انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

 پایان نامه پروژه رشته مکانیک - بررسی دو نوع خوردگی، خوردگی بين دانه ای و خوردگی توام با تنش در فولادهای

پایان نامه


مقدمه



فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي به علت دارا بودن خواص مكانيكي مناسب و مقاومت عالي به خوردگي، كاربردهاي فراواني در صنايع مختلف دارند. اگر چه حالت كارشده (Wrought) اين فولادها، مقاوم به خوردگي است، اما حالت جوشكاري شده آن ممكن است مقاوم به خوردگي نباشد. سيكل حرارتي ناشي از جوشكاري و يا عمليات حرارتي تنش‌زدايي كه بر فولاد اعمال مي‌شود، ممكن است باعث رسوب فاز كاربيد كروم در مرز دانه‌هاي فولاد، در منطقه متأثر از جوش بشود. نتيجه اين فرايند، كاهش غلظت عنصر كروم در مناطق چسبيده به رسوبها است كه ممكن است اين اختلاف غلظت در تركيب شيميايي، باعث از دست رفتن مقاومت فولاد به خوردگي بشود و فولاد به نوعي خوردگي به نام "خوردگي بين دانه‌اي" حساس بشود. اگر فولاد تحت اين شرايط، در محيط سرويس قرار بگيرد، مناطق حساس شده، خورده مي‌شوند و در نهايت، قطعه دچار شكست ناشي از خوردگي خواهد شد.
طبق آمارهاي موجود، سهم عمده‌اي از شكست قطعات در صنايع، شكست ناشي از خوردگي مي‌باشد كه قسمتي از آن نيز به خوردگي بين دانه‌اي مربوط مي‌شود. در نتيجه، با توجه به اهميت موضوع، هنگام انتخاب فولاد، بايد از مقاومت به خوردگي بين دانه‌اي فولاد مورد نظر، بعد از اتمام پروسه‌هاي ساخت، اطمينان حاصل نمود.
خوردگي بين دانه‌اي، اولين بار حدود 75 سال پيش شناخته شد. از آن موقع به بعد، تحقيقات فراواني به منظور شناخت بهتر اين پديده و روشهاي جلوگيري از آن صورت گرفت. در طول اين مدت، در عمليات توليد فولاد و روشهاي جوشكاري آن، تغييرات قابل ملاحظه‌اي اتفاق افتاده است. با اين همه، كماكان اين سئوال مطرح است كه هم اكنون نيز در استفاده از اين فولادها، با پديده خوردگي بين دانه‌اي روبرو مي‌شويم يا خير؟
نتيجه تحقيقات فراوان انجام شده در ساليان گذشته و يافته‌هاي محققان در زمينه مقابله با اين پديده در اين گزارش آورده شده است. شرايط تركيب شيميايي، روشهاي جوشكاري، عمليات حرارتي و شرايط محيطي كه تحت آن خوردگي بين دانه‌اي مي‌تواند اتفاق بيفتد، مشخص شده و روشهاي جوشكاري براي حداقل كردن اين پديده، معرفي شده است.  
          قسمتي از اين گزارش به پديده Knife Line Attack و مكانيزم تشكيل و روش‌هاي جلوگيري از آن اختصاص دارد. Knife Line Attack  نيز نوعي خوردگي موضعي است كه مكانيزم آن با مكانيزم خوردگي بين دانه‌اي تفاوت دارد و در فولادهاي تثبيت شده اتفاق مي‌‌افتد، ولي به علت شباهت به خوردگي بين دانه‌اي، در بعضي مراجع، نوعي از خوردگي بين دانه‌اي در نظر گرفته مي‌شود.


1-1-     تعريف خوردگي

به تغييراتي كه در نتيجة واكنش‌هاي شيميايي يا الكتروشيميايي مواد با محيط اطراف آنها ايجاد شده و باعث تخريب تدريجي قطعات مي‌شود، خوردگي گفته مي‌شود. خوردگي، يك واكنش نامطلوب است كه سبب جدا شدن تدريجي اتمها از سطح قطعات و تخريب آنها مي‌شود كه در نهايت باعث شكست قطعه شده و خساراتي را بوجود مي‌آورد ]1[.
سرعت فعل و انفعالات خوردگي به عواملي مانند درجه حرارت و غلظت محيط اثركننده بستگي دارد. البته عوامل ديگري نيز مانند تنش مكانيكي (Stress) و فرسايش (Erosion) مي‌تواند به خوردگي كمك كند ]1[.
پديده خوردگي، در اغلب فلزات و آلياژهاي آنها ظاهر مي‌شود زيرا اغلب فلزات و آلياژها تمايل به ايجاد تركيباتي با اتمها يا مولكولهايي از محيط اطراف خود كه تحت شرايط موجود از لحاظ ترموديناميكي پايدار است، دارند. فقط تعداد كمي از فلزات مانند طلا يا پلاتين، تحت شرايط معمولي پايدار هستند و تمايلي به ايجاد واكنش با محيط اطراف ندارند ]1[.
در ادامه اين فصل به تشريح برخي از خوردگي‌هاي مرسوم پرداخته مي‌شود.



1-2-    خوردگي الكتروشيميايي

متداولترين نوع خوردگي، خوردگي الكتروشيميايي است. اين نوع خوردگي غالباً در محيط آبي كه شامل يونهاي نمك محلول است رخ مي‌دهد. بنابراين آب حاوي يونها، از مايعات الكتروليتي محسوب مي‌شود كه محيط مناسبي براي انجام بيشترين واكنشهاي خوردگي است. براي درك بهتر خوردگي الكتروشيميايي، در ذيل، به تشريح واكنشهاي الكتروشيميايي پرداخته مي‌شود ]1[.
موقعي كه قطعة فلزي، در مايع الكتروليتي (مانند HCl) قرار گيرد، اتمهاي فلز در اسيد حل مي‌شوند يا به عبارتي، توسط اسيد خورده مي‌شوند. بدين صورت اتمهاي فلز طبق واكنش  ، به صورت يون، از فلز جدا مي‌شوند و داخل الكتروليت قرار مي‌گيرند. به اين ترتيب مدار الكتريكي در سيستم (بين فلز و الكتروليت) برقرار مي‌شود. مطابق شكل 1-1 اين سيستم داراي 4 جزء است:
1-    آند: الكترونها را به مدار داده و يونهاي فلزي از آن جدا مي‌شوند و آند زنگ مي‌زند.
2-    كاتد: الكترونها را مي‌گيرد.
3-    اتصال الكتريكي: به منظور جريان الكترونها از آند به سمت كاتد و ادامه واكنش بين آند و كاتد برقرار مي‌شود.
4-    الكتروليت مايع: كه بايد با آند و كاتد در تماس باشد. الكتروليت هادي بوده و مدارالكتريكي را كامل مي‌كند. الكتروليت‌ها، وسيلة حركت يونهاي فلزي را از سطح آند به سمت كاتد تأمين مي‌كنند ]1[.

 
شكل 1 1- اجزاي يك پيل ساده الكتروشيميايي]1[.

 بنابراين واكنشهاي خوردگي الكتروشيميايي، با واكنشهاي اكسيداسيون كه الكترونها را توليد مي‌كند و واكنشهاي احياء كه آنها را مصرف مي‌كند، در ارتباط است. هر واكنش، يعني واكنشهاي اكسيداسيون و احياء بايد همزمان و با سرعت يكسان انجام شوند. واكنش زير بصورت اكسيداسيون در آند انجام مي‌گيرد به صورتي كه فلز، يونيزه مي‌شود :
 (1)                                     (به داخل فلز)    (به داخل الكتروليت)  (در سطح فلز)  برعكس، واكنش زير كه در آن فلز با گرفتن الكترون به صورت فلز اتمي آزاد مي‌شود (واكنش احياء)، واكنش كاتدي ناميده مي‌شود :
(2)         (رسوب در سطح ‌خارجي‌ كاتد)   (الكترون ‌از فلز)   (يون ‌موجود در الكتروليت)  
تمايل فلزات براي خوردگي در محيط خورندة خاص متفاوت است. يكي از روشهايي كه براي مقايسه تمايل فلزات براي شكل‌گيري يونهاي فلز در محلولهاي مايع به كار مي‌رود، مقايسه پتانسيلهاي اكسيداسيون يا احياي نيم پيل آنها با پتانسيل مربوط به نيم پيل يون هيدروژن به عنوان مبناست (الكترود هيدروژن استاندارد) ]1[.


1-3-    خوردگي يكنواخت و خوردگي موضعي

عنوان خوردگي موضعي، در مقايسه با خوردگي يكنواخت به كار مي‌رود. خوردگي يكنواخت هنگامي اتفاق مي‌افتد كه شار يونهاي فلزي از سطح و شار يون‌هاي كاتدي (روابط 1 و 2 در صفحه قبل) به سطح، در ابعاد اتمي، يكنواخت باشد. از  نقطه نظر عملي، خوردگي يكنواخت هنگامي اتفاق مي‌افتد كه سايتهاي (sites) موضعي كاتدي و آندي، به اندازه كافي كوچك باشند و بطور يكنواخت توزيع شده باشند تا به شكست به واسطه موضعي شدن واكنش آندي منجر نشوند. در واقع، هر ناهمواري فيزيكي در سطح فلز، به تشكيل يك آند موضعي تمايل دارد مانند مرزدانه‌ها، عيوب كريستالي نظير نابجائيها، پله‌هاي سطحي، فازهاي متفاوت و سطح خشن ناشي از ماشينكاري، سنگ زدن، خراش و ... . همچنين صفحات كريستالي مختلف شبكه كريستالي از يك فلز، آرايش اتمي مختلف دارند و رفتار الكتروشيميايي متفاوتي از خود نشان مي‌دهند (مثلا" بعضي صفحات در محيط‌هاي آبي آندي‌تر مي‌شوند). دانه‌هاي سطحي از يك فلز پلي كريستال ممكن است در معرض محيط خورنده، سرعت خوردگي متفاوتي از خود نشان دهند. اغلب اوقات اين اختلاف در رفتار موضعي كوچك است و در مقياس ماكروسكوپي خوردگي بصورت يكنواخت ظاهر مي‌شود. در بعضي حالات، حمله خوردگي بسيار موضعي است و به شكست موضعي (localized failure) منجر مي‌شود ]2[.
خوردگي موضعي ممكن است در اثر عوامل مختلفي اتفاق بيفتد. در مورد خوردگي مورد نظر ما، خوردگي موضعي در اثر تغيير در تركيب شيميايي اتفاق مي‌افتدكه عبارتست از جدايش شيميايي در نتيجه رسوب يك فاز از محلول جامدي كه از نظر ترموديناميكي ناپايدار است. تعداد زيادي از آلياژها هنگامي كه در سرويس قرار مي‌گيرند و وقتي كه در سرعتهاي بالا سرد شده باشند، رفتار مقاوم به خوردگي از خود نشان مي‌دهند. مقاومت به خوردگي فقط براي تركيبات آلياژي بدست مي‌آيد كه در دماي بالا محلول جامد كاملي تشكيل دهند و اين محلول جامد در سرعتهاي سرد كردن عملي، باقي بماند. اگر سرد شدن خيلي آرام باشد يا به دنبال كوئنچ كردن (سرد كردن سريع) دوباره آلياژ را تا دماي نسبتا" بالا حرارت دهيم، يك يا چند فاز از محلول جامد رسوب مي‌كنند و تغييرات موضعي در تركيب شيميايي به واسطه تشكيل رسوب ممكن است آلياژ را به خوردگي موضعي حساس كند. بسته به نوع آلياژ، زمان مورد نياز براي رسوب، ممكن است از چند ثانيه تا چند ساعت باشد. زمانهاي كم در جوشكاري و زمانهاي بالا در تنش‌زدايي اهميت دارد ]2[.
 خوردگي‌هاي موضعي، بطور متداول در فولادهاي زنگ‌نزن بويژه در فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي، اتفاق  مي‌افتد. طبق آماري كه از صنايع شيميايي Dupont منتشر شده است، از 685 مورد شكست در خطوط لوله و تجهيزات اين كارخانه در مدت 4 سال كه بيشتر از90 درصد آنها از جنس فولاد زنگ‌نزن بوده‌اند، 2/55 درصد آن مربوط به خوردگي مي‌باشد. همانطوريكه در جدول1-1 نشان داده شده است، قسمت عمده شكست‌هاي ناشي از خوردگي، به خوردگي‌هاي موضعي از نوع SCC، IGC، Pitting، Corrosion Fatigue و Crevice corrosion  ارتباط دارد. از اين بين، حدود 6/5 درصد شكست‌ها نيز به خوردگي بين دانه‌اي مربوط مي‌شود]3[.





جدول1 1: درصد شكست‌هاي ناشي از خوردگي در صنايع  Dupont در مدت 4 سال]3[.
 

1-4-    اثر جوشكاري بر خوردگي

اگر چه شكل كار شده (Wrought) يك فلز يا آلياژ در يك محيط بخصوص، مقاوم به خوردگي است، ولي حالت جوشكاري شده آن ممكن است مقاوم به خوردگي نباشد. اگر چه مثالهاي بسياري وجود دارد كه در آنها فلز جوش، مقاومت به خوردگي بهتري نسبت به فلز پايه جوشكاري نشده نشان مي‌دهد، در مواقعي نيز فلز جوش، مقاومت به خوردگي خود را از دست مي‌دهد. شكست ناشي از خوردگي در جوش در حالتي كه فلز پايه و فيلر به درستي انتخاب شوند و كدها و استانداردهاي صنعتي هم رعايت شوند و جوش با نفوذ كامل و داراي شكل مناسب هم رسوب داده شود، مي‌تواند اتفاق بيفتد]4[. بعضي اوقات مشكل است كه بفهميم چرا جوشها خورده مي‌شوند، ولي بطور كلي يك يا چند مورد از فاكتورهاي زير ممكن است در خوردگي جوشها مؤثر باشند:
طراحي جوش
تكنيكهاي توليد (Fabrication Technique)
عمليات جوشكاري (Welding Practice)
پاسهاي جوشكاري (Welding Sequence)
رطوبت
ذرات معدني و آلي
پوسته و فيلم اكسيدي
سرباره و Spatter جوش
ذوب يا نفوذ ناقص جوش
تخلخل
ترك ها (شيارها)
تنشهاي پسماند بالا
انتخاب نادرست فيلر
پرداخت نهايي سطح (Final Surface Finish)


1-5-    پديده‌هاي متالورژيكي ناشي از جوشكاري

سيكل گرم شدن و سرد شدن كه در طول فرايند جوشكاري اتفاق مي‌افتد، بر زير ساختار و تركيب سطح جوشها و فلز پايه مجاور تأثير مي‌گذارد. در نتيجه، ممكن است جوشهاي بدون فيلر و جوشهايي كه با فيلري كه از نظر تركيب شيميايي با فلز پايه يكسان است ((match بوجود بيايند و به خاطر يك يا چند عامل از عوامل زير، مقاومت به خوردگي كمتري نسبت به فلز پايه‌اي كه به درستي آنيل شده است، داشته باشند]4[:
Micro Segregation
رسوب فازهاي ثانويه
تشكيل نواحي مخلوط نشده (Unmixed zone)
تبلور مجدد و رشد در منطقة HAZ
تبخير عناصر آلياژي از حوضچه جوش مذاب
آلودگي هاي حوضچه جوش منجمد شونده

1-5-1- تغييرات فازي و جدايش

 بعضي اوقات لازم است كه پس از عمليات جوشكاري، عمليات تنش‌زدايي بر روي مقاطع سنگين از جنس فولادهاي زنگ‌نزن انجام شود و اين عمليات معمولا" شامل نگه‌ داشتن قطعه در دماي 850 درجه سانتي‌گراد براي مدت چند ساعت مي‌باشد. دماهاي كاري براي فولادهاي 18Cr-10Ni تا حدود 750 درجه سانتي‌گراد و براي grade هاي مقاوم در برابر حرارت (Heat Resisting) در حدود 1000 درجه سانتي‌گراد مي باشد. در اين دماها و مخصوصا در محدوده 900-600 درجه سانتي‌گراد، استحاله فريت به فازهاي σ وχ و رسوب كاربيدها، ممكن است اتفاق بيفتد]6[.
تركيب شيميايي فازهاي σ وχ در فلز جوش فولاد 316 پس از عمليات حرارتي در دماي 850 درجه سانتي‌گراد، در جدول1-2 آمده است. تشكيل فازهاي σ و χ با افزايش درصد موليبدن و كروم، ترغيب مي‌شود و به عنوان مثال، در يك نمونه فلز جوش از جنس فولاد 316، فريت از اين عناصر غني مي‌باشد. جدول 1-3 تركيب شيميايي دو فلز جوش، يكي حاوي 6 درصد فريت و ديگري حاوي 18 درصد فريت را نشان مي‌دهد. همانطوريكه ملاحظه مي‌شود، جدايش موليبدن در فريت، بسيار زياد مي‌باشد كه اين امر، تشكيل مقدار قابل توجهي فاز  σو χ را در فلز جوشي  كه حاوي فريت بيشتري است، پس از عمليات حرارتي در دماي 850 درجه سانتي‌گراد، نتيجه مي‌دهد]6[.

جدول 1 2: تركيب شيميايي فازهاي حاصل از تجزيه فريت و فاز كاربيد]6[.
 

مطالعات نشان داده كه فلز جوشهاي كروم ـ نيكل اوستنيتي به  Microsegregationحساسند و اين حساسيت اولا" به دليل تشكيل دندريت و ثانيا" به خاطر تقسيم شدن عناصر حل شونده بين دو فاز فريت و اوستنيت و ثالثا" به خاطر رسوب كاربيد و تركيب‌هاي بين فلزي مي‌باشد. اگر اين اثر به اندازه كافي شديد باشد، باعث تهي شدن بعضي نواحي، از كروم و موليبدن مي‌شود تا حدي كه مقاومت به خوردگي آنها به مقدار زيادي كاهش مي‌يابد]6[.

جدول 1‏0 3: تركيب شيميايي اوستنيت و فريت در فولاد زنگ‌نزن 316 در شرايط as-weld ]6[.
 

همچنين، جدايش، پسيو بودن فلز جوش را تا حدي كاهش مي‌دهد كه نسبت به اطراف خود آندي مي‌شود، و اين امر باعث خوردگي ترجيحي فلز جوش مي‌شود. در شرايطي كه اين حمله امكان‌پذير است و براي آلياژهايي كه حاوي موليبدن هستند (به اندازه فولاد 316 )، اثر جدايش مي‌تواند با افزايش درصد موليبدن و كروم جبران شود و توليد‌كنندگان الكترودهاي پوشش‌دار، اين نكته را در نظر مي‌گيرند]6[.
 مسأله جدايش براي فولادهاي سوپر اوستيني بسيار شديدتر است. اين فولادها براي مقاومت در محيط‌هايي با خورندگي شديد به كار مي‌روند نظير محيط‌هايي كه حاوي يونهاي كلريد مي‌باشند. اين فولادها معمولآ حاوي حدود 6 درصد موليبدن مي‌باشند. درمورد اين فولادها، جبران كردن اثر جدايش با آلياژهاي پايه آهن امكان پذير نيست، بنابراين براي جوشكاري اين فولادها، از مواد مصرفي پايه نيكل استفاده مي‌شود. جدول 1-4 مقايسه تركيب شيميايي يك آلياژ با تركيب شيميايي نوك دندريت آن و تركيب شيميايي نواحي بين دندريتي، براي رسوب جوش حاصل از فولاد سوپر اوستيتي بدون استفاده از فيلر و با استفاده از فيلر پايه نيكل با دو تركيب شيميايي مختلف را نشان مي‌دهد]6[.




جدول 1 4: Microsegregation فولاد زنگ‌نزن سوپر اوستنيتي]6[.
 


1-6-    خوردگي بين دانه‌اي

 رسوب از يك محلول جامد ناپايدار است و چون مرزدانه‌ها مسيرهاي نفوذ مناسب و نيز مكانهاي جوانه زني مناسب براي رسوب فازها هستند، معمولا" در مرزدانه‌ها اتفاق مي‌افتد (انرژي لازم براي تشكيل يك رسوب در مرزدانه‌ كم است). همراه اين فرايند، يك گراديان تركيب شيميايي به واسطه تهي شدن نواحي اطراف مرزدانه از عنصر حل شونده (كه فصل مشترك‌هاي فاز رسوب كرده با دانه‌هاي اطراف است)، بوجود مي‌آيد.  نتيجه اين فرايندها، غلظت كمتر عنصر حل شونده در مناطقي از محلول جامد چسبيده به رسوبها است كه ممكن است اين اختلاف در تركيب شيميايي براي شروع خوردگي در اين نواحي موضعي كافي باشد]2[.
 يك متغير مهم، مقدار پيوستگي فاز رسوب كرده در مرزدانه‌هاست. اگر اين رسوب مانند مورد a در شكل 2 دورتادور دانه‌ها بطور پيوسته باشد، تمام مرزدانه‌ها يك ناحيه پيوسته در اطرافشان خواهند داشت كه از عنصر حل شونده (كه به سمت مرزدانه‌ها نفوذ مي‌كند) تهي شده است. اگر رسوب ناپيوسته باشد، مانند مورد b در شكل 1-2، مناطقي در مرز دانه بين ذرات رسوب كرده وجود دارد كه از نظر تركيب شيميايي تغيير نكرده و يا كمتر تغيير كرده است]2[. حمله خوردگي به اين بستگي خواهد داشت كه كداميك از نواحي قسمت تغيير نكرده داخل دانه، نواحي تهي شده چسبيده به مرزدانه‌ها و فاز رشد كرده، تمايل دارند به عنوان سطح كاتدي يا آندي عمل كنند]2[.

 
شكل ‏01-2- نمايش شماتيك ريزساختار حساس به خوردگي بين دانه‌اي a: رسوب پيوسته و b: رسوب  ناپيوسته]2[.
اگر فاز دوم رسوب كرده، پيوسته باشد و نسبت به هر دو ناحيه تهي شده و كمتر تهي شده (يا دست نخورده) محلول جامد اطراف، آندي باشد، رسوب خورده مي‌شود و يك شكاف پيوسته بوجود مي‌آورد كه تمايل به منتشر شدن در دورتا دور دانه دارد، اين مورد در شكل 1-3 قسمت  a نشان داده شده است. همچنين طبق مورد b‌ درشكل 1-3، اگر فاز دوم ناپيوسته و آندي باشد، رسوب خورده مي‌شود وحفره‌هاي ايزوله (isolated pit) در طول مرزدانه‌ها بوجود مي‌آورد. روشن است كه در حالت اول، شرايط سخت تري بوجود مي‌آورد كه به جدايش كامل دانه‌ها در طول مرزدانه و جدايش (disintegration) احتمالي آلياژ منتهي مي‌شود ]2[.

 
شكل ‏01 3- پروفيل فصل مشترك خوردگي بين دانه‌اي هنگامي كه فاز رسوب كرده آندي است a: خوردگي ترجيحي فازپيوسته AB2  و b: خوردگي ترجيحي فاز ناپيوسته DE3 ]2[.

اگر مناطق تهي شده محلول جامد چسبيده به رسوب‌هاي مرزدانه، آندي باشد و واكنش كاتدي توسط ذرات رسوب و يا قسمت كمتر تهي شده محلول جامد داخل دانه انجام شود، حمله خوردگي در نواحي نزديك رسوب، موضعي مي‌شود كه در شكل 1-4 نشان داده شده است. حمله خوردگي بسته به توزيع رسوب در مرزدانه، پيوسته و يا ناپيوسته خواهد بود. به ندرت مشاهده مي‌شود كه قسمت كمتر تهي شده محلول جامد داخل دانه، نسبت به نواحي تهي شده در مرزدانه، آندي ‌شود.  در اين حالت به واسطه اينكه سطح كاتد نسبت به سطح آند بسيار بزرگ است، خوردگي موضعي با سرعت بسيار زياد اتفاق مي‌افتد]2[.

 
شكل 1 4- پروفيل فصل مشترك خوردگي  بين دانه‌اي هنگامي كه نواحي تهي شده از ماده حل شدني آندي باشند a: خوردگي بين دانه‌اي هنگامي كه رسوب و نواحي تهي شده پيوسته هستند. b: خوردگي بين دانه‌اي  هنگامي كه رسوب و نواحي تهي شده پيوسته نيستند]2[.


1-7-    خوردگي بين دانه اي فولادهاي زنگ نزن اوستنيتي در اثر جوشكاري

فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي كه حاوي تقريباً 18 درصد كروم و 10 درصد نيكل هستند، به خاطر مقاومت عالي به خوردگي كاربردهاي فراواني در صنايع مختلف نظير صنايع شيميايي، نفت، توليد برق و محيط‌هاي خورنده ديگر دارند و نيز در كارخانجاتي كه محصول توليدي با خلوص بسيار بالا احتياج است و آلودگي‌هاي ناشي از خوردگي قابل چشم پوشي نيست، استفاده مي‌شوند]5[.
مقاومت به خوردگي اين فولادها به خاطر خاصيت غير فعال (Passive) بودن سطح آنها است. به اين معني كه هنگاميكه فولاد زنگ نزن اوستنيتي حتي در يك محيط اكسيد كننده ضعيف هم قرار بگيرد، يك فيلم نازك سخت و چسبنده از اكسيد كروم، روي سطح آن تشكيل مي‌شود كه بطور مؤثر بين فلز و محيط خورنده مانند يك مانع عمل مي‌كند. به منظور بدست آوردن خاصيت "پسيو" در آلياژهاي پايه آهن، ضروري است كه به آنها حداقل حدود 11-10 درصد كروم اضافه شود. اما پايداري فيلم پسيو، با افزايش مقدار كروم، بهبود مي‌يابد و در نهايت محتواي كروم 18 درصد، به منظور تضمين پسيو بودن فولاد، در اغلب شرايط سرويس دهي فولاد به كار مي‌رود. كروم در دماهاي حدود 550 تا 850 درجه سانتي‌گراد ميل تركيبي شديدي با كربن دارد و اگر فولاد زنگ‌نزن 10/18 (منظور، فولادها با محتواي 18 درصد كروم و 10 درصد نيكل است) در اين بازه حرارتي، براي مدت زمان بيشتر از يك حد مشخص، حرارت داده شوند، كاربيدهاي غني از كروم در مرزدانه‌هاي فلز، تشكيل مي‌شوند (شكل1-5 و1-6 ) ]5[.









شكل1 5- مرز دانه در a: فولاد زنگ‌نزن 18/10 عمليات انحلالي شده، هيچ كاربيدي وجود ندارد وb: فولاد زنگ‌نزن18/10 حساس شده، رسوبات كاربيد كروم زيادي ديده مي‌شود]5[. بزرگنمايي:10000×

 اگر اين كاربيدها تشكيل شوند، محيط اطراف اين كاربيدها، از عنصر كروم تهي مي‌شود. مقدار كروم نواحي اطراف مرزدانه‌ها، ممكن است به مقداري برسد كه از مقدار لازم براي پسيو ماندن، كمتر باشد (شكل1-7 ) و اگر اين اتفاق بيفتد، هنگام سرويس دهي در فولاد، خوردگي بين دانه‌اي اتفاق خواهد افتاد.

 
شكل 1‏0 6- حرارت دادن فولاد در منطقه خط‌چين، باعث حساسيت مي‌شود]5[.

 
شكل ‏01 7- پروفيل غلظت كروم در عرض مرزدانه]3[.

در طول جوشكاري، نواحي نزديك به جوش در منطقه HAZ در داخل دماي حساس‌كننده، حرارت مي‌بينند و در نتيجه، در اين مناطق، تهي شدن اطراف مرزدانه‌ها از كروم و متعاقب آن خوردگي بين دانه‌‌اي اتفاق مي‌افتد كه اين نوع خوردگي به خوردگي بين دانه‌اي  مشهور است (شكل 1-8 و1-9) ]5[.

 
شكل 1 8- حداكثر درجه حرارت در اطراف جوش فولاد و تشكيل كاربيد در دماي حساس كننده]1[.

براي جلوگيري از خوردگي بين دانه‌اي، سه روش مي‌تواند استفاده شود كه عبارتند از:
1-    استفاده از عناصر تثبيت كننده (Stabilizing) مانند تيتانيوم يا نيوبيوم به فولاد. اين عناصر نسبت به كروم، ميل تركيبي بيشتري با كربن دارند. پس در شرايط مشابه، به جاي كروم با كربن تشكيل كاربيد مي‌دهند و درنتيجه اين عمل، كروم به اندازه كافي براي تشكيل فيلم پسيو در زمينه فولاد باقي مي‌ماند]5[.
2-    استفاده از فولادهاي (Extra Low Carbon) ELC.  اين فولادها حاوي كمتر از 03/0% كربن هستند و چون كربن كمي دارند، مقدار اين كربن براي تشكيل كاربيد، كافي نمي‌باشد و درنتيجه كروم نمي‌تواند با كربن، كاربيد تشكيل دهد و در زمينه فولاد، باقي مي‌ماند و با تشكيل فيلم پسيو، مقاومت به خوردگي را حفظ مي‌كند]5[.










شكل ‏01 9- خوردگي بين دانه‌اي در يك ورق 16 ميلي‌متري، a: بزرگنمايي5/0× و b: بزرگنمايي 500× ]5[.

3- عمليات حرارتي كل ساختار پس از اتمام فعاليت‌هاي ساخت، در دماي بالاتر از 1000 درجه سانتي‌گراد. دليل انجام آن، حل كردن كاربيدهاي بوجود آمده در ساختار فولاد است كه باعث مي‌شود كروم به محلول جامد (يعني زمينه فولاد) بازگردانيده شود. يكي از نكات مهم اين روش، سرد كردن سريع فولاد پس از عمليات حرارتي مي‌باشد. به اين منظور كه در محدوده حرارتي حساس كننده، دوباره كاربيد كروم تشكيل نشود]5[. به علت مشكلات اجرايي، اين روش بندرت استفاده مي‌شود.
پديده خوردگي بين دانه‌اي به استفاده از فولادهاي تثبيت نشده مربوط است. اين پديده حدود 75 سال پيش، هنگامي كه فولاد تثبيت نشده با درصد كربن بالا (حدود 12/0% )، با استفاده از فرايند جوشكاري اكسي استيلن كه روشي با انرژي جوش بالا است جوشكاري شده بود، مشاهده شد. امروزه فولادهاي تثبيت نشده، معمولاً حاوي حدود 06/0 درصد كربن هستند و جوشكاري آنها معمولاً با روشهاي قوس الكتريكي انجام مي‌شود كه در آن سرعت گرم شدن و سرد شدن، بالا است. و به دلايل فوق، امروزه احتمال بروز خوردگي بين دانه‌اي، بسيار كاهش يافته است]5[.
با اين وصف ترس از وقوع خوردگي بين دانه‌اي هنگام سرويس دهي، مانع از استفاده از فولادهاي تثبيت نشده مي‌شود، علي‌رغم اينكه انجام روش‌هاي ذكر شده به منظور اجتناب از خوردگي بين دانه‌اي، باعث افزايش قيمت فولاد مي‌شود]5[.
در اغلب فولادهاي كارشده، تنشهاي طراحي براي دماهايي حدود دماي محيط، براي فولادهاي تثبيت شده و تثبيت نشده، شبيه به هم است. بنابراين در استفاده از فولادهاي تثبيت نشده، افت مكانيكي رخ نمي‌دهد. از طرفي grade هاي ELC نسبت به فولادهاي تثبيت شده و تثبيت نشده با درصد كربن بالاتر، استحكام كمتري دارند، بنابراين هنگام استفاده از فولادهاي ELC، بايد از مقاطع ضخيمتر استفاده كرد كه اين كار، باعث افزايش قيمت سازه مورد نظر نيز مي‌شود]5[.


1-8-    عوامل موثر بر خوردگي بين دانه اي

چهار فاكتور اصلي زير، حساسيت فولاد زنگ نزن را به خوردگي بين دانه‌اي تعيين مي‌كند]5[:
1- تركيب شيميايي و ريز ساختار
2- تاريخچه حرارتي(Thermal History)
3- تنش‌هاي دروني و خارجي كه از تغيير شكل (Deformation)، جوشكاري و يا بارگذاري هنگام سرويس‌دهي ناشي مي‌شوند.
 4- محيط سرويس
در ذيل، به توضيح در مورد هر يك از فاكتورهاي ذكر شده در بالا، پرداخته مي‌شود.

1-8-1-  تركيب شيميايي و ريز ساختار

كربن

  مهمترين فاكتور تركيب شيميايي كه بر حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي تأثير مي‌گذارد، مقدارعنصر كربن است. علت اهميت كربن به اين خاطر است كه اين عنصر تعيين مي‌كند كه چقدر كروم در تشكيل كاربيد شركت ‌كند و مقدار وسعت تهي شدن اطراف مرز دانه‌ها از كروم چقدر مي‌باشد. با كاهش درصد كربن فولاد تا زير سطح حلاليت در محلول جامد در محدوده حرارتي حساس شدن، مي‌توان از حساسيت نمونه جلوگيري كرد. البته اين امر هميشه عملي نيست زيرا براي رسيدن به اين شرايط بايد درصد كربن را تا زير 01/0 درصد كاهش داد. ذكر اين نكته ضروري است كه با پيشرفت هاي اخير در روشهاي فولادسازي، مي‌توان فولاد با درصد كربن 015/0 تا 020/0 توليد كرد. بايد به اين نكته نيز توجه كرد كه كاهش درصد كربن، باعث افت خواص مكانيكي مي‌شود. براي اهداف عملي، Grade‌ هاي ELC  با درصد كربن حداكثر 03/0 درصد رضايت‌بخش به نظر مي‌رسد. و در اين فولادها، هيچ نمونه‌اي از خوردگي بين دانه‌اي نشده است. نرخ حساس شدن به خوردگي بين دانه‌اي قويا" به درصد كربن بستگي دارد. و فولاد با مقدار كربن 08/0 درصد، نرخ حساس شدني حدود 3 تا 5 بار سريع‌تر از فولاد با مقدار كربن 06/0 درصد دارد]5[.
در شكل 1-10، دو منحني نمايش داده شده است كه بازه دمايي تشكيل كاربيد در فولادهاي حاوي   15/0% كربن و 05/0 % كربن را نشان مي‌دهد. همانطوريكه مشاهده مي‌شود زمان حرارت دادن لازم براي حساس شدن در فولاد با درصد كربن كمتر، بسيار بيشتر است (زمان B در مقايسه با زمان A) و درنتيجه، احتمال وقوع خوردگي بين دانه‌اي، بسيار كمتر مي باشد]5[.

 
شكل 1 10- شرايط عمليات حرارتي كه باعث رسوب كاربيد و حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي در فولادهايي با درصد كربن 15/0(منحني مماس با خط A) و 05/0 (منحني مماس با خط B) درصد مي‌شود]5[.

حلاليت كربن در فولاد زنگ نزن - 8 Ni 18 Cr در شكل 1-11 نشان داده شده است. منطقه بالاي منحني، تك فاز و شامل فاز اوستنيت است. منطقه زير منحني، كاربيد كروم حاوي مقدار كمي آهن (Cr,Fe)23C6 در تعادل با اوستنيت است. خط‌چين‌هاي عمودي به ترتيب با ماكزيمم درصد كربن فولادهاي زنگ نزن  304L ، 304 و 302 منطبق است. منطقه اوستنيتي با حرارت دادن فولاد 304L تا 950 درجه سانتي‌گراد، فولاد 304 تا 1075 درجه سانتي‌گراد و فولاد 302 تا 1200 درجه سانتي‌گراد قابل حصول است. پيشنهاد براي عمليات حرارتي اين فولادها، حرارت دادن تا دماي 1100-1000 درجه سانتي‌گراد و سپس سرد كردن با نرخ مناسب است تا از رسوب كاربيد كروم غني از كروم جلوگيري شود. در اغلب حالات، كوئنچ در آب استفاده مي‌شود ]2[.
 
شكل ‏0 11- حلاليت كربن در فولاد 18wt%Cr-8wt%Ni ]3[.
شكل 1-11 رابطه دما ـ زمان براي رسوب بين دانه‌اي كاربيدها در فولادهاي اوستنيتي و فلز جوش را به عنوان تابعي از درصد كربن نشان مي‌دهد. شكل 1-13 نيز اثر كربن بر رسوب كاربيدها را نشان مي‌دهد]6[.
 
شكل 1 12- زمان حساسيت براي فولادهاي اوستنيتي كروم – نيكل به عنوان تابعي از درصد كربن. t: زمان (بر حسب دقيقه) لازم براي سرد شدن از 750 تا 550 درجه سانتي‌گراد مي‌باشد. ]6[.

 
شكل ‏01 13- اثر عنصر كربن بر رسوب كاربيدها. شكل زمان لازم براي حساسيت را بر حسب درصد كربن نشان مي‌دهد]6[.

كروم و نيكل

افزايش درصد كروم زمينه فولاد، در كاهش حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي بسيار مفيد است زيرا كروم عامل تشكيل لايه پسيو در فولاد و باعث ايجاد مقاومت به خوردگي مي‌باشد. اما افزايش درصد نيكل، تمايل به افزايش سرعت حساسيت دارد (به حساسيت شتاب مي‌دهد). در آلياژهاي با 18 درصد كروم، مقدار حلاليت كربن در اوستنيت با افزايش غلظت نيكل كاهش مي‌يابد. اين امر مي‌تواند يك عامل در افزايش حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي فولادهاي با محتواي نيكل بيشتر از 10 درصد باشد]5[.
يك مثال از رابطه بين محتواي كربن و نيكل در حساسيت به IGC فولاد 304 در شكل 1-14 آمده است. سرعت خوردگي در اسيد نيتريك 65 % جوشان، به عنوان تابعي از درصد كربن براي فولاد زنگ نزن 18%Cr براي 4 محدوده درصد نيكل رسم شده است. زمان عمليات حرارتي 100 ساعت در دماي 550 درجه مي‌باشد. با توجه به شكل، سرعت خوردگي در اطراف 02/0% كربن خيلي سريع افزايش مي‌يابد و اين نكته را مشخص مي‌سازد كه حداكثر درصد كربن 0.03 % براي فولاد 304 به منظور نگه داشتن سرعت خوردگي در يك حد معقول آنچنان مطمئن كننده نيست]2[.

 
شكل 1 14- اثر درصد كربن و نيكل سرعت خوردگي بين دانه‌اي براي فولاد 18wt%Cr base. آلياژها به مدت 100 ساعت در دماي 550 درجه سانتي‌گراد حساس شده‌اند و بعد در اسيد نيتريك 65% جوشان غوطه‌ور شده‌اند]2[.
همچنين منحني‌ها نشان مي‌دهند كه (بخصوص در محدوده 0.01 % و 0.02 % كربن) افزايش غلظت نيكل در غلظت كربن مشخص، سرعت خوردگي را افزايش مي‌دهد. اين اثر بواسطه كاهش حلاليت كربن در اوستنيت در نتيجه افزايش غلظت نيكل مي‌باشد]2[.
شكل 1-15 مقدار عناصر كربن، كروم و نيكل لازم به منظور جلوگيري از خوردگي بين دانه‌اي در تست Strauss، در يك نمونه كه به مدت 1 ساعت در دماي 650 درجه سانتي‌گراد، حساس شده است را نشان مي‌دهد]3[.
 
شكل 1-15- اثر عناصر كروم و نيكل بر روي درصد كربن لازم به منظور اجتناب از IGC در يك فولاد زنگ‌نزن در تست Strauss پس از 1 ساعت حساس كردن در دماي 650 درجه سانتي‌گراد]3[.

اين نكته قابل ذكر است كه تغيير در محتواي كروم و نيكل براي فولادهاي با درصد Typical با Cr 18 و Ni 10 اهميت چنداني ندارد، اما اثر مخرب افزايش نيكل هنگامي‌ است كه درصد نيكل تا حدود 25 تا 30 درصد افزايش يابد]5[.


تيتانيوم و نيوبيوم

مقدار عناصر تثبيت كننده تيتانيوم و نيوبيوم كه براي تثبيت كردن لازم است به مقدار كربني كه به صورت (N وC)Ti يا (N وC) Nb حبس مي‌شود بستگي دارد. از نظر درصد وزني،Ti  به اندازه حداقل C × 4 به فولاد اضافه مي‌شود اما Nb به اندازه C ×10  اضافه مي‌شود. در اغلب اهداف عملي، اختلافي بين بازدهي دو عنصر، وجود ندارد و انتخاب يكي از اين دو توسط فولادساز، به مسائل اقتصادي بازمي‌‌گردد. در واقع Nb اندكي مؤثرتر از Ti است. در نواحي HAZ جوش كه در دماهاي بالاتر قرار مي‌گيرد، هر دوي (N وC)Ti و (N وC)Nb تا حدي تمايل به حل شدن دارند، اما نرخ بالاتر تشكيل(N وC)Nb، Nb را قادر مي‌كند كه اثر تثبيت كنندگي بيشتري هنگام سرد كردن داشته باشد]5[.
 اين اختلاف، فقط هنگامي اهميت دارد كه محيط، اكسيد كنندگي بالايي داشته‌باشد نظير Plant هاي اسيد نيتريك كه در آنها آلياژهاي تثبيت شده توسط Ti، معمولا" رضايت‌بخش نيست و محدوديت‌هايي در مورد درصد هر دو عنصر Ti و C به منظور اجتناب از IGC در HAZ، ضرورت مي‌يابد]5[.
موليبدن
موليبدن غير از بهبود مقاومت به خوردگي عمومي (General) در يك محدوده وسيعي از محيط‌ها، از حساسيت به IGC نيز جلوگيري مي‌كند. دليل اين امر، اثر تأخيري است كه موليبدن بر روي سينتيك تشكيل كاربيد كروم در منطقه وسيعي از محدوده دمايي حساس شدن دارد]5[. شكل 1-16، اثر موليبدن بر روي رفتار حساسيت فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي در تست Strauss را نشان مي‌دهد]3[.

 
شكل 1 16- اثردرصد موليبدن برروي رفتار حساسيت فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي درتست Strauss ]3[.


منگنز و سيليسيم

اغلب Grade هاي فولادهاي زنگ‌نزن اوستينتي، محتوي حداكثر 2 درصد از هر كدام از عناصر منگنز و سيليسيم هستند. تا اين مقدار، اين عناصر اثر مهمي روي خوردگي بين دانه‌اي ندارند]5[. منگنز به حساسيت شتاب مي‌دهد و اين شتاب دهي، در فلز جوشهاي با درصد منگنز بالا (حدود6%) و تماما" اوستينتي اتفاق مي‌افتد كه در اين صورت لازم است درصد كربن، كاهش يابد تا همان مقاومت به حساسيت حاصل شود]5[.

نيتروژن

 اگرچه كروم با نيتروژن تركيب مي‌شود و مانند كاربيدها، تشكيل نيتريد مي‌دهد كه باعث تهي شدن كروم مي‌شود، ولي وجود نيتروژن در فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي اثر مهمي روي خطر حمله بين دانه‌‌اي ندارد]5[. اثر نيتروژن بر روي حساسيت، پيچيده است و به مقدار آن در آلياژ و نيز به مقدار كروم بستگي دارد (شكل 1-17). تحقيقاتي كه بر روي فولادهاي 304 L و 304 LN به عمل آمده است، نشان داده كه اضافه كردن نيتروژن تا 14/0 درصد، اثر مخربي بر IGC ندارد به شرط اينكه درصد كربن كمتراز02/0 درصد باشد. مطالعات ديگري نشان داده است كه در فولاد 304 كه حاوي 05/0 درصد كربن است، اضافه كردن نيتروژن تا 16/0 درصد، حساسيت را به تأخير مي‌اندازد. در حاليكه، نيتروژن بيشتر از 16/0 درصد، آن را تشويق مي‌كند. تأخير در حساسيت با افزايش نيتروژن در فولادهاي اوستنيتي حاوي 5/4 درصد موليبدن نيز مشاهده شده است. مطالعات ديگري نشان داده كه اضافه كردن موليبدن به فولادهاي حاوي نيتروژن، مقاومت در برابر حساسيت را با ايجاد تأخير در رسوب گذاري كاربيد كروم، بهبود مي‌دهد. موليبدن به همراه نيتروژن، مقاومت در برابر شكستن فيلم پسيو را نيز افزايش مي‌دهد]3[.

 
شكل1 17- اثر مقدار نيتروژن بر عمق نفوذ خوردگي بين دانه‌اي در فولادهاي زنگ‌نزن حاوي 18 درصد كروم در تست Strauss. درصد كربن در محدوده 03/0-02/0 مي‌باشد. فولاد در دماي 1075 درجه سانتي‌گراد آنيل و سپس در هوا سرد شده است و بعد در دماي 550 درجه سانتي‌گراد، به مدت 100 ساعت، حساس شده است]3[.

فريت

حضور فريت دلتا در فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي، حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي را كاهش مي‌دهد. اگر فولاد، حاوي فريت باشد، رسوب كاربيد مي‌تواند در طول فصل مشترك فريت- اوستنيت اتفاق بيفتد، همانطوريكه در مرزهاي اوستينت تشكيل مي‌شود. اگر تعداد مكانهاي رسوب گذاري افزايش يابد، دانسيته رسوب كاربيدها كاهش مي‌يابد و تهي شدن كروم با شدت كمتري اتفاق مي‌افتد. به علاوه، فريت يك فاز غني از كروم است و معمولا" به صورت جزاير ايزوله حضور دارد. پس رسوب كاربيدها ترجيحا" در فصل مشترك فريت - اوستنيت اتفاق مي‌افتد تا در مكانهاي ديگر كه در اين حالت، تهي شدن كروم باعث بوجود آمدن مسير پيوسته رسوبات در ماده نمي‌شود]5[.
اثر مثبت فريت در فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي با توجه به شكل 1-18 قابل تفسير است. اين شكل رشد رسوب كاربيد را در فصل مشترك فريت ـ اوستنيت و پروفيل غلظت كروم در دو فاز را نشان مي‌دهد. با توجه به اينكه نفوذ كروم در فريت حدود 100 برابر، سريعتر از نفوذ كروم در اوستنيت است، رشد كاربيد در فاز فريت، بسيار سريعتر از اوستنيت است. در نتيجه، يك منطقه تهي از كروم عريض در فاز فريت تشكيل مي‌شود با اين خصوصيت كه تهي شدن كروم در اين منطقه، جزئي مي‌باشد و به حدي نمي‌رسد كه باعث حساس شدن به IGC بشود. از طرف ديگر، يك منطقه تهي شده از كروم بسيار نازك در اوستنيت تشكيل مي‌شود و به اين علت كه منطقه تهي شده در اوستنيت، بسيار نازك است، اين منطقه با نفوذ دوباره مقدار كمي كروم، حذف مي‌شود. نتيجه اينكه هيچكدام از دو فاز به IGC حساس نمي‌شود]3[ .

 
شكل1 18- نمايش شماتيك پروفيل غلظت كروم در فصل مشترك فريت ـ اوستنيت حاوي كاربيد]3[.


اندازه دانه

اندازه دانه نيز اثر مهمي بر حساسيت دارد. بزرگ شدن اندازه دانه باعث كاهش مرز دانه مي‌شود و اين امر اثر معكوس بر رسوب كاربيدها دارد. بدين معني كه رسوبات در مرز دانه‌ها بطور مؤثري افزايش مي‌يابد. از طرف ديگر، وقتي اندازه دانه بزرگ باشد، با روشهاي معمولي تست خوردگي بين دانه‌اي كه در استانداردها آمده است، نمي‌توان حساسيت به IGC را تشخيص داد. زيرا زماني را كه طبق استاندارد، نمونه را در معرض حمله خوردگي قرار مي‌دهيم تا حمله خوردگي بطور كامل دور تا دور دانه اتفاق بيفتد، براي فولاد با دانه‌هاي بزرگ كافي نخواهد بود]5[.

1-8-2- تاريخچه حرارتي (Thermal History)

 هنگام جوشكاري، در هر ناحيه از منطقه HAZ، يك حداكثر زماني وجود دارد كه اين ناحيه در محدوده حرارتي850-550 درجه سانتي‌گراد قرار گرفته است (شكل 1-19). هر چه اين زمان بيشتر باشد، حساسيت به حمله خوردگي بيشتر است، زيرا در اين محدوده حرارتي است كه تغييرات متالورژيكي مربوط به حساسيت اتفاق مي‌افتد. در دماهاي بالاتر از حدود 850 درجه سانتي‌گراد، رسوب كاربيد چنداني رخ نمي‌دهد و با افزايش دما، كاربيدهاي موجود در فولاد حل خواهند شد. در دماهاي زير550 درجه سانتي‌گراد هم كاربيدها آنقدر آهسته تشكيل مي‌شوند كه چندان مساله نگران كننده‌اي را بوجود نمي‌آورند]5[.










 
شكل 1 19- نمايش شماتيك اثر جوشكاري در وقوع حساسيت به IGC در مناطق مختلف HAZ 1- سيكل حرارتي در HAZ و نزديك به خط ذوب. اگرچه مقداري حساسيت هنگام حرارت دادن بين نقاط A و B اتفاق مي‌افتد، اين حساسيت با عمليات انحلالي كه در دماي ماكزيمم اتفاق مي‌افتد (چون دما به بيشتر از 850 درجه سانتي‌گراد مي‌رسد)، حذف مي‌شود. اين منطقه از HAZ فقط هنگام سرد شدن بين نقاط C و D‌ حساس مي‌شود.2- سيكل حرارتي كه در منطقه‌اي از HAZ‌ اتفاق مي‌افتد كه دماي آن حداكثر به 850 درجه سانتي‌گراد مي‌رسد. حساسيت در اين منطقه هم هنگام گرم شدن و هم هنگام سرد شدن (بين نقاط E وF) اتفاق مي‌افتد. 3- سيكل حرارتي در منطقه‌اي از HAZ كه تا زير دماي 850 درجه سانتي‌گراد ولي تا بالاي 550 درجه سانتي‌گراد گرم مي‌شود. حساسيت بين نقاط G‌ و H اتفاق مي‌افتد. 4- سيكل حرارتي در منطقه‌اي كه تا زير 550 درجه سانتي‌گراد گرم مي‌شود. هيچ حساسيتي در اين منطقه اتفاق نمي‌افتد]5[.

 درجه حرارتي كه فولاد درآن قبل از عمليات حساس شدن، آنيل انحلالي (Solution Anealing) شده است نيز در رفتار فولاد در محدوده حرارتي حساس شدن تأثير گذار است؛ به اين ترتيب كه افزايش دماي عمليات انحلال (Solution Treatment)، تمايل به افزايش دمايي دارد كه در آن حساس شدن بيشترين مقدار است و همچنين تمايل به كاهش زمان حساسيت دارد (شكل 1-20) ]5[.
اصولا" حساسيت در نواحي از جوش برجسته و محسوس است كه در آن نواحي، در مدت رسوب يك پاس جوش، عمليات انحلال در دماي بالا اتفاق بيفتد و سپس با پاسهاي بعدي جوش، داخل محدوده دمايي حساس شدن قرار بگيرد. اگر چه در عمل، اين تقسيم بندي‌هاي مناطق مختلف HAZ ضروري نيست و فقط حداكثر زمان صرف شده در محدوده دمايي حساس شدن است كه لازم است در نظر گرفته شود]5[.

 
شكل1 20- دياگرام شماتيك كه اثر عمليات انحلالي بر روي رفتار حساسيت بعدي را نشان مي‌دهد. عمليات انحلالي در دو دماي 1300 درجه سانتي‌گراد (منحني بيروني) و 1050 درجه سانتي‌گراد (منحني دروني) انجام شده است]5[.

اين نكته قابل ذكر است كه فولاد فقط هنگامي به خوردگي بين دانه‌اي حساس مي‌شود كه يك مسير پيوسته تهي شده از كروم در نتيجه رسوب كاربيدها تشكيل شود و لازمه اين امر، تشكيل يك شبكه نيمه پيوسته از رسوبات كاربيدي است .(شكل 1-21) ]5[.

 
شكل 1 21- دياگرام شماتيك كه نشان مي‌دهد حساسيت به IGC‌ فقط هنگامي رخ مي‌دهد كه به اندازه كافي رسوب كاربيدها اتفاق بيفتد. منحني پاييني: شروع تشكيل كاربيد در مرز دانه‌ها و منحني بالايي: وقوع حساسيت هنگامي كه يك مسير پيوسته تهي شده از كروم در نتيجه تشكيل رسوبات كاربيدي ايجاد شده است ]5[.

حرارت دادن بسيار طولاني مدت در داخل محدوده حرارتي بحراني باعث مي‌شود كه كروم به نواحي تهي شده نفوذ كند و نتيجه اين امر، حفظ مقاومت به خوردگي فولاد مي‌باشد. اگرچه اين عمليات حرارتي در حفظ مقاومت به خوردگي مؤثر است ولي در عمل به ندرت بكار گرفته مي‌شود]5[.


1-8-3- تنش و تغيير شكل پلاستيك

خطر خوردگي بين دانه‌اي به مقدار زيادي از وجود تنش در نتيجه در 2 مورد زير تأثير مي‌پذيرد]5[:
1- تنش كششي، نرخ نفوذ به مرز دانه توسط محيط خورنده را مخصوصا" در محيط‌هاي اكسيد كننده قوي زياد مي‌كند.
2-تنش و تغيير شكل پلاستيك اوليه، سرعت رسوب كاربيد كروم در مرز دانه را افزايش مي‌دهد (شكل 1-22).
 
شكل 1 22- اثر كار سرد بر عمليات حرارتي كه باعث حساسيت مي‌شود. روي منحني سمت چپ، كار سرد انجام شده است. 1- زمان براي حساسيت كاهش مي‌يابد]5[.

به علت اين اثرها، حساسيت در طول جوشكاري ممكن است تا 10 برابر از حساسيت با تست‌هاي خوردگي كه در آنها، عمليات حرارتي فلز پايه در شرايط ايزوترمال است، بيشتر باشد. تحقيقات نشان داده است كه اثر مخرب كار سرد اوليه در طول ساخت، در درجه دوم اهميت قرار دارد و عمليات جوشكاري كه در آن تنش و سيكل حرارتي توأمان هستند، در درجه اول اهميت قرار دارد، زيرا تنشهاي ناشي از جوشكاري كه از انبساط و انقباض در محدوده وسيع حرارتي اتفاق مي‌افتد بطور كامل هرگونه تغيير شكل پلاستيك قبل فولاد را از ميان مي‌برد (تنشهاي ناشي از جوشكاري بر هر گونه تغيير شكل پلاستيك قبلي غلبه مي‌كند). بنابراي اثر شتاب دهنده سيكل جوشكاري بر روي حساسيت بايد شناخته شود و تستهاي ارزيابي حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي بايد در شرايط واقعي اتصال جوش، انجام شود]5[.


1-8-4- اثر محيط

فولادهاي زنگ نزن اوستنيتي هنگامي كه در محيط‌هاي خورنده مختلف قرار مي‌گيرند، رفتارهاي مختلفي را نشان مي‌دهند. اين رفتارها به خوبي توسط خصوصيات پلاريزاسيون اين مواد قابل توجيه است بطوريكه اثر محيط در وقوع خوردگي بين دانه‌اي به آساني شناخته مي‌شود. خوردگي يك پديده الكتروشيميايي است و هنگاميكه فولاد زنگ نزن در محيط سرويس قرار مي‌گيرد، يك پتانسيل در فصل مشترك فولاد و محيط بوجود مي‌آيد. اين پتانسيل به بالانس بين واكنش‌هاي آندي و كاتدي بستگي دارد. يعني به بالانس بين سرعتي كه الكترونها توسط واكنش آندي خورده شدن يك فلز، آزاد مي‌شوند نظير:
   (3)                                                                                         
و سرعتي كه الكترون‌ها توسط واكنش كاتدي نظير واكنش زير، مصرف مي‌شوند:
                                                                                            (4)
پس پتانسيل بوجود آمده توسط يك فولاد زنگ نزن داده شده در يك محيط مشخص، توسط واكنشهاي كاتدي و آندي در آن محيط، تعيين مي‌شود]5[ . در آزمايشگاه، اين امكان وجود دارد كه پتانسيلي كه در آن فولاد، خورده مي‌شود را كنترل كرد و با تغيير پتانسيل، شرايط محيطي مختلف را شبيه‌سازي نمود. اين كار با استفاده از يك پتانسيواستات انجام مي‌شود. نمونه در يك محلول مناسب غوطه‌ور مي‌شود و پتانسيل خارجي به آن اعمال مي‌شود (شكل 1-23) ]5[.
 
شكل 1 23- دستگاه پتانسيواستات. 1-پتانسيل نمونه را نسبت به الكترود مرجع ثابت نگه مي‌دارد. 2-جرياني كه از نمونه عبور مي‌كند. 3-الكترود خنثي. 4-مقياسي از نرخ خوردگي در پتانسيل مورد نظر]5[.

پتانسيواستات، اين پتانسيل را نسبت به يك الكترود استاندارد، ثابت نگه مي‌دارد. فشار جريان نتيجه شده مي‌تواند به عنوان مقياسي از سرعت خوردگي آن پتانسيل در نظر گرفته شود. با تغيير اندازه يا علامت پتانسيل اعمالي، شرايط اكسيدكننده يا احياكننده ديگر بطور آزمايشي مي‌تواند توليد شود ]5[.
با رسم پتانسيل اعمالي نسبت به جريان خوردگي، يك "منحني پلاريزاسيون" حاصل مي‌شود. اين منحني‌ها به ما نشان مي‌دهد كه فولاد، هنگامي كه در محيط‌هاي مختلف قرار گرفت، چه رفتاري از خود نشان مي‌دهد و نيز براي ما امكان مقايسه مواد مختلف براي استفاده در يك شرايط محيطي خاص را فراهم مي‌كند ]5[.
نمونه‌هايي از اين منحني ها در شكلهاي 1-24 و 1-25 در مورد فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي نشان داده شده است. در پتانسيلهاي پايين، فولاد بصورت كاتدي است و خورده نمي‌شود. با افزايش پتانسيل كه در محيط سرويس با محيط‌هاي اكسيدكننده حاشيه‌اي (Marginally) مطابقت دارد، فولاد آندي مي‌شود و حمله خوردگي اتفاق مي‌افتد (بالاي نقطه A). بالاتر از يك نقطه مشخص يعني نقطه B كه با محيط اكسيدكننده متوسط(Moderately) مطابق است، يك فيلم پسيو ثابت، روي سطح فولاد تشكيل مي‌شود كه در مقابل خوردگي از فولاد محافظت مي‌كند (Passive range). در پتانسيلهاي بالاتر كه در شرايط محيط‌هاي اكسيدكننده قوي (Extremely) اتفاق مي‌افتد، فيلم پسيو، حل شده و فولاد دوباره خورده مي‌شود كه با ناحيه Transpassive در شكل1-24 مطابقت دارد (نقطه C) ]5[.

 
شكل 1 24- منحني Typical پلاريزاسيون براي فولادهاي عمليات انحلالي شده 18/10  ]5[.

تحت شرايط سرويس دهي نرمال، فولادهاي زنگ‌نزن در حالت پسيو يعني بين نقطه B و C در شكل 1-24 و 1-25 استفاده مي‌شوند. اما بنا به دلايلي نظير تغيير ناگهاني و رندوم در شرايط سرويس و تغييرات در طول Shut down يا Warm up، پتانسيل، ممكن است از محدوده پسيو بودن فولاد فراتر رود و به مناطقي برسد كه باعث خوردگي فولاد مي‌شود. خوردگي بين دانه‌اي مربوط به تشكيل كاربيد كروم، فقط در سه رژيم محيطي مجزا اتفاق مي‌افتد. معمول‌ترين آن تحت شرايط اكسيدكننده متوسط (Moderately) در اطراف نقطه B است (شكلهاي 1-24 و 1-25)، زيرا در نتيجه تشكيل كاربيد، مرز دانه‌ها محتواي كروم كمي دارند و نسبت به اطرافشان در پتانسيلهاي بالاتري، پسيو مي‌شوند. اين شرايط در شكل 1-26 نشان داده شده‌ است و حمله به مرز دانه‌ها را مي‌توان در پتانسيلهاي بين   و  انتظار داشت ]5[.







 
شكل1 25- منحني پلاريزاسيون براي فولاد زنگ‌نزن كه رفتار ماده را در پتانسيل‌هاي مختلف و شرايط محيطي متناظر با آن را نشان مي‌دهد  ]5[. 1- پتانسيل آنقدر بالاست كه فيلم پسيو حل مي‌شود. 2- پتانسيل آنقدر بالاست كه فيلم پسيو تشكيل مي‌شود. 3- پتانسيل آنقدر بالاست كه باعث خوردگي شود. 4- پتانسيل پايين است. فولاد كاتدي است و خورده نمي‌شود. 5- شرايط اكسيدكننده ضعيف (Marginally). حمله اتفاق مي‌افتد زيرا فيلم پسيو تشكيل نشده است. 6-شرايط اكسيدكننده متوسط (Moderately). اگر پتانسيل تغيير كند ممكن است حمله اتفاق بيفتد. 7- شرايط سرويس نرمال. فيلم پسيو پايدار تشكيل مي‌شود و حمله اتفاق نمي‌افتد. 8- شرايط اكسيد كننده قوي حمله، سريع اتفاق مي‌افتد.


 
شكل 1 26- وسعت يافتن حلقه پسيو شكل 25 كه اثر تهي شدن كروم را نشان مي‌دهد. منحني دروني، ناحيه فعال براي فولاد 10/18 عمليات انحلالي شده. منحني بيروني، ناحيه فعال براي فولاد 10/14 فرضي معادل با مرز دانه‌هاي تهي شده از كروم ]5[.

بيشترين گزارشهاي خوردگي بين دانه‌اي در پتانسيلهاي اكسيدكننده متوسط و در محيط انتقال (Transition) بين ناحيه Active/Passive گزارش شده‌ است (شكل 1-24 ملاحظه شود). همچنين ممكن است خوردگي بين دانه‌اي به اين علت كه درصد كروم كم مرز دانه‌ها، پتانسيلي كه ماده در آن آندي مي‌شود را كاهش مي‌دهد (نقاط   و  )، اتفاق بيفتد ]5[.
اگر چه، حساسيت در اين شرايط كه شرايط اكسيدكننده ضعيف است، نسبت به حالت قبل از اهميت كمتري برخوردار است  و روشهاي جوشكاري كه براي اجتناب از خوردگي بين دانه‌اي در نقطه B پيشنهاد خواهد شد، براي اين حالت نيز صادق خواهد بود]5[.
خوردگي بين دانه‌اي همچنين ممكن است نزديك نقطه C در شكل 1-25 اتفاق بيفتد كه منطبق با شرايط اكسيدكننده شديد مانند اسيد نيتريك است. محيط‌هاي كمي اينچنين، اكسيدكننده قوي هستند و اين حالت عمومي نيست. در اين محدوده پتانسيل، خوردگي با مكانيزمي كاملا" متفاوت از آنچه كه قبلا" ذكر شد، اتفاق مي‌افتد زيرا در شرايط اكسيدكننده قوي، خوردگي نه تنها در نواحي تهي شده از كروم بلكه روي خود كاربيدها هم اتفاق مي‌افتد. اين تفاوت در طبيعت خوردگي باعث مي‌شود كه روشهايي كه براي اجتناب از خوردگي بين دانه‌اي در محيط‌هاي اكسيدكننده متوسط پيشنهاد مي‌شود، براي آنها صادق نباشد ]5[.
اين نكته قابل ذكر است كه در شرايط اكسيدكننده قوي، حتي تثبيت كردن فولاد با تيتانيوم هم براي جلوگيري ازIGC  ممكن است كافي نباشد. شرايطي كه باعث IGC در اين محيط‌ها مي‌شود، كاملا” به وقوع كاربيدها بستگي ندارد بلكه فيلم پسيو شكسته مي‌شود و حمله، آهسته (Sluggish) مي‌شود، بطوريكه تعيين تجربي حساسيت مشكل مي‌شود و در پتانسيل‌هاي بالاتر، IGC حتي در فولادهاي عمليات انحلالي شده (Solution Treated)، بدون رسوب مرز دانه‌اي رخ مي‌دهد. پس تحت شرايط اكسيدكننده قوي، رسوب مقداري كاربيد اتفاق مي‌افتد و حضور اين كاربيدها فقط موقعيت بد را بدتر مي‌كند. در شرايط اكسيدكننده قوي، استفاده از مواد ELC پيشنهاد مي‌شود ]5[.
همانطوريكه از بحث مي‌توان نتيجه گرفت، تمام شرايط محيطي باعث خوردگي بين دانه‌اي نمي‌شوند بلكه فقط آنهايي كه در آنها خطر شكستگي فيلم پسيو روي فولاد وجود دارد باعث وقوع خوردگي بين دانه‌اي مي‌شود. وجود كاربيدهاي مرز دانه‌اي به عنوان عاملي براي افزايش محدوده محيط‌هايي كه خوردگي در آنها اتفاق مي‌افتد، در نظر گرفته مي‌شود. در شرايطي كه رسوبات زياد هستند مثل شرايطي كه ما عمليات حرارتي ايزوترمال به مدت طولاني در محدوده حرارتي حساس شدن را روي فولاد اعمال كنيم، وقوع حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي در تمام محدوده پسيو ماده امكان پذير است. اين نكته قابل ذكر است كه با افزايش درجه حساسيت، پتانسيلهاي بالاتر يعني بالاي نقطه B در شكل 1-26 يعني شرايط اكسيدكننده قوي‌تر، در داخل محدوده پسيو لازم است كه از پايداري فيلم پسيو روي مرز دانه‌ها اطمينان حاصل كنيم ]5[.
 IGC در دماهاي كاري زير محدوده حرارتي حساسيت نيز ديده مي‌شود كه به LTS مشهور است (Low Temperature Sensitization). معمولا" بعد از سالها سرويس‌دهي در دماي زير 400 درجه سانتي‌گراد اتفاق مي‌افتد. مكانيزم آن به اين صورت است كه هسته‌هاي كاربيد در طول مرزدانه‌ها در HAZ  تشكيل مي‌شوند و سپس در طول سرويس‌دهي رشد مي‌كنند. براي مقابله با LTS بايد يا آلياژهاي تثبيت شده و يا آلياژهاي حاوي مقدار نيتروژن بالاتر (316LN) به جاي فولادهايL-grade استفاده شوند  ]7[.





2-    روشها و پارامترهاي جوشكاري، به منظور اجتناب از خوردگي بين دانه‌اي


2-1-    دامنه كاربرد روشهاي جوشكاري پيشنهادي

با توجه به اثر جوشكاري در ايجاد حساسيت، روشهاي پيشنهادي ذيل در محيط‌هايي با شرايط اكسيدكننده متوسط و حاشيه‌اي قابل كاربرد است. زيرا اين شرايط معمول‌ترين كاربردهاي عملي را دارا مي‌باشند. در اين موقعيتها، استفاده از فولاد با درصد كربن حداكثر 06/0 درصد معمولا" براي اجتناب از خوردگي بين دانه‌اي كافي مي‌باشند. در صورتيكه در شرايط اكسيدكننده قوي، فولاد ELC ترجيح داده مي‌شود. روشهاي پيشنهادي براي جوشكاري كه در ذيل آمده است مربوط به فولادهاي با درصد كروم 18 درصد و نيكل 10 درصد ساده مي‌باشد و اگر درصد عناصر Si ,Mn ,Ni ,Cr در فولادي متفاوت باشد ولي جزو فولادهاي با درصد كروم 18 درصد و نيكل 10 درصد محسوب شود، روشهاي پيشنهادي براي اين فولادها نيز قابل كاربرد است. همچنين اين روشها براي آلياژهاي با 18 درصد كروم، 10درصد نيكل و 3 درصد موليبدن نيز قابل كاربرد است ولي در اين باره مطالعات جامع به عمل نيامده و استفاده از اين روشها براي اين فولادها احتياج به يك سري ملاحظات و احتياط‌هاي ايمني دارد ]5[ .
براي تعيين روش جوشكاري مناسبي كه باعث خوردگي بين دانه‌اي نشود، دانستن سه نكته زير ضروري است ]5[:
1-    اثر سيكل جوشكاري بر رسوب كاربيدها و ايجاد حساسيت، بايد ارزيابي شود.
2-    محدوده پتانسيلي كه در آن IGC در نتيجه حساسيت رخ مي‌دهد ، بايد معلوم شود.
3-    داده‌هاي پتانسيواستاتيك، بايد به رفتار سرويس فلز جوش ارتباط داده شود.



2-2-    اثر فرايند جوشكاري و شرايط جوشكاري در وقوع حساسيت

اثر برجسته عمليات جوشكاري، بالا بردن دماي منطقه HAZ به داخل محدوده حرارتي حساسيت مي‌باشد و به عنوان يك قاعده كلي، دما و زمان حساسيت تا اندازه ممكن بايد كاهش يابد. در نتيجه، كاهش انرژي جوش مي‌تواند مفيد باشد. رابطه بين انرژي جوش وحداكثر زماني كه هر قسمت از HAZ در محدوده حرارتي حساسيت يعني 850-550 درجه سانتي‌گراد قرار مي‌گيرد براي تعدادي از فرايندها ارزيابي شده است و مطابق شكل2-1، اين نتيجه حاصل شده است كه يك وابستگي مستقيم بين انرژي جوش و حداكثر زمان حساسيت وجود دارد. حتي اگر اين پارامتر زماني تا حدي دلخواه باشد شكل 2-1 به اين معني است كه يك معيار به نام انرژي جوش مي‌تواند براي ارزيابي احتمال حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي در اتصالات جوش در فولادهاي زنگ‌نزن اوستنيتي به كار برود. به علاوه احتياج به داخل كردن فاكتور بازدهي هيچ فرايندي به اين معيار نيست. شكل 2-1 براي فرايندهاي MMA،TIG ، MIG Pulsed، SAW، EBW كاربرد دارد ]5[.
در اصل، Heat Sink نزديك جوش، بر خطر خوردگي بين دانه‌اي تأثير مي‌گذارد. داده‌هاي شكل 2-1 براي يك نمونه اتصال لب‌به‌لب بدست آمده است. بنابراين براي اتصالات ديگر نظير اتصال Fillet‌ هم مي‌تواند بكار برود و محافظه‌كارانه است؛ زيرا اين اتصالات Heat Sink بيشتر و در نتيجه سرعت سرد شدن بيشتر و زمان حساسيت كمتري نسبت به اتصال لب‌به‌لب دارند]5[.

 
شكل ‏2 1- رابطه بين انرژي جوش و ماكزيمم زماني كه HAZ‌ بين دماهاي 550 و 850 درجه سانتي‌گراد قرار مي‌گيرد. محدوده پاييني براي دماي بين پاسي 100 درجه سانتي‌گراد و محدوده بالايي براي دماي اتاق]5[.
بطور مشابه، يك پاس جوش با يك انرژي جوش مشخص، حساسيت كمتري در يك ورق ضخيم نسبت به يك ورق نازك ايجاد مي‌كند. اين مسأله در شكل 2-1 در نظر گرفته شده و براي فولاد با ضخامت 3 تا 16 ميلي‌متر مي‌باشد. اگر ضخامت فولاد نازكتر باشد،‌ ناحيه، به سمت راست حركت مي‌كند]5[.
با استفاده از شرايط مرزي نشان داده شده توسط خطوط  و  ‌ ، مقداري كه اتصال به خوردگي بين دانه‌اي حساس مي‌شود، مي‌تواند با در نظر گرفتن يك حد محافظه‌كارانه فقط به انرژي جوش ربط داده شود و ديگر احتياجي نيست كه Heat Sink اتصال را هم در نظر بگيريم]5[.
بسياري از سازه‌ها از جوشهاي چند پاسه بوجود آمده‌اند و در اين حالت، در حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي، بيش از يك پاس سهيم‌اند كه همه آنها بايد در نظر گرفته شوند. چون حداكثر زمان قرار گرفتن HAZ‌ بين 850 - 550  درجه‌ سانتي‌گراد مستقيما" به انرژي جوش بستگي دارد،‌ حداكثر زماني كه در آن حساسيت اتفاق مي‌افتد، مي‌تواند بر حسب يك انرژي جوش جمعي(Accumulative) پاسهاي جوش، توصيف شود. حال اين نكته مطرح است كه چند تا از اين پاسها بر حساسيت يك ناحيه مورد نظر در HAZ به خوردگي بين دانه‌اي اثر مي‌گذارند. شكل 2-2 ما را در بررسي اثر پاسهاي ديگر راهنمايي مي‌كند. در اين شكل، فاصله ايزوترم 550 درجه سانتي‌گراد از خط ذوب (يعني حداكثر فاصله‌اي از جوش كه در آن خوردگي بين دانه‌اي مي‌تواند اتفاق بيفتد) در مقابل عرض بستر جوش، به عنوان پارامتري كه به آساني مي‌تواند ديده شود، رسم شده است. اين شكل، براي همان محدوده ضخامت و فرايندهاي مربوط به شكل 2-1 رسم شده است. همانطوريكه ملاحظه مي‌شود،‌ حداكثر عرضي از فولاد كه مي‌تواند حساس شود، در هر طرف جوش حدودا" مساوي عرض بستر جوش مي‌باشد (يعني همان خط ST).
براي نشان دادن اين روش براي ارزيابي اثر حساس‌كنندگي جوشهاي چند پاسه، شكل 2-3، يك جوش لب‌به‌لب در مخزني از جنس فولاد زنگ‌نزن با ضخامت ديواره 10 ميلي‌متر را نشان مي‌دهد. ابتدا بايد تعيين كرد كه چند پاس، در حساسيت ديواره بيروني كه در تماس با محيط سرويس است، يعني نقطه X‌ ، اثر دارند. عرض بستر جوش تقريبا" 4 ميلي‌متر است. با دنبال كردن خط‌چين در شكل 2-2 مشاهده مي‌شود كه خط ايزوترم 550 درجه سانتي‌گراد، در 6 ميليمتري خط ذوب قرار مي‌گيرد. پس نتيجه مي‌گيريم كه فقط پاسهاي 1، 2 و3 باعث مي‌شوند كه نقطه مورد نظر، در محدوده دمايي حساسيت قرار بگيرد. انرژي جوش براي هر پاس محاسبه مي‌شود و Total Sensivity Heat Input اين پاسها بدست مي‌آيد]5[.




 
Distance of 550 c isotherm from fusion boundary, mm
شكل ‏2 2- رابطه بين عرض بستر جوش و ماكزيمم فاصله‌اي از جوش كه خوردگي بين دانه‌اي مي‌تواند اتفاق بيفتد. محدوده بالايي براي شرايط جوشكاري معمولي با دماي بين پاسي 100 درجه سانتي‌گراد و محدوده پاييني براي پاسهاي Cosmetic با استفاده از فرايند TIG در ورق‌هاي نازك]5[.

 
شكل ‏2 3- نمونه‌اي از يك اتصال لب‌به‌لب كه پاسهاي جوشي كه باعث حساسيت در نقطه X‌ مي‌شود را نشان مي‌دهد]5[. A: ايزوترم c550 براي پاسهاي 1، 2 و 3. B: ايزوترم c 550 براي پاسهاي 4، 5 و 6.

هرچند اين Approach ‌بسيار ساده است، حساسيت در دماي 550 درجه سانتي‌گراد، بسيار آهسته اتفاق مي‌افتد و بنا براين روش، محافظه‌كارانه است]5[. يك اصلاح كوچك بايد در شكل 2-2 انجام شود. پاسهاي Cosmetic ‌معمولا" با استفاده از فرايند TIG‌ بدون استفاده از فيلر يا با استفاده از فيلر به مقدار كم، انجام مي‌شود. در اين حالت، سرعت جوشكاري خيلي كم و انرژي جوش از مقدار پيش‌بيني شده بالاتر است، مخصوصا" در ورقهاي نازك.‌ در اين موقعيتها، ايزوترم 550 درجه سانتي‌گراد مي‌تواند 2 يا 3 برابر عرض بستر جوش باشد و پيشنهاد مي‌شود كه خط   به جاي خط  ‌ استفاده شود. اگرچه اين اثر، اهميت عملي چنداني ندارد؛ زيرا انرژي جوش در اين شرايط هنوز هم در مقايسه با مثلا" روش SAW نسبتا" كمتر است و احتمال كمي براي وقوع خوردگي بين دانه‌اي ‌ در سرويس وجود دارد]5[.
دو نكته ديگر بايد براي تعيين مقدار حساسيت با عمليات جوشكاري در نظر گرفته شود. اول اينكه همانطوريكه نشان داده شد،‌ تغيير شكل پلاستيك اوليه فولاد نظير آنچه در عمليات شكل دهي سرد انجام مي‌شود، اثر مهمي بر روي حساسيت در طول جوشكاري ندارد و دوم اينكه در جوشكاري چند پاسه ممكن است در شرايطي، حرارت دادن بين پاسها در دمايي بالاتر از دماي اتاق انجام شود. با توجه به شكل 2-1، جايي كه زمان حساسيت با دماي بين پاسي 100 درجه سانتي‌گراد،‌ اندازه‌گيري مي‌شود،‌ مجازيم كه زمان حساسيت را به انرژي جوش ربط بدهيم. اين نكته قابل ذكر است كه در انرژي جوشهاي كم، در جوشكاري فولادها تا ضخامت حداكثر 6 ميلي‌متر، دماي بين پاسي تأثير چنداني در زمان حساسيت ندارد. ولي در انرژي جوشهاي بالاتر،‌ دماي بين پاسي اهميت بيشتري پيدا مي‌كند و مي‌تواند تأثير قابل ملاحظه‌اي بر زمان حساسيت داشته باشد. اگرچه دماي بين پاسي اثر چنداني در حداكثر عرض منطقه HAZ كه تا بالاي دماي 550 درجه سانتي‌گراد، حرارت داده مي‌شود، ندارد]5[.


2-3-    رابطه بين انرژي جوش حساس كننده و حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي‌

با افزايش انرژي جوش(Heat Input) و زمان حساس شدن مربوط به آن، تهي شدن كروم افزايش خواهد يافت و در فولاد هاي عمليات انحلالي شده، خوردگي بين دانه‌اي مي‌تواند در محدوده عريض‌تري از پتانسيل بالاي پتانسيل ناحيه انتقال Active/Passive‌ رخ دهد. رابطه بين محدوده پتانسيلي كه خوردگي بين دانه‌اي ‌ مي‌تواند اتفاق بيفتد و انرژي جوش حساس كننده در جوشكاري در شكل 2-4 نشان داده شده است]5[.
ناحيه بدست آمده از داده‌هاي تجربي براي دماهاي بين پاسي معمولي(دماي اتاق) و دماي بين پاسي 100 درجه سانتي‌گراد، داده شده است. براي هر دو دماي بين پاسي، تا انرژي جوش حداكثر  Kj/mm 5/2، هيچ حساسيت قابل تشخيصي وجود ندارد و رفتار خوردگي HAZ ، با رفتار خوردگي فلز پايه عمليات انحلالي شده برابر است. بنابراين فولاد با ضخامت حداكثر 6 ميلي‌متر،‌ مي‌‌تواند بدون خطر خوردگي بين دانه‌اي جوشكاري شود.
 
شكل ‏2 4- رابطه بين انرژي جوش حساس كننده و پتانسيلي كه در زير آن ممكن است خوردگي بين دانه‌اي رخ دهد براي دماي اتاق و دماي بين پاسي c 100 . نقطه 1- حلقه فعال (Active Loop) و خوردگي عمومي در زير اين پتانسيل اتفاق مي‌افتد. شكل 24 ملاحظه شود]5[.

بالاي اين انرژي جوش Total‌، ممكن است مقداري حساسيت اتفاق بيفتد. بعيد است كه‌ آلياژهاي ساده 10/18 در پتانسيلي كمتر از V 05/0  بالاي پتانسيل انتقالي Active/Passive بكار بروند. اگر محيط سرويس‌دهي در اين بازه باشد، تغييراتي كه مثلا" هنگام Warm Up‌ يا Shut Down اتفاق مي‌افتد، باعث مي‌شود كه پتانسيل در قسمت Active ‌قرار بگيرد كه در اين حالت، نرخ خوردگي بطور غير قابل قبولي بالا خواهد بود. در اين محيط‌ها، فولاد با تركيب Typical محتوي 18Cr,10Ni,3Mo بايد به جاي فولاد با تركيب  حاوي 18Cr,10Ni بكار برود. با اين تغيير، هر گونه حساسيت مشاهده شده در پتانسيل حدود V 05/0 ، اهميتي نخواهد داشت. بر اين اساس، جوشها مي‌توانند با دماي بين پاسي برابر با دماي اتاق حداكثر تا انرژي جوش Kj/mm 2/3 و با دماي بين پاسي 100 درجه سانتي‌گراد حداكثر تا انرژي جوش Kj/mm  7/2 انجام شوند. بالاتر از اين انرژي جوش‌هاي ذكر شده، مقداري حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي بايد پيشبيني شود و با افزايش انرژي جوش،‌ حساسيت بيشتر خواهد شد و خطر وقوع خوردگي بين دانه‌اي HAZ بايد در نظر گرفته شود. محدوده پتانسيلي كه در آن خوردگي مي‌تواند اتفاق بيفتد، با دماي بين پاسي 100 درجه سانتي‌گراد نسبت به دماي بين پاسي با دماي اتاق، عريض‌تر است و نيز احتمال وقوع خوردگي بين دانه‌اي در سرويس، بيشتر است]5[.
3-    جنبه‌هاي متالورژيكي     Knife Line Attack در فولادهاي زنگ‌‌نزن تثبيت شده


3-1-    خوردگي KLA در فولادهاي زنگ‌نزن تثبيت شده

تجربه استفاده از فولادهاي تثبيت شده به مدت بيشتر از 30 سال نشان داده است كه با استفاده از اين فولادها، مي‌توان از وقوع خوردگي بين دانه‌اي در نزديكي يك اتصال جوشكاري شده جلوگيري كرد. اما تحقيقات نشان داده است كه فولادهاي تثبيت شده نيز مي‌توانند با حمله خوردگي بسيار موضعي در مرز بين فلز جوش و فلز پايه، تخريب شوند. مخصوصا" تحت شرايطي كه يك عمليات حرارتي دو مرحله‌اي روي فولاد انجام شود. اين عمليات شامل حرارت دادن (Superheating) در محدوده حرارتي Solidus‌ و به دنبال آن، حرارت دادن در محدوده حرارتي بحراني (°c900-500) مي‌باشد. اين نوع عمليات حرارتي معمولا" هنگام جوشكاري و عمليات تنش‌زدايي بعد از آن مي‌تواند اتفاق بيفتد. خوردگي ناشي از اين نوع عمليات حرارتي به Knife Line Attack (KLA) مشهور است. اين نوع خوردگي با Weld Decay كه در فولادهاي تثبيت نشده اتفاق مي‌افتد، فرق دارد. KLA در فولادهاي Fe-Cr-Ni تثبيت شده با تيتانيوم يا نيوبيوم و عمدتا" در محيط‌هاي حاوي اسيد نيتريك يا محيط‌هاي اكسيد كننده ديگر اتفاق مي‌افتد نمونه‌هايي از خوردگي بين دانه‌اي و KLA در شكل 3-1 و 3-2 آمده است]8[.
همانطوريكه گفته شد KLA ‌با خوردگي بين دانه‌اي كلاسيك كه در فولادهاي تثبيت نشده اتفاق مي‌افتد، متفاوت است و مي‌تواند در فولادهايي كه به خوردگي بين دانه‌اي حساس نيستند اتفاق بيفتد. حتي در جائيكه حمله خوردگي به رسوب كاربيد كروم در محدوده حرارتي بحراني مربوط نمي‌شود. دلايل ديگر اين حساسيت كه در مرز دانه اتفاق مي‌افتد، مي‌تواند توليد فازهاي بسيار فعال نظير كاربيد تيتانيوم و يا محصولات تجزيه فريت (كه شامل فاز سيگما است) باشد. بنابراين KLA ‌نسبت به خوردگي بين دانه‌اي به محدوده وسيع‌تري از تغييرات تركيبي موضعي در مرز دانه‌ها مربوط مي‌ِشود]8[ .


3-2-    خصوصيات KLA

واضحترين خصوصيت مربوط به KLA عمليات حرارتي دوگانه‌اي است كه روي فولاد مورد نظر انجام مي‌شود. اين عمليات به شرح زير است]8[ :
1-    حرارت دادن اوليه تا محدوده حرارتي Solidus
2-    حرارت دادن ثانويه در محدوده حرارتي بحراني  °c900-500

 
شكل ‏3 1- خوردگي بين دانه‌اي يك اتصال جوشكاري شده از جنس Fe-18 Cr-10Ni-Ti در ناحيه چسبيده به فلز جوش پس از انجام تست استاندارد و انجام تست خمش به اندازه 10 درجه. اچ الكتروليتي در اسيد اگزاليك 10% ]8[.

 
شكل ‏3 2- KLA در فولاد Fe-18Cr-9Ni-Ti در يك اتصال جوشكاري شده. تست در محلول اسيد نيتريك 65% به مدت 48 × 3. نمونه اچ نشده است]8[.

 عمليات قسمت 1 باعث حل شدن كاربيدهاي عناصر تثبيت كننده مي‌شود. سپس تحت شرايط  معيني از نرخ سرد كردن، كاربيدهاي عناصر تثبيت كننده نمي‌توانند دوباره تشكيل شوند. در عمليات قسمت 2، كاربيد كروم رسوب كرده و در مناطقي، درصد كروم به كمتر از مقدار لازم براي محافظت از حمله خوردگي مي‌رسد]8[.
در حالتي كه حساس كردن فولادهاي تثبيت شده در بازه زماني بيشتر و دماهاي بالاتر انجام شود، كاربيدهاي عناصر تثبيت كننده ممكن است حتي در خود دانه‌ها هم رسوب كنند. اين حالت در شكل 3-3 نشان داده شده است]8[.
 
 

شكل ‏3 3- Collodium Extraction Replica. a:‌ فولاد تثبيت شده Fe-18Cr-9Ni-1Ti كه تا دماي 1250درجه سانتي‌گراد به مدت 1 ساعت Superheat شده و بعد در آب كوئنچ شده است. سپس، به مدت 72 ساعت در دماي 650درجه سانتي‌گراد آنيل شده است.b: فولاد Fe-18Cr-9Ni-2Nb كه تا دماي 1320 درجه سانتي‌گراد به مدت 10 دقيقه Superheat شده و بعد در آب كوئنچ شده است. سپس به مدت 72 ساعت در دماي 650 درجه سانتي‌گراد آنيل شده است ]8[.

پديده KLA فرايند پيچيده‌تري نسبت به رسوب كردن ترجيحي كاربيدهاي كروم مي‌باشد. در حقيقت، نكته مهم در KLA‌ به يك فرايند Dehomogenization مربوط مي‌شود كه در دماهاي بالا اتفاق مي‌افتد. اين فرايند منجر به تشكيل فازهايي در طول مرز دانه‌ها مي‌شود كه حل شدن دوباره آنها به كندي صورت مي‌گيرد. در اثبات اين گفته مشخص شده است كه مي‌توان از خوردگي بين دانه‌اي ناشي از رسوب كاربيد كروم، به آساني با عمليات حرارتي Stabilizing در محدوده حرارتي °c900-850 جلوگيري كرد،  ولي حساسيت به KLA در اسيد نيتريك با اين عمليات از بين نمي‌رود و عمليات حرارتي كوتاه مدت در محدوده حرارتي °c1100-950 براي مدت 2 ساعت و به دنبال آن كوئنچ كردن در آب لازم است. اين عمليات براي حالت‌هايي انجام مي‌شود كه درصد فريت در فولاد كم باشد]8[ .
بطور خلاصه، شرايطي كه از حساسيت معمولي (خوردگي بين دانه‌اي) جلوگيري مي‌كند، از KLA، جلوگيري نمي‌كند. 2 فاكتور اضافي زير باعث مي‌شِود كه وقوع KLA‌ تشويق شود]8[:
1-    حل شدن كاربيدهاي Ti و Nb در نزديكي مرز دانه‌ها، غلظت نسبتا" زياد كربن با يك فاصله نفوذ كم را فراهم مي‌كند. اين امر، رسوب كاربيد كروم و در نتيجه، حساسيت را تسهيل مي‌كند]8[.
2-    وجود چند فاز، مخصوصا" فريت و اوستنيت كه قابليت انحلال مختلفي از عناصر را دارند، باعث مي‌شِود كربن در اوستنيت و تيتانيوم در فريت تجمع كنند. اين امر باعث مي‌شِود كه اثر تثبيت كنندگي تيتانيوم كاهش يابد و تيتانيوم كمتري براي تشكيل كاربيد در دسترس باشد]8[.

همچنين مشخص شده است كه KLA ممكن است تا حدي با Stress Corrosion مربوط باشد كه در اين حالت، KLA ‌در شرايطي كه تنش وجود دارد، اتفاق مي‌افتد. اين مطلب به اين معني است كه KLA‌ نتيجه تركيب نواحي مستعد (كه در آنها تركيب شيميايي بطور عمده تغيير كرده است) با تنش ناشي از جوشكاري مي‌باشد. حال اين نكته كه آيا در نبود تنش، ‌KLA اتفاق مي‌افتد يا نه، هنوز به درستي مشخص نشده است]8[.
با توجه به نقش بحراني كربن در وقوع KLA اين پديده مي‌تواند با تغيير تركيب شيميايي مواد جوشكاري، كاهش يافته يا جلوگيري شود. بنابراين، يك الكترود كم كربن مي‌تواند استفاده شود و يا عناصر فريت‌زا در جوش نظير Si وV مي‌تواند افزايش يابد]8[.

3-3-    آناليز دلايل KLA

          واضح‌ترين تعريف از مسأله KLA و اهميت مرحله اول حرارت دادن (Initial Superheating) در شكل 3-4 نمايش داده شده است. براي مرحله اول حرارت دادن، 2 دماي مختلف در نظر گرفته شده است. يك دما نسبتا" بالا مي‌باشد (حدود °c1320) و نمونه‌ها پس از قرار گرفتن در اين دما به مدت 30 دقيقه، در آب كوئنچ شده‌اند. دماي دوم استفاده شده، °c1050 مي‌باشد و نمونه‌ها مانند نمونه‌هاي سري اول، پس از حرارت ديدن به مدت 30 دقيقه، در آب كوئنچ شده‌اند]8[.
در حالت اول (يعني هنگامي كه دماي حرارت ديدن اوليه °c1320 بود) هنگامي كه نمونه‌ها تحت عمليات حرارتي ثانويه در دماي حساس كردن قرار مي‌گيرند، حمله خوردگي بين دانه‌اي به راحتي در آنها اتفاق مي‌افتد. اما براي حالت دوم (دماي عمليات حرارتي اوليه °c1050)، هنگامي كه نمونه‌ها تحت عمليات حرارتي ثانويه قرار مي‌گيرند، حساسيت چنداني در آنها رخ نمي‌دهد]8[.

 
شكل ‏3 4- اثر Superheating اوليه بر وقوع حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي. منحني 1- دماي عمليات حرارتي اوليه، 1320 درجه سانتي‌گراد و منحني 2- دماي عمليات حرارتي اوليه، 1050 درجه سانتي‌گراد]8[.

حال، اين سؤال به ذهن خطور مي‌كند كه علت اين اتفاق چيست و سؤال ديگر اينكه چرا در همه اتصالات جوشكاري شده از جنس فولادهاي تثبيت شده، هنگامي كه تحت عمليات حرارتي دو مرحله‌اي قرار مي‌گيرند، KLA رخ نمي‌دهد.
براي تشريح اين مطلب، احتياج به در نظر گرفتن فرايندهاي پيچيده‌اي نظير تجزيه فريت، تشكيل فاز سيگما به همراه رسوب كربن، حضور تنش و نوع محيط خورنده، مي‌باشد. براي بررسي KLA، مي‌توان دو حالت زير را در نظر گرفت]8[ :
1-    هنگامي كه درصد كربن نسبتا" پايين است.
2-    هنگامي كه درصد كربن حداكثر 06/0 درصد مي باشد.
اگر درصد كربن فولاد پايين باشد، KLA، بطور پراكنده اتفاق مي‌افتد. در حالتي كه درصد كربن كم باشد و در فولاد عناصر تثبيت كننده اضافي وجود داشته باشد، علي‌رغم اندركنش عناصر تثبيت كننده با كاربيد، به مقدار كافي عنصر تثبيت كننده باقي مي‌ماند تا با كربن موجود تركيب شود و از رسوب كاربيد كروم جلوگيري كند. پس در اين حالت كروم در نواحي مرز دانه‌ها، بطور جدي و خطرناك، تهي نمي‌شود]8[. در حالتي كه عناصر تثبيت كننده، تركيبات ديگري تشكيل مي‌دهند، مثلا" با گوگرد، اكسيژن و نيتروژن تركيب مي‌شوند، ضروري است كه مقدار بيشتري عنصر تثبيت كننده به فولاد اضافه كنيم. در فولادهاي كم كربن، نسبت تيتانيوم به كربن بايد در حدود 6 به 1 باشد. و براي فولاد با 06/0 درصد كربن، نسبت تيتانيوم به كربن بايد در رنج 6 تا 8 به 1 باشد. نسبت‌هاي بيشتر از 8 به 1 براي تيتانيوم به كربن و 12 به 1 براي نيوبيوم به كربن مفيد نيست؛ زيرا اين عناصر، تثبيت كننده فريت‌اند. در نتيجه افزايش آنها باعث افزايش درصد فريت در فولاد مي‌شود و با افزايش درصد فريت، فاز سيگماي بيشتري مي‌تواند بوجود بيايد كه فاز مضري مي‌باشد و مي‌تواند باعت وقوع خوردگي بين دانه‌اي بشود]8[.
هنگامي كه درصد عناصر تثبيت كننده تيتانيوم و نيوبيوم نسبت به كربن بالاست، حمله خوردگي KLAيي مي‌تواند اتفاق بيفتد كه مربوط به تشكيل فاز سيگما مي‌باشد. تحقيقات نشان داده است كه پس از آنيل در دماي حدود °c750 و در محيطي كه باعث خوردگي در حالت ترانس پسيو (شكل 1-24 ملاحظه شود) مي‌شود، KLA به مقدار زيادي مشاهده شده است. فاز سيگما بطور مخصوص در ناحيه ترانس پسيو ظاهر مي‌شود. وجود فريت اضافي كه در نتيجه غلظت زياد عناصر تثبيت كننده مي‌باشد، باعث تشكيل سريع فاز سيگما در محدوده حرارتي حساس كردن مي‌شود. هسته‌گذاري تجزيه اوليه فريت به فاز سيگما، روي فصل مشترك فريت - اوستنيت اتفاق مي‌افتد. بعد از آن، ادامه واكنش در داخل فاز فريت اتفاق مي‌افتد تا اينكه تمام دانه فريت مصرف مي‌شود. ساختاري كه در نهايت بوجود مي‌آيد، شامل فاز سيگماي لايه‌اي ( Lamellar sigma phase) و اوستنيت ثانويه مي‌باشد]8[.
تمام فرايند فوق به نفوذ كربن از فريت به سمت فاز سيگماي در حال رشد مربوط مي‌شود. بنابراين، با اين تغيير ساختار، يك تغيير در تركيب شيميايي موضعي اتفاق مي‌افتد كه در شكل 3-5 نشان داده شده است. شكل 35 اندركنش بين عمليات حرارتي و محيط را نشان مي‌دهد]8[.



 
شكل ‏3 5- اثر محلول جوشان استاندارد (سولفات مس+ اسيد سولفوريك)و محلول (اسيد نيتريك+كرومات) بر روي فولاد Fe-18Cr-9Ni-1Ti كه در دماي 1250 درجه سانتي‌گراد به مدت 1 ساعت Superheat‌ شده و سپس در آب كوئنچ شده است.Extraction Replica : a: مرحله بعد به مدت 72 ساعت در دماي 550 درجه سانتي‌گراد آنيل شده و در محلول استاندارد اچ شده است و b: مرحله بعد به مدت 72 ساعت در دماي 550 درجه سانتي‌گراد آنيل شده و در محلول (اسيد نيتريك+ كرومات) اچ شده است و c: به مدت 32 ساعت در دماي 650 درجه سانتي‌گراد آنيل شده و سپس درمحلول (اسيد نيتريك+ كرومات) اچ شده است]8[.



در حالتي كه محلول اسيد سولفوريك - سولفات مس استفاده شده است، پتانسيل خوردگي نسبتا" پايين است و در ناحيه پسيو مي‌باشد. در حالت ديگر،  استفاده از محلول اسيد نيتريك ـ كرومات، يك پتانسيل بالاتر در ناحيه ترانس پسيو بدست مي‌دهد. موردa  در شكل 3-5 نشان مي‌دهد كه مرز دانه‌ها در محلول سولفات مس ـ اسيد سولفوريك مورد حمله واقع شده است. در حاليكه موارد b و c در شكل 3-5 نشان مي‌دهند كه فاز سيگماي زيادي (Extensive sigma phase) در داخل دانه و در پتانسيل‌هاي بالاتر، مورد حمله قرار گرفته شده است]8[.
با دنبال كردن نرخ تجزيه فريت در 2 نوع فولاد، مشخص شده است كه فاز سيگما، در زمان‌هاي كمتر از 2 دقيقه در دماي °c850 بوجود نمي‌آيد. از طرف ديگر، در نزديكي فلز جوش، وجود ساختار غير تعادلي، تشكيل فاز سيگما را تسريع مي‌كند و باعث بوجود آمدن ناحيه حساس شده‌اي در فصل مشترك فريت ـ  اوستنيت مي‌شود]8[.
قابل ذكر است كه فولاد بايد تا دماي بالاتر از °c1150 گرم شود تا تغييرات مهم در ساختار فريت قابل مشاهده شود. در دماهاي پايين‌تر، در نمونه‌هايي كه در دماي 700 تا °c800 آنيل شده‌اند، فقط درشت شدن مرز دانه‌ها (Grain Boundary Coarsening) از طريق تشكيل رسوب‌ها روي مرز فريت ـ اوستنيت، اتفاق مي‌افتد. اگر حرارت دادن اوليه (Superheating) تا دماي °c 1300 و بالاتر باشد، عمليات حرارتي ثانويه در دمايي حدود °c 600 نيز مي‌تواند تغييرات ساختاري عمده، ايجاد كند]8[.
هنگامي كه در ساختار، مقدار زيادي فريت وجود دارد، رسوب گذاري، سريع اتفاق مي‌افتد و به كاهش نواحي فريت مربوط مي‌شود كه مي‌تواند به عنوان مهاجرت مرز دانه‌ها در نظر گرفته شود. شكل 3-6 شواهدي از مهاجرت مرز دانه‌ها كه بصورت نواحي بدون رسوب است را نشان مي‌دهد]8[.


 
شكل ‏3 6- Extraction Replica كه انقباض (contraction) فريت در فولاد Fe-18Cr-9Ni-2Nb‌ با رسوبات كاربيد نيوبيوم در اوستنيت و كاربيدهاي نيوبيوم دندريتي را روي مرزهاي فريت اصلي پس از عمليات حرارتي در دماي 1320 درجه سانتي‌گراد به مدت 10 دقيقه و سپس كوئنچ در آب + 32 ساعت عمليات حرارتي در دماي 650 درجه سانتي‌گراد را نشان مي‌دهد]8[.

موضوع تشكيل فاز سيگما به انقباض (Contraction) فريت و تشكيل اوستنيت ثانويه مربوط مي‌شود. شكل 3-7 نواحي اوستنيت ثانويه كه در فريت فولادي كه با تيتانيوم تثبيت شده است را نشان مي‌دهد.
يك نكته مهم، تشكيل كاربيدهاي دندريتي عناصر تثبيت كننده است. اين كاربيدها، اضافه بر كاربيدهاي M23C6 و فاز سيگما تشكيل مي‌شوند. علاوه بر كاربيد M23C6 در بعضي حالات كاربيد M6C (شايدM7C ) نيز ممكن است تشكيل شود. كاربيدهايي كه بصورت كلي M6C معرفي شده‌اند حاوي آهن، كروم و نيوبيوم مي‌باشند. در اوستنيت، علاوه بر كاربيدها و نيتريدهاي ريز عناصر تثبيت كننده، فاز لاوه (Laves phase) با فرمول [(Fe,Cr)2Nb] نيز تشكيل مي‌شود. اين فاز در دماي °c 750 در فولادهاي با درصد نيوبيوم بالاتر و در دماي °c 850 در فولادهاي حاوي نيوبيوم كمتر، بوجود مي‌آيد]8[.
از فازهاي ذكر شده در بالا كه شامل فاز سيگما، كاربيدهاي مختلف و فاز لاوه مي‌باشد، ضروري است آن فازهايي كه بطور فراوان در طول مرز دانه‌ها تشكيل مي‌شوند را مد نظر قرار دهيم. بنابراين رسوب بصورت رندوم و ناكافي، اهميتي ندارد. توجه مخصوص بايد به حضور كروم در تغييرات دماي پايين (Low Temperature Modification) M6C-(Fe,Cr)3Nb3C بشود. اين كاربيد كمپلكس نيز مي‌تواند تشكيل كاربيد نواحي تهي شده را ترغيب نمايد. اين كاربيد در دماهاي بالا پايدار است و






شكل ‏3 7- نواحي اوستنيت ثانويه مشاهده شده در فريت فولاد Fe-18Cr-9Ni-1Ti

باعث هتروژن شدن ساختار مي‌شود كه اين هتروژن شدن ساختار باعث تسريع خوردگي در اسيد نيتريك مي‌شود]8[.
يكي از نكات مهم در پديده KLA، تشكيل كاربيدهاي دندريتي است كه كسر بزرگي از نواحي مرز دانه را مي‌پوشاند. بنابراين، يك كاربيد عنصر تثبيت كننده كه بسيار فعال است، مي‌تواند در اين خصوص يك نوع كاربيد مضر به حساب بيايد. همانطوريكه در شكل‌هاي 3-8 و 3-9 نشان داده شده است، كاربيد تيتانيوم دندريتي در مرز دانه‌ها تشكيل مي‌شود. اين كاربيد مي‌تواند تا پتانسيل‌هايي كه با پتانسيل خوردگي در اسيد نيتريك مطابقت دارد، حتي بدون اضافات اكسيد كننده (Oxidizing additives)، اكسيد شود. ‌اين امر با اين حقيقت كه افزايش درصد تيتانيوم در فولاد، پسيو بودن فولاد را كاهش مي‌دهد، موافقت دارد]8[.
اين فرضيه كه كاربيدهاي دندريتي پيوسته، ممكن است بطور اضافي همراه با تهي شدن كروم، علت وقوع KLA باشد، در يك مقايسه نتايج خوردگي در جدول 3-1 بررسي شده است. اين جدول جرئيات مطالعات رفتار خوردگي و آناليز ساختاري را نشان مي‌دهد. تركيب شيميايي آلياژهاي استفاده شده در تست نيز در جدول 3-2 آمده است. تست خوردگي در دو محلول استاندارد (سولفات مس ـ اسيد سولفوريك همراه با عنصر مس) و اسيد نيتريك انجام شده است. از آناليز جدول 3-2 احتمالات زير وجود دارد]8[ :

 
شكل ‏3 8- TiC دندريتي در فولاد Fe-18Cr-9Ni-1Ti ]8[.

1-    بعضي از نواحي در نتيجه تهي شدن كروم به واسطه تشكيل كاربيد كروم مورد حمله واقع شده‌اند.
2-    تغييرات ساختاري اضافي مربوط به Dehomogenization درآلياژ نيز مهم است و بدون شك به تشكيل كاربيد تيتانيوم دندريتي ارتباط دارد.

 
شكل ‏3 9- كاربيدهاي تيتانيوم دندريتي در نواحي Superheat‌ شده اتصال جوشكاري شده به روش under flux در فولاد Fe-18Cr-9Ni-1Ti ]8[.
ذكر اين نكته جالب است كه در فولاد با تركيب Fe-18 Cr-9 Ni- 1 Ti كه در محدوده بحراني، كاربيد كروم رسوب كرده بود، حساسيت اندكي  به خوردگي بين دانه‌اي در محلول اسيد نيتريك مشاهده شد. اگرچه، هنگامي كه كاربيد تيتانيوم زيادي در ساختار وجود داشت (شكل3-8)، حمله قابل ملاحظه‌اي اتفاق افتاده بود]8[.
جدول ‏3 1: تست خوردگي بين دانه‌اي در محلول استاندارد و محلول اسيد نيتريك 65% و نتايج آناليز ساختاري پس از انجام عمليات حرارتي‌ مختلف بر روي نمونه‌ها]8[.
 
 
ادامه جدول 3-1: تست خوردگي بين دانه‌اي در محلول استاندارد و محلول اسيد نيتريك 65% و نتايج آناليز ساختاري پس از انجام عمليات حرارتي‌ مختلف بر روي نمونه‌ها]8[.
 

نرخ خوردگي مشاهده شده در فولادهاي تثبيت شده با نيوبيوم، كمتر از فولادهاي تثبيت شده با تيتانيوم مي‌باشد. اين امر با اين حقيقت كه فولادهاي نيوبيوم دار، مقاومت بيشتري نسبت به فولادهاي حاوي تيتانيوم دارند، توافق دارد]8[.

جدول ‏3 2: تركيب شيميايي نمونه‌هاي فولادهاي انتخاب شده براي تست خوردگي]8[.
 
در نهايت، قابل ذكر است كه تركيب ساختارهاي مختلف ذكر شده در بالا، ممكن است با تنش اندركنش كرده و خوردگي را تسريع كنند. تا كنون مشخص نشده است كه اندركنش تنش با اين فازها تا چه اندازه است ولي بطور قطع وجود تنش، عامل مهمي در تسريع خوردگي مي‌باشد]8[.

3-4-    KLA در اتصالات جوشكاري شده از جنس فولادهاي زنگ‌نزن


مطالعات بخش قبل در مورد KLA به فولاد در حالت Bulk و جوشكاري نشده مربوط مي‌شد. حال اين سؤال مطرح است كه آيا نتايج حاصل از قسمت قبل، در مورد اتصالات جوشكاري شده نيز صادق است؟ بنابراين، بدست آوردن يك ارتباط (correlation) بين اين‌دو ضروري به نظر مي‌رسد. براي اين منظور يك روش جوشكاري مخصوص، دنبال مي‌شود كه در آن در طول جوشكاري زير سرباره (Under Flux Welding) يك ورق معين، منطقه Superheat بوجود مي‌آيد. نتايج حاصل از اين روش، مي‌تواند در مورد اتصالاتي كه بطور اتوماتيك ايجاد شده‌اند، بكار برود. شكل3-10 گراديان حرارتي ايجاد شده در يك فولاد تثبيت شده با تيتانيوم كه به روش Under Flux‌ جوشكاري شده است را نشان مي‌دهد. خط پر به گراديان دما در مركزSlab  و خط‌چين، گراديان دما در 5/4 ميلي‌متر زير سطح را نشان مي‌دهد.
در منطقه چسبيده به فلز جوش،‌ حمله انتخابي، اغلب به فرايندهايي كه در دماهاي بالا اتفاق مي‌افتد، يعني تشكيل كاربيد تيتانيوم دندريتي در مرز دانه‌ها مربوط مي‌باشد. كاربيدهاي تيتانيوم معمولا" در پتانسيل‌هاي منطبق با پتانسيل خوردگي فولاد در اسيد نيتريك، اكسيد مي‌شوند و مي‌توانند در اسيد نيتريك حل شوند]8[.
اثر حساس كنندگي در محدوده حرارتي بحراني، باعث بوجود آمدن رسوب‌هاي كاربيد كروم مي‌شود (و اثر حساس كنندگي نيز با بوجود ‌آمدن رسوب‌ها، تقويت مي‌شود). خوردگي نواحي Superheat شده با تشكيل كاربيدهاي كروم تشويق مي‌شود]8[.
براي حذف حساسيت نواحي Superheat شده، يك عمليات حرارتي دو مرحله‌اي پيشنهاد مي‌شود كه شامل مراحل زير مي‌باشد]8[ :
1-    عمليات حرارتي در دماي °c 1060 به مدت 2 ساعت و سپس، كوئنچ در آب.
2-    عمليات حرارتي در دماي °c 860 به مدت 2 ساعت و به دنبال آن، كوئنچ در آب.

 
شكل ‏3 10- گراديان دمايي ايجاد شده از فصل مشترك فلز پايه ـ فلز جوش در يك اتصال فولادي از جنس Fe-18Cr-9Ni-1Ti كه به روش under flux جوشكاري شده است. خط پر به مركز slab و خط‌چين به 5/4 ميلي‌متري زير سطح، مربوط مي‌شود]8[.

اين عمليات حرارتي دوگانه، اثر مطلوبي در كاهش خوردگي در نواحي Superheat شده دارد و به  پراكندگي (dispersion) و لخته شدن (coagulation) رسوبات كاربيد تيتانيوم در °c 1060 و حذف اثر حساس كنندگي متعاقب آنها در °c 860 مربوط مي‌شود. بعد از اين عمليات، كاربيدهاي تيتانيوم كاملا" متراكم (agglomerate) مي‌شوند و ديگر شكل دندريتي به خود نمي‌گيرند (شكل 3-11). البته، ‌آنها نيز مي‌توانند در اسيد نيتريك حل شوند]8[.



 
شكل ‏3 11- كاربيدهاي تيتانيوم در نواحي Sueprheat شده ناشي از عمليات جوشكاري به روش under flux يك نمونه فولادي از جنس Fe-18Cr-9Ni-1Ti و پس از انجام عمليات حرارتي دو مرحله‌اي پيشنهاد شده]8[.
4-    خوردگي توام با تنش 1
ترك خوردن دراثر خوردگي توام با تنش 2 كه نتيجه اعمال همزمان تنشهاي كششي و محيط خورنده روي فلز مي باشد . عده اي از محققين كليه انهداماي ناشي از ترك خوردن درمحيط هاي خورنده من جمله انهدامهاي ناشي از تردي ئيدروژني را SCC ناميده اند لكن اين دونوع ترك خوردن با تغيير پارامترهاي محيطي ، رفتارهاي متفاوتي از خود نشان مي دهند . مثلا حفاظت كاتدي روش موثري براي جلوگيري از SCC است در حاليكه باعث تسريع تردي هيدروژني مي گردد . به اين دليل در اينجا اين دو نوع ترك خوردن را جداگانه بحث مي كنيم .
در مرحله  SCC، فلز يا آلياژ تقريبا اصلا خورده نمي شود ، درحالي كه تركهاي ريزي به داخل آن پيشرفت مي كند .شكل 4-1 اين حالت را نشان مي دهد .

 
شكل 4-1- مقطع تركهاي  SCC‌در فولاد زنگ نزن (×500)
 اين نوع ترك خوردن نتايج جدي و خطرناكي دارد ،‌زيرا در تنشهايي كه در محدوده تنش مجاز طراحي شده قرار دارند واقع مي گردد. چنانجه اين فولاد درمعرض كلرور منيزيم ((MgCl2جوشان قرار بگيرد (در   يا   )، قابليت تحمل تنش ( تنش مجاز ) آهن به مقداري كه در   مجاز است مي دهد .
دو مورد كلاسيك SCC ، ترك خوردن فصلي1 برنج و تردي بازي فولاد2 است . هردوي اين نامگذاريها بازگو كننده شرايط محيطي است كه منجر به sccشده است . ترك خوردن فصلي به انهدامهاي ناشي از ‌SCC فشنگهاي برنجي اطلاق شده است.درفصل بارندگيهاي شديد ، مخصوصا در مناطق  گرمسير ،‌تركهائي در محل اتصال محفظه برنجي به گلوله مشاهده مي شد .بعدا معلوم شد كه عامل محيطي در ترك خوردن فصلي ، آمونياك حاصل از تجزيه مواد آلي بوده است .
در لوكوموتيوهاي بخار اوليه ،تعداد زيادي از ديگهاي بخار كه به روش پرچكاري ساخته شده بودند منفجر شدند . مطالعه انهدامها نشان دادند كه تركها ياشكست ترد ،از سوراخ پرچمها شروع شده بودند . اين نواحي درمرحله پرچكاري كار سرد شده بودند ، آناليز رسوبات سفيد رنگي كه در اين نواحي وجود داشت ، نشان داد كه مواد قليايي هيدروكسيد سديم جزاصلي است  به اين ترتيب شكست ترد درحضور مواد قليايي اصطلاح تردي بازي را بوجود آورد .
تمام سيستمهاي فلز و محيط خورنده باعث SCC نمي شوند ، مثال خوبي در اين مورد مقايسه بين برنجها وفولاد هاي زنگ نزن آستينتي مي باشد . فولادهاي زنگ نزن در محيط هاي كلرور دار ترك مي خورند لكن در محيطهاي آمونياك دارترك نخواهند خورد درحاليكه برنجها در محيطهاي آمونياك دار ترك مي خورند و درمحيطهاي كلروردار ترك نمي خورند . بعلاوه تعداد محيطهاي مختلفي كه در آنها يك آلياژ ترك خواهد خورد ، معمولا كم مي باشد .مثلا فولادهاي زنگ نزن دراسيد سولفوريك ، اسيد نيتريك ،اسيد استيك ، ياآب خالص ترك نخواهند خورد .لكن در محيطهاي كلرور دار بازي ترك خواهند خورد .
فاكتورهاي مهم در  SCCدرجه حرارت ،‌تركيب شيميايي محلول ، تركيب شيميايي فلز ،تنش و ساختمان فلز مي باشد . در قسمتهاي بعدي اين فاكتورها بهمراه مطالبي درباره شكل تركها ، ‌مكانيزم تشكيل و روشهاس جلوگيري از آنها بحث خواهد گرديد.



4-1-    شكل تركها
تركهاي SCC شبيه تركهايي كه درشكست ترد ايجاد مي شوند مي باشند درحالي كه حقيقتا ناشي از پروسهاي خوردگي موضعي هستند . لكن ، اگرچه اين تركها واقعا تركهاي مكانيكي نيستند . با وجود اين ، مناسب است مراحل و اشكال عمومي شكل 4-1 را به عنوان ترك قلمداد كرد .
 
 
شكل 4-1- مقطع تركهاي scc‌در فولاد زنگ نزن (×500)
در SCC هردو نوع بين دانه اي  و ميان دانه ای مشاهده مي گردد.تركهاي بين دانه اي درطول مرزها حركت مي كند . درحاليكه تركهاي ميان دانه اي از داخل دانه ها عبور مي نمايد شكل 4-2- مثالي از تركهاي ميان دانه اي  و نوع ترك بين دانه اي مي باشد . غالبا در يك آلياژ هردو نوع ترك ممكن است بوجود ميايند . نوع ترك بستگي به محيط خورنده و ساختمان فلز دارد . تغيير نوع .شكل ترك درمحيطهاي مختلف در آلياژهاي پرنيكل ، ‌آلياژهاي آهن –كرم و برنجها ديده شده است .
ترك خوردن معمولا درجهت عمود برتنش اعمال شده اتفاق مي افتد.دربعضي موارد تركها شاخه شاخه نيستند ودربعضي ديگر چند شاخه اي هستند(مثل دلتاي يك رودخانه درشكل 4-2) بسته به ساختمان فلز و تركيب شيميايي محيط خورنده شكل ترك مي تواند حالتهاي مختلف فوق الذكر را داشته باشد .
 
شكل4-2 -مثالي از تركهاي ميان دانه اي  و نوع ترك بين دانه اي

4-2-    طبقه بندي مكانيزمها
همان طور كه اشاره گرديد ، پيچيدگي اندر كنش بين محيطهاي مختلف ، ماهيت آلياژ ساختار متالوژيكي و غيره نشان ميدهد كه امكان وجود يك مكانيزم واحد براي خوردگي تنشي تمام سيستمهاي فلز –محيط وجود ندارد .استايكر1 بعضي ازمكانيزمهاي SCC را كه در سيستمهاي مختلف مي توانند عمل نمايند بشرح زير طبقه بندي كرده است .
4-2-1- مكانيزمهاي متالوژيكي
الف- هم صفحه بودن نابجايي ها .مقاومت در برابر ترك خوردن مربوط مي شود به طرز قرار گرفتن نابجايي ها . درفولاد هاي زنگ نزن كه مستعد به اين نوع ترك خوردن هستند نابجايي ها بصورت دسته هاي هم صفحه قرار مي گيرند ، درصورتي كه در آلياژهايي كه مقاوم هستند نابجايي ها بصورت سلولي يا درهم پيچيده قرار مي گيرند .
ب- پير تنشي و جدايش ميكروني . در پير تنشي فولادهاي زنگ نزن آستنيتي ،سيلانهاي پلاستيكي ناگهاني تند اتفاق مي افتد .اين پديده همراه است با جدايش ميكروني اتمهاي حل شونده به نواقص ديناميكي در ساختار كريستالي . اين نوع جدايش مي تواند باعث رفتار ترك خوردن در اثر خوردگي تنشي بطريق ميان دانه اي شود .سرعت ترك خوردن ، به وسيله ديفوزيون اتمهاي حل شونده و همچنين پولاريزاسيون الكتروشيميايي محدود مي شود .
ج-جذب شدن . عوامل فعال سطحي به سطح جذب مي شوند و با باندهاي تحت كرنش درنوك ترك اندر كنش نموده و باعث كاهش استحكام باندشده و سبب اشاعه ترك مي شوند .
4-2-2- مكانيزمهاي حل شدن
الف- تشديد حل شدن در اثرتنش . ترك با انحلال آندي موضعي گسترش مي يابد . نقش اصلي تغيير شكل پلاستيكي تشديد فرآيند حل شدن مي باشد.
ب- تشكيل فيلم در ديواره تركها بر اساس مكانيزم هم صفحه اي بودن نابجايي ها . تركها در محلي كه پله هاي لغزشي به سطح مي رسند شروع مي شوند .رشد تركها در نتيجه انحلال فلزي است كه در حال تسليم است . با رشد ترك ، پوسته روي ديواره ترك مجددا تشكيل مي شود و به عنان كاتد عمل مي كند .
ج- غني شدن نسبت به عنصر نجيب . تركيب شيميايي پله هاي لغزشي داراي غلظت كمتري از نيكل نسبت به سطح غني شده است ، در نتيجه پله لغزشي آنقدر حل مي شود تا مقدار نيكل به مقدار غني شده سطح قبلي برسد .
د-ترك خوردن در اثر خوردگي توام با تنش ،باشكستن و پاره شدن مداوم فيلمهاي غيرفعال پيشروي مي كند در محل پارگي عمل انحلال صور ت مي گيرد تا  مجددا حالت غير فعال بوجود آيد .
ه- مهاجرت ين كلريد . ين كلريد از طريق فيلم پاره شده به مناطقي كه داراي بالاترين تنش هستند مهاجرت مي كند بنابراين نقش ين كلريد پاره كردن فيلم بوده و در نتيجه امكان انحلال فلز را فراهم مي آورد .
4-2-3- مكانيزمهاي هيدروژن
الف- تشكيل هيدريد . هيدروژن وارد فولاد زنگ نزن 304 مي گردد و تشكيل مارتزيت مي دهد و به داخل رشته هاي 1عمود برجهت اعمال تنش نفوذ كرده و سپس باعث ترك خوردن مي شود .
ب- تردي هيدروژني . هيدروژن در داخل فلز در نوك ترك تجمع مي يابد و باعث تضعيف موضعي باندها مي شود . يا با تشكيل حفره ها يابا كاهش استحكام باندها . تركها با شكست مكانيكي منطقه ضعيف شده پيشروي مي كنند .
4-2-4- مكانيزمهاي مكانيكي
الف- حفره هه هاي تونلي و پارگي . پيشروي ترك با تشكيل حفره هاي عميق يا تونلهايي كه در اثرانحلال بوجود مي آيند و متعاقب آن به يكديگر متصل مي شوند وبصورت پارگي انجام مي شود .
ب- تاثير گوه ناشي از محصولات خوردگي . محصولات خوردگي درتركهاي موجود جمع مي شوند و درنتيجه با تاثير شبيه گوه باعث بازشدن و پيشروي ترك مي شوند .
4-3-    روشهاي جلوگيري
همانطور كه در بالا بدان اشاره رفت ،‌مكانيزم sccبطور كامل درك نشده است . درنتيجه روشهاي جلوگيري از اين نوع خوردگي ماهيتا يا كلي و عمومي هستند و يا تجربي .scc را مي توان با بكاربرد يك يا چند روش زير تقليل داد يا مرتفع نمود :
1-كم كردن تنش تا زير حد مجاز (در صورتي كه تنش حد مجاز وجود داشته باشد )،مثلا با كم كردن با روي فلز يا ضخيم تر كردن قطعه . تنش گيري فولادهاي كربني ساده در1100 تا 1200 درجه فارنهايت و فولادهاي زنگ نزن آستينتي معمولا در 1500 تا 1700 درجه فارنهايت انجام مي گيرد .
2- حذف اجزا و نا خالصيهاي مضر محيط ،مثلا دگازه كردن ، دمينراله كردن يا تقطير نمودن .
3- اگر تغيير محيط و تقليل هيچ كدام عملي نباشند بايستي آلياژ را عوض نمود .مثلا موقعي كه فولاد زنگ نزن 304 تحت scc قرارمي گيرد ،‌ روش معمول اين است كه از اينكونل (داراي مقدار نيكل بيشتر ) استفاده مي شود . اگرچه فولاد ساده كربني در مقابل خوردگي عمومي مستعد تر است ،لكن درمقابل scc از فولادهاي زنگ نزن مقاومتر مي باشد . مثلا مبدلهاي حرارتي كه درتماس با آب دريا يا آبهاي نمكدار (شور ) قرار دارند .معمولا از فولاد كربني معمولي ساخته ميشوند.
4- كاربرد حفاظت كاتدي ،كاتدي تنها موقعي بايستي بكار برده حفاظت شود كه كاملا  اثبات شده باشد كه انهدام در اثر scc بوده است . درصورتي كه انهدام در اثر تردي هيدروژني بوده باشد ،جريان كاتدي اعمال شده درحفاظت كاتدي باعث بدتر شدن مسئله مي شود .
5- اضافه كردن ممانعت كننده ها به سيستم در صورت امكان . در محيطهاي خورنده متوسط ،فسفاتها و ممانعت كننده ها آلي و معدني ديگر بطور موفقيت آميزي scc را تقليل داده اند . در تمام كاربردهايي كه از ممانعت كننده استفاده مي گردد ،بايستي مقدار ممانعت كننده ، كافي باشد تا از احتمال خوردگي موضعي و حفره دار شدن جلوگيري شود .
6- گاهي اوقات از پوششها استفاده مي شود ، نقش آنها آن است كه مانع از تماس محيط با فلز مي شوند ، لكن به طور كلي اين روش براي فلزات بدون پوشش ممكن   است خطرناك باشد .
7- ساچمه زني (همچنين تحت عنوان شات پلاست كردن) باعث ايجاد تنشهاي پس ماند فشاري در سطح فلز ميگردد . ول فول و مال ها 1نشان دادند كه درنتيجه ساچمه زني با ساچمه هاي شيشه اي مقاومت به خوردگي تنش به ميزان خيلي زياد افزايش يافت .
براي اينكه نتيجه خوبي عايد شود تمام سطح فلزي كه در معرض محيط قرار مي گيرد در دستگاه تمام شده بايستي شات بلاست شود .لايه سطحي كه داراي تنش فشاري است خيلي نازك است –معمولا چند هزارم اينچ .مثالي ازيك كاربرد موفقيت آميز شامل سانتريفيوژ از جنس فولاد زنگ نزن نوع 316 براي كار با كلريدهاي آلي در دماي  60درجه سانتي گراد بود كه پس از يكسال كار scc گسترده اي نشان داد . موقعي كه با سانتريفيوژ 316 شات بلاست جايگزين گرديد ، هيچ گونه تركي تا 42 ماه مشاهده نشد ساچمه زني سطحي كه ترك خورده توصيه نمي شود.




نتيجه گيري
5-نتيجه گيری



از نتايج بالا، اين مطلب روشن است كه در مورد مسأله KLA جوشكاري مي‌تواند يك بستگي (Correlation) با ماده جوشكاري نشده (Bulk) داشته باشد. روش جوشكاري، اثر قطعي روي عرض ناحيه‌اي كه مورد حمله قرار مي‌گيرد نيز دارد. در ارتباط با اثر حساس كنندگي ناحيه Superheat شده، KLA‌ در طول رسوب پاس اول، بسيار بيشتر اتفاق مي‌افتد. بنابراين، به منظور جلوگيري از KLA پيشنهاد مي‌شود كه طرفي از قطعه كه در معرض محيط خورنده است، در آخر، ‌جوشكاري شود. همچنين، خوردگي مي‌تواند با افزايش سرعت سرد كردن در طول فرايند جوشكاري، جلوگيري شود به شرط اينكه به قطعه، ‌تنش‌هاي زيان آور القا نشود]8[.
مسأله KLA‌ با استفاده از فولادهاي زنگ‌نزن كم كربن، كاهش مي‌يابد. اهميت ديگر اين فولادها كاهش حساسيت به خوردگي بين دانه‌اي حتي در اتصالات ضخيم مي‌باشد. با استفاده از آنها حتي KLA در فولادهاي تثبيت شده نيز كاهش مي‌يابد]8[.
اگرچه، KLA‌ به علت احتمال تشكيل فازهاي ديگر هنوز به عنوان يك نگراني مطرح است، حذف كامل اين فازها احتياج به كاهش درصد كربن تا زير 02/0 درصد دارد. پس مي‌توان نتيجه گرفت كه فولادهاي كم كربن به طور كامل مسأله را حل نمي‌كند و فقط مقدار آن را كاهش مي‌دهند]8[.
پديده KLA‌، به يك ناحيه بسيار نازك چسبيده به فلز جوش محدود مي‌شود. KLA  اصولا" در جوشهاي چند پاسه و همچنين در اتصالاتي كه در معرض عمليات حرارتي تنش‌گيري قرار مي‌گيرند، اتفاق مي‌افتد. حمله KLA، به رسوب فازهاي ثانويه مربوط مي‌شود. رديابي حمله KLA به علت انجام فرايندهايي كه خود آنها شناخته نشده‌اند، مانند رسوب فازهاي ثانويه، تشكيل فاز سيگما و تشكيل تعدادي فازهاي كاربيدي واسطه، مشكل مي‌باشد. مكان وقوع KLA، در مرزدانه‌ها مي‌باشد. فازي كه مورد حمله قرار مي‌گيرد، فاز تهي شده از كروم و يا فازهاي ثانويه فعال (شامل كاربيد تيتانيوم يا كاربيدهاي فعال ديگر) مي‌باشد. معيار مهم براي واكنش، آرايش هندسي رسوب‌ها است. احتمال KLA، مي‌تواند با آرايش رسوب‌ها بطوري كه پيوسته نباشند، كاهش مي‌يابد]8[.
همچنين برای کاهش سطح تخريب های ناشی از اين دو خوردگی به طور کلی موارد زير توصيه می شود:
1.    در ارتباط با هر دو پديده خوردگی ، حتی الامکان از روش جوشکاری برای مونتاز قطعات استفاده نشود.
2.    در صورت استفاده از روش جوشکاری ، استفاده از روشهای جوشکاری با انرژی جوش متمرکز تر توصيه می شود.
3.    استفاده از روش جايگزينی منگنزبه جای نيکل سبب کاهش مقاومت به خوردگی بين دانه ای  فولادهای  زنگ نزن آستنيتی می شود.]16[
4.    در صورت اطمينان از اينکه عامل شکست SCC ميباشد می توان از حفاظت کاتدی بهره برد.]15[
5.    همچنين برای کاهش اثرات محيط خورنده استفاده از ممانعت کننده ها توصيه می شود.

6- مراجع:

[1]:   Tuysserkani, H., Principles of Material Sciene, second edition, (2000).
[2]: Stansbury, E.F. and Abuchanan, J., Fundamentals of Electrochemical Corrosion, ASM International, (2000).
[3]:  Sedriks, A.J., Corrosion of Stainless Steels, John Wiley & Sons, New York, USA, (1996).  
[4]:   ASM Metals Handbook, Vol 13, corrosion, (1990).
[5]:  Gooch, T.G. and Willingham, D.C., Weld Decay in Austenitic Stainless Steels, The Welding Institute, England, (1975).
[6]: Lancaster, J.F., Metallurgy of Welding, Abington Publishing, Sixth edition, (1999).
[7]:   ASM Metals Handbook, Vol 6, Welding, Brazing and Soldering, (1990).
[8]: Cihal, V., Metallurgical Aspects of Knife-Line Attack on Stabitized Stainlees Steels, NACE, USA, (1972), pp.502-514.
[9]:  GOST 6032-89 Standard, Corrosion-resistant steels and alloys. Methods for testing the resistance to intercrystalline corrosion , (1989).
[10]: EN ISO 3651-2 Standard, determination of resistance to intergranular corrosion of stainless steel-part2: Ferritic, Austenitic and Ferritic-Austenitic (Duplex) stainless steels- corrosion test in media containing sulfuric acid, (1998).
[11]: ASTM A262-93a Standard, Standard for detecting susceptibility to intergranular attack in austenitic stainless steel, (1993).
[12]: BS 5903-80 Standard, Methods for determination of resistance to intergranular corrosion of Austenitic Stainless steels: copper sulphate, sulphuric acid method (Moneypenny Strauss test), (1980).
[14]: GOST 14019-80 Standard, Metals. Methods for bending tests , (1980).
[15]: Mars.G.Fontana, Corrosion Engineering, Third Edition 1986.
[16]: Martin Matulaa, Ludmila Hyspeckaa, Milan Svoboda.(2001) Intergranular corrosion of AISI 316L steel
[17]: Hiroyuki Kokawa, Masayuki Shimada, and Yutaka S. Sato (2000) Grain-Boundary Structure and Precipitation in Sensitized Austenitic Stainless Steel.

پایان نامه

برای دیدن ادامه مطلب از لینک زیر استفاده نمایید


انجام پایان نامه | دانلود مقاله

سفارش پایان نامه