Giòn Kim Loại Mối Hàn Thép Chịu Nhiệt và Thép Bền Nhiệt Austenit Ở Nhiệt Độ Cao

Cơ Chế Gây Giòn Kim Loại Mối Hàn Thép Austenit

Kim loại mối hàn của thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt austenit có thể trở nên giòn thông qua một số cơ chế hóa già nhiệt khác nhau, tùy thuộc vào dải nhiệt độ và thành phần hóa học của hợp kim:

• Hóa Già Nhiệt trong Vùng 350-500°C (Giòn 475°C): Đây là hiện tượng giòn xảy ra khi thép được duy trì trong khoảng nhiệt độ này trong thời gian dài. Mặc dù cơ chế chính xác vẫn đang được nghiên cứu, người ta cho rằng sự hình thành các cụm nguyên tử giàu chromium có thể góp phần làm tăng độ cứng và giảm độ dẻo dai.
• Hóa Giả do Tiết Pha Carbide Cr₂₃C₆ (Vùng 500-650°C): Nếu kim loại mối hàn có tổ chức hai pha (austenite + ferrite) và được giữ ở vùng nhiệt độ này đủ lâu, pha carbide crom (Cr₂₃C₆) sẽ kết tủa tại ranh giới hạt. Sự hình thành carbide này làm giảm hàm lượng chromium trong ma trận austenite, dẫn đến nguy cơ giảm khả năng chống ăn mòn và gây giòn mối hàn
• Tiết Pha Sigma (σ) (Vùng 700-850°C): Quá trình tiết pha sigma là một hiện tượng khác có thể xảy ra, phụ thuộc vào thành phần hóa học cụ thể của hợp kim. Pha sigma là một pha kim loại trung gian cứng và giòn, có thể hình thành tại ranh giới hạt austenite. Sự xuất hiện của pha sigma làm giảm đáng kể độ dẻo dai ở nhiệt độ thấp và giới hạn bền nhiệt ở nhiệt độ cao của mối hàn.

Ảnh Hưởng Của Các Nguyên Tố Hợp Kim Đến Cơ chế giòn kim loại

Việc hợp kim hóa kim loại mối hàn bằng Titanium (Ti) hoặc Niobium (Nb) mang lại lợi ích trong việc kiểm soát sự hình thành carbide crom. Ti và Nb có ái lực mạnh với carbon, chúng sẽ liên kết với carbon để tạo thành các hạt carbide TiC và NbC bền vững, mịn và phân tán đều trong hạt kim loại austenite. Điều này ngăn chặn chromium liên kết với carbon, từ đó giảm nguy cơ tiết pha Cr₂₃C₆ gây giòn.

Ngược lại, các nguyên tố ổn định hóa ferit như Titanium (Ti) và Niobium (Nb) lại có tác dụng thúc đẩy quá trình tiết pha sigma ở vùng nhiệt độ 700-850°C. Do đó, cần cân nhắc kỹ lưỡng thành phần hợp kim để tối ưu hóa tính chất của mối hàn cho từng ứng dụng cụ thể.

Biện Pháp Khắc Phục Hiện Tượng Giòn Kim Loại Mối Hàn

Biện pháp hiệu quả nhất để giảm thiểu sự hình thành các pha carbide crom và sigma gây giòn là giảm hàm lượng carbon trong kim loại mối hàn. Việc sử dụng vật liệu hàn có hàm lượng carbon thấp (chữ "L" thường được thêm vào ký hiệu mác thép để chỉ điều này, ví dụ 304L, 316L) sẽ hạn chế nguồn cung cấp carbon cho quá trình kết tủa carbide.

Ngoài ra, việc kiểm soát nhiệt độ trong quá trình hàn và vận hành cũng rất quan trọng. Tránh duy trì kết cấu hàn ở các dải nhiệt độ nhạy cảm (350-500°C và 500-650°C đối với carbide crom, 700-850°C đối với pha sigma) trong thời gian dài có thể giúp làm chậm hoặc ngăn chặn quá trình hóa già gây giòn.

Kết Luận Giòn Kim Loại Mối Hàn Thép Austenit

Hiện tượng giòn kim loại mối hàn ở thép chịu nhiệt và thép bền nhiệt austenit là một yếu tố cần được quan tâm đặc biệt trong thiết kế và vận hành các kết cấu làm việc ở nhiệt độ cao. Việc hiểu rõ các cơ chế gây giòn, vai trò của các nguyên tố hợp kim và áp dụng các biện pháp kiểm soát thành phần hóa học, đặc biệt là giảm hàm lượng carbon, là yếu tố then chốt để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của các mối hàn trong môi trường khắc nghiệt.