همه چیز در مورد فولاد زنگ نزن سوپر آستنیتی

• ویژگی های فولاد سوپرآستنیتی

فولاد سوپرآستنیتی (Superaustenitic Stainless Steels) یکی از آلیاژهای زنگ نزن که با ساختار fcc و عناصر آلیاژی بالا می باشد و حاوی مقداری از عناصر جانشین از قبیل کروم، مولیبدن، نیتروژن و مقدار کافی نیکل برای پایدار ساختن ریزساختار کاملا آستنیتی می باشد. این فولاد بر اساس مقدار مولیبدن دسته بندی می شود و عموماً و میزان مولیبدن این فولادها 5/4 تا 7 درصد است. افزودن 3/0 تا 5/0 درصد نیتروژن استحکام تسلیم دو برابر فولاد زنگ نزن معمولی را ایجاد می نماید. درصد بالای نیکل که بین 18 تا 31 درصد است، به همراه درصد بالای کروم و مولیبدن در مقایشه با سایر آلیاژها مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارد. مس به برخی از آلیاژها افزوده می شود تا مقاومت به محیط کاهنده مانند اسید فسفریک داغ، اسید استیک و اسید سولفوریک رقیق را ارتقا دهد.

•  فولادهای سوپر آستنیتی با 6 % مولیبدن

فولاد زنگ نزن سوپر آستنیتی  با 6 درصد مولیبدن در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند. آن ها حاوی18 الی 25 درصد نیکل، 20 درصد کروم و بیش از 0.1% نیتروژن می باشند. افزودن نیتروژن به این آلیاژ باعث افزایش استحکام، تثبیت ساختار آستنیت و بهبود مقاومت در برابر خوردگی حفره دار شدن می شود. فولادهای سوپر آستنیتی با 6 درصد مولیبدن چقرمگی و انعطاف پذیری، فولادهای آستنیتی سری 300 را از خود نشان می دهند.

ترکیب شیمیایی در سه فولاد سوپر آستنیتی متفاوت می باشد که این امر 6 درصد  Mo با UNS متفاوت (UNS S31254, N08367, and N08926) را ایجاد نمود است اما این فولادها در بسیاری کاربردها، از مقاومت خوردگی یکسانی برخودار هستند و به عنوان جانشین یکدیگر مورد استفاده می شوند. میزان آهن فولادهای سوپرآستنیتی کمتر از 50 درصد است و از این جهت فولادهای این دسته به جز 254 SMO، در محدوده فولادها، فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای مربوطه ASTM دسته بندی نمی شود. در حال حاضر آلیاژهای 6 درصد مولیبدن با فولادهای N08031 ،S32050 و B26, UR B36 دچار تحول شده اند که فولاد زنگ نزن سوپر آستنیتی حاوی 25% Ni، 20% Cr و 0.2 درصد نیتروژن نیز جز آنها می باشند. نوعی از فولاد زنگ نزن 6Mo با 25 درصد نیکل نسبت به فولاد زنگ نزن 6Mo با 18 درصد نیکل مزیتهایی دارند که عبارتند از:

• کاهش سینتیک حساس شدن
• بهبود پایداری و مقاومت آستنیت
• بهبود مقاومت و استحکام در مقابل به خوردگی تنشی
• تشکیل آهسته تر رسوبات، حتی در محدوده دمایی 700°C–1000°C

•  فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی و مقاومت در برابر خوردگی

فولاد زنگ نزن سوپر آستنیتی پرآلیاژ در برابر خوردگی، حفره دار شدن، خوردگی شیاری و SCC مقاومت عالی دارند. فولادهای سوپرآستنیتی با 6 % مولیبدن در مقابل خوردگی های موضعی و تنشی در محیط اکسید کننده کلریدی، محلول های حاوی کلرید و یا سولفید و طیف وسیعی از فرآیندهای شیمیایی از مقاومت بالایی برخودار می باشند.

این آلیاژها بطور گسترده در مواردی از قبیل آب دریا استفاده می شوند. عملکرد فولادهای سوپرآستنیتی با 6% مولیبدن ما بین فولادهای زنگ نزن تیپ 316 و 317 و آلیاژهای پایه نیکل625  و C-276  قرار می گیرد. برخی از فولادها جهت مقاومت در برابر برخی از محیط های خورنده، حاوی مقدار اضافی مس می باشند که موجب ارتقا استحکام آن ها در برابر اسیدها می شود. آستنیتی با 6 درصد مولیبدن با مقدار Cr + Mo بالا شناسایی می شوند.

• موارد استفاده فولاد سوپرآستنیتی

فولادهای زنگ نزن با 6 درصد مولیبدن، در صنایع فرآیندی، جانشین فولادهای زنگ نزن معمولی شده اند که در اثر حفره دار شدن، خوردگی شیاری و خوردگی تنشی کلریدی تخریب شده اند. این آلیاژ به طور گسترده در صنایع حمل و نقل آب دریا، فرا ساحلی و نمک زدایی، صنایع کلر و رنگبری، صنایع خمیر و کاغذ و واحد های گوگرد زدایی کاربرد دارد. تجهیزاتی که از فولادهای آستنیتی با 6 درصد مولیبدن ساخته شده اند، شامل ستون ها، مخازن تحت فشار، کندانسورهای خنک شونده با آب دریا، اواپوراتور، کریستالایزرها، مبدل های حرارتی، پمپ ها، لوله کشی می باشند.

• مقاومت به خوردگی جوش فولادهای سوپر آستنیتی

عواملی که موجب تنزل استحکام و مقاومت به خوردگی جوش فولاد زنگ نزن سوپرآستنیتی می شوند عبارتند از:

1. رسوب فازهای بین فلزیاز قبیل فازهای سیگما و چی.
2. ریز جدایش مولیبدن در نواحی موضعی که معمولا هنگامی که از فرآیند GTAW اتوماتیک استفاده می شود، صورت می گیرد.
3. حرارت ورودی جوشکاری بالا می تواند نوارهایی از فلز پایه را در مناطق مجاور خط ذوب ایجاد کند، که ذوب شده اند اما با فلز پرکننده ترکیب نشده اند. این مشکل با کنترل حرارت ورودی و جلوگیری از سوختگی جوش برطرف می شود.
4. شیارها، ترک ها و ریزدرزها، مناطق از خوردگی شیاری که در ابتدا یا انتهای پاس های جوشکاری، بین پاس های جوشکاری یا زیر قطرات جوش ایجاد شوند.
5. آلیاژهای با مقدار کربن کم از 02/0 درصد  دچار مشکل حساس شدن و رسوب کاربید نمی شوند. افزایش مقدار مولیبدن و نیتروژن موجب افزایش مقدار کربن یا حرارت ورودی می شود.
6. آلودگی های سطحی که می توان آن را با ساینده ها یا اسیدشویی یا حلال های مناسب از بین برد.
7. پوسته های اکسید سطحی یا رنگ که با فرآیند پوسته زدایی برطرف نشده اند.
8. افزودن نیتروژن به اندازه 3 تا 5 درصد حجمی به مشعل و گاز های پشتی مقاومت به خوردگی را بهبود می بخشد.
9.  به منظور بهینه ساختن مقاومت در برابر خوردگی در فلز جوش به خصوص در جوشکاری ماشینی باید این اقداماتی از جمله آنیل پس از جوشکاری، تمیز کاری سطح پس از جوشکاری، اسید شویی برای بهبود مقاومت به خوردگی و پسیو کردن سطح صورت بگیرد.

•  فرآیندهای جوشکاری فولاد سوپرآستنیتی

مهمترین فرآیندهای جوشکاری مورد استفاده SMAW و GTAW اتوماتیک و دستی با فلز پرکننده به شمار می روند.  فرآیند GTAW بدون فلز پر کننده در مواردی استفاده می شودند که عملیات حرارتی آنیل محلول سازی ثانویه صورت می گیرد. فرآیند های GMAW، SAW و PAW اتوماتیک با فلز پرکننده نیز مورد استفاده می شوند. برای جوشکاری فولاد آستنیتی 6% Mo باید به موارد زیر توجه نمود:

1.  استفاده از فلزات پر کننده که به اندازه کافی با مولیبدن آلیاژ شده به گونه ای است که جوش ها نسبت به فلز پایه مقاومت به خوردگی بیشتری دارند (فلز پر کننده ای که معمولا مورد استفاده قرار می گیرد آلیاژ 352 با 9 درصد مولیبدن است).
2. اطمینان از تمیز بودن سطح قبل و پس از جوشکاری
3. اطمینان از محافظت کافی هنگام جوشکاری
4. محدود کردن حرارت ورودی و اندازه جوش برای پرهیز از ترک گرم فلز جوش

• عملیات حرارتی پس از جوشکاری فولاد سوپر آستنیتی

در صورتی که فولاد زنگ نزن سوپر آستنیتی  6 درصد Mo نیاز به آنیل یا تنش زدایی داشته باشند، باید آنیل آنها کامل و در آب کوئنچ گردند. آنیل محلول سازی در دمای 1150°C–1250°C به همراه کوئنچ معمولا مورد استفاده قرار می گیرد. این امر به یکنواخت شدن خواص محل اتصال جوش کمک می کند. عملیات حرارتی که در آن فولاد زنگ نزن 6% Mo در محدوده دمایی (705-1040°C) قرار می گیرد، فولاد را در معرض رسوب فاز سیگما، کاهش مقاومت در مقابل خوردگی و چقرمگی قرار می دهد. بر اساس ترکیب آلیاژ، تنش زدایی در دمای حداکثر 600°C برای چند ساعت، ممکن است در موارد خاص مورد استفاده قرار گیرد.

• جوشکاری فولاد سوپر آستنیتی

فولادهای سوپر آستنیتی با 6 درصد مولیبدن جوش پذیری بالایی دارند. بطور کلی فولادهای سوپرفریتی در برابر خوردگی جوش ها از مقاومت زیادی برخودارند. در هنگام جوشکاری فولادهای سوپر آستنیتی باید به موارد زیر توجه نمود:

1. رسوب فازهای بین فلزی
2. ریز جدایش عنصری
3. ترک داغ

مقدار کروم فولادهای 6% Mo کم تر از 03/0 درصد می باشد. خطر رسوب کاربید کروم در مرز دانه های ناحیه HAZ و در نتیجه حساسیت به خوردگی بین دانه ای قابل چشم پوشی می باشد.