يعرف معظم المستخدمين أنه عند درجة حرارة أعلى من 250 درجة مئوية، يمكن أن تتأثر درجات الطباعة المزدوجة بالتقصف الناتج عن التحلل الفقري.لكن هل 250 درجة مئوية حد مطلق؟ما هو تأثير وقت التعرض وهل يتصرف اللين والازدواج الفائق بشكل مختلف؟

عوامل محدودة درجات حرارة التشغيل

التطبيقات النموذجية التي تتطلب تعريض المواد المزدوجة لظروف درجات الحرارة المرتفعة هي أوعية الضغط أو شفرات المروحة/الدفاعات أو أجهزة تنقية غاز العادم.يمكن أن تتراوح متطلبات خصائص المواد من القوة الميكانيكية العالية إلى المقاومة للتآكل. يتم سرد التركيب الكيميائي للدرجات التي تمت مناقشتها في هذه المقالة في الجدول 1.

التحلل الفقري

التحلل الفقري (يسمى أيضًا إزالة الخلط أو تاريخيًا باسم التقصف عند 475 درجة مئوية) هو نوع من فصل الطور في الطور الحديدي، والذي يحدث عند درجات حرارة حوالي 475 درجة مئوية.التأثير الأكثر وضوحًا هو التغيير في البنية المجهرية، مما يتسبب في تكوين الطور α´، مما يؤدي إلى تقصف المادة.وهذا بدوره يحد من أداء المنتج النهائي.
ويبين الشكل 1 مخطط التحول الزمني لدرجة الحرارة (TTT) للمواد المزدوجة التي تمت دراستها، مع تمثيل التحلل الفقري في منطقة 475 درجة مئوية.تجدر الإشارة إلى أن مخطط TTT هذا يمثل انخفاضًا في الصلابة بنسبة 50% تم قياسه من خلال اختبار صلابة الصدمات على عينات Charpy-V، والذي يتم قبوله عادةً على أنه يشير إلى التقصف.في بعض التطبيقات، قد يكون الانخفاض الأكبر في المتانة مقبولاً، مما يغير شكل مخطط TTT.لذلك، يعتمد قرار تحديد حد أقصى معين لـ OT على ما يعتبر مستوى مقبولًا من التقصف، أي تقليل صلابة المنتج النهائي.تجدر الإشارة إلى أنه تم أيضًا إنتاج الرسوم البيانية TTT تاريخيًا باستخدام عتبة محددة، مثل 27J.

درجات أعلى من السبائك

ويبين الشكل 1 أن زيادة عناصر صناعة السبائك من الصف LDX 2101 نحو الصف SDX 2507 يؤدي إلى معدل تحلل أسرع، في حين يظهر الاتجاه المزدوج الهزيل بداية متأخرة للتحلل.لقد تم توضيح تأثير عناصر صناعة السبائك مثل الكروم (Cr) والنيكل (Ni) على التحلل الفقري والتقصف من خلال التحقيقات السابقة.5-8 تم توضيح هذا التأثير بشكل أكبر في الشكل 2. فهو يوضح أن التحلل الفقري يزداد عندما ترتفع درجة الحرارة يتم زيادة درجة الحرارة من 300 إلى 350 درجة مئوية وتكون أسرع بالنسبة للدرجة الأعلى من السبائك SDX 2507 مقارنةً بـ DX 2205 الأقل سبائكًا.
يمكن أن يكون هذا الفهم حاسمًا في مساعدة العملاء على تحديد الحد الأقصى من الوقت الإضافي المناسب للدرجة والتطبيق الذي اختاروه.

تحديد درجة الحرارة القصوى

كما ذكرنا سابقًا، يمكن ضبط الحد الأقصى لوقت التشغيل للمواد المزدوجة وفقًا للانخفاض المقبول في متانة الصدمات.بشكل نموذجي، يتم اعتماد OT المطابق لقيمة تخفيض الصلابة بنسبة 50%.

يعتمد الوقت الإضافي على درجة الحرارة والوقت

يوضح المنحدر في ذيول المنحنيات في مخطط TTT في الشكل 1 أن التحلل الفقري لا يحدث فقط عند درجة حرارة عتبة واحدة ويتوقف تحت هذا المستوى.بل إنها عملية مستمرة عندما تتعرض المواد المزدوجة لدرجات حرارة تشغيل أقل من 475 درجة مئوية.ومع ذلك، فمن الواضح أيضًا أنه نظرًا لانخفاض معدلات الانتشار، فإن انخفاض درجات الحرارة يعني أن التحلل سيبدأ لاحقًا وسيتقدم بشكل أبطأ بكثير.ولذلك، فإن استخدام المواد المزدوجة في درجات حرارة منخفضة قد لا يسبب مشاكل لسنوات أو حتى عقود.ومع ذلك، يوجد حاليًا ميل لتعيين الحد الأقصى للوقت الإضافي دون النظر إلى وقت التعرض.وبالتالي فإن السؤال الرئيسي هو ما هي تركيبة درجة الحرارة والوقت التي ينبغي استخدامها لتحديد ما إذا كان استخدام المادة آمنًا أم لا؟يلخص هيرزمان وآخرون 10 هذه المعضلة بشكل جيد: "... سيقتصر الاستخدام بعد ذلك على درجات حرارة تكون فيها حركية الخلط منخفضة جدًا لدرجة أنها لن تحدث أثناء العمر الفني المصمم للمنتج...".

تأثير اللحام

تستخدم معظم التطبيقات اللحام لربط المكونات.ومن المعروف أن البنية المجهرية للحام وكيميائه تختلف عن المادة الأساسية 3 .اعتمادًا على مادة الحشو وتقنية اللحام ومعلمات اللحام، تختلف البنية المجهرية للحام في الغالب عن المادة السائبة.البنية المجهرية عادة ما تكون أكثر خشونة، وهذا يشمل أيضًا المنطقة المتأثرة بالحرارة العالية (HTHAZ)، والتي تؤثر على التحلل الفقري في اللحامات.يعد تباين البنية المجهرية بين المواد السائبة واللحامات موضوعًا تمت مراجعته هنا.

تلخيص العوامل المقيدة

تؤدي الأقسام السابقة إلى الاستنتاجات التالية:

• جميع المواد الدوبلكس خاضعة
  للتحلل الفقري عند درجات حرارة حوالي 475 درجة مئوية.
• اعتمادا على محتوى السبائك، من المتوقع أن يكون معدل التحلل أسرع أو أبطأ.يعمل المحتوى العالي من Cr و Ni على تعزيز عملية المزج بشكل أسرع.
• لتعيين درجة حرارة التشغيل القصوى:
  – يجب مراعاة الجمع بين وقت التشغيل ودرجة الحرارة.
  - مستوى مقبول من النقصان في المتانة، أي أنه يجب تحديد المستوى المرغوب من المتانة النهائية
• عندما يتم إدخال مكونات بنية مجهرية إضافية، مثل اللحامات، يتم تحديد الحد الأقصى لـ OT بواسطة الجزء الأضعف.

المعايير العالمية

تمت مراجعة العديد من المعايير الأوروبية والأمريكية لهذا المشروع.وركزوا على التطبيقات في أوعية الضغط ومكونات الأنابيب.بشكل عام، يمكن تقسيم التناقض فيما يتعلق بالحد الأقصى الموصى به من OT بين المعايير التي تمت مراجعتها إلى وجهة نظر أوروبية وأمريكية.
تشير معايير مواصفات المواد الأوروبية للفولاذ المقاوم للصدأ (مثل EN 10028-7، EN 10217-7) إلى حد أقصى لـ OT يبلغ 250 درجة مئوية من خلال حقيقة أن خصائص المواد يتم توفيرها فقط حتى درجة الحرارة هذه.علاوة على ذلك، فإن معايير التصميم الأوروبية لأوعية الضغط والأنابيب (EN 13445 وEN 13480، على التوالي) لا تقدم أي معلومات إضافية حول الحد الأقصى من OT مما هو مذكور في معايير المواد الخاصة بها.
وفي المقابل، فإن مواصفات المواد الأمريكية (مثل ASME SA-240 في ASME القسم II-A) لا تقدم أي بيانات عن درجات الحرارة المرتفعة على الإطلاق.يتم توفير هذه البيانات بدلاً من ذلك في قسم ASME II-D، "الخصائص"، الذي يدعم رموز البناء العامة لأوعية الضغط، وقسم ASME VIII-1 وVIII-2 (يوفر الأخير مسار تصميم أكثر تقدمًا).في ASME II-D، تم ذكر الحد الأقصى لـ OT بشكل صريح وهو 316 درجة مئوية لمعظم السبائك المزدوجة.
بالنسبة لتطبيقات أنابيب الضغط، يتم تقديم كل من قواعد التصميم وخصائص المواد في ASME B31.3.في هذا الكود، يتم توفير البيانات الميكانيكية للسبائك المزدوجة التي تصل درجة حرارتها إلى 316 درجة مئوية دون بيان واضح للحد الأقصى لوقت التشغيل.ومع ذلك، يمكنك تفسير المعلومات لتتوافق مع ما هو مكتوب في ASME II-D، وبالتالي فإن الحد الأقصى لـ OT للمعايير الأمريكية هو في معظم الحالات 316 درجة مئوية.
بالإضافة إلى الحد الأقصى لمعلومات OT، تشير كل من المعايير الأمريكية والأوروبية إلى وجود خطر مواجهة التقصف عند درجات حرارة مرتفعة (> 250 درجة مئوية) في أوقات التعرض الأطول، والتي ينبغي بعد ذلك أخذها في الاعتبار في كل من مرحلة التصميم والخدمة.
بالنسبة لعمليات اللحام، فإن معظم المعايير لا تقدم أي بيانات ثابتة حول تأثير التحلل الفقري.ومع ذلك، تشير بعض المعايير (مثل ASME VIII-1، الجدول UHA 32-4) إلى إمكانية إجراء معالجات حرارية محددة بعد اللحام.هذه ليست مطلوبة أو محظورة، ولكن عند تنفيذها يجب أن يتم تنفيذها وفقًا لمعايير محددة مسبقًا في المعيار.

ماذا تقول الصناعة

تمت مراجعة المعلومات التي تنتجها العديد من الشركات المصنعة الأخرى للفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج لمعرفة ما يقومون بتوصيله فيما يتعلق بنطاقات درجات الحرارة الخاصة بدرجاتهم.2205 محدود عند 315 درجة مئوية بواسطة ATI، لكن Acerinox تحدد OT لنفس الدرجة عند 250 درجة مئوية فقط.هذه هي حدود OT العليا والدنيا للصف 2205، في حين يتم التواصل بين OTs الأخرى عن طريق Aperam (300 درجة مئوية)، وSandvik (280 درجة مئوية) وArcelorMittal (280 درجة مئوية).يوضح هذا مدى انتشار الحد الأقصى المقترح من OTs لدرجة واحدة فقط والتي ستمتلك خصائص قابلة للمقارنة جدًا من الشركة المصنعة إلى الشركة المصنعة.
لا يتم دائمًا الكشف عن الأسباب الأساسية وراء قيام الشركة المصنعة بتعيين وقت تشغيل معين.وفي معظم الحالات، يعتمد ذلك على معيار واحد محدد.تعمل المعايير المختلفة على توصيل OTs مختلفة، وبالتالي انتشار القيم.الاستنتاج المنطقي هو أن الشركات الأمريكية تحدد قيمة أعلى بسبب البيانات الواردة في معيار ASME، في حين تحدد الشركات الأوروبية قيمة أقل بسبب معيار EN.

ماذا يحتاج العملاء؟

اعتمادًا على التطبيق النهائي، من المتوقع حدوث أحمال وتعرضات مختلفة للمواد.في هذا المشروع، كان التقصف الناتج عن التحلل الفقري هو الأكثر أهمية لأنه ينطبق بشكل كبير على أوعية الضغط.
ومع ذلك، هناك العديد من التطبيقات التي تعرض الدرجات المزدوجة للأحمال الميكانيكية المتوسطة فقط، مثل أجهزة غسل الغاز 11-15.وكان هناك طلب آخر يتعلق بشفرات المروحة والدفاعات التي تتعرض لأحمال الكلال.تظهر الأدبيات أن التحلل الفقري يتصرف بشكل مختلف عند تطبيق حمل التعب.في هذه المرحلة، يصبح من الواضح أنه لا يمكن ضبط الحد الأقصى لوقت التشغيل لهذه التطبيقات بنفس الطريقة المستخدمة في أوعية الضغط.
هناك فئة أخرى من الطلبات مخصصة للتطبيقات المرتبطة بالتآكل فقط، مثل أجهزة تنقية غاز العادم البحري.في هذه الحالات، تكون مقاومة التآكل أكثر أهمية من حدود OT تحت الحمل الميكانيكي.ومع ذلك، يؤثر كلا العاملين على تشغيل المنتج النهائي، وهو ما يجب أخذه في الاعتبار عند الإشارة إلى الحد الأقصى للوقت الإضافي.ومرة أخرى، تختلف هذه الحالة عن الحالتين السابقتين.
بشكل عام، عند تقديم المشورة للعميل بشأن الحد الأقصى المناسب من OT لصف الطباعة على الوجهين، يكون لنوع التطبيق أهمية حيوية في تحديد القيمة.يوضح هذا أيضًا مدى تعقيد إعداد OT واحد للدرجة، حيث أن البيئة التي يتم نشر المادة فيها لها تأثير كبير على عملية التقصف.

ما هي درجة حرارة التشغيل القصوى للدوبلكس؟

كما ذكرنا سابقًا، يتم تحديد درجة حرارة التشغيل القصوى من خلال حركية التحلل الشوكي المنخفضة جدًا.ولكن كيف نقيس درجة الحرارة هذه وما هي بالضبط "الحركية المنخفضة"؟الجواب على السؤال الأول سهل.لقد ذكرنا بالفعل أن قياسات الصلابة يتم إجراؤها عادة لتقدير معدل وتقدم التحلل.يتم تحديد ذلك في المعايير التي تتبعها معظم الشركات المصنعة.
السؤال الثاني، حول المقصود بالحركية المنخفضة والقيمة التي نحدد عندها حدود درجة الحرارة، هو سؤال أكثر تعقيدًا.ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الشروط الحدودية لدرجة الحرارة القصوى يتم تجميعها من كل من درجة الحرارة القصوى (T) نفسها ووقت التشغيل (t) الذي يتم خلاله الحفاظ على درجة الحرارة هذه.للتحقق من صحة تركيبة Tt هذه، يمكن استخدام تفسيرات مختلفة للصلابة "الأدنى":

• الحد الأدنى الذي تم تعيينه تاريخياً والذي يمكن تطبيقه على اللحامات هو 27 جول (J)
• ضمن المعايير تم تحديد 40J كحد أقصى.
• يتم أيضًا تطبيق انخفاض بنسبة 50% في الصلابة الأولية بشكل متكرر لتعيين الحد الأدنى.

وهذا يعني أن بيان الحد الأقصى للوقت الإضافي يجب أن يستند إلى ثلاثة افتراضات متفق عليها على الأقل:

• تعرض المنتج النهائي لدرجة الحرارة والوقت
• الحد الأدنى المقبول لقيمة المتانة
• المجال النهائي للتطبيق (الكيمياء فقط، الحمل الميكانيكي نعم/لا، إلخ.)

المعرفة التجريبية المدمجة

بعد إجراء مسح موسع للبيانات والمعايير التجريبية، أصبح من الممكن تجميع توصيات لدرجات الطباعة المزدوجة الأربعة قيد المراجعة، انظر الجدول 3. ويجب الاعتراف بأن معظم البيانات تم إنشاؤها من تجارب معملية تم إجراؤها بدرجات حرارة تبلغ 25 درجة مئوية .
تجدر الإشارة أيضًا إلى أن هذه التوصيات تشير إلى ما لا يقل عن 50% من المتانة المتبقية عند RT.عندما يُشار إلى "فترة زمنية أطول" في الجدول، لم يتم توثيق أي انخفاض كبير في RT.علاوة على ذلك، تم اختبار اللحام عند -40 درجة مئوية فقط.أخيرًا، تجدر الإشارة إلى أنه من المتوقع أن يكون وقت التعرض أطول بالنسبة لـ DX 2304، مع الأخذ في الاعتبار صلابته العالية بعد 3000 ساعة من الاختبار.ومع ذلك، إلى أي مدى يمكن زيادة التعرض يجب التحقق من خلال المزيد من الاختبارات.

هناك ثلاث نقاط مهمة يجب ملاحظتها:

• تشير النتائج الحالية إلى أنه في حالة وجود اللحامات، فإن OT ينخفض ​​بنحو 25 درجة مئوية.
• تعتبر الارتفاعات قصيرة المدى (عشرات الساعات عند T=375 درجة مئوية) مقبولة بالنسبة إلى DX 2205. وبما أن DX 2304 وLDX 2101 عبارة عن درجات منخفضة من السبائك، فإن الارتفاعات القصيرة المدى في درجات الحرارة المماثلة يجب أن تكون مقبولة أيضًا.
• عندما تصبح المادة هشة بسبب التحلل، فإن المعالجة الحرارية المخففة عند درجة حرارة 550 - 600 درجة مئوية بالنسبة لـ DX 2205 و500 درجة مئوية بالنسبة لـ SDX 2507 لمدة ساعة واحدة تساعد على استعادة الصلابة بنسبة 70%.