अधिकांश उपयोगकर्ता जानते हैं कि 250 डिग्री सेल्सियस से ऊपर, डुप्लेक्स ग्रेड स्पिनोडल अपघटन के कारण होने वाले भंगुरता से प्रभावित हो सकते हैं।लेकिन क्या 250 डिग्री सेल्सियस एक पूर्ण सीमा है?एक्सपोज़र समय का क्या प्रभाव पड़ता है और क्या लीन और सुपर डुप्लेक्स अलग-अलग व्यवहार करते हैं?

कारक सीमित परिचालन तापमान

विशिष्ट अनुप्रयोग जिनके लिए डुप्लेक्स सामग्री को उच्च तापमान की स्थिति में उजागर करने की आवश्यकता होती है, वे हैं दबाव वाहिकाएं, पंखे के ब्लेड/प्ररित करनेवाला या निकास गैस स्क्रबर।भौतिक गुणों की आवश्यकताएं उच्च यांत्रिक शक्ति से लेकर संक्षारण प्रतिरोध तक हो सकती हैं। इस लेख में चर्चा किए गए ग्रेड की रासायनिक संरचना तालिका 1 में सूचीबद्ध है।

स्पिनोडल अपघटन

स्पिनोडल अपघटन (जिसे डिमिक्सिंग या ऐतिहासिक रूप से 475 डिग्री सेल्सियस-एम्ब्रिटलमेंट भी कहा जाता है) फेरिटिक चरण में एक प्रकार का चरण पृथक्करण है, जो लगभग 475 डिग्री सेल्सियस तापमान पर होता है।सबसे स्पष्ट प्रभाव माइक्रोस्ट्रक्चर में बदलाव है, जिससे α´ चरण का निर्माण होता है, जिसके परिणामस्वरूप सामग्री का विघटन होता है।यह, बदले में, अंतिम उत्पाद के प्रदर्शन को सीमित करता है।
चित्र 1 अध्ययन किए गए डुप्लेक्स सामग्रियों के लिए तापमान समय संक्रमण (टीटीटी) आरेख दिखाता है, जिसमें स्पिनोडल अपघटन 475 डिग्री सेल्सियस के क्षेत्र में दर्शाया गया है।यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि यह टीटीटी आरेख चार्पी-वी नमूनों पर प्रभाव क्रूरता परीक्षण द्वारा मापी गई कठोरता में 50% की कमी को दर्शाता है, जिसे आमतौर पर भंगुरता के संकेत के रूप में स्वीकार किया जाता है।कुछ अनुप्रयोगों में कठोरता में अधिक कमी स्वीकार्य हो सकती है, जो टीटीटी आरेख के आकार को बदल देती है।इसलिए, एक विशेष अधिकतम ओटी निर्धारित करने का निर्णय इस बात पर निर्भर करता है कि अंतिम उत्पाद के लिए भंगुरता यानी कठोरता में कमी का स्वीकार्य स्तर क्या माना जाता है।यह उल्लेख किया जाना चाहिए कि ऐतिहासिक रूप से टीटीटी-ग्राफ़ भी 27जे जैसे एक निर्धारित सीमा का उपयोग करके तैयार किए गए थे।

उच्चतर मिश्रधातु ग्रेड

चित्र 1 से पता चलता है कि ग्रेड एलडीएक्स 2101 से ग्रेड एसडीएक्स 2507 की ओर मिश्र धातु तत्वों की वृद्धि से तेजी से अपघटन दर होती है, जबकि लीन डुप्लेक्स अपघटन की देरी से शुरुआत को दर्शाता है।स्पिनोडल अपघटन और भंगुरता पर क्रोमियम (सीआर) और निकल (नी) जैसे मिश्रधातु तत्वों का प्रभाव पिछली जांचों द्वारा दिखाया गया है। 5-8 इस प्रभाव को आगे चित्र 2 में दर्शाया गया है। यह दर्शाता है कि तापमान बढ़ने पर स्पिनोडल अपघटन बढ़ जाता है इसे 300 से 350 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाया जाता है और कम मिश्रधातु वाले डीएक्स 2205 की तुलना में उच्च मिश्रधातु ग्रेड एसडीएक्स 2507 के लिए यह अधिक तेज़ है।
यह समझ ग्राहकों को उनके चयनित ग्रेड और एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त अधिकतम ओटी पर निर्णय लेने में मदद करने में महत्वपूर्ण हो सकती है।

अधिकतम तापमान का निर्धारण

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, डुप्लेक्स सामग्री के लिए अधिकतम ओटी को प्रभाव क्रूरता में स्वीकार्य गिरावट के अनुसार निर्धारित किया जा सकता है।आमतौर पर, 50% क्रूरता में कमी के मूल्य के अनुरूप ओटी को अपनाया जाता है।

ओटी तापमान और समय पर निर्भर करता है

चित्र 1 में टीटीटी आरेख में वक्रों की पूंछ में ढलान दर्शाता है कि स्पिनोडल अपघटन केवल एक सीमा तापमान पर नहीं होता है और उस स्तर से नीचे रुक जाता है।बल्कि, यह एक निरंतर प्रक्रिया है जब डुप्लेक्स सामग्री 475 डिग्री सेल्सियस से नीचे ऑपरेटिंग तापमान के संपर्क में आती है।हालाँकि यह भी स्पष्ट है कि, कम प्रसार दर के कारण, कम तापमान का मतलब है कि अपघटन देर से शुरू होगा और बहुत धीमी गति से आगे बढ़ेगा।इसलिए, कम तापमान पर डुप्लेक्स सामग्री का उपयोग करने से वर्षों या दशकों तक समस्या नहीं हो सकती है।फिर भी वर्तमान में एक्सपोज़र समय पर विचार किए बिना अधिकतम ओटी निर्धारित करने की प्रवृत्ति है।इसलिए मुख्य प्रश्न यह है कि यह तय करने के लिए किस तापमान-समय संयोजन का उपयोग किया जाना चाहिए कि किसी सामग्री का उपयोग करना सुरक्षित है या नहीं?हर्ज़मैन एट अल.10 इस दुविधा को अच्छी तरह से संक्षेप में प्रस्तुत करते हैं: "... उपयोग तब तापमान तक ही सीमित रहेगा जहां डीमिक्सिंग की गतिशीलता इतनी कम है कि यह उत्पाद के डिज़ाइन किए गए तकनीकी जीवन के दौरान घटित नहीं होगी..."।

वेल्डिंग का प्रभाव

अधिकांश एप्लिकेशन घटकों को जोड़ने के लिए वेल्डिंग का उपयोग करते हैं।यह सर्वविदित है कि वेल्ड माइक्रोस्ट्रक्चर और इसकी रसायन शास्त्र आधार सामग्री 3 से भिन्न होती है।भराव सामग्री, वेल्डिंग तकनीक और वेल्डिंग मापदंडों के आधार पर, वेल्ड की सूक्ष्म संरचना ज्यादातर थोक सामग्री से भिन्न होती है।माइक्रोस्ट्रक्चर आम तौर पर मोटा होता है, और इसमें उच्च तापमान ताप प्रभावित क्षेत्र (एचटीएचएजेड) भी शामिल होता है, जो वेल्ड में स्पिनोडल अपघटन को प्रभावित करता है।बल्क और वेल्डमेंट के बीच माइक्रोस्ट्रक्चर की भिन्नता यहां समीक्षा का विषय है।

सीमित करने वाले कारकों का सारांश

पिछले अनुभाग निम्नलिखित निष्कर्षों की ओर ले जाते हैं:

• सभी डुप्लेक्स सामग्रियां विषयगत हैं
  475 डिग्री सेल्सियस के आसपास तापमान पर स्पिनोडल अपघटन के लिए।
• मिश्र धातु सामग्री के आधार पर, तेज या धीमी अपघटन दर की उम्मीद की जाती है।उच्च सीआर और नी सामग्री तेजी से डीमिक्सिंग को बढ़ावा देती है।
• अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान सेट करने के लिए:
  - परिचालन समय और तापमान के संयोजन पर विचार किया जाना चाहिए।
  - कठोरता में कमी का एक स्वीकार्य स्तर, अर्थात, अंतिम कठोरता का एक वांछित स्तर निर्धारित किया जाना चाहिए
• जब अतिरिक्त माइक्रोस्ट्रक्चरल घटक, जैसे वेल्ड, पेश किए जाते हैं, तो अधिकतम ओटी सबसे कमजोर हिस्से द्वारा निर्धारित किया जाता है।

वैश्विक मानक

इस परियोजना के लिए कई यूरोपीय और अमेरिकी मानकों की समीक्षा की गई।उन्होंने दबाव वाहिकाओं और पाइपिंग घटकों में अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित किया।सामान्य तौर पर, समीक्षा किए गए मानकों के बीच अनुशंसित अधिकतम ओटी के संबंध में विसंगति को यूरोपीय और अमेरिकी दृष्टिकोण में विभाजित किया जा सकता है।
स्टेनलेस स्टील्स के लिए यूरोपीय सामग्री विनिर्देश मानक (उदाहरण के लिए ईएन 10028-7, ईएन 10217-7) इस तथ्य के कारण अधिकतम 250 डिग्री सेल्सियस का ओटी मानते हैं कि भौतिक गुण केवल इस तापमान तक ही प्रदान किए जाते हैं।इसके अलावा, दबाव वाहिकाओं और पाइपिंग के लिए यूरोपीय डिज़ाइन मानक (क्रमशः EN 13445 और EN 13480) उनके सामग्री मानकों में दिए गए अधिकतम ओटी के बारे में कोई और जानकारी नहीं देते हैं।
इसके विपरीत, अमेरिकी सामग्री विनिर्देश (उदाहरण के लिए एएसएमई अनुभाग II-ए का एएसएमई एसए-240) कोई भी ऊंचा तापमान डेटा प्रस्तुत नहीं करता है।इसके बजाय यह डेटा ASME अनुभाग II-D, 'गुण' में प्रदान किया गया है, जो दबाव वाहिकाओं के लिए सामान्य निर्माण कोड का समर्थन करता है, ASME अनुभाग VIII-1 और VIII-2 (बाद वाला अधिक उन्नत डिज़ाइन मार्ग प्रदान करता है)।एएसएमई II-डी में, अधिकांश डुप्लेक्स मिश्र धातुओं के लिए अधिकतम ओटी को स्पष्ट रूप से 316 डिग्री सेल्सियस बताया गया है।
दबाव पाइपिंग अनुप्रयोगों के लिए, डिज़ाइन नियम और सामग्री गुण दोनों ASME B31.3 में दिए गए हैं।इस कोड में, अधिकतम ओटी के स्पष्ट विवरण के बिना 316 डिग्री सेल्सियस तक डुप्लेक्स मिश्र धातुओं के लिए यांत्रिक डेटा प्रदान किया जाता है।फिर भी, आप एएसएमई II-डी में लिखी गई बातों का अनुपालन करने के लिए जानकारी की व्याख्या कर सकते हैं, और इस प्रकार, अमेरिकी मानकों के लिए अधिकतम ओटी ज्यादातर मामलों में 316 डिग्री सेल्सियस है।
अधिकतम ओटी जानकारी के अलावा, अमेरिकी और यूरोपीय दोनों मानकों का अर्थ है कि ऊंचे तापमान (>250 डिग्री सेल्सियस) पर लंबे समय तक संपर्क में रहने पर भंगुरता का सामना करने का जोखिम होता है, जिसे तब डिजाइन और सेवा चरण दोनों में माना जाना चाहिए।
वेल्ड के लिए, अधिकांश मानक स्पिनोडल अपघटन के प्रभाव पर कोई ठोस बयान नहीं देते हैं।हालाँकि, कुछ मानक (जैसे ASME VIII-1, टेबल UHA 32-4) विशिष्ट पोस्ट-वेल्ड हीट उपचार करने की संभावना का संकेत देते हैं।ये न तो आवश्यक हैं और न ही निषिद्ध हैं, लेकिन इन्हें निष्पादित करते समय इन्हें मानक में पूर्व-निर्धारित मापदंडों के अनुसार किया जाना चाहिए।

उद्योग जगत क्या कहता है

डुप्लेक्स स्टेनलेस स्टील के कई अन्य निर्माताओं द्वारा उत्पादित जानकारी की समीक्षा यह देखने के लिए की गई कि वे अपने ग्रेड के लिए तापमान सीमा के संबंध में क्या संचार करते हैं।2205 एटीआई द्वारा 315 डिग्री सेल्सियस पर सीमित है, लेकिन एसेरिनॉक्स ओटी को उसी ग्रेड के लिए केवल 250 डिग्री सेल्सियस पर सेट करता है।ये ग्रेड 2205 के लिए ऊपरी और निचली ओटी सीमाएँ हैं, जबकि इनके बीच में अन्य ओटी एपेरम (300 डिग्री सेल्सियस), सैंडविक (280 डिग्री सेल्सियस) और आर्सेलरमित्तल (280 डिग्री सेल्सियस) द्वारा संचारित होते हैं।यह केवल एक ग्रेड के लिए सुझाए गए अधिकतम ओटी की व्यापकता को दर्शाता है जिसमें निर्माता से निर्माता तक बहुत तुलनीय गुण होंगे।
किसी निर्माता ने एक निश्चित ओटी क्यों निर्धारित किया है, इसकी पृष्ठभूमि का तर्क हमेशा सामने नहीं आता है।अधिकांश मामलों में, यह एक विशेष मानक पर आधारित होता है।विभिन्न मानक अलग-अलग ओटी का संचार करते हैं, इसलिए मूल्यों में प्रसार होता है।तार्किक निष्कर्ष यह है कि अमेरिकी कंपनियां एएसएमई मानक के बयानों के कारण उच्च मूल्य निर्धारित करती हैं, जबकि यूरोपीय कंपनियां ईएन मानक के कारण कम मूल्य निर्धारित करती हैं।

ग्राहकों को क्या चाहिए?

अंतिम अनुप्रयोग के आधार पर, सामग्रियों के विभिन्न भार और एक्सपोज़र अपेक्षित हैं।इस परियोजना में, स्पिनोडल अपघटन के कारण होने वाली भंगुरता सबसे अधिक रुचि की थी क्योंकि यह दबाव वाहिकाओं पर बहुत लागू होती है।
हालाँकि, ऐसे कई अनुप्रयोग हैं जो डुप्लेक्स ग्रेड को केवल मध्यम यांत्रिक भार के लिए उजागर करते हैं, जैसे स्क्रबर11-15।एक अन्य अनुरोध पंखे के ब्लेड और इम्पेलर्स से संबंधित था, जो थकान भार के संपर्क में हैं।साहित्य से पता चलता है कि जब थकान भार लागू किया जाता है तो स्पिनोडल अपघटन अलग तरह से व्यवहार करता है।इस स्तर पर, यह स्पष्ट हो जाता है कि इन अनुप्रयोगों की अधिकतम ओटी को दबाव वाहिकाओं की तरह ही सेट नहीं किया जा सकता है।
अनुरोधों का एक अन्य वर्ग केवल संक्षारण-संबंधी अनुप्रयोगों के लिए है, जैसे समुद्री निकास गैस स्क्रबर।इन मामलों में, यांत्रिक भार के तहत ओटी सीमा की तुलना में संक्षारण प्रतिरोध अधिक महत्वपूर्ण है।हालाँकि, दोनों कारक अंतिम उत्पाद के संचालन को प्रभावित करते हैं, जिस पर अधिकतम ओटी का संकेत देते समय विचार किया जाना चाहिए।फिर, यह मामला पिछले दो मामलों से अलग है।
कुल मिलाकर, जब किसी ग्राहक को उनके डुप्लेक्स ग्रेड के लिए उपयुक्त अधिकतम ओटी की सलाह दी जाती है, तो मूल्य निर्धारित करने में एप्लिकेशन का प्रकार महत्वपूर्ण महत्व रखता है।यह आगे एक ग्रेड के लिए एकल ओटी स्थापित करने की जटिलता को प्रदर्शित करता है, क्योंकि जिस वातावरण में सामग्री तैनात की जाती है उसका उत्सर्जन प्रक्रिया पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

डुप्लेक्स के लिए अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान क्या है?

जैसा कि उल्लेख किया गया है, अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान स्पिनोडल अपघटन के बहुत कम कैनेटीक्स द्वारा निर्धारित किया जाता है।लेकिन हम इस तापमान को कैसे मापते हैं और वास्तव में "कम गतिकी" क्या हैं?पहले प्रश्न का उत्तर आसान है.हम पहले ही बता चुके हैं कि कठोरता माप आमतौर पर अपघटन की दर और प्रगति का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है।यह अधिकांश निर्माताओं द्वारा अपनाए जाने वाले मानकों में निर्धारित है।
दूसरा प्रश्न, निम्न गतिकी से क्या तात्पर्य है और वह मान जिस पर हम तापमान सीमा निर्धारित करते हैं, अधिक जटिल है।यह आंशिक रूप से इसलिए है क्योंकि अधिकतम तापमान की सीमा स्थितियां अधिकतम तापमान (टी) और ऑपरेटिंग समय (टी) दोनों से संकलित की जाती हैं, जिस पर यह तापमान कायम रहता है।इस टीटी संयोजन को मान्य करने के लिए, "न्यूनतम" कठोरता की विभिन्न व्याख्याओं का उपयोग किया जा सकता है:

• निचली सीमा, जो ऐतिहासिक रूप से निर्धारित है और वेल्ड के लिए लागू की जा सकती है, 27 जूल (जे) है
• मानकों के भीतर अधिकतर 40J की सीमा तय की गई है।
• निचली सीमा निर्धारित करने के लिए प्रारंभिक कठोरता में 50% की कमी भी अक्सर लागू की जाती है।

इसका मतलब यह है कि अधिकतम ओटी पर एक बयान कम से कम तीन सहमत मान्यताओं पर आधारित होना चाहिए:

• अंतिम उत्पाद का तापमान-समय एक्सपोज़र
• क्रूरता का स्वीकार्य न्यूनतम मूल्य
• आवेदन का अंतिम क्षेत्र (केवल रसायन विज्ञान, यांत्रिक भार हाँ/नहीं आदि)

प्रायोगिक ज्ञान का विलय

प्रयोगात्मक डेटा और मानकों के व्यापक सर्वेक्षण के बाद समीक्षा के तहत चार डुप्लेक्स ग्रेड के लिए सिफारिशों को संकलित करना संभव हो गया है, तालिका 3 देखें। यह माना जाना चाहिए कि अधिकांश डेटा 25 डिग्री सेल्सियस के तापमान चरणों के साथ किए गए प्रयोगशाला प्रयोगों से बनाया गया है। .
यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए कि ये सिफारिशें आरटी पर शेष कम से कम 50% कठोरता का संदर्भ देती हैं।जब तालिका में "लंबी अवधि" का संकेत दिया गया है तो आरटी में कोई महत्वपूर्ण कमी दर्ज नहीं की गई है।इसके अलावा, वेल्ड का परीक्षण केवल -40 डिग्री सेल्सियस पर किया गया है।अंत में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि 3,000 घंटे के परीक्षण के बाद इसकी उच्च कठोरता को देखते हुए, DX 2304 के लिए लंबे समय तक एक्सपोज़र समय का अनुमान लगाया गया है।हालाँकि, एक्सपोज़र को किस हद तक बढ़ाया जा सकता है, इसे आगे के परीक्षण से सत्यापित किया जाना चाहिए।

ध्यान देने योग्य तीन महत्वपूर्ण बिंदु हैं:

• वर्तमान निष्कर्षों से संकेत मिलता है कि यदि वेल्ड मौजूद हैं, तो ओटी लगभग 25 डिग्री सेल्सियस कम हो जाता है।
• डीएक्स 2205 के लिए अल्पकालिक स्पाइक्स (टी = 375 डिग्री सेल्सियस पर दसियों घंटे) स्वीकार्य हैं। चूंकि डीएक्स 2304 और एलडीएक्स 2101 निम्न मिश्रधातु ग्रेड हैं, इसलिए तुलनीय अल्पकालिक तापमान स्पाइक्स भी स्वीकार्य होने चाहिए।
• जब सामग्री अपघटन के कारण नष्ट हो जाती है, तो DX 2205 के लिए 550 - 600 °C और SDX 2507 के लिए 500 °C पर 1 घंटे के लिए शमन ताप उपचार से कठोरता को 70% तक ठीक करने में मदद मिलती है।