885°F (475°C) Embrittlement
Description
of Damage
885°F 脆化是由於金相組織變化導致的延展性和破裂韌性的損失，發生的溫度在600~1000 °F(315到540°C)。脆化可能導致裂紋產生。
影響材料:
1.
400系列肥粒鐵(405、409、410、410S、430、446)。
低鉻合金(例如 405、409、410 和 410S)不易脆化。越高鉻肥粒鐵不銹鋼 [例如430(16 % 至 18 % Cr)和 446(23 % 至 27 % Cr)]容易受到影響。
2.
雙相不銹鋼(2205、2304、2507)，其中22 % 到 25 % Cr更容易受到影響。
3.
沃斯田鐵(300系列)焊道上， 300系列不銹鋼銲道通常含有10% 肥粒鐵相，300系列焊接需要用到含有肥粒鐵的焊條來避免銲接時熱裂，因焊道上含有肥粒鐵，故也潛在885°F脆化。
重點摘要:
885°F 脆化發生在肥粒鐵處於高溫600~1000 °F(315到540°C)的環境下，產生了脆化相，而脆化相會在室溫下，增加材料的硬度，降低延展性和韌性。
研究有很多種推論，大部分提到兩種機制讓肥粒鐵產生脆化，一個是spinodal decompositions，另一個是成核(nucleation and growth)。
spinodal decompositions機制是肥粒鐵在315到540°C的環境下，出現了混溶間隙(miscibility gap)，也就是從原本一個相轉變成兩個相，從b.c.c.的鐵鉻固溶液分別析出b.c.c.的Cr – rich相 (α’)和Fe – rich 相(α)，Cr – rich相 (α’)會限制金屬差排移動(dislocation motion)，在高溫狀態下，肥粒鐵仍保持延展性，但在低溫時，金屬就會變得硬且脆。
另一派學者相信脆性相是高溫下雜質造成的，或者其他兩種機制互相影響的，肥粒鐵本身含有碳化物、氮化物，當肥粒鐵在475°C，肥粒鐵裡的碳化物和氮化物溶解度會變得最低，這些雜質或者α’相會成核(nucleation and growth)到晶界上，當材料降回室溫時，就會影響材料的硬度和脆性。
簡單來說，肥粒鐵在315到540°C的環境下，會析出脆性相，脆性相會影響室溫下的材料硬度與延展性。
在實務中，要注意的是延性轉脆性的溫度(Dutile to Brittle Transition
Temperature, DBTT) ，DBTT是當金屬溫度下降至某一點時，其延性轉變成脆性時的溫度。換句話說，原本在室溫下，肥粒鐵的DBTT可能是零下溫度，還有保持延展性，但是，經過高溫環境衰退過後，脆性相形成後會導致材料在室溫變脆。885°F脆化材料在高溫時，通常可恢復韌性（約在175°C以上），在較低溫度或常溫時會失去韌性，出現脆性特徵，受力後可能導致破裂。
脆化需要高溫暴露，另一個影響因子是操作時間，當溫度在臨界溫度範圍內，會讓損害持續累積的，在大約 885°F (475°C) 時最容易產生脆性相（α’ phase）（在885°F時，脆性相形成速度最高）。溫度在885°F以上或以下皆需要更長時間才能達到最大脆化效果。例如，在 600°F (315°C) 下可能需要數千小時才能導致脆化。
緩解885°F 脆化可以用高於595°C (1100°F)的熱處理，再快速降溫，但是，在實務上，設備不適合這樣操作，因為肥粒鐵曾經過885°F脆化，即便使用熱處理去除脆化後，當操作環境處於315到540°C，設備會更容易復發885°F脆化。
在特定的高溫範圍內工作，雙相不銹鋼中肥粒鐵相含量的增加會增加損傷的敏感性，也會使韌性轉脆溫度（DBTT）顯著增加。雙相不銹鋼在焊接後也需要快速冷卻以避免脆性相形成之溫度區間。若材料在脆化溫度區間持溫或緩慢降溫，脆化有可能在熱處理過程中發生。
圖片出自R. A. Lula, Toughness of ferritic stainless steels,
一般來說，退火目的是要讓晶格重新排列，釋放內部難留應力增加延展性，但是，在雙相不鏽鋼則會增加硬度，因為雙相不鏽鋼會受到885°F脆化和sigma脆化影響。
最好的避免885°F脆化是選材避開，當製程條件會在315到540°C下，非層壓邊界的設備可以選擇低Cr的肥粒鐵，比如說，409、410 SS，即使會有885°F脆化問題，但因為Cr含量低，也不會太快發生。
在煉油廠，400系列肥粒鐵多數用在非層壓邊界的設備上，比如說，塔盤，不需要耐高壓的設備。雙相不鏽鋼的設備要注意在操作溫度，不要超過315°C。
檢驗:
目前無法量化脆性相的多寡會不會造成脆性斷裂問題，現在研究只能從發生脆化斷裂時，觀察到有脆性相析出，可是，脆性相很難觀察到。也就是說，金相很難量化885°F脆化後的壽命，只能藉由衝擊試驗查驗。
文獻:
1.
API
571
2.
M.B.
Cortie, H. Pollak, Embrittlement and aging at 475 °C in an experimental ferritic
stainless steel containing 38 wt.% chromium, Materials Science and Engineering
A199 (1995) 153 163
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0921509394097313
3.
Farej
Ahmed Alhegagi, 475°C Embrittlement in Stainless Steels,
International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 6, Issue
9, September-2015
https://www.ijser.org/researchpaper/475-C-Embrittlement-in-Stainless-Steels.pdf
4.
J.K.
Sahu, U. Krupp, R.N. Ghosh, H.-J. Christ, Effect of 475°C embrittlement on the
mechanical properties of duplex stainless steel, Materials Science and
Engineering A 508 (2009) 1–14
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509309000197
5.
T.J.
NICHOL, A. DATTA, AND G. AGGEN, Embrittlement of Ferritic Stainless Steels,
METALLURGICAL TRANSACTIONS A, VOLUME llA, APRIL 1980-585
https://link.springer.com/article/10.1007/BF02670694
6. R. A. Lula, Toughness of ferritic stainless steels, 超連結: Toughness of ferritic stainless
steels