2205 二相ステンレス鋼溶接物の微細構造の進化と耐食性に及ぼす熱処理雰囲気の影響

Scientific Reports volume 13、記事番号: 4592 (2023) この記事を引用

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二相ステンレス鋼溶接継手の微細構造と耐食性に及ぼす熱処理後の雰囲気の影響を調査した。 溶接後熱処理 (PWHT) は、保護雰囲気の有無にかかわらず実行されました。 窒素とアルゴンはそれぞれ保護ガスとして使用されます。 詳細な微細構造検査 (光学および SEM) により、窒素で保護されたサンプルの溶接部では窒化物の析出が高度に観察されることが実証されています。 熱処理なしの溶接サンプルと比較して、溶接熱処理後のサンプルではフェライト体積分率の低下が観察され、熱処理された溶接継手の耐食性の向上につながります。 熱処理雰囲気として窒素を使用する場合の例外として、窒化物の析出による溶接物の耐食性の低下が調査されます。 ベース合金と比較して、溶接後熱処理されたサンプルの溶接部の硬度が増加します。 二相ステンレス鋼の初期硬度は 286 Hv でしたが、溶接部の平均硬度は、溶接したままの状態、空気、アルゴン、および窒素雰囲気を使用した PWHT でそれぞれ 340、411、343、および 391 Hv でした。 溶接部の硬度が 33、44、20、37% に増加しました。 PWHT 後の極限引張強さと伸びは大幅に減少します。 二相ステンレス鋼母材の初期極限引張強さは 734.9 MPa でしたが、溶接継手の極限引張強さは、次の条件でそれぞれ 769.3、628.4、737.8、および 681.4 MPa でした: 溶接時、空気、アルゴン、および窒素雰囲気を使用した PWHT 。

二相ステンレス鋼（DSS）は、その優れた耐食性と高い耐久性により、石油原料を輸送する深海パイプライン、海水淡水化、原子炉、石油タンカー、石油精製化学、石油化学産業などの過酷な環境での使用に最適な金属です。強さ1、2。 二相ステンレス鋼 (DSS) の化学組成には Cr、Mo、Ni、N が含まれており、さらに二相ステンレス鋼 (DSS) の合金元素の分布は不均一であり、Cr と Mo はフェライト体積の増加につながります。分率、Ni および N はオーステナイト体積分率を増加させます。 フェライトの体積分率と、シグマ (σ) 相、カイ (χ) 相、二次オーステナイト (γ2)、窒化物 (CrN および Cr2N)、炭化物 (M23C6) などの金属間相の析出 (有害相) に影響を与える重要な要素は、焼鈍です。温度、冷却速度、溶接プロセス後の凝固3、4、5、6、7、8、および入熱8、9、10。

溶接工程は業界において欠かすことのできない基本的な工程です。 これは、母材 (BM)、熱影響部 (HAZ)、溶接部 (WZ) の 3 つのゾーンがそれぞれ生じる熱処理プロセスです11。 溶接後の DSS は、フェライト相とオーステナイト相の化学組成に 3 つの異なるゾーンを示し、結果として異なる耐食性をもたらします。 溶接の影響は化学組成に限定されず、熱によりフェライトの体積分率にも影響します12、13。 一方、Nilsson14 は、マルチパス溶接により過剰な量の二次オーステナイトが形成されるため、溶接部の耐食性が低下すると指摘しました。

さらに、溶接電極の選択は、溶接領域の微細構造を制御し、したがって溶接後の特性を制御する上で最も重要です15、16、17。 Khan らにより、超二相ステンレス 2507 と高強度低合金 API X70 パイプライン鋼の間の異種溶接部の凝固、微細構造、および機械的特性に対する溶加材の影響を調査する試みが行われました 15。 彼らは、309L フィラー溶接の微細構造はオーステナイト マトリックス内の骨格フェライトで構成されているのに対し、2594 フィラー溶接ではフェライト マトリックスに埋め込まれた複数の改質オーステナイトがあると結論付けました。 さらに、Ramkumar ら 18 は、ER2553 および ERNiCrMo-4 溶加材を使用したガスタングステンアーク溶接 (GTAW) による UNS 32750 超二相ステンレス鋼継手の溶接性、冶金学的および機械的特性を調査しています。 彼らは、ER NiCrMo-4 を使用した溶接継手と比較して、ER 2553 を使用した溶接継手の機械的特性が向上するため、超二相ステンレス鋼の溶接に ER 2553 を使用することを推奨しました。 彼らは、機械的特性のこの比較改善は、ER2553 を使用した溶接部に十分な量のフェライト、同質異形、および楔形のウィドマンシュテッテンの形でおよび粒界析出物として存在するオーステナイトの存在によるものであると考えました。