475 °C embrittlement
ડુપ્લેક્સ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ્સ એ મિશ્રધાતુઓનું એક કુટુંબ છે, જેમાં બે તબક્કાની સૂક્ષ્મ રચના હોય છે, જેમાં ઑસ્ટેનિટિક (ચહેરો-કેન્દ્રિત ઘન) અને ફેરિટિક (શરીર-કેન્દ્રિત ઘન) બંને તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે. તેઓ અન્ય પ્રકારના સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલની તુલનામાં ઉત્તમ યાંત્રિક ગુણધર્મો, કાટ પ્રતિકાર અને કઠિનતા પ્રદાન કરે છે. જો કે, ડુપ્લેક્સ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ 475 °C ભંગાણ અથવા ડુપ્લેક્સ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ યુગ સખ્તાઇ તરીકે ઓળખાતી ઘટના માટે સંવેદનશીલ હોઈ શકે છે, જે વૃદ્ધત્વની પ્રક્રિયાનો એક પ્રકાર છે જે ડુપ્લેક્સ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલમાં પ્લાસ્ટિસિટી ગુમાવવાનું કારણ બને છે જ્યારે તેને 4 થી 5 મીટરની રેન્જમાં ગરમ કરવામાં આવે છે. આ તાપમાન શ્રેણી પર, આયર્ન-સમૃદ્ધ અને ક્રોમિયમ-સમૃદ્ધ નેનોફેઝમાં ફેરાઇટ તબક્કાનું સ્વયંસ્ફુરિત તબક્કો વિભાજન થાય છે, જેમાં ઓસ્ટેનાઇટ તબક્કાના યાંત્રિક ગુણધર્મોમાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી. આ પ્રકારનું ભંગાણ વરસાદના સખ્તાઈને કારણે થાય છે, જે સામગ્રીને બરડ અને તિરાડ થવાની સંભાવના બનાવે છે. ડુપ્લેક્સ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ એ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલનો એક પ્રકાર છે જે બે તબક્કાની માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર ધરાવે છે જેમાં ઓસ્ટેનિટિક (ફેસ-સેન્ટ્રેડ ક્યુબિક) અને ફેરિટિક (બોડી-સેન્ટ્રેડ ક્યુબિક) બંને તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છે. આ દ્વિ-તબક્કાની રચના ડુપ્લેક્સ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલને યાંત્રિક અને કાટ-પ્રતિરોધક ગુણધર્મોનું સંયોજન આપે છે જે એકલા ઑસ્ટેનિટિક અથવા ફેરીટિક સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ કરતાં શ્રેષ્ઠ છે. ઑસ્ટેનિટિક તબક્કો સ્ટીલને સારી નમ્યતા, ઉચ્ચ કઠિનતા અને ઉચ્ચ કાટ પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે, ખાસ કરીને એસિડિક અને ક્લોરાઇડ ધરાવતા વાતાવરણમાં. બીજી બાજુ, ફેરિટિક તબક્કો સ્ટીલને સારી તાકાત, સ્ટ્રેસ કાટના તિરાડ સામે ઉચ્ચ પ્રતિકાર અને પિટિંગ અને ક્રેવિસ કાટ સામે ઉચ્ચ પ્રતિકાર પ્રદાન કરે છે. તેથી તેઓ ઓફશોર તેલ અને ગેસ ઉદ્યોગમાં પાઇપવર્ક સિસ્ટમ્સ, મેનીફોલ્ડ્સ, રાઇઝર્સ વગેરે માટે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે. અને પેટ્રોકેમિકલ ઉદ્યોગમાં પાઈપલાઈન અને પ્રેશર જહાજોના રૂપમાં. ઑસ્ટેનાઇટ અને ફેરાઇટ માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરનું ડુપ્લેક્સ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલનું મિશ્રણ સમાન પ્રમાણમાં હોવું જરૂરી નથી, અને જ્યાં એલોય ફેરાઇટ તરીકે મજબૂત થાય છે, જ્યારે તાપમાન આસપાસ પડે છે ત્યારે તે આંશિક રીતે ઑસ્ટેનાઇટમાં રૂપાંતરિત થાય છે. ડ્યુપ્લેક્સ સ્ટીલમાં ઑસ્ટેનિટિક સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલની સરખામણીમાં ક્રોમિયમની માત્રા વધારે હોય છે, 20-28%; ઉચ્ચ મોલિબ્ડેનમ, 5 ટકા સુધી; નીચું નિકલ, 9 ટકા સુધી; અને 0.05-0.50% નાઇટ્રોજન. આમ, ડુપ્લેક્સ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ એલોયમાં સારો કાટ પ્રતિકાર અને પ્રકાર 304 અથવા 316 જેવા પ્રમાણભૂત ઓસ્ટેનિટિક સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ કરતાં વધુ તાકાત હોય છે. આલ્ફા (α) તબક્કો એ શરીર-કેન્દ્રિત ઘન (BCC) માળખું, IM [229] અવકાશ જૂથ, 2.866 Å જાળી પરિમાણ સાથે ફેરિટિક તબક્કો છે, અને તેમાં એક ટ્વિનિંગ સિસ્ટમ {112} <111> અને ત્રણ સ્લિપ સિસ્ટમ્સ {110} <111>, {112} <111> અને {123} <111> છે; જો કે, છેલ્લી સિસ્ટમ ભાગ્યે જ સક્રિય થાય છે. ગામા () તબક્કો ફેસ-સેન્ટ્રેડ ક્યુબિક (એફસીસી) માળખું, એફ. એમ. એમ. [259] સ્પેસ ગ્રૂપ અને 3.66 Å લેટીસ પરિમાણ સાથે ઑસ્ટેનિટિક છે. તેમાં સામાન્ય રીતે વધુ નિકલ, તાંબુ અને ઇન્ટર્સ્ટિશલ કાર્બન અને નાઇટ્રોજન હોય છે. ફેરાઇટ કરતાં ઓસ્ટેનાઇટમાં પ્લાસ્ટિકની વિકૃતિ વધુ સહેલાઈથી થાય છે. વિરૂપતા દરમિયાન, સ્ટ્રેટ સ્લિપ બેન્ડ્સ ઑસ્ટેનાઇટ અનાજમાં રચાય છે અને ફેરાઇટ-ઑસ્ટેનાઇટ અનાજની સીમાઓ સુધી પ્રસરે છે, જે ફેરાઇટ તબક્કાના લપસવામાં મદદ કરે છે. બલ્ક-ફેરાઇટ-ગ્રેઇન વિરૂપતાને કારણે વક્ર સ્લિપ બેન્ડ્સ પણ રચાય છે. સ્લિપ બેન્ડ્સની રચના ચોક્કસ સપાટીઓ પર કેન્દ્રિત એકદિશાત્મક સ્લિપ સૂચવે છે જે તણાવની સાંદ્રતાનું કારણ બને છે. સ્પિનોડલ વિઘટન દ્વારા વય સખ્તાઇ ડુપ્લેક્સ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલમાં તેના મોટા ફેરીટિક અનાજના કદને કારણે મર્યાદિત કઠિનતા હોઈ શકે છે, અને તેની સખતાઇ અને ભંગાણની વૃત્તિઓ, એટલે કે, પ્લાસ્ટિસિટીની ખોટ, તાપમાનમાં, ખાસ કરીને તાપમાનમાં. આ તાપમાન શ્રેણી પર, જી-તબક્કાના વરસાદ સાથે આયર્ન-સમૃદ્ધ નેનોફેઝ () અને ક્રોમિયમ-સમૃદ્ધ નેનોફેઝ () માં સુપરસેચ્યુરેટેડ ઘન ફેરાઇટ દ્રાવણનું સ્પિનોડલ વિઘટન થાય છે. આ ફેરાઇટ તબક્કાને માઇક્રો-ક્રેક્સ માટે પ્રેફરન્શિયલ દીક્ષા સ્થળ બનાવે છે. આનું કારણ એ છે કે વૃદ્ધત્વ એ 3 {112} <111> ફેરાઇટ વિરૂપતાને પ્રોત્સાહન આપે છે જે ધીમે ધીમે તાણ દર અને ઓરડાના તાપમાને તાણ અથવા સંકોચક વિરૂપતામાં જોડાય છે, સ્થાનિક તાણ સાંદ્રતા સ્થળોમાંથી ન્યુક્લિએટિંગ કરે છે, અને 60 ° (અંદર અથવા બહાર) ખોટી દિશા સાથે પિતૃ-ટ્વિનિંગ સીમાઓ, ક્લેવેજ ક્રેક ન્યુક્લિએશન માટે યોગ્ય છે. સ્પિનૉડલ વિઘટન એ ચઢાવ પર પ્રસરણ દ્વારા બે સુસંગત તબક્કાઓમાં તબક્કાના સ્વયંસ્ફુરિત વિભાજનનો સંદર્ભ આપે છે, એટલે કે, ઓછી સાંદ્રતાના પ્રદેશથી ઉચ્ચ સાંદ્રતાના પ્રદેશમાં નકારાત્મક પ્રસરણ ગુણાંકમાં પરિણમે છે, જે તબક્કા થર્મોડાયનેમિકલી અસ્થિર હોવાને કારણે ન્યુક્લિયેશનમાં અવરોધ વિના (એટલે કે, આકૃતિમાં મિસિબિલિટી ગેપ, + પ્રદેશ), જ્યાં ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા પ્રતિ મોલ દ્રાવણ અને રચના છે. તે કઠિનતા વધારે છે અને ચુંબકીયતામાં ઘટાડો કરે છે. વિસંગતતા અંતર દરેક સંયોજનના ગલનબિંદુની નીચે તબક્કાની આકૃતિમાં તે પ્રદેશને વર્ણવે છે જ્યાં ઘન તબક્કો બે અલગ સ્થિર તબક્કાઓના પ્રવાહીમાં વિભાજિત થાય છે. 475 ડિગ્રી સેલ્સિયસ ભંગાણ થવા માટે, ક્રોમિયમની માત્રા 12 ટકાથી વધુ હોવી જરૂરી છે. નિકલનો ઉમેરો આયર્ન-સમૃદ્ધ નેનોફેઝની રચનાને પ્રોત્સાહન આપીને સ્પિનોડલ વિઘટનને વેગ આપે છે. નાઇટ્રોજન ફેરાઇટ તબક્કામાં ક્રોમિયમ, નિકલ અને મોલિબ્ડેનમના વિતરણમાં ફેરફાર કરે છે પરંતુ તબક્કાના વિઘટનને અટકાવતું નથી. મોલિબ્ડેનમ, મેંગેનીઝ અને સિલિકોન જેવા અન્ય ઘટકો આયર્નથી સમૃદ્ધ નેનોફેઝની રચનાને અસર કરતા નથી. જો કે, મેંગેનીઝ અને મોલિબ્ડેનમનું આયર્ન-સમૃદ્ધ નેનોફેઝમાં વિભાજન, જ્યારે નિકલ ક્રોમિયમ-સમૃદ્ધ નેનોફેઝમાં વિભાજન કરે છે. માઇક્રોસ્કોપી લાક્ષણિકતા ફિલ્ડ એમિશન ગન ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ FEG-TEM નો ઉપયોગ કરીને, વિઘટિત ફેરાઇટની નેનોમીટર-સ્કેલ્ડ મોડ્યુલેટેડ રચના જાહેર કરવામાં આવી હતી કારણ કે ક્રોમિયમ-સમૃદ્ધ નેનોફેઝે તેજસ્વી છબી અને આયર્ન-સમૃદ્ધ ઘાટા છબી આપી હતી. તે એ પણ દર્શાવે છે કે આ મોડ્યુલેટેડ નેનોફેઝ વૃદ્ધત્વના સમય સાથે બરછટ બને છે. વિઘટિત તબક્કાઓ કોઈ ચોક્કસ વ્યવસ્થા વિના અનિયમિત ગોળાકાર આકારો તરીકે શરૂ થાય છે, પરંતુ સમય જતાં ક્રોમિયમ-સમૃદ્ધ નેનોફેઝ <110> દિશાઓમાં ગોઠવાયેલ પ્લેટ આકાર લે છે. પરિણામ સ્પિનોડલ વિઘટન ક્રોમિયમ-સમૃદ્ધ અને આયર્ન-સમૃદ્ધ નેનો-તબક્કાઓ, આંતરિક તાણ અને સ્થિતિસ્થાપક મોડ્યુલસની વિવિધતાને કારણે સામગ્રીની સખ્તાઇમાં વધારો કરે છે. સુસંગત અવક્ષેપોની રચના સમાન પરંતુ વિરુદ્ધ તાણને પ્રેરિત કરે છે, જે અવક્ષેપોના આકાર અને મેટ્રિક્સ અને અવક્ષેપોના સ્થિતિસ્થાપક ગુણધર્મોના આધારે પ્રણાલીની મુક્ત ઊર્જામાં વધારો કરે છે. ગોળાકાર સમાવેશની આસપાસ, વિકૃતિ સંપૂર્ણપણે હાઇડ્રોસ્ટેટિક હોય છે. જી-તબક્કાના અવક્ષેપો અનાજની સીમાઓ પર મુખ્યત્વે દેખાય છે. અને નિકેલ, ટાઇટેનિયમ અને સિલિકોનથી સમૃદ્ધ તબક્કા છે, પરંતુ ક્રોમિયમ અને મેંગેનીઝ ટાઇટેનિયમ સાઇટ્સને બદલી શકે છે. જી-તબક્કાના અવક્ષેપો લાંબા ગાળાના વૃદ્ધત્વ દરમિયાન થાય છે, ફેરાઇટ તબક્કામાં નિકલની માત્રા વધારીને પ્રોત્સાહિત કરવામાં આવે છે, અને કાટ પ્રતિકારને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે. તેમાં લંબગોળ આકારવિજ્ઞાન, માળખું (એફ. એમ. એમ.) અને 11.4 Å જાળી પરિમાણ છે, જેનો વ્યાસ 50 એનએમથી ઓછો છે જે વૃદ્ધત્વ સાથે વધે છે. આમ, વિઘટન સ્પિનોડલી વિઘટિત મેટ્રિક્સ દ્વારા અવ્યવસ્થા અવરોધ/લોકિંગને કારણે થાય છે અને જી-ફેઝ અવક્ષેપોની આસપાસ તાણ, એટલે કે, કોટ્રેલ વાતાવરણની રચના દ્વારા આંતરિક તણાવમાં છૂટછાટ થાય છે. વધુમાં, ફેરાઇટની કઠિનતા વૃદ્ધત્વના સમય સાથે વધે છે, ઓસ્ટેનાઇટની સરખામણીમાં ફેરાઇટમાં ઝડપી પ્રસરણને કારણે ડક્ટાઇલ ઓસ્ટેનાઇટ તબક્કાની કઠિનતા લગભગ અપરિવર્તિત રહે છે. જો કે, ઑસ્ટેનાઇટ તત્વોના સંસ્થાકીય પુનઃવિતરણમાંથી પસાર થાય છે, જે બે તબક્કાઓ વચ્ચે ગેલ્વેનિક કાટમાં વધારો કરે છે. 550 °C ગરમીની સારવાર સ્પિનોડલ વિઘટનને ઉલટાવી શકે છે પરંતુ જી-તબક્કાના અવક્ષેપોને અસર કરી શકતી નથી. ફેરાઇટ મેટ્રિક્સ સ્પિનોડલ વિઘટનને બાહ્ય સ્પંદિત વિદ્યુત પ્રવાહ રજૂ કરીને નોંધપાત્ર રીતે ઉલટાવી શકાય છે જે નેનોફેઝ વચ્ચે વિદ્યુત વાહકતામાં તફાવત અને જી-ફેઝના અવક્ષેપોના વિસર્જનને કારણે સિસ્ટમની મુક્ત ઊર્જામાં ફેરફાર કરે છે. ચક્રીય લોડિંગ સ્પિનોડલ વિઘટનને દબાવી દે છે, અને કિરણોત્સર્ગ તેને વેગ આપે છે પરંતુ મોડ્યુલેટેડ નેનોફેઝના એકબીજા સાથે જોડાયેલા નેટવર્કથી અલગ ટાપુઓમાં વિઘટનની પ્રકૃતિને બદલે છે. સંદર્ભો વધુ વાંચન સ્ટીલ સામગ્રીનું અધઃપતન