Anlöpningssprödhet: fällan vid 375–575 °C i Cr-Mo-stål

Fenomenet

Anlöpningssprödhet är en förlust av slagseghet som utvecklas när vissa legerade stål hålls i, eller kyls långsamt genom, ungefär intervallet 375–575 °C. Stålets dragegenskaper och hårdhet förändras knappt — en detalj kan klara varje rutintest och ändå vara spröd vid rumstemperatur, med omslagstemperaturen från segt till sprött brott kraftigt förskjuten uppåt. Fenomenet är mest känt i kromstål och Cr-Mo-stål, inklusive familjerna 2.25Cr-1Mo och Cr-Mo-V som används för tryckkärl, rotorer och tunga bultar.

Mekanismen: föroreningar vid korngränserna

Försprödningen orsakas inte av de huvudsakliga legeringsämnena själva. Spårföroreningar — främst fosfor, tenn, antimon och arsenik — segregerar till de tidigare austenitkorngränserna medan stålet befinner sig i det kritiska intervallet, vilket försvagar korngränserna så att brottet löper mellan kornen. Mangan och krom främjar segregationen; molybden i måttliga mängder fördröjer den, vilket är en av anledningarna till att Mo förekommer i så många tryckkärlskvaliteter.

Två egenskaper följer av mekanismen:

• Den är reversibel. Återuppvärmning över intervallet (och kylning i rimligt snabb takt) löser upp segregationen igen och återställer segheten — därav beteckningen "reversibel anlöpningssprödhet", till skillnad från den envägsförsprödning av anlöpt martensit som sker vid lägre temperaturer.
• Den är tidsberoende. Korta passager genom intervallet gör liten skada; långa hålltider, långsam ugnskylning av tjocka tvärsnitt och åratal av drift inom intervallet ackumulerar skadan.

Hur specifikationer bekämpar den

Eftersom orsaken är kemin skrivs motåtgärden in i inköpskraven:

• Föroreningsgränser — raffinörer håller P, Sn, Sb och As på låga nivåer, och köpare av kritiska smiden specificerar kombinerade försprödningsparametrar (de allmänt använda formlerna J-faktor och X-bar viktar dessa ämnen tillsammans) i inköpsordern.
• Anlöpningspraxis — anlöp om möjligt över intervallet och undvik långsam kylning genom det i tjocka tvärsnitt; stegkylningsprovcykler används för att kvalificera material för kärl som kommer att leva inom intervallet.
• Godkännande genom slagprovning — krav på Charpy-omslagstemperatur, ibland efter en simulerad försprödningscykel, verifierar den faktiska segheten i stället för att anta den.

Praktisk tolkning

Om en Cr-Mo-komponent har varit i lång drift vid 400–550 °C och måste bedömas säger hårdheten ensam ingenting om dess seghet. Omvänt är ett nytt smide som uppfyller stränga föroreningsgränser och anlöps korrekt inte "i riskzonen" bara för att dess anlöpningstemperatur valdes nära intervallet — fenomenet kräver föroreningarna, temperaturen och tiden tillsammans.

Hur den upptäcks

Eftersom hårdhet och draghållfasthet förblir normala upptäcks anlöpningssprödhet genom Charpy-slagprovning — närmare bestämt genom förskjutningen av omslagstemperaturen från segt till sprött brott jämfört med det oförsprödda tillståndet. Seghet mätt vid en enda temperatur kan vilseleda; omslagskurvan är beviset. Där en komponents historik är misstänkt provas prover som trepanerats ur detaljen eller förlängningar av det ursprungliga smidet, ibland efter en avförsprödande återuppvärmning för att bekräfta diagnosen: om segheten återkommer efter återuppvärmningen och den snabba kylningen var anlöpningssprödhet — snarare än permanent skada såsom krypning eller väteangrepp — orsaken.