ترکیب شیمیایی لوله سیم پیچ فولادی ضد زنگ 321 خواص مکانیکی و رفتار خوردگی جوش فولاد ضد زنگ دوبلکس با الکترود جدید

از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت نشان می‌دهیم.
اسلایدرهایی که سه مقاله را در هر اسلاید نشان می دهند.برای حرکت در اسلایدها از دکمه های پشت و بعدی استفاده کنید یا از دکمه های کنترلر اسلاید در انتها برای حرکت در هر اسلاید استفاده کنید.

ترکیب شیمیایی لوله سیم پیچ فولادی ضد زنگ 321

ترکیب شیمیایی لوله سیم پیچ فولادی ضد زنگ 321 به شرح زیر است:
- کربن: حداکثر 0.08٪
- منگنز: حداکثر 2.00٪
- نیکل: 9.00٪ دقیقه

خواص مکانیکی لوله سیم پیچ فولادی ضد زنگ 321

با توجه به تولید کننده لوله سیم پیچ فولادی ضد زنگ 321، خواص مکانیکی لوله سیم پیچ فولادی ضد زنگ 321 در جدول زیر آمده است: استحکام کششی (psi) استحکام تسلیم (psi) ازدیاد طول (%)

کاربردها و موارد استفاده از فولاد ضد زنگ 321 لوله سیم پیچ

در بسیاری از کاربردهای مهندسی، خواص مکانیکی و خوردگی سازه‌های جوشی فولاد ضد زنگ دوبلکس (DSS) مهمترین عامل هستند.مطالعه حاضر خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی جوش‌های فولاد ضد زنگ دوبلکس را در محیطی با شبیه‌سازی 3.5% NaCl با استفاده از یک الکترود جدید طراحی شده بدون افزودن عناصر آلیاژی به نمونه‌های شار بررسی کرد.دو نوع مختلف شار با شاخص پایه 2.40 و 0.40 به ترتیب روی الکترودهای E1 و E2 برای جوشکاری تابلوهای DSS استفاده شد.پایداری حرارتی ترکیبات شار با استفاده از تجزیه و تحلیل حرارتی ارزیابی شد.ترکیب شیمیایی و همچنین خواص مکانیکی و خوردگی اتصالات جوش داده شده با استفاده از طیف‌سنجی انتشار مطابق با استانداردهای مختلف ASTM ارزیابی شد.برای تعیین فازهای موجود در جوش های DSS از پراش اشعه ایکس و برای بررسی ریزساختار جوش ها از الکترون روبشی با EDS استفاده می شود.استحکام کششی اتصالات جوش داده شده توسط الکترودهای E1 بین 715-732 مگاپاسکال و توسط الکترودهای E2 - 606-687 مگاپاسکال بود.جریان جوش از 90 A به 110 A افزایش یافته و سختی نیز افزایش یافته است.اتصالات جوشی با الکترودهای E1 پوشش داده شده با شارهای پایه، خواص مکانیکی بهتری دارند.سازه فولادی در محیط 3.5% NaCl مقاومت در برابر خوردگی بالایی دارد.این کارایی اتصالات جوشی ساخته شده با الکترودهای تازه توسعه یافته را تایید می کند.نتایج از نظر کاهش عناصر آلیاژی مانند کروم و مو در جوش‌هایی با الکترودهای پوشش‌داده‌شده E1 و E2، و انتشار Cr2N در جوش‌های ساخته‌شده با استفاده از الکترودهای E1 و E2 مورد بحث قرار می‌گیرند.
از نظر تاریخی، اولین ذکر رسمی از فولاد ضد زنگ دوبلکس (DSS) به سال 1927 باز می گردد، زمانی که این فولاد فقط برای ریخته گری های خاص مورد استفاده قرار گرفت و به دلیل محتوای کربن بالا در اکثر کاربردهای فنی استفاده نشد.اما متعاقباً میزان کربن استاندارد به مقدار حداکثر 0.03% کاهش یافت و این فولادها به طور گسترده در زمینه های مختلف مورد استفاده قرار گرفتند.DSS خانواده ای از آلیاژها با مقادیر تقریبا مساوی فریت و آستنیت است.تحقیقات نشان داده است که فاز فریتی در DSS حفاظت عالی در برابر ترک خوردگی تنشی ناشی از کلرید (SCC) ایجاد می کند، که مسئله مهمی برای فولادهای زنگ نزن آستنیتی (ASS) در قرن بیستم بود.از سوی دیگر، در برخی از صنایع مهندسی و سایر صنایع4 تقاضا برای ذخیره سازی تا 20 درصد در سال در حال رشد است.این فولاد ابتکاری با ساختار آستنیتی-فریتی دو فازی را می توان با انتخاب ترکیب مناسب، پالایش فیزیکی-شیمیایی و ترمومکانیکی به دست آورد.در مقایسه با فولاد ضد زنگ تک فاز، DSS دارای استحکام تسلیم بالاتر و توانایی برتر برای مقاومت در برابر SCC5، 6، 7، 8 است. ساختار دوبلکس به این فولادها استحکام، چقرمگی و افزایش مقاومت در برابر خوردگی در محیط های تهاجمی حاوی اسیدها، کلریدهای اسیدی می دهد. آب دریا و مواد شیمیایی خورنده 9.با توجه به نوسانات قیمت سالانه آلیاژهای نیکل (Ni) در بازار عمومی، ساختار DSS، به ویژه نوع کم نیکل (DSS بدون چربی)، در مقایسه با آهن مکعب محور (FCC) به دستاوردهای بسیار زیادی دست یافته است. مشکل طراحی های ASE در این است که در شرایط سخت مختلف قرار می گیرند.بنابراین، بخش‌ها و شرکت‌های مهندسی مختلف در تلاشند تا فولادهای زنگ نزن با نیکل کم (Ni) جایگزین را که عملکردی مانند ASS سنتی با قابلیت جوش‌پذیری مناسب دارند و در کاربردهای صنعتی مانند مبدل‌های حرارتی آب دریا و صنایع شیمیایی استفاده می‌شوند، ارتقا دهند.ظرف 13 برای محیط هایی با غلظت بالای کلرید.
در پیشرفت تکنولوژی مدرن، تولید جوش نقش حیاتی ایفا می کند.به طور معمول، اعضای ساختاری DSS توسط جوش قوس الکتریکی محافظ گاز یا جوش قوس الکتریکی محافظ گاز به یکدیگر متصل می شوند.جوش عمدتاً تحت تأثیر ترکیب الکترود مورد استفاده برای جوشکاری است.الکترودهای جوشکاری از دو بخش فلز و شار تشکیل شده است.اغلب، الکترودها با شار پوشش داده می‌شوند، مخلوطی از فلزات که وقتی تجزیه می‌شوند، گازها را آزاد می‌کنند و یک سرباره محافظ تشکیل می‌دهند تا از جوش در برابر آلودگی محافظت کند، پایداری قوس را افزایش دهد و یک جزء آلیاژی برای بهبود کیفیت جوش اضافه کند. .چدن، آلومینیوم، فولاد ضد زنگ، فولاد نرم، فولاد با مقاومت بالا، مس، برنج و برنز برخی از فلزات الکترود جوشکاری هستند، در حالی که سلولز، پودر آهن و هیدروژن برخی از مواد شار مورد استفاده هستند.گاهی اوقات سدیم، تیتانیوم و پتاسیم نیز به مخلوط فلاکس اضافه می شود.
برخی از محققین سعی کرده اند تأثیر پیکربندی الکترود را بر یکپارچگی مکانیکی و خوردگی سازه های فولادی جوش داده شده بررسی کنند.سینگ و همکاران15 اثر ترکیب شار را بر ازدیاد طول و استحکام کششی جوش‌های جوش داده شده توسط جوش قوس زیر آب بررسی کرد.نتایج نشان می‌دهد که CaF2 و NiO تعیین‌کننده‌های اصلی استحکام کششی در مقایسه با حضور FeMn هستند.Chirag و همکاران 16 ترکیبات SMAW را با تغییر غلظت روتیل (TiO2) در مخلوط شار الکترود بررسی کردند.مشخص شد که خواص میکروسختی به دلیل افزایش درصد و مهاجرت کربن و سیلیکون افزایش یافته است.کومار [17] طراحی و توسعه شارهای آگلومره شده برای جوشکاری قوس زیر آب ورق های فولادی را مطالعه کرد.Nwigbo و Atuanya18 استفاده از بایندرهای سیلیکات سدیم غنی از پتاسیم را برای تولید شارهای جوشکاری قوس الکتریکی بررسی کردند و جوش هایی با مقاومت کششی بالا 430 مگاپاسکال و ساختار دانه ای قابل قبول پیدا کردند.Lothongkum و همکاران 19 از یک روش پتانسیوکینتیک برای مطالعه کسر حجمی آستنیت در فولاد ضد زنگ دوبلکس 28Cr-7Ni-O-0.34N در محلول NaCl اشباع شده با هوا در غلظت 3.5% وزنی استفاده کردند.تحت شرایط pHو 27 درجه سانتی گرادهر دو فولاد ضد زنگ دوبلکس و میکرو دوبلکس اثر یکسانی از نیتروژن بر رفتار خوردگی نشان می دهند.نیتروژن بر پتانسیل یا سرعت خوردگی در pH 7 و 10 تأثیری نداشت، اما پتانسیل خوردگی در pH 10 کمتر از pH 7 بود. از سوی دیگر، در تمام سطوح pH مورد مطالعه، پتانسیل با افزایش محتوای نیتروژن شروع به افزایش کرد. .لاسردا و همکاران20 حفره فولادهای زنگ نزن دوبلکس UNS S31803 و UNS S32304 را در محلول 3.5% NaCl با استفاده از پلاریزاسیون پتانسیودینامیک حلقوی مورد مطالعه قرار دادند.در محلول 3.5 درصد وزنی نمک طعام، نشانه‌هایی از حفره بر روی دو صفحه فولادی مورد بررسی یافت شد.فولاد UNS S31803 نسبت به فولاد UNS S32304 دارای پتانسیل خوردگی (Ecorr)، پتانسیل حفره ای (Epit) و مقاومت پلاریزاسیون (Rp) بالاتری است.فولاد UNS S31803 نسبت به فولاد UNS S32304 قابلیت بازپروزی بالاتری دارد.طبق مطالعه جیانگ و همکاران.[21]، پیک فعال‌سازی مجدد مربوط به فاز دوگانه (فاز آستنیت و فریت) فولاد ضد زنگ دوبلکس تا 65 درصد از ترکیب فریت را شامل می‌شود و چگالی جریان فعال‌سازی مجدد فریت با افزایش زمان عملیات حرارتی افزایش می‌یابد.به خوبی شناخته شده است که فاز آستنیتی و فریتی واکنش های الکتروشیمیایی متفاوتی را در پتانسیل های الکتروشیمیایی مختلف نشان می دهند 21،22،23،24.Abdo و همکاران 25 از اندازه‌گیری‌های پتانسیودینامیکی طیف‌سنجی پلاریزاسیون و طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی برای مطالعه خوردگی ناشی از الکتروشیمیایی آلیاژ 2205 DSS جوش داده شده با لیزر در آب دریا مصنوعی (3.5% NaCl) تحت شرایط اسیدیته و قلیاییت متفاوت استفاده کردند.خوردگی حفره ای بر روی سطوح در معرض نمونه های DSS آزمایش شده مشاهده شد.بر اساس این یافته ها، مشخص شد که بین pH محیط حل کننده و مقاومت فیلم تشکیل شده در فرآیند انتقال بار، رابطه متناسبی وجود دارد که مستقیماً بر تشکیل حفره و مشخصات آن تأثیر می گذارد.هدف از این مطالعه درک این موضوع بود که چگونه ترکیب الکترود جوشکاری جدید توسعه یافته بر یکپارچگی مکانیکی و مقاوم در برابر سایش DSS 2205 جوش داده شده در یک محیط 3.5٪ NaCl تأثیر می گذارد.
مواد معدنی شار (مواد تشکیل دهنده) مورد استفاده در فرمولاسیون پوشش الکترود عبارت بودند از کربنات کلسیم (CaCO3) از ناحیه اوباجانا، ایالت کوگی، نیجریه، فلوراید کلسیم (CaF2) از ایالت تارابا، نیجریه، دی اکسید سیلیکون (SiO2)، پودر تالک (Mg34OHi) ))2) و روتیل (TiO2) از Jos، نیجریه، و کائولن (Al2(OH)4Si2O5) از Kankara، ایالت Katsina، نیجریه به دست آمد.سیلیکات پتاسیم به عنوان چسب استفاده می شود، از هند به دست می آید.
همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است، اکسیدهای تشکیل دهنده به طور مستقل روی یک ترازوی دیجیتال وزن شدند.سپس با یک بایندر سیلیکات پتاسیم (23 درصد وزنی) در یک همزن برقی (مدل: 641-048) از شرکت Indian Steel and Wire Products Ltd. (ISWP) به مدت 30 دقیقه مخلوط شد تا یک خمیر نیمه جامد همگن به دست آید.شار مخلوط مرطوب از دستگاه بریکت به شکل استوانه ای فشرده شده و با فشار 80 تا 100 کیلوگرم بر سانتی متر مربع به محفظه اکستروژن وارد می شود و از محفظه تغذیه سیم به اکسترودر سیم ضد زنگ با قطر 3.15 میلی متر وارد می شود.شار از طریق یک سیستم نازل/دای تغذیه می شود و برای اکسترود الکترودها به اکسترودر تزریق می شود.ضریب پوشش 1.70 میلی متر به دست آمد که در آن ضریب پوشش به عنوان نسبت قطر الکترود به قطر رشته تعریف می شود.سپس الکترودهای پوشش داده شده در هوا به مدت 24 ساعت خشک شده و سپس در کوره صدا خفه کن (مدل PH-248-0571/5448) در دمای 150-250 درجه سانتی گراد\(-\) به مدت 2 ساعت کلسینه شدند.از معادله برای محاسبه قلیائیت جریان استفاده کنید.(1) 26;
پایداری حرارتی نمونه‌های شار ترکیبات E1 و E2 با استفاده از آنالیز ترموگراویمتری (TGA) تعیین شد.نمونه ای از حدود 25.33 میلی گرم شار برای تجزیه و تحلیل به TGA بارگذاری شد.آزمایش ها در یک محیط بی اثر که با جریان پیوسته N2 با سرعت 60 میلی لیتر در دقیقه به دست آمد انجام شد.نمونه از 30 درجه سانتیگراد تا 1000 درجه سانتیگراد با سرعت گرمایش 10 درجه سانتیگراد در دقیقه گرم شد.با پیروی از روش های ذکر شده توسط Wang و همکاران 27، Xu et al.28 و Dagwa و همکاران 29، تجزیه حرارتی و کاهش وزن نمونه ها در دماهای خاص از نمودارهای TGA ارزیابی شد.
دو صفحه DSS 300 x 60 x 6 mm را برای آماده سازی لحیم کاری پردازش کنید.شیار V با شکاف ریشه 3 میلی متر، سوراخ ریشه 2 میلی متر و زاویه شیار 60 درجه طراحی شده است.سپس صفحه با استون شستشو داده شد تا آلاینده های احتمالی از بین برود.صفحات را با استفاده از یک جوشکار قوس فلزی محافظ (SMAW) با قطب مثبت الکترود جریان مستقیم (DCEP) با استفاده از الکترودهای پوشش داده شده (E1 و E2) و یک الکترود مرجع (C) با قطر 3.15 میلی متر جوش دهید.ماشینکاری تخلیه الکتریکی (EDM) (مدل: Excetek-V400) برای ماشینکاری نمونه های فولادی جوش داده شده برای آزمایش های مکانیکی و مشخصه های خوردگی استفاده شد.جدول 2 نمونه کد و توضیحات را نشان می دهد و جدول 3 پارامترهای مختلف عملیات جوشکاری مورد استفاده برای جوشکاری برد DSS را نشان می دهد.از رابطه (2) برای محاسبه گرمای ورودی مربوطه استفاده می شود.
با استفاده از طیف‌سنج انتشار نوری Bruker Q8 MAGELLAN با طول موج 110 تا 800 نانومتر و نرم‌افزار پایگاه داده SQL، ترکیب شیمیایی اتصالات جوش الکترودهای E1، E2 و C و همچنین نمونه‌هایی از فلز پایه تعیین شد.از شکاف بین الکترود و نمونه فلزی مورد آزمایش استفاده می کند. انرژی الکتریکی به شکل جرقه تولید می کند.نمونه ای از اجزا تبخیر شده و اسپری می شود و به دنبال آن تحریک اتمی انجام می شود که متعاقباً یک طیف خطی خاص منتشر می کند.برای تجزیه و تحلیل کیفی نمونه، لوله فتومولتیپلایر حضور یک طیف اختصاصی برای هر عنصر و همچنین شدت طیف را اندازه‌گیری می‌کند.سپس از معادله برای محاسبه عدد مقاومت حفره ای معادل (PREN) استفاده کنید.(3) نسبت 32 و نمودار حالت WRC 1992 برای محاسبه معادل های کروم و نیکل (Creq و Nieq) از معادلات استفاده می شود.(4) و (5) به ترتیب 33 و 34 هستند.
توجه داشته باشید که PREN فقط تأثیر مثبت سه عنصر اصلی کروم، مو و N را در نظر می گیرد، در حالی که فاکتور نیتروژن x در محدوده 16-30 است.به طور معمول، x از لیست 16، 20 یا 30 انتخاب می شود. در تحقیقات در مورد فولادهای زنگ نزن دوبلکس، معمولاً از مقدار متوسط ​​20 برای محاسبه مقادیر PREN35،36 استفاده می شود.
اتصالات جوشی ساخته شده با استفاده از الکترودهای مختلف بر روی یک دستگاه تست جهانی (Instron 8800 UTM) با نرخ کرنش 0.5 میلی متر در دقیقه مطابق با ASTM E8-21 آزمایش کشش شدند.استحکام کششی (UTS)، استحکام تسلیم برشی 0.2 درصد (YS) و ازدیاد طول طبق استاندارد ASTM E8-2137 محاسبه شد.
جوش‌های DSS 2205 ابتدا با استفاده از اندازه‌های مختلف سنگ‌ریزه (120، 220، 320، 400، 600، 800، 1000 و 1200) قبل از تحلیل سختی آسیاب و پرداخت شدند.نمونه های جوش داده شده با الکترودهای E1، E2 و C ساخته شدند. سختی در ده (10) نقطه از مرکز جوش تا فلز پایه با فاصله 1 میلی متر اندازه گیری می شود.
پراش اشعه ایکس (D8 Discover، بروکر، آلمان) با نرم افزار Bruker XRD Commander برای جمع آوری داده ها و تابش Cu-K-α فیلتر شده Fe با انرژی 8.04 keV مربوط به طول موج 1.5406 Å و نرخ اسکن 3 پیکربندی شده است. ° محدوده اسکن (2θ) min-1 38 تا 103 درجه برای تجزیه و تحلیل فاز با الکترودهای E1، E2 و C و BM موجود در جوش DSS است.روش پالایش Rietveld برای نمایه سازی فازهای تشکیل دهنده با استفاده از نرم افزار MAUD که توسط Lutterotti39 توضیح داده شده است، استفاده شد.بر اساس ASTM E1245-03، تجزیه و تحلیل کمی متالوگرافی تصاویر میکروسکوپی از اتصالات جوش الکترودهای E1، E2 و C با استفاده از نرم افزار Image J40 انجام شد.نتایج محاسبه کسر حجمی فاز فریت- آستنیتی، مقدار متوسط ​​و انحراف آنها در جدول آورده شده است.5. همانطور که در پیکربندی نمونه در شکل نشان داده شده است.6d، تجزیه و تحلیل میکروسکوپ نوری (OM) بر روی اتصالات PM و جوش داده شده با الکترودهای E1 و E2 برای مطالعه مورفولوژی نمونه‌ها انجام شد.نمونه ها با سنباده های 120، 220، 320، 400، 600، 800، 1000، 1200، 1500 و 2000 کاربید سیلیکون (SiC) صیقل داده شدند.سپس نمونه ها در محلول اسید اگزالیک آبی 10 درصد در دمای اتاق با ولتاژ 5 ولت به مدت 10 ثانیه به صورت الکترولیتی اچ شدند و برای تعیین خصوصیات مورفولوژیکی روی میکروسکوپ نوری LEICA DM 2500 M قرار گرفتند.پرداخت بیشتر نمونه با استفاده از کاغذ 2500 گریت سیلیکون کاربید (SiC) برای آنالیز SEM-BSE انجام شد.علاوه بر این، اتصالات جوش داده شده برای ریزساختار با استفاده از یک میکروسکوپ الکترونی روبشی انتشار میدان با وضوح فوق العاده بالا (SEM) (FEI NOVA NANOSEM 430، USA) مجهز به EMF مورد بررسی قرار گرفتند.یک نمونه 20×10×6 میلی‌متر با استفاده از سنباده‌های مختلف SiC در اندازه‌های 120 تا 2500 آسیاب شد. نمونه‌ها در 40 گرم NaOH و 100 میلی‌لیتر آب مقطر با ولتاژ 5 ولت به مدت 15 ثانیه به صورت الکترولیتی اچ شدند. نصب شده بر روی یک نگهدارنده نمونه، واقع در محفظه SEM، برای تجزیه و تحلیل نمونه ها پس از پاکسازی محفظه با نیتروژن.یک پرتو الکترونی تولید شده توسط یک رشته تنگستن گرم شده یک توری روی نمونه ایجاد می کند تا تصاویری با بزرگنمایی های مختلف تولید کند و نتایج EMF با استفاده از روش های Roche و همکارانش به دست آمده است.41 و موکوبی 42 .
یک روش پلاریزاسیون پتانسیودینامیک الکتروشیمیایی مطابق با ASTM G59-9743 و ASTM G5-1444 برای ارزیابی پتانسیل تخریب صفحات DSS 2205 جوش داده شده با الکترودهای E1، E2 و C در محیط 3.5٪ NaCl مورد استفاده قرار گرفت.آزمایشات الکتروشیمیایی با استفاده از دستگاه Potentiostat-Galvanostat/ZRA کنترل شده توسط کامپیوتر (مدل: PC4/750، Gamry Instruments، USA) انجام شد.آزمایش الکتروشیمیایی بر روی یک تنظیم تست سه الکترودی انجام شد: DSS 2205 به عنوان الکترود کار، الکترود کالومل اشباع (SCE) به عنوان الکترود مرجع و میله گرافیت به عنوان الکترود ضد.اندازه گیری ها با استفاده از یک سلول الکتروشیمیایی انجام شد که در آن منطقه عمل محلول، مساحت الکترود کار 0.78 سانتی متر مربع بود.اندازه‌گیری‌ها بین پتانسیل 1.0 ولت تا + 1.6 ولت روی یک OCP از پیش تثبیت شده (نسبت به OCP) با سرعت اسکن 1.0 میلی‌ولت بر ثانیه انجام شد.
آزمایش‌های دمای بحرانی حفره‌های الکتروشیمیایی در 3.5% NaCl برای ارزیابی مقاومت حفره‌ای جوش‌های ساخته شده با الکترودهای E1، E2 و C انجام شد.به وضوح بر روی پتانسیل حفره ای در PB (بین مناطق غیر فعال و ترانس پسیو)، و نمونه های جوش داده شده با E1، E2، الکترودهای C. بنابراین، اندازه گیری CPT برای تعیین دقیق پتانسیل حفره ای مواد مصرفی جوش انجام می شود.آزمایش CPT مطابق با گزارشات جوش فولاد ضد زنگ دوبلکس45 و ASTM G150-1846 انجام شد.از هر یک از فولادهای مورد جوش (S-110A، E1-110A، E2-90A)، نمونه هایی با مساحت 1 سانتی متر مربع، شامل پایه، جوش و مناطق HAZ برش داده شد.نمونه ها با استفاده از کاغذ سنباده و دوغاب پودر آلومینا 1 میکرومتری مطابق با روش های استاندارد آماده سازی نمونه متالوگرافی صیقل داده شدند.پس از پرداخت، نمونه ها به مدت 2 دقیقه به روش اولتراسونیک در استون تمیز شدند.محلول آزمایش NaCl 3.5% به سلول تست CPT اضافه شد و دمای اولیه با استفاده از ترموستات (Neslab RTE-111) روی 25 درجه سانتیگراد تنظیم شد.پس از رسیدن به دمای آزمایش اولیه 25 درجه سانتی گراد، گاز Ar به مدت 15 دقیقه دمیده شد، سپس نمونه ها در سلول قرار گرفتند و OCF به مدت 15 دقیقه اندازه گیری شد.سپس نمونه با اعمال ولتاژ 0.3 ولت در دمای اولیه 25 درجه سانتیگراد پلاریزه شد و جریان به مدت 10 دقیقه اندازه گیری شد.شروع به گرم کردن محلول با سرعت 1 درجه سانتیگراد در دقیقه تا 50 درجه سانتیگراد کنید.در حین گرم کردن محلول آزمایش، از سنسور دما برای نظارت مداوم دمای محلول و ذخیره داده های زمان و دما استفاده می شود و از پتانسیواستات/گالوانوستات برای اندازه گیری جریان استفاده می شود.یک الکترود گرافیتی به عنوان الکترود ضد استفاده شد و تمام پتانسیل‌ها نسبت به الکترود مرجع Ag/AgCl اندازه‌گیری شد.پاکسازی آرگون در طول آزمایش انجام شد.
روی انجیرشکل 1 ترکیب (در درصد وزنی) اجزای شار F1 و F2 را نشان می دهد که به ترتیب برای تولید الکترودهای قلیایی (E1) و اسیدی (E2) استفاده می شوند.شاخص پایه شار برای پیش بینی خواص مکانیکی و متالورژیکی اتصالات جوش داده شده استفاده می شود.F1 جزء شار مورد استفاده برای پوشش الکترودهای E1 است که شار قلیایی نامیده می شود زیرا شاخص پایه آن > 1.2 (یعنی 2.40) است و F2 شار مورد استفاده برای پوشش الکترودهای E2 است که به دلیل بازی بودن آن شار اسیدی نامیده می شود. شاخص < 0.9 (یعنی 2.40).0.40).واضح است که الکترودهای پوشش داده شده با شارهای بازی در اکثر موارد دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به الکترودهای پوشش داده شده با شار اسیدی هستند.این مشخصه تابعی از تسلط اکسید پایه در سیستم ترکیب شار برای الکترود E1 است.در مقابل، حذف سرباره (قابلیت جدایی) و پاشش کم مشاهده شده در اتصالات جوش داده شده با الکترودهای E2، مشخصه الکترودهایی با پوشش شار اسیدی با محتوای بالای روتیل است.این مشاهدات با یافته های Gill47 مطابقت دارد که اثر محتوای روتیل بر جداشدگی سرباره و پاشش کم الکترودهای پوشش داده شده با شار اسیدی به انجماد سریع سرباره کمک می کند.کائولن در سیستم شار مورد استفاده برای پوشش الکترودهای E1 و E2 به عنوان روان کننده استفاده شد و پودر تالک اکسترودپذیری الکترودها را بهبود بخشید.بایندرهای سیلیکات پتاسیم در سیستم های شار به احتراق بهتر قوس و پایداری عملکرد کمک می کنند و علاوه بر خاصیت چسبندگی خود، جداسازی سرباره را در محصولات جوش داده شده بهبود می بخشند.از آنجایی که CaCO3 یک توری شکن (سرباره شکن) در شار است و به دلیل تجزیه حرارتی به CaO و حدود 44٪ CO2 تمایل به تولید دود زیادی در حین جوشکاری دارد، TiO2 (به عنوان خالص ساز / سرباره ساز) به کاهش مقدار کمک می کند. دود در حین جوشکاریجوشکاری و در نتیجه بهبود قابلیت جدا شدن سرباره همانطور که توسط Jing و همکاران پیشنهاد شده است.فلوئور فلوکس (CaF2) یک شار شیمیایی تهاجمی است که تمیزی لحیم کاری را بهبود می بخشد.Jastrzębska و همکاران.49 اثر ترکیب فلوراید این ترکیب شار را بر خواص تمیزی جوش گزارش کرد.به طور معمول، برای بهبود پایداری قوس، افزودن عناصر آلیاژی، ایجاد سرباره، افزایش بهره وری و بهبود کیفیت حوضچه جوش 50، شار به ناحیه جوش اضافه می شود.
منحنی های TGA-DTG نشان داده شده در شکل.2a و 2b کاهش وزن سه مرحله‌ای را با حرارت دادن در محدوده دمایی 30 تا 1000 درجه سانتی‌گراد در اتمسفر نیتروژن نشان می‌دهند.نتایج در شکل‌های 2a و b نشان می‌دهد که برای نمونه‌های شار بازی و اسیدی، منحنی TGA مستقیماً پایین می‌آید تا در نهایت به‌ترتیب در حدود 866.49 درجه سانتی‌گراد و 849.10 درجه سانتی‌گراد موازی با محور دما شود.کاهش وزن 1.30٪ و 0.81٪ در ابتدای منحنی های TGA در شکل 2a و 2b به دلیل رطوبت جذب شده توسط اجزای شار و همچنین تبخیر و کم آبی رطوبت سطح است.تجزیه اصلی نمونه های شار اصلی در مراحل دوم و سوم در شکل.2a در محدوده دمایی 619.45 درجه سانتیگراد تا 766.36 درجه سانتیگراد و 766.36 درجه سانتیگراد تا 866.49 درجه سانتیگراد رخ داده است و درصد کاهش وزن آنها 2.84 و 9.48 درصد بوده است.، به ترتیب.در حالی که برای نمونه های شار اسیدی در شکل 7b، که در محدوده دمایی 665.23 درجه سانتیگراد تا 745.37 درجه سانتیگراد و 745.37 درجه سانتیگراد تا 849.10 درجه سانتیگراد قرار داشتند، درصد کاهش وزن آنها به ترتیب 0.81 و 6.73 درصد بود که به آن نسبت داده شد. تجزیه حرارتیاز آنجایی که اجزای شار غیر آلی هستند، مواد فرار به مخلوط شار محدود می شوند.بنابراین، کاهش و اکسیداسیون وحشتناک است.این با نتایج بالوگون و همکاران 51، کاملی و همکاران 52 و آدلکه و همکاران 53 مطابقت دارد.مجموع از دست دادن جرم نمونه شار مشاهده شده در شکل.2a و 2b به ترتیب 13.26% و 8.43% است.از دست دادن جرم کمتر نمونه های شار در شکل.2b به دلیل نقاط ذوب بالای TiO2 و SiO2 (به ترتیب 1843 و 1710 درجه سانتیگراد) به عنوان اکسیدهای اصلی تشکیل دهنده مخلوط شار 54،55 است، در حالی که TiO2 و SiO2 دارای نقاط ذوب پایین تری هستند.نقطه ذوب اکسید اولیه: CaCO3 (825 درجه سانتیگراد) در نمونه شار در شکل.2a56.این تغییرات در نقطه ذوب اکسیدهای اولیه در مخلوط های شار به خوبی توسط Shi et al.54، Ringdalen et al.55 و Du et al.56 گزارش شده است.با مشاهده کاهش وزن مداوم در شکل 2a و 2b، می توان نتیجه گرفت که نمونه های شار مورد استفاده در پوشش های الکترود E1 و E2 تحت تجزیه یک مرحله ای قرار می گیرند، همانطور که توسط Brown57 پیشنهاد شده است.محدوده دمایی فرآیند را می توان از منحنی های مشتق (wt%) در شکل مشاهده کرد.2a و b.از آنجایی که منحنی TGA نمی تواند دمای خاصی را که در آن سیستم شار تحت تغییر فاز و تبلور قرار می گیرد، توصیف کند، از مشتق TGA برای تعیین مقدار دقیق دمای هر پدیده (تغییر فاز) به عنوان یک پیک گرماگیر برای آماده سازی سیستم شار استفاده می شود.
منحنی های TGA-DTG تجزیه حرارتی (الف) شار قلیایی برای پوشش الکترود E1 و (ب) شار اسیدی برای پوشش الکترود E2 را نشان می دهد.
جدول 4 نتایج آنالیز اسپکتروفتومتری و آنالیز SEM-EDS فلز پایه DSS 2205 و جوش های ساخته شده با استفاده از الکترودهای E1، E2 و C را نشان می دهد.E1 و E2 نشان دادند که محتوای کروم (Cr) به شدت به 18.94 و 17.04 درصد کاهش یافت و محتوای مولیبدن (Mo) به ترتیب 0.06 و 0.08 درصد بود.مقادیر جوش با الکترود E1 و E2 کمتر است.این مقدار کمی با مقدار PREN محاسبه شده برای فاز فریتی آستنیتی از تجزیه و تحلیل SEM-EDS مطابقت دارد.بنابراین، مشاهده می شود که حفره ها در مرحله با مقادیر PREN پایین (جوش های E1 و E2)، اساساً همانطور که در جدول 4 توضیح داده شده است، شروع می شود. این نشان دهنده تخلیه و بارش احتمالی آلیاژ در جوش است.پس از آن، کاهش محتوای عناصر آلیاژی کروم و مو در جوش های تولید شده با استفاده از الکترودهای E1 و E2 و مقادیر معادل حفره پایین آنها (PREN) در جدول 4 نشان داده شده است که برای حفظ مقاومت در محیط های تهاجمی به ویژه مشکل ایجاد می کند. در محیط های کلرید-محیط حاویمحتوای نسبتاً بالای نیکل (نیکل) 14/11 درصد و حد مجاز محتوای منگنز در اتصالات جوشی الکترودهای E1 و E2 ممکن است تأثیر مثبتی بر خواص مکانیکی جوش‌های مورد استفاده در شرایط شبیه‌سازی آب دریا داشته باشد (شکل 3). ).با استفاده از کار یوان و Oy58 و جینگ و همکاران 48 بر روی تأثیر ترکیبات نیکل و منگنز بالا بر بهبود خواص مکانیکی سازه‌های جوش داده شده DSS در شرایط عملیاتی شدید ساخته شدند.
نتایج آزمایش کشش برای (الف) UTS و 0.2% افتادگی YS و (ب) ازدیاد طول یکنواخت و کامل و انحراف استاندارد آنها.
خواص مقاومتی ماده پایه (BM) و اتصالات جوش داده شده ساخته شده از الکترودهای توسعه یافته (E1 و E2) و یک الکترود تجاری موجود (C) در دو جریان جوشکاری مختلف 90 A و 110 A مورد ارزیابی قرار گرفت. 3(a) و (ب) UTS، YS را با 0.2% افست، همراه با داده های ازدیاد طول و انحراف استاندارد نشان می دهد.نتایج آفست UTS و YS 0.2٪ به دست آمده از شکل.3a مقادیر بهینه را برای نمونه شماره نشان می دهد.1 (BM)، شماره نمونه3 (جوش E1)، شماره نمونه.5 (جوش E2) و نمونه شماره.6 (جوش با C) به ترتیب 878 و 616 مگاپاسکال، 732 و 497 مگاپاسکال، 687 و 461 مگاپاسکال و 769 و 549 مگاپاسکال و انحراف استاندارد مربوط به آنها می باشد.از انجیر110 A) نمونه هایی با شماره 1، 2، 3، 6 و 7 به ترتیب با حداقل خواص کششی توصیه شده بیش از 450 مگاپاسکال در تست کشش و 620 مگاپاسکال در تست کشش پیشنهاد شده توسط Grocki32 هستند.ازدیاد طول نمونه های جوش با الکترودهای E1، E2 و C، نشان داده شده توسط نمونه های شماره 2، شماره 3، شماره 4، شماره 5، شماره 6 و شماره 7، در جریان های جوشکاری 90 A و 110 A، به ترتیب، انعطاف پذیری و صداقت را منعکس می کند.ارتباط با فلزات اساسیازدیاد طول کمتر با نقص احتمالی جوشکاری یا ترکیب شار الکترود توضیح داده شد (شکل 3b).می توان نتیجه گرفت که فولاد ضد زنگ دوبلکس BM و اتصالات جوشی با الکترودهای E1، E2 و C به طور کلی به دلیل داشتن نیکل نسبتاً بالا، خواص کششی بالاتری دارند (جدول 4)، اما این خاصیت در اتصالات جوش داده شده مشاهده شد.E2 کمتر موثر از ترکیب اسیدی شار به دست می آید.Gunn59 اثر آلیاژهای نیکل را بر بهبود خواص مکانیکی اتصالات جوش داده شده و کنترل تعادل فاز و توزیع عنصر نشان داد.این دوباره این واقعیت را تأیید می کند که الکترودهای ساخته شده از ترکیبات شار پایه دارای خواص مکانیکی بهتری نسبت به الکترودهای ساخته شده از مخلوط شار اسیدی هستند، همانطور که Bang و همکاران 60 پیشنهاد کردند.بنابراین، سهم قابل توجهی در دانش موجود در مورد خواص اتصال جوشی الکترود پوشش داده شده جدید (E1) با خواص کششی خوب صورت گرفته است.
روی انجیرشکل های 4a و 4b ویژگی های ریزسختی ویکرز نمونه های تجربی اتصالات جوشی الکترودهای E1، E2 و C را نشان می دهد. 4a نتایج سختی به دست آمده از یک جهت نمونه (از WZ تا BM) را نشان می دهد و در شکل.4b نتایج سختی به دست آمده در هر دو طرف نمونه را نشان می دهد.مقادیر سختی به دست آمده در هنگام جوشکاری نمونه های شماره 2، 3، 4 و 5 که اتصالات جوشی با الکترودهای E1 و E2 هستند، می تواند به دلیل ساختار درشت دانه در هنگام انجماد در چرخه های جوشکاری باشد.افزایش شدید سختی هم در HAZ دانه درشت و هم در HAZ ریزدانه همه نمونه‌های شماره 2-7 مشاهده شد (به کدهای نمونه در جدول 2 مراجعه کنید)، که می‌توان آن را با تغییر احتمالی در ریزساختار توضیح داد. جوش در نتیجه نمونه های جوش کروم از نظر انتشار (Cr23C6) غنی است.در مقایسه با سایر نمونه های جوش 2، 3، 4 و 5، مقادیر سختی اتصالات جوشی نمونه های شماره 6 و 7 در شکل.4a و 4b بالا (جدول 2).طبق گفته های Mohammed و همکاران 61 و Nowacki و Lukoje62، این ممکن است به دلیل ارزش δ فریت بالا و تنش های پسماند القایی در جوش و همچنین تخلیه عناصر آلیاژی مانند Mo و Cr در جوش باشد.مقادیر سختی تمام نمونه های آزمایشی در نظر گرفته شده در ناحیه BM سازگار به نظر می رسد.روند در نتایج تجزیه و تحلیل سختی نمونه های جوش داده شده با نتایج سایر محققین 61،63،64 مطابقت دارد.
مقادیر سختی اتصالات جوشی نمونه های DSS (الف) نیم مقطع نمونه های جوشی و (ب) مقطع کامل اتصالات جوش داده شده.
فازهای مختلف موجود در DSS 2205 جوش داده شده با الکترودهای E1، E2 و C به دست آمد و طیف XRD برای زاویه پراش 2\(\theta\) در شکل 5 نشان داده شده است. پیک های آستنیت (\(\گاما\) ) و فازهای فریت (\(\alpha\)) در زوایای پراش 43 درجه و 44 درجه شناسایی شدند که به طور قطع تأیید می کند که ترکیب جوش فولاد ضد زنگ دو فاز 65 است.که DSS BM فقط فازهای آستنیتی (\(\گاما\)) و فریتی (\(\alpha\)) را نشان می دهد که نتایج ریزساختاری ارائه شده در شکل های 1 و 2 را تایید می کند. 6c، 7c و 9c.فاز فریتی (\(\alpha\)) مشاهده شده با DSS BM و پیک بالا در جوش به الکترود C نشان‌دهنده مقاومت خوردگی آن است، زیرا هدف این فاز افزایش مقاومت به خوردگی فولاد است، همانطور که دیویسون و ردموند66 انجام داده‌اند. بیان شد، وجود عناصر تثبیت کننده فریت، مانند کروم و مو، به طور موثر فیلم غیرفعال ماده را در محیط های حاوی کلرید تثبیت می کند.جدول 5 فاز فریت- آستنیتی را با متالوگرافی کمی نشان می دهد.نسبت کسر حجمی فاز فریت- آستنیتی در اتصالات جوش داده شده الکترود C تقریباً (≈1:1) به دست می آید.ترکیب فازی کم فریت (\(\alpha\)) جوشکاری با استفاده از الکترودهای E1 و E2 در نتایج کسر حجمی (جدول 5) نشان‌دهنده حساسیت احتمالی به یک محیط خورنده است که با تجزیه و تحلیل الکتروشیمیایی تأیید شد.تایید شده است (شکل 10a,b))، از آنجایی که فاز فریت استحکام و محافظت بالایی در برابر ترک خوردگی ناشی از تنش کلرید ایجاد می کند.این بیشتر با مقادیر سختی پایین مشاهده شده در جوش الکترودهای E1 و E2 در شکل 1 تأیید می شود.4a,b که ناشی از نسبت کم فریت در سازه فولادی است (جدول 5).وجود فازهای آستنیتی نامتعادل (\(\گاما)) و فریتی (\(\alpha\)) در اتصالات جوش داده شده با استفاده از الکترود E2 نشان دهنده آسیب پذیری واقعی فولاد در برابر حمله خوردگی یکنواخت است.در مقابل، طیف XPA فولادهای دوفاز اتصالات جوشی با الکترودهای E1 و C به همراه نتایج BM معمولاً نشان دهنده وجود عناصر تثبیت کننده آستنیتی و فریتی است که این ماده را در ساخت و ساز و صنعت پتروشیمی مفید می کند. ، زیرا استدلال جیمنز و همکاران 65;Davidson & Redmond66;شامانت و دیگران67.
میکروگراف های نوری اتصالات جوش داده شده الکترودهای E1 با هندسه های مختلف جوش: (الف) HAZ که خط همجوشی را نشان می دهد، (ب) HAZ خط همجوشی را با بزرگنمایی بالاتر، (ج) BM برای فاز فریتی آستنیتی، (د) هندسه جوش را نشان می دهد. ، (e) ناحیه انتقال نزدیک را نشان می دهد، (f) HAZ فاز فریتی آستنیتی را با بزرگنمایی بیشتر نشان می دهد، (g) ناحیه جوش فاز فریتی آستنیتی فاز کششی را نشان می دهد.
میکروگراف های نوری جوش الکترود E2 در هندسه های مختلف جوش: (الف) HAZ که خط همجوشی را نشان می دهد، (ب) HAZ که خط همجوشی را با بزرگنمایی بالاتر نشان می دهد، (ج) BM برای فاز توده فریتی آستنیتی، (د) هندسه جوش، (ه) ) ناحیه انتقال را در مجاورت نشان می دهد، (f) HAZ فاز فریتی آستنیتی را با بزرگنمایی بالاتر نشان می دهد، (ز) ناحیه جوشکاری که فاز فریتی آستنیتی را نشان می دهد.
شکل‌های 6a-c و، برای مثال، ساختار متالوگرافی اتصالات DSS را نشان می‌دهد که با استفاده از الکترود E1 در هندسه‌های جوشکاری مختلف جوش داده شده‌اند (شکل 6d)، که نشان می‌دهد ریزنگارهای نوری در بزرگ‌نمایی‌های مختلف کجا گرفته شده‌اند.روی انجیر6a، b، f - مناطق انتقال اتصالات جوش داده شده، نشان دهنده ساختار تعادل فاز فریت-آستنیت.شکل‌های 7a-c و برای مثال، OM یک اتصال DSS را نشان می‌دهد که با استفاده از الکترود E2 در هندسه‌های مختلف جوشکاری جوش داده شده است (شکل 7d)، که نشان‌دهنده نقاط تحلیل OM در بزرگ‌نمایی‌های مختلف است.روی انجیر7a,b,f ناحیه گذار یک اتصال جوش داده شده را در تعادل فریتی- آستنیتی نشان می دهد.OM در ناحیه جوش (WZ) در شکل نشان داده شده است.1 و شکل2. جوش برای الکترودهای E1 و E2 به ترتیب 6g و 7g.OM در BM در شکل 1 و 2 نشان داده شده است. در شکل.6c، e و 7c، e مورد اتصالات جوش داده شده با الکترود E1 و E2 را نشان می دهد.ناحیه روشن فاز آستنیت و ناحیه سیاه تیره فاز فریت است.تعادل فاز در منطقه متاثر از حرارت (HAZ) نزدیک خط همجوشی نشان دهنده تشکیل رسوبات Cr2N است، همانطور که در میکروگراف های SEM-BSE در شکل ها نشان داده شده است.8a,b و در شکل تایید شده است.9a,b.حضور Cr2N در فاز فریت نمونه ها در شکل 1 مشاهده شد.8a,b و تایید شده توسط تجزیه و تحلیل نقطه SEM-EMF و نمودار خط EMF قطعات جوش داده شده (شکل 9a-b)، به دلیل دمای حرارت جوشکاری بالاتر است.گردش خون باعث تسریع ورود کروم و نیتروژن می شود، زیرا دمای بالا در جوش ضریب انتشار نیتروژن را افزایش می دهد.این نتایج از مطالعات رامیرز و همکاران 68 و هرنیو و همکاران 69 پشتیبانی می‌کند که نشان می‌دهد، صرف‌نظر از محتوای نیتروژن، Cr2N معمولاً بر روی دانه‌های فریت، مرز دانه‌ها و مرزهای α/\(\گاما\) رسوب می‌کند. سایر محققان70.71.
(الف) تجزیه و تحلیل نقطه ای SEM-EMF (1، 2 و 3) یک اتصال جوش داده شده با E2.
مورفولوژی سطح نمونه های نماینده و EMF مربوط به آنها در شکل نشان داده شده است.10a-c.روی انجیرشکل های 10a و 10b میکروگراف های SEM و طیف EMF اتصالات جوش داده شده را با استفاده از الکترودهای E1 و E2 به ترتیب در ناحیه جوشکاری نشان می دهند و در شکل.10c میکروگراف های SEM و طیف EMF OM حاوی فازهای آستنیت (\(\گاما\)) و فریت (\(\alpha\)) را بدون هیچ گونه رسوب نشان می دهد.همانطور که در طیف EDS در شکل 10a نشان داده شده است، درصد کروم (69/21 درصد وزنی) و مو (65/2 درصد وزنی) در مقایسه با 25/6 درصد وزنی نیکل، تعادل متناظر فاز فریت-آستنیتی را نشان می دهد.ریزساختار با کاهش زیاد در محتوای کروم (15.97 درصد وزنی) و مولیبدن (1.06 درصد وزنی) در مقایسه با مقدار بالای نیکل (10.08 درصد وزنی) در ریزساختار اتصال جوش داده شده الکترود E2، نشان داده شده در شکل.1. مقایسه کنید.طیف EMF 10b.شکل سوزنی با ساختار آستنیتی دانه ریزتر که در WZ نشان داده شده در شکل.10b کاهش احتمالی عناصر فریت کننده (Cr و Mo) در جوش و رسوب نیترید کروم (Cr2N) - فاز آستنیتی را تأیید می کند.توزیع ذرات بارش در امتداد مرزهای فاز آستنیتی (\(\گاما\)) و فریتی (\(\alpha\)) اتصالات جوش داده شده DSS این گفته را تایید می کند 72،73،74.این همچنین منجر به عملکرد خوردگی ضعیف آن می شود، زیرا کروم عنصر اصلی برای تشکیل یک لایه غیرفعال در نظر گرفته می شود که مقاومت خوردگی موضعی فولاد 59،75 را همانطور که در شکل 10b نشان داده شده است، بهبود می بخشد.مشاهده می شود که BM در میکروگراف SEM در شکل 10c پالایش دانه قوی را نشان می دهد زیرا نتایج طیف EDS آن کروم (23.32 درصد وزنی)، مو (3.33 درصد وزنی) و Ni (6.32 وزنی) را نشان می دهد.٪ خواص شیمیایی خوب.%) به عنوان یک عنصر آلیاژی مهم برای بررسی ریزساختار تعادل فاز فریت آستنیتی ساختار DSS76.نتایج تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی ترکیبی EMF اتصالات جوش داده شده الکترود E1 استفاده از آن را در محیط‌های ساختمانی و کمی تهاجمی توجیه می‌کند، زیرا سازنده‌های آستنیت و تثبیت‌کننده‌های فریت در ریزساختار با استاندارد DSS AISI 220541.72 برای اتصالات جوشی، 77 مطابقت دارند.
میکروگراف های SEM از اتصالات جوش داده شده، که در آن (الف) الکترود E1 ناحیه جوش دارای طیف EMF، (ب) الکترود E2 ناحیه جوش دارای طیف EMF، (ج) OM دارای طیف EMF است.
در عمل مشاهده شده است که جوش‌های DSS در حالت کاملاً فریتی (حالت F) جامد می‌شوند، با هسته‌های آستنیت زیر دمای حلال فریتی، که عمدتاً به نسبت معادل کروم به نیکل (Creq/Nieq) وابسته است (> 1.95 حالت F را تشکیل می دهد) برخی از محققان متوجه این اثر فولاد به دلیل توانایی انتشار قوی کروم و مو به عنوان عناصر تشکیل دهنده فریت در فاز فریت شده اند.واضح است که DSS 2205 BM حاوی مقدار زیادی کروم و مولیبدن است (کرک بالاتری را نشان می‌دهد)، اما مقدار نیکل کمتری نسبت به جوش با الکترودهای E1، E2 و C دارد که به نسبت Creq/Nieq بالاتر کمک می‌کند.این در مطالعه فعلی نیز مشهود است، همانطور که در جدول 4 نشان داده شده است، که در آن نسبت Creq/Nieq برای DSS 2205 BM بالای 1.95 تعیین شد.مشاهده می شود که جوش های دارای الکترود E1، E2 و C به ترتیب در حالت آستنیتی-فریتی (حالت AF)، حالت آستنیتی (حالت A) و حالت فریتی- آستنیتی به دلیل محتوای بیشتر حالت توده (حالت FA) سخت می شوند. .همانطور که در جدول 4 نشان داده شده است، محتوای Ni، Cr و Mo در جوش کمتر است، که نشان می دهد نسبت Creq/Nieq کمتر از BM است.فریت اولیه در جوش الکترود E2 دارای مورفولوژی فریت ورمیکولی بود و نسبت Creq/Nieq تعیین شده 1.20 بود که در جدول 4 توضیح داده شده است.
روی انجیرشکل 11a پتانسیل مدار باز (OCP) را در مقابل زمان برای سازه فولادی AISI DSS 2205 در محلول NaCl 3.5% نشان می دهد.مشاهده می شود که منحنی ORP به سمت یک پتانسیل مثبت تر تغییر می کند که نشان دهنده ظاهر یک لایه غیرفعال در سطح نمونه فلزی است، افت پتانسیل نشان دهنده خوردگی عمومی است و پتانسیل تقریباً ثابت در طول زمان نشان دهنده تشکیل یک لایه است. فیلم منفعل در طول زمانسطح نمونه پایدار است و دارای Sticky 77 است. منحنی ها زیرلایه های آزمایشی را در شرایط پایدار برای همه نمونه ها در یک الکترولیت حاوی 3.5٪ محلول NaCl، به استثنای نمونه 7 (جوشکاری با الکترود C) نشان می دهد. که ناپایداری کمی را نشان می دهد.این ناپایداری را می توان با وجود یون های کلرید (Cl-) در محلول مقایسه کرد که می تواند واکنش خوردگی را تا حد زیادی تسریع کند و در نتیجه درجه خوردگی را افزایش دهد.مشاهدات در حین اسکن OCP بدون پتانسیل اعمالی نشان داد که کلر در واکنش می تواند بر مقاومت و پایداری ترمودینامیکی نمونه ها در محیط های تهاجمی تأثیر بگذارد.ما و همکاران81 و لوتو و همکاران.5 این ادعا را تأیید کرد که Cl- در تسریع تخریب لایه‌های غیرفعال روی بسترها نقش دارد و در نتیجه به سایش بیشتر کمک می‌کند.
تجزیه و تحلیل الکتروشیمیایی نمونه های مورد مطالعه: (الف) تکامل RSD بسته به زمان و (ب) قطبش پتانسیودینامیک نمونه ها در محلول NaCl 5/3 درصد.
روی انجیر11b تجزیه و تحلیل مقایسه ای از منحنی های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک (PPC) اتصالات جوش داده شده الکترودهای E1، E2 و C را تحت تأثیر محلول 3.5٪ NaCl ارائه می دهد.نمونه های جوش داده شده BM در PPC و محلول NaCl 3.5 درصد رفتار غیرفعال نشان دادند.جدول 5 پارامترهای آنالیز الکتروشیمیایی نمونه های به دست آمده از منحنی های PPC مانند Ecorr (پتانسیل خوردگی) و Epit (پتانسیل خوردگی حفره ای) و انحرافات مرتبط با آنها را نشان می دهد.در مقایسه با سایر نمونه های شماره 2 و شماره 5، جوش داده شده با الکترودهای E1 و E2، نمونه های شماره 1 و شماره 7 (BM و اتصالات جوشی با الکترود C) پتانسیل بالایی برای خوردگی حفره ای در محلول NaCl نشان دادند (شکل 11b). ).خواص غیرفعال کنندگی بالاتر اولی نسبت به دومی به دلیل تعادل ترکیب ریزساختاری فولاد (فاز آستنیتی و فریتی) و غلظت عناصر آلیاژی است.به دلیل وجود فازهای فریت و آستنیتی در ریزساختار، Resendea و همکاران.82 از رفتار منفعل DSS در رسانه های تهاجمی حمایت کرد.عملکرد پایین نمونه های جوش داده شده با الکترودهای E1 و E2 می تواند با کاهش عناصر آلیاژی اصلی مانند کروم و مو در ناحیه جوشکاری (WZ) همراه باشد، زیرا آنها فاز فریت (Cr و Mo) را تثبیت می کنند، به عنوان عمل می کنند. غیر فعال کننده ها آلیاژهای فاز آستنیتی فولادهای اکسید شده.تأثیر این عناصر بر مقاومت حفره ای در فاز آستنیتی بیشتر از فاز فریتی است.به همین دلیل، فاز فریتی سریعتر از فاز آستنیتی مرتبط با اولین ناحیه غیرفعال سازی منحنی پلاریزاسیون تحت غیرفعال شدن قرار می گیرد.این عناصر به دلیل مقاومت حفره‌ای بالاتر در فاز آستنیتی نسبت به فاز فریتی بر مقاومت حفره‌ای DSS تأثیر بسزایی دارند.بنابراین، غیرفعال شدن سریع فاز فریت 81 درصد بیشتر از فاز آستنیت است.اگرچه محلول کلر در اثر منفی قوی بر قابلیت غیرفعال شدن فیلم فولادی 83 دارد.در نتیجه، پایداری فیلم غیرفعال کننده نمونه بسیار کاهش می یابد.از جدول.شکل 6 همچنین نشان می دهد که پتانسیل خوردگی (Ecorr) اتصالات جوش داده شده با الکترود E1 در مقایسه با اتصالات جوشی با الکترود E2 تا حدودی در محلول پایدارتر است.این نیز با مقادیر کم سختی جوش با استفاده از الکترودهای E1 و E2 در شکل 1 تأیید می شود.4a,b که به دلیل محتوای کم فریت (جدول 5) و محتوای کم کروم و مولیبدن (جدول 4) در سازه فولادی ساخته شده از.می توان نتیجه گرفت که مقاومت به خوردگی فولادها در محیط دریایی شبیه سازی شده با کاهش جریان جوشکاری افزایش می یابد و با محتوای کم کروم و مو و میزان فریت کم کاهش می یابد.این بیانیه با مطالعه Salim و همکاران 85 در مورد تأثیر پارامترهای جوشکاری مانند جریان جوش بر یکپارچگی خوردگی فولادهای جوش داده شده مطابقت دارد.با نفوذ کلرید به فولاد از طریق روش‌های مختلف مانند جذب و انتشار مویرگی، گودال‌ها (خوردگی حفره‌ای) با شکل و عمق ناهموار ایجاد می‌شوند.مکانیسم در محلول‌های با pH بالاتر که در آن گروه‌های اطراف (OH-) به سادگی به سطح فولاد جذب می‌شوند، به طور قابل‌توجهی متفاوت است، فیلم غیرفعال را تثبیت می‌کند و حفاظت اضافی را برای سطح فولاد فراهم می‌کند25،86.بهترین مقاومت به خوردگی نمونه های شماره 1 و شماره 7 عمدتاً به دلیل وجود مقدار زیادی فریت δ (جدول 5) و مقدار زیادی کروم و مو (جدول 4) در ساختار فولادی است. سطح خوردگی حفره ای عمدتاً در فولاد جوش داده شده به روش DSS در ساختار فاز آستنیتی قطعات وجود دارد.بنابراین، ترکیب شیمیایی آلیاژ نقش تعیین کننده ای در عملکرد خوردگی اتصال جوش داده شده ایفا می کند.علاوه بر این، مشاهده شد که نمونه های جوش داده شده با استفاده از الکترودهای E1 و C در این مطالعه مقادیر Ecorr کمتری را از منحنی های PPC نسبت به نمونه های جوش داده شده با استفاده از الکترود E2 از منحنی های OCP نشان دادند (جدول 5).بنابراین، ناحیه آند با پتانسیل پایین تری شروع می شود.این تغییر عمدتاً به دلیل تثبیت جزئی لایه غیرفعال سازی تشکیل شده بر روی سطح نمونه و قطبش کاتدی است که قبل از تثبیت کامل OCP89 رخ می دهد.روی انجیر12a و b تصاویر نمایه ساز نوری سه بعدی از نمونه های خورده شده تجربی را تحت شرایط جوشکاری مختلف نشان می دهد.مشاهده می‌شود که اندازه خوردگی حفره‌ای نمونه‌ها با پتانسیل خوردگی حفره‌ای پایین‌تر ایجاد شده توسط جریان جوشکاری بالا 110 A افزایش می‌یابد (شکل 12b)، که قابل مقایسه با اندازه خوردگی حفره‌ای به‌دست‌آمده برای جوش‌هایی با نسبت جریان جوشکاری کمتر است. 90 A. (شکل 12a).این ادعای Mohammed90 را تأیید می کند که نوارهای لغزشی روی سطح نمونه تشکیل می شود تا فیلم غیرفعال سازی سطح را با قرار دادن بستر در معرض محلول 3.5٪ NaCl از بین ببرد تا کلرید شروع به حمله کند و باعث حل شدن مواد شود.
تجزیه و تحلیل SEM-EDS در جدول 4 نشان می دهد که مقادیر PREN هر فاز آستنیتی بالاتر از فریت در تمام جوش ها و BM است.شروع حفره در فصل مشترک فریت/آستنیت تخریب لایه ماده غیرفعال را به دلیل ناهمگنی و تفکیک عناصر در این مناطق تسریع می‌کند.بر خلاف فاز آستنیتی، که در آن ارزش معادل مقاومت حفره ای (PRE) بالاتر است، شروع حفره در فاز فریتی به دلیل مقدار PRE کمتر است (جدول 4).به نظر می رسد فاز آستنیت حاوی مقدار قابل توجهی از تثبیت کننده آستنیت (حلالیت نیتروژن) است که غلظت بالاتری از این عنصر و در نتیجه مقاومت بالاتر در برابر سوراخ شدن را فراهم می کند.
روی انجیرشکل 13 منحنی های دمای حفره های بحرانی را برای جوش های E1، E2 و C نشان می دهد.با توجه به اینکه چگالی جریان به دلیل ایجاد حفره در طول آزمایش ASTM به 100 µA/cm2 افزایش یافته است، واضح است که جوش @110A با E1 حداقل دمای بحرانی حفره‌ای 27.5 درجه سانتی‌گراد را نشان می‌دهد و سپس لحیم کاری E2 @ 90A CPT 40 را نشان می‌دهد. درجه سانتی گراد و در مورد C@110A بالاترین CPT 41 درجه سانتی گراد است.نتایج مشاهده شده مطابقت خوبی با نتایج مشاهده شده از تست های پلاریزاسیون دارد.
خواص مکانیکی و رفتار خوردگی جوش‌های فولاد ضد زنگ دوبلکس با استفاده از الکترودهای جدید E1 و E2 مورد بررسی قرار گرفت.الکترود قلیایی (E1) و الکترود اسیدی (E2) مورد استفاده در فرآیند SMAW با موفقیت با ترکیب شار با نسبت پوشش کلی 1.7 میلی متر و شاخص قلیایی 2.40 و 0.40 به ترتیب پوشش داده شدند.پایداری حرارتی شارهای تهیه شده با استفاده از TGA در یک محیط بی اثر ارزیابی شده است.وجود محتوای بالای TiO2 (٪) در ماتریس شار باعث بهبود حذف سرباره جوش برای الکترودهای پوشش داده شده با شار اسیدی (E2) در مقایسه با الکترودهای پوشش داده شده با شار بازی (E1) شد.اگرچه دو الکترود پوشش داده شده (E1 و E2) توانایی راه اندازی قوس خوبی دارند.شرایط جوش، به ویژه گرمای ورودی، جریان و سرعت جوشکاری، نقش مهمی در دستیابی به تعادل فاز آستنیت/فریت جوش‌های DSS 2205 و خواص مکانیکی عالی جوش دارند.اتصالات جوش داده شده با الکترود E1 خواص کششی عالی را نشان دادند (برشی 0.2٪ YS = 497 MPa و UTS = 732 MPa)، که تأیید می کند که الکترودهای پوشش داده شده با شار پایه دارای شاخص بازی بالایی در مقایسه با الکترودهای پوشش داده شده با شار اسید هستند.الکترودها خواص مکانیکی بهتری با قلیائیت کم نشان می دهند.بدیهی است که در اتصالات جوشی الکترودها با پوشش جدید (E1 و E2) تعادل فاز فریت- آستنیتی وجود ندارد که با استفاده از تجزیه و تحلیل OES و SEM-EDS جوش نشان داده شد و با کسر حجمی در اندازه گیری شد. جوشمتالوگرافی مطالعه SEM آنها را تایید کرد.ریزساختارهااین عمدتا به دلیل تخلیه عناصر آلیاژی مانند کروم و مو و انتشار احتمالی Cr2N در حین جوشکاری است که توسط اسکن خط EDS تایید می شود.این بیشتر توسط مقادیر کم سختی مشاهده شده در جوش با الکترودهای E1 و E2 به دلیل نسبت کم فریت و عناصر آلیاژی در ساختار فولادی پشتیبانی می شود.شواهد بالقوه خوردگی (Ecorr) جوش‌هایی که از الکترود E1 استفاده می‌کنند، در مقایسه با جوش‌هایی که از الکترود E2 استفاده می‌کنند، اندکی مقاومت کمتری در برابر خوردگی محلول دارند.این کارایی الکترودهای جدید توسعه یافته را در جوش های آزمایش شده در محیط 3.5% NaCl بدون ترکیب آلیاژ مخلوط شار تایید می کند.می توان نتیجه گرفت که مقاومت به خوردگی در محیط دریایی شبیه سازی شده با کاهش جریان جوش افزایش می یابد.بنابراین، رسوب کاربیدها و نیتریدها و متعاقب آن کاهش مقاومت به خوردگی اتصالات جوش داده شده با استفاده از الکترودهای E1 و E2 با افزایش جریان جوشکاری توضیح داده شد که منجر به عدم تعادل در تعادل فاز اتصالات جوش داده شده از فولادهای دو منظوره شد.
در صورت درخواست، داده های این مطالعه توسط نویسنده مربوطه ارائه خواهد شد.
Smook O.، Nenonen P.، Hanninen H. و Liimatainen J. ریزساختار فولاد ضد زنگ فوق دوبلکس تشکیل شده توسط پرس ایزواستاتیک داغ متالورژی پودر در عملیات حرارتی صنعتی.فلز.آلما مادرترنسA 35, 2103. https://doi.org/10.1007/s11661-004-0158-9 (2004).
Kuroda T.، Ikeuchi K. و Kitagawa Y. کنترل ریزساختار در اتصال فولادهای ضد زنگ مدرن.در پردازش مواد جدید برای انرژی الکترومغناطیسی پیشرفته، 419-422 (2005).
Smook O. ریزساختار و خواص فولادهای ضد زنگ فوق دوبلکس متالورژی پودر مدرن.موسسه سلطنتی فناوری (2004)
Lotto، TR و Babalola، P. رفتار خوردگی پلاریزاسیون و تجزیه و تحلیل ریزساختاری AA1070 آلومینیوم و کامپوزیت های ماتریس کاربید سیلیکون در غلظت اسید کلرید.مهندس متقاعد کننده4, 1. https://doi.org/10.1080/23311916.2017.1422229 (2017).
فرآیند جوشکاری Bonollo F.، Tiziani A. و Ferro P.، تغییرات ریزساختاری و خواص نهایی فولادهای زنگ نزن دوبلکس و سوپر دوبلکس.فولاد ضد زنگ دوبلکس 141-159 (John Wiley & Sons Inc., Hoboken, 2013).
Kisasoz A.، Gurel S. و Karaaslan A. تأثیر زمان بازپخت و سرعت سرد شدن بر فرآیند رسوب در فولادهای دو فازی مقاوم به خوردگی.فلز.علم.حرارت درمانی.57, 544. https://doi.org/10.1007/s11041-016-9919-5 (2016).
توسعه فولادهای زنگ نزن دوبلکس ناب (LDSS) با خواص مکانیکی و خوردگی عالی در آزمایشگاه.دانشگاه پیشرفته.مخزن ذخیره سازی.794, 714 (2013).
Murkute P., Pasebani S. and Isgor OB خواص متالورژی و الکتروشیمیایی لایه های روکش فولاد ضد زنگ فوق دوبلکس بر روی بسترهای فولادی ملایم به دست آمده از آلیاژسازی لیزر در یک لایه پودری.علم.شماره 10، 10162. https://doi.org/10.1038/s41598-020-67249-2 (2020).
Oshima, T., Khabara, Y. and Kuroda, K. تلاش برای صرفه جویی در نیکل در فولادهای زنگ نزن آستنیتی.ISIJ International 47, 359. https://doi.org/10.2355/isijinternational.47.359 (2007).
Oikawa W.، Tsuge S. و Gonome F. توسعه سری جدیدی از فولادهای زنگ نزن دوبلکس ناب.NSSC 2120™, NSSC™ 2351. گزارش فنی NIPPON Steel شماره 126 (2021).