새로운 전극을 사용한 이중 스테인리스강 용접물의 기계적 특성 및 부식 거동

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 22405(2022) 이 기사 인용

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용접된 이중 스테인리스강(DSS) 구조물의 기계적 및 부식 특성은 많은 엔지니어링 응용 분야에서 가장 중요한 고려 사항입니다. 현재 연구에서는 플럭스 샘플에 합금 원소를 추가하지 않고 특별히 개발된 새로운 전극을 사용하여 시뮬레이션된 3.5% NaCl 환경에서 이중 스테인리스강 용접물의 기계적 특성과 부식 무결성을 조사합니다. 염기도 지수가 2.40과 0.40인 두 가지 다른 유형의 플럭스를 사용하여 DSS 플레이트 용접을 위해 각각 E1 및 E2 전극을 코팅했습니다. 열중량 분석을 사용하여 제조된 플럭스의 열 안정성을 평가했습니다. 광학 방출 분광법을 사용하여 화학적 조성과 용접 조인트의 기계적 특성 및 부식 특성을 다양한 ASTM 표준에 따라 평가했습니다. X-선 회절은 DSS 용접 조인트에 존재하는 상을 찾는 데 사용되었으며, EDS가 장착된 주사 전자는 용접물의 미세 구조 검사에 사용되었습니다. E1 전극을 사용한 용접 조인트의 최대 인장 강도는 715~732 MPa 범위에 있었고 E2 전극의 인장 강도는 606~687 MPa인 것으로 나타났습니다. 용접 전류가 90A에서 110A로 증가함에 따라 경도가 증가했습니다. 기본 플럭스로 코팅된 E1 전극을 사용한 용접 조인트는 더 나은 기계적 특성을 갖습니다. 3.5% NaCl 환경의 강철 구조는 부식 공격에 대한 상당한 저항성을 가지고 있습니다. 이는 새로 개발된 전극으로 만들어진 용접 조인트의 성능을 검증합니다. 결과는 코팅된 전극 E1 및 E2를 사용한 용접부에서 관찰된 Cr 및 Mo와 같은 합금 원소의 고갈과 E1 및 E2 전극의 용접 조인트에서 Cr2N의 석출을 기반으로 논의됩니다.

역사적으로 볼 때, 이중 스테인리스강(DSS)에 대한 최초의 공식적인 언급은 1927년에 이루어졌으며 일부 주조에만 국한되었으며 높은 탄소로 인해 대부분의 엔지니어링 응용 분야에서는 활용되지 않았습니다1. 그러나 탄소 함량은 이후 표준으로 최대 0.03%까지 감소되었으며 이러한 강철은 점차 여러 응용 분야에 널리 사용되고 있습니다2,3. DSS는 대략 동일한 양의 페라이트와 오스테나이트를 포함하는 합금 계열입니다. DSS의 페라이트 상은 20세기에 오스테나이트계 스테인리스강(ASS)의 중요한 관심사인 염화물 유발 응력 부식 균열(SCC)에 대해 탁월한 보호 기능을 제공하는 것으로 밝혀졌습니다. 반면, DSS 수요는 여러 엔지니어링 및 기타 산업에서 연간 최대 20%의 속도로 증가하고 있습니다4. 오스테나이트-페라이트의 이중상 구성을 나타내는 이 혁신적인 강철은 적절한 조성 선택, 물리화학적 및 열기계적 정련을 통해 얻을 수 있습니다. 단상 등급의 스테인리스강과 비교하여 DSS는 더 높은 항복 강도와 SCC5,6,7,8을 견딜 수 있는 뛰어난 능력을 가지고 있습니다. 산, 산성 염화물, 해수 및 부식성 화학 물질이 포함된 열악한 환경에서 이중상 구조는 이러한 강철에 탁월한 강도, 인성 및 향상된 내식성을 부여합니다9. DSS 구조, 특히 낮은 니켈 함유 유형(희박 DSS)은 일반 시장에서 니켈(Ni) 합금 가격의 연간 변동으로 인해 면심 입방(FCC) 철과 비교하여 수많은 뛰어난 성과를 기록했습니다10,11. ASS 구조의 주요 문제는 다양한 가혹한 조건12에 취약하다는 것입니다. 이에 따라 다양한 엔지니어링 부문과 기업에서는 해수 열교환기 제조와 같은 산업 분야에 적용하여 적합한 용접성 특성을 갖는 기존 ASS와 동등하거나 그 이상의 성능을 발휘하는 니켈(Ni) 함량이 감소된 대체 스테인리스강을 홍보하려고 시도하고 있습니다. 고농도 염화물 환경에서 사용하기 위한 화학 용기13.

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>