เฟสที่สองที่ตกตะกอนในเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์แสดงในไดอะแกรมระหว่าง เวลา-อุณหภูมิ-การตกตะกอน (Time-Temperature-Precipitation ; TTP) ดังรูปที่ 1 ซึ่งแยกแยะอุณหภูมิการตกตะกอนไว้ 2 ช่วงอย่างชัดเจน กล่าวคือ ช่วงอุณหภูมิสูงในช่วง 550-1000 องศาเซลเซียส พบการแยกตัวออกจากกันอย่างชัดเจนของแต่ละเฟส เช่น ไนไตรด์ คาร์ไบด์ ซิกม่า และไช โดยเฟสซิกม่าจะปรากฏในโลหะผสม 2 ธาตุระหว่างเหล็ก-โครเมียม (Fe-Cr system) สำหรับเกรดที่มีการเติมธาตุเพิ่มความเสถียรให้กับเฟอร์ไรต์ เช่น โครเมียม โมลิบดีนัม และซิลิคอนในปริมาณสูง สามารถส่งเสริมให้เกิดการฟอร์มตัวของเฟสซิกม่าที่มักเกิดในช่วงอุณหภูมิ 600-950 องศาเซลเซียสได้ ซึ่งเป็นเฟสเชิงโลหะที่แข็งและเปราะ มักตกตะกอนตามขอบเกรนโดยมีโครเมียมและโมลิบดีนัมเป็นส่วนผสมหลัก นอกจากนี้เฟสซิกม่ายังลดความต้านทานการกัดกร่อนแบบรูเข็มและใต้รอยซ้อนของเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ และส่งผลเชิงลบโดยการเหนี่ยวนำให้เกิดบริเวณพร่องโครเมียมและโมลิบดีนัมตามขอบเกรน [115] ลักษณะดังกล่าวจะทำให้วัสดุมีความไวต่อการกัดกร่อนตามขอบเกรน ซึ่งอาจแก้ปัญหาได้โดยการเติมทังสเตนแทนโมลิบดีนัมลงไปในโลหะผสม เพื่อช่วยลดการเกิดเฟสซิกม่าได้ เนื่องจากทังสเตนมีอัตราการแพร่น้อยกว่าโมลิบดีนัม [127] ในขณะที่เฟสไชจะพบเฉพาะในโลหะผสมระบบ 3 ธาตุระหว่างเหล็ก-โครเมียม-โมลิบดีนัม (Fe-Cr-Mo system) และโลหะผสมระบบ 4 ธาตุ ระหว่างเหล็ก-โครเมียม-นิกเกิล-โมลิบดีนัม (Fe-Cr-Ni-Mo system) และระบบเหล็ก-โครเมียม-นิกเกิล-ไทเทเนียม (Fe-Cr-Ni-Ti system) [119] ทั้งนี้เฟสซิกม่าและเฟสไชมีองค์ประกอบทางเคมีคล้ายกัน แต่สิ่งที่ต่างกัน คือ คาร์บอนสามารถละลายในเฟสไชได้ และเฟสไชจัดเป็นคาร์ไบด์ชนิด M18C และมักตกตะกอนตามขอบเกรน เกรนคู่แฝดที่ไม่ต่อเนื่อง (Incoherent Twin Boundary) และดิสโลเคชัน ส่งผลให้มีความเหนียวต่อการต้านทานการคืบ (Creep Ductility) ลดลง และส่งผลกระทบเชิงลบต่อความแกร่งและความต้านทานการกัดกร่อน [128] ส่วนโครเมียมไนไตรด์มักพบในเกรดที่มีปริมาณเฟสเฟอร์ไรต์มากกว่าออสเตนไนต์ เนื่องจากไนโตรเจนละลายในเฟสเฟอร์ไรต์ได้น้อย การตกตะกอนของโครเมียมไนไตรด์จะส่งผลให้วัสดุมีความแข็งแรงและความแกร่งที่อุณหภูมิต่ำลดลง ในขณะเดียวกัน อนุภาคโครเมียมไนไตรด์มีความเชื่อว่ามักแสดงตัวเป็นจุดเริ่มของการกัดกร่อนแบบรูเข็ม [129] เมื่อสัมผัสกับสิ่งแวดล้อมที่มีคลอไรด์เป็นองค์ประกอบ แม้ว่าจะไม่ได้มีการกำหนดปริมาณของเฟอร์ไรต์ในเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ไว้อย่างชัดเจนก็ตาม แต่ในการประยุกต์ใช้งานทั่วไปแล้ว ควรมีปริมาณเฟอร์ไรต์ไม่เกิน 75% [130] ในขณะที่ช่วงอุณหภูมิต่ำระหว่าง 280-500 องศาเซลเซียส เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์นั้นมักเกิดการสลายตัวของเฟสเฟอร์ไรต์ไปเป็นเฟสที่มีโครเมียมสูง (Cr-rich Phase) แอลฟ่าไพร์ม (α’) และเฟสที่มีเหล็กสูง (Iron-rich Phase) [131-132] โดยเฟสแอลฟ่าไพร์มจะตกตะกอนอย่างรวดเร็วที่ช่วงอุณหภูมิ 475 องศาเซลเซียส เนื่องจากอัตราการแตกเปราะจะสูงที่สุดที่อุณหภูมิดังกล่าว จึงเรียกปรากฏการณ์ดังกล่าวว่า การแตกเปราะที่อุณหภูมิ 475 องศาเซลเซียส (475 ํC embrittlement) การตกตะกอนดังกล่าวส่งผลให้วัสดุมีความต้านทานแรงดึง การแตกหักและการล้าตัวลดลง และเนื่องจากวัสดุมีความแข็งเพิ่มขึ้น (Hardening) จึงมักแตกเปราะได้ง่าย ซึ่งเป็นที่ทราบกันดีว่า ปรากฏการณ์ดังกล่าวมักพบในเหล็กกล้าไร้สนิมกลุ่มเฟอริติกดังที่กล่าวมาก่อนหน้านี้
รูปที่ 1 ไดอะแกรม TTP แสดงเฟสที่สองที่ตกตะกอนในเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ในช่วงอุณหภูมิต่างๆ
จากการศึกษาเหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์เกรด AISI 2205 (UNS S31803) [133] พบว่าเฟสซิกม่าสามารถฟอร์มตัวได้อย่างรวดเร็วที่ช่วงอุณหภูมิ 850-900 องศาเซลเซียส ซึ่งใช้เวลาในการบ่มตัวประมาณ 100 วินาที ในขณะที่เกรด AISI 2507 (UNS S32750) [134] จะเกิดการฟอร์มตัวของเฟสไชอย่างรวดเร็วหลังจากใช้เวลาในการบ่มตัวแค่ 200 วินาทีและการฟอร์มตัวจะเกิดขึ้นได้เร็วกว่าเฟสซิกม่าที่ช่วงอุณหภูมิต่ำกว่า 750 องศาเซลเซียส
เหล็กกล้าไร้สนิมดูเพล็กซ์ยังมีต่อนะครับ.......โปรดติดตาม
เอกสารอ้างอิง:
[127] V.S. Moura, L.D. Lima, J.M. Pardal, A.Y. Kina, R.R.A. Corte, S.S.M. Tavares. Influence of microstructure on the corrosion resistance of the duplex stainless steel UNS S31803. Materials Characterization 2008; 59(8): pp. 1127-32.
[128] Juan Gao, Yiming Jiang, Bo Deng, Wei Zhang, Cheng Zhong, Jin Li. Investigation of selective corrosion resistance of aged lean duplex stainless steel 2101 by non-destructive electrochemical techniques. Electrochimica Acta 2009; 54(24): pp. 5830-5.
[129] Chan-Jin Park, Hyuk-Sang Kwon. Effects of aging at 475 °C on corrosion properties of tungsten-containing duplex stainless steels. Corrosion Science 2002; 44(12): pp. 2817-30.
[130] Joanna Michalska, Maria Sozanska. Qualitative and quantitative analysis of σ and χ phases in 2205 duplex stainless steel. Materials Characterization 2006; 56(4-5): pp. 355-62.
[131] R. Chaves, I. Costa, H.G. de Melo, S. Wolynec. Evaluation of selective corrosion in UNS S31803 duplex stainless steel with electrochemical impedance spectroscopy. Electrochimica Acta 2006; 51(8-9): pp. 1842-6.
[132] Bo Deng, Zhiyu Wang, Yiming Jiang, Tao Sun, Juliang Xu, Jin Li. Effect of thermal cycles on the corrosion and mechanical properties of UNS S31803 duplex stainless steel. Corrosion Science 2009; 51(12): pp. 2969-75.
[133] L. Duprez, B.D. Cooman, N. Akdut, Microstructure evolution during isothermal annealing of a standard duplex stainless steel type 1.4462, Steel Res 2000; 71: pp. 417–22.
[134] J.O. Nilsson, Overview of super duplex stainless steel, Mater. Sci. Technol 1992; 8: pp. 685–700.
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น