Влияние атмосферы термообработки на эволюцию микроструктуры и коррозионную стойкость сварных изделий из дуплексной нержавеющей стали 2205

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 4592 (2023) Цитировать эту статью

951 Доступов

Подробности о метриках

Исследовано влияние атмосферы после термообработки на микроструктуру и коррозионную стойкость сварных соединений дуплексной нержавеющей стали. Послесварочную термообработку (PWHT) проводили в защитной атмосфере и без нее. Азот и аргон используются в качестве защитных газов по отдельности. Детальное исследование микроструктуры (оптическое и СЭМ) показывает, что в зонах сварки образцов, защищенных азотом, в значительной степени наблюдаются выделения нитридов. Наблюдается снижение объемной доли феррита в послесварочных термообработанных образцах по сравнению со сварными образцами без термообработки, что приводит к повышению коррозионной стойкости термообработанных сварных соединений. Исключением для использования азота в качестве атмосферы термообработки является снижение коррозионной стойкости сварных изделий из-за выделений нитридов. Увеличение твердости зоны сварного шва у термообработанных после сварки образцов по сравнению с базовым сплавом. Начальная твердость дуплексной нержавеющей стали составляла 286 Hv, а средняя твердость зоны сварного шва составляла 340, 411, 343 и 391 Hv для сварки после сварки после термообработки в атмосфере воздуха, аргона и азота соответственно. Твердость зоны сварного шва увеличилась до 33, 44, 20 и 37%. Значительное снижение предела прочности и удлинения после термообработки. Начальная предельная прочность на разрыв основного материала из дуплексной нержавеющей стали составляла 734,9 МПа, тогда как предельная прочность на разрыв сварных соединений составляла 769,3, 628,4, 737,8 и 681,4 МПа для следующих условий: после сварки, PWHT с использованием атмосферы воздуха, аргона и азота соответственно. .

Дуплексная нержавеющая сталь (DSS) является наиболее подходящим металлом для использования в суровых условиях, таких как глубоководные трубопроводы для транспортировки нефтяных материалов, опреснения морской воды, реакторы, нефтяные танкеры, нефтеперерабатывающие заводы, химическая и нефтехимическая промышленность, благодаря своей исключительной коррозионной стойкости и высоким сила1,2. Химический состав дуплексной нержавеющей стали (ДСС) содержит Cr, Mo, Ni и N, кроме того, распределение легирующих элементов в дуплексной нержавеющей стали (ДСС) неоднородно, а Cr и Mo приводит к увеличению объема феррита. фракции, Ni и N увеличивают объемную долю аустенита. Ключевым фактором, влияющим на объемную долю феррита и выделение интерметаллических фаз (вредных фаз), таких как сигма-фаза (σ), хи-фаза (χ), вторичный аустенит (γ2), нитрид (CrN и Cr2N), карбиды (M23C6), является отжиг. температура, скорость охлаждения, затвердевание после процесса сварки3,4,5,6,7,8 и тепловложение8,9,10.

Процесс сварки является основным и незаменимым процессом в промышленности. Это процесс термообработки, в результате которого образуются три зоны: основной материал (BM), зона термического воздействия (HAZ) и зона сварки (WZ) каждая11. DSS после сварки показывает три разные зоны химического состава ферритной и аустенитной фаз, что, следовательно, приводит к различной коррозионной стойкости. Влияние сварки не ограничивается только химическим составом, оно также влияет на объемную долю феррита из-за тепла12,13. В то время как Нильссон14 указал, что многопроходная сварка позволяет образовывать избыточное количество вторичного аустенита. Таким образом, это приводит к низкой коррозионной стойкости в зоне сварного шва.

Кроме того, выбор сварочного электрода имеет первостепенное значение для контроля микроструктуры области сварки и, следовательно, свойств после сварки15,16,17. Ханом и др.15 была предпринята попытка исследовать влияние присадочного металла на затвердевание, микроструктуру и механические свойства разнородного сварного шва между супердуплексной нержавеющей сталью 2507 и высокопрочной низколегированной трубопроводной сталью API X70. Они пришли к выводу, что микроструктура присадочного шва 309L состоит из скелетных ферритов в аустенитной матрице, тогда как присадочный шов 2594 имеет множественный реформированный аустенит, внедренный в ферритную матрицу. Кроме того, Рамкумар и др.18 исследовали свариваемость, металлургические и механические свойства соединений супердуплексных нержавеющих сталей UNS 32750 методом газовой вольфрамовой дуговой сварки (GTAW) с использованием присадочных металлов ER2553 и ERNiCrMo-4. Они рекомендовали использовать ER 2553 для сварки супердуплексной нержавеющей стали, поскольку механические свойства сварных соединений с использованием ER 2553 улучшаются по сравнению со сварными соединениями с использованием ER NiCrMo-4. Они объяснили это сравнительное улучшение механических свойств наличием достаточного количества феррита, аллотриоморфного аустенита и аустенита в форме клиновидных видманштеттенов и межзеренных выделений в зоне сварного шва при использовании ER2553.