مسائل کلیدی عملیات حرارتی فولاد زنگ نزن آستنیتی

ارزش اصلی فولاد زنگ‌نزن آستنیتی در مقاومت عالی آن در برابر خوردگی نهفته است، به‌ویژه در محیط‌های اکسیدکننده غنی از اکسیژن و شرایط اسیدی. با این حال، این مقاومت در برابر خوردگی مطلق نیست؛ بلکه به شدت به این بستگی دارد که آیا سطح مواد می‌تواند یک لایه غیرفعال محافظ ایجاد و حفظ کند یا خیر. عملیات حرارتی، به‌ویژه عملیات محلول‌سازی حیاتی، نقش تعیین‌کننده‌ای در اطمینان از اثربخشی این لایه غیرفعال دارد.

از آنجایی که فولاد زنگ‌نزن آستنیتی هیچ دگرگونی فاز جامد از دمای اتاق تا دماهای بالا را تجربه نمی‌کند، هدف اصلی عملیات حرارتی آن تغییر سختی نیست، بلکه رفع مشکلات ناشی از فرآوری و بهینه‌سازی ریزساختار است. عملیات محلول‌سازی شامل گرم کردن فولاد تا دمای به اندازه کافی بالا برای حل کامل کاربیدهای رسوب‌کرده در طول فرآوری به داخل ماتریس آستنیتی است، و به دنبال آن خنک‌سازی سریع تا دمای اتاق انجام می‌شود. این فرآیند خنک‌سازی سریع بسیار مهم است، زیرا حالت محلول جامد همگن به‌دست‌آمده در دماهای بالا را «منجمد» می‌کند و از رسوب مجدد کاربیدها در طول خنک‌سازی جلوگیری می‌کند. این امر توزیع یکنواخت عناصر آلیاژی را در داخل ماتریس تضمین می‌کند و زمینه را برای تشکیل یک لایه غیرفعال پایدار فراهم می‌کند.

اگر سرعت خنک‌سازی در طول عملیات محلول‌سازی خیلی کم باشد، مشکلاتی پیش می‌آید. با کاهش دما، حلالیت کربن در آستنیت کاهش می‌یابد و باعث می‌شود اتم‌های کربن ترجیحاً با کروم ترکیب شوند و کاربیدهای غنی از کروم در مرزهای دانه رسوب کنند. این امر مستقیماً منجر به کاهش قابل توجه محتوای کروم در نواحی نزدیک مرزهای دانه می‌شود، پدیده‌ای که به عنوان حساس‌سازی شناخته می‌شود. مرزهای دانه تهی از کروم بسیار آسیب‌پذیر می‌شوند و باعث خوردگی بین‌دانه‌ای شدید می‌شوند که حتی می‌تواند در محیط‌های خورنده معمولی رخ دهد. حساس‌سازی همچنین مقاومت مواد را در برابر خوردگی حفره‌ای به طور قابل توجهی تضعیف می‌کند، زیرا تخریب موضعی لایه غیرفعال به خوردگی اجازه می‌دهد تا به سمت داخل گسترش یابد. علاوه بر این، توزیع غیریکنواخت کروم، مقاومت در برابر خوردگی یکنواخت را کاهش می‌دهد.

یکی دیگر از حالت‌های رایج خرابی برای فولاد زنگ‌نزن آستنیتی، ترک‌خوردگی تنشی است. این امر به دو شرط لازم نیاز دارد: تنش و یک محیط خورنده خاص. برای کاربردهایی که در درجه اول از مقاومت در برابر خوردگی آن استفاده می‌کنند تا از استحکام آن، خطرات ناشی از تنش‌های پسماند نیازمند توجه ویژه است. بازپخت تنش‌زدایی می‌تواند به طور موثر تنش‌های پسماند را از بین ببرد و در نتیجه خطر ترک‌خوردگی تنشی را کاهش دهد.

هنگامی که حساس‌سازی رخ می‌دهد، می‌توان آن را با گرم کردن مجدد فولاد بالای 850 درجه سانتی‌گراد برای حل مجدد کاربیدها، و به دنبال آن خنک‌سازی سریع، اصلاح کرد. بنابراین، عملیات محلول‌سازی مناسب (گرم کردن و خنک‌سازی سریع) مهم‌ترین فرآیند عملیات حرارتی برای اطمینان از این است که فولاد زنگ‌نزن آستنیتی به مقاومت بهینه خود در برابر خوردگی دست یابد. عملیات حرارتی نامناسب، به‌ویژه آنهایی که منجر به حساس‌سازی می‌شوند، مقاومت در برابر خوردگی را که به آن متکی است، به طور قابل توجهی به خطر می‌اندازد.