Süper dupleks, süper östenitik ve nikel alaşımları olağanüstü korozyon direncine sahiptir ve birçok agresif ortamda kanıtlanmış performansa sahiptir. Bununla birlikte, bu yüksek alaşımlı malzemeler, tipik olarak kaynak sırasında deneyimlenebileceği gibi, 600-1000 °C aralığındaki termal döngülere maruz kaldıklarında intermetalik fazların oluşumuna karşı hassastır.
Çalışma, dört alaşımı inceledi: süper ostenitik çelik durumunda aşırı uyumlu bir Ni-Cr-Mo dolgu maddesi kullanılarak kaynaklanmış UNS S31254, S32760, S32750 ve N08825, süper dupleks paslanmaz çelikler için nikel genel dolgulu süper dupleks dolgu maddeleri ve AWS E/ERNiCrMo N08825 alaşımı için -3 tip sarf malzemesi. Kaynaklar, koşulları temsil eden farklı seviyelerde ark enerjisi ile üretildi: (i) tipik endüstriyel uygulama içinde, (ii) tipik endüstriyel uygulamanın en üstünde ve (iii) tipik uygulamanın üstünde. Her malzeme ve kaynak koşulu için intermetalik fazın hacim oranı belirlendi. Kaynakların korozyon performansı, kısa vadeli kritik çukur sıcaklık testleri ve ayrıca simüle edilmiş hizmet ortamlarında uzun vadeli testler kullanılarak değerlendirildi: klorlu deniz suyu, CO2/O2 tuzlu su, CO2/H2S tuzlu su ve ciddi bir rafineri ortamı.
Sonuçlar, iyi endüstriyel uygulama kullanılarak, süper dupleks paslanmaz çelikte %1'den az intermetalik içeren kaynakların üretildiğini ve yüksek alaşımlı nikel bazlı kaynak metallerinde %1.4 ila 2.4 arasında kaynak metali intermetaliğinin oluştuğunu göstermiştir. Süper dupleks sarf malzemeleri söz konusu olduğunda, tipik endüstriyel uygulamanın üzerindeki koşullar kullanıldığında bu oran %1,7 ila %2,9'a yükseldi. Ark enerjisindeki artış, kritik çukurlaşma sıcaklığındaki bir azalma ile ilişkilendirildi. Bununla birlikte, benzetilmiş hizmet ortamlarında, kaynaklar önemli bir korozyon göstermedi. Hizmete uygunluk kriterlerinin belirlenmesine ilişkin önerilerde bulunulmaktadır.
Önerilen Makale: Çelik sac malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için
çelik rulo sac sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
1. Giriş
Süper dupleks ve süper östenitik paslanmaz çeliklerin ve Ni-Fe-Cr alaşımlarının mükemmel lokalize korozyon direnci, özellikle Cr, Mo ve N olmak üzere yüksek seviyelerde alaşım elementlerinden kaynaklanır. Bununla birlikte, bu yüksek alaşımlı malzemeler intermetalik fazların oluşumuna karşı hassastır, 600 °C ile 1000 °C arasındaki sıcaklıklarda oluşur. Bu tür sıcaklıklar, bir kaynak termal döngüsü sırasında deneyimlenir ve özellikle çökelmenin birkaç on veya yüzlerce saniye içinde başlayabildiği yüksek alaşımlı kaliteler için, kaynaklı bağlantılarda intermetaliklerin oluşma olasılığını verir.
Yüksek alaşımlı paslanmaz çelikler ve Ni-Fe-Cr alaşımları lokal korozyona karşı hassastır, örn. aşındırıcı klorür içeren ortamlarda ve metaller arası çökeltmede çukurlaşma, korozyon direncini önemli ölçüde azaltabilir. Metaller arası fazlar, çevreleyen matris ile karşılaştırıldığında, özellikle Cr ve Mo olmak üzere alaşım elementleri açısından zengindir ve bu nedenle, intermetalik faz oluştukça, parçacıkların etrafında Cr ve Mo ile tükenmiş bölge oluşturulabilir. Alaşım tükenmesinin boyutu, yaşanan termal döngülere bağlı olacaktır ve korozyon direncindeki azalmayı belirleyecektir. Mevcut çalışmanın amacı, süperdupleks, nikel ve süper ostenitik alaşımlar için bir dizi kaynak koşulunda intermetalik faz oluşumunun değişimini ölçmek ve gerçekçi hizmet ortamlarında bunların korozyon direnci üzerindeki etkilerini belirlemekti.
2. Deneysel Prosedür
2.1. Malzemeler
Test için dört korozyona dayanıklı alaşım seçildi, yani bir süper östenitik kalite: UNS S31254, iki süper dupleks kalite: S32760 ve S32750 ve bir Ni-Fe-Cr alaşımı: N08825. Bunlar sırasıyla A'dan D'ye malzemeler olarak adlandırılır. Malzemeler, nominal kalınlığı 10 mm olan levha biçimindeydi. Tablo 1a, kimyasal bileşimlerini göstermektedir.
2.2. Kaynak
Kök ve ikinci geçişler için TIG işlemi kullanılırken, MMA işlemi kullanılarak doldurma ve kapatma geçişleri yapıldı. Ön ısıtma kullanılmadı ve tüm durumlarda pasolar arası sıcaklıklar 150°C'nin altında tutuldu. Koruyucu ve destekleyici gazların her ikisi de argondu. Kullanılan sarf malzemeleri için tipik kaynak metali bileşimleri Tablo 1b'de listelenmiştir. S31254 durumunda, eşleşen bir Ni-Cr-Mo dolgu maddesi kullanıldı, iki süper dupleks kalite için nikel genel dolgulu süper dupleks sarf malzemeleri ve N08825 alaşımı için AWS E/ERNiCrMo-3 tipi sarf malzemeleri kullanıldı.
Kaynak akımı ve hareket hızı, üç farklı ark enerjisi seviyesine sahip kaynaklar üretmek için değiştirildi, yani düşük (L): 0,9 ila 1,6kJ/mm, orta (M): 1,1 ila 2,0kJ/mm ve yüksek (H): 1,9 ile 3,2 kJ/mm arasında, (i) tipik endüstriyel uygulamanın iyi bir parçası olan, (ii) tipik endüstriyel uygulamanın en üst ucundaki ve (iii) tipik endüstriyel uygulamanın üzerindeki koşulları temsil eder.
Kaynaklar bir 'W' ile kodlandı, ardından temel çeliği temsil etmek için 'A, B, C veya D' ve ardından 'L, M veya H' ile kodlandı. Her türden birden fazla kaynak yapıldığında, bunlar bir sayı ile ayırt edildi, örn. 1 yada 2.
2.3. Karakterizasyon
Her kaynakta intermetalik fazların lokalize tepe ve ortalama hacim fraksiyonunu belirlemek için iki farklı nokta sayma metodolojisi benimsenmiştir: (i) 'pik' lokalize çökelti seviyelerini belirlemek için: Hazırlanmış bir metalografik numune üzerinde, 4x4 kare içinde 16 ölçüm alanı sayılmıştır alan dizisi, X1250 veya X1400 büyütmede, en yüksek seviyeleri içerdiği önceden mikroskobik inceleme ile tanımlanan alanlarda. (ii) Ortalama çökelti seviyelerini belirlemek için: 100 noktalı (10x10) bir ızgara kullanılarak kök ve ikinci kaynak çalışmaları içinde rastgele konumlarda 16 ölçüm alanı sayıldı. Kullanılan büyütme, X1250 veya X1400 idi. Faz dengesi ayrıca süperdupleks malzemelerin aşağıdaki alanlarının her birinde belirlendi: ana çelik, kaynak metali başlığı, kaynak metali kökü, başlık HAZ ve kök HAZ.
2.4. Kısa Süreli Demir Klorür Korozyon Testleri
Kritik çukurlaşma sıcaklığı (CPT) ferrik klorür testleri, genel olarak ASTM G48 Yöntem C izlenerek gerçekleştirilmiştir. Kaynak yüzeyleri yağ alma dışında kaynaklanmış gibi bırakılmış ve numune kenarları 120 ve 1200 kum bitimine hazır hale getirilmiştir. Maruziyet 27.5 °C'de başladı. Sıcaklık artışı 2.5°C idi. Bu prosedür, görsel inceleme ile metal kaybı tespit edilene veya 20 mg'ı aşan ağırlık kaybı kaydedilene kadar tekrarlandı. Çukurlaşmanın meydana geldiği ilk sıcaklık CPT olarak alındı.
2.5. Simüle edilmiş servis ortamlarında uzun süreli korozyon testleri
2.5.1. Test örnekleri
Numuneler tam kalınlıkta ~25 x 50 mm idi, böylece maruz kalan yüzeyler hem kaynak başlığını hem de kökü ve kesik kenarları içeriyordu. Kaynak yüzeyleri yağdan arındırılırken, numune kenarları ve uçları sırasıyla 120 ve 1200 kum finişine hazırlandı. Numune kütlesi testten önce ve sonra kaydedildi. Korozyon testinin tamamlanmasının ardından numuneler görsel olarak incelendi ve korozyon belirtileri gözlenirse taramalı elektron mikroskobunda (SEM) inceleme yapıldı.
2.5.2. Klorlu Deniz Suyu Testi
Süper östenitik ve her iki süper dupleks kalitenin çift kaynak numuneleri, sabit 40 °C sıcaklıkta tutulan doğal deniz suyuna daldırıldı. Test kabı atmosfere açıktı ve oksijenin test çözeltisine difüzyonuna izin verdi. Seyreltilmiş bir sodyum hipoklorit çözeltisi (yaklaşık %1), test boyunca 0,5 ile 1,0 ppm arasında bir serbest klor seviyesi elde etmek için sürekli olarak test çözeltisine ilave edildi. Elektrokimyasal potansiyel, maruz kalma süresi boyunca kaydedildi.
36 ve 62 günlük maruziyetten sonra örnekler çıkarıldı ve binoküler mikroskop altında görsel olarak incelendi. Kütle kaybı ölçümleri alındı. Korozyon kanıtı bulunmadığından, ikinci incelemeden sonra 91. günde testin sonuna kadar yeniden daldırmada test sıcaklığı 40 °C'den 53 °C'ye yükseltildi. Test çözeltisinden çıkarıldıktan sonra numuneler temizlendi. suda, dürbün ışığı altında incelenir ve yeniden tartılır.
2.5.3. CO2/O2 Tuzlu Su Testi
CO2/O2 içeren tuzlu su, sıcaklıkların yüksek olabileceği (80-100 °C) ve az miktarda O2 bulunabileceği üretilen su sistemlerini simüle etmek için tasarlanmıştır. Süper ostenitik çelik (UNS S31254), süperdupleks kalitelerden biri (UNS S32750) ve Ni-Fe-Cr alaşımı N08825, 80 °C'de havası alınmış %3 NaCl çözeltisi içinde süspanse edildi, CO2 ve %0.4 O2 gaz karışımı kullanıldı. 90 günlük test periyodu boyunca solüsyondan geçirildi ve köpürtüldü. Toplam test basıncı, 2 bar'lık bir kısmi CO2 basıncı veren 2.5 barg idi. Testin tamamlanmasının ardından numuneler suda temizlendi, görsel olarak incelendi ve yeniden tartıldı. Her numune için kütle kaybı, kararmayı gidermek için %40 hidroklorik asit kullanılarak ikinci bir temizleme işleminden sonra da belirlendi.
2.5.4. CO2/H2S Tuzlu Su Testi
H2S içeren ortam, UNS S32760 için NACE MR0175-99 önerilen hizmet sınırlarına uyacak şekilde seçilmiştir. Test çözeltisi, test sıcaklığında ve basıncında pH değeri 4 verecek şekilde 0.34 g/l sodyum bikarbonat ilavesiyle havası alınmış %12 NaCl'den oluşuyordu. İki süper dupleks kalitesinden dört nokta eğme testi numuneleri alındı. Numunelerin kökü sağlamdı ve kaynak ucunda %0.2 plastik gerilme verecek şekilde gerildi. Test sıcaklığına, yani 100°C'ye ısıtıldıktan sonra, sırasıyla 2 ve 0,2 bar CO2 ve H2S kısmi basınçları sağlayan CO2/H2S/N2 test gazı karışımı kaba verildi ve test 90 gün sürdü.
2.5.5. Şiddetli Rafineri Testi
Test, bir otoklav içindeki bir cam kaba yerleştirilen NH4Cl macununun (160ml damıtılmış su ve 330g NH4Cl) hazırlanmasını içeriyordu. Otoklava yaklaşık bir litre distile su döküldü. Sızdırmazlıktan sonra sistem, testten önce oksijeni çıkarmak için N2 gazıyla temizlendi. İki takım numune kullanıldı: bir takım macun içine yerleştirildi, diğeri buhar içinde süspanse edildi. Dört malzemenin tümü teste dahil edildi. Otoklav, 148 °C'lik bir sıcaklığa ısıtıldı ve N2 gazı ile 18 barg'a kadar basınçlandırıldı. Test süresi bir aydı. Kabın tabanındaki su, su buharı kısmi basıncının 4,5 bar olduğu varsayılarak, buhar fazında yaklaşık %20 nem sağladı. Otoklavın boşaltılmasının ardından numuneler suda yıkandı, binoküler mikroskop altında korozyon kanıtı için görsel olarak incelendi ve yeniden tartıldı.
3. Sonuçlar
3.1. Metalografi
3.1.1. Malzeme A: Süper Östentik Çelik - UNS S31254
A malzemesinin kaynak metallerinin her biri, hacim fraksiyonu genellikle artan ark enerjisi ile artan yaygın interdentritik intermetalik fazlar içermiştir . Pik hacim oranı %1.8'den %2.4'e yükseldi. En yoğun yağış yeniden ısıtılan bölgelerde oldu. Yeniden ısıtılan pasoların alt kısımlarındaki kaynak başlığı ve bantlar daha az çökelme gösterdi. Intermetaliklerin ortalama hacim oranı daha düşüktü, ancak düşük ark enerjisinden (%1.4) yüksek ark enerjisine (%1.8) yükselen tepe hacim oranı sonuçlarına benzer bir eğilim gösterdi. Metaller arası partiküller şekil olarak düzensizdi ve tipik olarak tüm boyutlarda 1 um ila 4 um. HAZ tane sınırlarının tercihli olarak aşındırıldığına ve daha yüksek ark enerjilerinde aşındırıldığında sınırların bir miktar 'lekeliği' ve kalınlaşmasına dair kanıtlar olmasına rağmen, hiçbir HAZ yağışı ölçülemedi.
3.1.2. Malzeme B: Süper Dupleks Çelik - UNS S32760
B malzemesindeki tüm kaynaklar, bir ferrit matrisinde östenit adaları ile tipik bir ferrit-ostenit yapısı gösterdi. Bazı küçük ikincil östenit parçaları mevcuttu, bunlar tipik olarak kaynak pasoları arasında uzanıyordu ve en çok, orta ve yüksek ark enerjisi gibi kasıtlı olarak "kötüye kullanım" kaynak prosedürleri için çok sayıdaydı. Kaynakların her biri için ferrit hacim fraksiyonları için bildirilen değerler beklenen aralık içindeydi.
Orta ve yüksek ark enerjili kaynakların her ikisi de kök ve 2. kaynak geçişlerini kapsayan bir bölgede intermetalik fazlar içeriyordu. Bu örneklerde, yağış alanlarının ortasında tepe hacim fraksiyonları sırasıyla %0.8 ve %1.7 idi . Rastgele nokta sayımı, sırasıyla %0,6 ve %0,5'lik kök ve ikinci geçişte ortalama hacim fraksiyonları verdi. Düşük ark enerjili kaynak, kaynak kökünde muhtemelen intermetalik olan sadece birkaç parçacık içeriyordu. Metaller arası parçacıklar boyut ve morfoloji açısından düzensizdi, Şekil 2b ve östenit-ferrit ara yüzeylerinde uzama eğilimindeydi. Tipik örnekler 1-2 um genişliğinde ve yaklaşık 10 um'ye kadar uzunluktaydı.
HAZ, bazılarının nitrür ve bazılarının intermetalik olduğunu düşündüren morfoloji ile çökeltiler içeriyordu. Farklı ark enerjisi örneklerinin tümü, ferritik taneler içindeki aşındırma çukurları grupları ve ferrit alt tane sınırlarının dekorasyonu ile benzer yüksek sıcaklık HAZ özellikleri gösterdi. Bunlar krom nitrürlerle uyumludur.
3.1.3. Malzeme C: UNS S32750
Her kaynak, ağırlıklı olarak ikinci kaynak işleminde ve kaynak başlığına doğru bazı küçük ikincil ostenit bölgeleri olmak üzere, küçük bir intermetalik faz parçası içeriyordu. Yüksek sıcaklıktaki HAZ, sınırlı ince tane içi nitrürler gösterdi, ancak metaller arası fazlar bulunmadı. Her kaynaktaki ferrit hacim oranı beklenen aralık içindeydi.
Metaller arası fazların tepe seviyesi, orta ark enerjili kaynakta en yüksek seviyedeydi. Bu %2.6 c.f olarak belirlendi. düşük ark enerjili numunede %0.8 ve yüksek ark enerjili numunede %1.3. Bununla birlikte, rastgele nokta sayımı, artan kaynak ark enerjisi ile artan daha düşük ortalama hacim fraksiyonlarını ortaya çıkardı, tipik çökeltiler 1-2 um genişliğinde ve yaklaşık 10 um uzunluğundaydı.
3.1.4. Malzeme D: Ni-Fe-Cr Alaşımı UNS N08825
Tüm kaynak metalleri, kaynak metali boyunca oldukça üniform olan ikinci faz interdendritik parçacıklar içeriyordu. Metaller arası faz parçacıklarının hacim fraksiyonları artan ark enerjisi ile biraz artar.
SEM'deki inceleme, düzensiz morfolojiye sahip ve 5 um'ye kadar boyutlara sahip ikinci faz parçacıklarının varlığını doğruladı. HAZ çökeltmesi boyut veya hacim oranı açısından ölçülemedi, ancak bu bölgedeki tane sınırları, ana malzeme ile karşılaştırıldığında tercihli aşındırma gösterdi ve daha yüksek ark enerjisinde giderek daha belirgin hale geldi.
3.2. Ferrik Klorür Testi
Süper ostenitik çelik numuneleri, 55°C'ye kadar en yüksek CPT değerlerini verirken, ilk olarak süperdupleks alaşımlarda 35 ila 40°C arasındaki sıcaklıklarda gözlenmiştir. Genel olarak, orta ve yüksek ark enerjili numuneler arasında çok az fark olmasına rağmen, kaynak ark enerjisi arttıkça CPT azalmıştır. Yayınlanmış verilerden hesaplanan ana malzeme kritik çukurlaşma sıcaklıklarının yaklaşık 60 °C olduğu bulundu. Her durumda, ölçülen kaynak değerleri beklendiği gibi ana malzeme değerinin altındaydı.
Saldırı konumunun, esas olarak füzyon hattında numune taraflarında korozyona maruz kalan UNS S31254 numunelerine göre değiştiği bulundu. İki süper dupleks kalite için, saldırı yine numune taraflarında, genellikle kök veya ikinci/üçüncü geçiş kaynak metali bölgesinde olmuştur.
3.3. Simüle Edilmiş Servis Ortamlarında Uzun Süreli Korozyon Testleri
3.3.1. Klorlu Deniz Suyu Testi
Ağırlık değişimi sonuçları küçüktü ve bu da test süresi boyunca önemli bir korozyon meydana gelmediğini gösteriyor. Ayrıca, düşük ve yüksek ark enerjili kaynak sonuçları arasında önemli bir fark yoktu. Kütle kaybı zamanla arttı ve 91 günlük maruziyet için kaydedilen maksimum kütle kaybı 5.7 mg idi. Bu, <0,001 mm/yıl gibi çok düşük bir tek tip korozyon oranını temsil eder. Görsel inceleme sonuçları, ağırlık değişimi verilerini desteklemektedir, çünkü 36 günlük maruziyetten sonraki inceleme, kaynak metalini ortaya çıkaran sadece bir miktar kaynaklı renk değişikliği ve hafif aşındırma ortaya çıkarmıştır.
İlk potansiyel okumaları yaklaşık -200 ila -300mV SCE idi, ancak testin ilk birkaç gününde numunelerin korozyon potansiyelleri 0 mV'nin üzerindeki değerlere yükseldi. Üç aylık test sırasında, tüm alaşımlarda +500 ila +600mV potansiyeller kaydedildi. Ancak, potansiyeller sabit değildi ve önemli dalgalanmalar gözlendi.
3.3.2. CO2/O2 Tuzlu Su Testi
Maruz kaldıktan sonra, test numunelerinin tümü, kaynak başlığının çevresinde bir miktar siyah renk değişikliği ile birlikte kararmış kahverengi görünüyordu. Numunelerin desteklendiği yerde oyuk korozyonu veya çatlak korozyonuna dair görsel bir kanıt yoktu, ancak kapakta kaynak sıçramasında bir miktar korozyon meydana geldi.
Kütle kaybı sonuçları genellikle düşüktür, bu da WCL1 ve WCH2-F2 dışında hiçbir korozyon atağı olmadığını gösterir. Hafif fırçalamadan sonraki sonuçlar, muhtemelen kaynak yüzeyinde Fe/Cr oksit oluşumunu yansıtan küçük bir ağırlık artışı gösterdi. Korozyon testi sırasında kaynak oksitlerinin daha fazla oksidasyonu, ağırlıkta bir artışa ve kahverengi bir renk bozulmasına neden olabilir. HCl'de temizlendikten sonra kaydedilen kütle kayıpları, bu oksitlerin uzaklaştırıldığını düşündürdü. WCL1 ve WCH2-F2 numuneleri için kaydedilen kayıplara herhangi bir görsel korozyon kanıtı eşlik etmemiştir ve korozyon saldırısının sonucu olma ihtimalinin düşük olduğu, ancak daha çok kaynak oksitlerinin ve kaynak sıçramasının giderilmesinden kaynaklandığı düşünülmektedir. İlk maruz kalma sırasında, bir demir klorür testinde benzer büyüklükte bir kütle kaybı gözlemlendi.
3.3.3. CO2/H2S Tuzlu Su Testi
Testten sonra yapılan görsel inceleme, herhangi bir korozyon saldırısı kanıtı göstermedi ve tüm numuneler görünüşte benzerdi. Tüm numuneler, test süresi boyunca bir miktar kütle kaybına uğradı (Tablo 6). WBH1-F4 numunesinde maksimum değer 34mg idi, ancak CO2/O2 tuzlu su testinde korozyona dair görsel bir kanıt bulunmadığından, kütle kaybının kaynak oksit kaybından kaynaklandığına inanılıyor. Farklar küçük olsa da, yüksek ark enerjili kaynaklar, düşük ark enerjili kaynaklara göre daha yüksek ağırlık kaybı verdi. S32760 çelik kaynakları, S32750 çeliğinden daha fazla ağırlık kaybı gösterdi.
3.3.4. Şiddetli Rafineri Suyu Testi
Kütle kaybı sonuçları çok düşüktür. Görsel inceleme, minimum korozyon meydana geldiğini doğruladı.
4. Tartışma
4.1. Çökelme Özellikleri
İncelenen ark enerjisi aralığında, nikel bazlı kaynak metallerinde intermetalik fazın hacim oranı sadece %50'ye kadar artarken, süper dupleks kaynak metalleri %0.5'ten azdan maksimum %2.6'ya bir artış gösterdi. Kullanılan en yüksek ark enerjilerinin, imalatçıların tavsiye ettiği seviyelerin çok ötesinde olduğu ve endüstriyel kaynak için tipik olarak beklenen maksimum seviyelerin eşit derecede ötesinde olduğu belirtilmelidir. Belki de daha önemli olan, farklı ark enerjisi seviyeleri arasında bireysel parçacık boyutlarının çok az değişmesidir. Süper dupleks kaynak metali için, parçacıklar östenit/ferrit sınırları boyunca büyümeye ve sayıca artmaya eğilimliydi, ancak parçacıkların genişliği ark enerjisiyle çok az değişti. Nikel bazlı kaynak metalleri genellikle daha yüksek ark enerjisinde daha büyük parçacıklardan ziyade artan sayıda parçacık gösterdi. Tek fazlı kaynak tortuları, alaşımla zenginleştirilmiş dendritik alanlarda intermetalik faza dönüşür ve incelenen kaynaklar için dendrit boyutu nispeten sabitti, önemli değişikliklerin meydana gelmesi için tipik olarak soğutma hızında büyüklük sırasına göre değişiklikler gerektiriyordu. Süper dupleks yataklarda, intermetalik, iki östenit adası arasındaki ince ferrit alanlarında oluşma eğilimindedir. Ostenit esasen intermetalik faza dönüşmediğinden, partikül boyutu bir dereceye kadar östenit birimlerinin aralığı ile sınırlıdır.
4.2. Korozyon Direnci
4.2.1. Ferrik Klorür Testleri
Ark enerjisi arttıkça üç A, B ve C alaşımı için CPT değerlerinde genel bir düşüş gözlemlendi. Ancak, azalma büyük değildi; CPT'de ana levha malzeme davranışına kıyasla önemli düşüşler, 40 °C'ye kadar, izotermal ısıl işlemle süperdupleks çelikte üretilen %1 ila 4 intermetalik fazın hacim fraksiyonları için rapor edilmiştir. Bununla birlikte, CPT'deki düşüşün intermetalik hacim fraksiyonuna karşı bu yayınlanmış grafiğindeki dağılım dikkate değerdir ve bu, bireysel çökeltilerin boyutunun hacim fraksiyonundan daha etkili olmasıyla tutarlıdır. Çökeltinin oluştuğu sıcaklığın da bir etkisi olacaktır. Çukurlaşma direncinin azaltılması için, tükenmiş katmanın kararlı bir çukur çekirdeği içermesi için yeterli boyutta olması gerekir ve tükenmiş katmanın genişliği ve alaşım tükenmesinin boyutu, difüzyon oranlarının bir fonksiyonudur. Bu nedenle, korozyon direncini kontrol eden faktörün hacim fraksiyonundan ziyade tükenmiş tabaka genişliği olduğu öne sürülmüştür. Örneğin, kararlı bir çukur çekirdeğin boyutu 0.1µm olabilir. Kaynak sırasında oluşanlardan daha büyük olan izotermal yaşlanma ile üretilen çökeltilerin, belirli bir hacim oranı için CPT'ye daha zararlı olduğu gösterilmiştir.
Veriler iki kez çizilmiştir; ilk olarak, CPT'deki azalmayı (tüm bu alaşımlar S31254, S32760 ve S32750 için ana malzeme değeri ~60°C idi) ve 'tepe' intermetalik hacim oranı sonuçlarını hesaplamak için yayınlanmış ana malzeme CPT değerlerini kullanarak ve ikinci olarak, düşük ve yüksek ark enerjili kaynak demir klorür sonuçları arasındaki fark ve 'ortalama' metaller arası hacim oranı verilerinin kullanılması. Kaynak ve ana malzeme CPT değerleri karşılaştırıldığında, önemli azalmanın tamamen intermetalik oluşumun sonucu olmadığı kabul edilmelidir.
Nikel kaynak birikintilerinde metaller arası çökelme daha belirgin olmasına rağmen, kaynak metalini ana çelik seviyesine indirmek için önemli ölçüde korozyon direnci kaybının gerekli olacağı şekilde yeterince fazla aşındırıldılar. Bu nedenle, süper ostenitik ve Ni-Fe-Cr alaşım kaynaklarında, korozyon direncinin HAZ veya füzyon hattı tarafından kontrol edilmesi çok daha olasıydı; burada Mo segregasyonu ile birlikte çökelme veya karışmamış bölge (UMZ) oluşumu olabilir. meydana gelir. Sarf malzemesiyle karışmamış erimiş ana malzemeden oluşan bir UMZ oluşumu ve bunun UNS S31254'te kaynaklar için korozyon direnci üzerindeki potansiyel sınırlayıcı etkisi iyi belgelenmiştir. Süper östenitik alaşımda, saldırı, füzyon hattında numune tarafında gözlendi ve bu malzemedeki kaynaklar için daha önce en düşük çukurlaşma direnci alanı olduğu bulunan bir UMZ'nin varlığı ile ilişkili olduğuna inanılıyor. Ayrıca, kaynak oksidi ve kök ve kapak yüzeyindeki kromu tükenmiş tabakanın varlığı ile bağlantılı korozyon direncindeki azalma, bu durumda UMZ'nin etkisinden daha az önemli görünmektedir.
İki süper dupleks kalite için, numune yanlarında, genellikle kök kaynak metali bölgesinde veya ikinci/üçüncü geçişlere eşdeğer orta kalınlıkta saldırı da oldu. Bu alanlar en yüksek intermetalik faz konsantrasyonu ile ilişkilendirilmiştir. Sonuçlar, normalde çevreye maruz kalan yüzey olan kök yüzeyinin, bir G48 testinde numune taraflarındaki kaynak metalinden daha iyi bir oyuklanma direncine sahip olduğunu göstermektedir. Bu muhtemelen, yüksek ark enerjisinde S32760'ta kaynak kök uçlarına bitişik olarak kaynak intermetalik fazı gözlemlenmesine rağmen, metaller arası fazların kök yüzeyinde oluşma eğiliminde olmadığı ve kaynağın içinde daha fazla yoğunlaştığı gerçeğini yansıtmaktadır. Ancak bu noktada saldırı gözlemlenmedi.
Demir klorür testi çok ciddi bir hızlandırılmış korozyon testidir ve alaşımların korozyon performansını sıralamak için kullanılmasına rağmen, oldukça farklı hizmet koşullarında korozyon direnci ile herhangi bir karşılaştırmanın önemi, örn. uzun süreli korozyon testlerinde kullanıldığı gibi sorgulanmaya açıktır.
4.2.2. Servis Ortamlarında İntermetalik Fazın Korozyon Direncine Etkisi
Simüle edilmiş servis ortamlarında yapılan uzun süreli testlerde ciddi bir korozyon gözlemlenmemiştir. Test ortamları, hizmet benzeri koşulları temsil ediyordu ve kaynak performansına ilişkin makul derecede ciddi bir test olarak kabul edildi.
Klorlu deniz suyu testi 40 °C'de, NORSOK standart limitinin 10°C üzerinde başladı ve korozyon tespit edilmediğinden sıcaklık 53 °C'ye yükseltildi. NORSOK limitinin ciddi olarak kabul edildiği ve test numunelerinin daha düşük test sıcaklığına maruz bırakılarak bir dereceye kadar "şartlandırılmış" olabileceği kabul edilmektedir, ancak genel olarak testin kaynaklı numunelerin korozyon direncini gösterdiği kabul edilmektedir. klorlu deniz suyu
CO2/O2 içeren tuzlu sudaki önceki testler Rogne ve Johnsen tarafından rapor edilmiştir. 80 °C ve 200ppb O2'de, S31254'te lokal korozyonun başlayabileceğini ve 200ppb O2 varsa, kaynaklı S31254 için maksimum 60 °C hizmet sıcaklığının önerildiğini düşündüler. Bu nedenle kullanılan test koşulları, önerilenlerden daha şiddetliydi, ancak herhangi bir korozyon gözlenmedi.
CO2/H2S tuzlu su ve NH4Cl testleri sırasıyla NACE koşullarına ve endüstriyel deneyime dayanıyordu ve oldukça zorlu olarak kabul edildi. Ekşi teste tabi tutulan bükme numuneleri herhangi bir korozyon veya çatlama belirtisi göstermedi ve gerilmemiş numuneler önemli bir korozyon göstermedi. NH4Cl testleri için de benzer davranış gözlemlendi. Bir dizi numunede 65 mg'a kadar mütevazı kütle kayıpları gözlemlendi. Bununla birlikte, bu numunelerin hiçbirinde lokal korozyona dair görsel bir kanıt yoktu ve kütle kaybının büyük ölçüde ya test sırasında ya da test sonrası temizlik sırasında kaynak sıçramasının giderilmesinden kaynaklandığına inanılıyor.
Özetle, hem düşük hem de yüksek ark enerjili kaynak numuneleri, klorlu deniz suyu, CO2/O2 tuzlu su, CO2/H2S ve NH4Cl test ortamlarına dayanmak için yeterli korozyon direncine sahipti. Bu nedenle, benzer tipte ve karşılaştırılabilir hacim fraksiyonlarında intermetalik faza sahip malzemeler bu ortamlarda hizmet için uygun kabul edilecektir. Kaynak işlemi, korozyon direncini önemli ölçüde azaltan intermetalik faz üretmiş olsaydı, yüksek ark enerjili numunelerin korozyon saldırısı beklenebilirdi. Bununla birlikte, kısa süreli testler, intermetaliğin etkisinin oldukça küçük olduğunu göstermiştir.
Bu çalışmada üretilen intermetalik faz hacim fraksiyonları, izotermal yaşlandırma tarafından üretilen seviyelerle karşılaştırıldığında düşüktü, ancak ark enerjisi aralığı genişti ve mevcut önerilen kaynak uygulamasının çok ötesine geçti.
4.3. Pratik Çıkarımlar
Optimum süper dupleks kaynaklı korozyon direnci için kaynak koşulları sınırlandırılmalıdır, örn. intermetalik faz oluşumunu en aza indirmek için 0,5 ila 1,5kJ/mm ark enerjisi ve <100°C pasolar arası sıcaklık. Süper östenitik alaşım UNS S31254 ve Ni-Fe-Cr alaşımı N08825, kaynak metali intermetalik oluşumunu en aza indirmek için kaynak koşullarının bu kadar yakın kontrolünü gerektirmez, ancak daha düşük ark enerjisi, belki de HAZ çökelmesini ve UMZ ayrışmasını en aza indirerek daha iyi korozyon direnci sağlar.
Metaller arası faz için metalografik inceleme, tipik olarak süper dupleks paslanmaz çelikler için kaynak prosedürü yeterliliğinin bir parçasıdır. Bazı parçacıklar oluştuğunda, genellikle nokta sayımı yapılır ve tipik olarak %1-2 civarında izin verilen bir üst sınır belirlemeye çalışılır. Bununla birlikte, daha büyük parçacıkların daha fazla tükenmiş bölgeler üretmesi beklendiğinden, çökeltilerin boyutu belki de önemlidir. Bu çalışmadan, korozyona dayanıklı hizmet için %2-3 intermetalik fazlı kaynaklar düşünülebilir. Amaca uygunluğun gösterilmesi, kısa vadeli kalite kontrol tipi testler yerine gerçekçi benzetilmiş en kötü durum servis testleri temelinde olmalıdır.
