الفولاذ المقاوم للصدأ PWHT

يُستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق واسع في المعدات الصناعية بسبب مقاومته للتآكل وقابليته للحام، ولكن لا يمكن استخدامه في بيئات التشغيل ذات درجات الحرارة العالية إلا إذا تم إجراء المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) لمنع التقصف في مرحلة سيجما التقصف والتشقق اللاحق.

وغالبًا ما يتم إجراء عمليات المعالجة الحرارية الفائقة في جو مثل الأرجون أو النيتروجين لتقليل تكوين المراحل الضارة التي تتسبب في انخفاض مقاومة التآكل وتدهور الخواص الميكانيكية بمرور الوقت.

مقاومة التآكل

الكروم هو العنصر الرئيسي في الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يخلق طبقة أكسيد واقية ضد المزيد من الأكسدة والتآكل. قد تؤدي إضافة عناصر السبائك الأخرى مثل النيكل (Ni) أو الموليبدينوم (Mo) إلى تحسين مقاومة التآكل اعتمادًا على الظروف البيئية واحتياجات التطبيق؛ وتعتمد الدرجات عادةً على احتياجات الصناعة أو احتياجات التطبيق لتحديد تركيبها.

لا ينصهر الفولاذ المقاوم للصدأ في درجات حرارة عالية مثل العديد من المعادن الأخرى؛ ومع ذلك، قد تنتج عمليات اللحام حرارة شديدة ودورات تبريد سريعة تتسبب في حدوث تغيرات في البنية المجهرية داخله. مثل خشونة معدن اللحام (HAZ) وترسيب كربيد الكروم. قد تؤثر هذه التعديلات على قوته وليونته وقدراته على مقاومة التآكل.

يمكن أن يساهم اللحام في التآكل الجلفاني، والذي يحدث عندما يتلامس معدنان. على سبيل المثال، قد تتآكل اللحامات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بسبب التآكل الجلفاني الناتج عن تفاعل النحاس (Cu) الموجود في معدن اللحام مع الأكسجين من غاز اللحام.

يوفر الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين مثل 17-4 وPH13-8Mo مقاومة أكبر للتآكل من الدرجات الأوستنيتي مثل 304 و316؛ ومع ذلك، يمكن أن تكون عرضة للتوعية والتآكل بين الخلايا الحبيبية. للتغلب على هذه المشكلة، يجب وضع اللحامات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ على الوجهين في بيئة خالية من التآكل؛ وبدلاً من ذلك، قد تقلل المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) من حساسية التحسس بالإضافة إلى تعزيز قوة الشد والصلابة الجيدة بعد اللحام.

الخواص الميكانيكية

يُعد الفولاذ المقاوم للصدأ بشكل عام من المواد القوية والمرنة؛ ومع ذلك، فهي عرضة للتغيرات أثناء عمليات اللحام. عند تعرضها لدرجات حرارة قصوى أثناء عمليات اللحام، قد يصبح معدن اللحام ومواد اللحام/ HAZ هشًا بسبب عمليات التدوير الحراري السريع مما يسبب تغيرات في البنية المجهرية داخل نسيجها ومواد اللحام/HAZ.

يجب دائمًا استخدام معالجات اللحام بالحرارة الفائقة بعد اللحام للمساعدة في حماية المكونات الملحومة معًا والحفاظ على سلامتها، على الرغم من أن ضرورتها تعتمد إلى حد كبير على نوع اللحام وظروف الخدمة المقصودة.

قد تتطلب درجات النيكل والكروم والنيكل الأوستنيتي المصممة للاستخدام في بيئات التآكل الشديدة معالجة حرارية فائقة الحرارة من أجل تقليل التحسس عند التعرض لدرجات حرارة مرتفعة، في حين أن الدرجات المخصصة للتطبيقات الأقل عدوانية أو المعالجة حرارياً في السابق قد لا تتطلب هذه العملية الإضافية.

استكشفت الدراسات الحديثة تأثيرات PWHT على البنية المجهرية للحام الفولاذ الأوستنيتي المقاوم للصدأ 316L الملحوم بقوس البلازما والخصائص الميكانيكية أثناء المعالجة الحرارية بسلك البلازما (PWHT). واكتشفوا أنه مع زيادة درجات حرارة المعالجة الحرارية بسلك البلازما PWHT، يزداد محتوى الفريت؛ ولكن تنخفض قوة الشد وصلابة الكسر والاستطالة الموحدة والإطالة الكلية مع كل زيادة في الوقت الذي تستغرقه المعالجة الحرارية بسلك البلازما.

عملية اللحام

يمكن أن يكون للحام تأثير كبير على الخصائص الميكانيكية ومقاومة التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ، ولكن من خلال اختيار معلمات اللحام المناسبة وتطبيق المعالجات الحرارية بعد اللحام يمكن للمهندسين واللحامين تقليل هذه الآثار الجانبية وتعظيم إمكاناتها.

قد يخضع الفولاذ المقاوم للصدأ الملحوم للمعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) لتخفيف الضغوط المتبقية وتحسين قابلية اللحام، خاصةً بالنسبة للأجزاء الأكبر أو الأكثر سمكًا من المواد. ولسوء الحظ، قد تتسبب المعالجة الحرارية بعد اللحام (PWHT) أيضًا في تشويه مقطع اللحام؛ وللحد من هذا الاحتمال يجب تركه رخوًا بما يكفي بحيث لا يتسبب تمدده وانكماشه في حدوث تشويه في الوصلات الرئيسية.

لا يقلل PWHT من الإجهاد فحسب، بل يمكنه أيضًا تقليل قابلية التقصف في طور سيجما والتلف الزاحف في درجات الحرارة المرتفعة من خلال تقليل التدرج في درجة الحرارة بين تخفيف الإجهاد ودرجات حرارة التلدين بالمحلول.

في ظل مدخلات حرارة اللحام المختلفة، تم استخدام الفحص المجهري البصري لتقييم تأثيرات اللحام على البنية المجهرية لتراكب اللحام. ازداد محتوى الفريت مع زيادة مدخلات حرارة اللحام؛ وهذا يشير إلى أن فريت دلتا قد تحول بشكل تفضيلي إلى فريت سيجما أثناء الاندماج، مما أدى إلى فقدان الوزن الذي تم قياسه من خلال اختبار مقاومة التآكل في بيئة تآكل اصطناعية.

المتطلبات

يجب أن تحافظ المعالجة الحرارية بعد اللحام للفولاذ المقاوم للصدأ على خواصها الميكانيكية. وينطبق هذا بشكل خاص على الدرجات الأوستنيتية حيث تظل الطبقة السطحية الأوستنيتية المتكونة من تكوين طبقة سلبية تحتوي على أكسيد الكروم مستقرة بعد اللحام لتقليل مشاكل التآكل؛ ومع ذلك، يمكن أن تؤدي المعالجة الحرارية بعد اللحام إلى تفكيك هذا الحاجز وبالتالي تقليل مقاومة التآكل لهذه المواد.

ولذلك، من الضروري أن يعرف الأفراد متى يحتاج الفولاذ المقاوم للصدأ إلى معالجة حرارية بعد اللحام أم لا بعد اللحام. وتعتمد الحاجة إلى المعالجة الحرارية لما بعد اللحام اعتمادًا كبيرًا على درجته وظروف الخدمة المتوقعة وإجراءات اللحام.

لا تستلزم العديد من التطبيقات الصناعية التي تستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ المعالجة الحرارية الفائقة للصدأ، مثل اللحامات في المصانع المضغوطة. ويمكن أن يُعزى ذلك إلى تقنيات اللحام المتقدمة، واللحامات الأصغر حجمًا، والبيئة الخالية من مشاكل التآكل بين الخلايا الحبيبية.

هناك بعض عمليات اللحام التي تتطلب المعالجة الحرارية الحرارية الفائقة PWHT، مثل تلك الموجودة في بيئات معادية أو ظروف الضغط العالي. يمكن أن يؤدي تكسير تسييل حدود الحبيبات إلى فقدان ليونة كبيرة وزيادة القابلية للتشقق الإجهادي الناتج عن تآكل الكلوريد؛ يعمل PWHT عن طريق تسخين الوصلة في درجات حرارة تشجع على تكوين كربيد النيوبيوم أو الموليبدينوم الناعم مع كبح نمو جزء الفريت من السبيكة الذي يسمى "طور سيجما" في الوقت نفسه، وهو ما يعرف باسم التثبيت الميكانيكي الحراري.