مقدمه:
ورق استیل 443 از نوع فریتی فوق‌العاده خالص است که مقاومت بالایی در برابر خوردگی، خوردگی تنشی و شکافی مشابه سایر ورق های استیل فریتی معمولی دارد. در مقایسه با ورق استیل 304 آستنیتی با ساختار fcc، ورق استیل فریتی با ساختار bcc دارای ضریب انتشار C بالاتری است، بنابراین کاربیدهای غنی از کروم به راحتی در جوشکاری و سایر فرآیندهای عملیات حرارتی تشکیل می‌شوند و در نتیجه کروم در اطراف کاربید کاهش می‌یابد.
مقاومت در برابر خوردگی بین دانه ای در همین حال، به دلیل تفاوت در انرژی اتصال عناصر آلیاژی با C، Ti و Nb در مقایسه با عناصر کروم، راحت‌تر با C می‌توانند متصل شوند. بنابراین، اجتناب از تشکیل کاربید غنی از کروم با کاهش محتوای C ورق استیل فریتی، و افزودن Ti و Nb به آلیاژ، ورق استیل فریتی 443 فوق‌العاده خالص با مقاومت خوردگی بین دانه‌ای بالا را تشکیل می‌شود .
کاربرد و خواص ورق استیل فریتی 443:
ورق استیل فریتی فوق‌العاده خالص 443 به طور گسترده در لوله‌های جمع‌کننده حرارت خورشیدی، کندانسورهای ماشین‌های کمکی نیروگاه، لوله‌های فولادی ضد زنگ آب گرمایشی و سایر زمینه‌ها استفاده شده است. اکثر محصولات ورق استیل فریتی فوق العاده خالص توسط تغییر شکل پلاستیکی پردازش می شوند و رابطه بین تغییر شکل و خواص خوردگی بین دانه ای عمدتاً توسط ساختار مرز دانه و توزیع آن تعیین می شود.
مهندسی مرز دانه:
طراحی و کنترل مرزدانه (GBD) اولین بار در سال 1984 توسط Watanabe و همکاران ارائه شد. لین و همکاران آن را بیشتر به مهندسی مرز دانه (GBE) توسعه دادند. براندون و همکاران به طور رسمی مفهوم شبکه های محل تصادف (CSL) را هنگام مطالعه ساختار مرزی دانه W ارائه کرد و مقدار Σ را به عنوان نسبت نقاط محل تصادف در رابطه با کل نقاط سایت تعریف کرد. مرزهای دانه CSL از Σ≤29 به عنوان مرزهای دانه ویژه (SGB) شناخته می شوند، و مرزهای 49≥Σ> 29 به عنوان مرزهای دانه با زاویه بزرگ تصادفی (RGB) تعریف می گردند.
هرچه مقدار Σ کوچکتر باشد، تعداد نقاط محل تصادف مرز دانه بیشتر است، ساختار تناوبی مرزدانه کوتاه تر است و انرژی مرزی دانه کمتر می باشد. در مقابل، به دلیل درجه بالای نظم در مرزهای دانه Σ پایین، ضریب انتشار اتم های محلول در مقایسه با RGB بسیار کاهش می یابد. بنابراین، یک فاز رسوب‌شده، مانند Cr23C6، هسته‌دهی و رشد در مرزهای دانه کم Σ دشوارتر است، بنابراین مقاومت خوردگی بین دانه‌ای ورق استیل را بهبود می‌بخشد.
علاوه بر تغییر شکل لغزش نابجایی، یک آلیاژ مکعبی رو به مرکز با انرژی نسبتاً کم از نظر گسل های انباشته مستعد جوانه زدن دوقلوهای تغییر شکل است، یعنی تعداد زیادی مرز دانه دوقلوی Σ3 وجود دارد. بنابراین، کاربرد اخیر GBE در تحقیقات خوردگی بین دانه ای برای ورق استیل عمدتاً بر ورق استیل آستنیتی متمرکز شده است. علاوه بر این، برای آلیاژهای پلی کریستالی، تشکیل مرزهای دانه کم Σ عمدتاً با مهاجرت مرز دانه به دست می آید.
مکانیسم مهاجرت مرزدانه در ورق استیل 443:
دو مکانیسم مهاجرت مرزدانه وجود دارد: مهاجرت ناشی از انتشار و مهاجرت ناشی از فشار.
ضریب انتشار اتم ها در مرزهای دانه Σ پایین کوچک است، و در نتیجه مهاجرت مرز دانه نسبتاً آهسته در دماهای پایین ایجاد می شود. تحقیقات در این زمینه عمدتاً بر فرآیند تغییر شکل حرارتی متمرکز است. با این حال، تعداد زیادی از اجزای ساختاری در صنعت محصولات تغییر شکل سرد هستند که دارای مزایای حفاظت از محیط زیست و روند توسعه اقتصادی در مقایسه با تغییر شکل حرارتی می باشند.
مطالعات کمی در مورد کنترل خوردگی بین دانه ای ورق استیل فریتی فوق خالص 443 تغییر شکل سرد توسط GBE انجام شده است. در طول تغییر شکل سرد، به دلیل فقدان مکانیسم مهاجرت ناشی از انتشار در فرآیند تغییر شکل حرارتی، یا قانون تکامل توزیع مشخصه مرزی دانه (GBCD) برای ورق های استیل فریتی فوق خالص تغییر شکل سرد یا رابطه بین حساسیت خوردگی بین دانه‌ای و GBCD با آلیاژهای تغییر شکل حرارتی متفاوت خواهد بود.
در واقع، علاوه بر شرایط مختلف خدمات، خواص مواد (در اینجا، حساسیت خوردگی بین دانه ای) به ترکیب شیمیایی و ساختار کریستالی مواد بستگی دارد. با توجه به تجزیه و تحلیل فوق و نتایج تجربی به‌دست‌آمده در تحقیقات اخیر انجام‌شده، به دلیل محتوای کم کربن، در ورق استیل فریتی فوق‌خالص 443 هیچ کاهش کرومی وجود ندارد. ترکیب شیمیایی مرز دانه و ماتریس آلیاژ اساساً یکنواخت است.
بنابراین، خوردگی بین دانه ای ورق استیل فریتی فوق خالص 443 عمدتاً ناشی از ناهمگنی ساختار مرز دانه (یا نقص کریستالی) است. با توجه به اصل الاستیک-پلاستیک فلزات، تنش پسماند می تواند ناهمگونی نسبی ساختار بلوری را به صورت ماکروسکوپی نشان دهد. بسیاری از مطالعات نشان داده‌اند که هر چه تنش آلیاژ بیشتر باشد، حساسیت خوردگی بین دانه‌ای بیشتر است.
محققان مقاومت خوردگی بین دانه‌ای را با افزودن عناصر خاکی کمیاب به ورق استیل فریتی بهبود بخشیدند و نظریه میدان تنش خوردگی بین دانه‌ای ورق استیل فروزیک فوق‌العاده خالص را پیشنهاد کردند که هدف آن توضیح اثرات تنش پسماند ناشی از فاز رسوب‌شده بر عملکرد خوردگی بین دانه ای ورق استیل فریتی است. با این حال، آنها تأثیر تنش پسماند ناشی از تغییر شکل پلاستیک بر حساسیت خوردگی بین دانه‌ای را روشن نکردند.
گردآورنده: سید رحیم کیاحسینی