Kết tủa của cacbua crom trong thép không gỉ 316

Tổng quan

Sự kết tủa của cacbua crom trong thép không gỉ 316 là một hiện tượng luyện kim được ghi nhận đầy đủ, chủ yếu liên quan đến quá trình được gọi là nhạy cảm. Quá trình này có thể ảnh hưởng đáng kể đến khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học của hợp kim, đặc biệt là trong các thành phần hàn hoặc tiếp xúc với nhiệt.

Cơ chế và điều kiện

• Phạm vi nhiệt độ: Sự nhạy cảm xảy ra khi thép không gỉ 316 tiếp xúc với nhiệt độ từ khoảng 510 ° C đến 790 ° C (950 ° F đến 1450 ° F)16.

• Quá trình: Ở những nhiệt độ này, các nguyên tử cacbon và crom khuếch tán và phản ứng, dẫn đến sự hình thành cacbua giàu crom (chủ yếu là Cr23C6) tại ranh giới hạt16.

• Cạn kiệt crom: Sự hình thành của các cacbua này cục bộ làm cạn kiệt các vùng ranh giới hạt lân cận của crom, điều này rất cần thiết cho sự hình thành lớp oxit thụ động mang lại khả năng chống ăn mòn cho thép không gỉ156.

Hậu quả

• Ăn mòn giữa các hạt: Các vùng cạn kiệt crom trở nên dễ bị ăn mòn giữa các hạt vì chúng thiếu đủ crom để duy trì màng thụ động bảo vệ156.

• Tính chất cơ học: Mặc dù kết tủa cacbua có thể không ảnh hưởng đáng kể đến độ bền chảy hoặc độ bền kéo cuối cùng, nhưng nó có thể làm giảm độ dẻo và độ dẻo dai, đặc biệt nếu cacbua rộng rãi và liên tục dọc theo ranh giới hạt2.

• Cơ chế gãy xương: Trong vật liệu nhạy cảm, đứt gãy giữa các hạt thường được quan sát thấy do sự giòn do kết tủa cacbua gây ra2.

Bằng chứng cấu trúc vi mô

• Cacbua ranh giới hạt: Kính hiển vi điện tử truyền qua và phân tích vi mô đã xác nhận sự hiện diện của cacbua Cr23C6 tại ranh giới hạt, với sự cạn kiệt crom rõ ràng ở các vùng lân cận56.

• Hiệu ứng cục bộ: Mức độ nhạy cảm và kết tủa cacbua có thể khác nhau trong một thành phần, đặc biệt nếu có các vùng cục bộ có nồng độ crom hoặc tạp chất cao hơn, hoặc nếu cấu trúc đúc ban đầu không được đồng nhất hoàn toàn34.

Chiến lược giảm thiểu

• Lớp carbon thấp: Sử dụng các biến thể carbon thấp như 316L làm giảm đáng kể nguy cơ kết tủa cacbua vì có ít carbon hơn để tạo thành cacbua1.

• Lớp ổn định: Hợp kim với các nguyên tố như titan hoặc niobi (ví dụ: 316Ti) có thể ưu tiên tạo thành cacbua ổn định hơn, ngăn ngừa sự suy giảm crom1.

• Xử lý nhiệt: Ủ dung dịch sau đó làm nguội nhanh chóng hòa tan cacbua và đồng nhất lại crom, khôi phục khả năng chống ăn mòn1.

• Thực hành hàn: Các kỹ thuật hàn hiện đại với nhiệt đầu vào có kiểm soát và làm mát nhanh, kết hợp với việc sử dụng chất độn cấp L hoặc ổn định, đã làm cho độ nhạy cảm trở nên thấp hơn nhiều trong chế tạo hiện đại1.

Bảng tóm tắt: Các khía cạnh chính của kết tủa crom cacbua trong thép không gỉ 316

Kết luận

Kết tủa crom cacbua trong thép không gỉ 316 là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của nó, đặc biệt là sau khi tiếp xúc với nhiệt độ nhạy cảm. Những tiến bộ trong thiết kế hợp kim (carbon thấp và các loại ổn định) và thực hành hàn đã làm giảm đáng kể nguy cơ nhạy cảm trong các ứng dụng hiện đại16. Tuy nhiên, hiểu được các cơ chế và hậu quả vẫn cần thiết để đảm bảo tính toàn vẹn lâu dài của các thành phần thép không gỉ trong môi trường khắt khe.