عنوان
تأثير هم‌افزايي عناصر تيتانيم، زيركونيوم و نيتروژن بر رفتار خزشي لوله‌هاي ريفرمر HP-Nb ريختگي به روش گريز از مركز
نويسنده اصلي
ناظمي هرندي، علي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
مهندسي متالورژي و مواد
مقطع تحصيلي
دكتري
چكيده
فولادهاي زنگ‌نزن آستنيتي HP داراي مقاومت عالي در برابر اكسيداسيون، كربوراسيون و خزش در دماي بالا هستند. اين دسته از فولادهاي مقاوم به حرارت كه حاوي مقادير بالاي نيكل و كروم مي‌باشند اغلب در ساخت لوله‌هاي ريفرمر در صنايع پتروشيمي مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از اين لوله‌ها عموماً براي فرايند تبديل گازها (مخلوطي از هيدروكربن‌ها) و بخار آب به يك گاز غني از هيدروژن استفاده مي‌كنند. اين آلياژها پس از قرارگيري در دماهاي بالاتر از 840 درجه سانتي‌گراد و مدت زمان طولاني تحت تأثير آسيب‌هاي خزشي و ديگر مكانيزم‌هاي تخريب قرار مي‌گيرند. در اين پژوهش تأثير عناصر ميكروآلياژي بر ريزساختارهاي ريختگي و پيرشده لوله‌هاي گريز از مركز HP-Nb مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج نشان داد كه ساختار ريختگي حاوي كاربيدهاي يوتكتيك در فضاهاي بين‌دندريتي در زمينه آستنيتي است در حالي كه در نمونه پيرشده تغييرات ريزساختاري مهمي نظير رشد كاربيدهاي اوليه، رسوبات ريز كاربيدهاي ثانويه M23C6، جدايش سيليسيم در مرزدانه‌هاي بين‌دندريتي و انتقال كاربيدهاي MC به فاز G رخ داد. رسوب كاربيدهاي يوتكتيك در مرزدانه‌ها نقش مهمي را در كنترل تغيير شكل خزشي فولادهاي HP-Nb ايفا مي‌كند. بر اساس آناليز تخريب صورت‌گرفته بر روي لوله‌هاي ريفرمر، فرايند خستگي حرارتي - مكانيكي منجر به آسيب‌هاي ريزساختاري نظير حفرات خزشي در مجاورت رسوبات كاربيدي و در مرزدانه‌هاي آستنيت شده‌است. تصاوير ميكروسكوپي الكتروني، مبيّن اشاعه ترك در امتداد كاربيدهاي به‌هم‌پيوسته Cr23C6 مي‌باشد. جوانه‌زني حفرات تحت تأثير لغزش مرزدانه‌اي رخ داده است و وابستگي زيادي به ريخت ريزساختار دارد به گونه‌اي كه لوله حاوي تيتانيم به دليل تشكيل كاربيدهاي ريزتر و مجزا از هم و همچنين پايداري فازي بالاتر نسبت به نمونه فاقد تيتانيم، از استحكام خزشي بالاتري برخوردار بود. پس از آناليز تخريب لوله‌ها، چهار لوله با افزودني‌هاي مختلف از ميكروعناصر آلياژي به روش گريز از مركز توليد شد. لوله‌هاي ريختگي از جنبه‌هاي ريزساختاري، خواص مكانيكي، شكست‌نگاري و همچنين رفتار خزشي مورد ارزيابي قرارگرفت. تيتانيم باعث ريزتر شدن و انفصال كاربيدهاي يوتكتيك در مرز دانه‌هاي آستنيت شد. افزودن همزمان تيتانيم و زيركونيوم منجر به تشكيل يك سري كاربيدها و كربونيتريدها در زمينه شد. توزيع رسوبات ZrO2 به طور يكنواخت در زمينه امكان جوانه‌زني ناهمگن را براي انجماد فولاد مذاب ميسر ساخت. با توجه به نقش اين رسوبات در جوانه‌زني ناهمگن، پايداري حرارتي بالاتر و متوقف كردن حركت نابجايي‌ها، استحكام تنش گسيختگي تا حدود 5/1 برابر نسبت به لوله HP-Nb افزايش يافت. نيتروژن نيز ضمن كاهش فاصله بين بازوي دندريت‌ها، ريخت كاربيدهاي يوتكتيك را از حالت رشته‌اي به حالت مغزي‌شكل تغيير داد. افزودن زيركونيوم و نيتروژن در طي فرايند ريخته‌گري يك اثر هم‌افزايي همراه با تيتانيم به دست آورد. اين نتايج مرتبط با تغييرات ريزساختاري در طول پيرسازي است به گونه‌اي كه توزيع رسوبات ثانويه بسيار ريزتر و بيشتر، همراه با پايداري حرارتي بالاتر حاصل شد. بهترين رفتار خزشي در لوله حاوي مقادير اندك تيتانيم، زيركونيوم و نيتروژن مشاهده شد به گونه‌اي كه استحكام تنش گسيختگي تا حدود 2 برابر نسبت به لوله HP-Nb افزايش يافت.
شماره ركورد
226865
گرايش رشته تحصيلي
مهندسي مواد
دانشكده
مهندسي مواد
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان