พีเอชสแตนเลส

เหล็กกล้าไร้สนิมชุบแข็งด้วยการตกตะกอนด้วยมาร์เทนซิติกเป็นเกรด PH ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการใช้งานอย่างแพร่หลาย ในระหว่างกระบวนการบำบัดความร้อน โลหะผสมเหล่านี้มักจะมีโครงสร้างออสเทนนิติก แต่เมื่อพวกมันถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง พวกมันจะเกิดการเปลี่ยนแปลงซึ่งส่งผลให้พวกมันเข้ากันกับอัลลอยด์มาร์เทนซิติกอย่างใกล้ชิดมากขึ้น เกรดทั่วไปบางส่วน ได้แก่ 17-4 (17% โครเมียม 4% นิกเกิล), 13-8 (13% Cr 8% Ni) และ 15-5 (15% Cr 5% Ni) เกรดเหล่านี้สามารถผ่านกรรมวิธีทางความร้อนเพื่อให้มีความแข็งแรงสูง ในขณะเดียวกันก็ต้านทานการกัดกร่อนและความสามารถในการขึ้นรูปได้ดีเยี่ยม พวกเขาทั้งหมดเป็นแม่เหล็ก

การแข็งตัวของเกรด PH ของมาร์เทนซิติกจะดำเนินการเพื่อให้ได้สภาวะเฉพาะ เช่น สภาวะ H900, H1025, H1100 และ H1150 สภาวะเหล่านี้บ่งบอกถึงอุณหภูมิของกระบวนการชุบแข็งอายุ แต่ละสภาวะจะทำให้เกิดคุณสมบัติทางกลที่แตกต่างกันในโลหะ แต่ความสามารถในการขึ้นรูปและความต้านทานการกัดกร่อนก็จะแตกต่างกันเช่นกัน เกรด PH ของมาร์เทนซิติกยังมีความเสถียรของขนาดที่ดีมากหลังจากการชุบแข็งตามอายุ

มูลค่าที่แท้จริงของเหล็กกล้าไร้สนิม PH ขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่น แม้ว่าเกรดที่กล่าวมาข้างต้นจะมีความต้านทานการกัดกร่อนที่ใกล้เคียงหรือตรงตามเกรดของสเตนเลสออสเทนนิติก 304 แต่สภาวะการชุบแข็งตามอายุทำให้สามารถปรับคุณสมบัติทางกลให้เหมาะกับการใช้งานที่หลากหลายได้ นี่คือเหตุผลที่การผลิตเกรด PH เพิ่มขึ้นอย่างมากในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา เนื่องจากนักออกแบบได้เรียนรู้ที่จะใช้ประโยชน์จากความสามารถในการปรับตัวของวัสดุนี้

นอกจากนี้ยังมีโลหะผสมที่ทำให้แข็งตัวด้วยการตกตะกอนออสเทนนิติก ซึ่งยังคงรักษาโครงสร้างพื้นฐานออสเทนนิติกไว้แม้หลังจากการอบชุบด้วยความร้อน โดยทั่วไปแล้วโลหะผสมเหล่านี้จะไม่แข็งแกร่งเท่ากับอีกสองประเภท แต่มีข้อได้เปรียบจากการเป็นออสเทนนิติกโดยสมบูรณ์ ตัวอย่างของหมวดหมู่นี้คือ A286 เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความแข็งแรงสูงและทนต่อการกัดกร่อนสูงถึง 1300 องศา F

ถัดมาเป็นโลหะผสมกึ่งออสเทนนิติก ซึ่งได้แก่ ออสเทนนิติกในสภาวะอบอ่อน และมาร์เทนซิติกในสภาวะชุบแข็งตามอายุ โลหะผสมเหล่านี้ยังคงอ่อนพอที่จะทำงานเย็นได้ ตัวอย่างทั่วไปคือ 17-7 PH ซึ่งผสมกับโครเมียม นิกเกิล และอะลูมิเนียม โดยทั่วไปถือเป็นโลหะผสมที่แข็งตัวด้วยการตกตะกอนที่ขึ้นรูปได้มากที่สุด ในขณะที่ยังคงแสดงความแข็งแกร่งและความแข็งที่ดีเยี่ยม ด้วยเหตุผลเหล่านี้ ส่วนใหญ่จึงมีจำหน่ายในรูปแบบแผ่นงาน นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นการบิดเบือนน้อยที่สุดหลังการอบชุบด้วยความร้อน

การระบุคุณลักษณะของสเตนเลสสตีลชุบแข็งด้วยการตกตะกอนจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างจุลภาคขั้นสุดท้ายหลังการอบชุบด้วยความร้อน พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นสี่กลุ่มที่แตกต่างกันตามรายการและอภิปรายด้านล่าง:

เหล็กกล้าไร้สนิม PH กึ่งออสเทนนิติก
เมื่อเย็นตัวลงอย่างรวดเร็วจากอุณหภูมิอบอ่อนจนถึงอุณหภูมิห้อง เหล็กกล้า PH กึ่งออสเทนนิติกจะคงโครงสร้างออสเทนนิติกไว้ คุณสมบัตินี้ให้ความเหนียวและความเหนียวที่ดีสำหรับกระบวนการขึ้นรูปเย็น ทำให้เป็นที่นิยมมากกว่าเหล็กกล้ามาร์เทนซิติก PH ที่มักจะมีความแข็งมากเกินไป
เพื่อทำให้เกิดการแข็งตัวและการเสริมกำลัง จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงเบื้องต้นจากออสเทนไนต์ไปเป็นมาร์เทนไซต์ นี่เป็นการเตรียมวัสดุสำหรับการบำบัดในภายหลังที่อุณหภูมิการเสื่อมสภาพ การทำความร้อนเหล็ก PH กึ่งออสเทนนิติกในช่วง 650–870 องศา ทำให้เกิดการตกตะกอนของคาร์ไบด์ กระบวนการนี้ช่วยลดการมีอยู่ขององค์ประกอบที่ทำให้ออสเทนไนต์คงตัวในเมทริกซ์ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงบางส่วนเป็นมาร์เทนไซต์เมื่อเย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิห้อง การเปลี่ยนรูปมาร์เทนไซต์บางส่วนยังสามารถทำได้โดยการทำความเย็นให้ต่ำกว่าอุณหภูมิ Ms (จุดเริ่มต้นของการเปลี่ยนรูปมาร์เทนไซต์) หรือผ่านการทำงานเย็น
ดังนั้น การเสริมแรงเหล็กกล้าไร้สนิม PH กึ่งออสเทนนิติกจึงต้องใช้วิธีแบบสองเฟสหรือสองขั้นตอน หลังจากการรักษาเบื้องต้นที่ส่งเสริมการก่อตัวของมาร์เทนไซต์ ระยะที่สองเกี่ยวข้องกับการสัมผัสกับอุณหภูมิการแก่ชราที่ 455–593 องศา การสัมผัสนี้นำไปสู่การตกตะกอน ส่งผลให้เกิดความแข็งและเสริมความแข็งแกร่งโดยรวม

เหล็กกล้าไร้สนิมออสเตนนิติก PH
โลหะผสมออสเทนนิติกจะรักษาโครงสร้างออสเทนนิติกไว้โดยการหลอมและแข็งตัวตามอายุ ที่อุณหภูมิการหลอม 1,095–1,120 องศา ระยะการแข็งตัวของฝนจะละลายและยังคงอยู่ในสารละลายระหว่างการทำความเย็นอย่างรวดเร็ว เมื่ออัลลอยด์เหล่านี้ถูกอุ่นใหม่ในช่วงอุณหภูมิ 650 ถึง 760 องศา จะเกิดการตกตะกอน ส่งผลให้มีความแข็งและความแข็งแรงสูงขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความแข็งของโลหะผสมออสเทนนิติกยังคงต่ำกว่าความแข็งของโลหะผสมมาร์เทนซิติกหรือกึ่งออสเทนนิติก และโลหะผสมเหล่านี้ยังคงรักษาคุณสมบัติที่ไม่ใช่แม่เหล็กไว้

เชื่อมเหล็กสแตนเลส PH
ในระหว่างการเชื่อม ความร้อนที่เกิดขึ้นจะกระตุ้นให้เกิดพื้นที่ของโลหะฐานที่ผ่านการชุบสารละลายหรืออบอ่อนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เพื่อให้ได้ความแข็งตามที่ต้องการในโซนเหล่านี้ อาจจำเป็นต้องมีการอบชุบด้วยความร้อนหลังการเชื่อม โดยใช้วิธีการอบด้วยความร้อนเดี่ยวหรือสองครั้ง ขอแนะนำให้ขอคำแนะนำจากผู้ผลิตเหล็กหรือปรึกษาเอกสารที่เกี่ยวข้องสำหรับแนวทางปฏิบัติในการเชื่อมที่แนะนำและขั้นตอนการรักษาในภายหลังโดยเฉพาะสำหรับเกรด PH ที่เป็นกรรมสิทธิ์ที่เป็นปัญหา
ส่วนเหล็กสแตนเลส PH ที่บางกว่าโดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องอุ่นก่อนการเชื่อม เกรด PH ของมาร์เทนซิติก โดดเด่นด้วยปริมาณคาร์บอนต่ำ ไม่ได้ผ่านการชุบแข็งเต็มรูปแบบเหมือนกับเหล็กกล้าไร้สนิมมาร์เทนซิติก เช่น ประเภท 410
ในกรณีของการเชื่อมแบบผ่านครั้งเดียว ทั้งโลหะเชื่อมและโซนที่ได้รับความร้อนมีแนวโน้มที่จะตอบสนองต่อการบำบัดแข็งตัวหลังการเชื่อมด้วยการตกตะกอนอย่างสม่ำเสมอ อย่างไรก็ตาม การเชื่อมหลายรอบจะมีความสม่ำเสมอน้อยกว่า สิ่งนี้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่โดดเด่นในโครงสร้างของโลหะฐาน โซนที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน และโลหะเชื่อม การหลอมภายหลังการเชื่อมช่วยส่งเสริมโครงสร้างที่สอดคล้องกันมากขึ้น ช่วยให้สามารถตอบสนองสม่ำเสมอต่อการบำบัดด้วยการตกตะกอนที่ตามมา
ตัวอย่างเช่น เมื่อเชื่อมแผ่น 17-4 PH ที่มีความหนาต่ำกว่าสี่นิ้ว ไม่จำเป็นต้องอุ่นก่อน แต่โดยทั่วไปแล้วจะระบุอุณหภูมิระหว่างการเชื่อมไว้ที่ 150 องศา สำหรับความหนาของแผ่น PH 17-4 ที่เกินสี่นิ้ว การอุ่นที่อุณหภูมิ 95 องศา และการรักษาอุณหภูมิระหว่างทางที่ 95–260 องศา มักถือว่าจำเป็นสำหรับการใช้งานจำนวนมาก เมื่อเชื่อม 17-4 PH โดยใช้ลวด ER630 เปลือย ให้ใช้อาร์กอนสำหรับการเชื่อม GMAW หรือใช้ก๊าซฮีเลียมหรืออาร์กอนสำหรับการเชื่อม GTAW

เหล็กกล้าไร้สนิม Martensitic PH
โดยเฉพาะอย่างยิ่งโลหะผสมมาร์เทนซิติกจะแสดงโครงสร้างออสเทนนิติกเป็นหลักที่อุณหภูมิการหลอมตั้งแต่ประมาณ 1,040 ถึง 1,065 องศา เมื่อเย็นตัวลงจนถึงอุณหภูมิห้อง โลหะผสมเหล่านี้จะผ่านกระบวนการเปลี่ยนแปลงที่แปลงโครงสร้างออสเทนไนต์เป็นมาร์เทนไซต์ การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วในอากาศหรือน้ำมันหลังจากขั้นตอนนี้จะช่วยรักษาการปรากฏตัวของสารเติมแต่ง เช่น ทองแดงและโคลัมเบียมภายในสารละลายของแข็งที่อุณหภูมิแวดล้อม ในช่วงอุณหภูมิประมาณ 150 องศาถึงอุณหภูมิห้อง การเปลี่ยนแปลงจากออสเทนไนต์เป็นมาร์เทนไซต์จะเกิดขึ้น เมื่อสารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวยิ่งยวดสูงในเมทริกซ์มาร์เทนไซต์ถูกให้ความร้อนซ้ำจนถึงอุณหภูมิการเสื่อมสภาพที่ 482 องศาถึง 593 องศา อนุภาคขนาดเล็กจะตกตะกอน นำไปสู่ความแข็งและความแข็งแกร่งที่เพิ่มขึ้น

ไม่ การตกตะกอนและการชุบแข็งมีความสัมพันธ์กัน แต่เป็นกระบวนการที่แตกต่างกันในวัสดุศาสตร์ การแข็งตัวเป็นคำทั่วไปที่ใช้อธิบายกระบวนการสร้างวัสดุ ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นโลหะหรือโลหะผสม ซึ่งมีความแข็งขึ้นโดยการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาคด้วยวิธีการต่างๆ ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนวัสดุจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด จากนั้นจึงทำให้วัสดุเย็นลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างผลึกและคุณสมบัติทางกล การชุบแข็งยังสามารถเกี่ยวข้องกับการแนะนำองค์ประกอบอัลลอยด์บางอย่างให้กับวัสดุ การชุบแข็งสามารถทำได้โดยผ่านกระบวนการต่างๆ เช่น การชุบแข็งและการอบคืนตัวในเหล็ก ในระหว่างที่วัสดุถูกให้ความร้อนแล้วทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็ว (ดับ) เพื่อล็อคให้อยู่ในสถานะแข็งตัว ตามด้วยการอุ่นซ้ำแบบควบคุม (การแบ่งเบาบรรเทา) เพื่อให้เกิดความสมดุลระหว่างความแข็งและความเหนียว

ในทางกลับกัน การตกตะกอนแข็งเป็นกระบวนการชุบแข็งประเภทเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของตะกอนที่กระจายตัวอย่างประณีตภายในโครงสร้างจุลภาคของวัสดุ การตกตะกอนเหล่านี้มักอยู่ในระดับนาโน ส่งผลให้มีความแข็งแรงและความแข็งเพิ่มขึ้น โดยทั่วไปกระบวนการจะประกอบด้วยขั้นตอนต่างๆ เช่น การบำบัดสารละลาย (การให้ความร้อนเพื่อละลายธาตุอัลลอยด์) การชุบแข็ง (การทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วเพื่อดักจับธาตุเหล่านี้ในสารละลาย) และการเสื่อมสภาพ (การให้ความร้อนซ้ำแบบควบคุมเพื่อให้ตะกอนก่อตัว) กระบวนการนี้มักใช้ในเหล็กกล้าไร้สนิม อลูมิเนียมอัลลอยด์ และวัสดุอื่นๆ บางชนิดเพื่อให้ได้คุณสมบัติทางกลที่ปรับแต่งโดยเฉพาะ