Kaynak işleminin, sarf malzeme tipinin ve kaynak sonrası ısıl işlemin (PWHT) ayrışma olgusu üzerindeki etkisi araştırıldı. Küçük kaynak kaplı test blokları, bir otoklavda hidrojen ile termal olarak yüklendi. Bir dizi östenitik paslanmaz çelik sarf malzemesi ve bir Ni-Cr alaşımı, daldırılmış ark şeridi ve tel, elektro cüruf, plazma sıcak tel ve manuel metal ark prosesleriyle 2.25Cr-1 Mo ana metal üzerinde kaplama yapmak için kullanıldı. 565-690 °C'de basit ve çoklu kaynak sonrası ısıl işlemlerin etkileri belirlenmiş ve kaplamalı malzemelerdeki lokal hidrojen içerikleri hem ölçüm hem de sonlu eleman modellemesi ile belirlenmiştir.
Arayüz mikroyapılarının ve çözülen çatlakların incelenmesi, çatlakların bileşimsel/mikroyapısal geçiş bölgesinde füzyon sınırının yaklaşık 100 um içinde yer aldığını gösterdi. Bu bölgede, PWHT'den sonra martensit mevcuttu ve bu da yüksek sertlik ve hidrojen gevrekleşmesine karşı hassasiyete yol açtı.
Tüm sarf malzemesi türlerinde bir miktar ayrılma hassasiyeti bulundu, ancak paslanmaz çelik kaplamalar, Ni-Cr kaplamadan kayda değer ölçüde daha yüksek hassasiyet gösterdi. El ile metal ark (MMA) kaynağı ile, çeşitli yüksek biriktirme hızı yöntemlerine göre çözülme direnci daha yüksekti. Toplu birinci katman kaplamanın mikro yapısı, hem yüksek ferrit hem de yüksek martenzitin faydalı olmasıyla duyarlılık üzerinde bir etki yaptı. Kaynak sonrası ısıl işlem süresinin en aza indirilmesi ve sıcaklığın, 650 ° C'de veya altındaki ikinci aşama sıcaklığı ile dubleks kaynak sonrası ısıl işlemlerde olduğu gibi, ayrışmayı azaltması.
Hesaplanan ve ölçülen hidrojen seviyeleri, soğutma sırasında ara yüzey yakınında hidrojen konsantrasyonunda bir tepe noktası oluştuğunu gösterdi.
Tanıtım
Yüksek sıcaklıkta hidrojen servisi için kaplar, tipik olarak, östenitik paslanmaz çelikle kaynak kaplı 200 mm kalınlığında 2.25Cr-1Mo düşük alaşımlı çelikten imal edilir. Servis sıcaklığı, yaklaşık 175bar'a kadar bir hidrojen kısmi basıncı ile yaklaşık 450 °C'ye kadar olabilir. Bir süre hizmette kaldıktan sonra kaplamanın ayrılmasının (yani kaplamanın alt tabakadan yerel olarak ayrılması) meydana geldiği bir dizi örnek rapor edilmiştir. Ayrılmanın, kapatma sırasında meydana geldiğine inanılır ve hidrodesülfürizörler, hidrokrakerler, ısı eşanjörleri gibi kaplarda ve kömür dönüştürme tesisindeki kaplarda ortaya çıkabilir.
Hizmette olan gemiler ile ilgili ciddi sorunlar olmamasına rağmen, hizmet arızaları ve bunun sonucunda plansız duruşlar olasılığı düşük gibi görünse de, olasılık tamamen göz ardı edilemediğinden, ayrılma bazı endişelerle karşılandı. Olayla ilgili bir dizi çalışma yapılmıştır (örneğin 1-7) ve genel olarak sorunun bir hidrojen gevrekleştirme mekanizmasından kaynaklandığı, hidrojenin kullanım sırasında kaplamadan (ve kap duvarından) yayılması ve soğukta çatlamaya neden olduğu kabul edilmektedir. normal ortam sıcaklığına düşürün. Bununla birlikte, ne çatlama mekanizmasını ne de malzeme, kaynak ve kaynak sonrası ısıl işlem değişkenlerinin oluşumunu belirlemede oynadığı rolü açık bir şekilde tanımlamak mümkün olmamıştır. Bu durum göz önünde bulundurularak, ayrışmanın önlenmesine yönelik tedbirlerin tanımlanması amacıyla uygun verilerin üretilmesi için bir proje başlatılmıştır.
Önerilen Makale: Çelik profil malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için
hea çelik profil fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
Amaçlar
Kaynak işleminin ve prosedürel değişkenlerin arayüz ayrılma üzerindeki etkisini değerlendirmek.
Arayüzün ayrılmasına karşı direnç için sarf malzemelerinin ve PWHT koşullarının optimum kombinasyonunu belirlemek.
Ayrılma mekanizmasını açıklamak.
Deneysel Yaklaşım
Kaynakla kaplı numuneler, endüstriyel uygulamayı temsil eden işlemler ve prosedürler kullanılarak yapılmıştır. Değişken zaman ve sıcaklık koşullarında gerçekleştirilen kaynak sonrası ısıl işlem ile bir dizi sarf malzemesi kullanılmıştır. Numuneler, yüksek sıcaklıkta bir otoklav içinde hidrojen ile yüklendi ve soğumanın ardından ayrılmanın boyutu değerlendirildi.
Arayüz bölgesinin mikro yapısı ve gelişen çatlama morfolojisi üzerinde metalurjik inceleme yapılmıştır. Hem numuneler hem de basınçlı kap duvarları içinde farklı konumlarda ulaşılan yerel hidrojen seviyelerini incelemek için hidrojen difüzyonunun modellemesi kullanıldı.
Deneysel Program
Malzemeler
Ana 2.25Cr-1Mo çelik, normal üretimi temsil eden bir bileşim ile elde edilmiştir. İşin büyük kısmı östenitik
paslanmaz çelik kaplamaları içermektedir. mikro yapılar. Karşılaştırmalı amaçlar için bir nikel-krom sarf malzemesi kullanıldı.
Kaynak İşlemleri
Bu tekniğin yaygın endüstriyel kullanımı göz önüne alındığında, çalışmaların çoğu batık ark şerit kaplama yöntemini içeriyordu. Düşük ve yüksek akım yoğunlukları ve tekniğin yüksek hızlı bir versiyonu da dahil olmak üzere varyantlar kullanıldı. Ek olarak, aşağıdaki işlemler kullanılarak test blokları üretildi:
Manuel metal ark kaplama
Plazma sıcak tel kaplama
Elektro cüruf kaplama
Kaynak Sonrası Isıl İşlem (PWHT)
Isıl işlemin aşağıdaki yönleri araştırılmıştır:
Isıl işlem sıcaklığı
Isıl işlem süresi
Yüksek bitirme sıcaklığı ile çoklu ısıl işlem
Düşük bitirme sıcaklığı ile çoklu ısıl işlem
Tüm kaplama türleri için 690°C'de 30 saatlik standart bir PWHT kullanıldı. Ek olarak, numuneler 1-30 saatlik sürelerle 650 ile 690°C arasındaki sıcaklıklarda ısıl işleme tabi tutulmuştur. Araştırma sırasında elde edilen veriler, çoklu PWHT'nin ayrılma insidansını azaltmada faydalı olabileceğini öne sürdü ve bu nedenle çalışmalar, ilk aşama için 690°C ve 565-640°C sıcaklıklarda iki aşamalı tavlama ile yürütüldü. ikinci sahne.
Hidrojen Şarjı ve Çatlama Değerlendirmesi
Diğer çalışmalar, 400 ve 500°C arasındaki sıcaklıklarda yüksek basınçlı hidrojen içinde kaplanmış numunelerin izotermal olarak yüklenmesi ve ardından oda sıcaklığına oldukça hızlı soğutma ile ayrılmanın indüklenebileceğini göstermiştir. Bu çalışmaların ardından, kaynak sonrası ısıl işlem görmüş kaplama bloklardan çeşitli boyutlarda numuneler üretilmiştir. Bu numuneler, 425 °C'lik standart bir sıcaklıkta 190 bar'a kadar farklı hidrojen basınçlarında şarj edildi. 3 gün, mevcut hidrojen difüzyon verileri temelinde seçilen süre ve test malzemelerindeki doyma dengesine yakın hidrojen içeriğinin teşvik edilmesi amaçlandı. Yüklemenin ardından numuneler, normalde ~135°C/saat'lik bir 'standart' hızda oda sıcaklığına soğutuldu. Seçilen numuneler karşılaştırma amacıyla farklı oranlarda soğutuldu.
Arayüzün ayrılmasının kapsamı ve konumu, başlangıçta ultrasonik test ile değerlendirildi. Çatlak gelişiminin ultrasonik değerlendirmesini doğrulamak için metalografik kesit kullanıldı.
Metalurji Çalışmaları
Kaplamalı/ana metal arayüzünün detaylı metalografik incelemesi, ışık ve gerektiğinde elektron mikroskobu kullanılarak farklı numuneler için gerçekleştirilmiştir. Mikroanaliz, bir elektron probu mikro analizörü ve bir taramalı elektron mikroskobuna bağlı bir enerji dağıtıcı X-ışını analizörü kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
Hidrojen Difüzyonu
Test bloklarının otoklavla doldurulması sırasında ve 200 mm kalınlığında duvar 8 mm östenitik paslanmaz çelikle kaplanmış bir reaktör kabının kapatılması sırasında gelişen hidrojen konsantrasyon profilleri, difüzyonu modellemek için sonlu eleman analizi kullanılarak hesaplandı. Bu bilgi, sırasıyla kap duvarı ve test blokları için difüzyon denklemlerinin 1 ve 2 boyutlu çözümleri kullanılarak soğutmanın başlatılmasından sonra sıcaklığın ve zamanın bir fonksiyonu olarak türetilmiştir. Soğutma sırasında ana metal ve kaynak kaplaması arasındaki hidrojen çözünürlüğündeki nispi değişikliklerin etkisini modellemek için, Sakai ve diğerleri tarafından tarif edildiği gibi, konsantrasyonlardan ziyade süper doygunluklar kullanılmıştır. Ayrıca, yüklü bloklardaki hidrojen seviyelerinin hızlı bir şekilde sıfırın altındaki sıcaklıklara soğutulması ve soğuk kesme tekniği kullanılarak farklı konumlardan numunelerin işlenmesiyle doğrudan ölçümü yapıldı, böylece hidrojen kaybı en aza indirildi. Hidrojen içerikleri, bir vakumlu sıcak ekstraksiyon yöntemi kullanılarak belirlendi.
Sonuçlar
Bağımsız ayırma testlerinin sonuçları, otoklavdaki hidrojen yükleme basıncına karşı ayrılan alan yüzdesi cinsinden gösterilmektedir. Şarj sıcaklığı tüm çalışmalarda aynıydı, yani 425 °C. Ayrışma duyarlılığı, ayrışmayı başlatmak için eşik basıncı ve 150 bar'da şarj edildikten sonra ayrılan alan yüzdesi cinsinden karakterize edilir.
Kaynak Süreci
Manuel metal ark kaynağı en dayanıklı işlemdi. Yüksek birikme hızı prosesleri birlikte gruplanma eğilimindeydi, ancak bu projede test edilen belirli proses varyantları için elektro cüruf en düşük duyarlılığa sahipti ve geleneksel batık ark şerit ve tel prosesleri ayrılmaya karşı en yüksek hassasiyete sahipti.
Sarf Malzemesi Türü
Ni-Cr alaşımlı kaplama, test edilen tüm kaplamalar arasında en yüksek ayrışma direncini gösterdi. Niyobyum içeren ve içermeyen geleneksel paslanmaz çelik şerit sarf malzemeleri benzer bir duyarlılığa sahipken, 309LMo sarf malzemesi en yüksek duyarlılığa sahipti ve daha düşük alaşım içeriği 308L birinci katman daha dirençli bir tortu üretti. Yüksek birikme hızı prosesleri için, birinci katman kaplamaların yığın halindeki mikro yapılarında artan ferrit ile artan çözülme direnci eğilimleri vardı.
Kaynak Sonrası Isıl İşlem
PWHT sıcaklığının veya süresinin azaltılmasının, ayrılma miktarını azalttığını ve ayrılma miktarının, PWHT süresinin logu ile yaklaşık orantılı olduğunu göstermektedir. Batık ark serisi ark kaplamasına uygulanan tekli ve çoklu ısıl işlemlerin (690°C'de bitirme) sonuçları aynı dağılım bandına düşer ve plazma sıcak tel kaplamaya uygulanan çoklu ısıl işlem neden olmasına rağmen daha az çözülme, bu muhtemelen çoklu PWHT için sıcaklıktaki daha düşük toplam zamana atfedilebilir. Dubleks ısıl işlemin ikinci aşaması için 565-640°C aralığında daha düşük bir PWHT sıcaklığının kullanılması, ayrışma duyarlılığını azalttı. Isıl işlemin bu ikinci aşaması için 5 ve 16 saatlik süreler kullanıldı, ancak hem tekli hem de çift yönlü ısıl işlemlerin sonuçları, ister tekli ister çiftli ısıl işlemlerde kontrol değişkeni olan nihai ısıl işlem sıcaklığı ile tutarlıydı.
Metalografi
Test bloklarında gözlemlenen çatlama, bir reaktör kabından ayrılan bir servis numunesinde gözlemlenene benzerdi. Çoğunlukla, ısıdan etkilenen bölgede çok ara sıra geziler gözlemlenmesine rağmen, kaplamada 100 um içinde ve füzyon sınırına yaklaşık olarak paralel olarak yer aldı.
Çatlamanın bulunduğu bölgedeki mikro yapı karmaşıktı ve PWHT'yi takiben dört mikroyapısal bölge tanımlanabildi, yani:
Ara yüzeyde temperlenmiş ve karbürlenmiş martensit bölgesi vardı.
Temperlenmiş ve karbürlenmiş martensit bölgesinin kenarında dar bir bakire martenzit bandı mevcuttu.
Kaplamaya doğru ilerleyen bir sonraki bölge, tane sınırlarının yoğun bir şekilde karbür çökeltileri tarafından çizildiği bir hafif aşındırma bölgesiydi.
Kaynak metali delta ferritin gözlemlendiği konumdan, kaplamaya yaklaşık 100 um nüfuz eden karbür ile yoğun şekilde çökeltilmiş başka bir bölge vardı.
690°C'de ısıl işlem görmüş malzemede, temperlenmiş ve karbürlenmiş martensitte 400µHV'yi aşan mikrosertlik gözlemlenmiştir. 600°C'de ikinci bir PWHT aşamasının ardından, bu bantta ölçülen 309L/347 SAW kaplamanın maksimum mikrosertliği 412'den 376µHV'ye düştü. Bununla birlikte, arayüz bölgelerinde ölçülen mikrosertlik ile ayrılma duyarlılığı arasında genel bir korelasyon yoktu.
Bu gözlemler paslanmaz çelik kaplamalar için geneldi, işlemler arasındaki en büyük farklılık, füzyon sınır geometrisinin MMA kaynağı ile diğer yöntemlere göre çok daha düzensiz olmasıdır. Birinci katman paslanmaz çelik kaplamalarda, dökme kaynak metali mikroyapısı ağırlıklı olarak östenit ve ferritti, PWHT'den sonra bir dereceye kadar sigma oluşumu. Biriktirilmiş olarak en yüksek ferrit içeriği, elektro cüruf kaplaması ile bulunurken, 308L sarf malzemesi ile üretilen birinci tabaka şerit kaplamasında önemli martensit not edildi. Bir dereceye kadar, nikel alaşımlı kaplama için de benzer yorumlar yapılabilir. Bununla birlikte, bu durumda, arayüz boyunca bileşimsel gradyan çok daha dikti ve sonuç olarak martensit oluşumunun kapsamı büyük ölçüde azaldı.
Hidrojen Dağılımları
Ortam sıcaklığına ulaştıktan 3 saat sonra standart test bloklarında hesaplanan hidrojen dağılımları, standart test koşulları ile 150 bar ve 50 bar'da şarj için verilmiştir. Ara yüzeyin yakınında kaplamada hidrojenin birikeceği ve daha yüksek bir hidrojen basıncı kullanıldığında daha büyük bir tepe noktasının üretileceği tahmin edildi. Model, bir reaktör kabı duvarı çevre sıcaklığına soğutulduğunda benzer bir dağılımın oluşacağını öngördü.
Bir otoklav test bloğunun kaplama arayüzü yakınında doğrudan hidrojen ölçümleri yapıldı. Arayüzün yakınında kaplamada hidrojenin biriktiği ve ölçülen değerlerin hesaplananlardan daha yüksek olduğu görülebilir.
Tartışma
Ayrılma Mekanizması
Mevcut ve diğer çalışmalardan, ayrışmanın hidrojen gevrekleşmesinin bir tezahürü olduğu açıktır. Çatlama, normal ortam sıcaklığına yakın sıcaklıklarda, net bir kuluçka süresi ile meydana gelir ve otoklavda hidrojen yerine helyum kullanılan laboratuvar testlerinde meydana gelmemiştir.
Diğer çalışanlar, taneler arası safsızlıkların ve karbür çökeltmesinin çözülme duyarlılığı üzerindeki potansiyel olarak gevrekleştirici etkisine dikkat çekmiştir. Mevcut çalışmada taneler arası ayrışma araştırılmadı ve niyobyum stabilizasyonunun belirgin bir etkisi görülmedi. Çözülme ağırlıklı olarak taneler arası olduğundan, tane sınırı gevrekleşmesine neden olan herhangi bir mekanizma muhtemelen ayrılmaya karşı direnç üzerinde zararlı bir etkiye sahip olacaktır. Bununla birlikte, metalografik gözlem, füzyon hattı boyunca temperlenmiş/karbürlenmiş malzemede çatlamanın başladığını ve kaplama ile ana çelik arasındaki arayüzde neredeyse bileşimsel/mikroyapısal geçiş bölgesi ile sınırlı olduğunu göstermektedir. Bu bölge, normal PWHT'den sonra 400µHV'yi aşan sertliklerin geliştiği karmaşık bir mikro yapıya sahiptir. Bu sertlik seviyeleri açıkça martenzitin varlığını gösterir. Metalografik gözlem, füzyon hattı boyunca tavlanmış/karbürlenmiş malzemede çatlamanın başladığını ve bu geçiş bölgesi içinde dört 'kaynak' formartensit oluşumunun harekete geçirilebileceğini düşündürmektedir:
Martensit, kaynak metalinin alaşım içeriğinin ana metalle seyreltme yoluyla azaldığı füzyon sınırına yakın kaynaktan soğuma ile oluşur.
Kaynaktan soğutma sırasında martensite dönüşen yüksek alaşımlı seyreltme bölgeleri, PWHT sırasında yeniden östenitleşebilir ve PWHT'den soğutma sırasında bakir martensite dönebilir.
PWHT sırasında ana metalden kaplamaya karbon göçü, krom karbür çökelmesine ve bunun sonucunda Ms sıcaklığının yükselmesine neden olarak ostenitin dengesini bozabilir, bu da PWHT'den sonra soğumada martensit ile sonuçlanır.
Martensit oluşumu için başka bir olası mekanizma, hidrojen yüklemesi sırasında ve sonrasında arayüzde gelişen yüksek hidrojen konsantrasyonlarının neden olduğu hidrojen kaynaklı dönüşüm olabilir. Bu durumda, hidrojen şarjından soğutma üzerine martensit oluşumu meydana gelecektir.
Ayrılmanın çoğu tanımlanabilir martensitik bölgeler içinde olmasına rağmen, martenzitin aşındırmada açıkça görülmediği malzemede taneler arası çatlama da gelişmiştir. Bu bölgeler yine de martensitik olabilir, ancak martenzitin, karbonun (ve hidrojenin) tane sınırları boyunca daha hızlı difüzyonunun bir sonucu olarak, yukarıdaki mekanizmalar 3 ve 4 tarafından oluşturulmuş tane sınırlarıyla sınırlı olması da mümkündür. Bu bağlamda, füzyon hattında martenzit oluşumunun, ferritik ve östenitik malzeme arasındaki ara yüzü etkin bir şekilde kaydırdığı ve böylece hidrojen dağılımı söz konusu olduğunda, pik konsantrasyonun östenitik malzeme meydana geleceği tahmin edilmiştir. Bu östenitik malzemede elde edilen hidrojen seviyeleri, homojen numunelerde üretilebilecek olandan daha yüksektir, ancak çok daha düşük hidrojen seviyelerine sahip malzeme üzerinde yapılan testler bile, 3. ve 4. bölgelerin bileşimindeki malzemenin taneler arası kırılma.
Ayrılan çatlaklar, yaklaşık olarak füzyon sınırına paralel olarak oluşur. Gözlenen çatlamaya neden olabilecek bir gerilim sistemi belirlemek zordur. Bununla birlikte, kaplama düzleminde uzun menzilli gerilmeler ve kaynak dikişi örtüşme konumlarında kısa menzilli gerilmeler şeklinde düşünülen kaplama malzemelerinde artık gerilmeler mevcuttur. Ayrılma ve üst üste binme konumları arasında bir miktar korelasyon kaydedilmiştir, ancak duyarlı malzemede yaygın yayılma göz önüne alındığında, bu her iki stres kaynağının da ayrılma olayını etkilediği varsayılabilir.
Ayrılmayı Etkileyen Faktörler
Kaynak İşlemi Değişkenleri
Test prosedürü, çözülme duyarlılığı açısından kullanılan çeşitli süreçlerin sıralanmasını sağlamıştır. Yapılması gereken en belirgin ayrım, manuel metal ark kaplamanın yüksek direnci ile tüm yüksek biriktirme hızı işlemlerinin nispeten düşük performansı arasındadır. Bununla birlikte, ikinci grup içinde, geleneksel batık ark şeridi kaplama işlemleri ile test edilen belirli elektro cüruf kaplama varyantının geliştirilmiş direnci ve yüksek hızlı batık ark şeridi kaplama tekniği arasında performansta bir derecelendirme vardır. Kullanılan tel sarf malzemeleri yöntemleri, geleneksel şerit daldırılmış ark testlerinin sonuçlarıyla büyük ölçüde karşılaştırılabilir sonuçlar verdi.
Şerit daldırılmış ark işlemi göz önüne alındığında, test sonuçları, kaynak koşullarına bir miktar ayrılma bağımlılığı olduğunu göstermektedir. Ancak, tek başına kaynak koşullarının kontrolü ile bu fenomenin tamamen ortadan kaldırılabileceği görülmemektedir. Bu, diğer işçiler ön ısıtmanın ve soğutma hızının üzerinde bir miktar etkisi olduğunu gösterse de, farklı kaynakların ergitme hatlarında 'kısmen karışmış' veya 'karıştırılmamış' bölgenin önlenemeyeceği kavramıyla tutarlıdır.
Yukarıdaki çözülme modeli kabul edildiğinde, kaynakla kaplanmış ve ısıl işlem görmüş kaplamanın doğasında çözülmeye karşı bir miktar hassasiyet olacaktır, böylece yüksek birikme hızı proseslerinden elde edilen sonuçların genel bir benzerliği beklenebilir. Bu nedenle, MMA kaplamaların daha yüksek çözülme direnci dikkat çekicidir. MMA kaynağı ve diğer üst üste bindirme yöntemleri arasındaki arayüz boyunca bileşim gradyanında pek çok farklılıklar olmasına rağmen, MMA işlemi ile farklı yığın seyreltmelerinden kaynaklanan tortu bileşimindeki değişikliklerle doğrudan ilişkilendirilemez. Bununla birlikte, MMA ve diğer işlemler arasındaki büyük bir fark, arayüz geometrisinde yatmaktadır. MMA için, çok daha düzensizdi ve bunun, muhtemelen yanal çatlak uzamasının kısıtlanmasının bir sonucu olarak, bu işlemdeki daha yüksek ayrılma direncinin ana nedeni olduğu düşünülüyor.
Tek bir işlem/sarf malzemesi türü içinde bile, sonuçlar çeşitlilik gösterir, kapsam en azından farklı yüksek biriktirme hızı yöntemleriyle ilişkili olanla karşılaştırılabilir. Bu, aşağıda ele alındığı gibi tortu bileşimi ve mikro yapıdaki farklılıklarla ilişkili gibi görünmektedir, bu da yüksek birikme oranlı kaynak yöntemi seçiminin ayrılma hassasiyetinin belirlenmesinde baskın olmadığını göstermektedir.
Sarf Malzemesi Türü
Ni-Cr alaşımlı sarf malzemesiyle yapılan kaplama, test edilen paslanmaz çelik çeşitlerinin herhangi birine göre ayrışmaya karşı çok daha düşük bir hassasiyete sahipti. Davranıştaki bu farklılık diğer çalışanlar tarafından da gözlemlenmiştir ve mikro yapıdaki açık bir farklılığa bağlanabilir: Ni-Cr kaplama durumunda arayüz boyunca daha dik bileşimsel gradyan, mikro yapıyı değiştirmiştir. Buna rağmen, diğer çalışanlar, benzer arayüzlerde ince bir martenzit bandı pozitif olarak tanımladılar.
Paslanmaz çelik sarf malzemeleri göz önüne alındığında, dökme kaplamada yüksek ferrit veya martensit içeriği veren kaplamalar ile matrisin yaklaşık %5-10 ferrit ile östenitik olduğu kaplamalar arasındaki ana fark olmuştur. Diğer işçilerin sonuçlarıyla uyumlu olarak, bağları koparma. direnç, daha yüksek ferrit seviyeleri veya 'yığın' martenzitin varlığı ile arttırıldı, ancak niyobyum stabilizasyonunun özel bir etkisi görülmedi. 309LMo şerit ile üretilen molibden içeren tortu, diğer tiplerden biraz daha yüksek hassasiyet gösteriyor gibi görünüyordu, ancak bu aynı zamanda daha düşük bir ferrit içeriğiyle de ilişkilendirildi.
Kaynak Sonrası Isıl İşlem (PWHT)
Hem kaynaklı hem de kaynak sonrası ısıl işlem görmüş mikro yapılarda ayrışmanın meydana gelebileceği gösterilmişti. Hem mevcut hem de diğer çalışmalardan ayrılmaya karşı hassasiyet, kaynak sonrası ısıl işlemin süresinin uzaması veya daha yüksek sıcaklık ile açıkça artmaktadır ve martensit oluşumu, artan östenit dönüşümü veya kararsızlaştırma ile teşvik edileceğinden, bu beklenebilir.
Kaynak sonrası ısıl işlem sırasında, füzyon sınırındaki orijinal martensit açıkça temperlenir. Aynı şekilde, ısıl işlem çevrimi taze martensit oluşumunu indükleyebilir ve ikincil martenzitin iki aşamalı bir ısıl işlem çevrimi ile ne ölçüde temperlenebileceğini göstermek için denemeler yapılmıştır. Birinciden daha yüksek ikinci bir sıcaklık kullanıldığında, çözülme direncinde hiçbir fayda bulunmadı. Bununla birlikte, ikinci ısıl işlem daha düşük bir sıcaklıkta olduğunda, ayrılma hassasiyetinde önemli bir azalma gelişmiştir. Diğer çalışanlar tarafından doğrulanan bu fayda muhtemelen iki nedenden kaynaklanmaktadır: birincisi, füzyon sınırına yakın bulunan martenzitin temperlenmesi sağlanır ve ikinci olarak, düşük sıcaklık, herhangi bir yolla taze martensit oluşumunu en aza indirir. tersine çevirme orostenit kararsızlaştırma.
Kaplama Kalınlığı
Hizmette olan bir geminin duvarından hidrojen difüzyonunun dikkate alınması, artan kalınlıktaki kaplamanın, kapatma sırasında arayüzde gelişen tepe hidrojen içeriğini azaltma eğiliminde olacağını gösterir. Küçük test blokları üzerinde yapılan laboratuvar denemeleri, artan kaplama kalınlığının ayrılma derecesini azalttığını göstermiştir. Bununla birlikte, otoklav maruziyeti, hidrojen ile çalışılan aralığın numune kalınlıklarını doyurmak için tasarlanmıştır ve bu nedenle, çözülme üzerindeki ölçülen etkinin, küçük test bloklarının otoklav testinin bir eseri olduğuna inanılmaktadır; daha kalın kaplamalara sahip test blokları. Buna rağmen, pratikte, artan kaplama kalınlığının bir etkisi olabilir, çünkü azaltılmış kararlı durum hidrojen konsantrasyon gradyanı, arayüz yakınındaki hidrojen miktarını azaltacaktır ve bu nedenle, kapatma sırasında oluşan tepe konsantrasyonunu azaltabilir.
Soğutma Koşulları
Mevcut ve diğer çalışmalardan ve pratik deneyimden, ayrılma, soğutma hızı pik sıcaklıktan sınırlandırılarak kontrol edilebilir. Bu, ara yüzey bölgesinden hidrojen difüzyonuna izin veren yavaş soğuma temelinde tahmin edilebilir. Coudreuse tarafından ayrıştırma testi sonuçları ile tahmin edilen hidrojen arayüzü pik konsantrasyonları arasında bir korelasyon sunulmuştur.
Etkileri
Literatürde, çözülme riskini etkileyen değişkenlerin rollerine ilişkin önemli bir anlaşmazlık vardır. Bunların, büyük ölçüde, kullanılan test yöntemlerindeki ve çözülme duyarlılığının değerlendirilmesine yönelik kriterlerdeki farklılıklardan kaynaklanması muhtemeldir. Bu çalışma, bu tür belirsizlikleri en aza indirmek için test tekniğini ve değerlendirmeyi iyileştirmeye çalışmıştır ve iki yönün özellikle önemli olduğu düşünülmektedir. Kullanılan hidrojen şarj süresi, kaplamada doygunluğa yakın hidrojen seviyelerine ulaşmak için yeterince uzundu (%93 olarak tahmin ediliyor). Bu önemlidir, çünkü şarj için daha kısa süreler kullanıldığında, test bloklarında elde edilen gerçek hidrojen seviyeleri, şarj koşullarındaki küçük değişikliklere karşı çok daha duyarlı olacak ve dolayısıyla sonuçlardaki saçılmayı artıracaktır. İkinci olarak, ayrışmayı başlatmak için 'kritik bir eşik basıncı' kullanılması, diğer işçiler tarafından kullanılan keyfi seviyelerdeki bağlanmadan, karşılaştırmalı veya niceliksel amaçlar için daha yararlı bir parametre olarak kabul edilir.
Bu çalışma için önemli bir bulgu, östenitik paslanmaz çelik sarf malzemeleri ve geleneksel kaynak sonrası ısıl işlemlerin uygulanmasıyla, yüksek basınçlı yüksek sıcaklıkta hidrojen hizmetinde ayrılmaya karşı bir miktar hassasiyetin kaçınılmaz olmasıdır. Bununla birlikte, uygulamada belirli bir yaklaşımın benimsenmesinden önce duyarlılıkla ilgili tüm yönlerin dikkatlice düşünülmesi gerektiği vurgulanmasına rağmen, ayrılma hassasiyetini azaltmanın bir dizi yolu tanımlanabilir.
Mevcut sonuçlar ve diğer çalışanların sonuçları, aşağıdaki tekniklerin incelenen değişkenler aralığında çözülme direncini arttırdığını göstermektedir:
Ni-Cr kaplama
Manuel metal ark kaplama
650°C'nin altında PWHT için son işlem sıcaklığı
Birinci katman kaplamada yüksek ferrit
Artan kaplama kalınlığı
Birinci katman kaplamada martenzit
Vanadyum modifiyeli ana çelik kullanımı
Mevcut gemiler için, ayrılma duyarlılığını en aza indirmek için aşağıdaki prosedürler mevcuttur:
Soğutmadan önce hidrojen salma işlemleri uygulamak
Ek bir düşük sıcaklık PWHT uygulanması.
Yeni kapların imalatı durumunda, yukarıdaki tekniklerin tümü kullanılabilir, ancak çoğu uygulama için aşağıdaki tavsiyelerin en etkili olacağı düşünülmektedir:
İlk katman tortularında düşük ferritten kaçınmak
Çift yönlü PWHT uygulama
V-modifiyeli ana çeliklerin kullanımı
Özet ve Sonuçlar
Bir otoklavda küçük kaynaklı kaplamalı test bloklarının izotermal hidrojen yüklemesi, ardından ortam sıcaklığına hızlı soğutma, çeşitli kaynak işlemleri kullanılarak yapılan kaplamaların ve sarf malzemelerinin ayrılmaya karşı duyarlılığını değerlendirmek için kullanılmıştır. Kaynak sonrası ısıl işlemin etkisi belirlenmiş ve metalografik ve mikroanalitik tekniklerle ayrışma mekanizmaları araştırılmıştır. Hidrojenin test bloklarında ve reaktör kap duvarlarında difüzyonu, sonlu elemanlar analizi kullanılarak modellenmiştir. Bu çalışmada elde edilen sonuçlardan aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:
Ayrılma, hidrojen gevrekliğinden kaynaklanır ve arayüz bölgesinde martenzitin varlığı ile ilişkilidir, martenzit hem kaynak sırasında hem de kaynak sonrası ısıl işlemi takiben oluşur. Çatlama, ana metale sadece birkaç izole gezi (<1 tane çapı) ile neredeyse sadece arayüzün kaplama tarafında meydana gelir.
Ni-Cr kaplama, test edilen tüm proses/sarf malzemesi/ısıl işlem kombinasyonları arasında en düşük çözülme duyarlılığına sahipti.
Paslanmaz çelik kaplamalar için, manuel metal ark kaynağı, çözülmeye karşı en dirençli işlemdi. Bir grup olarak, yüksek birikme hızı prosesleri, ayrışmaya karşı daha fazla hassasiyet göstermiştir.
Toplu birinci katman kaplamasındaki yüksek ferrit veya martensit içeriği ile ilişkili kaplama ara yüzeyindeki modifiye edilmiş yapı, yüksek birikme hızı prosesleri ile kaplanmış paslanmaz çelik kaplamalarda artan bir çözülme direnci sağlamıştır.
309L sarf malzemeleri ile tozaltı ark şerit kaynağı için, yüksek akım, yüksek hareket hızı koşulları, daha yavaş, daha düşük akım kaynak koşullarına kıyasla ayrılmaya karşı geliştirilmiş dirençli kaplamalar üretti.
Yüksek birikme hızı prosesleriyle üretilen paslanmaz çelik kaplamalar için kaynak koşulları, sarf malzemesi bileşimi ve sonuçta ortaya çıkan mikro yapı, kaynak işlemlerinden daha önemliydi.
Çözülme direnci, (a) sıcaklıktaki süreyi ve (b) son temperleme sıcaklığını en aza indiren kaynak sonrası ısıl işlemlerle geliştirildi.
Bu çalışmanın bir sonucu olarak, birçok durumda kaynak işleminin ve sarf malzemesinin dikkatli seçimi ve kontrolü ile çözülme insidansının azaltılabileceği sonucuna varılabilir. Bununla birlikte, hidrojen yüklemesini takiben yavaş soğutmayı içeren deneyler, kullanılan test bloklarında ayrılmayı ortadan kaldırmada başarılı olmuştur. Bu, ayrışmayı önlemek için hidrojenin yeterli yayılımlı uzaklaştırılmasını sağlayan kapatma programlarının kullanılmasıyla tutarlıdır.
