II. THÉP KHÔNG GỈ SONG PHA
3.1.1.Kết quả tính toán nhiệt động học bằng phần mềm Thermo-Calc
Sử dụng phần mềm thermo-calc 2016a, database TCFE8.0 để xây dựng giản đồ pha thép không gỉ song pha với thành phần các nguyên tố có trong thép theo kết quả phân tích quang phổ phát xạ theo bảng 2.1. Trên giản đồ pha ở hình 3.1 có thể dự báo sự hình thành các pha khi làm nguội cân bằng từ nhiệt độ nóng chảy 1480oC đến nhiệt độ phòng.
47
Khi làm nguội chậm thép từ pha lỏng, ferit được hình thành trước tiên. Pha này tồn tại trong khoảng nhiệt độ khá rộng (khoảng 200K). Khi hạ thấp nhiệt độ xuống dưới 1400K (1127oC) sẽ xảy ra quá trình chuyển pha từ ferit thành austenit với mạng lập phương tâm mặt (FCC-A1). Khi làm nguội xuống nhiệt độ thấp hơn, hàm lượng austenite sẽ tăng dần. Vùng hai pha ferit/austenit tồn tại trong khoảng nhiệt độ 1200K-1400K (930oC-1130oC). Pha tiết ra từ dung dịch rắn ở nhiệt độ dưới 1200K. Pha hình thành ở nhiệt độ cao chứa các nguyên tố chính là Fe, Cr, Mo (#2). Pha nghèo Mo được hình thành ở nhiệt độ thấp hơn trong khoảng nhiệt độ từ 675oK đến 1200oK (400-900)OC. Tuy nhiên, khi tại nhiệt độ dưới 970K (700oC), không tồn tại ferit. Do có sự tương đồng về thành phần các nguyên tố cũng như kiểu mạng tinh thể của các pha ferit và nên trong trường hợp làm nguội cân bằng đã xảy ra quá trình chuyển biến hoàn toàn ferit thành . Chỉ khi làm nguội xuống dưới 940 K, mới xảy ra sự chuyển biến của thành ferit – tổ chức tồn tại tới nhiệt độ phòng.
Cacbit Cr kiểu M23C6 tạo thành dưới 1000K. Việc hình thành loai cacbit này sẽ làm nghèo Cr ở vùng tiết pha làm giảm khả năng chống ăn mòn tại các vùng này. Cacbit Cr chủ yếu tiết ra ở vùng biên hạt làm tăng nguy cơ ăn mòn tinh giới của thép. Tuy nhiên, trong thép 2205, do lượng cacbon rất thấp nên hàm lượng cacbit được dự đoán là rất thấp nên nguy cơ ăn mòn tinh giới với dòng thép này có thể không cao.
Sự hình thành pha liên kim tính toán theo phần mềm Thermo-Calc cho thấy vùng nhiệt độ tiết pha khá tương đồng với các vùng nhiệt độ chuyển biến đẳng nhiệt T-T-T của thép không gỉ song pha 2205 theo lý thuyết đưa ra ở phần tổng quan.
Qua tính toán nhiệt động học kết hợp với kết quả tính toán/thực nghiệm cho thấy quá trình tiết pha từ dung dịch rắn có thể xảy ra trong vùng nhiệt độ khá rộng (khoảng 300K). Đó cũng là cơ sở của các nghiên cứu về sự hình thành cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tiết pha mà các nghiên cứu trên thế giới cũng như trong luận văn đề cập đến.
48
Hình 3.2. Hàm lượng các pha phụ thuộc nhiệt độ
Kết quả tính toán thành phần pha tồn tại trong thép ứng với các nhiệt độ khác nhau cho thấy hàm lượng pha đạt giá trị lớn nhất tại nhiệt độ 970K (700oC). Tại nhiệt độ này, pha hàm lượng ferit bằng không. Hình 3.2 cho thấy sự xuất hiện của các pha có trong thép. Pha được sinh ra trong khoảng nhiệt độ khá thấp vào khoảng 925oK (650oC) và có sự xuất hiện của hai pha . Thành phần pha sigma là hỗn hợp của Fe và Cr và hỗn hợp của Fe, Cr và Mo. Pha cacbit cũng được hình
49
thành và chủ yếu là cácbít M23C6với hàm lượng tương đối nhỏ nên trên giản đồ rất khó phân biệt. Trên hình cũng cho thấy hàm lượng pha sigma đạt được trong thép cũng không nhiều chỉ chiếm 0,3% mol là lớn nhất. Tuy nhiên khi pha xuất hiện dù với một lượng rất nhỏ cũng sẽ ảnh hưởng rất lớn đến tính chất của thép song pha 2205.
Hàm lượng pha ở khoảng nhiệt độ 700oC đến 900oC được thể hiện trong hình 3.3.
Hình 3.3. Hàm lượng pha sigma ở khoảng nhiệt độ khảo sát
Như vậy với tính toán nhiệt động học sử dụng phần mềm Thermo-Calc đã dự đoán được sự hình thành pha là có tồn tại trong khoảng nhiệt độ từ 400oC đến 900oC. Do có sự hình thành pha ở nhiệt độ này nên khi làm việc với thép không gỉ song pha thì khoảng nhiệt độ này nên tránh để không ảnh hưởng đến tính chất của thép hoặc giảm tối thiểu ảnh hưởng của pha đến tính chất của thép khi làm việc ở nhiệt độ trên.
50