Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com.Używasz wersji przeglądarki z ograniczoną obsługą CSS.Aby uzyskać najlepszą jakość, zalecamy użycie zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w przeglądarce Internet Explorer).Dodatkowo, aby zapewnić bieżące wsparcie, pokazujemy witrynę bez stylów i JavaScript.
Suwaki pokazujące trzy artykuły na slajd.Użyj przycisków Wstecz i Dalej, aby poruszać się po slajdach, lub przycisków kontrolera slajdów na końcu, aby poruszać się po poszczególnych slajdach.
Skład chemiczny cewki ze stali nierdzewnej 321
Skład chemiczny węży ze stali nierdzewnej 321 jest następujący:
- Węgiel: maks. 0,08%
- Mangan: maks. 2,00%
- Nikiel: 9,00% min
| Stopień | C | Mn | Si | P | S | Cr | N | Ni | Ti |
| 321 | maks. 0,08 | 2,0 maks | 1,0 maks | 0,045 maks | 0,030 maks | 17.00 – 19.00 | 0,10 maks | 9.00 – 12.00 | 5(C+N) – maks. 0,70 |
Właściwości mechaniczne rury cewki ze stali nierdzewnej 321
Według producenta rur zwojowych ze stali nierdzewnej 321 właściwości mechaniczne zwojów rurowych ze stali nierdzewnej 321 przedstawiono w poniższej tabeli: Wytrzymałość na rozciąganie (psi) Granica plastyczności (psi) Wydłużenie (%)
| Materiał | Gęstość | Temperatura topnienia | Wytrzymałość na rozciąganie | Granica plastyczności (przesunięcie 0,2%) | Wydłużenie |
| 321 | 8,0 g/cm3 | 1457°C (2650°F) | Psi – 75000, MPa – 515 | Psi – 30000, MPa – 205 | 35% |
Zastosowania i zastosowania cewki ze stali nierdzewnej 321
W wielu zastosowaniach inżynieryjnych najważniejszymi czynnikami są właściwości mechaniczne i korozyjne konstrukcji spawanych ze stali nierdzewnej duplex (DSS).W bieżącym badaniu zbadano właściwości mechaniczne i odporność na korozję spoin ze stali nierdzewnej typu duplex w środowisku symulującym 3,5% NaCl przy użyciu specjalnie zaprojektowanej nowej elektrody bez dodatku pierwiastków stopowych do próbek topnika.Na elektrodach E1 i E2 do spawania płyt DSS zastosowano dwa różne typy topników o indeksie podstawowym 2,40 i 0,40.Stabilność termiczną składów topników oceniano za pomocą analizy termograwimetrycznej.Oceniono skład chemiczny oraz właściwości mechaniczne i korozyjne złączy spawanych za pomocą spektroskopii emisyjnej zgodnie z różnymi normami ASTM.Do określenia faz występujących w spoinach DSS wykorzystuje się dyfrakcję promieni rentgenowskich, a do badania mikrostruktury spoin wykorzystuje się skaning elektronowy za pomocą EDS.Wytrzymałość na rozciąganie złączy spawanych wykonanych elektrodami E1 mieściła się w granicach 715-732 MPa, a elektrodami E2 – 606-687 MPa.Zwiększono prąd spawania z 90 A do 110 A, zwiększono także twardość.Złącza spawane elektrodami E1 pokrytymi topnikami zasadowymi charakteryzują się lepszymi właściwościami mechanicznymi.Konstrukcja stalowa charakteryzuje się wysoką odpornością na korozję w środowisku 3,5% NaCl.Potwierdza to sprawność połączeń spawanych wykonanych nowo opracowanymi elektrodami.Wyniki omówiono w aspekcie ubytku pierwiastków stopowych takich jak Cr i Mo obserwowanego w spoinach elektrodami otulonymi E1 i E2 oraz uwalniania Cr2N w spoinach wykonanych elektrodami E1 i E2.
Historycznie rzecz biorąc, pierwsza oficjalna wzmianka o stali nierdzewnej typu duplex (DSS) pochodzi z 1927 roku, kiedy była ona używana tylko do niektórych odlewów i nie była wykorzystywana w większości zastosowań technicznych ze względu na wysoką zawartość węgla1.Jednak później standardową zawartość węgla obniżono do maksymalnej wartości 0,03% i stale te stały się szeroko stosowane w różnych dziedzinach2,3.DSS to rodzina stopów zawierających w przybliżeniu równe ilości ferrytu i austenitu.Badania wykazały, że faza ferrytyczna w DSS zapewnia doskonałą ochronę przed pękaniem korozyjnym naprężeniowym (SCC) wywołanym chlorkami, co było ważnym problemem w przypadku austenitycznych stali nierdzewnych (ASS) w XX wieku.Z drugiej strony w niektórych branżach inżynieryjnych i innych4 zapotrzebowanie na magazyny rośnie w tempie nawet 20% rocznie.Tę innowacyjną stal o dwufazowej strukturze austenityczno-ferrytycznej można otrzymać poprzez odpowiedni dobór składu, rafinację fizyko-chemiczną i termomechaniczną.W porównaniu do jednofazowej stali nierdzewnej, DSS ma wyższą granicę plastyczności i doskonałą odporność na SCC5, 6, 7, 8. Struktura duplex zapewnia tym stalom niezrównaną wytrzymałość, wytrzymałość i zwiększoną odporność na korozję w agresywnym środowisku zawierającym kwasy, chlorki kwasowe, woda morska i żrące chemikalia9.Ze względu na roczne wahania cen stopów niklu (Ni) na rynku ogólnym, struktura DSS, zwłaszcza typu o niskiej zawartości niklu (chudy DSS), osiągnęła wiele wyjątkowych osiągnięć w porównaniu z żelazem sześciennym centrowanym czołowo (FCC)10, 11. Główne Problem projektów ASE polega na tym, że są one poddawane różnym trudnym warunkom.Dlatego różne działy inżynieryjne i firmy starają się promować alternatywne stale nierdzewne o niskiej zawartości niklu (Ni), które działają równie dobrze lub lepiej niż tradycyjne stale ASS, mają odpowiednią spawalność i są wykorzystywane w zastosowaniach przemysłowych, takich jak wymienniki ciepła wody morskiej i przemysł chemiczny.pojemnik 13 dla środowisk o wysokim stężeniu chlorków.
We współczesnym postępie technologicznym produkcja spawana odgrywa istotną rolę.Zazwyczaj elementy konstrukcyjne DSS łączone są za pomocą spawania łukowego w osłonie gazu lub spawania łukowego w osłonie gazu.Na spoinę wpływa głównie skład elektrody użytej do spawania.Elektrody spawalnicze składają się z dwóch części: metalu i topnika.Najczęściej elektrody pokrywane są topnikiem, mieszaniną metali, która po rozkładzie wydziela gazy i tworzy ochronny żużel, który chroni spoinę przed zanieczyszczeniem, zwiększa stabilność łuku, a także dodaje składnik stopowy w celu poprawy jakości spawania14 .Żeliwo, aluminium, stal nierdzewna, stal miękka, stal o wysokiej wytrzymałości, miedź, mosiądz i brąz to tylko niektóre z metali elektrod spawalniczych, natomiast celuloza, proszek żelaza i wodór to tylko niektóre z używanych materiałów topnikowych.Czasami do mieszaniny topnika dodaje się także sód, tytan i potas.
Niektórzy badacze próbowali zbadać wpływ konfiguracji elektrod na integralność mechaniczną i korozyjną spawanych konstrukcji stalowych.Singh i in.15 badali wpływ składu topnika na wydłużenie i wytrzymałość na rozciąganie spoin spawanych metodą spawania łukiem krytym.Wyniki pokazują, że CaF2 i NiO są głównymi determinantami wytrzymałości na rozciąganie w porównaniu z obecnością FeMn.Chirag i wsp.16 badali związki SMAW, zmieniając stężenie rutylu (TiO2) w mieszaninie topników elektrodowych.Stwierdzono, że właściwości mikrotwardości wzrastają w wyniku wzrostu zawartości i migracji węgla i krzemu.Kumar [17] badał projektowanie i rozwój topników aglomerowanych do spawania łukiem krytym blach stalowych.Nwigbo i Atuanya18 zbadali zastosowanie bogatych w potas spoiw krzemianowo-sodowych do produkcji topników do spawania łukowego i odkryli spoiny o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 430 MPa i akceptowalnej strukturze ziaren.Lothongkum i in.19 zastosowali metodę potencjokinetyczną do badania udziału objętościowego austenitu w stali nierdzewnej duplex 28Cr–7Ni–O–0,34N w nasyconym powietrzem roztworze NaCl o stężeniu 3,5% wag.w warunkach pH.i 27°C.Zarówno stale nierdzewne typu duplex, jak i micro duplex wykazują taki sam wpływ azotu na zachowanie korozyjne.Azot nie wpływał na potencjał i szybkość korozji przy pH 7 i 10, jednakże potencjał korozji przy pH 10 był niższy niż przy pH 7. Z drugiej strony, przy wszystkich badanych poziomach pH potencjał zaczął rosnąć wraz ze wzrostem zawartości azotu .Lacerda i in.20 badało wżery duplex stali nierdzewnych UNS S31803 i UNS S32304 w 3,5% roztworze NaCl, stosując cykliczną polaryzację potencjodynamiczną.W 3,5% wag. roztworze NaCl na dwóch badanych płytkach stalowych stwierdzono oznaki wżerów.Stal UNS S31803 ma wyższy potencjał korozji (Ecorr), potencjał wżerów (Epit) i odporność na polaryzację (Rp) niż stal UNS S32304.Stal UNS S31803 ma wyższą repasywność niż stal UNS S32304.Według badań Jianga i in.[21], pik reaktywacji odpowiadający podwójnej fazie (fazy austenitu i ferrytu) stali nierdzewnej duplex obejmuje do 65% składu ferrytu, a gęstość prądu reaktywacji ferrytu wzrasta wraz ze wzrostem czasu obróbki cieplnej.Powszechnie wiadomo, że fazy austenityczna i ferrytyczna wykazują różne reakcje elektrochemiczne przy różnych potencjałach elektrochemicznych21,22,23,24.Abdo i wsp.25 wykorzystali pomiary potencjodynamiczne za pomocą spektroskopii polaryzacyjnej i elektrochemicznej spektroskopii impedancyjnej do badania elektrochemicznie indukowanej korozji spawanego laserowo stopu 2205 DSS w sztucznej wodzie morskiej (3,5% NaCl) w warunkach różnej kwasowości i zasadowości.Na odsłoniętych powierzchniach badanych próbek DSS zaobserwowano korozję wżerową.Na podstawie tych ustaleń ustalono, że istnieje proporcjonalna zależność pomiędzy pH ośrodka rozpuszczającego a oporem warstwy powstałej w procesie przenoszenia ładunku, co bezpośrednio wpływa na powstawanie wżerów i ich specyfikację.Celem tego badania było zrozumienie, w jaki sposób nowo opracowany skład elektrod spawalniczych wpływa na integralność mechaniczną i odporność na zużycie spawanego DSS 2205 w środowisku 3,5% NaCl.
Topniki mineralne (składniki) stosowane w preparatach do powlekania elektrod to węglan wapnia (CaCO3) z dystryktu Obajana w stanie Kogi w Nigerii, fluorek wapnia (CaF2) ze stanu Taraba w Nigerii, dwutlenek krzemu (SiO2), talk w proszku (Mg3Si4O10(OH) ) )2) i rutyl (TiO2) otrzymano z Jos w Nigerii, a kaolin (Al2(OH)4Si2O5) otrzymano z Kankara w stanie Katsina w Nigerii.Jako spoiwo stosuje się krzemian potasu, pozyskiwany z Indii.
Jak pokazano w tabeli 1, tlenki składowe zważono niezależnie na wadze cyfrowej.Następnie zmieszano go ze spoiwem na bazie krzemianu potasu (23% wagowych) w mieszalniku elektrycznym (model: 641-048) firmy Indian Steel and Wire Products Ltd. (ISWP) przez 30 minut, aby uzyskać jednorodną półstałą pastę.Mokry wymieszany topnik jest prasowany w cylindryczny kształt z brykieciarki i podawany do komory wytłaczarki pod ciśnieniem od 80 do 100 kg/cm2, a z komory podawania drutu podawany jest do wytłaczarki drutu ze stali nierdzewnej o średnicy 3,15 mm.Topnik jest podawany przez układ dysza/matryca i wtryskiwany do wytłaczarki w celu wytłoczenia elektrod.Uzyskano współczynnik pokrycia wynoszący 1,70 mm, gdzie współczynnik pokrycia definiuje się jako stosunek średnicy elektrody do średnicy żyły.Następnie powlekane elektrody suszono na powietrzu przez 24 godziny, a następnie kalcynowano w piecu muflowym (model PH-248-0571/5448) w temperaturze 150–250°C\(-\) przez 2 godziny.Użyj równania do obliczenia zasadowości przepływu.(1) 26;
Stabilność termiczną próbek topników o kompozycjach E1 i E2 określono za pomocą analizy termograwimetrycznej (TGA).Próbkę około 25,33 mg topnika załadowano do TGA w celu analizy.Doświadczenia przeprowadzono w obojętnym ośrodku uzyskanym poprzez ciągły przepływ N2 z szybkością 60 ml/min.Próbkę ogrzewano od 30°C do 1000°C z szybkością ogrzewania 10°C/min.Zgodnie z metodami wymienionymi przez Wanga i wsp.27, Xu i wsp.28 oraz Dagwa i wsp.29 na wykresach TGA oceniano rozkład termiczny i utratę masy próbek w określonych temperaturach.
Przetwórz dwie płytki DSS 300 x 60 x 6 mm, aby przygotować je do lutowania.Rowek V został zaprojektowany ze szczeliną graniową 3 mm, otworem korzeniowym 2 mm i kątem rowka 60°.Następnie płytkę przepłukano acetonem w celu usunięcia ewentualnych zanieczyszczeń.Spawaj płyty za pomocą spawarki łukowej w osłonie (SMAW) z elektrodą prądu stałego o dodatniej polaryzacji (DCEP), używając elektrod otulonych (E1 i E2) i elektrody odniesienia (C) o średnicy 3,15 mm.Do obróbki spawanych próbek stali w celu przeprowadzenia testów mechanicznych i określenia charakterystyki korozyjnej zastosowano obróbkę elektroerozyjną (EDM) (model: Excetek-V400).Tabela 2 przedstawia przykładowy kod i opis, a Tabela 3 przedstawia różne parametry robocze spawania stosowane do spawania płyty DSS.Równanie (2) służy do obliczenia odpowiedniego dopływu ciepła.
Wykorzystując optyczny spektrometr emisyjny (OES) Bruker Q8 MAGELLAN o długości fali od 110 do 800 nm oraz oprogramowanie bazy danych SQL, określono skład chemiczny złączy spawanych elektrod E1, E2 i C oraz próbek metalu nieszlachetnego.wykorzystuje szczelinę pomiędzy elektrodą a badaną próbką metalu. Generuje energię elektryczną w postaci iskry.Próbkę składników odparowuje się i natryskuje, po czym następuje wzbudzenie atomowe, które następnie emituje określone widmo liniowe31.W celu jakościowej analizy próbki fotopowielacz mierzy obecność dedykowanego widma dla każdego pierwiastka, a także intensywność widma.Następnie użyj równania, aby obliczyć równoważną liczbę odporności na wżery (PREN).(3) Do obliczenia równoważników chromu i niklu (Creq i Nieq) z równań stosuje się współczynnik 32 i diagram stanu WRC 1992.(4) i (5) wynoszą odpowiednio 33 i 34;
Należy pamiętać, że PREN uwzględnia jedynie pozytywny wpływ trzech głównych pierwiastków Cr, Mo i N, podczas gdy współczynnik azotu x mieści się w przedziale 16-30.Zwykle x wybiera się z listy 16, 20 lub 30. W badaniach stali nierdzewnych typu duplex do obliczenia wartości PREN35,36 najczęściej stosuje się wartość pośrednią 20.
Złącza spawane wykonane różnymi elektrodami poddano próbie rozciągania na uniwersalnej maszynie wytrzymałościowej (Instron 8800 UTM) przy prędkości odkształcania 0,5 mm/min zgodnie z ASTM E8-21.Wytrzymałość na rozciąganie (UTS), 0,2% granicę plastyczności przy ścinaniu (YS) i wydłużenie obliczono zgodnie z ASTM E8-2137.
Spawy DSS 2205 zostały najpierw szlifowane i polerowane przy użyciu różnych wielkości ziarna (120, 220, 320, 400, 600, 800, 1000 i 1200) przed analizą twardości.Próbki spawane wykonano elektrodami E1, E2 i C. Twardość mierzono w dziesięciu (10) punktach od środka spoiny do metalu rodzimego w odstępie 1 mm.
Dyfraktometr rentgenowski (D8 Discover, Bruker, Niemcy) skonfigurowany z oprogramowaniem Bruker XRD Commander do gromadzenia danych i promieniowania Cu-K-α z filtrem Fe o energii 8,04 keV odpowiadającej długości fali 1,5406 Å i szybkości skanowania 3 ° Zakres skanowania (2θ) min-1 wynosi 38 do 103° dla analizy fazowej z użyciem elektrod E1, E2 i C oraz BM obecnych w spoinach DSS.Do indeksowania faz składowych wykorzystano metodę udoskonalenia Rietvelda za pomocą oprogramowania MAUD opisanego przez Lutterottiego39.W oparciu o normę ASTM E1245-03 przeprowadzono ilościową analizę metalograficzną obrazów mikroskopowych złączy spawanych elektrod E1, E2 i C przy użyciu programu Image J40.Wyniki obliczeń udziału objętościowego fazy ferrytyczno-austenitycznej, ich wartości średniej i odchylenia podano w tabeli.5. Jak pokazano na przykładowej konfiguracji na ryc.6d, przeprowadzono analizę mikroskopii optycznej (OM) PM i złączy spawanych z elektrodami E1 i E2 w celu zbadania morfologii próbek.Próbki polerowano papierem ściernym z węglika krzemu (SiC) o ziarnistości 120, 220, 320, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500 i 2000.Próbki następnie trawiono elektrolitycznie w 10% wodnym roztworze kwasu szczawiowego w temperaturze pokojowej przy napięciu 5 V przez 10 sekund i umieszczano na mikroskopie optycznym LEICA DM 2500 M w celu scharakteryzowania morfologicznego.Dalsze polerowanie próbki przeprowadzono przy użyciu papieru z węglika krzemu (SiC) o ziarnistości 2500 do analizy SEM-BSE.Dodatkowo zbadano mikrostrukturę złączy spawanych za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego z emisją polową o ultrawysokiej rozdzielczości (SEM) (FEI NOVA NANOSEM 430, USA) wyposażonego w pole elektromagnetyczne.Próbkę o wymiarach 20 × 10 × 6 mm szlifowano różnymi papierami ściernymi SiC o uziarnieniu od 120 do 2500. Próbki trawiono elektrolitycznie w 40 g NaOH i 100 ml wody destylowanej pod napięciem 5 V przez 15 s, a następnie montowany na uchwycie próbki, znajdującym się w komorze SEM, do analizy próbek po przepłukaniu komory azotem.Wiązka elektronów generowana przez nagrzane włókno wolframowe tworzy siatkę na próbce, tworząc obrazy przy różnych powiększeniach, a wyniki pola elektromagnetycznego uzyskano metodami Roche'a i in.41 i Mokobi 42 .
Do oceny potencjału degradacji płytek DSS 2205 spawanych elektrodami E1, E2 i C w środowisku 3,5% NaCl wykorzystano elektrochemiczną metodę polaryzacji potencjodynamicznej według ASTM G59-9743 i ASTM G5-1444.Badania elektrochemiczne przeprowadzono przy użyciu sterowanego komputerowo aparatu Potencjostat-Galwanostat/ZRA (model: PC4/750, Gamry Instruments, USA).Badania elektrochemiczne przeprowadzono na trójelektrodowym układzie testowym: DSS 2205 jako elektroda robocza, nasycona elektroda kalomelowa (SCE) jako elektroda odniesienia i pręt grafitowy jako przeciwelektroda.Pomiary przeprowadzono za pomocą ogniwa elektrochemicznego, w którym pole działania roztworu stanowiło pole elektrody roboczej 0,78 cm2.Pomiary wykonano w zakresie potencjałów od -1,0 V do +1,6 V na wstępnie stabilizowanym OCP (w odniesieniu do OCP) przy szybkości skanowania 1,0 mV/s.
Przeprowadzono elektrochemiczne badania temperatury krytycznej wżerów w 3,5% NaCl w celu oceny odporności na wżery spoin wykonanych elektrodami E1, E2 i C.wyraźnie na potencjale wżerowym w PB (pomiędzy obszarem pasywnym i transpasywnym) oraz na próbkach spawanych z E1, E2, elektrodami C. Dlatego też pomiary CPT są wykonywane w celu dokładnego określenia potencjału wżerowego materiałów spawalniczych.Testy CPT przeprowadzono zgodnie z raportami dotyczącymi spoin stali nierdzewnej typu duplex45 i ASTM G150-1846.Z każdej ze spawanych stali (S-110A, E1-110A, E2-90A) wycięto próbki o powierzchni 1 cm2, obejmujące strefę podstawy, spoiny i strefy HAZ.Próbki wypolerowano papierem ściernym i zawiesiną proszku tlenku glinu o średnicy 1 µm, zgodnie ze standardowymi procedurami przygotowania próbek metalograficznych.Po wypolerowaniu próbki czyszczono ultradźwiękowo w acetonie przez 2 min.Do kuwety testowej CPT dodano 3,5% roztwór testowy NaCl i temperaturę początkową ustawiono na 25°C za pomocą termostatu (Neslab RTE-111).Po osiągnięciu początkowej temperatury badania wynoszącej 25°C, wdmuchiwano gaz Ar przez 15 min, następnie próbki umieszczano w celi i przez 15 min mierzono OCF.Próbkę następnie polaryzowano poprzez przyłożenie napięcia 0,3 V w temperaturze początkowej 25°C i mierzono prąd przez 10 minut45.Rozpocząć ogrzewanie roztworu z szybkością 1°C/min do 50°C.Podczas ogrzewania roztworu testowego czujnik temperatury służy do ciągłego monitorowania temperatury roztworu i przechowywania danych dotyczących czasu i temperatury, a potencjostat/galwanostat służy do pomiaru prądu.Jako przeciwelektrodę zastosowano elektrodę grafitową, a wszystkie potencjały mierzono w stosunku do elektrody odniesienia Ag/AgCl.Przez cały test prowadzono przepłukiwanie argonem.
Na ryc.1 przedstawia skład (w procentach wagowych) składników topnika F1 i F2 stosowanych do wytwarzania odpowiednio elektrod alkalicznych (E1) i kwasowych (E2).Wskaźnik zasadowości topnika służy do przewidywania właściwości mechanicznych i metalurgicznych złączy spawanych.F1 to składnik topnika do otulania elektrod E1, który nazywany jest topnikiem alkalicznym, ponieważ jego indeks zasadowy wynosi > 1,2 (tj. 2,40), natomiast F2 to topnik używany do otulania elektrod E2, zwany ze względu na zasadowość topnikiem kwasowym wskaźnik < 0,9 (tj. 2,40).0,40).Jest oczywiste, że elektrody otulone topnikami zasadowymi w większości przypadków mają lepsze właściwości mechaniczne niż elektrody otulone topnikami kwasowymi.Cecha ta jest funkcją dominacji tlenku zasadowego w układzie topnika dla elektrody E1.Natomiast usuwanie żużla (rozdzielność) i niski odprysk w złączach spawanych elektrodami E2 są charakterystyczne dla elektrod z kwaśną powłoką topnikową z dużą zawartością rutylu.Obserwacja ta jest zgodna z ustaleniami Gill47, że wpływ zawartości rutylu na odrywalność żużla i niski poziom rozprysków elektrod pokrytych topnikiem kwasowym przyczynia się do szybkiego zamarzania żużla.Jako środek smarny zastosowano kaolin w układzie topnika do powlekania elektrod E1 i E2, a talk poprawiał wytłaczalność elektrod.Spoiwa krzemianowo-potasowe w układach topników przyczyniają się do lepszego zajarzania łuku i stabilności pracy, a poza swoimi właściwościami adhezyjnymi poprawiają separację żużla w spawanych wyrobach.Ponieważ CaCO3 powoduje rozbijanie siatki (rozbijacz żużla) w topniku i ma tendencję do wytwarzania dużej ilości dymu podczas spawania w wyniku rozkładu termicznego na CaO i około 44% CO2, TiO2 (jako budowniczy siatki / tworzący żużel) pomaga zmniejszyć ilość dymu podczas spawania.spawania, a tym samym polepszenia odrywalności żużla, jak sugerują Jing i in.48.Topnik fluorowy (CaF2) to agresywny chemicznie topnik poprawiający czystość lutowia.Jastrzębska i in.49 podali wpływ składu fluoru w tym składzie topnika na właściwości czystości spoiny.Zazwyczaj topnik dodaje się do obszaru spawania w celu poprawy stabilności łuku, dodania pierwiastków stopowych, gromadzenia się żużla, zwiększenia produktywności i poprawy jakości jeziorka spawalniczego 50.
Krzywe TGA-DTG pokazane na rys.Rysunki 2a i 2b przedstawiają trójstopniowy ubytek masy podczas ogrzewania w zakresie temperatur 30–1000°C w atmosferze azotu.Wyniki na rysunkach 2a i b pokazują, że dla próbek strumienia zasadowego i kwasowego krzywa TGA opada prosto w dół, aż w końcu stanie się równoległa do osi temperatury, odpowiednio około 866,49°C i 849,10°C.Ubytek masy wynoszący 1,30% i 0,81% na początku krzywych TGA na rys. 2a i 2b wynika z absorpcji wilgoci przez składniki topnika oraz odparowania i odwodnienia wilgoci powierzchniowej.Główne rozkłady próbek głównego strumienia na drugim i trzecim etapie na ryc.2a występowały w zakresach temperatur 619,45°C–766,36°C i 766,36°C–866,49°C, a procentowy ubytek ich masy wyniósł 2,84 i 9,48%.odpowiednio.Natomiast dla próbek topnika kwasowego z rys. 7b, które znajdowały się w zakresie temperatur 665,23°C–745,37°C i 745,37°C–849,10°C, ich procentowy ubytek masy wyniósł odpowiednio 0,81 i 6,73%, co przypisano Rozkład termiczny.Ponieważ składniki topnika są nieorganiczne, substancje lotne ograniczają się do mieszaniny topnika.Dlatego redukcja i utlenianie są okropne.Jest to zgodne z wynikami Balogun i wsp.51, Kamli i wsp.52 oraz Adeleke i wsp.53.Suma ubytku masy próbki topnika zaobserwowana na ryc.2a i 2b wynosi odpowiednio 13,26% i 8,43%.Mniejsza utrata masy próbek strumienia na ryc.2b wynika z wysokich temperatur topnienia TiO2 i SiO2 (odpowiednio 1843 i 1710°C) jako głównych tlenków tworzących mieszaninę topników54,55, podczas gdy TiO2 i SiO2 mają niższe temperatury topnienia.temperatura topnienia Tlenek pierwotny: CaCO3 (825 °C) w próbce topnika na rys. 2.2a56.Te zmiany temperatury topnienia tlenków pierwotnych w mieszaninach topników zostały dobrze opisane przez Shi i in.54, Ringdalen i in.55 oraz Du i in.56.Obserwując ciągłą utratę masy na rys. 2a i 2b można stwierdzić, że próbki topnika stosowane w powłokach elektrod E1 i E2 ulegają jednoetapowemu rozkładowi, zgodnie z sugestią Brown57.Zakres temperatur procesu można zobaczyć na krzywych pochodnych (% wag.) na ryc.2a i b.Ponieważ krzywa TGA nie może dokładnie opisać konkretnej temperatury, w której układ topnika ulega przemianie fazowej i krystalizacji, pochodną TGA stosuje się do określenia dokładnej wartości temperatury każdego zjawiska (zmiany fazowej) jako piku endotermicznego w celu przygotowania układu topnika.
Krzywe TGA-DTG przedstawiające rozkład termiczny (a) topnika zasadowego dla powłoki elektrody E1 i (b) topnika kwaśnego dla powłoki elektrody E2.
W tabeli 4 przedstawiono wyniki analiz spektrofotometrycznych i SEM-EDS metalu nieszlachetnego DSS 2205 oraz spoin wykonanych elektrodami E1, E2 i C.E1 i E2 wykazały, że zawartość chromu (Cr) gwałtownie spadła do 18,94 i 17,04%, a zawartość molibdenu (Mo) wynosiła odpowiednio 0,06 i 0,08%.wartości spoin z elektrodami E1 i E2 są niższe.Jest to nieco zgodne z obliczoną wartością PREN dla fazy ferrytyczno-austenitycznej z analizy SEM-EDS.Można zatem zauważyć, że wżery rozpoczynają się na etapie o niskich wartościach PREN (spoiny E1 i E2), zasadniczo tak, jak opisano w tabeli 4. Wskazuje to na zubożenie i możliwe wytrącenie stopu w spoinie.Następnie w tabeli 4 przedstawiono zmniejszenie zawartości pierwiastków stopowych Cr i Mo w spoinach wytwarzanych elektrodami E1 i E2 oraz ich niskie wartości równoważne wżerów (PREN), co stwarza problem utrzymania wytrzymałości w środowiskach agresywnych, zwłaszcza w środowiskach chlorkowych.-zawierające środowisko.Stosunkowo wysoka zawartość niklu (Ni) wynosząca 11,14% oraz dopuszczalna zawartość manganu w złączach spawanych elektrod E1 i E2 mogły mieć pozytywny wpływ na właściwości mechaniczne konstrukcji spawanych stosowanych w warunkach symulujących wodę morską (rys. 3). ).wykonano na podstawie prac Yuana i Oy58 oraz Jinga i in.48 na temat wpływu składów o wysokiej zawartości niklu i manganu na poprawę właściwości mechanicznych konstrukcji spawanych DSS w trudnych warunkach pracy.
Wyniki próby rozciągania dla (a) UTS i 0,2% zwisu YS oraz (b) równomiernego i pełnego wydłużenia oraz ich odchyleń standardowych.
Właściwości wytrzymałościowe materiału bazowego (BM) i złączy spawanych wykonanych z opracowanych elektrod (E1 i E2) oraz dostępnej w handlu elektrody (C) oceniano przy dwóch różnych prądach spawania 90 A i 110 A. 3(a) i (b) pokaż UTS, YS z przesunięciem 0,2%, wraz z danymi dotyczącymi ich wydłużenia i odchylenia standardowego.Wyniki przesunięcia UTS i YS wynoszące 0,2% uzyskane z ryc.3a przedstawiają optymalne wartości dla próbki nr.1 (BM), próbka nr.3 (spoina E1), próbka nr.5 (spoina E2) i próbka nr.6 (spoiny z C) wynoszą odpowiednio 878 i 616 MPa, 732 i 497 MPa, 687 i 461 MPa oraz 769 i 549 MPa oraz ich odchylenia standardowe.Z rys.110 A) to próbki o numerach odpowiednio 1, 2, 3, 6 i 7, o minimalnych zalecanych właściwościach rozciągających przekraczających 450 MPa w próbie rozciągania i 620 MPa w próbie rozciągania zaproponowanej przez Grockiego32.Wydłużenie próbek spawalniczych z elektrodami E1, E2 i C, reprezentowanych przez próbki nr 2, nr 3, nr 4, nr 5, nr 6 i nr 7, przy prądach spawania 90 A i 110 A, odzwierciedla odpowiednio plastyczność i uczciwość.w odniesieniu do metali nieszlachetnych.Mniejsze wydłużenie tłumaczono możliwymi wadami spawalniczymi lub składem topnika elektrody (rys. 3b).Można stwierdzić, że stal nierdzewna typu duplex BM i złącza spawane z elektrodami E1, E2 i C na ogół mają znacznie wyższe właściwości rozciągające ze względu na stosunkowo dużą zawartość niklu (tab. 4), ale tę właściwość zaobserwowano w złączach spawanych.Mniej efektywny E2 otrzymuje się z kwasowego składu topnika.Gunn59 wykazał wpływ stopów niklu na poprawę właściwości mechanicznych złączy spawanych oraz kontrolowanie równowagi fazowej i rozkładu pierwiastków.To ponownie potwierdza fakt, że elektrody wykonane z zasadowych mieszanek topników mają lepsze właściwości mechaniczne niż elektrody wykonane z kwaśnych mieszanin topników, jak sugerują Bang i in.60.Tym samym wniesiono istotny wkład do istniejącej wiedzy na temat właściwości złącza spawanego nowej elektrody otulonej (E1) o dobrych właściwościach rozciągających.
Na ryc.Na rysunkach 4a i 4b przedstawiono charakterystyki mikrotwardości Vickersa próbek doświadczalnych złączy spawanych elektrod E1, E2 i C. Na rys. 4a przedstawiono wyniki twardości uzyskane z jednego kierunku próbki (od WZ do BM), a na rys. 4a i 4b.Na rys. 4b przedstawiono wyniki twardości uzyskane po obu stronach próbki.Wartości twardości uzyskane podczas spawania próbek nr 2, 3, 4 i 5, które są złączami spawanymi z elektrodami E1 i E2, mogą wynikać z gruboziarnistej struktury podczas krzepnięcia w cyklach spawania.Gwałtowny wzrost twardości zaobserwowano zarówno w gruboziarnistej jak i drobnoziarnistej SWC wszystkich próbek nr 2-7 (patrz kody próbek w tabeli 2), co można wytłumaczyć możliwą zmianą mikrostruktury spoiny w wyniku próbek spoin chromowych są bogate w emisję (Cr23C6).W porównaniu z innymi próbkami spawalniczymi nr 2, 3, 4 i 5, wartości twardości złączy spawanych próbek nr 6 i 7 na ryc.4a i 4b powyżej (tab. 2).Według Mohammeda i in.61 oraz Nowackiego i Lukoje62 może to wynikać z wysokiej wartości ferrytu δ i indukowanych naprężeń własnych w spoinie, a także zubożenia w spoinie pierwiastków stopowych, takich jak Mo i Cr.Wartości twardości wszystkich rozpatrywanych próbek doświadczalnych w obszarze BM wydają się być spójne.Tendencja wyników analizy twardości próbek spawanych jest zgodna z wnioskami innych badaczy61,63,64.
Wartości twardości złączy spawanych próbek DSS (a) półprzekrój próbek spawanych i (b) pełny przekrój złączy spawanych.
Otrzymano różne fazy występujące w spawanym DSS 2205 z elektrodami E1, E2 i C, a widma XRD dla kąta dyfrakcji 2\(\theta\) pokazano na rys. 5. Piki austenitu (\(\gamma\) ) i fazy ferrytu (\(\alfa\)) zidentyfikowano przy kątach dyfrakcji 43° i 44°, co jednoznacznie potwierdziło, że skład spoiny to dwufazowa stal nierdzewna 65.że DSS BM wykazuje jedynie fazy austenityczną (\(\gamma\)) i ferrytyczną (\(\alfa\)), co potwierdza wyniki mikrostruktury przedstawione na rysunkach 1 i 2. 6c, 7c i 9c.Faza ferrytyczna (\(\alfa\)) obserwowana w przypadku DSS BM i wysoki pik w spoinie z elektrodą C wskazują na jej odporność na korozję, ponieważ faza ta ma na celu zwiększenie odporności stali na korozję, jak to odkryli Davison i Redmond66. stwierdzono, że obecność pierwiastków stabilizujących ferryt, takich jak Cr i Mo, skutecznie stabilizuje pasywną warstwę materiału w środowiskach zawierających chlorki.Tabela 5 przedstawia fazę ferrytowo-austenityczną metodą metalografii ilościowej.Stosunek udziału objętościowego fazy ferrytyczno-austenitycznej w złączach spawanych elektrody C osiąga się w przybliżeniu (≈1:1).Niskoferrytowy (\(\alfa\)) skład fazowy spawów przy użyciu elektrod E1 i E2 w wynikach ułamka objętościowego (tab. 5) wskazuje na możliwą wrażliwość na środowisko korozyjne, co potwierdzono analizą elektrochemiczną.potwierdzone (ryc. 10a, b)), ponieważ faza ferrytowa zapewnia wysoką wytrzymałość i ochronę przed pękaniem korozyjnym naprężeniowym wywołanym chlorkami.Potwierdzają to dodatkowo niskie wartości twardości zaobserwowane w spoinach elektrod E1 i E2 na ryc.4a,b, które wynikają z małej zawartości ferrytu w konstrukcji stalowej (tab. 5).Obecność niezrównoważonej fazy austenitycznej (\(\gamma\)) i ferrytycznej (\(\alfa\)) w złączach spawanych przy użyciu elektrod E2 wskazuje na rzeczywistą podatność stali na równomierny atak korozji.Natomiast widma XPA stali dwufazowych złączy spawanych z elektrodami E1 i C, wraz z wynikami BM, zwykle wskazują na obecność austenitycznych i ferrytycznych elementów stabilizujących, co czyni materiał przydatnym w budownictwie i przemyśle petrochemicznym , ponieważ argumentowali Jimenez i in.65;Davidsona i Redmonda66;Szaman i inni67.
Mikrografie optyczne złączy spawanych elektrod E1 o różnych geometriach spoin: (a) SWC przedstawiająca linię wtopienia, (b) SWC przedstawiająca linię wtopienia przy większym powiększeniu, (c) BM dla fazy ferrytyczno-austenitycznej, (d) geometria spoiny , (e) Pokazuje pobliską strefę przejściową, (f) SWC pokazuje fazę ferrytyczno-austenityczną przy większym powiększeniu, (g) Strefa spoiny pokazuje fazę ferrytyczno-austenityczną Faza rozciągania.
Mikrografie optyczne spoin elektrodą E2 przy różnych geometriach spoin: (a) SWC pokazująca linię wtopienia, (b) SWC pokazująca linię wtopienia przy większym powiększeniu, (c) BM dla fazy objętościowej ferrytyczno-austenitycznej, (d) geometria spoiny, (e) ) pokazująca strefę przejściową w pobliżu, (f) SGC pokazującą fazę ferrytyczno-austenityczną przy większym powiększeniu, (g) strefę spawania pokazującą fazę ferrytyczno-austenityczną.
Rysunki 6a–c przedstawiają przykładowo strukturę metalograficzną złączy DSS spawanych elektrodą E1 przy różnych geometriach spawania (rys. 6d), wskazując miejsca wykonania mikrofotografii optycznej przy różnych powiększeniach.Na ryc.6a, b, f – strefy przejściowe złączy spawanych, obrazujące strukturę równowagi fazowej ferryt-austenit.Rysunki 7a-c oraz na przykład pokazują także OM złącza DSS spawanego przy użyciu elektrody E2 przy różnych geometriach spawania (Rysunek 7d), przedstawiając punkty analizy OM przy różnych powiększeniach.Na ryc.Rysunki 7a,b,f przedstawiają strefę przejściową złącza spawanego w równowadze ferrytyczno-austenitycznej.OM w strefie spawania (WZ) pokazano na ryc.1 i rys.2. Spoiny dla elektrod E1 i E2 odpowiednio 6g i 7g.OM na BM pokazano na rysunkach 1 i 2. Na ryc.Rysunki 6c, e i 7c, e przedstawiają przypadek złączy spawanych odpowiednio z elektrodami E1 i E2.Jasny obszar to faza austenitu, a ciemny czarny obszar to faza ferrytu.Równowagi fazowe w strefie wpływu ciepła (HAZ) w pobliżu linii topnienia wskazywały na tworzenie się osadów Cr2N, jak pokazano na mikrografach SEM-BSE na ryc.8a, b i potwierdzono na rys. 8a, b.9a, b.Obecność Cr2N zaobserwowana w fazie ferrytowej próbek na ryc.8a, b i potwierdzona analizą punktową SEM-EMF oraz wykresami liniowymi pola elektromagnetycznego części spawanych (rys. 9a-b), wynika z wyższej temperatury ciepła spawania.Cyrkulacja przyspiesza wprowadzanie chromu i azotu, ponieważ wysoka temperatura w spoinie zwiększa współczynnik dyfuzji azotu.Wyniki te potwierdzają badania Ramireza i in.68 oraz Herenyu i in.69 pokazujące, że niezależnie od zawartości azotu Cr2N zwykle osadza się na ziarnach ferrytu, granicach ziaren i granicach α/\(\gamma\), co również sugeruje inni badacze.70,71.
(a) punktowa analiza SEM-EMF (1, 2 i 3) złącza spawanego z E2;
Morfologię powierzchni reprezentatywnych próbek i odpowiadające im pola elektromagnetyczne pokazano na ryc.10a – ok.Na ryc.Ryciny 10a i 10b przedstawiają mikrografy SEM i ich widma pola elektromagnetycznego złączy spawanych przy użyciu elektrod E1 i E2 odpowiednio w strefie spawania, a na rys.10c przedstawia mikrografy SEM i widma pola elektromagnetycznego OM zawierającego fazy austenitu (\(\gamma\)) i ferrytu (\(\alfa\)) bez żadnych wydzieleń.Jak pokazano w widmie EDS na ryc. 10a, zawartość procentowa Cr (21,69% wag.) i Mo (2,65% wag.) w porównaniu do 6,25% wag. Ni daje poczucie odpowiedniej równowagi fazy ferrytyczno-austenitycznej.Mikrostruktura o dużej redukcji zawartości chromu (15,97% mas.) i molibdenu (1,06% mas.) w porównaniu z dużą zawartością niklu (10,08% mas.) w mikrostrukturze złącza spawanego elektrody E2, pokazana na rysunku Figa.1. Porównaj.Widmo pola elektromagnetycznego 10b.Iglasty kształt o drobnoziarnistej strukturze austenitycznej widoczny w WZ pokazanym na ryc.10b potwierdza możliwe zubożenie pierwiastków ferrytycznych (Cr i Mo) w spoinie i wytrącenie azotku chromu (Cr2N) – fazy austenitycznej.Rozkład cząstek opadów wzdłuż granic fazy austenitycznej (\(\gamma\)) i ferrytycznej (\(\alpha\)) złączy spawanych DSS potwierdza to stwierdzenie72,73,74.Powoduje to również jego słabą odporność na korozję, ponieważ Cr jest uważany za główny pierwiastek tworzący pasywną warstwę, która poprawia lokalną odporność stali na korozję59,75, jak pokazano na rys. 10b.Można zauważyć, że BM na mikrografie SEM na ryc. 10c pokazuje silne rozdrobnienie ziarna, ponieważ wyniki widma EDS pokazują Cr (23,32% wag.), Mo (3,33% wag.) i Ni (6,32% wag.).%) dobre właściwości chemiczne.%) jako ważny pierwiastek stopowy do sprawdzania mikrostruktury równowagowej fazy ferrytyczno-austenitycznej struktury DSS76.Wyniki analizy spektroskopowej składu EMF złączy spawanych elektrody E1 uzasadniają jej zastosowanie w budownictwie i środowiskach lekko agresywnych, gdyż składniki tworzące austenit i stabilizatory ferrytowe w mikrostrukturze odpowiadają normie DSS AISI 220541.72 dla złączy spawanych, 77.
Mikrografie SEM złączy spawanych, gdzie: (a) elektroda E1 strefy spawania ma widmo EMF, (b) elektroda E2 strefy spawania ma widmo EMF, (c) OM ma widmo EMF.
W praktyce zaobserwowano, że spoiny DSS krzepną w trybie całkowicie ferrytycznym (tryb F), z zarodkami austenitu zarodkującymi poniżej temperatury solvusu ferrytycznego, która zależy głównie od stosunku równoważnika chromu do niklu (Creq/Nieq) (> 1,95 stanowi mod F) Niektórzy badacze zauważyli ten efekt stali ze względu na silną zdolność dyfuzyjną Cr i Mo jako pierwiastków tworzących ferryt w fazie ferrytowej8078,79.Jest oczywiste, że DSS 2205 BM zawiera dużą ilość Cr i Mo (wykazując wyższe Creq), ale ma niższą zawartość Ni niż spoina z elektrodami E1, E2 i C, co przyczynia się do wyższego stosunku Creq/Nieq.Jest to również widoczne w bieżącym badaniu, co przedstawiono w tabeli 4, gdzie wyznaczono stosunek Creq/Nieq dla DSS 2205 BM powyżej 1,95.Można zauważyć, że spoiny elektrodami E1, E2 i C utwardzają się odpowiednio w trybie austenityczno-ferrytycznym (tryb AF), austenitycznym (tryb A) i ferrytyczno-austenitycznym, ze względu na większą zawartość trybu sypkiego (tryb FA). .), jak pokazano w tabeli 4, zawartość Ni, Cr i Mo w spoinie jest mniejsza, co wskazuje, że stosunek Creq/Nieq jest niższy niż w przypadku BM.Pierwotny ferryt w spoinach elektrody E2 miał morfologię ferrytu wermikularnego, a ustalony stosunek Creq/Nieq wynosił 1,20, jak opisano w tabeli 4.
Na ryc.11a przedstawia potencjał obwodu otwartego (OCP) w funkcji czasu dla konstrukcji stalowej AISI DSS 2205 w 3,5% roztworze NaCl.Można zauważyć, że krzywa ORP przesuwa się w kierunku bardziej dodatniego potencjału, wskazując na pojawienie się warstwy pasywnej na powierzchni próbki metalu, spadek potencjału wskazuje na uogólnioną korozję, a prawie stały potencjał w czasie wskazuje na tworzenie się film pasywny w miarę upływu czasu., Powierzchnia próbki jest stabilna i ma lepką lepkość 77. Krzywe przedstawiają podłoża doświadczalne w warunkach stabilnych dla wszystkich próbek w elektrolicie zawierającym 3,5% roztwór NaCl, z wyjątkiem próbki 7 (połączenie spawane z elektrodą C), co wykazuje niewielką niestabilność.Niestabilność tę można porównać do obecności jonów chlorkowych (Cl-) w roztworze, które mogą znacznie przyspieszyć reakcję korozji, zwiększając w ten sposób stopień korozji.Obserwacje podczas skanowania OCP bez przyłożonego potencjału wykazały, że Cl w reakcji może wpływać na rezystancję i stabilność termodynamiczną próbek w agresywnym środowisku.Ma i in.81 oraz Lotho i in.5 potwierdziło tezę, że Cl- odgrywa rolę w przyspieszaniu degradacji warstw pasywnych na podłożach, przyczyniając się tym samym do dalszego zużycia.
Analiza elektrochemiczna badanych próbek: (a) ewolucja RSD w zależności od czasu oraz (b) polaryzacja potencjodynamiczna próbek w 3,5% roztworze NaCl.
Na ryc.Na rys. 11b przedstawiono analizę porównawczą krzywych polaryzacji potencjodynamicznej (PPC) złączy spawanych elektrod E1, E2 i C pod wpływem 3,5% roztworu NaCl.Spawane próbki BM w PPC i 3,5% roztworze NaCl wykazały zachowanie pasywne.W tabeli 5 przedstawiono parametry analizy elektrochemicznej próbek uzyskane z krzywych PPC, takie jak Ecorr (potencjał korozyjny) i Epit (potencjał korozji wżerowej) oraz związane z nimi odchylenia.W porównaniu do innych próbek nr 2 i nr 5, spawanych elektrodami E1 i E2, próbki nr 1 i nr 7 (BM i złącza spawane z elektrodą C) wykazały wysoki potencjał korozji wżerowej w roztworze NaCl (Rys. 11b ).Wyższe właściwości pasywacyjne tego pierwszego w porównaniu do drugiego wynikają z równowagi składu mikrostrukturalnego stali (fazy austenityczna i ferrytyczna) oraz stężenia pierwiastków stopowych.Ze względu na obecność w mikrostrukturze faz ferrytu i austenitu, Resendea i in.82 poparło bierne zachowanie DSS w agresywnych mediach.Niską wydajność próbek spawanych elektrodami E1 i E2 można wiązać ze zubożeniem w strefie spawania (WZ) głównych pierwiastków stopowych, takich jak Cr i Mo, gdyż stabilizują one fazę ferrytową (Cr i Mo), działają jak pasywatory Stopy w fazie austenitycznej stali utlenionych.Wpływ tych pierwiastków na odporność na wżery jest większy w fazie austenitycznej niż w fazie ferrytycznej.Z tego powodu faza ferrytyczna ulega pasywacji szybciej niż faza austenityczna związana z pierwszym obszarem pasywacji krzywej polaryzacji.Pierwiastki te mają istotny wpływ na odporność na wżery DSS ze względu na ich wyższą odporność na wżery w fazie austenitycznej w porównaniu z fazą ferrytyczną.Dlatego szybka pasywacja fazy ferrytowej jest o 81% większa niż fazy austenitu.Chociaż Cl- w roztworze ma silny negatywny wpływ na zdolność pasywacyjną folii stalowej83.W rezultacie stabilność warstwy pasywacyjnej próbki zostanie znacznie zmniejszona84.Z tabeli.6 pokazuje również, że potencjał korozji (Ecorr) złączy spawanych elektrodą E1 jest nieco mniej stabilny w roztworze w porównaniu do złączy spawanych elektrodą E2.Potwierdzają to również niskie wartości twardości spoin przy użyciu elektrod E1 i E2 na ryc.4a,b, co wynika z małej zawartości ferrytu (tab. 5) oraz małej zawartości chromu i molibdenu (tab. 4) w wykonanej konstrukcji stalowej.Można stwierdzić, że odporność korozyjna stali w symulowanym środowisku morskim wzrasta wraz ze spadkiem prądu spawania i maleje przy niskiej zawartości Cr i Mo oraz małej zawartości ferrytu.To stwierdzenie jest spójne z badaniem Salima i in.85 dotyczącym wpływu parametrów spawania, takich jak prąd spawania, na integralność korozyjną spawanych stali.Gdy chlorek przenika przez stal różnymi sposobami, takimi jak absorpcja kapilarna i dyfuzja, tworzą się wżery (korozja wżerowa) o nierównym kształcie i głębokości.Mechanizm jest znacząco odmienny w roztworach o wyższym pH, gdzie otaczające grupy (OH-) są po prostu przyciągane do powierzchni stali, stabilizując warstwę pasywną i zapewniając dodatkową ochronę powierzchni stali25,86.Najlepsza odporność korozyjna próbek nr 1 i nr 7 wynika głównie z obecności w konstrukcji stalowej dużej ilości δ-ferrytu (tab. 5) oraz dużej ilości Cr i Mo (tab. 4), gdyż poziom korozji wżerowej występuje głównie w stali spawanej metodą DSS, w strukturze części w fazie austenitycznej.Zatem skład chemiczny stopu odgrywa decydującą rolę w działaniu korozyjnym złącza spawanego87,88.Dodatkowo zaobserwowano, że próbki zespawane elektrodą E1 i C w niniejszych badaniach wykazywały niższe wartości Ecorr z krzywych PPC niż próbki zespawane elektrodą E2 z krzywych OCP (tab. 5).Dlatego obszar anodowy zaczyna się od niższego potencjału.Zmiana ta wynika głównie z częściowej stabilizacji warstwy pasywacyjnej powstałej na powierzchni próbki oraz polaryzacji katodowej, która następuje przed osiągnięciem pełnej stabilizacji OCP89.Na ryc.12a i b przedstawiają obrazy 3D z profilera optycznego eksperymentalnie skorodowanych próbek w różnych warunkach spawania.Można zauważyć, że wielkość korozji wżerowej próbek wzrasta wraz z niższym potencjałem korozji wżerowej wywołanej wysokim prądem spawania wynoszącym 110 A (rys. 12b), porównywalnym z wielkością korozji wżerowej uzyskiwaną dla spoin o niższym stosunku prądu spawania wynoszącym 90 A. (ryc. 12a).Potwierdza to twierdzenie Mohammeda90, że na powierzchni próbki tworzą się pasma poślizgowe, które niszczą warstwę pasywacyjną powierzchni poprzez wystawienie podłoża na działanie 3,5% roztworu NaCl, co powoduje atak chlorku, powodując rozpuszczenie materiału.
Analiza SEM-EDS w tabeli 4 pokazuje, że wartości PREN każdej fazy austenitycznej są wyższe niż wartości ferrytu we wszystkich spoinach i BM.Zainicjowanie wżerów na granicy faz ferryt/austenit przyspiesza niszczenie warstwy materiału pasywnego ze względu na niejednorodność i segregację pierwiastków zachodzącą w tych obszarach91.W przeciwieństwie do fazy austenitycznej, gdzie wartość równoważnika odporności na wżery (PRE) jest wyższa, inicjacja wżerów w fazie ferrytycznej wynika z niższej wartości PRE (tab. 4).Wydaje się, że faza austenitu zawiera znaczną ilość stabilizatora austenitu (rozpuszczalność azotu), co zapewnia wyższe stężenie tego pierwiastka, a co za tym idzie, większą odporność na wżery92.
Na ryc.Rysunek 13 przedstawia krytyczne krzywe temperatury wżerów dla spoin E1, E2 i C.Biorąc pod uwagę, że gęstość prądu wzrosła do 100 µA/cm2 z powodu wżerów podczas testu ASTM, jasne jest, że spoina przy 110 A z E1 wykazała minimalną temperaturę krytyczną wżerów 27,5°C, a następnie lutowanie E2 przy 90 A wykazało CPT 40 °C, a w przypadku C@110A najwyższy CPT wynosi 41°C.Zaobserwowane wyniki są dobrze zgodne z zaobserwowanymi wynikami testów polaryzacji.
Właściwości mechaniczne i zachowanie korozyjne spoin ze stali nierdzewnej typu duplex zbadano przy użyciu nowych elektrod E1 i E2.Elektrodę alkaliczną (E1) i elektrodę kwasową (E2) stosowane w procesie SMAW pomyślnie pokryto kompozycją topnika o całkowitym współczynniku pokrycia wynoszącym 1,7 mm i wskaźniku zasadowości odpowiednio 2,40 i 0,40.Oceniono stabilność termiczną topników przygotowanych przy użyciu TGA w ośrodku obojętnym.Obecność dużej zawartości TiO2 (%) w osnowie topnika poprawiała usuwanie żużla ze spawów dla elektrod otulonych topnikiem kwaśnym (E2) w porównaniu z elektrodami otulonymi topnikiem zasadowym (E1).Chociaż dwie elektrody otulone (E1 i E2) mają dobrą zdolność zajarzania łuku.Warunki spawania, zwłaszcza ciepło wprowadzone, prąd spawania i prędkość, odgrywają kluczową rolę w osiągnięciu równowagi fazowej austenitu/ferrytu w spoinach DSS 2205 oraz doskonałych właściwościach mechanicznych spoiny.Złącza spawane elektrodą E1 wykazały doskonałe właściwości rozciągające (ścinanie 0,2% YS = 497 MPa i UTS = 732 MPa), co potwierdza, że elektrody otulone topnikiem zasadowym charakteryzują się wysokim wskaźnikiem zasadowości w porównaniu z elektrodami otulonymi topnikiem kwasowym.Elektrody wykazują lepsze właściwości mechaniczne przy niskiej zasadowości.Jest oczywiste, że w złączach spawanych elektrod z nową powłoką (E1 i E2) nie występuje równowaga fazy ferrytyczno-austenitycznej, co wykazano na podstawie analiz OES i SEM-EDS spoiny i określono ilościowo udziałem objętościowym w spoina.Metalografia potwierdziła ich badanie SEM.mikrostruktury.Dzieje się tak głównie na skutek wyczerpywania się pierwiastków stopowych takich jak Cr i Mo oraz możliwego uwalniania się Cr2N podczas spawania, co potwierdza skanowanie liniowe EDS.Potwierdzają to dodatkowo niskie wartości twardości obserwowane w spoinach elektrodami E1 i E2 ze względu na ich niski udział pierwiastków ferrytowych i stopowych w konstrukcji stalowej.Dowodowy potencjał korozyjny (Ecorr) spoin przy użyciu elektrody E1 okazał się nieco mniej odporny na korozję rozsycającą w porównaniu ze spoinami przy użyciu elektrody E2.Potwierdza to skuteczność nowo opracowanych elektrod w spoinach badanych w środowisku 3,5% NaCl bez składu stopowego mieszaniny topników.Można stwierdzić, że odporność na korozję w symulowanym środowisku morskim wzrasta wraz ze spadkiem prądu spawania.Zatem wytrącanie się węglików i azotków, a co za tym idzie spadek odporności korozyjnej złączy spawanych przy użyciu elektrod E1 i E2, tłumaczono zwiększonym prądem spawania, co doprowadziło do zaburzenia równowagi fazowej złączy spawanych ze stali o podwójnym przeznaczeniu.
Na żądanie dane do tego badania zostaną dostarczone przez odpowiedniego autora.
Smook O., Nenonen P., Hanninen H. i Liimatainen J. Mikrostruktura stali nierdzewnej super duplex utworzonej w wyniku prasowania izostatycznego na gorąco w procesie metalurgii proszków w przemysłowej obróbce cieplnej.Metal.Alma Mater.trans.A 35, 2103. https://doi.org/10.1007/s11661-004-0158-9 (2004).
Kuroda T., Ikeuchi K. i Kitagawa Y. Kontrola mikrostruktury w łączeniu współczesnych stali nierdzewnych.W przetwarzaniu nowych materiałów dla zaawansowanej energii elektromagnetycznej, 419–422 (2005).
Smokok O. Mikrostruktura i właściwości stali nierdzewnych superduplex współczesnej metalurgii proszków.Królewski Instytut Technologiczny (2004)
Lotto, TR i Babalola, P. Polaryzacja korozji i analiza mikrostrukturalna kompozytów z aluminium i węglika krzemu AA1070 przy stężeniach chlorku kwasowego.Przekonujący inżynier.4, 1. https://doi.org/10.1080/23311916.2017.1422229 (2017).
Bonollo F., Tiziani A. i Ferro P. Proces spawania, zmiany mikrostrukturalne i końcowe właściwości stali nierdzewnych duplex i super duplex.Stal nierdzewna duplex 141–159 (John Wiley & Sons Inc., Hoboken, 2013).
Kisasoz A., Gurel S. i Karaaslan A. Wpływ czasu wyżarzania i szybkości chłodzenia na proces osadzania w dwufazowych stalach odpornych na korozję.Metal.nauka.obróbka cieplna.57, 544. https://doi.org/10.1007/s11041-016-9919-5 (2016).
Shrikant S, Saravanan P, Govindarajan P, Sisodia S i Ravi K. Opracowanie w laboratorium chudej stali nierdzewnej duplex (LDSS) o doskonałych właściwościach mechanicznych i korozyjnych.Zaawansowana Alma Mater.Zbiornik.794, 714 (2013).
Murkute P., Pasebani S. i Isgor OB Właściwości metalurgiczne i elektrochemiczne warstw okładzinowych ze stali nierdzewnej super duplex na podłożach ze stali miękkiej otrzymywanych metodą stopowania laserowego w warstwie proszku.nauka.Rep. 10, 10162. https://doi.org/10.1038/s41598-020-67249-2 (2020).
Oshima, T., Khabara, Y. i Kuroda, K. Wysiłki mające na celu zaoszczędzenie niklu w austenitycznych stalach nierdzewnych.ISIJ International 47, 359. https://doi.org/10.2355/isijinternational.47.359 (2007).
Oikawa W., Tsuge S. i Gonome F. Opracowanie nowej serii chudych stali nierdzewnych typu duplex.NSSC 2120™, NSSC™ 2351. Raport techniczny NIPPON Steel nr 126 (2021).
Czas publikacji: 25 lutego 2023 r