הרכב כימי של צינור מפותל נירוסטה 321 תכונות מכניות והתנהגות קורוזיה של ריתוך נירוסטה דופלקס עם אלקטרודה חדשה

תודה שביקרת ב-Nature.com.אתה משתמש בגרסת דפדפן עם תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בנוסף, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
סליידרים המציגים שלושה מאמרים בכל שקופית.השתמש בלחצנים 'הקודם' וה'הבא' כדי לעבור בין השקופיות, או בלחצני בקר השקופיות שבקצה כדי לעבור בין כל שקופית.

הרכב כימי של צינור סליל נירוסטה 321

ההרכב הכימי של צינורות סליל נירוסטה 321 הוא כדלקמן:
- פחמן: 0.08% מקסימום
- מנגן: 2.00% מקסימום
- ניקל: 9.00% דקות

מאפיינים מכניים של צינור סליל נירוסטה 321

על פי יצרן צינורות סליל נירוסטה 321, התכונות המכניות של צינורות סליל נירוסטה 321 מוצגות להלן: חוזק מתיחה (psi) חוזק תפוקה (psi) התארכות (%)

יישומים ושימושים של צינור סליל נירוסטה 321

ביישומים הנדסיים רבים, המאפיינים המכניים והקורוזיה של מבנים מרותכים מנירוסטה דופלקס (DSS) הם הגורמים החשובים ביותר.המחקר הנוכחי חקר את התכונות המכניות ועמידות בפני קורוזיה של ריתוכים דופלקסים מנירוסטה בסביבה המדמה 3.5% NaCl באמצעות אלקטרודה חדשה שתוכננה במיוחד ללא תוספת של אלמנטים מתגזרים לדגימות השטף.שני סוגים שונים של שטפים עם אינדקס בסיסי של 2.40 ו-0.40 שימשו באלקטרודות E1 ו-E2 לריתוך לוחות DSS, בהתאמה.היציבות התרמית של קומפוזיציות השטף הוערכה באמצעות ניתוח תרמו-גרבימטרי.ההרכב הכימי כמו גם התכונות המכניות והקורוזיות של המפרקים המרותכים הוערכו באמצעות ספקטרוסקופיה של פליטה בהתאם לתקני ASTM שונים.דיפרקציה של קרני רנטגן משמשת לקביעת השלבים הקיימים בריתכות DSS, וסריקת אלקטרון עם EDS משמשת לבדיקת מבנה המיקרו של ריתוכים.חוזק המתיחה של חיבורים מרותכים שנעשו על ידי אלקטרודות E1 היה בטווח של 715-732 MPa, על ידי אלקטרודות E2 - 606-687 MPa.זרם הריתוך הוגדל מ-90 A ל-110 A, וגם הקשיות הוגדלה.למפרקים מרותכים עם אלקטרודות E1 המצופים בשטפים בסיסיים יש תכונות מכניות טובות יותר.למבנה הפלדה עמידות גבוהה בפני קורוזיה בסביבת 3.5% NaCl.זה מאשר את יכולת הפעולה של מפרקים מרותכים שנעשו עם אלקטרודות שפותחו לאחרונה.התוצאות נדונות במונחים של דלדול של אלמנטים מתגסוגים כגון Cr ו-Mo שנצפה בריתוכים עם אלקטרודות מצופות E1 ו-E2, ושחרור Cr2N בריתוכים שנעשו באמצעות אלקטרודות E1 ו-E2.
מבחינה היסטורית, האזכור הרשמי הראשון של פלדת אל-חלד דופלקסית (DSS) מתוארך לשנת 1927, כאשר היא שימשה רק ליציקות מסוימות ולא שימשה ברוב היישומים הטכניים בשל תכולת הפחמן הגבוהה שלה1.אך לאחר מכן, תכולת הפחמן הסטנדרטית הופחתה לערך מרבי של 0.03%, והפלדות הללו הפכו בשימוש נרחב בתחומים שונים2,3.DSS היא משפחה של סגסוגות עם כמויות שוות בערך של פריט ואוסטניט.מחקרים הראו שהפאזה הפריטית ב-DSS מספקת הגנה מצוינת מפני פיצוח קורוזיה (SCC) המושרה על ידי כלוריד, שהיה נושא חשוב עבור פלדות אל-חלד אוסטניטיות (ASS) במאה ה-20.מצד שני, בחלק מההנדסה ובתעשיות אחרות4 הביקוש לאחסון גדל בקצב של עד 20% בשנה.ניתן להשיג פלדה חדשנית זו בעלת מבנה אוסטני-פריטי דו-פאזי על ידי בחירת הרכב מתאים, זיקוק פיזי-כימי ותרמו-מכני.בהשוואה לפלדת אל-חלד חד-פאזית, ל-DSS חוזק תפוקה גבוה יותר ויכולת עמידות מעולה ב-SCC5, 6, 7, 8. מבנה הדופלקס מעניק לפלדות אלו חוזק, קשיחות ועמידות מוגברת בפני קורוזיה בסביבות אגרסיביות המכילות חומצות, חומצות כלוריות, מי ים וכימיקלים מאכלים9.בשל תנודות המחיר השנתיות של סגסוגות ניקל (Ni) בשוק הכללי, מבנה ה-DSS, במיוחד סוג הניקל הנמוך (DSS רזה), השיג הישגים בולטים רבים בהשוואה ל-FCC) 10, 11. הבעיה של עיצובי ASE היא בכך שהם נתונים לתנאים קשים שונים.לכן, מחלקות הנדסה וחברות שונות מנסות לקדם פלדות אל-חלד נמוכות ניקל (Ni) חלופיות בעלות ביצועים טובים או טובים יותר מ-ASS מסורתי עם יכולת ריתוך מתאימה ומשמשות ביישומים תעשייתיים כגון מחליפי חום של מי ים והתעשייה הכימית.מיכל 13 עבור סביבות עם ריכוז גבוה של כלורידים.
בהתקדמות הטכנולוגית המודרנית, ייצור מרותך ממלא תפקיד חיוני.בדרך כלל, מחברים מבניים DSS מצטרפים באמצעות ריתוך קשת מוגן גז או ריתוך קשת מוגן גז.הריתוך מושפע בעיקר מהרכב האלקטרודה המשמשת לריתוך.אלקטרודות ריתוך מורכבות משני חלקים: מתכת ושטף.לרוב, אלקטרודות מצופות בשטף, תערובת של מתכות אשר בעת פירוקן משחררות גזים ויוצרות סיגים מגן כדי להגן על הריתוך מפני זיהום, להגביר את יציבות הקשת ולהוסיף רכיב מתג לשיפור איכות הריתוך14 .ברזל יצוק, אלומיניום, נירוסטה, פלדה עדינה, פלדה בחוזק גבוה, נחושת, פליז וברונזה הם חלק ממתכות האלקטרודה הריתוך, בעוד שתאית, אבקת ברזל ומימן הם חלק מחומרי השטף המשמשים.לפעמים מוסיפים לתערובת השטף גם נתרן, טיטניום ואשלגן.
כמה חוקרים ניסו לחקור את ההשפעה של תצורת אלקטרודות על השלמות המכנית והקורוזיה של מבני פלדה מרותכים.סינג et al.15 חקרו את ההשפעה של הרכב השטף על התארכות וחוזק המתיחה של ריתוכים מרותכים באמצעות ריתוך קשת שקוע.התוצאות מראות כי CaF2 ו-NiO הם הקובעים העיקריים לחוזק המתיחה בהשוואה לנוכחות של FeMn.Chirag et al.16 חקרו תרכובות SMAW על ידי שינוי ריכוז הרוטיל (TiO2) בתערובת שטף אלקטרודות.נמצא שתכונות המיקרו-קשיחות עלו עקב עלייה באחוז ובנדידת הפחמן והסיליקון.קומאר [17] חקר את התכנון והפיתוח של שטפים מצטברים לריתוך קשת שקוע של יריעות פלדה.Nwigbo ו-Atuanya18 חקרו את השימוש בקשרי נתרן סיליקט עשירים באשלגן לייצור שטפי ריתוך קשת ומצאו ריתוכים בעלי חוזק מתיחה גבוה של 430 MPa ומבנה גרגר מקובל.Lothongkum et al.19 השתמשו בשיטה פוטנטיוקינטית כדי לחקור את חלק הנפח של austenite בפלדת אל חלד דופלקסית 28Cr–7Ni–O–0.34N בתמיסת NaCl רווית אוויר בריכוז של 3.5% משקל.בתנאי pH.ו-27 מעלות צלזיוס.גם פלדות אל חלד דופלקס וגם מיקרו דופלקס מציגות את אותה השפעה של חנקן על התנהגות קורוזיה.חנקן לא השפיע על פוטנציאל הקורוזיה או על קצב ה-pH 7 ו-10, עם זאת, פוטנציאל הקורוזיה ב-pH 10 היה נמוך יותר מאשר ב-pH 7. מצד שני, בכל רמות ה-pH שנחקרו, הפוטנציאל החל לעלות עם עלייה בתכולת החנקן .Lacerda et al.20 חקרו פיתול של פלדות אל חלד דופלקס UNS S31803 ו-UNS S32304 בתמיסת 3.5% NaCl תוך שימוש בקיטוב פוטנטיודינמי מחזורי.בתמיסה של 3.5% משקל של NaCl, נמצאו סימני גלילה על שתי לוחות הפלדה שנחקרו.לפלדת UNS S31803 יש פוטנציאל קורוזיה (Ecorr), פוטנציאל פיתול (Epit) ועמידות לקיטוב (Rp) גבוה יותר מאשר פלדת UNS S32304.לפלדת UNS S31803 יש רזרביות גבוהה יותר מפלדת UNS S32304.על פי מחקר של Jiang et al.[21], שיא ההפעלה מחדש המקביל לפאזה הכפולה (פאזה אוסטניט ופריט) של נירוסטה דופלקסית כולל עד 65% מהרכב הפריט, וצפיפות זרם ההפעלה מחדש של פריט עולה עם הגדלת זמן הטיפול בחום.זה ידוע היטב שהשלבים האוסטניטיים והפריטיים מציגים תגובות אלקטרוכימיות שונות בפוטנציאלים אלקטרוכימיים שונים21,22,23,24.Abdo et al.25 השתמשו במדידות פוטנציודיינמיות של ספקטרוסקופיה קיטוב וספקטרוסקופיה עכבה אלקטרוכימית כדי לחקור את הקורוזיה הנגרמת אלקטרוכימית של סגסוגת 2205 DSS מרותכת בלייזר במי ים מלאכותיים (3.5% NaCl) בתנאים של חומציות ובסיסיות משתנות.נצפתה קורוזיה בבור על המשטחים החשופים של דגימות ה-DSS שנבדקו.בהתבסס על ממצאים אלו, נקבע כי קיים קשר פרופורציונלי בין ה-pH של המדיום הממיס לבין ההתנגדות של הסרט הנוצר בתהליך העברת המטען, אשר משפיע ישירות על היווצרות הבור והמפרט שלו.מטרת מחקר זה הייתה להבין כיצד הרכב אלקטרודות ריתוך שפותח לאחרונה משפיע על השלמות המכנית והעמידה בפני שחיקה של DSS 2205 מרותך בסביבת 3.5% NaCl.
מינרלי השטף (המרכיבים) ששימשו בתכשירי ציפוי האלקטרודות היו סידן קרבונט (CaCO3) ממחוז Obajana, מדינת קוגי, ניגריה, סידן פלואוריד (CaF2) ממדינת Taraba, ניגריה, סיליקון דו חמצני (SiO2), אבקת טלק (Mg3Si4O10(OH) ) )2) ורוטיל (TiO2) הושגו מג'וס, ניגריה, וקאולין (Al2(OH)4Si2O5) הושג מקנקרה, מדינת קצינה, ניגריה.אשלגן סיליקט משמש כחומר קלסר, הוא מתקבל מהודו.
כפי שמוצג בטבלה 1, התחמוצות המרכיבות נשקלו באופן עצמאי על מאזן דיגיטלי.לאחר מכן ערבב עם חומר מקשר אשלגן סיליקט (23% במשקל) במערבל חשמלי (דגם: 641-048) מבית Indian Steel and Wire Products Ltd (ISWP) למשך 30 דקות לקבלת משחה הומוגנית למחצה מוצקה.השטף המעורב הרטוב נלחץ לצורה גלילית ממכונת הלבנים ומוזן לתא האקסטרוזיה בלחץ של 80 עד 100 ק"ג/סמ"ר, ומתא הזנת החוטים מוזנים לתוך מכבש חוטי אל חלד בקוטר 3.15 מ"מ.השטף מוזרם דרך מערכת זרבובית/משטחים ומוזרקים לתוך המכבש כדי להוציא את האלקטרודות.התקבל מקדם כיסוי של 1.70 מ"מ, כאשר מקדם הכיסוי מוגדר כיחס בין קוטר האלקטרודה לקוטר הגדיל.לאחר מכן יובשו האלקטרודות המצופות באוויר למשך 24 שעות ולאחר מכן סוללו בכבשן מופל (דגם PH-248-0571/5448) ב-150-250 מעלות צלזיוס\(-\) למשך שעתיים.השתמש במשוואה כדי לחשב את הבסיסיות של הזרימה.(1) 26;
היציבות התרמית של דגימות השטף של הרכבים E1 ו-E2 נקבעה באמצעות אנליזה תרמו-גרבימטרית (TGA).דגימה של כ-25.33 מ"ג של שטף הועמסה ל-TGA לצורך ניתוח.הניסויים בוצעו במדיום אינרטי המתקבל על ידי זרימה רציפה של N2 בקצב של 60 מ"ל לדקה.המדגם חומם מ-30°C ל-1000°C בקצב חימום של 10°C/דקה.בעקבות השיטות שהוזכרו על ידי Wang et al.27, Xu et al.28 ו-Dagwa et al.29, פירוק תרמי וירידה במשקל של הדגימות בטמפרטורות מסוימות הוערכו מחלקות TGA.
עבדו שתי לוחות DSS בגודל 300 x 60 x 6 מ"מ להכנה להלחמה.חריץ ה-V תוכנן עם מרווח שורש של 3 מ"מ, חור שורש של 2 מ"מ וזווית חריץ של 60°.לאחר מכן הצלחת נשטפה באציטון כדי להסיר מזהמים אפשריים.לרתך את הלוחות באמצעות רתך קשת מתכת מוגן (SMAW) עם קוטביות חיובית של אלקטרודה ישר (DCEP) באמצעות אלקטרודות מצופות (E1 ו-E2) ואלקטרודת ייחוס (C) בקוטר של 3.15 מ"מ.עיבוד פריקה חשמלית (EDM) (דגם: Excetek-V400) שימש לעיבוד דגימות פלדה מרותכות לבדיקות מכניות ואפיון קורוזיה.טבלה 2 מציגה את הקוד והתיאור לדוגמה, וטבלה 3 מציגה את פרמטרי פעולת הריתוך השונים המשמשים לריתוך לוח DSS.משוואה (2) משמשת לחישוב כניסת החום המתאימה.
באמצעות ספקטרומטר פליטה אופטי של Bruker Q8 MAGELLAN (OES) עם אורך גל של 110 עד 800 ננומטר ותוכנת מסד נתונים של SQL, נקבע ההרכב הכימי של חיבורי הריתוך של אלקטרודות E1, E2 ו-C, כמו גם דגימות של המתכת הבסיסית.משתמש בפער בין האלקטרודה לדגימת המתכת הנבדקת מייצר אנרגיה חשמלית בצורה של ניצוץ.דגימה של הרכיבים עוברת אידוי ומרוססת, ולאחר מכן עירור אטומי, אשר פולט לאחר מכן ספקטרום קו ספציפי31.לצורך ניתוח איכותי של המדגם, צינור הפוטו-מכפיל מודד את נוכחותו של ספקטרום ייעודי לכל אלמנט, כמו גם את עוצמת הספקטרום.לאחר מכן השתמש במשוואה כדי לחשב את מספר ההתנגדות המקבילה לבור (PREN).(3) יחס 32 ודיאגרמת המצב של WRC 1992 משמשים כדי לחשב את המקבילות לכרום ולניקל (Creq ו-Nieq) מהמשוואות.(4) ו-(5) הם 33 ו-34 בהתאמה;
שימו לב ש-PREN לוקח בחשבון רק את ההשפעה החיובית של שלושת היסודות העיקריים Cr, Mo ו-N, בעוד שגורם החנקן x הוא בטווח של 16-30.בדרך כלל, x נבחר מתוך הרשימה של 16, 20 או 30. במחקר על פלדות אל חלד דופלקסים, ערך ביניים של 20 משמש לרוב לחישוב ערכי PREN35,36.
חיבורים מרותכים שנעשו באמצעות אלקטרודות שונות נבדקו מתיחה במכונת בדיקה אוניברסלית (Instron 8800 UTM) בקצב מתח של 0.5 מ"מ/דקה בהתאם ל-ASTM E8-21.חוזק מתיחה (UTS), חוזק תפוקת גזירה של 0.2% (YS) והתארכות חושבו לפי ASTM E8-2137.
ריתוכים מסוג DSS 2205 טופחו לראשונה ולוטשו באמצעות גדלי גריסה שונים (120, 220, 320, 400, 600, 800, 1000 ו-1200) לפני ניתוח קשיות.דגימות מרותכות נעשו עם אלקטרודות E1, E2 ו-C. קשיות נמדדת בעשר (10) נקודות ממרכז הריתוך למתכת הבסיס במרווח של 1 מ"מ.
דיפרקטומטר רנטגן (D8 Discover, Bruker, גרמניה) מוגדר עם תוכנת Bruker XRD Commander לאיסוף נתונים וקרינת Cu-K-α מסוננת Fe באנרגיה של 8.04 keV המקבילה לאורך גל של 1.5406 Å וקצב סריקה של 3 ° טווח הסריקה (2θ) min-1 הוא 38 עד 103° עבור ניתוח פאזה עם אלקטרודות E1, E2 ו-C ו-BM הקיימות בריתכות DSS.שיטת החידוד של Rietveld שימשה לאינדקס שלבים מרכיבים באמצעות תוכנת MAUD שתוארה על ידי Lutterrotti39.בהתבסס על ASTM E1245-03, בוצע ניתוח מטאלוגרפי כמותי של תמונות מיקרוסקופיות של חיבורי הריתוך של אלקטרודות E1, E2 ו-C באמצעות תוכנת Image J40.התוצאות של חישוב חלק הנפח של השלב הפריט-אוסטניטי, ערכם הממוצע והסטייה ניתנות בטבלה.5. כפי שמוצג בתצורה לדוגמה באיור.6d, ניתוח מיקרוסקופיה אופטית (OM) בוצע על PM ומפרקים מרותכים עם אלקטרודות E1 ו-E2 כדי ללמוד את המורפולוגיה של הדגימות.הדוגמאות לוטשו בנייר זכוכית 120, 220, 320, 400, 600, 800, 1000, 1200, 1500 ו-2000 גריט סיליקון קרביד (SiC).לאחר מכן הדגימות נחרטו אלקטרוליטית בתמיסת חומצה אוקסלית מימית 10% בטמפרטורת החדר במתח של 5 וולט למשך 10 שניות והונחו על מיקרוסקופ אופטי LEICA DM 2500 M לאפיון מורפולוגי.ליטוש נוסף של המדגם בוצע באמצעות נייר 2500 גריט סיליקון קרביד (SiC) לניתוח SEM-BSE.בנוסף, החיבורים המרותכים נבדקו לגבי מבנה מיקרו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק פליטת שדה ברזולוציה גבוהה במיוחד (SEM) (FEI NOVA NANOSEM 430, ארה"ב) המצויד ב-EMF.דגימה בגודל 20 × 10 × 6 מ"מ נטחנה באמצעות ניירות זכוכית SiC שונים בגודל של 120 עד 2500. הדגימות נחרטו אלקטרוליטית ב-40 גרם של NaOH ו-100 מ"ל מים מזוקקים במתח של 5 V למשך 15 שניות, ולאחר מכן מותקן על מחזיק דגימה, הממוקם בתא SEM, לניתוח דגימות לאחר טיהור החדר בחנקן.אלומת אלקטרונים שנוצרת על ידי חוט טונגסטן מחומם יוצרת סורג על המדגם כדי לייצר תמונות בהגדלות שונות, ותוצאות EMF התקבלו בשיטות של Roche et al.41 ומוקובי 42 .
שיטת קיטוב פוטנטיודינמית אלקטרוכימית לפי ASTM G59-9743 ו-ASTM G5-1444 שימשה להערכת פוטנציאל השפלה של לוחות DSS 2205 מולחמים באלקטרודות E1, E2 ו-C בסביבת 3.5% NaCl.בדיקות אלקטרוכימיות בוצעו באמצעות מכשיר Potentiostat-Galvanostat/ZRA מבוקר מחשב (דגם: PC4/750, Gamry Instruments, ארה"ב).בדיקות אלקטרוכימיות בוצעו במערך בדיקה של שלוש אלקטרודות: DSS 2205 כאלקטרודת עבודה, אלקטרודת קלומלית רוויה (SCE) כאלקטרודת ייחוס ומוט גרפיט כאלקטרודת נגד.המדידות בוצעו באמצעות תא אלקטרוכימי, בו שטח הפעולה של התמיסה היה שטח האלקטרודה הפועלת 0.78 סמ"ר.המדידות בוצעו בין פוטנציאלים של -1.0 V ל-+1.6 V על OCP מיוצב מראש (ביחס ל-OCP) בקצב סריקה של 1.0 mV/s.
בדיקות טמפרטורה קריטיות של פיתול אלקטרוכימיים בוצעו ב-3.5% NaCl כדי להעריך את התנגדות הפיתול של ריתוכים שנעשו עם אלקטרודות E1, E2 ו-C.בבירור על פוטנציאל ה-pitting ב-PB (בין האזורים הפסיביים והטרנס-פאסיביים), ודגימות מרותכות עם E1, E2, אלקטרודות C. לכן, מדידות CPT מבוצעות כדי לקבוע במדויק את פוטנציאל ה-pitting של חומרים מתכלים לריתוך.בדיקות CPT נערכו בהתאם לדוחות ריתוך נירוסטה דופלקס45 ו-ASTM G150-1846.מכל אחת מהפלדות לריתוך (S-110A, E1-110A, E2-90A), נחתכו דגימות בשטח של 1 cm2, כולל אזורי הבסיס, הריתוך ו-HAZ.הדגימות לוטשו באמצעות נייר זכוכית ותמיסת אבקת אלומינה בגודל 1 מיקרון בהתאם להליכי הכנת דגימות מטאלוגרפיות סטנדרטיות.לאחר ההברקה, הדגימות נוקו באולטרסאונד באציטון למשך 2 דקות.תמיסת בדיקה של 3.5% NaCl נוספה לתא הבדיקה CPT והטמפרטורה הראשונית הותאמה ל-25°C באמצעות תרמוסטט (Neslab RTE-111).לאחר שהגיע לטמפרטורת הבדיקה הראשונית של 25 מעלות צלזיוס, גז Ar נשף למשך 15 דקות, לאחר מכן הונחו הדגימות בתא, וה-OCF נמדד למשך 15 דקות.לאחר מכן הדגימה עברה קיטוב על ידי הפעלת מתח של 0.3 וולט בטמפרטורה התחלתית של 25 מעלות צלזיוס, והזרם נמדד למשך 10 דקות45.התחל לחמם את התמיסה בקצב של 1 מעלות צלזיוס לדקה עד 50 מעלות צלזיוס.במהלך החימום של תמיסת הבדיקה, חיישן הטמפרטורה משמש לניטור רציף של טמפרטורת התמיסה ואחסון נתוני זמן וטמפרטורה, והפוטנטיוסטט/גלבנוסטאט משמש למדידת הזרם.אלקטרודת גרפיט שימשה כאלקטרודת הנגד, וכל הפוטנציאלים נמדדו ביחס לאלקטרודת הייחוס Ag/AgCl.טיהור ארגון בוצע לאורך כל הבדיקה.
על איור.1 מציג את ההרכב (באחוז משקל) של רכיבי השטף F1 ו-F2 המשמשים לייצור אלקטרודות אלקליות (E1) וחומציות (E2), בהתאמה.מדד הבסיסיות של השטף משמש לניבוי התכונות המכניות והמתכותיות של מפרקים מרותכים.F1 הוא מרכיב השטף המשמש לציפוי האלקטרודות E1, הנקרא שטף אלקליין מכיוון שהאינדקס הבסיסי שלו הוא > 1.2 (כלומר 2.40), ו-F2 הוא השטף המשמש לציפוי אלקטרודות E2, הנקרא שטף חומצה בשל בסיסיותו אינדקס < 0.9 (כלומר 2.40).0.40).ברור שלאלקטרודות המצופות בשטפים בסיסיים ברוב המקרים יש תכונות מכניות טובות יותר מאלקטרודות המצופות בשטפים חומציים.מאפיין זה הוא פונקציה של הדומיננטיות של התחמוצת הבסיסית במערכת הרכב השטף עבור אלקטרודה E1.להיפך, הסרת הסיגים (ההפרדה) והנתזים הנמוכים שנצפו במפרקים מרותכים באלקטרודות E2 אופייניות לאלקטרודות בעלות ציפוי שטף חומצי עם תכולה גבוהה של רוטיל.תצפית זו עולה בקנה אחד עם הממצאים של Gill47 כי ההשפעה של תכולת הרוטיל על ניתוק הסיגים והנתזים הנמוכים של אלקטרודות מצופות שטף חומצה תורמות להקפאת סיגים מהירה.קאולין במערכת השטף המשמשת לציפוי אלקטרודות E1 ו-E2 שימשה כחומר סיכה, ואבקת טלק שיפרה את יכולת היציאה של האלקטרודות.קלסרי אשלגן סיליקט במערכות שטף תורמים להצתה טובה יותר בקשת ויציבות ביצועים, ובנוסף לתכונות ההדבקה שלהם, משפרים את הפרדת הסיגים במוצרים מרותכים.מכיוון ש-CaCO3 הוא שובר נטו (שובר סיגים) בשטף ונוטה ליצור עשן רב במהלך הריתוך עקב פירוק תרמי ל-CaO וכ-44% CO2, TiO2 (כבונה נטו/יוצר סיגים) עוזר להפחית את הכמות של עשן במהלך ריתוך.ריתוך ובכך לשפר את ניתוק הסיגים כפי שהוצע על ידי Jing et al.48.פלואור שטף (CaF2) הוא שטף אגרסיבי מבחינה כימית המשפר את ניקיון ההלחמה.Jastrzębska et al.49 דיווחו על השפעת הרכב הפלואוריד של הרכב השטף הזה על תכונות ניקיון הריתוך.בדרך כלל, שטף מתווסף לאזור הריתוך כדי לשפר את יציבות הקשת, להוסיף אלמנטים מתגזרים, לבנות סיגים, להגביר את הפרודוקטיביות ולשפר את איכות בריכת הריתוך 50.
עקומות TGA-DTG המוצגות באיורים.2a ו-2b מציגים ירידה במשקל תלת שלבים בחימום בטווח הטמפרטורות של 30-1000 מעלות צלזיוס באווירת חנקן.התוצאות באיורים 2a ו-b מראות כי עבור דגימות שטף בסיסי וחומצי, עקומת ה-TGA צונחת ישר למטה עד שהיא הופכת לבסוף מקבילה לציר הטמפרטורה, בסביבות 866.49 מעלות צלזיוס ו-849.10 מעלות צלזיוס בהתאמה.ירידה במשקל של 1.30% ו-0.81% בתחילת עקומות ה-TGA באיור 2a ו-2b נובעת מלחות שנספגת על ידי מרכיבי השטף, כמו גם אידוי והתייבשות של לחות פני השטח.הפירוקים העיקריים של דגימות של השטף הראשי בשלב השני והשלישי באיור.2a התרחש בטווחי הטמפרטורות 619.45°C–766.36°C ו-766.36°C–866.49°C, ואחוז הירידה במשקל שלהם היה 2.84 ו-9.48%., בהתאמה.בעוד שלדגימות השטף החומצי באיור 7b, שהיו בטווחי הטמפרטורות של 665.23°C–745.37°C ו-745.37°C–849.10°C, אחוז הירידה במשקל שלהם היה 0.81 ו-6.73%, בהתאמה, אשר יוחסה ל פירוק תרמי.מכיוון שמרכיבי השטף הם אנאורגניים, החומרים הנדיפים מוגבלים לתערובת השטף.לכן, צמצום וחמצון הם נוראיים.זה תואם את התוצאות של Balogun et al.51, Kamli et al.52 ו-Adeleke et al.53.סכום אובדן המסה של דגימת השטף שנצפה באיור.2a ו-2b הם 13.26% ו-8.43%, בהתאמה.פחות אובדן מסה של דגימות שטף באיור.2b נובע מנקודות ההיתוך הגבוהות של TiO2 ו- SiO2 (1843 ו-1710 מעלות צלזיוס בהתאמה) בתור התחמוצות העיקריות המרכיבות את תערובת השטף54,55, בעוד שלTiO2 ו- SiO2 יש נקודות התכה נמוכות יותר.נקודת התכה תחמוצת ראשונית: CaCO3 (825 מעלות צלזיוס) בדגימת השטף באיור.2a56.שינויים אלה בנקודת ההיתוך של תחמוצות ראשוניות בתערובות שטף מדווחים היטב על ידי Shi et al.54, Ringdalen et al.55 ו-Du et al.56.בהתבוננות בירידה מתמשכת במשקל באיור 2a ו-2b, ניתן להסיק שדגימות השטף המשמשות בציפוי האלקטרודות E1 ו-E2 עוברות פירוק בשלב אחד, כפי שהציע Brown57.ניתן לראות את טווח הטמפרטורות של התהליך מהעקומות הנגזרות (wt%) באיור.2א ו-ב.מאחר שעקומת ה-TGA אינה יכולה לתאר במדויק את הטמפרטורה הספציפית שבה מערכת השטף עוברת שינוי פאזה והתגבשות, נגזרת ה-TGA משמשת לקביעת ערך הטמפרטורה המדויק של כל תופעה (שינוי פאזה) כשיא אנדותרמי להכנת מערכת השטף.
עקומות TGA-DTG המציגות פירוק תרמי של (א) שטף אלקליני עבור ציפוי אלקטרודות E1 ו-(ב) שטף חומצי עבור ציפוי אלקטרודות E2.
טבלה 4 מציגה את התוצאות של ניתוח ספקטרופוטומטרי וניתוח SEM-EDS של מתכת בסיס DSS 2205 וריתוכים שנעשו באמצעות אלקטרודות E1, E2 ו-C.E1 ו-E2 הראו שתכולת הכרום (Cr) ירדה בחדות ל-18.94 ו-17.04%, ותכולת המוליבדן (Mo) הייתה 0.06 ו-0.08%, בהתאמה.הערכים של ריתוכים עם אלקטרודות E1 ו-E2 נמוכים יותר.זה תואם מעט את ערך ה-PREN המחושב עבור השלב הפריטי-אוסטניטי מניתוח SEM-EDS.לכן, ניתן לראות כי בור מתחיל בשלב עם ערכי PREN נמוכים (ריתוכים מ-E1 ו-E2), בעיקרון כפי שמתואר בטבלה 4. זה מעיד על דלדול ואפשרות משקעים של הסגסוגת בריתוך.לאחר מכן, ההפחתה בתכולת אלמנטי סגסוגת Cr ו-Mo בריתכות המיוצרות באמצעות אלקטרודות E1 ו-E2 וערכי השווי הנמוכים שלהם (PREN) מוצגים בטבלה 4, מה שיוצר בעיה בשמירה על התנגדות בסביבות אגרסיביות, במיוחד בסביבות כלוריד.-סביבה מכילה.ייתכן שתכולת הניקל (Ni) הגבוהה יחסית של 11.14% והמגבלה המותרת של תכולת מנגן במפרקים המרותכים של האלקטרודות E1 ו-E2 השפיעו לטובה על התכונות המכניות של ריתוכים המשמשים בתנאים המדמים מי ים (איור 3). ).נעשו באמצעות עבודתם של Yuan ו-Oy58 ו-Jing et al.48 על ההשפעה של קומפוזיציות ניקל ומנגן גבוהות על שיפור התכונות המכניות של מבנים מרותכים DSS בתנאי הפעלה קשים.
תוצאות בדיקת מתיחה עבור (א) UTS ו-0.2% צניחת YS ו-(ב) התארכות אחידה ומלאה וסטיות התקן שלהן.
תכונות החוזק של חומר הבסיס (BM) והמפרקים המרותכים העשויים מהאלקטרודות שפותחו (E1 ו-E2) ואלקטרודה זמינה מסחרית (C) הוערכו בשני זרמי ריתוך שונים של 90 A ו-110 A. 3(a) ו (ב) הצג UTS, YS עם היסט של 0.2%, יחד עם נתוני ההתארכות וסטיית התקן שלהם.תוצאות UTS ו-YS קיזזו בשיעור של 0.2% שהתקבלו מאיורים.3a מציגים את הערכים האופטימליים עבור מדגם מס.1 (BM), מדגם מס.3 (ריתוך E1), מדגם מס.5 (ריתוך E2) ומדגם מס.6 (ריתוכים עם C) הם 878 ו-616 MPa, 732 ו-497 MPa, 687 ו-461 MPa ו-769 ו-549 MPa, בהתאמה, וסטיות התקן שלהם.מתוך איור.110 A) הן דגימות הממוספרות 1, 2, 3, 6 ו-7, בהתאמה, עם תכונות מתיחה מינימליות מומלצות העולה על 450 MPa בבדיקת מתיחה ו-620 MPa בבדיקת מתיחה שהוצעה על ידי Grocki32.ההתארכות של דגימות ריתוך עם אלקטרודות E1, E2 ו-C, המיוצגות על ידי דגימות מס' 2, מס' 3, מס' 4, מס' 5, מס' 6 ומס' 7, בזרמי ריתוך של 90 A ו- 110 A, בהתאמה, משקף פלסטיות ויושר.ביחס למתכות בסיסיות.ההתארכות התחתונה הוסברה על ידי פגמי ריתוך אפשריים או הרכב שטף האלקטרודה (איור 3b).ניתן להסיק כי BM דופלקס נירוסטה וחיבורים מרותכים עם אלקטרודות E1, E2 ו-C באופן כללי הם בעלי תכונות מתיחה גבוהות יותר באופן משמעותי בשל תכולת הניקל הגבוהה יחסית שלהם (טבלה 4), אך תכונה זו נצפתה בחיבורים מרותכים.E2 פחות יעיל מתקבל מההרכב החומצי של השטף.Gunn59 הדגים את ההשפעה של סגסוגות ניקל על שיפור התכונות המכניות של המפרקים המרותכים ושליטה בשיווי המשקל בשלבים ובחלוקת האלמנטים.זה שוב מאשר את העובדה שלאלקטרודות העשויות מהרכבי שטף בסיסיים יש תכונות מכניות טובות יותר מאלקטרודות העשויות מתערובות שטף חומצי, כפי שהוצע על ידי Bang et al.60.לפיכך, ניתנה תרומה משמעותית לידע הקיים אודות תכונות המפרק המרותך של האלקטרודה המצופה החדשה (E1) בעלת תכונות מתיחה טובות.
על איור.איורים 4a ו-4b מציגים את מאפייני המיקרו-קשיות של Vickers של דגימות ניסיוניות של חיבורים מרותכים של אלקטרודות E1, E2 ו-C. 4a מציג את תוצאות הקשיות שהתקבלו מכיוון אחד של המדגם (מ-WZ ל-BM), ובאיור.4b מציג את תוצאות הקשיות שהתקבלו משני צידי המדגם.ערכי הקשיות המתקבלים במהלך ריתוך של דגימות מס' 2, 3, 4 ו- 5, שהן חיבורים מרותכים עם אלקטרודות E1 ו-E2, יכולים להיות בגלל המבנה הגס של גרגירים במהלך התמצקות במחזורי ריתוך.עלייה חדה בקשיות נצפתה הן ב-HAZ גס-גרגר וגם ב-HAZ-עדין של כל הדגימות מס' 2-7 (ראה קודים לדוגמה בטבלה 2), אשר ניתן להסביר על ידי שינוי אפשרי במבנה המיקרו של הריתוך כתוצאה מדגימות ריתוך בכרום עשירים בפליטות (Cr23C6).בהשוואה לדגימות ריתוך אחרות 2, 3, 4 ו- 5, ערכי הקשיות של המפרקים המרותכים של דגימות מס' 6 ו- 7 באיורים.4a ו-4b לעיל (טבלה 2).על פי Mohammed et al.61 ו- Nowacki ו-Lukoje62, ייתכן שהדבר נובע מערך הפריט δ הגבוה וממתחים שיוריים המושרים בריתוך, כמו גם דלדול של אלמנטים סגסוגים כגון Mo ו-Cr בריתוך.ערכי הקשיות של כל דגימות הניסוי הנחשבות באזור BM נראים עקביים.המגמה בתוצאות של ניתוח קשיות של דגימות מרותכות תואמת את המסקנות של חוקרים אחרים61,63,64.
ערכי קשיות של חיבורים מרותכים של דגימות DSS (א) חצי קטע של דגימות מרותכות ו-(ב) קטע מלא של חיבורים מרותכים.
השלבים השונים הקיימים ב-DSS 2205 המרותך עם אלקטרודות E1, E2 ו-C התקבלו וספקטרום ה-XRD עבור זווית העקיפה 2\(\theta\) מוצגים באיור 5. פסגות של אוסטניט (\(\gamma\) ) ושלבי פריט (\(\alpha\)) זוהו בזוויות עקיפה של 43° ו-44°, מה שמאשר באופן סופי שהרכב הריתוך הוא דו-פאזי מפלדת אל חלד 65.ש-DSS BM מציג רק שלבים אוסטניטיים (\(\gamma\)) ו-Ferritic (\(\alpha\)), המאשרים את התוצאות המיקרו-סטרוקטורליות המוצגות באיורים 1 ו-2. 6c, 7c ו-9c.הפאזה הפריטית (\(\alpha\)) שנצפה עם DSS BM והשיא הגבוה בריתוך לאלקטרודה C מעידים על עמידות הקורוזיה שלו, שכן שלב זה נועד להגביר את עמידות הקורוזיה של הפלדה, כפי שעשו דייוויסון ורדמונד66 נאמר, נוכחותם של אלמנטים מייצבי פריט, כגון Cr ו-Mo, מייצבת למעשה את הסרט הפסיבי של החומר בסביבות המכילות כלוריד.טבלה 5 מציגה את השלב הפריט-אוסטניטי באמצעות מטאלוגרפיה כמותית.היחס בין חלק הנפח של השלב הפריט-אוסטניטי במפרקים המרותכים של האלקטרודה C מושג בקירוב (≈1:1).הרכב הפאזה הנמוך של פריט (\(\alpha\)) של ריתוכים באמצעות אלקטרודות E1 ו-E2 בתוצאות שבר הנפח (טבלה 5) מצביע על רגישות אפשרית לסביבה קורוזיבית, אשר אושרה על ידי ניתוח אלקטרוכימי.אושר (איור 10a,b)), שכן שלב הפריט מספק חוזק גבוה והגנה מפני פיצוח קורוזיה הנגרמת על ידי כלוריד.זה אושר עוד יותר על ידי ערכי הקשיות הנמוכים שנצפו בריתוכים של האלקטרודות E1 ו-E2 באיור.4a,b, אשר נגרמים על ידי שיעור נמוך של פריט במבנה הפלדה (טבלה 5).נוכחותם של פאזות אוסטניטיות (\(\gamma\)) ופרוריטיות (\(\alpha\)) לא מאוזנות במפרקים מרותכים באמצעות אלקטרודות E2 מצביעה על הפגיעות בפועל של פלדה להתקפת קורוזיה אחידה.להיפך, ספקטרום ה-XPA של פלדות דו-פאזיות של חיבורים מרותכים עם אלקטרודות E1 ו-C, יחד עם התוצאות של BM, מצביעים בדרך כלל על נוכחותם של אלמנטים מייצבים אוסטניטיים ופריטיים, מה שהופך את החומר לשימושי בבנייה ובתעשייה הפטרוכימית. , כי טען Jimenez et al.65;Davidson & Redmond66;שמאנט ואחרים67.
מיקרוגרמים אופטיים של חיבורים מרותכים של אלקטרודות E1 עם גיאומטריות ריתוך שונות: (א) HAZ המציג את קו ההיתוך, (ב) HAZ המציג את קו ההיתוך בהגדלה גבוהה יותר, (ג) BM לשלב הפריטי-אוסטניטי, (ד) גיאומטריית ריתוך , (ה) מראה את אזור המעבר הסמוך, (ו) HAZ מציג את השלב הפריטי-אוסטניטי בהגדלה גבוהה יותר, (ז) אזור הריתוך מציג את השלב הפריטי-אוסטניטי שלב המתיחה.
מיקרוגרמים אופטיים של ריתוך אלקטרודות E2 בגיאומטריות ריתוך שונות: (א) HAZ המציג את קו ההיתוך, (ב) HAZ המציג את קו ההיתוך בהגדלה גבוהה יותר, (ג) BM לשלב הפריט-אוסטניטי, (ד) גיאומטריית ריתוך, (ה) ) המראה את אזור המעבר בסביבה, (ו) HAZ המראה את השלב הפריטי-אוסטניטי בהגדלה גבוהה יותר, (ז) אזור הריתוך המראה את השלב הפריטי-אוסטניטי.
איורים 6a-c וכן, למשל, מציגים את המבנה המטאלוגרפי של מפרקי DSS מרותכים באמצעות אלקטרודה E1 בגיאומטריות ריתוך שונות (איור 6d), המציינים היכן צולמו המיקרוגרפים האופטיים בהגדלות שונות.על איור.6a, b, f - אזורי מעבר של מפרקים מרותכים, המדגימים את מבנה שיווי המשקל הפאזי של פריט-אוסטניט.איורים 7a-c ולדוגמה גם מציגים את ה-OM של מפרק DSS מרותך באמצעות אלקטרודה E2 בגיאומטריות ריתוך שונות (איור 7d), המייצגות את נקודות ניתוח ה-OM בהגדלות שונות.על איור.7a,b,f מציגים את אזור המעבר של מפרק מרותך בשיווי משקל פריטי-אוסטניטי.OM באזור הריתוך (WZ) מוצג באיור.1 ואיור.2. ריתוכים לאלקטרודות E1 ו-E2 6g ו-7g, בהתאמה.OM על BM מוצג באיורים 1 ו-2. באיור.6c, e ו-7c, e מציגים את המקרה של חיבורים מרותכים עם אלקטרודות E1 ו-E2, בהתאמה.האזור הבהיר הוא השלב האוסטניט והאזור השחור הכהה הוא שלב הפריט.שיווי משקל בשלבים באזור מושפע החום (HAZ) ליד קו ההיתוך הצביע על היווצרות של משקעי Cr2N, כפי שמוצג בצילומי המיקרו של SEM-BSE באיורים.8a,b ומאושר באיור.9א,ב.נוכחות של Cr2N נצפתה בשלב הפריט של הדגימות באיורים.8a,b ומאושר על ידי ניתוח נקודות SEM-EMF ודיאגרמות קו EMF של חלקים מרותכים (איור 9a-b), נובע מטמפרטורת חום הריתוך הגבוהה יותר.מחזור הדם מאיץ את החדרת הכרום והחנקן, שכן טמפרטורה גבוהה ברתך מגבירה את מקדם הדיפוזיה של חנקן.תוצאות אלו תומכות במחקרים של Ramirez et al.68 ו-Herenyu et al.69 המראים שללא קשר לתכולת החנקן, Cr2N מושקע בדרך כלל על גרגרי פריט, גבולות גרגרים וגבולות α/\(\gamma\), כפי שהוצע גם על ידי חוקרים אחרים.70.71.
(א) ניתוח SEM-EMF נקודתי (1, 2 ו-3) של מפרק מרותך עם E2;
המורפולוגיה של פני השטח של דגימות מייצגות וה-EMF התואמים להן מוצגות באיורים.10a–c.על איור.איורים 10a ו-10b מציגים מיקרוגרפי SEM וספקטרום EMF שלהם של מפרקים מרותכים באמצעות אלקטרודות E1 ו-E2 באזור הריתוך, בהתאמה, ובאיור.10c מציג מיקרוגרפי SEM וספקטרום EMF של OM המכילים אוסטניט (\(\gamma\)) ופריט (\(\alpha\)) שלבים ללא משקעים.כפי שמוצג בספקטרום ה-EDS באיור 10a, אחוז Cr (21.69 משקל%) ו-Mo (2.65 משקל%) לעומת 6.25% משקל Ni נותן תחושה של האיזון המקביל של השלב הפריט-אוסטניטי.מיקרו-מבנה עם הפחתה גבוהה בתכולת הכרום (15.97 משקל) ומוליבדן (1.06 משקל) בהשוואה לתכולה גבוהה של ניקל (10.08 משקל) במיקרו-מבנה של המפרק המרותך של אלקטרודה E2, המוצג ב- תאנה.1. השווה.ספקטרום EMF 10b.הצורה החוטית עם מבנה אוסטניטי עדין יותר נראה ב-WZ המוצג באיור.10b מאשר את הדלדול האפשרי של היסודות המפרישים (Cr ו-Mo) ברתוך ואת המשקעים של כרום ניטריד (Cr2N) - השלב האוסטניטי.התפלגות חלקיקי המשקעים לאורך הגבולות של השלב האוסטניטי (\(\gamma\)) והפריטי (\(\alpha\)) של מפרקי DSS מרותכים מאשרת הצהרה זו72,73,74.זה גם מביא לביצועי הקורוזיה הירודים שלו, שכן Cr נחשב למרכיב העיקרי ליצירת סרט פסיבי המשפר את עמידות הקורוזיה המקומית של פלדה 59,75 כפי שמוצג באיור 10b.ניתן לראות שה-BM במיקרוגרף SEM באיור 10c מראה עידון דגנים חזק שכן תוצאות ספקטרום ה-EDS שלו מראות Cr (23.32 wt%), Mo (3.33 wt%) ו-Ni (6.32 wt).% תכונות כימיות טובות.%) כאלמנט סגסוג חשוב לבדיקת מיקרו-מבנה שיווי המשקל של השלב הפריט-אוסטניטי של מבנה DSS76.תוצאות הניתוח הספקטרוסקופי הקומפוזיציוני של המפרקים המרותכים של האלקטרודה E1 מצדיקות את השימוש בה בבנייה ובסביבות מעט אגרסיביות, מכיוון שהיוצרים האוסטניטים ומייצבי הפריט במיקרו-מבנה עומדים בתקן DSS AISI 220541.72 לחיבורים מרותכים, 77.
מיקרוגרפי SEM של מפרקים מרותכים, כאשר (א) לאלקטרודה E1 של אזור הריתוך יש ספקטרום EMF, (ב) לאלקטרודה E2 של אזור הריתוך יש ספקטרום EMF, (ג) ל-OM יש ספקטרום EMF.
בפועל, נצפתה כי ריתוך DSS מתמצק במצב פריטי מלא (F-mode), כאשר גרעיני אוסטניט מתגלעים מתחת לטמפרטורת הסולבוס הפרריטית, אשר תלויה בעיקר ביחס המקביל של כרום לניקל (Creq/Nieq) (> 1.95 מהווה מצב F) כמה חוקרים שמו לב להשפעה זו של פלדה בשל יכולת הדיפוזיה החזקה של Cr ו-Mo כאלמנטים יוצרי פריט בשלב הפריט8078,79.ברור ש-DSS 2205 BM מכיל כמות גבוהה של Cr ו-Mo (המראה Creq גבוה יותר), אך יש לו תכולת Ni נמוכה יותר מאשר הריתוך עם אלקטרודות E1, E2 ו-C, מה שתורם ליחס Creq/Nieq גבוה יותר.הדבר ניכר גם במחקר הנוכחי, כפי שמוצג בטבלה 4, שם נקבע יחס Creq/Nieq עבור DSS 2205 BM מעל 1.95.ניתן לראות כי ריתוכים עם אלקטרודות E1, E2 ו-C מתקשות במצב אוסטניטי-פריטי (מצב AF), מצב אוסטניטי (מצב A) ומצב פריטי-אוסטניטי, בהתאמה, בגלל התכולה הגבוהה יותר של מצב בתפזורת (מצב FA) .), כפי שמוצג בטבלה 4, התוכן של Ni, Cr ו-Mo בריתוך קטן, מה שמצביע על כך שיחס Creq/Nieq נמוך מזה של BM.לפריט העיקרי בריתכות האלקטרודות E2 היה מורפולוגיה של פריט ורמיקולרי ויחס ה-Creq/Nieq שנקבע היה 1.20 כמתואר בטבלה 4.
על איור.11a מציג פוטנציאל מעגל פתוח (OCP) לעומת זמן עבור מבנה פלדה AISI DSS 2205 בתמיסת NaCl 3.5%.ניתן לראות שעקומת ה-ORP עוברת לכיוון פוטנציאל חיובי יותר, מה שמצביע על הופעת סרט פסיבי על פני דגימת המתכת, ירידה בפוטנציאל מצביעה על קורוזיה כללית, ופוטנציאל כמעט קבוע לאורך זמן מצביע על היווצרות של סרט פסיבי לאורך זמן., פני השטח של הדגימה יציב ויש לו Sticky 77. הקימורים מתארים את מצעי הניסוי בתנאים יציבים עבור כל הדגימות באלקטרוליט המכיל 3.5% תמיסת NaCl, למעט מדגם 7 (חיבור ריתוך עם אלקטרודה C), מה שמראה מעט חוסר יציבות.ניתן להשוות את חוסר היציבות הזו לנוכחות של יוני כלוריד (Cl-) בתמיסה, שיכולים להאיץ מאוד את תגובת הקורוזיה, ובכך להגביר את מידת הקורוזיה.תצפיות במהלך סריקת OCP ללא פוטנציאל מיושם הראו כי Cl בתגובה יכול להשפיע על ההתנגדות והיציבות התרמודינמית של הדגימות בסביבות אגרסיביות.מא ועוד.81 ו- Lotho et al.5 אישרה את הטענה ש-Cl- ממלא תפקיד בהאצת השפלה של סרטים פסיביים על מצעים, ובכך תורם לבלאי נוסף.
ניתוח אלקטרוכימי של הדגימות שנחקרו: (א) התפתחות ה-RSD בהתאם לזמן ו-(ב) קיטוב פוטנציודינמי של הדגימות בתמיסת NaCl 3.5%.
על איור.11b מציג ניתוח השוואתי של עקומות הקיטוב הפוטנציודיינמיות (PPC) של מפרקים מרותכים של אלקטרודות E1, E2 ו-C בהשפעת תמיסה של 3.5% NaCl.דגימות BM מרותכות ב-PPC ובתמיסת 3.5% NaCl הראו התנהגות פסיבית.טבלה 5 מציגה את פרמטרי הניתוח האלקטרוכימי של הדגימות שהתקבלו מעקומות ה-PPC, כגון Ecorr (פוטנציאל קורוזיה) ו-Epit (פוטנציאל קורוזיה) והסטיות הנלוות אליהם.בהשוואה לדגימות אחרות מס' 2 ומס' 5, מרותכות באלקטרודות E1 ו-E2, דגימות מס' 1 ו-7 (BM ומפרקים מרותכים עם אלקטרודה C) הראו פוטנציאל גבוה לקורוזיה של בור בתמיסת NaCl (איור 11b) ).המאפיינים הפסיבטיביים הגבוהים יותר של הראשונים בהשוואה לאחרונים נובעים מהאיזון של ההרכב המיקרו-מבני של הפלדה (שלבים אוסטניטיים ופריטיים) וריכוז האלמנטים המתגזרים.בשל נוכחותם של שלבים פריטיים ואוסטניטיים במבנה המיקרו, Resendea et al.82 תמכו בהתנהגות הפסיבית של DSS במדיה אגרסיבית.הביצועים הנמוכים של דגימות מרותכות באלקטרודות E1 ו-E2 יכולות להיות קשורות לדלדול של מרכיבי הסגסוג העיקריים, כגון Cr ו-Mo, באזור הריתוך (WZ), מכיוון שהם מייצבים את שלב הפריט (Cr ו-Mo), פועלים כמו passivators סגסוגות בשלב האוסטניטי של פלדות מחומצנות.ההשפעה של אלמנטים אלו על עמידות הבור גדולה יותר בשלב האוסטניטי מאשר בשלב הפריטי.מסיבה זו, הפאזה הפריטית עוברת פסיבציה מהר יותר מהפאזה האוסטניטית הקשורה לאזור הפסיבציה הראשון של עקומת הקיטוב.לאלמנטים אלו יש השפעה משמעותית על התנגדות הפיתול של DSS בשל ההתנגדות הגבוהה יותר לבורים בשלב האוסטניטי בהשוואה לשלב הפריטי.לכן, הפסיבציה המהירה של שלב הפריט גבוהה ב-81% מזו של שלב האוסטניט.למרות שלתמיסת Cl-in יש השפעה שלילית חזקה על יכולת הפסיבציה של סרט הפלדה83.כתוצאה מכך, היציבות של הסרט הפסיבטיבי של המדגם תופחת מאוד84.מתוך טבלה.6 גם מראה שפוטנציאל הקורוזיה (Ecorr) של חיבורים מרותכים עם אלקטרודה E1 הוא מעט פחות יציב בתמיסה בהשוואה לחיבורים מרותכים עם אלקטרודה E2.זה מאושר גם על ידי הערכים הנמוכים של קשיות הריתוכים באמצעות אלקטרודות E1 ו-E2 באיור.4a,b, אשר נובע מהתכולה הנמוכה של פריט (טבלה 5) והתכולה הנמוכה של כרום ומוליבדן (טבלה 4) במבנה הפלדה העשוי ממנו.ניתן להסיק שעמידות הקורוזיה של פלדות בסביבה הימית המדומה עולה עם ירידה בזרם הריתוך ויורדת עם תכולת Cr ו-Mo נמוכה ותכולת פריט נמוכה.הצהרה זו עולה בקנה אחד עם מחקר של Salim et al.85 על השפעת פרמטרי ריתוך כגון זרם ריתוך על שלמות הקורוזיה של פלדות מרותכות.כאשר כלוריד חודר לפלדה באמצעים שונים כגון ספיגה נימית ודיפוזיה, נוצרים בורות (קורוזיה בבור) בעלי צורה ועומק לא אחידים.המנגנון שונה באופן משמעותי בתמיסות pH גבוהות יותר בהן קבוצות הסביבה (OH-) פשוט נמשכות אל פני הפלדה, מייצבות את הסרט הפסיבי ומספקות הגנה נוספת למשטח הפלדה25,86.העמידות הטובה ביותר בפני קורוזיה של דגימות מס' 1 ו-7 נובעת בעיקר מהימצאות במבנה הפלדה של כמות גדולה של δ-פריט (טבלה 5) וכמות גדולה של Cr ו-Mo (טבלה 4), שכן רמת קורוזיה בבור קיימת בעיקר בפלדה, מרותכת בשיטת DSS, במבנה האוסטניטי של החלקים.לפיכך, ההרכב הכימי של הסגסוגת ממלא תפקיד מכריע בביצועי הקורוזיה של המפרק המרותך87,88.בנוסף, נצפה כי הדגימות המרותכות באמצעות האלקטרודות E1 ו-C במחקר זה הראו ערכי Ecorr נמוכים יותר מעקומות ה-PPC מאשר אלו שהולחמו באמצעות האלקטרודה E2 מעיקומי OCP (טבלה 5).לכן, אזור האנודה מתחיל בפוטנציאל נמוך יותר.שינוי זה נובע בעיקר מהייצוב החלקי של שכבת הפסיבציה הנוצרת על פני הדגימה והקיטוב הקתודי המתרחש לפני השגת ייצוב מלא של OCP89.על איור.12a ו-b מציגים תמונות פרופיל אופטי תלת-ממד של דגימות שעברו חלודה בניסוי בתנאי ריתוך שונים.ניתן לראות כי גודל קורוזית הבור של הדגימות גדל עם פוטנציאל קורוזיית הבור התחתון שנוצר על ידי זרם הריתוך הגבוה של 110 A (איור 12b), בהשוואה לגודל קורוזית הבור המתקבל עבור ריתוכים עם יחס זרם ריתוך נמוך יותר של 90 א' (איור 12א).זה מאשר את הטענה של Mohammed90 כי להקות החלקה נוצרות על פני השטח של הדגימה כדי להרוס את סרט הפסיבציה של פני השטח על ידי חשיפת המצע לתמיסת 3.5% NaCl כך שהכלוריד מתחיל לתקוף, מה שגורם לחומר להתמוסס.
ניתוח SEM-EDS בטבלה 4 מראה שערכי ה-PREN של כל שלב אוסטניטי גבוהים מאלה של פריט בכל הריתוכים וה-BM.התחלת בור בממשק פריט/אוסטניט מאיצה את הרס שכבת החומר הפסיבי עקב חוסר ההומוגניות וההפרדה של אלמנטים המתרחשים באזורים אלה91.שלא כמו השלב האוסטניטי, שבו ערך התנגדות הפיתול (PRE) גבוה יותר, התחלת הפיתול בשלב הפריטי נובעת מערך ה-PRE הנמוך יותר (טבלה 4).נראה כי הפאזה האוסטניט מכילה כמות משמעותית של מייצב אוסטניט (מסיסות חנקן), המספקת ריכוז גבוה יותר של יסוד זה, ולכן עמידות גבוהה יותר בפני פיטינג92.
על איור.איור 13 מציג עקומות טמפרטורת בור קריטיות עבור ריתוכים E1, E2 ו-C.בהתחשב בכך שצפיפות הזרם עלתה ל-100 µA/cm2 עקב בור במהלך בדיקת ASTM, ברור שהריתוך @110A עם E1 הראה טמפרטורה קריטית מינימלית של 27.5°C ואחריו הלחמה E2 @ 90A מציגה CPT של 40 °C, ובמקרה של C@110A ה-CPT הגבוה ביותר הוא 41°C.התוצאות שנצפו עולות בקנה אחד עם התוצאות שנצפו בבדיקות קיטוב.
המאפיינים המכניים והתנהגות הקורוזיה של ריתוכים דופלקסים מנירוסטה נחקרו באמצעות האלקטרודות החדשות E1 ו-E2.האלקטרודה הבסיסית (E1) והאלקטרודה החומצית (E2) המשמשת בתהליך SMAW צופו בהצלחה בהרכב שטף עם יחס כיסוי כולל של 1.7 מ"מ ואינדקס אלקליין של 2.40 ו-0.40, בהתאמה.היציבות התרמית של שטפים שהוכנו באמצעות TGA במדיום אינרטי הוערכה.נוכחות של תכולה גבוהה של TiO2 (%) במטריצת השטף שיפרה את הסרת הסיגים של ריתוכים עבור אלקטרודות מצופות בשטף חומצי (E2) בהשוואה לאלקטרודות מצופות בשטף בסיסי (E1).למרות שלשתי האלקטרודות המצופות (E1 ו-E2) יש יכולת התחלת קשת טובה.תנאי ריתוך, במיוחד כניסת חום, זרם ריתוך ומהירות, ממלאים תפקיד קריטי בהשגת איזון פאזות האוסטניט/פריט של ריתוך DSS 2205 והתכונות המכניות המצוינות של הריתוך.החיבורים המרותכים באלקטרודה E1 הראו תכונות מתיחה מצוינות (גזירה 0.2% YS = 497 MPa ו-UTS = 732 MPa), מה שמאשר כי לאלקטרודות מצופות השטף הבסיסיות יש אינדקס בסיסיות גבוה בהשוואה לאלקטרודות מצופות השטף החומצי.אלקטרודות מציגות תכונות מכניות טובות יותר עם בסיסיות נמוכה.ברור שבחיבורים המרותכים של אלקטרודות עם ציפוי חדש (E1 ו-E2) אין שיווי משקל של השלב הפריט-אוסטניטי, שהתגלה באמצעות ניתוח OES ו-SEM-EDS של הריתוך וכימות לפי שבר הנפח ב הריתוך.מטאלוגרפיה אישרה את מחקר ה-SEM שלהם.מיקרו מבנים.זה נובע בעיקר מהדלדול של אלמנטים מתגזרים כמו Cr ו-Mo ושחרור אפשרי של Cr2N במהלך הריתוך, מה שמאושר על ידי סריקת קו EDS.זה נתמך עוד יותר על ידי ערכי הקשיות הנמוכים שנצפו בריתוכים עם אלקטרודות E1 ו-E2 בשל השיעור הנמוך של פריט וסגסוגת אלמנטים במבנה הפלדה.פוטנציאל הקורוזיה של הראיות (Ecorr) של הריתוכים באמצעות האלקטרודה E1 הוכח כמעט פחות עמיד בפני קורוזיה בתמיסה בהשוואה לריתוכים באמצעות האלקטרודה E2.זה מאשר את היעילות של האלקטרודות החדשות שפותחו בריתכות שנבדקו בסביבת 3.5% NaCl ללא הרכב סגסוגת תערובת השטף.ניתן להסיק שעמידות בפני קורוזיה בסביבה הימית המדומה עולה עם ירידה בזרם הריתוך.לפיכך, משקעים של קרבידים וניטרידים והירידה שלאחר מכן בעמידות בפני קורוזיה של חיבורים מרותכים באמצעות אלקטרודות E1 ו-E2 הוסברו על ידי זרם ריתוך מוגבר, שהוביל לחוסר איזון באיזון הפאזים של חיבורים מרותכים מפלדות דו-שימושיות.
על פי בקשה, הנתונים למחקר זה יסופקו על ידי המחבר המתאים.
Smook O., Nenonen P., Hanninen H. and Liimatainen J. Microstructure של פלדת אל חלד סופר דופלקסית שנוצרה על ידי לחיצה איזוסטטית חמה של אבקת מתכת בטיפול חום תעשייתי.מַתֶכֶת.אלמה מאטר.טְרַנס.A 35, 2103. https://doi.org/10.1007/s11661-004-0158-9 (2004).
Kuroda T., Ikeuchi K. ו- Kitagawa Y. בקרת מיקרו-מבנה בהצטרפות פלדות אל-חלד מודרניות.בעיבוד חומרים חדשים לאנרגיה אלקטרומגנטית מתקדמת, 419–422 (2005).
Smook O. מבנה מיקרו ומאפיינים של פלדות אל חלד סופר דופלקס של מתכות אבקה מודרנית.המכון המלכותי לטכנולוגיה (2004)
Lotto, TR and Babalola, P. קיטוב קורוזיה התנהגות וניתוח מיקרוסטרוקטורלי של AA1070 אלומיניום וסיליקון קרביד מטריקס מרוכבים בריכוזי חומצה כלוריד.מהנדס משכנע.4, 1. https://doi.org/10.1080/23311916.2017.1422229 (2017).
Bonollo F., Tiziani A. ו- Ferro P. תהליך ריתוך, שינוי מיקרו-מבני ומאפיינים סופיים של פלדות אל חלד דופלקס וסופר דופלקס.פלדת אל חלד דופלקס 141–159 (John Wiley & Sons Inc., Hoboken, 2013).
Kisasoz A., Gurel S. and Karaaslan A. השפעת זמן החישול וקצב הקירור על תהליך השקיעה בפלדות דו-פאזיות עמידות בפני קורוזיה.מַתֶכֶת.המדע.טיפול בחום.57, 544. https://doi.org/10.1007/s11041-016-9919-5 (2016).
Shrikant S, Saravanan P, Govindarajan P, Sisodia S ו-Ravi K. פיתוח פלדות אל חלד דופלקס רזה (LDSS) בעלות תכונות מכניות וקורוזיה מצוינות במעבדה.עלמה מתקדמת.מיכל אחסון.794, 714 (2013).
Murkute P., Pasebani S. and Isgor OB תכונות מתכות ואלקטרוכימיות של שכבות חיפוי סופר דופלקס נירוסטה על מצעי פלדה עדינה המתקבלים על ידי סגסוגת לייזר בשכבת אבקה.המדע.נציג 10, 10162. https://doi.org/10.1038/s41598-020-67249-2 (2020).
Oshima, T., Khabara, Y. and Kuroda, K. מאמצים לחסוך בניקל בפלדות אל-חלד אוסטניטיות.ISIJ International 47, 359. https://doi.org/10.2355/isijinternational.47.359 (2007).
Oikawa W., Tsuge S. ו- Gonome F. פיתוח סדרה חדשה של פלדות אל חלד דופלקס רזה.NSSC 2120™, NSSC™ 2351. דוח טכני של NIPPON Steel מס' 126 (2021).