Popouštěcí křehkost: past 375–575 °C u Cr-Mo ocelí

Tento jev

Popouštěcí křehkost je ztráta vrubové houževnatosti, která vzniká, když jsou určité legované oceli drženy v rozsahu přibližně 375–575 °C nebo jím pomalu ochlazovány. Pevnost v tahu a tvrdost oceli se téměř nemění — díl může projít každou rutinní zkouškou a přesto být při pokojové teplotě křehký, s výrazně posunutou přechodovou teplotou křehkého lomu směrem nahoru. Nejznámější je u chromových a Cr-Mo ocelí, včetně skupin 2.25Cr-1Mo a Cr-Mo-V používaných pro tlakové nádoby, rotory a těžké šrouby.

Mechanismus: nečistoty na hranicích zrn

Křehnutí nezpůsobují samotné hlavní legující prvky. Stopové nečistoty — především fosfor, cín, antimon a arsen — segregují na hranicích původních austenitických zrn, zatímco ocel setrvává v kritickém rozsahu, oslabují hranice, takže lom probíhá mezi zrny. Mangan a chrom segregaci podporují; molybden v mírných množstvích ji zpomaluje, což je jeden z důvodů, proč se Mo objevuje v tolika jakostech pro tlakové nádoby.

Z tohoto mechanismu vyplývají dva rysy:

• Je vratná. Opětovný ohřev nad tento rozsah (a přiměřeně rychlé ochlazení) segregaci znovu rozpustí a obnoví houževnatost — proto „vratná popouštěcí křehkost“, odlišná od jednosměrného křehnutí popuštěného martenzitu při nižších teplotách.
• Je závislá na čase. Krátké průchody tímto rozsahem způsobí jen malé škody; dlouhé výdrže, pomalé ochlazování těžkých průřezů v peci a roky provozu uvnitř tohoto rozsahu škody kumulují.

Jak proti ní bojují specifikace

Protože příčinou je chemické složení, obrana je zakotvena v požadavcích na nákup:

• Limity nečistot — výrobci oceli kontrolují P, Sn, Sb a As na nízké úrovně a odběratelé kritických výkovků v objednávce specifikují kombinované parametry křehnutí (široce používané vzorce J-factor a X-bar hodnotí tyto prvky společně).
• Postup popouštění — popouštět pokud možno nad tímto rozsahem a vyhnout se pomalému ochlazování skrz něj u těžkých průřezů; k ověření způsobilosti materiálu pro nádoby, které budou v tomto rozsahu provozovány, se používají zkušební cykly stupňovitého ochlazování.
• Přejímka zkouškou rázem — požadavky na přechodovou teplotu podle Charpyho zkoušky, někdy po simulovaném cyklu křehnutí, ověřují skutečnou houževnatost, místo aby ji předpokládaly.

Praktické čtení

Pokud byla součást z Cr-Mo oceli dlouhodobě v provozu při 400–550 °C a musí být posouzena, samotná tvrdost o její houževnatosti nic neříká. Naopak nový výkovek, který splňuje přísné limity nečistot a je správně popuštěn, není „ohrožen“ jen proto, že jeho teplota popouštění byla zvolena blízko tohoto rozsahu — tento jev vyžaduje nečistoty, teplotu a čas současně.

Jak se zjišťuje

Protože tvrdost a pevnost v tahu zůstávají normální, popouštěcí křehkost se zjišťuje Charpyho zkouškou rázem v ohybu — konkrétně posunem přechodové teploty křehkého lomu ve srovnání se stavem bez zkřehnutí. Houževnatost měřená při jediné teplotě může být zavádějící; důkazem je přechodová křivka. Je-li historie součásti podezřelá, zkoušejí se vzorky odebrané z dílu vývrtem nebo prodloužení původního výkovku, někdy po odkřehnutí opětovným ohřevem k potvrzení diagnózy: pokud se houževnatost po opětovném ohřevu a rychlém ochlazení vrátí, příčinou byla popouštěcí křehkost — nikoli trvalé poškození, jako je tečení nebo vodíkové napadení.