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新しい電極を使用した二相ステンレス鋼溶接物の機械的性質と腐食挙動

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新しい電極を使用した二相ステンレス鋼溶接物の機械的性質と腐食挙動

Scientific Reports volume 12、記事番号: 22405 (2022) この記事を引用 1724 アクセス メトリクスの詳細 溶接二相ステンレス鋼 (DSS) 構造の機械的特性と腐食特性は次のとおりです。

Scientific Reports volume 12、記事番号: 22405 (2022) この記事を引用

1724 アクセス

メトリクスの詳細

溶接二相ステンレス鋼 (DSS) 構造の機械的特性と腐食特性は、多くの工学用途において最も重要な考慮事項です。 現在の研究では、フラックスサンプルに合金元素を添加せずに、特別に開発された新しい電極を使用して、模擬3.5% NaCl環境における二相ステンレス鋼溶接物の機械的特性と腐食完全性を調査しています。 塩基度指数 2.40 と 0.40 の 2 つの異なるタイプのフラックスを使用して、DSS プレート溶接用の E1 電極と E2 電極をそれぞれコーティングしました。 配合されたフラックスの熱安定性は、熱重量分析を使用して評価されました。 発光分光法を使用した化学組成と、溶接継手の機械的特性と腐食特性が、さまざまな ASTM 規格に従って評価されました。 DSS 溶接継手に存在する相を調べるために X 線回折が使用され、溶接部の微細構造検査には EDS を備えた走査電子が使用されました。 E1 電極を使用して作成された溶接継手の極限引張強さは 715 ～ 732 MPa の範囲であり、E2 電極の極限引張強さは 606 ～ 687 MPa であることが判明しました。 溶接電流を 90 A から 110 A に増加すると、硬度が増加しました。塩基性フラックスでコーティングされた E1 電極を使用した溶接継手の機械的特性は向上しました。 3.5% NaCl 環境における鋼構造は、腐食攻撃に対してかなりの耐性を備えています。 これにより、新開発電極による溶接継手の性能が実証されました。 結果は被覆電極Ｅ１およびＥ２を用いた溶接部から観察されたＣｒおよびＭｏなどの合金元素の消耗と、Ｅ１およびＥ２電極によって作られた溶接継手におけるＣｒ２Ｎの析出に基づいて論じられる。

歴史的に見て、二相ステンレス鋼 (DSS) への最初の正式な言及は 1927 年に行われましたが、それは一部の鋳物に限定されており、高炭素のためほとんどの工学用途には利用されていませんでした1。 しかしその後、炭素含有量は標準で最大 0.03% まで削減され、これらの鋼はいくつかの用途に徐々に広く使用されています 2,3。 DSS は、ほぼ同量のフェライトとオーステナイトを含む合金ファミリーです。 DSS のフェライト相は、20 世紀においてオーステナイト系ステンレス鋼 (ASS) にとって重大な懸念事項である塩化物誘起応力腐食割れ (SCC) に対して優れた保護を与えることが明らかになりました。 一方、DSS の需要は、いくつかのエンジニアリング業界やその他の業界で年間最大 20% のペースで増加しています4。 この革新的な鋼は、オーステナイトとフェライトの二相構成を示し、適切な組成を選択し、物理化学的および熱機械的精製を行うことで実現できます。 単相グレードのステンレス鋼と比較して、DSS は降伏強度が高く、SCC5、6、7、8 に耐える優れた能力を備えています。 酸、酸塩化物、海水、苛性化学物質を含む過酷な環境では、二相構造により、比類のない強度、靱性、および強化された耐食性がこれらの鋼に与えられます9。 DSS 構造、特に低ニッケル含有タイプ (リーン DSS) は、一般市場におけるニッケル (Ni) 合金価格の毎年の変動により、面心立方晶 (FCC) 鉄と比較して数多くの優れた成果を記録しています 10,11。 ASS 構造の主な問題は、さまざまな過酷な条件に対して脆弱であることです12。 その結果、さまざまなエンジニアリング分野や企業は、海水熱交換器の製造などの産業分野での用途で、適切な溶接性特性を備えた従来の ASS と同等以上の性能を発揮するニッケル (Ni) 含有量を低減したステンレス鋼の代替を推進しようとしています。高濃度の塩化物環境で使用する化学薬品容器13.

 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>