Propriedades mecânicas e comportamento à corrosão de soldagem de aço inoxidável duplex usando novos eletrodos

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 22405 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

As propriedades mecânicas e de corrosão de estruturas soldadas de aço inoxidável duplex (DSS) são de suma importância em muitas aplicações de engenharia. A pesquisa atual investiga as propriedades mecânicas e a integridade à corrosão da soldagem duplex de aço inoxidável em um ambiente simulado de 3,5% de NaCl usando novos eletrodos especialmente desenvolvidos sem a adição de elementos de liga às amostras de fluxo. Dois tipos diferentes de fluxos com índices de basicidade de 2,40 e 0,40 foram usados para revestir os eletrodos E1 e E2, respectivamente, para soldagem de placas DSS. A estabilidade térmica do fluxo formulado foi avaliada por meio de análise termogravimétrica. A composição química, por espectroscopia de emissão óptica, e as propriedades mecânicas e de corrosão das juntas soldadas foram avaliadas de acordo com diferentes normas ASTM. A difração de raios X foi usada para descobrir as fases presentes nas juntas soldadas DSS enquanto um elétron de varredura equipado com EDS foi usado para exame microestrutural das soldagens. A resistência à tração final das juntas soldadas feitas com o eletrodo E1 estava na faixa de 715–732 MPa e a do eletrodo E2 foi de 606–687 MPa. A dureza foi aumentada com o aumento da corrente de soldagem de 90 para 110 A. A junta soldada com eletrodo E1 revestido com fluxo básico apresenta melhores propriedades mecânicas. A estrutura de aço em ambiente de 3,5% NaCl possui resistência substancial ao ataque de corrosão. Isso valida o desempenho das juntas soldadas feitas pelo eletrodo recém-desenvolvido. Os resultados são discutidos com base no esgotamento de elementos de liga como Cr e Mo observados nas soldagens com os eletrodos revestidos E1 e E2, bem como a precipitação do Cr2N nas juntas soldadas feitas pelos eletrodos E1 e E2.

Historicamente falando, a primeira referência formal aos aços inoxidáveis duplex (DSSs) foi feita em 1927 e limitada a algumas peças fundidas e não foi utilizada na maioria das aplicações de engenharia devido ao alto teor de carbono1. mas o teor de carbono foi posteriormente reduzido para até 0,03% como padrão e esses aços estão sendo progressivamente amplamente utilizados para diversas aplicações2,3. DSSs são uma família de ligas que contém quantidades aproximadamente iguais de ferrita e austenita. A fase ferrita em DSSs revelou oferecer proteção excepcional contra trincas por corrosão sob tensão (SCC) induzidas por cloreto, que é uma preocupação significativa para os aços inoxidáveis austeníticos (ASSs), durante o século XX. A demanda de DSS, por outro lado, está aumentando a um ritmo de até 20% ao ano em várias indústrias de engenharia e outras4. Este aço inovador, que exibe uma constituição bifásica de austenita-ferrita, pode ser obtido por meio da seleção de composições apropriadas, refino físico-químico e termo-mecânico. Em comparação com o aço inoxidável monofásico, os DSSs têm maior resistência ao escoamento e uma capacidade excepcional de suportar SCC5,6,7,8. Em ambientes hostis contendo ácidos, cloretos de ácido, água do mar e produtos químicos cáusticos, a estrutura bifásica confere força inigualável, tenacidade e maior resistência à corrosão a esses aços9. As estruturas de DSS, especialmente do tipo com baixo teor de níquel (DSS magro), registraram inúmeras conquistas excepcionais em comparação com o ferro cúbico de face centrada (FCC) devido à flutuação anual dos preços da liga de níquel (Ni) no mercado geral10,11. O principal problema com as estruturas ASS é que elas são vulneráveis a uma variedade de condições adversas12. Como resultado, vários setores e empresas de engenharia estão tentando promover a substituição de aços inoxidáveis com teor reduzido de níquel (Ni) que funcionam tão bem ou melhor que os ASSs tradicionais com características de soldabilidade adequadas com aplicação em campos industriais, como a fabricação de trocadores de calor de água do mar e recipientes químicos para uso em ambientes de cloreto com altas concentrações13.

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>

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