بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق دوآلیاژ مقاوم به حرارت 25Cr-35Ni و 30Cr-48Ni-5W که به مدت 8 سال در دماي سرویس 1050 °C پیر شده اند، مورد بررسی قرار گرفتند. جهت شناسایی کاربید ها ي موجود در ریزساختار از تصاویر الکترون برگشتی - BSE - و پراش اشعه ایکس - XRD - استفاده شد. از آن جایی که مقدار کاربید ها در ریزساختار نسبت به زمینه، کمتر از %5 بودند، لذا نتایج XRD هیچ کاربیدي نشان نداد و فقط پیک هاي مربوط به آستنیت - زمینه - را نشان داد.
براي رفع این مشکل از روش استخراج فازي استفاده شد. یعنی ابتدا زمینه آستنیتی در یک محلول اسیديکاملاً حل گردید و سپس کاربید هاي باقی مانده فیلتر شده و از محلول جدا شدند. آنالیز XRD کاربیدهاي باقی مانده از آلیاژ 25Cr-35Ni ، حضور کاربید هاي M23C6 و NbC راکاملاً تایید نمود. اما نتایج XRD کاربید هاي باقی مانده از آلیاژ 30Cr-48Ni-5W ، تنها پیک هاي M23C6 را نشان داد. در حالی که تصاویر BSE حضور M6Cنشانرا نیز می دادند. بررسی ها نشان که دلیل عدم ظاهر شدن پیک هاي M6C، پایین بودن درصد این فاز نسبت به مقدار بالاي M23C6 در ریزساختار آلیاژ 30Cr-48Ni-5W و نیز حضور M23C6 و M6C در کنار هم می باشد.
مقدمه
آلیاژهاي مقاوم به حرارت ریختگی - نوع - H براي دماهاي آن ها بیش از 650°C طراحی شده اند. استحکام دماي بالا مهمترین فاکتوري است که در انتخاب این آلیاژ ها در نظر گرفته می شود. علاوه بر این، مقاومت به اکسیداسیون، خوردگی و کربوره شدن، فاکتور هایی هستند که بسته به شرایط و محیط کاربرد این آلیاژ ها، بایستی آن ها را در نظر گرفت .[1]
آلیاژ هاي مقاوم به حرارت ریختگی کاربرد زیادي در ساخت لوله هاي رفورمر دارند. در واحد احیا مستقیم فولاد مبارکه اصفهان، فرایند رفورمینگ گاز طبیعی در دماي بالاي 1050 °C در داخل لوله هاي رفورمر انجام شده و از گاز احیا کننده تولید شده براي احیاي سنگ آهن و تولید آهن اسفنجی استفاده می شود. لوله هاي رفورمرمعمولاً از اتصال غیر مشابه آلیاژ هاي مقاوم به حرارت - HP - 25Cr- 35Ni و - HV - 30Cr-48Ni-5W ساخته شده اند.
ریز ساختار آلیاژ هاي مقاوم به حرارت HP در شرایط ریختگی به صورت یک زمینهکاملاً آستنیتی می باشد که شبکه پیوسته اي از کاربید هاي اولیه M7C3 ، M23C6 و NbC با مورفولوژي یوتکتیکی ظریف در آن قرار گرفته است.[2] در آلیاژ مقاوم به حرارت HV نیز که حاوي مقدار زیادي تنگستن می باشد، کاربید هاي M23C6 و M6C مشابه ریز ساختار HP در زمینه آستنیتی قرار گرفته اند 2]و.[3 پس از قرار گرفتن لوله هاي HP وHV در دماي بالا و به مدت طولانی - حدود 1050°C در 8 سال - ، توزیع و مورفولوژي کاربیدها تغییرات اساسی می یابد.
بسیاري از گزارش ها نشان داده اند که تعیین مورفولوژي و نوع کاربید هاي موجود در ریز ساختار، در پیش بینی خواص مکانیکی لوله هاي رفورمر و تخمین عمر باقی مانده آن ها نقش اساسی دارد4]و.[5 در این تحقیق یک روش آزمایشگاهی ساده براي رفع مشکل آنالیز فازي کاربید هاي آلیاژ هاي مقاوم به حرارت ارائه شده است.
مواد و روش تحقیق
به منظور بررسی هاي ریز ساختاري، نمونه هاي HP و HV با ابعاد 10×20×20 mm از یک لوله رفورمر پیرشده در سرویس با قطر داخلی 200 mm و ضخامت 11 mm بریده شد. سطوح داخلی نونه ها با سنگ پرداخت گردید و سپس با کاغذ سمباده 80 تا 1200 سمباده زده شدند. اچ کردن نمونه ها نیز با استفاده از محلول ماربل 50 cc H2O - - 10 g CuSO4 + 50 cc HCl + انجام گرفت. ترکیب شیمیایی این آلیاژها در جدول 1 آورده شده است.
ریزساختار تمام نمونه ها به وسیله میکروسکوپ نوري - OM - و میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - مجهز به سیستم آنالیز عنصري EDS مورد ارزیابی قرار گرفت. جهت آنالیز فازي این آلیاژ ها و شناسایی کاربید ها، ابتدا نمونه هاي بالک HP وHV آنالیزXRD شدند. اما از آن جایی که نتایج XRD در این حالت فقط فاز آستنیت زمینه - - γ را نشان داد، لذا براي شناسایی کاربید ها از روش استخراج فازي2 استفاده شد. در این روش ابتدا هر یک از نمونه هاي آلیاژ هاي HP و HV به صورت براده تهیه شدند.
سپس این براده ها در محلولی خورنده از اسید کلریدریک، اسید تارتاریک، سولفات مس و نمک کلرید سدیم قرار گرفتند و به مدت 24 ساعتکاملاً به هم زده شد . در اثر واکنش محلول خورنده با آستنیت و در نتیجه ي حل شدن زمینه، کاربید ها به آسانی از زمینه جدا شده و به صورت ذرات معلق در محلول قرار گرفتند. در پایان به وسیله کاغذ صافی کاربید ها از محلول جدا شدند و مورد آنالیزXRD قرار گرفتند.
نتایج و بحث
شکل 1 تصاویر OM و SEM ریز ساختار آلیاژ هاي HP در حالت ریختگی را نشان می دهد. با توجه به این تصاویر، در حالت ریختگی کاربید ها داراي مورفولوژي یوتکتیکی می باشند که در مسیر هاي مرزدانه اي تشکیل یافته اند. در تصاویر الکترون برگشتی SEM ریز ساختار آلیاژ هاي HP، مناطق تیره کاربید هاي کروم - وزن اتمی پایین - و مناطق روشن کاربید هاي نیوبیوم - وزن اتمی بالا - می باشند.
