Haku
Duplex ruostumaton teräs (DSS) käytetään laajalti öljy- ja kaasuteollisuudessa, kemianteollisuudessa ja offshore-tekniikan aloilla sen lujuuden ja erinomaisen korroosionkestävyyden vuoksi. DSS:n korkea suorituskyky perustuu kuitenkin sen tarkasti tasapainotettuun austeniitin (γ) ja ferriitin (δ) mikrorakenteeseen. Kun DSS altistuu tai sitä käytetään pitkiä aikoja tietyillä lämpötila-alueilla, ferriittifaasi hajoaa ja saostaa erilaisia "haitallisia faaseja". Nämä saostumat heikentävät vakavasti materiaalin mekaanista sitkeyttä ja korroosionkestävyyttä, mikä on merkittävä uhka teknisten sovellusten luotettavuudelle.
1. Haurauden tappaja: σ- ja χ-vaiheiden saostus
Kaikista haitallisista faaseista σ-vaihe on epäilemättä tunnetuin ja tuhoisin.
Saostumislämpötila-alue: σ-faasi saostuu pääasiassa välillä 600–950 °C, ja sen saostumiskinetiikka on huippuluokkaa 800–880 °C.
Kemiallinen koostumus: σ-faasi on metallien välinen yhdiste, joka sisältää runsaasti kromia (Cr) ja molybdeeniä (Mo). Se muodostuu δ-ferriitin hajoamisen tai eutektoidisen hajoamisreaktion kautta δ-ferriitin ja γ-austeniitin rajapinnassa.
Suorituskykyvaikutus: σ-faasin saostuminen vaikuttaa kaksitahoisesti DSS:n teknisiin ominaisuuksiin. Ensinnäkin σ-faasi itsessään on kova ja hauras vaihe. Sen läsnäolo vähentää jyrkästi materiaalin iskunkestävyyttä, jolloin se on herkkä murtumaan alhaisissa lämpötiloissa tai jännityskeskittymisolosuhteissa. Toiseksi saostuksen aikana σ-faasi kuluttaa merkittäviä määriä Cr:a ja Mo:ta ympäröivästä δ-ferriittimatriisista, mikä johtaa Cr- ja Mo-vajautuneisiin alueisiin, jotka ympäröivät σ-faasia. Nämä tyhjentyneet alueet vähentävät merkittävästi korroosionkestävyyttä ja tulevat alttiiksi pistekorroosiolle ja rakeiden väliselle korroosiolle.
Chi-faasi on myös Cr- ja Mo-rikas metallien välinen yhdiste, joka muodostuu tyypillisesti samalla lämpötila-alueella kuin σ-faasi (700 °C - 900 °C). Kuitenkin χ-faasi saostuu tyypillisesti ensisijaisesti metastabiilina faasina ikääntymisen alussa, vasta myöhemmin muuttuen vakaammaksi σ-faasiksi. Sen negatiivinen vaikutus ominaisuuksiin on samanlainen kuin σ-faasilla, mikä johtaa haurastumiseen ja heikentyneeseen korroosionkestävyyteen.
2. 475°C Haurastumista: Piilotettu uhka matalissa lämpötiloissa
Korkean lämpötilan alueilla esiintyvän σ-vaiheen lisäksi ruostumaton duplex-teräs kokee myös vaaravyöhykkeen alemmissa lämpötiloissa, joka tunnetaan 475 °C:n haurastumisena.
Sateen lämpötila-alue: Tämä ilmiö esiintyy 350 °C ja 550 °C välillä, ja huipun vakavuus on noin 475 °C.
Mikromekanismi: Tällä lämpötila-alueella delta-ferriittifaasissa tapahtuu spinodaalista hajoamista, joka hajoaa kahdeksi nanomittakaavan ferriittirakenteeksi: kromirikas α'-faasi (Cr-rikas α') ja kromiköyhä α-faasi (Cr-huono α).
Suorituskykyvaikutus: Tämä nanomittakaavan faasierottelu lisää merkittävästi materiaalin kovuutta ja lujuutta, mutta vähentää jyrkästi sen iskunkestävyyttä. Vaikka tämä matalan lämpötilan haurastuminen on vähemmän vakavaa ja läpitunkevaa kuin σ-faasisaostuminen korroosionkestävyydessä, kromirikas α'-faasi voi myös johtaa lisääntyneeseen korroosioherkkyyteen tietyissä väliaineissa. On syytä huomata, että spinodaalinen hajoaminen vaatii tyypillisesti pitkän vanhenemisjakson, mutta saostumiskinetiikka voi kiihtyä kylmätyöstetyssä materiaalissa.
3. Karbonitridit ja sekundaarinen austeniitti
Edellä mainittujen ensisijaisten saostumien lisäksi muita haitallisia faaseja voi muodostua tietyissä olosuhteissa:
Karbidit ja nitridit: 550–750 °C:ssa kromikarbidit (Cr23C6) tai nitridit voivat saostua. Vaikka nykyaikaisen DSS:n hiili(C)-pitoisuus pidetään tyypillisesti erittäin alhaisella tasolla (≤0,03 %), näitä saostumia voi silti muodostua raerajoilla kuluttaen Cr:a ja aiheuttaen rakeiden välisen korroosion riskin.
Toissijainen austeniitti (γ2): σ-faasin saostumisen aikana δ-ferriitin hajoaminen muodostaa samanaikaisesti runsaasti nikkeliä sisältävää sekundaarista austeniittia (γ2). Vaikka γ2 ei itsessään ole suoraan haitallinen faasi, sen muodostumismekanismi liittyy läheisesti σ-faasin saostumiseen. Sen läsnäolo on merkki δ-ferriitin hajoamisesta, mikä osoittaa epäsuorasti materiaalin ominaisuuksien heikkenemistä.
