Søge
Duplex rustfrit stål (DSS) er meget udbredt i olie- og gas-, kemi- og offshore-ingeniørsektoren for sin høje styrke og fremragende korrosionsbestandighed. Den høje ydeevne af DSS er imidlertid afhængig af dens præcist afbalancerede mikrostruktur af austenit (γ) og ferrit (δ). Når DSS udsættes for eller betjenes i længere perioder inden for visse temperaturområder, nedbrydes ferritfasen, hvilket udfælder forskellige "skadelige faser". Disse bundfald forringer materialets mekaniske sejhed og korrosionsbestandighed alvorligt, hvilket udgør en væsentlig trussel mod pålideligheden af tekniske applikationer.
1. Skørhedsdræber: Udfældning af σ- og χ-faser
Af alle skadelige faser er σ-fasen uden tvivl den mest kendte og destruktive.
Nedbørstemperaturområde: σ-fasen udfælder primært mellem 600°C og 950°C, med dens nedbørskinetik, der topper omkring 800°C til 880°C.
Kemisk sammensætning: σ fase er en intermetallisk forbindelse rig på chrom (Cr) og molybdæn (Mo). Det dannes gennem nedbrydning af δ ferrit eller den eutektoide nedbrydningsreaktion ved grænsefladen mellem δ ferrit og γ austenit.
Ydeevnepåvirkning: Udfældningen af σ-fasen har en tostrenget indvirkning på DSS's tekniske egenskaber. For det første er σ-fasen i sig selv en hård og skør fase. Dets tilstedeværelse reducerer kraftigt materialets slagfasthed, hvilket gør det modtageligt for sprøde brud ved lave temperaturer eller under stresskoncentrationsforhold. For det andet, under nedbør, forbruger σ-fasen betydelige mængder Cr og Mo fra den omgivende δ-ferritmatrix, hvilket resulterer i Cr- og Mo-udtømte områder, der omgiver σ-fasen. Disse udtømte områder reducerer korrosionsbestandigheden betydeligt og bliver sårbare over for grubetæring og intergranulær korrosion.
Chi-fasen er også en Cr- og Mo-rig intermetallisk forbindelse, der typisk dannes inden for et lignende temperaturområde som σ-fasen (700°C til 900°C). Imidlertid udfælder χ-fasen typisk fortrinsvis som en metastabil fase i begyndelsen af ældning, først senere omdannes til den mere stabile σ-fase. Dens negative indvirkning på egenskaberne svarer til σ-fasens, hvilket fører til skørhed og nedsat korrosionsbestandighed.
2. 475°C Skørhed: En skjult trussel ved lave temperaturer
Ud over σ-fasen i højtemperaturområder oplever duplex rustfrit stål også en farezone ved lavere temperaturer, kendt som 475°C skørhed.
Nedbørstemperaturområde: Dette fænomen forekommer mellem 350°C og 550°C, med en topsværhedsgrad omkring 475°C.
Mikromekanisme: Inden for dette temperaturområde gennemgår delta-ferritfasen spinodal nedbrydning, der nedbrydes i to ferritstrukturer på nanoskala: en chromrig α′-fase (Cr-rig α′) og en chromfattig α-fase (Cr-fattig α).
Ydeevnepåvirkning: Denne faseadskillelse i nanoskala øger materialets hårdhed og styrke markant, men reducerer kraftigt dets slagfasthed. Mens denne skørhed ved lav temperatur er mindre alvorlig og gennemgribende end σ-faseudfældning på korrosionsbestandighed, kan den kromrige α′-fase også føre til øget korrosionsfølsomhed i visse medier. Det er værd at bemærke, at spinodal nedbrydning typisk kræver en lang ældningsperiode, men nedbørskinetikken kan fremskyndes i koldbearbejdet materiale.
3. Carbonitrider og sekundær austenit
Ud over de primære præcipitater nævnt ovenfor kan andre skadelige faser dannes under visse betingelser:
Carbider og nitrider: Mellem 550°C og 750°C kan chromcarbider (Cr23C6) eller nitrider udfældes. Selvom kulstofindholdet (C) i moderne DSS typisk holdes på ekstremt lave niveauer (≤0,03%), kan disse bundfald stadig dannes ved korngrænser, hvilket forbruger Cr og udgør en risiko for intergranulær korrosion.
Sekundær Austenit (γ2): Under udfældningen af σ-fasen danner nedbrydningen af δ-ferrit samtidig nikkelrig sekundær austenit (γ2). Mens γ2 i sig selv ikke er en direkte skadelig fase, er dens dannelsesmekanisme tæt forbundet med udfældningen af σ-fasen. Dens tilstedeværelse signalerer nedbrydning af δ ferrit, hvilket indirekte signalerer forringelse af materialeegenskaber.
