تأثير عمليات حرارتي حساسيت‌زايي و تشكيل كاربيدهاي مرزدانه‌اي بر به‌دام‌افتادن هيدروژن و تردي هيدروژني فولاد زنگ‌نزن آستنيتي 304

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مواد و متالورژي

كارشناسي ارشد

در صنايع گوناگون از جمله صنايع نفت و گاز، تجهيزات و اجزاي مورد استفاده بايد در خشن‌ترين شرايط محيطي، كارايي و پايداري خود را حفظ كنند تا تداوم توليد و سودآوري اقتصادي تضمين شود. فولادهاي زنگ‌نزن آستنيتي به دليل مقاومت به خوردگي مطلوب و خواص مكانيكي مناسب، به طور گسترده در ساخت تجهيزات مختلف اين صنايع، از جمله تجهيزات در تماس با محيط‌هاي حاوي هيدروژن، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. با اين حال، سرويس در محيط‌هاي حاوي هيدروژن مي‌تواند منجر به بروز تردي هيدروژني و در نهايت تخريب فولادهاي زنگ‌نزن آستنيتي گردد. يكي از مكان‌هاي اصلي به‌دام‌افتادن هيدروژن در فولادهاي زنگ‌نزن آستنيتي، فصل مشترك كاربيدهاي مرزدانه‌اي و زمينه است. اين كاربيدها در طي فرايندهاي ساخت، جوشكاري يا سرويس‌دهي در دماهاي بالا تشكيل مي‌شوند و با ايجاد نواحي موضعي تخليه‌شده از كروم در اطراف خود، علاوه بر ايجاد مكان‌هاي مؤثر براي به دام افتادن هيدروژن، موجب كاهش عمر سرويس‌دهي قطعات نيز مي‌گردند. در فولاد زنگ‌نزن 304، قرارگيري در محدوده‌ي دمايي 400 تا 900 درجه سانتي‌گراد منجر به رسوب كاربيدهاي كروم در مرزدانه‌ها و ايجاد نواحي تخليه‌شده از كروم در مجاورت آن‌ها مي‌شود. اين پديده كه به حساسيت‌زايي (Sensitization) شناخته مي‌شود، ريزساختار را نسبت به خوردگي بين‌دانه‌اي و آسيب‌هاي محيطي حساس و آسيب‌پذير مي‌سازد. در پژوهش حاضر، اثر عمليات حساسيت‌زايي و تشكيل كاربيدهاي مرزدانه‌اي بر به‌دام‌اندازي هيدروژن و بروز تردي هيدروژني در فولاد زنگ‌نزن آستنيتي 304 بررسي شده است. بدين منظور، نمونه‌هاي فولاد زنگ‌نزن آستنيتي 304 تحت سيكل‌هاي عمليات حرارتي مختلف قرار گرفتند و سپس آزمون‌هاي الكتروشيميايي، مكانيكي و بررسي‌هاي ريزساختاري در كنار فرايند شارژ هيدروژني انجام شد. به‌منظور تعيين دما بحراني ايجاد حساسيت در فولاد زنگ‌نزن آستنيتي 304، ابتدا عمليات حرارتي آنيل انحلالي به‌منظور انحلال كاربيدها و ايجاد شرايط يكسان براي نمونه‌ها، در دماي 1180 درجه سانتي‌گراد به مدت 45 دقيقه صورت پذيرفت و سپس نمونه‌ها در آب، كوئنچ شدند. به‌منظور عمليات حرارتي حساسيت‌زايي، عمليات حرارتي در محدوده‌ي دمايي 400 تا 900 درجه سانتي‌گراد با گام‌هاي 50 درجه سانتي‌گراد و در زمان‌هاي 1، 3، 12 و 24 ساعت انجام شد. به دنبال آن، به‌منظور ارزيابي ميزان حساسيت ايجاد شده در فولاد مورد بررسي، آزمون حساسيت به خوردگي مرزدانه‌اي بر طبق استاندارد ASTM G108 مورد استفاده قرار گرفت تا شرايط دمايي بحراني مشخص شود. بر اساس نتايج به‌دست‌آمده، دماهاي 650 و 700 درجه سانتي‌گراد به‌عنوان بحراني‌ترين دماها تعيين شدند. بررسي‌هاي ريزساختاري و خوردگي نشان داد كاربيدهاي مرزدانه‌اي و نواحي تخليه‌شده از كروم، نقش مهمي در شروع و گسترش خوردگي بين‌دانه‌اي و رفتار الكتروشيميايي نمونه‌ها دارند. همچنين آزمون‌هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك نشان‌دهنده افزايش آسيب‌پذيري به خوردگي موضعي در اين نواحي بود. پس از شارژ هيدروژني، آزمون ميكروپرينت نقره مشخص كرد كه اين كاربيدها مكان‌هاي مؤثر به‌دام‌افتادن هيدروژن هستند و باعث تشديد تردي هيدروژني مي‌شوند. نتايج XRD نيز افزايش مارتنزيت ناشي از هيدروژن، به‌ويژه در نواحي تخليه كروم، را تأييد كرد. بر اساس ارزيابي رفتار مكانيكي، حضور كاربيدها و نفوذ هيدروژن منجر به كاهش استحكام و افزايش تردي شد. اين يافته‌ها به طور مستقيم در بهبود عملكرد و افزايش عمر سرويس‌دهي تجهيزاتي كه در معرض جوشكاري يا سرويس‌دهي در دماهاي بالا قرار دارند، مانند تجهيزات تحت‌فشار و قطعات مورد استفاده در صنايع نفت، گاز و پتروشيمي نقش داشته باشد. در نتيجه، بهره‌گيري از نتايج اين تحقيق مي‌تواند به كاهش نرخ ازكارافتادگي، جلوگيري از توقف‌هاي ناخواسته‌ي توليد و كاهش هزينه‌هاي تعمير و نگهداري در اين صنايع منجر شود.

237777

خوردگي و حفاظت از مواد

مهندسي مواد

دانشگاه صنعتي اصفهان