الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأتمتلك عادة بنية مجهرية تتكون من الأوستينيت النقي في درجة حرارة الغرفة؛ ومع ذلك، تحتوي بعض الأنواع على كمية صغيرة من الفريت، مما يساعد على منع التشقق الساخن. نظرًا لقابلية اللحام الممتازة، يتم استخدام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي على نطاق واسع في صناعات مثل المعالجة الكيميائية وتصنيع أوعية الضغط لقطاع البترول. ومع ذلك، إذا تم تنفيذ عمليات اللحام بشكل غير صحيح، فإن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي يكون عرضة لمشاكل مختلفة، بما في ذلك التآكل الحبيبي، والتكسير الساخن، وتكسير التآكل الإجهادي، وسوء تشكيل حبة اللحام.
ما هي مشاكل اللحام المرتبطة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي؟
I. التآكل الحبيبي
أ. أسباب التآكل بين الحبيبات
يحدث التآكل بين الحبيبات عند حدود الحبوب. وبالتالي، يشار إليه باسم التآكل الحبيبي. إنه يمثل أحد أخطر أشكال تدهور الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. ويتميز بالتآكل الذي يخترق المعدن بعمق على طول حدود الحبوب، مما يؤدي إلى انخفاض كل من الخواص الميكانيكية ومقاومة التآكل للمعدن.
عندما يتم الاحتفاظ بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي ضمن نطاق درجة الحرارة من 450 درجة إلى 850 درجة لفترة معينة، تترسب كربيدات الكروم (Cr23C6) عند حدود الحبوب. يتم سحب الكروم المطلوب لهذا الترسيب بشكل أساسي من الطبقات السطحية للحبوب؛ إذا لم يتمكن الكروم الموجود في الأجزاء الداخلية للحبوب من الانتشار إلى الخارج بسرعة كافية لتجديد هذه الطبقات السطحية، فإن محتوى الكروم عند حدود الحبوب-تحديدًا في الطبقات السطحية للحبيبات-سينخفض، مما يؤدي إلى إنشاء "منطقة استنفاد الكروم-". تحت تأثير الوسائط المسببة للتآكل العدوانية، تصبح المناطق المستنزفة من الكروم-عند حدود الحبوب عرضة للهجوم، مما يؤدي إلى التآكل بين الحبيبات. قد لا يظهر الفولاذ المقاوم للصدأ المتأثر بالتآكل الحبيبي أي تغييرات مرئية على سطحه؛ ومع ذلك، عندما تتعرض للإجهاد، فإنها سوف تنكسر على طول حدود الحبوب، مما يؤدي إلى فقدان كامل تقريبًا للقوة الهيكلية.
ب. تدابير لمنع التآكل الحبيبي
حدد أقطاب اللحام المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ذات محتوى منخفض جدًا من الكربون (C أقل من أو يساوي 0.03%) أو تلك التي تحتوي على عناصر تثبيت مثل التيتانيوم أو النيوبيوم.
استخدم معلمات اللحام "-الحرارة-الإدخال المنخفضة". الهدف هو تقليل وقت السكون ضمن نطاق درجة الحرارة الحرجة (450 درجة -850 درجة). ويتم تحقيق ذلك من خلال استخدام تيارات لحام منخفضة، وسرعات سير عالية، وأطوال قوس قصيرة، وتجنب حركات النسيج العرضية. قد يتم تطبيق طرق التبريد القسرية (على سبيل المثال، استخدام ألواح الدعم النحاسية أو التبريد بالماء) على وصلة اللحام لتسريع معدل تبريد الوصلة الملحومة وتقليل حجم المنطقة المتأثرة بالحرارة (HAZ).
في اللحام-المتعدد التمريرات، يجب التحكم بدقة في درجة حرارة التمرير-البينية؛ يجب السماح لخرزة اللحام السابقة بالتبريد إلى أقل من 60 درجة قبل ترسيب الممر التالي. يجب أن يتم لحام خط اللحام الموجود على جانب المكون الذي سيكون على اتصال بالوسيلة المسببة للتآكل أخيرًا. يجب إجراء معالجة ما بعد محلول اللحام: يتم تسخين قطعة العمل إلى درجة حرارة تتراوح بين 1050 درجة و1150 درجة، يليها التبريد. تؤدي هذه العملية إلى إعادة ذوبان رواسب Cr23C6 عند حدود الحبوب في الأجزاء الداخلية للحبيبات، وبالتالي استعادة البنية المجهرية الأوستنيتية الموحدة.
ثانيا. التكسير الساخن
أسباب التشققات الساخنة
يؤدي الفاصل الزمني الكبير لدرجة الحرارة بين خطي السائل والصلب-مما يعني نطاقًا واسعًا من درجات الحرارة أثناء عملية التصلب-إلى فصل شديد للشوائب ذات نقطة-الانصهار- المنخفضة، والتي تميل إلى التركيز عند حدود الحبوب. علاوة على ذلك، فإن معامل التمدد الحراري العالي يؤدي إلى ضغوط كبيرة أثناء التبريد والانكماش.
تدابير للسيطرة على التكسير الساخن
التحكم في البنية المجهرية لمعدن اللحام؛ من الناحية المثالية، يجب أن يظهر معدن اللحام بنية مزدوجة، مع الحفاظ على محتوى الفريت عند أو أقل من 3٪ إلى 5٪. وذلك لأن الفريت لديه القدرة على إذابة كميات كبيرة من الشوائب الضارة مثل الكبريت (S) والفوسفور (P). السيطرة على التركيب الكيميائي. إن تقليل محتوى النيكل والكربون والكبريت والفوسفور في معدن اللحام-مع زيادة مستويات العناصر مثل الكروم والموليبدينوم والسيليكون والمنغنيز-يمكن أن يقلل بشكل فعال من حدوث التشققات الساخنة.
حدد النوع المناسب من طلاء القطب. يؤدي استخدام الأقطاب الكهربائية المغلفة من النوع -من النوع-من الهيدروجين المنخفض إلى تعزيز تحسين الحبيبات في معدن اللحام، وتقليل فصل الشوائب، وتعزيز مقاومة التشقق. على العكس من ذلك، تمتلك الأقطاب الكهربائية الحمضية المطلية من النوع - خصائص أكسدة قوية، مما يؤدي إلى حرق كبير - لعناصر السبائك وما يترتب على ذلك من انخفاض في مقاومة التشقق؛ علاوة على ذلك، فإنها تنتج هياكل حبيبية خشنة-، مما يجعل اللحام عرضة للتشقق الساخن. توظيف معلمات اللحام المناسبة ومعدلات التبريد. استخدم معلمات اللحام "البارد"-على وجه التحديد، تيار منخفض وسرعة سير عالية-لمنع ارتفاع درجة حرارة حوض اللحام ولتسهيل التبريد السريع؛ وهذا يقلل من الفصل ويحسن مقاومة التشقق. في اللحام-المتعدد التمرير، يتم التحكم بدقة في درجة حرارة الممر البيني؛ تأكد من تبريد حبة اللحام السابقة إلى 60 درجة قبل إيداع الحبة التالية.
ثالثا. تكسير التآكل الإجهادي
أسباب تكسير التآكل الإجهاد
تكسير التآكل الإجهادي (SCC) هو ظاهرة التشقق المتأخر الذي يحدث في المفاصل الملحومة عندما تتعرض لإجهاد الشد داخل بيئة تآكل محددة. في الوصلات الملحومة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، يمثل SCC نمطًا حادًا بشكل خاص من الفشل، والذي يظهر ككسر هش غير مصحوب بأي تشوه بلاستيكي مجهري.
تدابير لمكافحة تكسير التآكل الإجهاد
إنشاء إجراءات مناسبة للتشكيل والمعالجة والتجميع لتقليل التشوه الناجم عن التبريد-إلى أقصى حد ممكن؛ تجنب التجميع القسري. ومنع إدخال عيوب سطحية مختلفة أثناء عملية التجميع (نظرًا لأن الخدوش وضربات القوس المختلفة المرتبطة بالتجميع-يمكن أن تكون بمثابة مواقع لبدء التشقق في SCC وتكون عرضة للتطور إلى حفر تآكل). حدد مستهلكات اللحام بحكمة. يجب أن يكون معدن اللحام والمعدن الأساسي متطابقين جيدًا-لمنع تكوين هياكل مجهرية غير مرغوب فيها-مثل خشونة الحبوب أو مارتنسيت الصلب والهش. توظيف عمليات اللحام المناسبة. التأكد من أن حبة اللحام تظهر مورفولوجيا جيدة، وخالية من العيوب التي يمكن أن تحفز تركيزات الإجهاد أو الحفر (على سبيل المثال، تقويض)؛ علاوة على ذلك، اعتماد تسلسل لحام عقلاني لتقليل ضغوط اللحام المتبقية. تنفيذ علاجات تخفيف التوتر-. يتضمن هذا عادةً معالجات حرارية ما بعد اللحام، مثل التلدين الكامل أو التلدين؛ في الحالات التي يصعب فيها تنفيذ المعالجة الحرارية، قد يتم استخدام طرق بديلة-مثل التنعيم اللاحق للحام أو السفع بالخردق-.
رابعا. ضعف تشكيل حبة اللحام
أ. أسباب ضعف تشكيل حبة اللحام
عند لحام الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، يؤدي المحتوى العالي لعناصر السبائك داخل معدن اللحام إلى ضعف سيولة حوض اللحام، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى سوء تكوين سطح حبة اللحام. يتجلى هذا في المقام الأول في شكل تدهور التكوين على الجانب الخلفي من ممر الجذر وسطح خشن على ممر الغطاء. في حين أن تأثير سوء تكوين السطح على أداء اللحام ليس واضحًا بشكل خاص في ظل ظروف التشغيل ذات درجة الحرارة المحيطة أو المرتفعة-، في ظل ظروف درجة الحرارة المنخفضة-، فإن تركيزات الضغط الناتجة عن مثل هذه العيوب يمكن أن تؤثر على أداء درجة حرارة اللحام المنخفضة-بنفس القدر من الأهمية مثل عيوب اللحام الداخلية.
ب. تدابير لضعف تشكيل حبة اللحام
يمكن حل المشكلات المتعلقة بسوء تكوين حبيبات اللحام-بالإضافة إلى مشكلة التآكل الحبيبي داخل المنطقة المتأثرة بالحرارة-(HAZ)-بشكل فعال من خلال تحسين عمليات اللحام. على وجه التحديد، فإن استخدام لحام قوس التنغستن الغازي (GTAW) لتمرير الجذر، جنبًا إلى جنب مع استخدام مدخلات حرارة اللحام المنخفضة، يسمح بالتحكم الفعال في مدى تعرض منطقة HAZ لنطاق درجة حرارة التحسس.
خاتمة
الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي هو مادة تستخدم على نطاق واسع في الصناعات الكيميائية والبتروكيماوية. ومع ذلك، فإن اللحام عرضة لأربعة أنواع أساسية من العيوب-مثل التآكل الحبيبي والتكسير الساخن-التي ترتبط أسبابها الجذرية إلى حد كبير بالتحكم في درجة الحرارة، وفصل العناصر، والإجهاد المتبقي. وفي أحسن الأحوال، فإن هذه المشكلات لا تؤدي إلا إلى الإضرار بتشكل اللحام؛ وفي أسوأ الأحوال، تؤدي إلى تدهور أداء المواد بشكل كبير أو حتى تؤدي إلى حدوث كسر هش. وبالتالي، تتطلب إستراتيجيات الوقاية والتحكم الفعالة إدارة شاملة عبر مراحل متعددة-بما في ذلك اختيار القطب الكهربائي، وتحسين معلمات اللحام، و-معالجة ما بعد اللحام-مع التحكم الدقيق في مدخلات الحرارة التي تعمل كنقطة محورية حرجة.