II. THÉP KHÔNG GỈ SONG PHA
3.4.Cơ tính của thép
Sau khi xử lý nhiệt đã thấy xuất hiện pha tiết ra trong khoảng nhiệt độ (700- 900)oC. Lượng pha sinh ra tăng khi thời gian giữ nhiệt tăng. Khi có sự xuất hiện của pha thì tổ chức cân bằng hai pha trong thép không gỉ song pha 2205 bị phá vỡ. Điều này chắc chắn sẽ gây ảnh hưởng đến tính chất của thép. Các mẫu sau xử lý nhiệt sẽ được đem kiểm tra độ cứng và thử dai va đập.
Hình 3.24. Giá trị độ cứng của thép khảo sát theo nhiệt độ tiết pha với thời
gian giữ nhiệt tăng
Pha σ là pha liên kim của Fe, Cr và Mo có đô ̣ cứng cao. Khi pha này được tiết ra từ dung di ̣ch rắn sẽ làm tăng đô ̣ cứng của thép. Tuy nhiên, khi thời gian giữ nhiê ̣t ngắn do hàm lượng pha nhỏ và phân tán nên không làm thay đổi ma ̣nh đô ̣ cứng. Khi giữ nhiê ̣t với thời gian dài, do có sự thay thế bằng nên độ cứng của thép tăng lên
Hình 3.24 là kết quả giá trị độ cứng của các mẫu thép giữ đẳng nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau. Độ cứng của thép đã có sự thay đổi tuy chưa đáng kể do ở mỗi nhiệt độ và thời gian lượng pha trung gian tiết ra rất ít và khác nhau nên độ cứng thay đổi không nhiều. Khi giữ nhiệt ở thời gian dài do hàm lượng pha sigma tăng lên nên độ cứng đạt được là cao hơn so với độ cứng ở thời gian giữ nhiệt ngắn.
71
Kết quả độ cứng giữa hai chế độ giữ nhiệt tại nhiệt độ tiết pha và hóa già ở nhiệt độ 800oC cũng được xác định trên hình 3.25. Độ cứng thép khi hóa già cùng thời gian đều thấp hơn so với khi nguội liên tục. Nguyên nhân là do tốc độ phát triển của pha khi hóa già thấp hơn so với khi giữ tại nhiệt độ tiết pha nên hàm lượng pha ít hơn.
Hình 3.25. Giá trị độ cứng thu được sau hóa già và giữ nhiệt ở 800oC
Với sự xuất hiện của pha còn ảnh hưởng mạnh đến độ dai va đập của thép. Mẫu sử dụng thử dai va đập trong bảng 3.7. Kết quả thử dai va đập cho các mẫu được thể hiện ở hình 3.26.
Bảng 3.4. Bảng các mẫu thử dai va đập
STT Tên mẫu Thời gian giữ nhiệt
1 Mẫu 1 Mẫu nguội trong nước
2 M8-6 60 phút
3 M8-7 120 phút
72
Dù là pha có đô ̣ cứng cao, nhưng là pha khá giòn. Với viê ̣c tiết ra ở vùng biên hạt, biên pha nên hàm lượng pha này tăng lên sẽ làm giảm ma ̣nh đô ̣ dai của thép. Sau tôi, đô ̣ dai va đâ ̣p (ak) củ a thép có thể đa ̣t tới giá tri ̣ 443 kJ/m2 nhưng khi hàm lượng cao, giá tri ̣ này giảm ma ̣nh xuống còn (10-15) kJ/m2. Vớ i giá tri ̣ quá thấp như vâ ̣y, thép sẽ không đảm bảo được dô ̣ dai khi làm viê ̣c (hình 3.26).
Hình 3.26. Kết quả thử dai và đập trên mẫu thép giữ nhiệt ở 800oC
Như vậy thép không gỉ song pha 2205 khi làm việc cần lưu ý đến khoảng nhiệt độ tiết pha trung gian đặc biệt là pha để tránh được tối đa sự thay đổi tính chất của thép do pha này mang lại.
73
KẾT LUẬN
1. Kết quả tính toán nhiệt động học bằng phần mềm cho thấy sự tồn tại của pha sigma trong khoảng nhiệt độ rộng (400-900)oC. Hàm lượng pha này đạt giá trị cao nhất tương ứng với nhiệt độ 700oC.
2. Khi nguội nhanh trong nước và nguội cùng lò từ nhiê ̣t đô ̣ 1050oC, tổ chứ c song pha củ a thép không gỉ 2205 được bảo tồn, trong khi nguô ̣i châ ̣m đã quan sát thấy sự xuất hiê ̣n của các pha trung gian ở biên giới pha ferit/austenit.
3. Khi giữ nhiệt tại vùng tiết pha (vùng dung di ̣ch rắn không ổn đi ̣nh) là khoảng 7000C -900oC nên pha được tiết ra ở thời gian rất ngắn trong vài phút. Kéo dài thời gian giữ nhiê ̣t sẽ làm tăng hàm lượng pha sigma. Pha này có xu hướng phát triển vào hướng ha ̣t ferit do bản chất hai pha này khá tương đồng.
4. Khi hóa già thép ở nhiệt độ 800oC, pha hình thành ở vùng biên pha và biên hạt ferit với thời gian giữ nhiệt dài hơn. Tốc độ phát triển của pha này chậm hơn khi giữ nhiệt tại vùng tiết pha nên độ cứng của thép cũng thấp hơn. 5. Sự hình thành pha sẽ làm tăng đô ̣ cứng của thép đồng thời giảm ma ̣nh đô ̣
dai va đâ ̣p. Khi giữ nhiê ̣t dài hơn 60 phút, đô ̣ dai của thép giảm ma ̣nh xuống còn (10-15) kJ/m2. Vớ i giá tri ̣ thấp như vâ ̣y thép sẽ không đảm bảo được đô ̣ dai cần thiết cho các kết cấu chi ̣u lực.
74
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Caluscio D. and Magnabosco R,(2016), “Kinetic study to predict sigma phase formation in duplex stainless steels”, Metallurgical and Materials Transation A, Vol. 47A, 1554-1565.
[2] Chih-Chun Hsieh and Weite Wu,(2012), “Overview of Intermetallic Sigma (σ) Phase Precipitation in Stainless Steels”, International Scholarly Research Network, 1-17.
[3] D.Dyj, Z. Stradomski,(2007),“Microstructural evolution in a duplex cast steel after quench ageing process”, Archives of materials science and engineering, 28, (9), 557-564.
[4] Darlene Yuko Kobayashi, Stephan Wolynec,(1999), “Evaluation of the Low Corrosion Resistant Phase Formed During the Sigma Phase Precipitation in Duplex Stainless Steels”, Mat. Res, 2, 239-247
[5] Dr. J.CHARLES,(2007),“duplex stainless steels, a review after DSS ’07 held in GRADO”, International duplex stainless steel conference witch took place in Grad-Italy 2007,1-22.
[6] Elhoud A.M, Renton N.C, Deans W.F,(2011), “The effect of manufacturing variables on the corrosion resistance of a super duplex stainless steel”, Int J Adv ManufacturingTechnology, vol. 52, 451–461.
[7] Henrik Sieurin,(2006), Fracture toughness properties of duplex stainless steels, Department of Materials Science and Engineering - Royal Institute of Technology - Stockholm, Sweden.
[8] HKL technology the EBSD company,(2005), 2005 EBSD applications catalogue, HKL technology the EBSD company.
[9] Huang C.-S., Shih C.-C,(2005), “Effects of nitrogen and high temperature aging on σ-phase precipitation of duplex stainless steel”, Mater. Sci. Eng. A, 402, 66-75.
75
[10] IMOA,(2009), Practical Guidelines for the fabrication of duplex stainless steels, the International Molybdenum Association (IMOA), London, UK. [11] Kai Wang Chan and Sie Chin Tjong,(2014), “Effect of secondary phase
precipitation on the corrosion behavior of duplex stainless steels”,materials 2014,7,5268-5304.
[12] Kim J-U, L.Chumbley L.S, and Gleeson B,(2004), “Determination of isothermal transformation diagrams for sigma-phase formation in cast duplex stainless steels CD3MN and CD3MWCuN”, Metallurgical and materials transation A, Vol.35A, 3377-3386.
[13] Liu H., a.o. Analysis of “Phase precipitation in aged 2205 duplex stainless steel”, Journal of Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed, 2015, 591.
[14] Maria Eurenice Rocha Cronemberger, Sandra Nakamatsu, Carlos Alberto Della Rovere, Sebastião Elias Kuri, Neide Aparecida Mariano,(2015), “Effect of cooling rate on the corrosion behavior of As-Cast SAF 2205 duplex stainless steel after solution annealing treatment”Materials Research,18,1-5.
[15] Marcelo Martinsa,, Luiz Carlos Casteletti(2009),“Microstructural characteristics and corrosion behavior of a super duplex stainless steel casting”,Materials characterization,60, 150-155.
[16] Martins M. and Casteletti L.C,(2009), “Sigma phase morphologies in cast and aged super duplex stainless steel”, Materials characterization 60, 792- 795.
[17] Omyma Hassan Ibrahim, Ibrahim Soliman Ibrahim and Tarek Ahmed Fouad Khalifa,(2010), “Effect of aging on the toughness of austenitic and duplex stainless steel weldments”,scienceDirect,26,810-816.
76
[19] Riccardo Cervo(2010), experimental and numerical analysis of welding and heat treatment of duplex stainless steels, Dipartimento di Tecnica e Gestione dei Sistemi Industrial, Università degli Studi di Padova.
[20] Rodrigo Magnabosco; Luciane Emi Oiye; Clemente Kuntz Sutto, (2003), “Microhardness of UNSS31803 (SAF 2205) duplex stainless steel after isothermal aging between 700°C and 900°C”, 17th international of mechanical engineering,1-7.
[21] S. Topolska S. and Labanowski J, (2009), “ Effect of microstructure on impact toughness of duplex and superduplexstainless steels”, J. of Achievements in materials and manufacturing eingineering, Vol.36, 142- 149.
[22] Sieurin H., Sandstroem R, (2007), “Sigma phase precipitation in duplex stainless steel”, Materials Science and Engineering A, 444, 271-276.
[23] Yoon-Jun Kim, L. Scott Chumbley, and Brian Gleeson,(2008), “Continuous cooling transformation in cast duplex stainless steels CD3MN and CD3MWCuN”, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 17, 234-238.
[24] Yoon-Jun Kim, (2004), phase transformations in cast: duplex stainless steels, program of Study Committee: L. Scott Churnbley, Co-major Professor Brian Gleeson, Co-major Professor Alan M. Russell Matthew J. Kramer Frank E. Peters.