Effetto delle atmosfere di trattamento termico sull'evoluzione della microstruttura e sulla resistenza alla corrosione delle saldature in acciaio inossidabile duplex 2205

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 4592 (2023) Citare questo articolo

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Sono stati studiati gli effetti dell'atmosfera post-trattamento termico sulla microstruttura e sulla resistenza alla corrosione dei giunti saldati in acciaio inossidabile duplex. Il trattamento termico post saldatura (PWHT) è stato effettuato con e senza atmosfera protettiva. L'azoto e l'argon vengono utilizzati singolarmente come gas protettivi. L'esame dettagliato della microstruttura (ottico e SEM) dimostra che i precipitati di nitruri sono altamente osservati nelle zone saldate per i campioni protetti da azoto. Una diminuzione osservata della frazione volumetrica di ferrite nei campioni trattati termicamente dopo la saldatura rispetto ai campioni saldati senza trattamento termico ha portato ad un miglioramento della resistenza alla corrosione dei giunti saldati trattati termicamente. Un'eccezione per l'utilizzo dell'azoto come atmosfera di trattamento termico è stata studiata per la diminuzione della resistenza alla corrosione delle parti saldate dovuta ai precipitati di nitruro. Un aumento della durezza della zona di saldatura per i campioni trattati termicamente dopo la saldatura rispetto alla lega di base. La durezza iniziale dell'acciaio inossidabile duplex era di 286 Hv mentre la durezza media della zona di saldatura era di 340, 411, 343 e 391 Hv per come saldato, PWHT utilizzando rispettivamente atmosfere di aria, argon e azoto. La durezza della zona di saldatura è aumentata a 33, 44, 20 e 37%. Una diminuzione significativa del carico di rottura e dell'allungamento dopo PWHT. Il materiale di base iniziale in acciaio inossidabile duplex con resistenza alla trazione massima era 734,9 MPa mentre la resistenza alla trazione massima dei giunti saldati era 769,3, 628,4, 737,8 e 681,4 MPa per le seguenti condizioni: come saldato, PWHT utilizzando rispettivamente atmosfere di aria, argon e azoto .

L'acciaio inossidabile duplex (DSS) è il metallo più adatto da utilizzare in ambienti difficili come condutture di acque profonde per il trasferimento di materiale petrolifero, dissalazione dell'acqua di mare, reattori, petroliere, raffinerie di petrolio e industrie petrolchimiche grazie alla sua eccezionale resistenza alla corrosione e all'elevata forza1,2. La composizione chimica dell'acciaio inossidabile duplex (DSS) contiene Cr, Mo, Ni e N, inoltre, la distribuzione degli elementi leganti dell'acciaio inossidabile duplex (DSS) non è omogenea, mentre Cr e Mo portano ad un aumento del volume della ferrite frazione, Ni e N aumentano la frazione volumetrica dell'austenite. Il fattore chiave per influenzare la frazione volumetrica della ferrite e la precipitazione delle fasi intermetalliche (fasi nocive) come la fase sigma (σ), la fase chi (χ), l'austenite secondaria (γ2), il nitruro (CrN e Cr2N), i carburi (M23C6) sono la ricottura temperatura, velocità di raffreddamento, solidificazione dopo il processo di saldatura3,4,5,6,7,8 e apporto di calore8,9,10.

Il processo di saldatura è un processo basilare e indispensabile nel settore. È un processo di trattamento termico che risulta in tre zone: materiale di base (BM), zona interessata dal calore (HAZ) e zona di saldatura (WZ) ciascuna11. Il DSS dopo la saldatura mostra tre diverse zone nella composizione chimica della fase ferrite e austenite che di conseguenza portano a diversa resistenza alla corrosione. L'influenza della saldatura non è limitata solo alla composizione chimica, ma influenza anche la frazione volumetrica della ferrite a causa del calore12,13. Mentre Nilsson14 ha indicato che la saldatura multi passaggio consente la formazione di una quantità eccessiva di austenite secondaria, determinando quindi una bassa resistenza alla corrosione nella zona di saldatura.

Inoltre, la scelta dell'elettrodo di saldatura è di fondamentale importanza per il controllo della microstruttura dell'area di saldatura e quindi delle proprietà dopo la saldatura15,16,17. È stato effettuato un tentativo di studiare l'effetto del metallo d'apporto sulla solidificazione, sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche della saldatura diversa tra l'acciaio inossidabile super duplex 2507 e l'acciaio per tubazioni API X70 a bassa lega ad alta resistenza da Khan et al.15. Hanno concluso che la microstruttura della saldatura di apporto 309L è composta da ferriti scheletriche nella matrice di austenite, mentre la saldatura di apporto 2594 ha più austenite riformata incorporata nella matrice di ferrite. Inoltre, Ramkumar et al.18 studiano la saldabilità, le proprietà metallurgiche e meccaniche dei giunti in acciaio inossidabile super-duplex UNS 32750 mediante saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW) utilizzando metalli d'apporto ER2553 e ERNiCrMo-4. Hanno raccomandato l'uso di ER 2553 per la saldatura dell'acciaio inossidabile super-duplex perché migliora le proprietà meccaniche dei giunti saldati che utilizzano ER 2553 rispetto ai giunti saldati che utilizzano ER NiCrMo-4. Hanno attribuito questo miglioramento comparativo delle proprietà meccaniche alla presenza di quantità sufficienti di ferrite, allotriomorfa e austenite sotto forma di widmanstätten a forma di cuneo e come precipitati intergranulari nella zona di saldatura impiegando ER2553.