Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Lisäksi jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Liukusäätimet, joissa näkyy kolme artikkelia per dia.Käytä Takaisin- ja Seuraava-painikkeita liikkuaksesi diojen välillä tai diaohjaimen painikkeita lopussa.
Ruostumattoman teräksen 321 kelaputken kemiallinen koostumus
321 ruostumattomasta teräksestä valmistetun kelaputken kemiallinen koostumus on seuraava:
- Hiili: 0,08 % max
- Mangaani: 2,00 % max
- Nikkeli: 9,00 % min
| Arvosana | C | Mn | Si | P | S | Cr | N | Ni | Ti |
| 321 | 0,08 max | 2,0 max | 1,0 max | 0,045 max | 0,030 max | 17.00 - 19.00 | 0,10 max | 9.00 - 12.00 | 5(C+N) – 0,70 max |
Ruostumattoman teräksen 321 kelaputken mekaaniset ominaisuudet
Stainless Steel 321 Coil Tube Manufacturerin mukaan ruostumattomasta teräksestä valmistettujen 321 kelaputkien mekaaniset ominaisuudet on taulukoitu alla: Vetolujuus (psi) Myötolujuus (psi) Venymä (%)
| Materiaali | Tiheys | Sulamispiste | Vetolujuus | Tuottovoima (0,2 % offset) | Pidentymä |
| 321 | 8,0 g/cm3 | 1457 °C (2650 °F) | Psi - 75000, MPa - 515 | Psi - 30 000, MPa - 205 | 35 % |
Ruostumattomasta teräksestä valmistetun 321 kelaputken sovellukset ja käyttötarkoitukset
Monissa teknisissä sovelluksissa duplex ruostumattoman teräksen (DSS) hitsattujen rakenteiden mekaaniset ja korroosioominaisuudet ovat tärkeimmät tekijät.Nykyisessä tutkimuksessa tutkittiin ruostumattoman teräksen duplex-hitsausten mekaanisia ominaisuuksia ja korroosionkestävyyttä ympäristössä, joka simuloi 3,5 % NaCl:a käyttämällä erityisesti suunniteltua uutta elektrodia ilman seosaineiden lisäämistä juoksutusnäytteisiin.DSS-levyjen hitsaukseen käytettiin elektrodeissa E1 ja E2 kahta erityyppistä juokstetta, joiden perusindeksi oli 2,40 ja 0,40.Fluksikoostumusten lämpöstabiilisuus arvioitiin käyttämällä termogravimetrista analyysiä.Hitsausliitosten kemiallinen koostumus sekä mekaaniset ja korroosio-ominaisuudet arvioitiin emissiospektroskopialla eri ASTM-standardien mukaisesti.Röntgendiffraktiolla määritetään DSS-hitseissä esiintyvät faasit ja pyyhkäisyelektroni EDS:llä tarkastetaan hitsien mikrorakenne.E1-elektrodilla tehtyjen hitsausliitosten vetolujuus oli välillä 715-732 MPa, E2-elektrodien - 606-687 MPa.Hitsausvirtaa on lisätty 90 A:sta 110 A:iin, ja myös kovuutta on lisätty.Perusjuoksuilla pinnoitetuilla E1-elektrodilla hitsatuilla liitoksilla on paremmat mekaaniset ominaisuudet.Teräsrakenteella on korkea korroosionkestävyys 3,5 % NaCl-ympäristössä.Tämä vahvistaa uusilla elektrodeilla valmistettujen hitsausliitosten toimivuuden.Tuloksia tarkastellaan seosten, kuten Cr:n ja Mo:n, ehtymisen suhteen, joka havaitaan hitsauksissa pinnoitetuilla elektrodeilla E1 ja E2, ja Cr2N:n vapautumisena elektrodeilla E1 ja E2 tehdyissä hitseissä.
Historiallisesti ensimmäinen virallinen maininta ruostumattomasta duplex-teräksestä (DSS) on peräisin vuodelta 1927, jolloin sitä käytettiin vain tietyissä valukappaleissa, eikä sitä käytetty useimmissa teknisissä sovelluksissa sen korkean hiilipitoisuuden vuoksi1.Mutta myöhemmin standardihiilipitoisuus alennettiin maksimiarvoon 0,03 %, ja näitä teräksiä käytettiin laajalti eri aloilla2,3.DSS on metalliseosperhe, jossa on suunnilleen yhtä paljon ferriittiä ja austeniittia.Tutkimukset ovat osoittaneet, että DSS:n ferriittifaasi tarjoaa erinomaisen suojan kloridin aiheuttamaa jännityskorroosiohalkeilua (SCC) vastaan, mikä oli tärkeä ongelma austeniittisille ruostumattomille teräksille (ASS) 1900-luvulla.Toisaalta joillakin konepaja- ja muilla teollisuudenaloilla4 varaston kysyntä kasvaa jopa 20 % vuodessa.Tämä innovatiivinen teräs, jossa on kaksifaasinen austeniittis-ferriittinen rakenne, voidaan saada sopivalla koostumuksen valinnalla, fysikaalis-kemiallisella ja termomekaanisella jalostamalla.Yksivaiheiseen ruostumattomaan teräkseen verrattuna DSS:llä on suurempi myötöraja ja erinomainen kyky kestää SCC5, 6, 7, 8. Duplex-rakenne antaa näille teräksille ylivoimaisen lujuuden, sitkeyden ja paremman korroosionkestävyyden aggressiivisissa ympäristöissä, jotka sisältävät happoja, happoklorideja, merivesi ja syövyttävät kemikaalit9.Nikkeliseosten (Ni) yleismarkkinoiden vuotuisten hintavaihteluiden vuoksi DSS-rakenne, erityisesti vähän nikkelipitoinen tyyppi (lean DSS), on saavuttanut monia erinomaisia saavutuksia pintakeskitettyyn kuutioon (FCC) verrattuna10, 11. ASE-mallien ongelmana on se, että ne altistetaan erilaisille ankarille olosuhteille.Siksi useat suunnitteluosastot ja yritykset pyrkivät edistämään vaihtoehtoisia vähänikkelisiä (Ni) ruostumattomia teräksiä, jotka toimivat yhtä hyvin tai paremmin kuin perinteiset ASS-teräkset sopivalla hitsattavuudella ja joita käytetään teollisissa sovelluksissa, kuten meriveden lämmönvaihtimissa ja kemianteollisuudessa.säiliö 13 ympäristöihin, joissa on korkea kloridipitoisuus.
Nykyaikaisessa teknologisessa kehityksessä hitsatulla tuotannolla on keskeinen rooli.Tyypillisesti DSS-rakenneosat liitetään yhteen suojakaasukaarihitsauksella tai kaasusuojatulla kaarihitsauksella.Hitsaukseen vaikuttaa pääasiassa hitsaukseen käytetyn elektrodin koostumus.Hitsauselektrodit koostuvat kahdesta osasta: metallista ja sulatuksesta.Useimmiten elektrodit päällystetään juoksutuksella, metalliseoksella, joka hajoaessaan vapauttaa kaasuja ja muodostaa suojaavan kuonan suojaamaan hitsiä saastumiselta, lisäämään kaaren vakautta ja lisäämään seostuskomponenttia hitsauksen laadun parantamiseksi14 .Valurauta, alumiini, ruostumaton teräs, mieto teräs, luja teräs, kupari, messinki ja pronssi ovat joitakin hitsauselektrodien metalleja, kun taas selluloosa, rautajauhe ja vety ovat joitain käytettyjä sulatemateriaaleja.Joskus juoksuteseokseen lisätään myös natriumia, titaania ja kaliumia.
Jotkut tutkijat ovat yrittäneet tutkia elektrodien konfiguraation vaikutusta hitsattujen teräsrakenteiden mekaaniseen ja korroosion kestävyyteen.Singh et ai.15 tutkii juoksutusainekoostumuksen vaikutusta upokaarihitsauksella hitsattujen hitsien venymiseen ja vetolujuuteen.Tulokset osoittavat, että CaF2 ja NiO ovat pääasialliset vetolujuuden määräävät tekijät verrattuna FeMn:n läsnäoloon.Chirag et al.16 tutkivat SMAW-yhdisteitä vaihtelemalla rutiilin (TiO2) pitoisuutta elektrodivirtausseoksessa.Todettiin, että mikrokovuuden ominaisuudet lisääntyivät hiilen ja piin prosenttiosuuden ja kulkeutumisen lisääntymisen vuoksi.Kumar [17] tutki agglomeroitujen sulatteiden suunnittelua ja kehittämistä teräslevyjen upokaarihitsaukseen.Nwigbo ja Atuanya18 tutkivat runsaasti kaliumia sisältävien natriumsilikaattisideaineiden käyttöä kaarihitsaussuutteiden valmistukseen ja löysivät hitsejä, joiden vetolujuus on 430 MPa ja raerakenne on hyväksyttävä.Lothongkum ym.19 käyttivät potentiokineettistä menetelmää austeniitin tilavuusosuuden tutkimiseen ruostumattomassa duplex-teräksessä 28Cr–7Ni–O–0,34N ilmakyllästetyssä NaCl-liuoksessa, jonka pitoisuus oli 3,5 painoprosenttia.pH-olosuhteissa.ja 27 °C.Sekä duplex- että micro duplex ruostumattomat teräkset osoittavat saman typen vaikutuksen korroosiokäyttäytymiseen.Typpi ei vaikuttanut korroosiopotentiaaliin tai -nopeuteen pH-arvoilla 7 ja 10, mutta korroosiopotentiaali pH:ssa 10 oli pienempi kuin pH-arvossa 7. Toisaalta kaikilla tutkituilla pH-tasoilla potentiaali alkoi kasvaa typpipitoisuuden kasvaessa .Lacerda et ai.20 tutki ruostumattomien dupleksiterästen UNS S31803 ja UNS S32304 pistekorjausta 3,5 % NaCl-liuoksessa käyttäen syklistä potentiodynaamista polarisaatiota.3,5-painoprosenttisessa NaCl-liuoksessa kahdesta tutkitusta teräslevystä havaittiin merkkejä pistesyöpymisestä.UNS S31803 -teräksellä on suurempi korroosiopotentiaali (Ecorr), pistesyvyyspotentiaali (Epit) ja polarisaatiovastus (Rp) kuin UNS S32304 -teräksellä.UNS S31803 -teräksellä on suurempi repassiivisuus kuin UNS S32304 -teräksellä.Jiang et al.[21], duplex-ruostumattoman teräksen kaksoisfaasia (austeniitti- ja ferriittifaasi) vastaava uudelleenaktivointihuippu sisältää jopa 65 % ferriittikoostumuksesta, ja ferriitin uudelleenaktivointivirran tiheys kasvaa lämpökäsittelyajan pidentyessä.On hyvin tunnettua, että austeniittiset ja ferriittiset faasit osoittavat erilaisia sähkökemiallisia reaktioita eri sähkökemiallisilla potentiaalilla 21, 22, 23, 24.Abdo et al.25 käyttivät polarisaatiospektroskopian ja sähkökemiallisen impedanssispektroskopian potentiodynaamisia mittauksia tutkiakseen laserhitsatun 2205 DSS-lejeeringin sähkökemiallisesti indusoimaa korroosiota keinotekoisessa merivedessä (3,5 % NaCl) vaihtelevan happamuuden ja emäksisyyden olosuhteissa.Pistekorroosiota havaittiin testattujen DSS-näytteiden paljastuneilla pinnoilla.Näiden havaintojen perusteella todettiin, että liukenevan väliaineen pH:n ja varauksensiirtoprosessissa muodostuneen kalvon vastuksen välillä on suhteellinen suhde, mikä vaikuttaa suoraan pistesyöpymisen muodostumiseen ja sen spesifikaatioon.Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli ymmärtää, kuinka äskettäin kehitetty hitsauselektrodikoostumus vaikuttaa hitsatun DSS 2205:n mekaaniseen ja kulutusta kestävään eheyteen 3,5 % NaCl-ympäristössä.
Elektrodien päällystyskoostumuksissa käytetyt juoksutusmineraalit (ainesosat) olivat kalsiumkarbonaattia (CaCO3) Obajana Districtistä, Kogin osavaltiosta, Nigeriasta, kalsiumfluoridia (CaF2) Taraban osavaltiosta Nigeriasta, piidioksidia (SiO2), talkkijauhetta (Mg3Si4O10(OH)). ) )2) ja rutiili (Ti02) saatiin Josista, Nigeriasta, ja kaoliini (Al2(OH)4Si2O5) hankittiin Kankarasta, Katsinan osavaltiosta, Nigeriasta.Sideaineena käytetään kaliumsilikaattia, se saadaan Intiasta.
Kuten taulukosta 1 näkyy, ainesosat oksidit punnittiin itsenäisesti digitaalisella vaa'alla.Sitten sitä sekoitettiin kaliumsilikaattisideaineen (23 paino-%) kanssa sähkösekoittimessa (malli: 641-048) yhtiöltä Indian Steel and Wire Products Ltd. (ISWP) 30 minuuttia homogeenisen puolikiinteän tahnan saamiseksi.Märkä sekoitettu juoksute puristetaan lieriömäiseen muotoon briketointikoneesta ja syötetään suulakepuristuskammioon paineella 80 - 100 kg/cm2, ja langansyöttökammiosta syötetään halkaisijaltaan 3,15 mm ruostumatonta lankaekstruuderiin.Flux syötetään suutin/suutinjärjestelmän läpi ja ruiskutetaan suulakepuristimeen elektrodien ekstrudoimiseksi.Peittokerroin saatiin 1,70 mm, jossa peittokerroin määritellään elektrodin halkaisijan suhteeksi säikeen halkaisijaan.Sitten päällystettyjä elektrodeja kuivattiin ilmassa 24 tuntia ja sitten kalsinoitiin muhveliuunissa (malli PH-248-0571/5448) 150-250 °C\(-\) 2 tuntia.Laske virtauksen alkalisuus yhtälöllä.(1) 26;
Koostumusten E1 ja E2 vuonäytteiden lämpöstabiilisuus määritettiin käyttämällä termogravimetrista analyysiä (TGA).Noin 25,33 mg:n juoksutusnäyte ladattiin TGA:han analysointia varten.Kokeet suoritettiin inertissä väliaineessa, joka saatiin jatkuvalla N2-virralla nopeudella 60 ml/min.Näyte kuumennettiin 30 °C:sta 1000 °C:seen kuumennusnopeudella 10 °C/min.Wang et ai.27, Xu et ai.28 ja Dagwa et ai.29 mainitsemien menetelmien mukaisesti näytteiden lämpöhajoaminen ja painon menetys tietyissä lämpötiloissa arvioitiin TGA-käyristä.
Käsittele kaksi 300 x 60 x 6 mm DSS-levyä valmistautuaksesi juottamiseen.V-ura on suunniteltu 3 mm:n juurivälillä, 2 mm:n juurireiällä ja 60°:n urakulmalla.Levy huuhdeltiin sitten asetonilla mahdollisten epäpuhtauksien poistamiseksi.Hitsaa levyt suojatulla metallikaarihitsauskoneella (SMAW), jossa on tasavirtaelektrodin positiivinen napaisuus (DCEP), käyttämällä päällystettyjä elektrodeja (E1 ja E2) ja vertailuelektrodilla (C), jonka halkaisija on 3,15 mm.Sähköpurkauskoneistusta (EDM) (malli: Excetek-V400) käytettiin hitsattujen teräsnäytteiden koneistukseen mekaanista testausta ja korroosion karakterisointia varten.Taulukossa 2 on esimerkkikoodi ja kuvaus ja taulukossa 3 DSS-levyn hitsaukseen käytetyt erilaiset hitsauksen toimintaparametrit.Yhtälöä (2) käytetään vastaavan lämmönsyötön laskemiseen.
Käyttämällä Bruker Q8 MAGELLAN optista emissiospektrometriä (OES) aallonpituudella 110-800 nm ja SQL-tietokantaohjelmistoa määritettiin elektrodien E1, E2 ja C hitsausliitosten sekä perusmetallinäytteiden kemiallinen koostumus.käyttää elektrodin ja testattavan metallinäytteen välistä rakoa. Tuottaa sähköenergiaa kipinän muodossa.Näyte komponenteista höyrystetään ja ruiskutetaan, mitä seuraa atomiviritys, joka myöhemmin emittoi tietyn viivaspektrin31.Näytteen kvalitatiivista analyysiä varten valomonistinputki mittaa kullekin elementille omistetun spektrin olemassaolon sekä spektrin intensiteetin.Käytä sitten yhtälöä laskeaksesi ekvivalentin pisteresistanssiluvun (PREN).(3) Suhdelukua 32 ja WRC 1992 -tiladiagrammia käytetään kromi- ja nikkeliekvivalentin (Creq ja Nieq) laskemiseen yhtälöistä.(4) ja (5) ovat 33 ja 34 vastaavasti;
Huomaa, että PREN ottaa huomioon vain kolmen pääelementin Cr:n, Mo:n ja N:n positiivisen vaikutuksen, kun taas typpitekijä x on välillä 16-30.Tyypillisesti x valitaan luettelosta 16, 20 tai 30. Duplex-ruostumattomien terästen tutkimuksessa PREN35,36-arvojen laskemiseen käytetään yleisimmin väliarvoa 20.
Eri elektrodeilla tehdyt hitsatut liitokset testattiin vetolujuudella yleiskoekoneella (Instron 8800 UTM) venymänopeudella 0,5 mm/min ASTM E8-21:n mukaisesti.Vetolujuus (UTS), 0,2 % leikkausmyötölujuus (YS) ja venymä laskettiin standardin ASTM E8-2137 mukaisesti.
DSS 2205 -hitsaukset hiottiin ja kiillotettiin ensin käyttämällä eri karkeuskokoja (120, 220, 320, 400, 600, 800, 1000 ja 1200) ennen kovuusanalyysiä.Hitsatut näytteet valmistettiin elektrodeilla E1, E2 ja C. Kovuus mitataan kymmenestä (10) pisteestä hitsin keskipisteestä perusmetalliin 1 mm:n välein.
Röntgendiffraktometri (D8 Discover, Bruker, Saksa), joka on konfiguroitu Bruker XRD Commander -ohjelmistolla tiedonkeruuta ja Fe-suodatettua Cu-K-α -säteilyä varten, jonka energia on 8,04 keV, joka vastaa aallonpituutta 1,5406 Å ja skannausnopeus 3 ° Pyyhkäisyalue (2θ) min-1 on 38 - 103° vaiheanalyysissä DSS-hitsauksissa E1-, E2- ja C- ja BM-elektrodilla.Rietveldin tarkennusmenetelmää käytettiin ainesosien vaiheiden indeksointiin käyttämällä Lutterottin kuvaamaa MAUD-ohjelmistoa39.ASTM E1245-03:n perusteella suoritettiin kvantitatiivinen metallografinen analyysi elektrodien E1, E2 ja C hitsiliitosten mikroskooppisista kuvista Image J40 -ohjelmistolla.Ferriitti-austeniittisen faasin tilavuusosuuden, niiden keskiarvon ja poikkeaman laskentatulokset on esitetty taulukossa.5. Kuten kuvion 1 esimerkkikokoonpanosta näkyy.6d, optinen mikroskopia (OM) analyysi suoritettiin PM- ja hitsausliitoksille elektrodeilla E1 ja E2 näytteiden morfologian tutkimiseksi.Näytteet kiillotettiin 120, 220, 320, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500 ja 2000 karkeudella piikarbidi (SiC) hiekkapaperilla.Näytteet syövytettiin sitten elektrolyyttisesti 10-prosenttiseen oksaalihapon vesiliuokseen huoneenlämpötilassa 5 V:n jännitteellä 10 sekunnin ajan ja asetettiin LEICA DM 2500 M optiseen mikroskooppiin morfologista karakterisointia varten.Näytteen lisäkiillotus suoritettiin käyttämällä 2500 grit piikarbidipaperia (SiC) SEM-BSE-analyysiä varten.Lisäksi hitsattujen liitosten mikrorakennetta tutkittiin ultrakorkean resoluution kenttäemissiopyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM) (FEI NOVA NANOSEM 430, USA), joka oli varustettu EMF:llä.20 × 10 × 6 mm:n näyte jauhettiin käyttämällä erilaisia SiC-hiomapapereita, joiden koko oli 120-2500. Näytteet syövytettiin elektrolyyttisesti 40 g:aan NaOH:a ja 100 ml:aan tislattua vettä 5 V:n jännitteellä 15 sekunnin ajan ja sitten asennettu näytepidikkeeseen, joka sijaitsee SEM-kammiossa näytteiden analysoimiseksi sen jälkeen, kun kammio on huuhdeltu typellä.Kuumennetun volframifilamentin synnyttämä elektronisuihku luo näytteeseen hilan, joka tuottaa kuvia eri suurennoksilla, ja EMF-tuloksia on saatu käyttämällä Rochen et al.41 ja Mokobi 42.
Sähkökemiallista potentiodynaamista polarisaatiomenetelmää ASTM G59-9743:n ja ASTM G5-1444:n mukaisesti käytettiin arvioimaan E1-, E2- ja C-elektrodilla hitsattujen DSS 2205 -levyjen hajoamispotentiaalia 3,5 % NaCl-ympäristössä.Sähkökemialliset testit suoritettiin käyttämällä tietokoneohjattua Potentiostat-Galvanostat/ZRA-laitetta (malli: PC4/750, Gamry Instruments, USA).Sähkökemiallinen testaus suoritettiin kolmen elektrodin testilaitteistolla: DSS 2205 työelektrodina, saturoitunut kalomelielektrodi (SCE) vertailuelektrodina ja grafiittisauva vastaelektrodina.Mittaukset suoritettiin sähkökemiallisella kennolla, jossa liuoksen vaikutusalue oli työelektrodin pinta-ala 0,78 cm2.Mittaukset tehtiin -1,0 V - +1,6 V potentiaalien välillä esistabiloidulla OCP:llä (suhteessa OCP:hen) pyyhkäisynopeudella 1,0 mV/s.
Sähkökemialliset pistesyöpymiskriittiset lämpötilatestit suoritettiin 3,5-prosenttisessa NaCl:ssa E1-, E2- ja C-elektrodilla tehtyjen hitsien pistesyöpymisvastuksen arvioimiseksi.selvästi PB:n pistesyvyyspotentiaalista (passiivisten ja transpassiivisten alueiden välillä) ja hitsatut näytteet E1:llä, E2:lla, elektrodeilla C. Siksi CPT-mittaukset suoritetaan hitsaustarvikkeiden pistesyvyyspotentiaalin määrittämiseksi tarkasti.CPT-testaus suoritettiin ruostumattoman teräksen duplex-hitsausraporttien45 ja ASTM G150-1846 mukaisesti.Jokaisesta hitsattavasta teräksestä (S-110A, E1-110A, E2-90A) leikattiin näytteitä, joiden pinta-ala oli 1 cm2, mukaan lukien pohja-, hitsaus- ja HAZ-alueet.Näytteet kiillotettiin käyttämällä hiekkapaperia ja 1 µm:n alumiinioksidijauhelietettä standardien metallografisten näytteiden valmistusmenetelmien mukaisesti.Kiillotuksen jälkeen näytteet puhdistettiin ultraäänellä asetonissa 2 minuutin ajan.3,5-prosenttista NaCl-testiliuosta lisättiin CPT-testikennoon ja alkulämpötila säädettiin 25 °C:seen käyttämällä termostaattia (Neslab RTE-111).Alkuperäisen 25 °C:n testilämpötilan saavuttamisen jälkeen Ar-kaasua puhallettiin 15 minuuttia, sitten näytteet asetettiin kennoon ja OCF:ää mitattiin 15 minuutin ajan.Näyte polarisoitiin sitten kohdistamalla 0,3 V jännite alkulämpötilassa 25 °C ja virtaa mitattiin 10 min45.Aloita liuoksen lämmitys nopeudella 1 °C/min 50 °C:seen.Testiliuoksen lämmityksen aikana lämpötila-anturin avulla seurataan jatkuvasti liuoksen lämpötilaa ja tallennetaan aika- ja lämpötilatiedot ja potentiostaatti/galvanostaatti mittaa virtaa.Grafiittielektrodia käytettiin vastaelektrodina, ja kaikki potentiaalit mitattiin suhteessa Ag/AgCl-referenssielektrodiin.Argonhuuhtelu suoritettiin koko testin ajan.
KuvassaKuvio 1 esittää emäksisten (E1) ja happamien (E2) elektrodien valmistukseen käytettyjen juoksutekomponenttien F1 ja F2 koostumuksen (painoprosentteina).Vuon emäksisyysindeksiä käytetään hitsausliitosten mekaanisten ja metallurgisten ominaisuuksien ennustamiseen.F1 on E1-elektrodien pinnoittamiseen käytetyn juoksutteen komponentti, jota kutsutaan alkaliseksi vuoksi, koska sen emäsindeksi on > 1,2 (eli 2,40), ja F2 on E2-elektrodien pinnoittamiseen käytetty juoksute, jota kutsutaan emäksisyyden vuoksi happovuoksi. indeksi < 0,9 (eli 2,40).0,40).On selvää, että emäksisellä juoksuttimella päällystetyillä elektrodeilla on useimmissa tapauksissa paremmat mekaaniset ominaisuudet kuin happamilla juoksutteilla päällystetyillä elektrodeilla.Tämä ominaisuus on funktio emäksisen oksidin dominanssista elektrodin E1 juoksutekoostumusjärjestelmässä.Päinvastoin, kuonanpoisto (erotettavuus) ja vähäinen roiske, joka havaitaan E2-elektrodilla hitsatuissa liitoksissa, ovat tyypillisiä elektrodeille, joissa on hapan juoksutuspinnoite, jossa on runsaasti rutiilia.Tämä havainto on yhdenmukainen Gill47:n havaintojen kanssa, että rutiilipitoisuuden vaikutus kuonan irrotettavuuteen ja happovuoksella päällystettyjen elektrodien vähäinen roiske edistää kuonan nopeaa jäätymistä.Voiteluaineena käytettiin elektrodien E1 ja E2 pinnoittamiseen käytetyssä juoksutejärjestelmässä olevaa kaoliinia, ja talkkijauhe paransi elektrodien ekstrudoitavuutta.Flux-järjestelmissä olevat kaliumsilikaattisideaineet parantavat valokaaren syttymistä ja suorituskyvyn vakautta ja parantavat tarttuvuusominaisuuksiensa lisäksi kuonanerotusta hitsatuissa tuotteissa.Koska CaCO3 on sulatteen nettomurtaja (kuonanmurtaja) ja sillä on taipumus tuottaa paljon savua hitsauksen aikana johtuen termisesta hajoamisesta CaO:ksi ja noin 44 %:ksi CO2:ksi, TiO2 (verkon rakentajana / kuonanmuodostajana) auttaa vähentämään määrää. savua hitsauksen aikana.hitsaa ja parantaa siten kuonan irrotettavuutta Jing et al.48 ehdottamalla tavalla.Fluorifluksi (CaF2) on kemiallisesti aggressiivinen juoksute, joka parantaa juotteen puhtautta.Jastrzębska et ai.49 raportoi tämän juoksutekoostumuksen fluoridikoostumuksen vaikutuksesta hitsin puhtausominaisuuksiin.Tyypillisesti sulatetta lisätään hitsausalueelle parantamaan kaaren vakautta, lisäämään seosaineita, keräämään kuonaa, lisäämään tuottavuutta ja parantamaan hitsisulan 50 laatua.
Kuvissa 1 ja 2 esitetyt TGA-DTG-käyrät.Kuvat 2a ja 2b esittävät kolmivaiheista painohäviötä kuumennettaessa lämpötila-alueella 30–1000 °C typpiatmosfäärissä.Tulokset kuvioissa 2a ja b osoittavat, että emäksisten ja happamien vuonäytteiden TGA-käyrä putoaa suoraan alaspäin, kunnes se lopulta tulee yhdensuuntaiseksi lämpötila-akselin kanssa, vastaavasti noin 866,49 °C ja 849,10 °C.Painonpudotus 1,30 % ja 0,81 % TGA-käyrien alussa kuvioissa 2a ja 2b johtuu virtausainekomponenttien absorboimasta kosteudesta sekä pintakosteuden haihtumista ja kuivumisesta.Päävuon näytteiden tärkeimmät hajotukset toisessa ja kolmannessa vaiheessa kuvassa2a esiintyi lämpötila-alueilla 619,45 °C–766,36 °C ja 766,36 °C–866,49 °C, ja niiden painonmenetysprosentti oli 2,84 ja 9,48 %., vastaavasti.Kuvan 7b happamien vuonäytteiden, jotka olivat lämpötila-alueella 665,23–745,37 °C ja 745,37–849,10 °C, painonmenetysprosentti oli 0,81 ja 6,73 prosenttia, mikä johtui lämpöhajoamisen.Koska sulatteen komponentit ovat epäorgaanisia, haihtuvat aineet rajoittuvat juoksutteen seokseen.Siksi pelkistys ja hapettuminen ovat kauheita.Tämä on yhdenmukainen julkaisujen Balogun et al.51, Kamli et al.52 ja Adeleke et al.53 tulosten kanssa.Kuvassa 2 havaitun vuonäytteen massahäviön summa.2a ja 2b on 13,26 % ja 8,43 %, vastaavasti.Pienempi virtausnäytteiden massahäviö kuvassa.2b johtuu TiO2:n ja SiO2:n korkeista sulamispisteistä (1843 ja 1710°C vastaavasti) tärkeimpinä juoksuteseoksen muodostavina oksideina54,55, kun taas TiO2:lla ja SiO2:lla on alhaisemmat sulamispisteet.sulamispiste Primaarinen oksidi: CaCO3 (825 °C) kuvan 12 juoksutusnäytteessä.2a56.Shi et ai.54, Ringdalen et ai.55 ja Du et ai.56 raportoivat hyvin nämä muutokset primaaristen oksidien sulamispisteessä juoksutusseoksissa.Tarkasteltaessa jatkuvaa painonpudotusta kuvissa 2a ja 2b, voidaan päätellä, että E1- ja E2-elektrodipinnoitteissa käytetyt virtausnäytteet läpikäyvät yksivaiheisen hajoamisen, kuten Brown57 ehdottaa.Prosessin lämpötila-alue voidaan nähdä kuvan 1 derivaatakäyristä (paino-%).2a ja b.Koska TGA-käyrä ei pysty kuvaamaan tarkasti spesifistä lämpötilaa, jossa vuojärjestelmässä tapahtuu faasimuutos ja kiteytyminen, TGA-johdannaista käytetään määrittämään kunkin ilmiön (faasimuutoksen) tarkka lämpötila-arvo endotermisenä huippuna vuojärjestelmän valmistelemiseksi.
TGA-DTG-käyrät osoittavat (a) alkalisen vuon lämpöhajoamisen E1-elektrodin pinnoituksessa ja (b) happaman vuon lämpöhajoamisen E2-elektrodin pinnoituksessa.
Taulukossa 4 esitetään spektrofotometrisen analyysin ja SEM-EDS-analyysin tulokset DSS 2205 -jalometallista ja hitsauksista, jotka on tehty käyttämällä E1-, E2- ja C-elektrodeja.E1 ja E2 osoittivat, että kromin (Cr) pitoisuus laski jyrkästi arvoon 18,94 ja 17,04 % ja molybdeenin (Mo) pitoisuus oli 0,06 ja 0,08 %.hitsien arvot elektrodeilla E1 ja E2 ovat alhaisemmat.Tämä on hieman linjassa SEM-EDS-analyysistä ferriittis-austeniittisen faasin lasketun PREN-arvon kanssa.Tästä syystä voidaan nähdä, että pistesyöpyminen alkaa vaiheessa, jossa PREN-arvot ovat alhaisia (hitsaukset E1:stä ja E2:sta), periaatteessa taulukossa 4 kuvatulla tavalla. Tämä on osoitus lejeeringin ehtymisestä ja mahdollisesta saostumisesta hitsissä.Myöhemmin taulukossa 4 on esitetty Cr- ja Mo-seoselementtien pitoisuuden väheneminen elektrodeilla E1 ja E2 valmistetuissa hitseissä ja niiden alhaiset pistekorkeusekvivalenttiarvot (PREN), mikä aiheuttaa ongelman vastuksen ylläpitämisessä aggressiivisissa ympäristöissä, erityisesti kloridiympäristöissä.- sisältävä ympäristö.Suhteellisen korkea nikkelipitoisuus (Ni) 11,14 % ja mangaanipitoisuuden sallittu raja E1- ja E2-elektrodien hitsausliitoksissa ovat saattaneet vaikuttaa positiivisesti merivettä simuloivissa olosuhteissa käytettävien hitsausten mekaanisiin ominaisuuksiin (kuva 3). ).tehtiin Yuanin ja Oy:n58 sekä Jingin et al.48:n työllä korkean nikkelin ja mangaanipitoisten koostumusten vaikutuksesta DSS-hitsattujen rakenteiden mekaanisten ominaisuuksien parantamiseen vaikeissa käyttöolosuhteissa.
Vetotestitulokset (a) UTS:lle ja 0,2 %:n painuma YS:lle ja (b) tasaiselle ja täydelliselle venymälle ja niiden keskihajonnoista.
Perusmateriaalin (BM) ja kehitetyistä elektrodeista (E1 ja E2) sekä kaupallisesti saatavasta elektrodista (C) valmistettujen hitsausliitosten lujuusominaisuudet arvioitiin kahdella eri hitsausvirralla 90 A ja 110 A. 3(a) ja (b) näytä UTS, YS 0,2 %:n poikkeuksella sekä niiden venymä- ja keskihajonnan tiedot.UTS- ja YS-offset-tulokset 0,2 %, jotka on saatu kuvioista 1 ja 2.Kuva 3a esittää optimaaliset arvot näytteelle nro.1 (BM), näyte nro.3 (hitsaus E1), näyte nro.5 (hitsaus E2) ja näyte nro.6 (hitsaukset C:n kanssa) ovat 878 ja 616 MPa, 732 ja 497 MPa, 687 ja 461 MPa ja 769 ja 549 MPa, ja niiden vastaavat keskihajonnat.Kuvasta110 A) ovat näytteitä, jotka on numeroitu vastaavasti 1, 2, 3, 6 ja 7, ja joiden vähimmäissuositellut vetoominaisuudet ovat yli 450 MPa vetokokeessa ja 620 MPa vetokokeessa, Grocki32:n ehdottama.Hitsauskappaleiden venyminen elektrodeilla E1, E2 ja C, joita edustavat näytteet nro 2, nro 3, nro 4, nro 5, nro 6 ja nro 7, hitsausvirroilla 90 A ja 110 A, vastaavasti heijastaa plastisuutta ja rehellisyyttä.suhteessa perusmetalleihin.Pienempi venymä selittyy mahdollisilla hitsausvirheillä tai elektrodivuon koostumuksella (kuva 3b).Voidaan päätellä, että BM-duplex-ruostumattomalla teräksellä ja hitsauksilla E1-, E2- ja C-elektrodilla on yleensä huomattavasti paremmat vetoominaisuudet johtuen niiden suhteellisen korkeasta nikkelipitoisuudesta (taulukko 4), mutta tämä ominaisuus havaittiin hitsausliitoksissa.Vähemmän tehokasta E2:ta saadaan juoksutteen happamasta koostumuksesta.Gunn59 osoitti nikkeliseosten vaikutuksen hitsausliitosten mekaanisten ominaisuuksien parantamiseen sekä faasitasapainon ja elementtien jakautumisen säätelyyn.Tämä vahvistaa jälleen sen tosiasian, että emäksisistä juoksutekoostumuksista valmistetuilla elektrodeilla on paremmat mekaaniset ominaisuudet kuin happamista juoksutesekoituksista valmistetuilla elektrodeilla, kuten Bang et al.60 ehdottavat.Siten on saatu merkittävä panos olemassa olevaan tietoon uuden pinnoitetun elektrodin (E1) hitsausliitoksen ominaisuuksista, joilla on hyvät veto-ominaisuudet.
KuvassaKuvat 4a ja 4b esittävät elektrodien E1, E2 ja C hitsattujen liitosten kokeellisten näytteiden Vickersin mikrokovuusominaisuudet. 4a esittää kovuustulokset, jotka on saatu näytteen yhdestä suunnasta (WZ:stä BM:ään), ja kuvassa 4a.Kuva 4b esittää näytteen molemmilta puolilta saadut kovuustulokset.Kovuusarvot, jotka saadaan hitsattaessa näytteitä nro 2, 3, 4 ja 5, jotka ovat hitsausliitoksia elektrodeilla E1 ja E2, voivat johtua karkeasta rakenteesta jähmettymisen aikana hitsausjaksoissa.Kaikkien näytteiden nro 2-7 (katso näytekoodit taulukossa 2) sekä karkearakeisessa HAZ:ssa että hienorakeisessa HAZ:ssa havaittiin jyrkkä kovuuden nousu, mikä voidaan selittää mahdollisella muutoksella näytteen mikrorakenteessa. kromi-hitsausnäytteiden tuloksena saadut hitsit ovat runsaasti päästöjä (Cr23C6) .Verrattuna muihin hitsausnäytteisiin 2, 3, 4 ja 5, näytteiden nro 6 ja 7 hitsausliitosten kovuusarvot kuvissa4a ja 4b yllä (taulukko 2).Mohammed et al.61 ja Nowacki ja Lukoje62 mukaan tämä voi johtua korkeasta ferriitin δ-arvosta ja indusoiduista jäännösjännityksistä hitsissä sekä seosaineiden, kuten Mo:n ja Cr:n, loppumisesta hitsissä.Kaikkien BM-alueen kokeellisten näytteiden kovuusarvot näyttävät olevan yhdenmukaisia.Hitsattujen näytteiden kovuusanalyysin tulosten trendi on yhdenmukainen muiden tutkijoiden päätelmien kanssa61,63,64.
DSS-näytteiden hitsausliitosten kovuusarvot (a) hitsausnäytteiden puolikasosa ja (b) hitsausliitosten koko leikkaus.
Hitsatussa DSS 2205:ssä E1-, E2- ja C-elektrodilla esiintyvät eri faasit saatiin ja diffraktiokulman 2\(\theta\) XRD-spektrit on esitetty kuvassa 5. Austeniitin huiput (\(\gamma\) )- ja ferriittifaasit (\(\alpha\)) tunnistettiin diffraktiokulmissa 43° ja 44°, mikä vahvisti lopullisesti, että hitsin koostumus on kaksifaasinen 65 ruostumaton teräs.että DSS BM näyttää vain austeniittisia (\(\gamma\)) ja ferriittisiä (\(\alpha\)) faaseja, mikä vahvistaa kuvissa 1 ja 2 esitetyt mikrorakennetulokset. 6c, 7c ja 9c.DSS BM:llä havaittu ferriittinen vaihe (\(\alpha\)) ja korkea huippu hitsauksessa elektrodiin C ovat osoitus sen korroosionkestävyydestä, koska tämän vaiheen tarkoituksena on lisätä teräksen korroosionkestävyyttä, kuten Davison ja Redmond66 ovat tehneet. ferriitin stabilointielementtien, kuten Cr:n ja Mo:n, läsnäolo stabiloi tehokkaasti materiaalin passiivista kalvoa kloridia sisältävissä ympäristöissä.Taulukko 5 esittää ferriittiausteniittista faasia kvantitatiivisesti metallografialla.Ferriitti-austeniittisen faasin tilavuusosuuden suhde elektrodin C hitsausliitoksissa saavutetaan noin (≈1:1).E1- ja E2-elektrodeja käyttävien hitsausten matalan ferriittisen (\(\alpha\)) faasikoostumus tilavuusosuuden tuloksissa (taulukko 5) osoittaa mahdollista herkkyyttä syövyttävälle ympäristölle, mikä vahvistettiin sähkökemiallisella analyysillä.vahvistettu (kuvat 10a, b)), koska ferriittifaasi tarjoaa korkean lujuuden ja suojan kloridin aiheuttamaa jännityskorroosiohalkeilua vastaan.Tämän vahvistavat edelleen alhaiset kovuusarvot, jotka havaitaan kuvion 1 elektrodien E1 ja E2 hitsauksissa.4a,b, jotka johtuvat ferriitin alhaisesta osuudesta teräsrakenteessa (taulukko 5).E2-elektrodeja käyttävien hitsausliitosten epätasapainoiset austeniittiset (\(\gamma\)) ja ferriittiset (\(\alpha\)) faasit osoittavat teräksen todellisen alttiuden tasaiselle korroosiolle.Päinvastoin, E1- ja C-elektrodilla hitsattujen liitosten kaksivaiheisten terästen XPA-spektrit sekä BM-tulokset osoittavat yleensä austeniittisten ja ferriittisten stabilointielementtien läsnäolon, mikä tekee materiaalista käyttökelpoisen rakentamisessa ja petrokemian teollisuudessa. , koska väittivät Jimenez et al.65;Davidson & Redmond66;Shamant ja muut67.
Optiset mikrokuvat eri hitsausgeometrioilla varustettujen E1-elektrodien hitsausliitoksista: (a) HAZ, joka näyttää sulatuslinjan, (b) HAZ näyttää sulatuslinjan suuremmalla suurennuksella, (c) BM ferriittis-austeniittiselle faasille, (d) hitsin geometria , (e) Näyttää läheisen siirtymäalueen, (f) HAZ näyttää ferriittis-austeniittisen vaiheen suuremmalla suurennuksella, (g) Hitsausvyöhyke näyttää ferriittis-austeniittisen faasin Vetofaasi.
Optiset mikrokuvat E2-elektrodihitseistä eri hitsausgeometrioilla: (a) HAZ, joka näyttää sulatuslinjan, (b) HAZ näyttää sulatuslinjan suuremmalla suurennuksella, (c) BM ferriittis-austeniittiselle massafaasille, (d) hitsin geometria, (e) ) näyttää siirtymävyöhykkeen läheisyydessä, (f) HAZ näyttää ferriittis-austeniittisen faasin suuremmalla suurennuksella, (g) hitsausvyöhykkeellä näyttää ferriittis-austeniittisen faasin.
Kuvat 6a–c ja esimerkiksi esittävät E1-elektrodilla hitsattujen DSS-liitosten metallografista rakennetta erilaisilla hitsausgeometrioilla (kuva 6d), mikä osoittaa, missä optiset mikrokuvat on otettu eri suurennoksilla.Kuvassa6a, b, f – hitsausliitosten siirtymävyöhykkeet, jotka osoittavat ferriitti-austeniitin faasitasapainorakenteen.Kuvat 7a-c ja esimerkiksi esittävät myös E2-elektrodilla hitsatun DSS-liitoksen OM-arvoa eri hitsausgeometrioilla (kuva 7d), jotka edustavat OM-analyysipisteitä eri suurennoksilla.KuvassaKuvat 7a,b,f esittävät hitsausliitoksen siirtymäaluetta ferriittis-austeniittisessa tasapainossa.OM hitsausvyöhykkeellä (WZ) on esitetty kuvassa.1 ja fig.2. Hitsaukset elektrodeille E1 ja E2 6g ja 7g, vastaavasti.OM on BM on esitetty kuvissa 1 ja 2.Kuvat 6c, e ja 7c, e esittävät hitsausliitoksia elektrodeilla E1 ja E2, vastaavasti.Vaalea alue on austeniittifaasi ja tumma musta alue on ferriittifaasi.Faasitasapainot lämpövaikutteisessa vyöhykkeessä (HAZ) lähellä fuusiolinjaa osoittivat Cr2N-saostumien muodostumisen, kuten SEM-BSE-mikrokuvat kuvioissa 1 ja 1 osoittavat.8a,b ja vahvistettu kuviossa 8a, b.9a,b.Cr2N:n läsnäolo havaittu näytteiden ferriittifaasissa kuvioissa 1 ja 2.8a,b ja hitsattujen osien SEM-EMF-pisteanalyysillä ja EMF-viivakaavioilla vahvistettu (kuvat 9a-b), johtuu korkeammasta hitsauslämpölämpötilasta.Kierrätys nopeuttaa kromin ja typen sisääntuloa, koska hitsin korkea lämpötila lisää typen diffuusiokerrointa.Nämä tulokset tukevat Ramirezin et al.68 ja Herenyun ym.69 tutkimuksia, jotka osoittavat, että typpipitoisuudesta riippumatta Cr2N on yleensä kerrostunut ferriittirakeiden, raerajojen ja α/\(\gamma\)-rajojen päälle, kuten myös ehdotetaan. muut tutkijat.70,71.
(a) E2:lla hitsatun liitoksen SEM-EMF-pisteanalyysi (1, 2 ja 3);
Edustavien näytteiden pinnan morfologia ja niitä vastaavat EMF:t on esitetty kuvissa 1 ja 2.10a-c.KuvassaKuvat 10a ja 10b esittävät SEM-mikrokuvat ja niiden EMF-spektrit hitsausliitoksista käyttäen elektrodeja E1 ja E2 hitsausvyöhykkeellä, vastaavasti, ja kuvassa 10.Kuva 10c esittää SEM-mikrokuvat ja EMF-spektrit OM:stä, joka sisältää austeniitti (\(\gamma\)) ja ferriitti (\(\alpha\)) faaseja ilman saostumia.Kuten kuvion 10a EDS-spektristä esitetään, Cr:n (21,69 paino-%) ja Mo:n (2,65 paino-%) prosenttiosuus verrattuna 6,25 painoprosenttiin Ni antaa käsityksen ferriitti-austeniittisen faasin vastaavasta tasapainosta.Mikrorakenne, jossa kromin (15,97 painoprosenttia) ja molybdeenin (1,06 painoprosenttia) pitoisuudet ovat vähentyneet korkeaan nikkelipitoisuuteen (10,08 painoprosenttia) verrattuna elektrodin E2 hitsausliitoksen mikrorakenteessa. kuva1. Vertaa.EMF-spektri 10b.Neulamainen muoto hienojakoisemmalla austeniittisella rakenteella, joka näkyy kuvassa 2 esitetyssä WZ:ssä.Kuva 10b vahvistaa ferritisoivien alkuaineiden (Cr ja Mo) mahdollisen ehtymisen hitsissä ja krominitridin (Cr2N) saostumisen – austeniittisen faasin.Sadehiukkasten jakautuminen DSS-hitsattujen liitosten austeniittisen (\(\gamma\)) ja ferriittisen (\(\alpha\)) vaiheen rajoilla vahvistaa tämän väitteen72,73,74.Tämä johtaa myös sen huonoon korroosionkestävyyteen, koska Cr:n katsotaan olevan pääelementti muodostamaan passiivikalvo, joka parantaa teräksen paikallista korroosionkestävyyttä59,75, kuten kuvassa 10b esitetään.Voidaan nähdä, että BM SEM-mikrokuvassa kuviossa 10c osoittaa voimakasta rakeiden hienostuneisuutta, koska sen EDS-spektritulokset osoittavat Cr (23,32 paino-%), Mo (3,33 paino-%) ja Ni (6,32 paino-%).%) hyvät kemialliset ominaisuudet.%) tärkeänä seosaineena DSS76-rakenteen ferriitti-austeniittisen faasin tasapainomikrorakenteen tarkistamisessa.E1-elektrodin hitsausliitosten koostumuksen EMF-spektroskooppisen analyysin tulokset oikeuttavat sen käytön rakentamisessa ja hieman aggressiivisissa ympäristöissä, koska mikrorakenteen austeniitinmuodostajat ja ferriittistabilisaattorit täyttävät DSS AISI 220541.72 hitsausliitosstandardin 77.
SEM-mikrokuvat hitsausliitoksista, joissa (a) hitsausvyöhykkeen elektrodilla E1 on EMF-spektri, (b) hitsausvyöhykkeen elektrodilla E2 on EMF-spektri, (c) OM:lla on EMF-spektri.
Käytännössä on havaittu, että DSS-hitsaukset jähmettyvät täysin ferriittisessä (F-moodi) moodissa, jolloin austeniittiytimet kiteytyvät ferriittisen solvus-lämpötilan alapuolelle, mikä on pääasiassa riippuvainen kromin ja nikkelin ekvivalenttisuhteesta (Creq/Nieq) (> 1.95 muodostaa muodon F) Jotkut tutkijat ovat havainneet tämän teräksen vaikutuksen, joka johtuu Cr:n ja Mo:n voimakkaasta diffuusiokyvystä ferriittiä muodostavina alkuaineina ferriittifaasissa8078,79.On selvää, että DSS 2205 BM sisältää suuren määrän Cr:a ja Mo:ta (osoittaa korkeampaa Creq-arvoa), mutta sen Ni-pitoisuus on pienempi kuin hitsauksessa E1-, E2- ja C-elektrodilla, mikä myötävaikuttaa korkeampaan Creq/Nieq-suhteeseen.Tämä näkyy myös nykyisessä tutkimuksessa, kuten taulukosta 4 näkyy, jossa Creq/Nieq-suhde määritettiin DSS 2205 BM:lle yli 1,95:n.Voidaan nähdä, että hitsit elektrodeilla E1, E2 ja C kovettuvat austeniittis-ferriittisessä moodissa (AF-moodi), austeniittisessa moodissa (A-moodi) ja vastaavasti ferriittis-austeniittisessa tilassa, koska bulkkimoodi (FA-tila) on suurempi. .), kuten taulukosta 4 näkyy, Ni-, Cr- ja Mo-pitoisuus hitsissä on pienempi, mikä osoittaa, että Creq/Nieq-suhde on pienempi kuin BM:n.Ensisijaisella ferriitillä E2-elektrodihitsauksissa oli vermikulaarinen ferriittimorfologia ja määritetty Creq/Nieq-suhde oli 1,20, kuten taulukossa 4 on kuvattu.
KuvassaKuvassa 11a on esitetty Open Circuit Potential (OCP) ajan funktiona AISI DSS 2205 -teräsrakenteelle 3,5 % NaCl-liuoksessa.Voidaan nähdä, että ORP-käyrä siirtyy kohti positiivisempaa potentiaalia, mikä osoittaa passiivisen kalvon ilmaantumista metallinäytteen pinnalle, potentiaalin pudotus osoittaa yleistynyttä korroosiota ja lähes vakio potentiaali ajan myötä osoittaa kalvon muodostumista. passiivinen elokuva ajan myötä., Näytteen pinta on vakaa ja siinä on Sticky 77. Käyrät kuvaavat kokeellisia substraatteja stabiileissa olosuhteissa kaikille näytteille elektrolyytissä, joka sisältää 3,5 % NaCl-liuosta, lukuun ottamatta näytettä 7 (hitsausliitos C-elektrodilla), mikä osoittaa vähän epävakautta.Tätä epävakautta voidaan verrata kloridi-ionien (Cl-) läsnäoloon liuoksessa, mikä voi merkittävästi kiihdyttää korroosioreaktiota ja siten lisätä korroosion astetta.Havainnot OCP-skannauksen aikana ilman käytettyä potentiaalia osoittivat, että reaktiossa oleva Cl voi vaikuttaa näytteiden resistanssiin ja termodynaamiseen stabiilisuuteen aggressiivisissa ympäristöissä.Ma et ai.81 ja Lotho et ai.5 vahvisti väitteen, että Cl- on osallisena substraateilla olevien passiivisten kalvojen hajoamisen nopeuttamisessa, mikä myötävaikuttaa kulumiseen.
Tutkittujen näytteiden sähkökemiallinen analyysi: (a) RSD:n kehitys ajasta riippuen ja (b) näytteiden potentiodynaaminen polarisaatio 3,5 % NaCl-liuoksessa.
KuvassaKuva 11b esittää vertailevan analyysin elektrodien E1, E2 ja C hitsattujen liitosten potentiodynaamisista polarisaatiokäyristä (PPC) 3,5 % NaCl-liuoksen vaikutuksesta.Hitsatut BM-näytteet PPC:ssä ja 3,5 % NaCl-liuoksessa osoittivat passiivista käyttäytymistä.Taulukossa 5 on esitetty PPC-käyristä saatujen näytteiden sähkökemialliset analyysiparametrit, kuten Ecorr (korroosiopotentiaali) ja Epit (pistekorroosiopotentiaali) ja niihin liittyvät poikkeamat.Verrattuna muihin näytteisiin nro 2 ja nro 5, jotka oli hitsattu elektrodeilla E1 ja E2, näyte nro 1 ja nro 7 (BM ja hitsatut liitokset elektrodilla C) osoitti suurta pistekorroosiopotentiaalia NaCl-liuoksessa (kuva 11b). ).Ensimmäisen paremmat passivointiominaisuudet verrattuna jälkimmäiseen johtuvat teräksen mikrorakennekoostumuksen tasapainosta (austeniittiset ja ferriittiset faasit) ja seosainepitoisuuksista.Koska mikrorakenteessa on ferriittiä ja austeniittista faasia, Resendea et al.82 tuki DSS:n passiivista käyttäytymistä aggressiivisessa mediassa.E1- ja E2-elektrodilla hitsattujen näytteiden heikko suorituskyky voi liittyä tärkeimpien seosaineiden, kuten Cr:n ja Mo:n, ehtymiseen hitsausvyöhykkeellä (WZ), koska ne stabiloivat ferriittifaasia (Cr ja Mo) ja toimivat passivoivat lejeeringit hapettuneiden terästen austeniittisessa faasissa.Näiden elementtien vaikutus pisteresistanssiin on suurempi austeniittisessa faasissa kuin ferriittisessä faasissa.Tästä syystä ferriittisen faasin passivointi tapahtuu nopeammin kuin polarisaatiokäyrän ensimmäiseen passivointialueeseen liittyvä austeniittinen faasi.Näillä elementeillä on merkittävä vaikutus DSS-pisteresistanssiin, koska niiden pisteresistanssi on suurempi austeniittisessa faasissa ferriittiseen faasiin verrattuna.Siksi ferriittifaasin nopea passivointi on 81 % korkeampi kuin austeniittifaasin.Vaikka Cl-in-liuoksella on voimakas negatiivinen vaikutus teräskalvon passivointikykyyn83.Näin ollen näytteen passivoivan kalvon stabiilius heikkenee huomattavasti84.Taulukosta.Kuvasta 6 näkyy myös, että E1-elektrodilla varustettujen hitsausliitosten korroosiopotentiaali (Ecorr) on hieman epästabiilimpi liuoksessa verrattuna E2-elektrodin hitsausliitoksiin.Tämän vahvistavat myös hitsien alhaiset kovuuden arvot käyttämällä elektrodeja E1 ja E2 kuvassa 2.4a,b, mikä johtuu alhaisesta ferriittipitoisuudesta (taulukko 5) sekä alhaisesta kromi- ja molybdeenipitoisuudesta (taulukko 4) teräsrakenteessa.Voidaan päätellä, että terästen korroosionkestävyys simuloidussa meriympäristössä kasvaa hitsausvirran pienentyessä ja laskee alhaisen Cr- ja Mo-pitoisuuden sekä alhaisen ferriittipitoisuuden myötä.Tämä lausunto on yhdenmukainen Salimin et al.85:n tutkimuksen kanssa hitsausparametrien, kuten hitsausvirran, vaikutuksesta hitsattujen terästen korroosionkestävyyteen.Kun kloridi tunkeutuu teräkseen eri tavoin, kuten kapillaariabsorption ja diffuusion kautta, muodostuu epätasaisen muotoisia ja syviä kuoppia (pistekorroosiota).Mekanismi on merkittävästi erilainen korkeamman pH:n ratkaisuissa, joissa ympäröivät (OH-) ryhmät yksinkertaisesti vetäytyvät teräksen pintaan stabiloimalla passiivikalvoa ja tarjoamalla lisäsuojaa teräspinnalle25,86.Näytteiden nro 1 ja nro 7 paras korroosionkestävyys johtuu pääasiassa siitä, että teräsrakenteessa on suuri määrä δ-ferriittiä (taulukko 5) ja suuri määrä Cr:a ja Mo:ta (taulukko 4), koska pistekorroosiota esiintyy pääasiassa DSS-menetelmällä hitsatussa teräksessä osien austeniittisessa faasirakenteessa.Siten lejeeringin kemiallisella koostumuksella on ratkaiseva rooli hitsausliitoksen korroosiokyvyssä87,88.Lisäksi havaittiin, että tässä tutkimuksessa E1- ja C-elektrodilla hitsatut näytteet osoittivat pienempiä Ecorr-arvoja PPC-käyristä kuin ne, jotka hitsattiin E2-elektrodilla OCP-käyristä (taulukko 5).Siksi anodialue alkaa alhaisemmasta potentiaalista.Tämä muutos johtuu pääasiassa näytteen pinnalle muodostuneen passivointikerroksen osittaisesta stabiloitumisesta ja katodisesta polarisaatiosta, joka tapahtuu ennen kuin OCP89:n täydellinen stabilointi saavutetaan.KuvassaKuvat 12a ja b esittävät 3D-optisia profilointikuvia kokeellisesti syöpyneistä näytteistä erilaisissa hitsausolosuhteissa.Voidaan nähdä, että näytteiden pistekorroosiokoko kasvaa korkean 110 A:n hitsausvirran aiheuttaman pienemmän pistekorroosiopotentiaalin myötä (kuva 12b), mikä on verrattavissa hitseille, joiden hitsausvirtasuhde on pienempi 90 A. (kuvio 12a).Tämä vahvistaa Mohammed90:n väitteen, jonka mukaan näytteen pinnalle muodostuu liukunauhat, jotka tuhoavat pinnan passivointikalvon altistamalla substraatti 3,5-prosenttiselle NaCl-liuokselle niin, että kloridi alkaa hyökätä, jolloin materiaali liukenee.
Taulukossa 4 oleva SEM-EDS-analyysi osoittaa, että kunkin austeniittisen faasin PREN-arvot ovat korkeammat kuin ferriitin kaikissa hitseissä ja BM:ssä.Syövytyksen alkaminen ferriitti/austeniitin rajapinnassa nopeuttaa passiivisen materiaalikerroksen tuhoutumista näillä alueilla esiintyvien elementtien epähomogeenisuuden ja erottelun vuoksi91.Toisin kuin austeniittisessa faasissa, jossa pistekorjausresistanssiekvivalentti (PRE) on korkeampi, pistekorkeuden alkaminen ferriittisessä faasissa johtuu pienemmästä PRE-arvosta (taulukko 4).Austeniittifaasi näyttää sisältävän huomattavan määrän austeniittistabilisaattoria (typpiliukoisuus), mikä saa aikaan suuremman tämän alkuaineen pitoisuuden ja siten paremman pistesyöpymiskestävyyden92.
KuvassaKuva 13 esittää kriittiset pistelämpökäyrät E1-, E2- ja C-hitseille.Ottaen huomioon, että virrantiheys nousi arvoon 100 µA/cm2 ASTM-testin aikana tapahtuneen pistesyöpymisen vuoksi, on selvää, että @110A hitsaus E1:n kanssa osoitti pistesyöpymisen kriittiseksi minimilämpötilaksi 27,5 °C, jota seurasi E2 @ 90A -juotto, ja sen CPT oli 40 °C, ja C@110A:n tapauksessa korkein CPT on 41 °C.Havaitut tulokset ovat hyvin sopusoinnussa polarisaatiotestien havaittujen tulosten kanssa.
Ruostumattoman teräksen duplex-hitsien mekaanisia ominaisuuksia ja korroosiokäyttäytymistä tutkittiin uusilla E1- ja E2-elektrodilla.SMAW-prosessissa käytetty alkalinen elektrodi (E1) ja hapan elektrodi (E2) päällystettiin onnistuneesti juoksutekoostumuksella, jonka kokonaispeittosuhde oli 1,7 mm ja alkaliindeksi 2,40 ja 0,40, vastaavasti.TGA:ta käyttäen inertissä väliaineessa valmistettujen juoksutteiden lämpöstabiilisuus on arvioitu.Korkean TiO2-pitoisuuden (%) läsnäolo juoksutteen matriisissa paransi happamalla juoksuttimella (E2) päällystettyjen elektrodien hitsausten kuonanpoistoa verrattuna emäksisellä juoksuttimella (E1) päällystettyihin elektrodeihin.Vaikka kahdella päällystetyllä elektrodilla (E1 ja E2) on hyvä valokaaren sytytyskyky.Hitsausolosuhteet, erityisesti lämmöntuotto, hitsausvirta ja nopeus, ovat ratkaisevia DSS 2205 -hitsausten austeniitti/ferriittifaasitasapainon ja hitsin erinomaisten mekaanisten ominaisuuksien saavuttamisessa.E1-elektrodilla hitsatut liitokset osoittivat erinomaisia vetolujuusominaisuuksia (leikkaus 0,2 % YS = 497 MPa ja UTS = 732 MPa), mikä vahvistaa, että emäksisellä vuopinnoitetulla elektrodeilla on korkea emäksisyysindeksi verrattuna happovuoteella päällystettyihin elektrodeihin.Elektrodeilla on parempia mekaanisia ominaisuuksia alhaisella alkaliteetilla.On selvää, että uudella pinnoitteella (E1 ja E2) päällystettyjen elektrodien hitsausliitoksissa ei ole ferriitti-austeniittisen faasin tasapainoa, mikä paljastettiin hitsin OES- ja SEM-EDS-analyysillä ja kvantifioitiin tilavuusosuudella hitsaus.Metallografia vahvisti heidän SEM-tutkimuksensa.mikrorakenteita.Tämä johtuu pääasiassa seosaineiden, kuten Cr:n ja Mo:n, loppumisesta ja mahdollisesta Cr2N:n vapautumisesta hitsauksen aikana, mikä on vahvistettu EDS-linjaskannauksella.Tätä tukevat myös alhaiset kovuusarvot, jotka havaitaan hitsauksissa E1- ja E2-elektrodilla, koska teräsrakenteessa on alhainen ferriitti- ja seosaineosuus.E1-elektrodia käyttävien hitsien Evidence Corrosion Potential (Ecorr) osoittautui hieman vähemmän kestäväksi liuoskorroosiota vastaan verrattuna E2-elektrodia käyttäviin hitseihin.Tämä vahvistaa äskettäin kehitettyjen elektrodien tehokkuuden hitseissä, jotka on testattu 3,5 %:n NaCl-ympäristössä ilman sulateseoksen seoskoostumusta.Voidaan päätellä, että korroosionkestävyys simuloidussa meriympäristössä kasvaa hitsausvirran pienentyessä.Siten karbidien ja nitridien saostuminen ja sitä seurannut hitsattujen liitosten korroosionkestävyyden heikkeneminen E1- ja E2-elektrodeja käytettäessä selittyi lisääntyneellä hitsausvirralla, mikä johti kaksikäyttöterästen hitsattujen liitosten vaihetasapainon epätasapainoon.
Pyynnöstä vastaava kirjoittaja toimittaa tämän tutkimuksen tiedot.
Smook O., Nenonen P., Hanninen H. ja Liimatainen J. Ruostumattoman superduplex-teräksen mikrorakenne jauhemetallurgisella kuumaisostaattisella puristimella teollisessa lämpökäsittelyssä.Metalli.alma mater.transsi.A 35, 2103. https://doi.org/10.1007/s11661-004-0158-9 (2004).
Kuroda T., Ikeuchi K. ja Kitagawa Y. Mikrorakenteen ohjaus nykyaikaisten ruostumattomien terästen liittämisessä.In Processing New Materials for Advanced Electromagnetic Energy, 419–422 (2005).
Smook O. Modernin jauhemetallurgian superduplex ruostumattomien terästen mikrorakenne ja ominaisuudet.Royal Institute of Technology (2004)
Lotto, TR ja Babalola, P. Polarisaatiokorroosiokäyttäytyminen ja AA1070-alumiini- ja piikarbidimatriisikomposiittien mikrorakenneanalyysi happokloridipitoisuuksilla.Vakuuttava insinööri.4, 1. https://doi.org/10.1080/23311916.2017.1422229 (2017).
Bonollo F., Tiziani A. ja Ferro P. Duplex- ja superduplex-ruostumattomien terästen hitsausprosessi, mikrorakenteen muutos ja lopulliset ominaisuudet.Duplex ruostumaton teräs 141–159 (John Wiley & Sons Inc., Hoboken, 2013).
Kisasoz A., Gurel S. ja Karaaslan A. Hehkutusajan ja jäähdytysnopeuden vaikutus kaksifaasisten korroosionkestävien terästen pinnoitusprosessiin.Metalli.Tiede.lämpökäsittely.57, 544. https://doi.org/10.1007/s11041-016-9919-5 (2016).
Shrikant S, Saravanan P, Govindarajan P, Sisodia S ja Ravi K. Erinomaisten mekaanisten ja korroosioominaisuuksien omaavien laihojen duplex-terästen (LDSS) kehittäminen laboratoriossa.Edistynyt alma mater.varastosäiliö.794, 714 (2013).
Murkute P., Pasebani S. ja Isgor OB Ruostumattoman teräksen superduplex-päällystekerrosten metallurgiset ja sähkökemialliset ominaisuudet miedoilla terässubstraateilla, jotka on saatu laserseostuksella jauhekerroksessa.Tiede.Rep. 10, 10162. https://doi.org/10.1038/s41598-020-67249-2 (2020).
Oshima, T., Khabara, Y. ja Kuroda, K. Yritykset säästää nikkeliä austeniittisissa ruostumattomissa teräksissä.ISIJ International 47, 359. https://doi.org/10.2355/isijinternational.47.359 (2007).
Oikawa W., Tsuge S. ja Gonome F. Uuden laihan duplex-ruostumattoman teräksen sarjan kehittäminen.NSSC 2120™, NSSC™ 2351. NIPPON Steel Technical Report No. 126 (2021).
Postitusaika: 25.2.2023