallik çökeltileri çözmek için genellikle daha yüksek sıcaklıklar (1150 °C'ye kadar) gereklidir.¹⁹

• Batırma süresi:Genel kurallar, tüm kesimin sıcaklığa ulaşmasını sağlamak için malzemenin kalınlığında yaklaşık 30 ila 60 dakika gerekir.Tahıl büyümesini önlemek için aşırı ıslatmadan kaçınılmalıdır., sonraki şekillendirme işlemleri sırasında "portakal kabuğu" yüzey finişi üretebilir.¹²

• Soğutma hızı:Bu en kritik değişkendir. Malzeme, duyarlılaşma sıcaklık aralığından (850 °C'den 500 °C'ye kadar) hızla soğutulmalıdır.

  • Su söndürme:Kalın kesimler için gereklidir (plaka, çubuk > 12 mm).

  • Zorlu hava/gaz:Yüzey alanı-kütle oranının yeterince hızlı ısı çekilmesini sağladığı ince bölümler (levha, tel, ince duvarlı boru) için kabul edilebilir.

  • Yavaş Soğutmanın Sonuçları:Yavaşça soğutulursa, krom karbitleri taneler sınırlarında düşer ve hassasiyete neden olur (aşağıda tartışılır).¹²

Duyarlılaşma Mekanizması (Saldırma Bozulması)

Duyarlılaşma, austenitik paslanmaz çeliklerde Achilles topukudur.425°C'den 870°C'ye (800°F~1600°F).

• Mekanizm:Karbon atomları, küçük aralıklı olarak, taneler sınırına hızla yayılır.Karbon kromla birleşerek oluşur$Cr_{23}C_6$Tek bir karbon atomu yaklaşık dört krom atomu bağlar. Karbitlerin ağırlık açısından yaklaşık% 94'ü krom olduğundan, oluşumları taneler sınırının yakın çevresinden krom akıtır.

• Sorgularınızı doğrudan bize gönderin.

  Şimdi Gönder