การศึกษาพฤติกรรมการแตกร้าวจากการกัดกร่อนด้วยความเครียดของเหล็กกล้าไร้สนิมสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในสภาวะน้ำอุณหภูมิสูงและความดันสูง

ด้วยการพัฒนาอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็ว ความต้องการพลังงานจึงเพิ่มสูงขึ้น และโรงไฟฟ้าถ่านหินแบบดั้งเดิมก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรง เมื่อประชาคมระหว่างประเทศให้ความสำคัญกับปัญหาการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมากขึ้น จีนจึงได้กำหนดให้การพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์เป็นหนึ่งในมาตรการสำคัญเพื่อแก้ไขปัญหาสิ่งแวดล้อมอุบัติเหตุทางนิวเคลียร์ที่เชอร์โนบิลในปี 1986 และอุบัติเหตุทางนิวเคลียร์ที่ฟุกุชิมะในประเทศญี่ปุ่นในปี 2011 ได้ก่อให้เกิดการระเบิด ซึ่งส่งผลให้เกิดการรั่วไหลของวัสดุนิวเคลียร์กัมมันตรังสีในวงกว้าง และความปลอดภัยทางนิวเคลียร์ทั่วโลกได้กลายเป็นเรื่องที่มีความสำคัญเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ในปัจจุบัน โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่ดำเนินการอยู่ในโลกสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำเบา และโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์แบบน้ำหนักเครื่องปฏิกรณ์น้ำเบาประกอบด้วยเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง (PWRs) และเครื่องปฏิกรณ์น้ำเดือด (BWRs) การกัดกร่อนของวัสดุโครงสร้าง โดยเฉพาะการแตกร้าวจากการกัดกร่อนเนื่องจากความเค้น (SCC) เป็นปัญหาสำคัญที่ส่งผลกระทบต่อความปลอดภัยของอุปกรณ์และท่อในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์เพื่อปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของอุปกรณ์พลังงานนิวเคลียร์ วัสดุโครงสร้างส่วนใหญ่ที่ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ที่ใช้น้ำเป็นสื่อหล่อเย็นเป็นโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นฐานและเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเทนนิติกซึ่งมีความต้านทานการกัดกร่อนและคุณสมบัติทางกลที่ดี ความต้านทานการกัดกร่อนที่เหนือกว่านี้เกิดจากการเกิดฟิล์มออกไซด์ที่มีโครเมียมสูง (ฟิล์มพาสซิเวชัน) บนพื้นผิวของวัสดุในสภาวะที่เป็นสื่อกัดกร่อน.

สภาพแวดล้อมการให้บริการของ วัสดุโลหะนิวเคลียร์ โดยปกติแล้วจะเป็นสภาพแวดล้อมที่มีน้ำอุณหภูมิสูงและความดันสูง พร้อมกับการแผ่รังสีในระดับหนึ่ง สภาพแวดล้อมการทำงานที่รุนแรงและการสัมผัสเป็นเวลานานทำให้วัสดุโครงสร้างของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ในสภาพกัดกร่อน SCC ในน้ำอุณหภูมิสูงและความดันสูงหมายถึงกระบวนการเริ่มต้นการแตกร้าว การแพร่กระจาย และการแตกร้าวที่เกิดจากข้อบกพร่องเฉพาะที่ภายใต้การเร่งความเร็วร่วมกันของวัสดุโครงสร้างที่ไวต่อสื่อกัดกร่อนและความเครียดเมื่อ SCC เริ่มต้นขึ้น มันจะขยายตัวอย่างรวดเร็วบนอุปกรณ์และวัสดุ นำไปสู่ความล้มเหลวของชิ้นส่วน การรั่วไหลของสารหล่อเย็น และแม้กระทั่งการหยุดทำงานของหน่วย ซึ่งเป็นการคุกคามโดยตรงต่อการดำเนินงานที่ปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ดังนั้น การกัดกร่อนจากความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิมในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงของน้ำในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ได้กลายเป็นจุดสนใจทั้งในประเทศและต่างประเทศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในทศวรรษที่ผ่านมา ด้วยการปรับปรุงการประยุกต์ใช้และความต้องการพลังงานสะอาดที่เพิ่มขึ้น รวมถึงการเพิ่มความเข้มงวดของข้อกำหนดในการดำเนินงานที่ปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ การวิจัยระหว่างประเทศเกี่ยวกับการกัดกร่อนจากความเค้นของวัสดุเหล็กกล้าไร้สนิมในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ในช่วงการเติบโตอย่างรวดเร็ว.

อุตสาหกรรมพลังงานนิวเคลียร์ของจีนเริ่มต้นค่อนข้างล่าช้า ปัจจุบัน โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่ที่ดำเนินการและอยู่ระหว่างการก่อสร้างเป็นเตาปฏิกรณ์ที่นำเข้าและใช้เตาปฏิกรณ์น้ำแรงดัน เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องยังไม่สมบูรณ์ การวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับเคมีของน้ำยังขาดแคลนและอ่อนแอ และประสบการณ์ในทางปฏิบัติมีน้อยวัสดุโครงสร้างที่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่เป็นสแตนเลส 304 และ 316, โลหะผสมนิกเกิล 600 และ 690, โลหะเชื่อมนิกเกิล 52/152 และเหล็กกล้าคาร์บอน งานวิจัยเกี่ยวกับการป้องกันการกัดกร่อนและการป้องกันรังสีของวัสดุโครงสร้างของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในประเทศจีนได้สำรวจและประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเคมีน้ำที่เหมาะสมกับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในประเทศ โดยอาศัยประสบการณ์จากต่างประเทศและผสมผสานกับสถานการณ์จริงในประเทศจีน.

SCC ของสแตนเลสสตีลสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

เนื่องจากความเหนียวที่ดี ความต้านทานการกัดกร่อน และประสิทธิภาพในการแปรรูป สแตนเลสจึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุปกรณ์หลัก ท่อ และรอยเชื่อมของเกาะนิวเคลียร์ PWR โดยใช้เป็นหลักในชั้นผิวของภาชนะรับความดันของเครื่องปฏิกรณ์ สลักเกลียวหุ้มภายใน กลไกขับเคลื่อนแท่งดัน ท่อระบบหล่อเย็นหลักของเครื่องปฏิกรณ์ และชิ้นส่วนอื่นๆในช่วงทศวรรษ 1970 พบตัวอย่างการกัดกร่อนจากความเค้นในสแตนเลสสตีลในบริเวณที่มีการแข็งตัวจากความเค้นสูงในระบบหลักของเครื่องปฏิกรณ์น้ำแรงดันสูง การแตกร้าวที่เกิดจากแรงเค้นทางกลล้วนแตกต่างจากการกัดกร่อนแบบ SCC ในสภาวะอุณหภูมิปกติ เมื่อสแตนเลสสตีลถูกใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงของน้ำในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จะเกิดการแตกร้าวแม้ภายใต้สภาวะที่มีความเค้นต่ำมากก็ตามจำนวนรอยแตกมีน้อย ความลึกมาก ความกว้างแคบ และทิศทางโดยพื้นฐานแล้วตั้งฉากกับทิศทางของแรงเค้น SCC สามารถเป็นแบบข้ามเม็ด (TGSCC) หรือแบบระหว่างเม็ด (IGSCC)ดังนั้น การวิเคราะห์อิทธิพลของกระบวนการแปรรูปวัสดุที่แตกต่างกันและพารามิเตอร์ทางเคมีของสิ่งแวดล้อมน้ำต่อพฤติกรรมการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นของวัสดุสแตนเลสในน้ำที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ รวมถึงปฏิสัมพันธ์และผลเสริมฤทธิ์กันของวัสดุ สภาพแวดล้อม และความเค้น-ความเครียด จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง.

วิธีการทดสอบการกัดกร่อนจากความเครียด

2.1 วิธีการทดสอบความไวของ SCC ที่ใช้กันทั่วไป

การเกิด SCC ในวัสดุโครงสร้างของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะก่อให้เกิดปัญหา เช่น การหยุดทำงานและการบำรุงรักษา หากไม่สามารถตรวจพบหรือจัดการได้อย่างเหมาะสม จะส่งผลกระทบโดยตรงต่อการดำเนินงานที่ปลอดภัยและมั่นคงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ นักวิชาการทั้งในประเทศและต่างประเทศได้ศึกษาพฤติกรรมการแตกร้าวจากความเค้นกัดกร่อน การเริ่มต้นรอยแตกร้าว และอัตราการขยายตัวของรอยแตกร้าว (CGR) ของวัสดุเหล็กกล้าไร้สนิมในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันโดยใช้วิธีการทดสอบที่หลากหลาย.

เมื่อใช้ร่วมกับมาตรฐาน GB/T15970-2018 และ ASTM E399 ตัวอย่างทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นประกอบด้วยตัวอย่างเรียบ ตัวอย่างมีร่องบาก และตัวอย่างที่มีรอยแตกร้าวล่วงหน้า และวิธีการโหลดประกอบด้วย การเคลื่อนที่คงที่ การรับน้ำหนักคงที่ และอัตราการเปลี่ยนรูปช้าวิธีการเปลี่ยนตำแหน่งคงที่อย่างต่อเนื่องจะทำการเปลี่ยนตำแหน่งรวมคงที่ต่อวัสดุโลหะผ่านฟิกซ์เจอร์หรือสลักเกลียว ก่อนการทดลอง โดยมักจะรวมถึงตัวอย่างงอ ตัวอย่างรูปตัว U ตัวอย่างรูปตัว C เป็นต้น วิธีนี้มีความง่ายในโหมดการโหลด ราคาถูกในการยึดฟิกซ์เจอร์ และเหมาะสำหรับการเปลี่ยนแปลงขนาดของตัวอย่างในช่วงกว้าง แต่ไม่สามารถวัดความเค้นที่สอดคล้องได้อย่างแม่นยำ และการวิเคราะห์สถานะความเค้นที่สอดคล้องไม่ชัดเจนการทดสอบอัตราการยืดตัวช้าสามารถทำให้การประยุกต์ใช้และการคำนวณความเค้นง่ายขึ้น และทำให้ตัวอย่างแตกหักอย่างสมบูรณ์เพื่อกำหนดพารามิเตอร์บางอย่างในการประเมินความไวต่อการเกิด SCC ของวัสดุ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์มีความซับซ้อนค่อนข้างมาก และมีปัจจัยหลายประการที่ส่งผลต่อการกำหนดค่าอัตราการยืดตัว เมื่อเปรียบเทียบกับตัวอย่างแบบดัดแล้ว ต้องการกรอบยึดที่หนากว่าและวิธีการรับน้ำหนักวิธีการวิเคราะห์และการทดสอบสมัยใหม่ เช่น เทคโนโลยีเสียงรบกวนทางไฟฟ้าเคมี สามารถให้การตรวจสอบในสถานที่อย่างต่อเนื่องและไม่ทำลายการเริ่มต้นและการพัฒนาของการกัดกร่อนในท้องถิ่นได้ ประสิทธิภาพการกัดกร่อนจากความเค้นของวัสดุโลหะมีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับโครงสร้างของวัสดุ ระดับความเค้น และสภาวะกัดกร่อน เมื่อประเมินความไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้น ควรเลือกวิธีการทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นและประเภทตัวอย่างที่เหมาะสม วิธีการทดสอบที่แตกต่างกันอาจนำไปสู่ผลการทดสอบที่แตกต่างกัน.

2.2 วิธีการทดสอบสำหรับการเริ่มต้นรอยแตกและการแพร่กระจายของ SCC

วิธีการทดสอบการกัดกร่อนจากความเค้นของโลหะในมาตรฐานข้างต้นสามารถนำไปใช้ได้ทั่วไปในการทดสอบความไวต่อการกัดกร่อนแบบ SCC ภายใต้เงื่อนไขปกติ และยังให้การสนับสนุนและข้อมูลอ้างอิงสำหรับการทดสอบในสภาพแวดล้อมพิเศษของพลังงานนิวเคลียร์ เช่น การทดสอบ SSRT, การทดสอบ U-bend, การทดสอบ C-ring เป็นต้น; ตัวอย่างทดสอบแบบแรงดึงกะทัดรัด (CT) สามารถนำมาใช้ร่วมกับวิธีการวัดการลดศักย์ไฟฟ้า DC (DCPD) เพื่อวัดความยาวการเจริญเติบโตของรอยแตกในสถานที่จริงเพื่อกำหนดอัตราการเจริญเติบโตของรอยแตกได้.

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เนื่องจากสภาพแวดล้อมของน้ำที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงเป็นพิเศษในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ประเทศจีนได้ออกแบบวิธีการทดสอบพิเศษและพัฒนามาตรฐานกลุ่มที่เกี่ยวข้อง เช่น T/CSTM 00080-2019 ว่าด้วยการทดสอบการเริ่มต้นรอยแตก T/CNS 5-2018 ว่าด้วยการทดสอบอัตราการขยายตัวของรอยแตก เป็นต้นมาตรฐานกลุ่มถูกกำหนดขึ้นโดยพิจารณาควบคู่กับมาตรฐานที่มีอยู่ทั้งในประเทศและต่างประเทศ รวมถึงวิธีการทดสอบภายในประเทศ เอกสารทางเทคนิค และประสบการณ์ในทางปฏิบัติ เพื่อให้การสนับสนุนการดำเนินการบรรจุตัวอย่าง การตรวจสอบพารามิเตอร์ทางเคมีของน้ำแบบออนไลน์ การควบคุมแบบเรียลไทม์ และการทดสอบการกัดกร่อนภายใต้ความเค้นในสภาพแวดล้อมน้ำที่มีอุณหภูมิและความดันสูงได้อย่างราบรื่น ปลอดภัย และมีประสิทธิภาพ.

2.3 วิธีการทดสอบทางเคมีไฟฟ้า

นอกเหนือจากการทดสอบพฤติกรรมของ SCC ของวัสดุโลหะโดยตรงแล้ว เคอโรชั่นอิเล็กโทรเคมียังเป็นวิธีที่สำคัญในการประเมินความต้านทานการเคอโรชั่นของโลหะ วัดอัตราการเคอโรชั่น และศึกษา mechansim ของการเคอโรชั่นอีกด้วย ประเทศจีนได้กำหนดมาตรฐานที่เกี่ยวข้องไว้แล้ว เช่น GB/T 24196-2009, T/CNS 6-2018 และ T/CNS 3-2018.

ปัจจัยที่มีผลต่อ SCC ในน้ำที่มีอุณหภูมิสูงและแรงดันสูง

พฤติกรรมการกัดกร่อนจากความเค้นของเหล็กกล้าไร้สนิมในสภาพแวดล้อมน้ำที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์อยู่ภายใต้อิทธิพลที่ครอบคลุมของปัจจัยต่างๆ ซึ่งรวมถึงปัจจัยด้านวัสดุ (การบำบัดพื้นผิว การแปรรูปเย็น กระบวนการอบชุบความร้อน ฯลฯ) ปัจจัยทางกล (ความแข็งแรงที่จุดไหล ความเค้นที่เหลืออยู่ ปัจจัยความเข้มของความเค้น น้ำหนักบรรทุก ฯลฯ) และสภาพแวดล้อมทางเคมีของน้ำ (อุณหภูมิ ค่า pH แคตไอออน ออกซิเจนละลาย ฯลฯ).

3.1 ปัจจัยสำคัญ

3.1.1 การเตรียมพื้นผิว

ข้อบกพร่องบนพื้นผิววัสดุและรอยขีดข่วนที่เกิดจากการประมวลผลเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ในระหว่างการใช้งาน ผ่านการทดสอบอัตราการยืดตัวช้า (SSRT) Scenini และคณะได้ชี้ให้เห็นว่าการบำบัดพื้นผิวในสารหล่อเย็นที่มีอุณหภูมิสูงมีบทบาทสำคัญในการเริ่มต้นรอยแตก SCCเมื่อเปรียบเทียบกับการแปรรูปทางกล พื้นผิวของตัวอย่างเหล็กกล้าไร้สนิม 304L ที่ขัดด้วยสารแขวนลอยออกไซด์ (OPS) δ บริเวณใกล้รอยต่อเฟอไรต์/ออสเทนไนต์มีความไวต่อการเกิด SCC มากกว่า ซึ่งทำให้มีความไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นมากขึ้นในสภาพแวดล้อมจำลองของน้ำในระบบหลักของเครื่องปฏิกรณ์แบบน้ำเดือด (PWR) รอยแตกข้ามเมล็ด (transgranular cracks) มักจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของตัวอย่างที่ผ่านการกลึง ซึ่งมีความสัมพันธ์อย่างมากกับรอยเครื่องจักร อย่างไรก็ตาม มีรอยแตกข้ามเมล็ดเพียงเล็กน้อยบนพื้นผิวของวัสดุที่ขัดเงาอย่างดี และลักษณะของรอยแตกส่วนใหญ่เป็นรอยแตกระหว่างเมล็ด (intergranular).

ในฐานะกระบวนการเสริมความแข็งแรงพื้นผิวที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย การพ่นลูกกระสุนใช้อนุภาคของลูกกระสุนเพื่อยิงไปที่พื้นผิวของวัสดุและฝังความเค้นบีบอัดที่เหลืออยู่ ซึ่งสามารถชดเชยความเค้นดึงบางส่วนบนพื้นผิวของท่อถ่ายเทความร้อน ปรับปรุงความแข็งแรงต่อความล้าของชิ้นงาน และลดความไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นของสแตนเลสได้อย่างมีนัยสำคัญการยิงด้วยลูกเหล็กสามารถส่งผลต่อสถานะมหภาค โครงสร้างจุลภาค ความแข็ง ความเค้นตกค้าง การเปลี่ยนสภาพมาร์เทนไซต์ของพื้นผิววัสดุ และจากนั้นส่งผลต่อความไวต่อการกัดกร่อนจากความเค้นของวัสดุเทคโนโลยีการยิงเลเซอร์แบบช็อตพีนนิ่งไม่มีตัวกลางในการสะท้อนกลับและแรงปฏิกิริยาในระหว่างการทำงาน และไม่มีสารตกค้างที่ส่งผลต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์ สามารถสร้างชั้นความเค้นอัดได้ลึกกว่าการช็อตพีนนิ่งแบบทั่วไป และไม่ทำลายพื้นผิวของชิ้นส่วน มีผลในการเสริมความแข็งแรงที่ชัดเจนและมีความสามารถในการใช้งานสูง ถือเป็นเทคโนโลยีที่สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในวงการพลังงานนิวเคลียร์และมีแนวโน้มการประยุกต์ใช้ที่กว้างขวาง.

3.1.2 การทำงานเย็น

การแปรรูปด้วยความเย็นในกระบวนการแปรรูป การติดตั้ง และการผลิตอุปกรณ์นิวเคลียร์จะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคภายในของวัสดุ ตัวอย่างเช่น กระบวนการดัด เชื่อม เจียร ตัด และกระบวนการอื่นๆ ของเหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเทนนิติกจะทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปพลาสติกของวัสดุ การเลื่อนตำแหน่งและการเกิดจุดบกพร่องจะทำให้เกิดการเลื่อนของโครงตาข่าย การเรียงตัวของขอบเมล็ด ความหนาแน่นของการเลื่อนตำแหน่ง และการเปลี่ยนแปลงอื่นๆการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกลในท้องถิ่นและการรวมตัวของแรงเค้นในวัสดุจะเพิ่มความไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของแรงเค้นในเหล็กกล้าไร้สนิม.

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าในสภาพแวดล้อมน้ำหลักของ PWR ที่จำลองขึ้น อัตราการเติบโตของ SCC (CGR) เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อระดับการขึ้นรูปเย็นของเหล็กกล้าไร้สนิมเพิ่มขึ้น และความต้านทาน IGSCC ของเหล็กกล้าไร้สนิมลดลง Arioka และคณะได้ศึกษาพฤติกรรมการเติบโตของ SCC ในเหล็กกล้าไร้สนิม 316 ที่ผ่านการขึ้นรูปเย็นในสารละลายลิเทียมโบรอนที่อุณหภูมิสูงผ่านการทดลองแรงดึง โดยทั่วไปบริเวณปลายรอยแตกเป็นเขตที่มีความเค้นสูงข้อบกพร่องจากช่องว่างที่เกิดขึ้นระหว่างการแปรรูปเย็นจะเคลื่อนที่ไปยังขอบเขตของเมล็ดภายใต้ผลของแรงเครียดที่เปลี่ยนแปลง และเคลื่อนที่ตามขอบเขตของเมล็ดไปยังบริเวณที่มีความเครียดสูง ก่อให้เกิดความหนาแน่นของช่องว่างสูงในพื้นที่เฉพาะ และก่อให้เกิดรูที่ด้านหน้าและรอบๆ รอยแตก การปรากฏของรูและความหนาแน่นของช่องว่างสูงลดคุณสมบัติทางกลที่ขอบเขตของเมล็ดอย่างมาก ทำให้พลังงานยึดเกาะที่ขอบเขตของเมล็ดอ่อนแอลง เป็นตำแหน่งที่อ่อนแอสำหรับการเติบโตของรอยแตก และเร่งการเติบโตของรอยแตกอย่างมากนอกจากนี้ Terachi และคณะยังชี้ให้เห็นว่า ช่องว่างและการเลื่อนที่เกิดระหว่างการขึ้นรูปเย็นของตัวอย่างเหล็กกล้าไร้สนิม 304 และ 316 สามารถเพิ่มค่าความต้านทานต่อแรงดึงของวัสดุได้อย่างมีนัยสำคัญ และอัตราการขยายตัวของรอยแตกจะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย โดยทั่วไปเชื่อกันว่าค่าความต้านทานต่อแรงดึงของวัสดุ σ ระหว่าง y และ CGR

3.1.3 การอบความร้อน

วัสดุเหล็กกล้าไร้สนิมโดยทั่วไปจะผ่านกระบวนการบำบัดด้วยความร้อน เช่น การละลายในสถานะของแข็ง การทำให้ไวต่อการกัดกร่อน และการชุบแข็งในกระบวนการผลิต อุณหภูมิสูงมีผลกระทบอย่างมากต่อการวิวัฒนาการของโครงสร้างจุลภาคและความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุ เหล็กกล้าไร้สนิมมีปริมาณ Cr มากกว่า 13% ภายใต้สภาวะการอบอ่อน แสดงให้เห็นถึงความต้านทานที่ดีต่อการกัดกร่อนทั่วไปและการกัดกร่อนเฉพาะที่อย่างไรก็ตาม สแตนเลสที่สัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงจะเกิดการตกผลึกและตกตะกอนคาร์ไบด์ที่มีโครเมียมสูง (Cr23C6) ที่ขอบเขตของเม็ดเกรน ปรากฏการณ์ที่มีโครเมียมต่ำที่ขอบเขตของเม็ดเกรนเป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนระหว่างเม็ดเกรนและความต้านทานการกัดกร่อนจากความเค้นของสแตนเลสชนิดออสเทนนิติกลดลง การอบชุบที่เหมาะสมสามารถบรรเทาปัญหาการขาดโครเมียมได้.

สำหรับการบำบัดด้วยสารละลายที่อุณหภูมิหนึ่ง (เช่น 1100 ℃) เมื่อเวลาในการแช่สารละลายเพิ่มขึ้น ผลของสารละลายต่ออะตอมของสารละลายและอะตอมของสิ่งเจือปนในเหล็กกล้าไร้สนิม 316L จะค่อยๆ เพียงพอ ไมโครฮาร์ดเนสจะเพิ่มขึ้น และขนาดของเม็ดจะเพิ่มขึ้นในระยะเริ่มต้นของการเกิดรอยแตกการกัดกร่อนระหว่างเกรน ผลกระทบของการบำบัดสารละลายที่แตกต่างกันต่ออัตราการกัดกร่อนของตัวอย่างไม่ชัดเจน; ในช่วงเวลาการเติบโตของรอยแตก ตัวอย่างที่มีเวลาการละลายของแข็งนานกว่าแสดงความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนระหว่างเกรนที่ดีกว่าอย่างมีนัยสำคัญ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าเหล็กกล้าไร้สนิมที่ผ่านการบำบัดสารละลายที่ 0.5~1 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิ 1100 ℃ มีคุณสมบัติโดยรวมที่ดีกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับการบำบัดด้วยสารละลาย อัตราการกัดกร่อนและอัตราการขยายตัวของรอยแตกของเหล็กกล้าไร้สนิมที่ผ่านการกระตุ้นเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เห็นได้ชัดว่าการบำบัดด้วยการกระตุ้นไม่เอื้อต่อการปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนแบบรอยแตกจุลภาค (SCC) ของเหล็กกล้าไร้สนิม 316L กระบวนการกระตุ้นทำให้เกิดการขาดโครเมียมที่ขอบเม็ดของเหล็กกล้าไร้สนิม 304 ได้ง่าย ความไวต่อ SCC เพิ่มขึ้น และมีความเป็นไปได้มากขึ้นที่จะเกิดการกัดกร่อนแบบ SCC ที่เกิดจากการกระตุ้น (IGSCC).

การแตกร้าวของเหล็กกล้าไร้สนิม

สแตนเลสเป็นที่นิยมเนื่องจากความคงทนและความต้านทานต่อการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม มันไม่สามารถต้านการแตกร้าวได้ในทุกสภาพการใช้งาน การเข้าใจพฤติกรรมของการแตกร้าวของสแตนเลสจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานอย่างมีประสิทธิภาพ.

การแตกร้าวสามารถนำไปสู่ปัญหาสำคัญในหลากหลายการใช้งาน การแตกร้าวเนื่องจากความเค้นกัดกร่อนเป็นปัญหาที่พบได้บ่อย ซึ่งมักถูกกระตุ้นโดยปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์วัสดุต้องตระหนักถึงความท้าทายเหล่านี้.

การเข้าใจคุณสมบัติและปัญหาของเหล็กinox

สแตนเลสสตีลมีคุณค่าจากคุณสมบัติที่โดดเด่น เช่น ความแข็งแรงและความต้านทานต่อการเกิดสนิม คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้สแตนเลสสตีลเป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยมในงานก่อสร้างและการผลิต อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักถึงปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้.

หลายปัจจัยสามารถส่งผลต่อประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของสแตนเลสได้ การเข้าใจองค์ประกอบเหล่านี้ช่วยในการออกแบบผลิตภัณฑ์ที่ปลอดภัยและคงทนยาวนานขึ้น ปัญหาเช่นการแตกร้าวสามารถทำลายความแข็งแรงของมันได้หากไม่ได้รับการแก้ไข.

คุณสมบัติและประเด็นสำคัญ ได้แก่:

• ความต้านทานการกัดกร่อน
• ความแข็งแรงสูง
• ความไวต่อการแตกร้าวเนื่องจากความเค้นจากการกัดกร่อน
• อิทธิพลของสภาพแวดล้อม
• ผลกระทบของกระบวนการผลิต

ประเภททั่วไปของการแตกร้าวในสแตนเลส

เหล็กinox อาจเกิดการแตกร้าวได้หลายประเภท ซึ่งแต่ละประเภทมีลักษณะเฉพาะตัว การเข้าใจประเภทเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการเลือกใช้วัสดุอย่างถูกต้อง.

การแตกร้าวจากความเค้นกัดกร่อน (SCC) มักเกิดขึ้นกับเหล็กกล้าไร้สนิมในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง การแตกร้าวนี้เกิดขึ้นเมื่อความเค้นดึงรวมกับบรรยากาศที่กัดกร่อน เช่น การสัมผัสกับคลอไรด์ เหล็กกล้าไร้สนิมชนิดออสเทนนิติกมีความไวต่อการแตกร้าวนี้เป็นพิเศษ.

การเปราะจากไฮโดรเจนเป็นอีกหนึ่งความเสี่ยง ซึ่งอะตอมของไฮโดรเจนจะแทรกซึมเข้าไปในเหล็ก ทำให้เหล็กเปราะและเกิดรอยแตกได้ง่าย การแตกร้าวประเภทนี้มักเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีความดันสูง.

ประเภททั่วไปของการแตกร้าวของสแตนเลส ได้แก่:

• การแตกร้าวจากความเค้นกัดกร่อน (SCC)
• การเปราะจากไฮโดรเจน
• การแตกร้าวจากความล้าเนื่องจากแรงกระทำแบบเป็นรอบ
• การกัดกร่อนระหว่างเม็ดที่นำไปสู่การเสื่อมสภาพของโครงสร้าง

สาเหตุและปัจจัยที่ส่งผลต่อการแตกร้าวของสแตนเลส

มีหลายปัจจัยที่ส่งผลต่อพฤติกรรมการแตกร้าวของเหล็กกล้าไร้สนิม การทำความเข้าใจปัจจัยเหล่านี้สามารถช่วยในการดำเนินการป้องกันได้.

ปัจจัยสำคัญหนึ่งคือความเค้นตกค้างจากการเชื่อม ซึ่งอาจนำไปสู่ความเค้นดึงที่ไม่พึงประสงค์ ความเค้นนี้ หากไม่ได้รับการแก้ไข จะเพิ่มโอกาสการเกิดรอยร้าวภายใต้อิทธิพลของสภาพแวดล้อม.

อุณหภูมิสูงสามารถทำให้ความเปราะบางที่มีอยู่แย่ลงได้ โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์สูง.

ปัจจัยที่มีส่วนร่วม ได้แก่:

• ความเค้นตกค้างจากการเชื่อม
• การมีอยู่ของคลอไรด์
• อุณหภูมิสูงขึ้น
• โครงสร้างจุลภาคทางโลหะวิทยา

กลยุทธ์การป้องกันและบรรเทาผลกระทบ

การป้องกันการแตกร้าวของสแตนเลสเกี่ยวข้องกับการเลือกวัสดุอย่างมีกลยุทธ์และการปรับกระบวนการให้เหมาะสม การเลือกเกรดที่เหมาะสมสำหรับสภาวะเฉพาะเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการลดความเสี่ยง.

การพิจารณาด้านการออกแบบยังมีบทบาทสำคัญในการป้องกันการเกิดจุดรวมความเค้น การออกแบบที่เหมาะสมสามารถกระจายความเค้นได้อย่างสม่ำเสมอมากขึ้น ซึ่งช่วยลดจุดที่อาจเกิดรอยร้าวได้.

กลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพ ได้แก่:

• การเลือกเกรดสแตนเลสที่เหมาะสม
• การปรับปรุงการออกแบบเพื่อลดการรวมตัวของแรงกด
• การตรวจสอบและบำรุงรักษาเป็นประจำ

สรุป: ข้อควรทราบสำคัญสำหรับการใช้งานสแตนเลส

การเข้าใจพฤติกรรมการแตกร้าวของเหล็กinox เป็นสิ่งสำคัญในการรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้าง. การทำเช่นนี้ต้องให้ความสนใจทั้งสมบัติของวัสดุและสภาพแวดล้อม.

การนำกลยุทธ์ที่มีข้อมูลครบถ้วนมาใช้สามารถลดความเสี่ยงของการแตกร้าวได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งช่วยรับประกันความทนทานและความปลอดภัยของการใช้งานสแตนเลส.