شماره مدرك
21174
شماره راهنما
18150
پديد آورنده
شجاعي واجناني، محمدحسين
عنوان
تأثير عمليات حرارتي حساسيتزايي و تشكيل كاربيدهاي مرزدانهاي بر بهدامافتادن هيدروژن و تردي هيدروژني فولاد زنگنزن آستنيتي 304
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
خوردگي و حفاظت از مواد
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
چهارده، 113 ص.
توصيفگر ها
تردي هيدروژني , حساسيتزايي , دامهاي هيدروژني , كاربيدهاي مرزدانهاي , فولاد زنگنزن 304
تاريخ ورود اطلاعات
1405/04/26
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مواد و متالورژي
دانشكده
مهندسي مواد
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/04/29
كد ايرانداك
23235885
چكيده فارسي
در صنايع گوناگون از جمله صنايع نفت و گاز، تجهيزات و اجزاي مورد استفاده بايد در خشنترين شرايط محيطي، كارايي و پايداري خود را حفظ كنند تا تداوم توليد و سودآوري اقتصادي تضمين شود. فولادهاي زنگنزن آستنيتي به دليل مقاومت به خوردگي مطلوب و خواص مكانيكي مناسب، به طور گسترده در ساخت تجهيزات مختلف اين صنايع، از جمله تجهيزات در تماس با محيطهاي حاوي هيدروژن، مورد استفاده قرار ميگيرند. با اين حال، سرويس در محيطهاي حاوي هيدروژن ميتواند منجر به بروز تردي هيدروژني و در نهايت تخريب فولادهاي زنگنزن آستنيتي گردد. يكي از مكانهاي اصلي بهدامافتادن هيدروژن در فولادهاي زنگنزن آستنيتي، فصل مشترك كاربيدهاي مرزدانهاي و زمينه است. اين كاربيدها در طي فرايندهاي ساخت، جوشكاري يا سرويسدهي در دماهاي بالا تشكيل ميشوند و با ايجاد نواحي موضعي تخليهشده از كروم در اطراف خود، علاوه بر ايجاد مكانهاي مؤثر براي به دام افتادن هيدروژن، موجب كاهش عمر سرويسدهي قطعات نيز ميگردند. در فولاد زنگنزن 304، قرارگيري در محدودهي دمايي 400 تا 900 درجه سانتيگراد منجر به رسوب كاربيدهاي كروم در مرزدانهها و ايجاد نواحي تخليهشده از كروم در مجاورت آنها ميشود. اين پديده كه به حساسيتزايي (Sensitization) شناخته ميشود، ريزساختار را نسبت به خوردگي بيندانهاي و آسيبهاي محيطي حساس و آسيبپذير ميسازد. در پژوهش حاضر، اثر عمليات حساسيتزايي و تشكيل كاربيدهاي مرزدانهاي بر بهداماندازي هيدروژن و بروز تردي هيدروژني در فولاد زنگنزن آستنيتي 304 بررسي شده است. بدين منظور، نمونههاي فولاد زنگنزن آستنيتي 304 تحت سيكلهاي عمليات حرارتي مختلف قرار گرفتند و سپس آزمونهاي الكتروشيميايي، مكانيكي و بررسيهاي ريزساختاري در كنار فرايند شارژ هيدروژني انجام شد. بهمنظور تعيين دما بحراني ايجاد حساسيت در فولاد زنگنزن آستنيتي 304، ابتدا عمليات حرارتي آنيل انحلالي بهمنظور انحلال كاربيدها و ايجاد شرايط يكسان براي نمونهها، در دماي 1180 درجه سانتيگراد به مدت 45 دقيقه صورت پذيرفت و سپس نمونهها در آب، كوئنچ شدند. بهمنظور عمليات حرارتي حساسيتزايي، عمليات حرارتي در محدودهي دمايي 400 تا 900 درجه سانتيگراد با گامهاي 50 درجه سانتيگراد و در زمانهاي 1، 3، 12 و 24 ساعت انجام شد. به دنبال آن، بهمنظور ارزيابي ميزان حساسيت ايجاد شده در فولاد مورد بررسي، آزمون حساسيت به خوردگي مرزدانهاي بر طبق استاندارد ASTM G108 مورد استفاده قرار گرفت تا شرايط دمايي بحراني مشخص شود. بر اساس نتايج بهدستآمده، دماهاي 650 و 700 درجه سانتيگراد بهعنوان بحرانيترين دماها تعيين شدند. بررسيهاي ريزساختاري و خوردگي نشان داد كاربيدهاي مرزدانهاي و نواحي تخليهشده از كروم، نقش مهمي در شروع و گسترش خوردگي بيندانهاي و رفتار الكتروشيميايي نمونهها دارند. همچنين آزمونهاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميك نشاندهنده افزايش آسيبپذيري به خوردگي موضعي در اين نواحي بود. پس از شارژ هيدروژني، آزمون ميكروپرينت نقره مشخص كرد كه اين كاربيدها مكانهاي مؤثر بهدامافتادن هيدروژن هستند و باعث تشديد تردي هيدروژني ميشوند. نتايج XRD نيز افزايش مارتنزيت ناشي از هيدروژن، بهويژه در نواحي تخليه كروم، را تأييد كرد. بر اساس ارزيابي رفتار مكانيكي، حضور كاربيدها و نفوذ هيدروژن منجر به كاهش استحكام و افزايش تردي شد. اين يافتهها به طور مستقيم در بهبود عملكرد و افزايش عمر سرويسدهي تجهيزاتي كه در معرض جوشكاري يا سرويسدهي در دماهاي بالا قرار دارند، مانند تجهيزات تحتفشار و قطعات مورد استفاده در صنايع نفت، گاز و پتروشيمي نقش داشته باشد. در نتيجه، بهرهگيري از نتايج اين تحقيق ميتواند به كاهش نرخ ازكارافتادگي، جلوگيري از توقفهاي ناخواستهي توليد و كاهش هزينههاي تعمير و نگهداري در اين صنايع منجر شود.
چكيده انگليسي
In industries such as oil and gas, equipment and components must retain performance and stability under harsh environmental conditions to ensure continuous operation and economic efficiency. Austenitic stainless steels are widely used in such applications, especially in hydrogen-containing environments, owing to their excellent corrosion resistance and mechanical strength. However, exposure to hydrogen-rich atmospheres can cause hydrogen embrittlement, leading to material degradation. One of the main trapping sites for hydrogen in these steels is the interface between grain boundary carbides and the matrix. These carbides, formed during fabrication, welding, or high-temperature service, create chromium-depleted regions that promote hydrogen trapping and shorten component life. In 304 austenitic stainless steel, exposure to 400–900 °C leads to chromium carbide precipitation along grain boundaries and chromium depletion nearby, a process known as sensitization, which increases susceptibility to intergranular corrosion and environmental damage. This study examines the effects of sensitization and grain boundary carbide formation on hydrogen trapping and embrittlement behavior in 304 stainless steel. Specimens were first solution-annealed at 1180 °C for 45 min and water-quenched to dissolve carbides. Sensitization heat treatments were then conducted between 400 and 900 °C (in 50 °C intervals) for 1–24 hours. The ASTM G108 test identified 650 and 700 °C as critical sensitization temperatures. Microstructural observations, electrochemical corrosion tests, and cyclic potentiodynamic polarization analysis were subsequently performed to characterize carbide morphology and degradation mechanisms. Nine samples, including heat-treated and reference specimens, were hydrogen charged and analyzed using the silver microprint technique, confirming that carbide–matrix interfaces act as effective hydrogen traps. Post-charging evaluations via XRD, electrochemical testing, and tensile measurements showed that hydrogen promoted strain-induced martensitic transformation, particularly in chromium-depleted zones, and increased susceptibility to localized and intergranular corrosion. The presence of grain boundary carbides also reduced strength and induced brittle behavior. Overall, the findings clarify how sensitization and carbide precipitation enhance hydrogen trapping and embrittlement in 304 stainless steel. These insights can help optimize heat treatments and service conditions, thereby improving the reliability and extending the service life of pressure components and welded structures in the oil, gas, and petrochemical industries, while reducing failure rates and maintenance costs.
استاد راهنما
عبدالمجيد اسلامي , احمد رضائيان
استاد داور
مسعود عطاپور , علي شفيعي