Механические свойства и коррозионное поведение сварных изделий из дуплексной нержавеющей стали с использованием новых электродов

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 22405 (2022) Цитировать эту статью

1734 Доступа

Подробности о метриках

Механические и коррозионные свойства сварных конструкций из дуплексной нержавеющей стали (DSS) имеют первостепенное значение во многих инженерных приложениях. В настоящем исследовании изучаются механические свойства и коррозионная целостность сварных деталей из дуплексной нержавеющей стали в среде, моделирующей 3,5% NaCl, с использованием специально разработанных новых электродов без добавления легирующих элементов в образцы флюса. Два разных типа флюсов с индексами основности 2,40 и 0,40 использовались для покрытия электродов E1 и E2 соответственно для сварки пластин DSS. Термическую стабильность приготовленного флюса оценивали с помощью термогравиметрического анализа. Химический состав методом оптико-эмиссионной спектроскопии, механические и коррозионные свойства сварных соединений оценивали по различным стандартам ASTM. Для определения фаз, присутствующих в сварных соединениях ДСС, использовали рентгеновскую дифракцию, а для микроструктурного исследования сварных деталей использовали сканирующий электронный электроник, оснащенный ЭДС. Предел прочности сварных соединений, выполненных электродом Э1, находился в пределах 715–732 МПа, электродом Э2 – 606–687 МПа. Твердость повышали увеличением сварочного тока с 90 до 110 А. Сварное соединение электродом Э1, покрытым основным флюсом, имеет лучшие механические свойства. Стальная конструкция в среде 3,5% NaCl обладает значительной устойчивостью к коррозионному воздействию. Это подтверждает качество сварных соединений, выполненных с помощью недавно разработанного электрода. Результаты обсуждаются на основании обеднения легирующими элементами, такими как Cr и Mo, наблюдаемого в сварных соединениях покрытыми электродами E1 и E2, а также выделения Cr2N в сварных соединениях, выполненных электродами E1 и E2.

Исторически сложилось так, что первое официальное упоминание дуплексных нержавеющих сталей (DSS) было сделано в 1927 году и ограничивалось некоторыми отливками и не использовалось в большинстве инженерных применений из-за высокого содержания углерода1. но содержание углерода впоследствии было снижено до 0,03% в качестве стандарта, и эти стали постепенно широко используются в нескольких областях2,3. DSS — это семейство сплавов, содержащее примерно равное количество феррита и аустенита. Было обнаружено, что ферритная фаза в DSS обеспечивает исключительную защиту от коррозионного растрескивания под напряжением (SCC), вызванного хлоридами, что является серьезной проблемой для аустенитных нержавеющих сталей (ASS) в двадцатом веке. Спрос на СПР, напротив, растет темпами до 20% в год в ряде машиностроительных и других отраслей4. Эту инновационную сталь, имеющую двухфазный состав аустенит-феррит, можно получить путем подбора соответствующих составов, физико-химического и термомеханического рафинирования. По сравнению с однофазной нержавеющей сталью, DSS имеют более высокий предел текучести и исключительную способность противостоять SCC5,6,7,8. В суровых условиях, содержащих кислоты, хлорангидриды, морскую воду и едкие химикаты, двухфазная структура придает этим сталям непревзойденную прочность, ударную вязкость и повышенную коррозионную стойкость9. Структуры DSS, особенно тип с низким содержанием никеля (бедный DSS), продемонстрировали многочисленные исключительные достижения по сравнению с железом с гранецентрированной кубической структурой (FCC) из-за ежегодных колебаний цен на сплавы никеля (Ni) на общем рынке10,11. Основная проблема структур ASS заключается в том, что они уязвимы к различным суровым условиям12. В результате различные машиностроительные отрасли и предприятия пытаются продвигать замену нержавеющих сталей с пониженным содержанием никеля (Ni), которые работают так же или даже лучше, чем традиционные ASS, имеющие подходящие характеристики свариваемости, для применения в промышленных областях, таких как производство теплообменников для морской воды. и химические контейнеры для использования в средах с высокими концентрациями хлоридов13.

1.2 (i.e., 2.40) while the F2 is a flux used for E2 electrode coating is called acidic flux because it has a basicity index < 0.9 (i.e., 0.40). It is evident that electrodes coated with basic flux possess good mechanical properties than electrodes coated with acidic flux in most scenarios. This property is a function of the basic oxides’ dominance in the flux formulation system of the E1 electrode. Conversely, slag removability (detachability) and low weld spatter observed with welded joints with E2 electrodes is a characteristic of acidic flux-coated electrodes with high rutile contents. This observation corresponds with the findings of Gill47 on the influence of rutile contents on slag detachability and low weld spatter in coated electrodes with acidic flux which helps to facilitate the quick freezing of the slag. Kaolin in the flux system used in coating electrodes E1 and E2 serves as a slippery agent and talc improves electrode extrudability. Potassium silicate binder in the flux system helps to achieve better arc striking and stability characteristics and also enhances slag detachability in the weldment in addition to its binding-ability property. Since CaCO3 is a network breaker (slag breaker) in flux formulation and tends to produce a lot of fumes during welding by thermally decomposing into CaO and approximately 44% CO2, TiO2 addition (as a network former/slag former) in the flux constituent helps to reduce fumes during welding thereby enhancing slag detachability as opined by Jing et al.48. The fluoride content in the flux (CaF2) is a chemically aggressive fluxing agent that improves weld cleanliness. This kind of flux ingredients composition was reported by Jastrzębska et al.49 on the influence of fluoride composition on weld cleanliness characteristics. Generally, the addition of fluxes to the welding domain is to improve arc stability, add alloying elements, provide slag, increase productivity and refine the weld pool50./p>

1.95 is F mode) of the steel and has been noted by some researchers78,79 due to strong diffusivity of Cr and Mo as ferrite former elements in the ferrite phase80. It was evident that DSS 2205 BM possesses significant contents of Cr and Mo (exhibit higher Creq) yet it has less Ni content than welded joints with E1, E2, and C electrodes, which foster a higher Creq/Nieq ratio. This was also apparent in the current investigation where the determined Creq/Nieq ratio for DSS 2205 BM as indicated in Table 4 is greater than 1.95. It can be observed that welded joints with E1, E2, and C electrodes solidify as austenite-ferrite mode (A-F mode), austenite mode (A mode), and ferrite–austenite mode (F–A mode) respectively due to higher content of Ni and fewer contents of Cr and Mo in the weldment, signifying less ratio of Creq/Nieq than the BM as indicated in Table 4. The primary ferrite exhibited a vermicular-ferrite morphology in welded joint with E2 electrode and the determined Creq/Nieq ratio was 1.20 as mentioned in Table 4./p>