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

Nov 18, 2023

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

1403 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.