2205 듀플렉스 스테인리스강 용접물의 미세 구조 진화 및 내식성에 대한 열처리 분위기의 영향

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 4592(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

후열처리 분위기가 이중 스테인리스강 용접 조인트의 미세조직과 내식성에 미치는 영향을 조사했습니다. 용접후열처리(PWHT)는 보호 분위기 유무에 관계없이 수행되었습니다. 질소와 아르곤은 개별적으로 보호 가스로 사용됩니다. 상세한 미세 구조 검사(광학 및 SEM)는 질소 보호 샘플의 용접 영역에서 질화물 침전물이 많이 관찰된다는 것을 보여줍니다. 열처리를 하지 않은 용접 샘플과 비교하여 용접 후 열처리 샘플에서 페라이트 부피 비율의 감소가 관찰되어 열처리 용접 조인트의 내식성이 향상되었습니다. 열처리 분위기로 질소를 사용하는 것에 대한 예외는 질화물 석출물로 인해 용접물의 내식성이 감소하는 것으로 조사되었습니다. 기본 합금과 비교하여 용접 후 열처리된 샘플의 용접 영역 경도가 증가했습니다. 듀플렉스 스테인리스강의 초기 경도는 286Hv였으며 용접부의 평균 경도는 공기, 아르곤 및 질소 분위기를 사용한 용접 후 PWHT에서 각각 340, 411, 343 및 391Hv였습니다. 용접부 경도가 33, 44, 20, 37%로 증가했습니다. PWHT 후 극한 인장 강도와 신율이 크게 감소합니다. 초기 최대 인장 강도 듀플렉스 스테인리스강 모재는 734.9 MPa인 반면 용접 조인트의 최대 인장 강도는 다음 조건에서 769.3, 628.4, 737.8 및 681.4 MPa였습니다. 용접된 대로, 공기, 아르곤 및 질소 분위기를 사용한 PWHT 각각 .

듀플렉스 스테인레스강(DSS)은 내식성이 우수하고 내식성이 우수하여 석유물질을 이송하는 심해 파이프라인, 해수담수화, 원자로, 석유탱크선, 정유화학, 석유화학 산업 등 가혹한 환경에 사용하기에 가장 적합한 금속입니다. 힘1,2. 듀플렉스 스테인레스강(DSS)의 화학 조성에는 Cr, Mo, Ni 및 N이 포함되어 있으며, 듀플렉스 스테인레스강(DSS)의 합금 원소 분포는 불균일한 반면 Cr과 Mo는 페라이트 부피의 증가로 이어집니다. 분율, Ni 및 N은 오스테나이트 부피 분율을 증가시킵니다. 시그마(σ)상, 카이(χ)상, 2차 오스테나이트(γ2), 질화물(CrN 및 Cr2N), 탄화물(M23C6)과 같은 페라이트 부피 분율 및 금속간 상 석출(유해한 상)에 영향을 미치는 핵심 요소는 어닐링입니다. 온도, 냉각 속도, 용접 공정 후 응고3,4,5,6,7,8 및 열 입력8,9,10.

용접공정은 산업현장에서 기본이면서 필수적인 공정입니다. 이는 각각 모재(BM), 열 영향부(HAZ), 용접부(WZ)의 3개 구역으로 이어지는 열처리 공정입니다11. 용접 후 DSS는 페라이트와 오스테나이트 상의 화학적 조성에서 세 가지 다른 영역을 보여 주며 결과적으로 내식성이 다릅니다. 용접 영향은 화학 성분에만 국한되지 않고 열로 인해 페라이트의 부피 비율에도 영향을 미칩니다12,13. Nilsson14은 다중 패스 용접이 과도한 양의 2차 오스테나이트를 형성할 수 있으므로 용접 영역의 내식성이 낮다고 지적했습니다.

또한 용접 전극의 선택은 용접 영역의 미세 구조를 제어하여 용접 후 특성을 제어하는 ​​데 가장 중요합니다. Khan et al.15은 슈퍼 듀플렉스 스테인레스 2507과 고강도 저합금 API X70 파이프라인 강철 사이의 이종 용접의 응고, 미세 구조 및 기계적 특성에 대한 필러 금속의 영향을 조사하려는 시도가 있었습니다. 그들은 309L 필러 용접의 미세 구조가 오스테나이트 매트릭스의 골격 페라이트로 구성되어 있는 반면, 2594 필러 용접은 페라이트 매트릭스에 여러 개의 개질된 오스테나이트가 포함되어 있다고 결론지었습니다. 또한 Ramkumar 등18은 ER2553 및 ERNiCrMo-4 필러 금속을 사용하는 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW)을 통해 UNS 32750 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 조인트의 용접성, 야금학적 및 기계적 특성을 조사했습니다. 그들은 ER NiCrMo-4를 사용한 용접 조인트에 비해 ER 2553을 사용한 용접 조인트의 기계적 특성이 향상되었기 때문에 슈퍼 듀플렉스 스테인리스강 용접에 ER 2553의 사용을 권장했습니다. 그들은 이러한 기계적 특성의 상대적인 향상을 충분한 양의 페라이트, 동소체 및 쐐기형 위드만슈테텐 형태의 오스테나이트와 ER2553을 사용하는 용접 영역의 입계 석출물이 존재하기 때문이라고 생각했습니다.