بخشی از مقاله
چکیده
فولادهاي HP مقاومت به حرارت و خوردگی بالا و کاربرد زیادي در کوره هاي رفورمر داشته و در حالت ریختگی جوش پذیري خوبی دارند اما نگرانی عمده در مورد جوشکاري تعمیري این فولادها می باشد زیرا در صورتی که به مدت طولانی و دماي بالا - حدود - 1000 °C در سرویس قرار گیرند پیر شده و با تشکیل کاربیدهاي پراکنده و درشت ثانویه باعث تردي و افت شدید انعطاف پذیري و جوش پذیري می گردند.
یکی از روشهاي پیشنهاد شده جهت بازیابی خواص انعطاف پذیري و جوش پذیري این فولادها استفاده از عملیات آنیل انحلالی قبل از جوشکاري تعمیراتی می باشد. در تحقیق حاضر تاثیر دماهاي مختلف عملیات آنیل انحلالی بر ساختار میکروسکوپی و میزان انحلال کاربیدهاي اولیه و ثانویه بررسی گردید،
براي این منظور پنج نمونه از فولاد کارکرده که بواسطه یک دوره سرویس طولانی - حدود - 30000 شرایط اولیه خود را از دست داده بودند انتخاب و عملیات آنیل انحلالی در دماهاي 1150،1100،900و1200درجه سانتی گراد در کوره بر روي آنها انجام شد و سپس بررسی ریز ساختار توسط میکروسکوپ نوري - OM - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - انجام شد ، سپس نمونه هاي آنیل شده و یک نمونه بدون آنیل بروش GTAW و فلز پرکننده ER2535 و قطبیت منفی جوشکاري شدند که تنها در ناحیه متاثر از حرارت جوشکاري نمونه آنیل نشده ترك مشاهده گردید، نتایج بیشترین میزان انحلال و تغییر در مورفولوژي کاربیدها را براي نمونه آنیل شده در دماي 1150°C نشان داد، لذا این دما بعنوان مناسب ترین محدوده جهت انجام آنیل انحلالی فولادهاي مقاوم به حرارت HP معرفی گردید.
مقدمه
فولادهاي مقاوم به حرارت ریختگی - نوع - H براي استفاده در دماهاي بیش از 650 درجه سانتی گراد طراحی شده اند. استحکام دماي بالا یکی از مهمترین عواملی است که در انتخاب این آلیاژها در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، مقاومت به اکسیداسیون، خوردگی و کربوره شدن، عواملی هستند که بسته به شرایط و محیط کاربرد این آلیاژها، بایستی آنها را در نظر گرفت.
آلیاژهاي مقاوم به حرارت ریختگی کاربرد زیادي در ساخت لوله هاي کراکینک کوره ها دارند، ریز ساختار آلیاژ HP در شرایط ریختگی به صورت یک زمینه کاملاً آستنیتی می باشد که شبکه پیوسته اي از کاربیدهاي اولیه NbC، M23C6 و MC6 با مورفولوژي یوتکتیکی ظریف در آن قرار گرفته است و در شرایط پیر شده ریز ساختار شامل کاربید M23C6 و یک ترکیب بین فلزي است
آلیاژهاي HP در شرایط ریختگی داراي انعطاف پذیري و جوش پذیري نسبتاً خوبی هستند و حساسیت کمی به ترکهاي انجمادي دارند اما در در اثر سرویس دهی در دماي بالاي 1050 درجه سانتی گراد، کاربیدهاي غنی از کروم به تدریج در ریزساختار آنها تشکیل می گردد که مورفولوژي بلوکی درشت و زاویه دار دارند ؛ درنتیجه انعطاف پذیري این آلیاژها به شدت کاهش یافته و جوشکاري تعمیري در شرایط پیر شده و قرار دادن مجدد آنها در سرویس با ریسک بالایی همراه می باشد - شمعانیان و سعیدي،. - 1384 از آنجا که استفاده از روش آنیل انحلالی بعنوان یکی از روشهاي بازیابی خواص جوش پذیري و بالا بردن انعطاف پذیري این فولادها معرفی شده است، لذا در این تحقیق به بررسی تاثیر دماهاي مختلف عملیات آنیل انحلالی بر ریز ساختار و مورفولوژي و انحلال کاربیدهاي موجود در زمینه پرداخته شده است.
روش تحقیق
در تحقیق حاضر ازآلیاژ مقاوم به حرارت ریختگی - HP - 25Cr‐35Ni‐Nb اصلاح شده با نیوبیم با کد DIN 1.4852 و ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی ذکر شده در جدول 1، در حالت پیر شده استفاده گردیدح
جدول -1 ترکیب شیمیایی - wt% - و مشخصات مکانیکی فولاد - ASTM A297, 2002 - HP
جهت انجام تحقیق پنج نمونه بطول30 سانتیمتر و قطر 5 اینچ و ضخامت 11 میلیمتر از یک شاخه کویل پیرشده - کارکرد حدود 30000 ساعت - تهیه و مطابق جدول 2 تحت عملیات حرارتی آنیل انحلالی در کوره قرار گرفتند، دلیل انتخاب این رنج دماها مقایسه تاثیر عملیات آنیل بر ریز ساختار میکروسکوپی نمونه هاي آنیل شده بر اساس رنج دمایی بدست آمده ازدیاگرامهاي فازي با نمونه آنیل نشده و نمونه آنیل شده در دمایی پایین تر از رنج حاصل از دیاگرامهاي فازي می باشد، لازم به ذکر است نرخ گرم شدن ونیز دماهاي آنیل انحلالی براساس ترکیب شیمیایی و دیاگرام فازي انتخاب گردیدند
جدول -2 شرایط عملیات حرارتی آنیل
از نمونه ریختگی، پیرشده در سرویس و نمونه هاي آنیل شده مطابق جدول 2، نمونه هایی با ابعاد صعع ١٠×١٠×٣٥ جهت متالوگرافی تهیه گردید. آماده سازي سطوح طی دو مرحله شامل سنباده کاري بوسیله کاغذ سنباده از 100 تا 2500 و پولیش بوسیله ژل سیلیکون کارباید و حکاکی توسط محلول ماربل و نیز سنباده کاري و الکتروپولیش و حکاکی توسط اسید اگزالیک ١٠ی با ولتاژ ٣ ولت به مدت ٢٠ ثانیه انجام شد و ریز ساختار نمونه ها به کمک یک دستگاه میکروسکوپ نوري Nikon مدلPMG3 مجهز به سیستم آنالیز تصویري بررسی گردید، همچنین جهت بررسی دقیق تر و دستیابی به نوع و ترکیب استوکیومتري کاربیدهاي موجود در نمونه هاي مختلف ، از یک دستگاه میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مدل - VEGA\\ TESCAN - مجهز به سیستم آنالیز نقطه اي - EDS - و مجهز به سیستم تصویر برداري الکترون برگشتی، با ولتاژ KV ١٥ استفاده گردید.
نتایج و بحث
شکل-1 الف، ریزساختار میکروسکوپی نمونه ریختگی و شکل -1 ب، ریزساختار میکروسکوپی نمونه کارکرده را نشان می دهند، تصویر میکروسکوپی نمونه ریختگی بیانگر فاز آستنیتی زمینه بهمراه کاربیدهاي یوتکتیکی ظریف در مرزدانه ها می باشد که در نمونه کارکرده تشکیل حجم زیادي از کاربیدهاي ثانویه در فاز آستنیتی زمینه مشهود می باشد. همانگونه که در مطالعات شینوزاکی نیز مطرح شده است - Shinozaki, et al, 1999 - و در تصویر نمایان است، ذرات ریز کاربیدي که بصورت گسترده در فاز زمینه پخش شده اند کاربید M23C6 می باشند که در زمینه آستنیت رسوب کرده اند. نماد M در اینجا معرف عنصر کروم - Cr - می باشد.
