˘ ˇˆ ˙ ˇ - issiran.com (67).pdf · “supermartensitic 13% cr large diameter seamless pipes:...
TRANSCRIPT
سازي انرژي ضربه فوالد زنگ نزن مارتنزيتي بهينه با استفاده از عمليات حرارتي
علينقيان فشاركي علي حسين كرميعلي شيراني بيدآبادي،،1بروني،
شركت فوالد آلياژي اصفهان
چكيده
و نيـز مقاومـت بـه خـو فوالدهاي زنگ ردگي نزن مارتنزيتي به دليل دارا بودن خـواص مكـانيكي بـاال
مناسب، كاربرد وسيعي در صنايع مختلف بـه ويـژه تجهيـزات نيروگـاهي دارنـد. طراحـي مناسـب سـيكل
ت ثير به سزايي بر خـواص مكـانيكي بـه ويـژه انـرژي ضـربه ايـن فوالدهـا دارد. در ايـنأعمليات حرارتي،
ت تنزيتيي يك فـوالد زنـگ نـزن مـار تي مختلف بر خواص ضربهرچهار سيكل عمليات حراثيرأپژوهش
كـه شـامل دوبـار تـيرعمليـات حرا مورد مطالعه قرار گرفـت. نتـايج نشـان داد كـه بـا اسـتفاده از سـيكل
و تمپر بوده است، انرژي سخت ي باالتري در اين فوالد حاصل خواهد شد. ضربهكاري
و تمپر، انر نزن مارتنزيتي، فوالد زنگ كليدي: كلمات ژي ضربهسيكل عمليات حرارتي، دوبار سخت كاري
91سمپوزيوم فوالد 550
مقدمه
نـزن م، تحـت عنـوان فوالدهـاي زنـگودرصد از عنصـركر11فوالدهاي مقاوم به خوردگي با حداقل
مي نام نزن فريتي، مارتنزيتي، آسـتنيتي، شوند. اين فوالدها به چند گروه مهم شامل فوالدهاي زنگ گذاري
و رسوب سختي دسته-دوفازي ( فريتي مي آستنيتي) د بندي بندي بر اساس ريزسـاختار ايـن ستهشوند. اين
آن مهم فوالدها انجام شده است. هـا بـوده كـه ايـن ترين ويژگي فوالدهاي مذكور، مقاومت به خـوردگي
و ريزساختار فوالدهـاي مـذكور اسـتأويژگي نيز مت . الزم بـه ذكـر اسـت كـه ايـن ثر از تركيب شيميايي
،ع هـوايي، صـنايع دريـايي، صـنايع داروسـازي فوالدها كاربرد وسيعي در صـنايع مختلـف از جملـه صـناي
و غذايي دارنـد بـا درصـد كـربن متوسـط، در ايـن ميـان، فوالدهـاي زنـگ نـزن مـارتنزيتي].1[ پزشكي
كر18-12 وودرصد و مقاومـت بـه بـه دليـل اسـتحكام بـاال، جـوش درصد نيكل؛2-4م پـذيري مناسـب
ــوايي،)SCC(1خــوردگي تنشــي ــاربرد وســيعي در صــنايع ه ــاز ك و گ ــز صــنايع نفــت و ني ، نيروگــاهي
].2و1[دارند
دهـد. هاي كنترل كيفي اين فوالدهـا را تشـكيل مـي ترين بخش هاي ريزساختاري، يكي از مهم بررسي
هـا، ميـزاني ريزساختار، اندازه دانـه دهنده الزم است كه با استفاده از تكنيك متالوگرافي، فازهاي تشكيل
و توزيع كاربيد در ريزساختار اين نوع فوالدها مورد مطالعه قرار گيرد چرا كه فريت دلتا، ميزان فاز سي گما
و نيز توزيع كاربيدها، تـ و ميزان فازها و مقاومـت بـهأنوع ريزساختار ثير بـه سـزايي بـر خـواص مكـانيكي
] ].4-1خوردگي اين فوالدها دارد
ت و برأيكي از پارامترهاي مهم تو ثيرگذار و و در نتيجـه نوع ريزساختار بـر مـؤثر زيع فازهـاي مختلـف
و متالورژيكي فوالدها، نوع عمليات حرارتي به كـار رفتـه در انتهـاي فراينـد توليـد ايـن خواص مكانيكي
[يكه در اين خصوص تحقيقات فوالدهاست ].7-5توسط محققين انجام شده است
از عمليـات دو بـار آسـتنيتهو همكاران، مشخص شده اسـت كـه بـا اسـتفاده2باالنبر اساس تحقيقات
و، مـي AISI 431نزن مارتنزيتي ماننـد فـوالد كردن براي فوالدهاي زنگ تـوان بـه سـاختار آسـتنيت ريـز
و مقدار كم و در عمليات بعدي بـه يكنواخت تر كاربيدهاي آلياژي غيرمحلول در اين فاز دست پيدا نمود
و در نتيجه خواص مكانيكي ساختار مناسب و تافنس از جمله تر . بر اسـاس تر دست پيدا نمودباالاستحكام
و نيز افزايش دماي اين تحقيقات، استفاده از عمليات دو ، C1070°به C1000°از آستنيتهبار آستنيته كردن
و تـافنس در ايـن باعث و به دست آمدن تركيب مناسبي از خـواص اسـتحكام يكنواخت شدن ريزساختار
ميهمچنين. گردد فوالدها مي دوبازان فريت دلتا، و بار آستنيته تغييـري هر دونوع عمليات يك بار آستنيته
مي كند. افزايش دماي آستنيته در يك بار آستنيته كردن باعث درشت شدن دانه نمي گردد در حالي كـه ها
1 Stress Corrosion Cracking 2 Balan
551........ سازي انرژي ضربهبهينه
ميهايي با اندازه پديد آمدن دانه بار آستنيته، اين كار باعث در عمليات دو دمـاي گردد . افـزايش متوسط
ميآ و در عمليات دوبار آستنيته ستنيته در يك بار آستنيته باعث كاهش مقاومت ضربه باعث كاهش گردد
و خواص مكانيكي، در پژوهش ديگري].5[ گردد خواص ضربه در اين فوالدها مي ارتباط بين ريزساختار
، بـر اسـاس ايـن مطالعـات.گرفته اسـت كروم مورد مطالعه قرار%13در فوالد زنگ نزن مارتنزيتي حاوي
ت و نوع ريزساختار فوالد و براي رسيدن به تـافنسأدرصد كربن ثير به سزايي بر تافنس فوالد مذكور دارد
و دماهاي عمليات حرارتي در يك حد بهينه باشد ].6[مناسب در اين فوالد، الزم است كه درصد كربن
كشـور كـره بـر روي فوالدهـاي زنـگ نـزن1توسط محققين دانشگاه يانگنامدر تحقيقات ديگري كه
كر13مارتنزيتي با و نيـز مقـدار عنصـرودرصد م انجام شده است، مشخص شده است كـه عمليـات تمپـر
ت درصـد نيكـل بـه ايـن2كه با افـزودن ثير به سزايي بر خواص مكانيكي اين فوالدها دارد به طوريأنيكل
و با اسـتفاده از عمليـات تمپـر ياب فوالدها، كسر حجمي فاز فريت دلتا كاهش مي در سـاعت2بـه مـدتد
( توانمي، C500°دماي و نيـز درصـد افـزايش طـول MPa 1620به حداكثر اسـتحكام درصـد در ايـن4)
].7[فوالد رسيد
نزن مارتنزيتي در صنايع نيروگـاهي، نفـت در پژوهش حاضر، با توجه به كاربرد وسيع فوالدهاي زنگ
ك ازوگاز، سعي شده است و سـاختاري سيكل عمليات حرارتي،سازي بهينهه با استفاده خواص مكـانيكي
كر13فوالد زنگ نزن مارتنزيتي با بهبود يابد.مودرصد
روش تحقيقتوليـد بـراي.استفاده شده است1با تركيب شيميايي مطابق با جدول فوالداز،براي انجام اين پژوهش
هم،اين فوالد و آهك) وارد كوره ابتدا قراضه مناسب (كربن و عمليـات تني شـده20راه با مواد افزودني
و درصـورت مناسـب بـودن گيري شـده ها، دما اندازه پس از ذوب شدن كامل قراضه.شود ذوب انجام مي
و درجـه.شـود فسفرزدائي انجام مـي، توسط دمش اكسيژن، دماي مذاب پـس از تنظـيم تركيـب شـيميايي
در فراينـد متـالورژي ثانويـه كـه در كـوره پـاتيلي صـورت.گـرددل تخليـه مـي مذاب درون پاتي،حرارت
و ساير مواد سرباره مي مي گيرد، براي انجام گوگردزدايي از آهك و ساز استفاده تنظيم نهـايي جهتشود
مي نيازي موردفروآلياژها تركيب شيميايي فوالد، دمـش . جهت هموژن شدن مذاب،شود به مذاب اضافه
ميكف پاتيلازآرگن ويرگ انجام جهـت CaSiسـازي، عمليـات تزريـق پـس از اتمـام عمليـات آليـاژد
آن اصالح شكل آخال غيرفلزي و پس از روي آن انجـامءخـال تحـت زدايي گـاز، عمليـات انجام گرفته
و پاتيل مذاب به قسـمت.گيرد مي ارسـال گـري ريختـه با اتمام مدت زمان خالء، دماي مذاب كنترل شده
وشد .شودميگري بصورت شمش ريختهه
1 Yeungnam University
91سمپوزيوم فوالد 552
مي شمش و پس از گرمـايش در كـوره هاي مذكور به قسمت آهنگري انتقال بـه،گـرم هـاي پـيش يابد
و تمپـر سـپس عمليـاتو شـده دستگاه فـورج چهـار چكشـه، فـورجي وسيله روي آن انجـام سـختكاري
از يـك چهـارمDوA،B،Cي هـا نمونـه،طراحـي شـده هاي بر اساس آزمايششود. در اين پژوهش مي
و فورج شده محصولاز)1( مطابق شكل mm60 طولو mm 156به قطر ديسك بـا اسـتفاده استخراج
ها انجام گرفت: روي اين نمونه در مقياس آزمايشگاهي هاي زير عمليات حرارتي از سيكل
شد4به مدت C880°در دماي:Aنمونه و درون آب كوئنچ بـه C980°سپس در دماي.ساعت نگهداري
شد2مدت و درون روغن كوئنچ ساعت4مدتبه C740°در دماي . پس از اين مرحله،ساعت نگهداري
و سپس درون آب كوئنچ شد .نگهداري
شد2به مدت C1010°در دماي:Bنمونه و سپس درون روغن كوئنچ سـپس در دمـاي.ساعت نگهداري°C200 و4به مدت شدساعت نگهداري به مدت C980°در دماي پس از اين مرحله،.درون آب كوئنچ
شد2 و سپس درون روغن كوئنچ و4به مدت C740°در دماي نهايتاً.ساعت نگهداري ساعت نگهـداري
درون آب كوئنچ شد.
شد2به مدت C980°: در دمايCنمونه و سپس درون روغن كوئنچ در دماي در ادامه.ساعت نگهداري°C740 شد4به مدت و درون آب كوئنچ .ساعت نگهداري
شد4به مدت C740°در دماي:Dنمونه و سپس درون آب كوئنچ .ساعت نگهداري
ها انجام ها، آزمون متالوگرافي روي نمونه هاي عمليات حرارتي فوق بر روي نمونه پس از انجام سيكل
و سختي آن آز ها به روش برينل اندازه شد و10045EN مون ضربه مطـابق اسـتاندارد گيري شد. همچنين
انجام شد. ASTM E112با استفاده از استاندارد آستنيت اوليه گيري اندازه دانه اندازه
و بحث نتايجايـن شـكل.شده اسـت نشان داده2 در شكل،ها متالوگرافي اين محصول قبل از انجام آزمايشرتصوي
ميت–تصوير متالوگرافي از نمونه سخت كاري فـاز سـفيد رنـگ دهد. مپر شده در مقياس صنعتي را نشان
و مكان نماها نيزي نشان دهنده،در اين تصوير وراهاوجود كاربيدفاز فريت دلتا بوده به صورت زنجيري
مي در مرزدانه پيوسته دهند. الزم به ذكر است كه تجمـع كاربيـدها در مـرز فريـت باعـث هاي فريت نشان
مي شده استكاهش انرژي ضربه ].4-1[كند كه مطالعات ساير محققين نيز اين موضوع را تاييد
در)E(نمونه خواص ضربه نمونه قبل از عمليات حرارتي2در جدول و بعد از انجام عمليات حرارتـي
(نمونه ي همچنين درصد بهبود انرژي ضربه)، با هم مقايسه شده است.CوA،Bهاي مقياس آزمايشگاهي
هـايي نمونـه نيـز خـواص ضـربه3شـكلدر، مشخص شده است.Eي اي مذكور نسبت به نمونهه نمونه
نسبتBانرژي ضربه نمونه مشخص است،3و شكل2 كه از جدول چنان مذكور با هم مقايسه شده است.
553........ سازي انرژي ضربهبهينه
و اين موضـوع نشـانگر تـافنس باال نيز از طرفي سختي اين نمونه؛است باالترها نمونهبه ساير مناسـب بوده
كه سيكل به عبارت ديگر،.ستها نسبت به ساير نمونهBنمونه عمليات حرارتي انجام شده روي اين نمونه
و تمپر است دو بار سخت شامل الزم به ذكر است كه مقدار انرژي هاست. تر از ساير سيكل، مناسبكاري
و نسـبت بـه سـاير J66هبBبوده كه با استفاده از سيكل J22 ضربه در نمونه قبل از عمليات، رسيده اسـت
مي)%200( بهبود باالتريدرصدها نمونه دهد. را نشان
ايـن شـكل كـه از تصـاوير چنـان.شده است نشان داده4هاي فوق در شكل تصاوير متالوگرافي نمونه
و فريـت وجـود دارد ولـي نمونـه در ريزساختار همه نمونه،مشخص است ميـزان فريـتAي هـا، كاربيـد
داراي مقـدارAي نسـبت بـه نمونـهBي الزم به ذكر است كه نمونـه ها دارد. متري نسبت به ساير نمونهك
ميدليلكه،فريت بيشتري است اما انرژي ضربه باالتري دارد م توان اين موضوع را و توزيعوربه فولوژي
و به صورت اخت، اندازه ريز، كاربيدها داراي توزيع يكنوBدر نمونه.كاربيدها در اين نمونه نسبت داد تر
مي غير و منجر به ترتيب اندازه كاربيدها درشتDوAوCهاي كه در نمونه در حالي،باشد پيوسته تر شده
ها شده است. بنابراين با استفاده از عمليات حرارتي شامل دو بار به كاهش ميزان انرژي ضربه در اين نمونه
و تمپر سخت و انـرژي ضـربه در فـوال ) شرايطB(سيكل كاري نـزند زنـگ بهتري از نظر توزيع كاربيدها
مياتشود كه اين موضوع را با توجه به مطالع مارتنزيتي حاصل مي به ساير محققين ثير مثبت دو بارأت توان
4بـا توجـه بـه شـكل].4-1[عمليات بر توزيع يكنواخت كاربيدها در ريزساختار اين فوالدهـا نسـبت داد
(سـيكل توان مي ) تغييـرات اساسـي در ريزسـاختار فـوالد مـورد مطالعـهD گفت كه با انجام يك بار تمپر
و انرژي ضربه نيز (حدود حاصل نشده است .افزايش يافته است)%32در حد كمتري
گيري نتيجه
و تمپرمجدد با نرخ سرد كردن باال سخت-1 انـرژي)%163( قابـل تـوجهي تـا حـدود،)C(سـيكل كاري
با والد زنگفضربه كر13نزن مارتنزيتي راودرصد ميم . دهد افزايش
و تمپر سختعمليات حرارتي شامل دو بار-2 ي ضـربهژانـر)، باعث بهبـود بيشـتري درB(سيكل كاري
و ريـز گرددميها روشساير نسبت به كه دليل آن، پديد آمـدن توزيـع مناسـب كاربيـدها در سـاختار
مي شدن اندازه آن باشد. ها
(سـيكل با استفاده از عمليات حرارتي شامل دو بـار سـخت-3 و تمپـر در%200)، حـدودBكـاري بهبـود
با فوالد زنگيي ضربهژانر كر13نزن ميودرصد شود.م حاصل
91سمپوزيوم فوالد 554
ACB
D
مراجع[1] WWW.Struers.com, “Metallographic preparation of stainless steel”, 2012. [2] G. Cumino, A. Poli, T. Ono, S. Hashizume, K. Yamazaki and L. Scoppio,
“Supermartensitic 13% Cr large diameter seamless pipes: Mechanical corrosion and wealdability properties”, Latin American Research, Vol. 32, pp. 215-219, 2002.
[3] Z. Cvijovic and G. Radenkovic, “Microstructure and pitting corrosion resistance of annealed duplex stainless steel”, Corrosion Science, Vol. 48, pp. 3887-3906, 2006.
[4] Y.H. Jang , S.S. Kim and J.H. Lee, “Effect of different Mn contents on tensile and corrosion behavior of CD4MCU cast duplex stainless steels”, Materials Science and Engineering A, Vol. 396, pp. 302-310, 2005.
[5] K.P. Balan, A. Venugopal Reddy and D.S. Sarma, “Effect of single and double austenitization treatments on the microstructure and mechanical properties of 16Cr-2Ni steel”, Journal of Materials Engineering and Performance, pp. 385-393, 1999.
[6] O.M. Akselsen, G. Rorvika, P.E. Kavaale and C. Van der Eljk, “Microstructure- property relationships in HAZ of new 13% Cr martensitic stainless steel”, Welding journal, pp. 160-167, 2004.
[7] V. Thursdiyanto, E.J. Bae and E.R. Baek, “Effect of Ni contents on the microstructure and mechanical properties of martensitic stainless steel guide roll by centrifugal casting’, Journal of Materials Science and Technology, Vol. 24, No. 3, pp. 343-346, 2008.
فوالد مورد استفاده در اين تحقيق شيميايي تركيب.1جدول
NbWVCuNiMoCrMnSiC
0.0070.040.190.090.150.0212.740.450.510.18
از.2جدول عمليات حرارتي هاي مختلف سيكلانجام خواص مكانيكي بعد
نمونهكد (J)انرژي ضربهدرصد بهبود انرژي ضربه (HB)سختي
230-22E
23963/11347A
24220066B
24463/16358C
22281/3129D
هاي تهيه شده از فوالد. موقعيت نمونه.1شكل
555........ سازي انرژي ضربهبهينه
).X500(بزرگنماييمتالوگرافي قطعه قبل از انجام آزمايشرتصوي.2شكل
0
10
20
30
40
50
60
70
E A B C D
كد نمونه
(Jه(ربضيرژان
سيي نمونه مقايسه انرژي ضربه.3شكل هاي مختلف.كلهاي عمليات شده با
).X500بزرگنمايي( هاي مختلف عمليات حرارتي شده با سيكلهاي متالوگرافي نمونهرتصوي.4شكل
�����B�����A
�����C �����D
91سمپوزيوم فوالد 556