Hem zayıf kaliteler (molibdensiz) hem de yüksek kaliteler (%2 molibdenli) dahil olmak üzere süpermartensitik
paslanmaz çelikler (SMSS), CO ile asitleştirilmiş klorür çözeltilerinde laboratuvar testleri sırasında kaynak HAZ'lerinde taneler arası korozyon veya stres korozyon çatlamasına (IGSCC) duyarlılık göstermiştir. 2 yaklaşık 100°C'nin üzerinde. Ayrıca, sıcak asidik tuzlu sulara maruz kaldığında, zayıf SMSS kaliteleri hizmette çatladı. Bu belge, kaynaklı SMSS'nin IGSCC'ye karşı duyarlılık mekanizmasına ilişkin mevcut anlayışı test etmek için tasarlanmış bir Ortak Sanayi Projesini açıklamaktadır. Proje ayrıca kaynak işleminin kontrolü veya kısa PWHT ile IGSCC'den güvenilir bir şekilde kaçınılıp kaçınılamayacağını belirlemeye çalıştı. Mevcut veriler gözden geçirildi ve iki seri kaynak denemesi ve korozyon testi yapıldı. İnceleme ve ilk testler dizisi, geliştirilecek olan SMSS'deki duyarlılık mekanizmasına ilişkin bir hipoteze izin verdi ve daha sonra ikinci test dizisi aracılığıyla test edildi. Birkaç SMSS notu incelendi. Kaynaklar, ısı girdisi ve pasolar arası sıcaklığı değiştirilerek ve aktif su soğutması kullanılarak bir dizi kaynak termal çevrimiyle yapılmıştır. Bazı kaynaklara 650°C'de 5 dakika süreyle PWHT verildi. Kaynaklardan alınan gerilimli bükme numuneleri, 110°C'de 10bar CO
2 ile asitleştirilmiş %25 NaCl çözeltisi içinde test edildi. Bazı testler, C02'nin eklenmesinden önce çözeltiyi pH 3.3'e asitlendirmek için küçük bir HCl ilavesini içeriyordu. Kaynak termal döngülerinin testlerinin ve ölçümlerinin sonuçlarından, ana katkıda bulunan faktörlerin bilinmesine rağmen, süpermartensitik çeliklerde IGSCC'nin mekanizmasının tam olarak anlaşılmasının henüz mevcut olmadığı sonucuna varıldı. Sonuç olarak, hizmet ortamının yeterince agresif olduğu durumlarda, kısa PWHT, IGSCC'den kaçınmanın pratik bir yolunu sunsa da, yalnızca kaynak işleminin kontrolü ile IGSCC riski tamamen ortadan kaldırılamaz.
Tanıtım
Yayınlanmış bilgilerin gözden geçirilmesi, SMSS'deki çevre kaynaklarının, kaynaklanmış durumdayken, hepsinin değil, birçoğunun, önceki ostenit tane sınırlarını izleyen taneler arası bir mekanizma ile sıcak asidik tuzlu sularda stres korozyonu çatlamasına duyarlı olduğunu göstermiştir. Çatlak görünümü, hassaslaşmanın HAZ'ın tamamından ziyade belirli HAZ konumlarında meydana geldiğini gösterir. Kökü işlenmiş veya 650°C'de 5 dakika süreyle kısa PWHT verilen numunelerin çatlamaya duyarlı olmadığı bulundu. Test edilen alaşımlar için HAZ sertliği, HAZ mikro yapısı veya bileşimi ile açık bir bağlantı bulunmadı ve PWHT'nin faydalı etkisinin ne kadar yaygın olarak uygulanabilir olduğu açık değildi.
En yaygın olarak gözlemlenen makroskopik çatlama mekanizması, önceki östenit sınırlarını takip eder, bu nedenle, bu sınırlar üzerinde karbür çökeltmesinin hassaslaşma için ana mekanizmayı sağladığını öne süren bir hipotez geliştirilmiştir. En az iki termal döngü gereklidir, birinci termal döngü taze martenzit oluşturur ve ikinci ve sonraki döngüler zarar verici karbürleri oluşturur.
Bu nedenle, kaynak prosedürü temelinde IGSCC'ye duyarlı olan ve olmayan kaynaklar arasında bir ayrım yapılıp yapılmayacağını görmek için farklı ısı girdileriyle bir dizi kaynak yapılmış ve korozyon testleri gerçekleştirilmiştir. Bunu takiben, IGSCC'ye duyarlılık açısından kaynak prosedürünün hangi yönlerinin kritik olduğunu daha fazla araştırmak için ikinci bir dizi kaynak üretildi.
Önerilen Makale: Çelik profil malzemeler ve uygulamaları hakkında detaylı bilgi almak için
çelik köşebent fiyatları sayfamızı ziyaret etmenizi tavsiye ederiz.
Aşama I Deneysel Programı
Üç çelikte, Ar koruyucu ve geri temizleme gazı kullanılarak bir dizi ısı girdisi ile bir dizi GTA kaynağı üretildi: Ti ilavesiz yalın kalite (çelik C: 11Cr1.5NiCu), Ti ilavesiz yüksek kalite (çelik D: 12Cr6Ni2Mo) ve Ti katkılı yüksek kalite (çelik A: 12Cr6.5Ni2.5MoTi). Yüksek kalite ve yalın kalite çelikler için Superduplex (Zeron 100X) ve %22Cr duplex (ER2209) dolgu telleri kullanılmıştır. Deneysel kolaylık için, ~150 x 200mm ve 11-18mm kalınlığında oldukça küçük çelik parçaları kullanıldı ve tek, çift ve çok pasolu kaynaklar üretildi. Tipik endüstriyel uygulamayı yansıtmak için 150°C'lik bir maksimum pasolar arası sıcaklık (IPT) belirlenmiştir. HAZ termal döngüleri, kök yüzeyine bağlı termokupllar tarafından kaydedildi.
Her bir kaynak kökünden çapraz kaynak numuneleri (100 x 15 x 3 mm) üzerinde, kaynak kökü şekli kaynaklanmış olarak bırakılarak dört nokta bükme testi, 110°C'de otoklavlarda gerçekleştirilmiştir. Test çözeltisi, 10 bar C02 ile hesaplanan pH 3.4'e %25 NaCl asitleştirildi. Testler ya 30 ya da 72 gün boyunca gerçekleştirilmiştir. Numuneler, HAZ'da oda sıcaklığında ölçülen ana malzemenin %100'üne eşdeğer bir gerinim, yani %0.57'lik bir toplam gerinim vermek üzere, gerilim altında kök ile saptırıldı.
Aşama I Sonuçları ve Tartışma
Kaynakların hiçbirinin makroskopik IGSCC'ye duyarlı olmadığı bulundu, ancak bazı durumlarda taneler arası karaktere sahip çok sığ korozyon/çatlaklar bulundu. Kaynaklardan biri, 1,4 kJ/mm ısı girdisi ile yalın kalite çelikten yapılan WC-3 ve 86°C pasolar arası sıcaklığa sahip iki geçiş, mikroskobik IGSCC kanıtı gösterdi. İki kaynak, sınırda, yani yaklaşık 0.025 mm derinlikte olan özellikler gösterdi. Bunlar, yaklaşık 1,6kJ/mm ısı girdisi, 15 geçiş ve 40-147°C pasolar arası sıcaklık ile yüksek kaliteli çelikten WD-7 ve 1.4 ve 1.0kJ/mm'lik iki geçişle yapılan yalın kalite çelikten WC-5 idi. ve 85 °C pasolar arası sıcaklık. Yüksek dereceli çelikteki diğer kaynakların çoğu, <0.025mm derinliğe sahip tane sınırları boyunca çok sığ penetrasyonlar gösterdi.
Termal döngülerin incelenmesi, özellikle çok pasolu kaynaklar için 80-150°C aralığında oldukça yüksek pasolar arası sıcaklıkların kullanıldığını ortaya çıkardı. Bunun nedeni, oldukça yavaş soğutma sağlayan küçük numune boyutlarıydı ve bu nedenle kaynakçıların tipik olarak IPT'nin 150°C'nin altına düşmesi için bir süre beklemeleri gerekiyordu. Ayrıca HAZ soğutma hızları, füzyon hattının yaklaşık 2 mm'si içinde 600 ve 400°C (zarar verici krom karbür oluşumu için beklenen yaklaşık sıcaklık aralığı) arasındaki 30-45 saniyelik sürelerle oldukça yavaştı. Bu çalışmanın, çeşitli süpermartensitik borularda yaklaşık 0.5kJ/mm ısı girdisi ve <150°C belirli bir IPT ile yapılan darbeli GMA çevre kaynaklarında IGSCC'nin önceki gözlemi ile karşılaştırılması, aşağıdakilerin geliştirilmesine yol açmıştır. Boru çevresi kaynakları için, hızlı termal döngülerin, yani düşük ısı girdisi ve düşük pasolar arası sıcaklığın, IGSCC duyarlılığına göre muhtemelen en fazla zarar verici olduğuna dair bir başka hipotez. Ek olarak, daha yavaş soğutmanın 'iyileşme' için bir fırsat sağladığı, yani kromun krom karbürlerin bitişiğinde oluşturulan Cr-tüketilmiş bölgelere geri difüzyonu sağladığı, oysa daha hızlı soğutmanın sağlamadığı öne sürülmüştür. Burada incelenen tipteki malzeme geometrileri için tipik ark kaynağı termal döngüleri, bu nedenle, muhtemelen, IGSCC'ye duyarlılaşmaya neden olmak için genellikle yeterlidir, ancak bu hipotez doğruysa, 'iyileşme' kolayca gerçekleşebilir.
Faz II Deney Programı
Yukarıdaki hipotezi test etmek için, daha kısa termal döngüleri indüklemek ve ortaya çıkan kaynakların IGSCC duyarlılığını test etmek için tasarlanmış bir çalışma programı başlatıldı. Bu ikinci iş parçası, ilk programa benzer çeliklere, ancak boru çevresi kaynaklarını temsil eden daha büyük parçalara baktı. Amaç, daha hızlı soğutmanın IGSCC'ye daha duyarlı kaynaklar verdiğini göstermek ve ayrıca beklenen en kısa termal döngülerle yapılan kaynaklarda 5 dakika boyunca 650°C'de kısa PWHT'nin IGSCC'ye duyarlılık üzerindeki etkisine bakmaktı.
Her ikisi de titanyumla kasıtlı alaşımlama yapılmadan D2 (yüksek kalite 12Cr6Ni2Mo, 18 mm kalınlıkta) ve C2 (zayıf kalite tip 11Cr1.5NiCu, 8 mm kalınlık) olarak adlandırılan iki başka boru malzemesi üzerinde çalışıldı. Bir süper dupleks sarf malzemesi (Zeron 100X) yüksek kaliteli boruyu kaynaklamak için kullanıldı (bir dizi 'yeni kaynak A' veya NWA üretmek için), zayıf kaliteli boru ise ER2209 %22 Cr dubleks dolgu teli (NWB) kullanılarak kaynaklandı.
Her boruda, kök için bir STT (yüzey gerilimi transferi) GMA işlemi kullanılarak, pratik olarak mümkün olduğu kadar düşük bir ısı girdisi (kökte 0,3kJ/mm, başlıkta 0,9kJ/mm'ye yükselen) ile çevre kaynakları yapıldı. ikinci ve doldurma geçişleri için çalıştırma ve darbeli bir GMA işlemi. STT-GMA işlemi, bir destek şeridine ihtiyaç duymadan iyi, tekrarlanabilir bir kaynak kök parçası profili sağladığı için seçilmiştir. Kullanılan koruyucu gazlar şunlardı: (i) zayıf dereceli boru C2'de kök geçişi için Ar-20%CO
2-%2O
2, (ii) zayıf dereceli boruda kalan geçişler için Ar-%38He-%2CO
2 C
2 dereceli boru ve (iii) yüksek dereceli boru D2 için He-13.5Ar-%1.5 CO
2. Isı girdisini ve boncuk profilini mümkün olduğunca tutarlı tutmak için boru döndürülmüş (PA konumu) ile tek geçişli, iki geçişli ve çok geçişli kaynaklar üretildi. Kaynağın her iki tarafındaki boru numunelerinin uzunluğu yaklaşık 500 mm idi. Kaynak kökü, her durumda argon temizleme kullanılarak oksidasyondan korunmuştur. Boru iç yüzeyindeki kaynak HAZ termal döngüleri, HAZ'a tipik olarak eklem merkez hattından 5 mm ve 7 mm uzaklıkta konumlandırılan termokupllar kullanılarak kaydedildi. Soğutma hızını arttırmak için bir dizi kaynak için kaynak torçunun yaklaşık 80 mm arkasına borunun dış yüzeyine püskürtülen su kullanılarak borunun aktif soğutulması kullanıldı. Su kaynağı bozabileceğinden kök paso için su soğutması kullanılamadı. Cebri soğutma olmadan yapılan kaynaklar için 20°C ve 140°C olmak üzere iki pasolar arası sıcaklık kullanılmıştır.
Düşük geçiş sıcaklığı ve zorlamalı soğutma kullanılarak elde edilen her kaynağın bir kısmı (NWA2-3 ve NWB2-3, eğer hipotez doğruysa, IGSCC'ye en yüksek hassasiyete sahip kaynaklar olması beklenen PWHT'ye tabi tutuldu. 650±10°C'de, kök üzerindeki termokupllarla ölçüldüğü gibi, 5 dakika boyunca indüksiyonla ısıtma ile. Ayrıca, oluşturulmuş martenzit HAZ'da IGSCC'ye karşı hassasiyet oluşturmadığını kontrol etmek için tek geçişli kaynaklara PWHT verildi.
Her kaynaktan çapraz kaynak numuneleri (100 x 15 x 3 mm) üzerinde, kaynak kök şekli kaynaklanmış olarak bırakılarak dört nokta bükme testi 110°C'de gerçekleştirilmiştir. Test solüsyonu, 10 bar CO
2 ile %25 NaCl asitleştirildi. Testler 90 gün boyunca yapıldı. Test çözeltisi, testten önce küçük bir HC1 ilavesiyle pH 3.3'e asitleştirildi. Test sırasında hesaplanan pH 3.2 idi. Numuneler, %0.57'lik bir toplam HAZ suşu verecek şekilde saptırıldı.
Faz II Sonuçları
Termal Döngüler
Termal döngü verileri, su soğutması kullanıldığında daha yüksek geçiş sıcaklıkları ve daha yüksek soğutma hızları ve daha düşük tepe sıcaklıkları için daha düşük soğutma hızlarının beklenen genel eğilimlerini göstermiştir. Yüksek dereceli çelik için belirli bir pik sıcaklık için soğutma hızları tipik olarak daha hızlıydı, çünkü zayıf çelikten önemli ölçüde daha kalındı (8 mm'ye karşı 18 mm), ancak en yüksek pik sıcaklıklar daha incede ölçüldüğü için bu eğilim her zaman net bir şekilde gözlenmedi. Bu, termokupl konumunun bir kazası veya bu malzemedeki genel olarak daha yavaş soğumanın bir yansıması olabilir. Su soğutmalı ve susuz olarak yapılan yüksek kaliteli çelikteki kaynakları karşılaştırırken, yüksek dereceli çelik (NWA2/3 ve NWA4) için sırasıyla 23 ve 4°C/s maksimum soğutma hızları ve 100 ve 10°C/s ( Yalın kalite için NWB2/3 ve NWB4). Tüm kaynakların en yüksek ikinci geçiş HAZ soğutma hızının (NWB5 için 200°C/sn) ölçülen en yüksek sıcaklıkla (959°C) ilişkili olduğu not edilebilir. Bu beklendiği gibidir ve genel olarak, incelenen fenomenle ilgili belirli bir sıcaklıktaki soğutma hızlarını karşılaştırmak daha uygundur, örn. 600-400°C. Düşük ısı girdisi nedeniyle ölçülen HAZ sıcaklıkları tipik olarak oldukça düşük olduğundan, burada bu mümkün değildi. Çeşitli kaynaklara göre biraz farklı termokupl pozisyonları ve muhtemelen farklı pik HAZ sıcaklıkları veren farklı yeniden ısıtma seviyeleri nedeniyle, çeşitli kaynaklardaki termal döngülerin doğru bir karşılaştırmasını vermenin zor olduğu bulundu. bireysel kaynak boncuklarının kalınlıkları.
Zayıf dereceli çelikte GTA (WC3) ve PGMA (NWB5) kaynakları için kaynak füzyon hattından yaklaşık 5 mm'de ölçülen HAZ termal döngülerinin bir karşılaştırmasını verir. GTA kaynaklarında tepe sıcaklıklarının önemli ölçüde daha yüksek ve soğutma hızlarının önemli ölçüde daha yavaş olduğu görülebilir. Gösterilen GTA ve PGMA kaynakları için ısı girdileri sırasıyla 1.4 ve 0.4-0.9kJ/mm idi ve pasolar arası sıcaklıklar oda sıcaklığı ve 86°C idi.
Kaynak Karakterizasyonu
Metalografik kesitler, her durumda büyük ölçüde benzer mikro yapılar ortaya çıkardı. Yüksek dereceli çelikteki her kaynak HAZ'ı, füzyon hattından yaklaşık 100 um genişliğinde ve 100-200 um'lik bir bantta lokal olarak %5 ila %10 arasında ferrit içeren, tutulan delta ferrit ile iyi tanımlanmış bir bölgeye sahipti. Bu bant ve füzyon hattı arasında , daha düşük bir ferrit seviyesi mevcuttu, yine görünüşe göre önceki ostenit sınırlarında ama burada önceki ostenit yapısı tipik olarak Widmanstatten'dir. Yalın kalite çelikte, ferrit yalnızca PWHT verilmiş olan numunelerde açıkça tanımlanmış ve dağılımı daha az düzenliydi; bazı alanlar çok az ferrit gösterdi veya hiç göstermedi, diğer alanlarda ise füzyon hattına kadar uzanan yaklaşık 400 um genişliğe kadar bir ferrit bandı vardı. Bu ferrit dışında, kaynaklı HAZ mikroyapıları oldukça özelliksiz martensitten oluşuyordu.
Korozyon Testi Sonuçları
HAZ'ın bazı alanlarında kalın oksitin parçalanması ve zayıf dereceli numunelerde tek tip korozyon kanıtı gözlendi. Bu, zayıf dereceli malzemede yaklaşık 0,05-0,1 mm derinliğe, yani 0,2-0,4 mm/yıl korozyon hızına kadar genel korozyon meydana geldiğini gösterir. Bu nedenle, genel korozyonun IGSCC'yi bastırması muhtemel olduğundan, test ortamının zayıf dereceli malzemede IGSCC'yi incelemek için idealden çok agresif olduğu sonucuna varılmıştır.
IGSCC test numunelerinin görsel ve metalografik incelemesi, sadece iki durumda taneler arası morfolojiye sahip makroskopik çatlama gösterdi: (i) yüksek dereceli çelikte cebri soğutma ve 20°C pasolar arası sıcaklık ile yapılan iki geçişli NWA2 kaynağı (ikincisi için en yüksek soğutma hızı). tüm kaynakların pasosu) ve (ii) zayıf kalite çelikte cebri soğutma olmadan ve 20°C pasolar arası sıcaklıkta yapılan iki geçişli NWB5 kaynağı. Mikroskopik taneler arası çatlama, diğer birçok kaynakta bulundu, yani (i) iki geçişten oluşan ve 140°C geçişler arası sıcaklıkta yapılan NWB6 zayıf kalite çelikten bir kaynak ve (ii) yüksek dereceli çelikten NWA3, NWA5 olan beş kaynak , NWA6 ve NWA7, yani iki paso ve 20°C pasolar arası sıcaklık ile yapılan tek paso kaynağı NWA1 ve NWA4 hariç tüm kaynaklar. Yüksek dereceli çelik için üç durumda, NWA 5, 6 ve 7, mikroskobik çatlamanın kaynak ucundaki HAZ'deki ferrit ile ilişkili olduğu, diğer durumlarda ise kaynak ucundan daha uzakta (1.5 mm'ye kadar) mikroskobik çatlama gösterdiği kaydedilmiştir. Bu üç kaynak, beş kaynak geçişli (20°C ve 140°C pasolar arası sıcaklıklar) ve iki geçişli (140°C geçiş sıcaklıkları) iki kaynak içeriyordu; bu, üretilen tüm kaynaklar arasında en yavaş soğumaya ve en fazla yeniden ısıtmaya sahip olacaktı. . Tek pasolu kaynaklarda makroskopik veya mikroskobik hiçbir çatlama bulunmadı.
PWHT için kaynak seçimi, hipotezin öne sürdüğü, IGSCC'ye göre en zararlı koşul olacağı en hızlı soğumaya sahip olanları içeriyordu. Yalın kalite çelik için bunun yanlış olduğu ortaya çıktı. Bununla birlikte, PWHT verilen zayıf dereceli numunelerin hiçbiri 90 günlük testte herhangi bir taneler arası korozyon veya çatlama kanıtı göstermedi. Ayrıca kaynak sırasında hassaslaşması beklenmeyen tek pasolu kaynakların PWHT'si IGSCC'ye duyarlılık oluşturmadı.
Yüksek dereceli çelik için, en hızlı soğumaya sahip kaynak, makroskopik IGSCC veren kaynaktı. Bu durumda, PWHT'den sonra, 90 günlük test sırasında, makroskopik IGSCC'nin kaynaklanmış durumda oluştuğuna benzer bir yerde, yani kaynak ucundan yaklaşık 1.5 mm uzaklıkta, 0.025 mm derinliğinde taneler arası özellikler oluşmuştur. PWHT örneğinde makroskopik IGSCC oluşmadı. Bu mikro çatlakların endişe kaynağı olup olmadığı açık değildir, ancak IGSCC'ye en yüksek hassasiyetle kaynaklara uygulandığında önerilen PWHT'nin sağlamlığını belirlemek için daha fazla çalışmaya ihtiyaç olduğunu gösterirler. Kaynaklardan biri, NWA3, kaynaklı durumda mikroskobik IGSCC göstermesine rağmen, diğer iki PWHT örneğinin hiçbiri mikroskobik veya makroskopik IGSCC göstermedi.
Aşama II Tartışması
Kaynaklı Durum
Zayıf kalite çeliğe ilişkin sonuçlar, makroskopik IGSCC'nin oluşması için oldukça spesifik bir ikinci termal döngünün gerekli olduğunu, ancak bu durumda en kısa termal döngü olmadığını göstermektedir. Zorla soğutma uygulandığında veya 140°C IPT kullanıldığında veya tek geçişli kaynakta çatlama meydana gelmedi. Ayrıca, ikinci geçişte daha düşük sıcaklıklara yeniden ısıtılan büyük ölçüde benzer iki geçişli bir kaynakta çatlama meydana gelmedi. Her ne kadar tam olarak beklendiği gibi olmasa da, içinde hassaslaşmanın meydana geldiği bir termal döngü 'penceresinin' olduğu ileri sürüldüğü takdirde, bu hipoteze uymaktadır. İkinci döngü çok kısaysa, Cr-karbürler ve ilişkili Cr-tükenmiş bölgeler oluşamaz ve çok uzunsa, 'iyileşme' meydana gelir. Ancak, NWB5'te HAZ'ın yeniden ısıtılması sırasında yüksek sıcaklıkların yaşandığı ve dolayısıyla 900°C'nin üzerine yeniden ısıtılan bir alanda çatlamanın meydana geldiği belirtilmektedir. Bu, sıcaklığın SMSS için Ac1'in tipik yayınlanmış değerlerini, yani 550-700°C'yi önemli bir marjla aşmasına rağmen, bu kısa döngü sırasında östenite tam dönüşümün meydana gelmediğini gösterir. Ancak bu değerler tipik olarak yavaş bir ısıtma hızıyla, örneğin 10°C/sn ile ölçülür. Bu, ısıtma hızının 370°C/s'lik bir ısıtma hızıyla kaynak sırasında Ac1'in 850°C'ye ve Ac3'ün 980°C'ye ulaşabileceğini gösteren SMSS'deki dönüşüm üzerindeki etkisi hakkında yayınlanmış verilerle tutarlıdır.
Önceki östenitik sınırlar üzerinde makroskopik IGC gösteren tek kaynak, düşük ısı girdisi, aktif soğutma ve 20°C'lik bir IPT nedeniyle en kısa ikinci termal döngüye sahip olduğundan, yüksek dereceli çelik için sonuçlar hipoteze oldukça iyi uyuyor. Tek geçişli bir kaynakta çatlama olmadı ve PWHT, makroskopik IGC oluşumunu engelledi. Ancak, ikinci bir fenomen aşikardır; mikroskobik IGSCC, daha uzun süreli termal döngüler ve 20°C veya 140°C'lik bir IPT ile yapılan birkaç kaynakta geliştirilmiştir. Bu mikroskobik çatlama, bir ferrit bandının mevcut olduğu kaynak ucundaydı ve ferrit-martensit sınırları üzerinde karbür çökelmesinin bir sonucu olarak Cr-tüketilmiş bölge oluşumu ile ilişkili ikinci bir duyarlılaşma mekanizmasını düşündürdü, görünüşe göre daha uzun bir termal döngü gerektiriyordu. IPT'ye duyarlı olmak. Bu, çok yüksek sıcaklıkta (>1300°C) delta ferrit faz sınırlarının oluşumu ve önceki östenit sınırları ve delta ferrit/martensit faz sınırları için farklı çökelme kinetiklerinin makul bir şekilde beklenebileceği gerçeğiyle tutarlıdır. Bu tür çatlakların mikroskobik olmasının bir nedeni, önceki ostenit sınırlarının sürekli olmasına karşın delta ferritin sürekli bir ağ oluşturmaması olabilir. Bu tür mikro çatlakların daha uzun bir süreye yayılıp yayılmayacağı açık değildir.
Gerçekleştirilen çalışma, kaynak işleminde GTA'dan darbeli GMA'ya bir değişikliğin etkisini göstermiştir, bu da bazı PGMA kaynaklarında makroskopik IGSCC'ye yol açar, ancak GTA kaynaklarında değildir. Kaynak işlemindeki değişikliğin birincil nedeni, azaltılmış pasolar arası sıcaklık ve aktif soğutma da kullanılmış olmasına rağmen, azaltılmış ısı girdisi yoluyla termal çevrimi kısaltmaktı ve çabalar gösterilse de, kaçınılmaz olarak kaynak kökü geometrisinde ve yüzey durumunda bir miktar değişiklik ortaya çıkacaktı. Bunları en aza indirmek için yapılmıştır. Bu, ark kaynağı bağlamında kaynak termal döngüsünün kısaltılmasının, kaynak yüzeyi durumu ve geometrisinin etkileri göz ardı edilemese de, hem zayıf hem de yüksek kaliteler için klasik bir Cr-karbür hassaslaştırma mekanizmasını destekleyen IGSCC'yi teşvik ettiğinin kanıtıdır.
PWHT'nin 650°C'de 5 Dakika Etkisi
Kaynak sonrası ısıl işlemin, çeşitli yazarlar tarafından SMSS çevre kaynaklarının IGSCC'ye direnci üzerinde faydalı bir etkiye sahip olduğu rapor edilmiştir. Bununla birlikte, bunu göstermek için kullanılan testler oldukça kısa, 30 günlük bir süreydi. Buradaki 90 günlük testler, bir numunenin PWHT'den sonra bile mikro çatlaklar oluşturmasına neden oldu. Bu, önceki 30 günlük testler PWHT verilen kaynaklarda herhangi bir şüpheli özelliğin oluşmasına neden olmadığından, tatlı hizmet için SMSS kalifikasyonu için 30 günlük bir test süresiyle bir son kullanıcı tarafından ifade edilen çekinceleri destekler. Burada kullanılan 90 günlük test süresinin, PWHT'den sonra bu numunenin mikro çatlamasından sorumlu olup olmadığını, bunun kaynağın hala bir dereceye kadar hassaslaşmasından mı, yoksa oksidasyon ve yayılmayacaktı. Bu çalışmada, bir PWHT çevrimi, beş dakika boyunca nominal 650°C olan çevre kaynakları üzerinde incelenmiştir. Bu, diğer yazarlar tarafından kullanılan termal döngüye benzer, ancak bunun en uygun termal döngü olduğunu ve aslında PWHT'nin farklı çelikler için değişip değişmeyeceğini göstermek için çok az çalışma yapılmıştır.
SMSS'nin IGSCC'ye duyarlı hale getirilmesine ilişkin Cr-karbür çökelme teorisinin doğru olduğunu varsayarsak, PWHT'nin IGSCC'ye duyarlılığı ortadan kaldırmada etkili olduğu en olası mekanizma, kromu tükenmiş bölgelere krom geri difüzyonuna izin vermektir. Kromsuz bölge genişliğinin zayıf kalite malzemede 20 nm'ye kadar olduğu tahmin edilmektedir, ancak yaklaşık %6 Ni ve %2 Mo içeren çelikte <5nm olabilir. Bu nedenle, PWHT'nin etkili olması için, kromun bu büyüklükte bir mesafeye yayılması için zaman ve sıcaklığın yeterli olması gerekir. %10-20 Cr içeren demirdeki krom için 4.9x10 -14 ila 1.5x10 -13 cm 2 s -1 aralığında yayınlanmış matris difüzyon katsayılarına dayalı basit bir x= √Dt hesaplamasının kullanılması, daha yüksek sıcaklık verilerinden ekstrapole edilir, ostenitik bir mikro yapı ile ilgili olarak, 650°C'de beş dakika boyunca yaklaşık 40-70 nm'lik bir difüzyon mesafesini belirtir. Martensit ve ferrit fazlarında daha yüksek difüzyon hızları beklenir. Bu nedenle, bu çok basit hesaplama, PWHT'nin IGSCC'ye duyarlılığı ortadan kaldırma üzerindeki etkisinin önerilen Cr-difüzyon açıklamasını destekler.
Pratik Çıkarımlar
Serviste kaynaklanmış süpermartensitik çelikte taneler arası SCC'nin meydana gelme olasılığı, HAZ'ın hassaslaşma derecesinin ve ortamın ciddiyetinin bir kombinasyonuna bağlı olacaktır. Çok agresif ortamlar, taneler arası SCC'den ziyade genel korozyona neden olma eğiliminde olacaktır ve daha iyi huylu ortamlar hiçbirine neden olamaz.
Önceki östenit sınırlarının önerilen hassaslaştırma mekanizmasının bir sonucu, daha yüksek ısı girdisinin, özellikle yüksek dereceli çelik için yararlı olduğu görünse de, görünüşte 'iyileşmeye' izin verdiği için, bu, herhangi bir geçişin ısı girdisi varsa geçerli olmayacaktır. Kök yüzeyini yeniden östenite dönüştürecek ve dolayısıyla soğutma üzerine taze martenzit oluşturacak kadar yüksekti. Bu son durumda, malzeme daha sonra sonraki geçişlerle hassaslaştırılabileceği bir duruma geri döndürülürdü. Bu nedenle, geçişler arasındaki önemli ısı girdisi değişimi, duyarlılaşmaya katkıda bulunabilir. Bu nedenle, IGSCC'ye karşı hassaslaşmadan güvenilir bir şekilde arınmış kaynaklar sağlamak için manuel kaynak muhtemelen güvenilemez. Bu bağlamda, hizmette IGSCC tarafından zayıf kalite boru arızalandığında, tipik olarak, son kapak geçişinin uygulandığı kaynağın tarafı ile çakıştığı not edilir. Burada kullanılan yalın kalite çelik böyle bir arızalı borudan alındı ve HAZ'ın >Ac 1 'e ısıtılmasının birkaç geçişte meydana geldiği bulundu. Kapaklama, muhtemelen yeniden ısıtılmış malzemeyi hassaslaştırma için kritik aralığa geçirir.
Prensipte, kaçınılması gereken kritik termal döngüler bilgisine dayanarak, IGSCC'ye duyarlı olmayan kaynaklar üreten kaynak parametrelerinin seçilmesi mümkün olmalıdır. Bu çalışma, zararlı termal döngülere işaret etti ve simüle edilmiş HAZ mikro yapıları için yayınlanan veriler, IGSCC'ye duyarlılık geliştirmek için ek zaman ve sıcaklık değerleri veriyor. Bununla birlikte, çok geçişli bir kaynak HAZ'de yaşanan geniş termal döngü aralığı ve bunları doğru bir şekilde ölçmenin veya tahmin etmenin zorluğu, IGSCC'den kantitatif yollarla güvenilir bir şekilde kaçınmanın imkansız olmasa da çok zor olacağını ima eder. İkinci ve sonraki geçişler sırasında kökün hızlı soğumasını önlemeye dayanan ampirik bir yaklaşım, yüzeysel olarak, daha uzun termal döngüler için ferritin hassaslaşması meydana geliyor gibi görünse de, IGSCC'ye duyarlı olmayan kaynaklı kaynaklar üretme şansını yüzeysel olarak sunar. Ancak, bu tür kaynaklar üretilse ve yeterlilik korozyon testleri kabul edilebilir performans gösterse bile, sonucun uygulanabilirlik aralığının, yani üretim kaynağında hangi ısı girdisi ve pasolar arası sıcaklığın kabul edilebileceğinin anlaşılmaması, bu yaklaşımı güvenilmez kılmaktadır. Manuel kaynak, muhtemelen daha değişken olacaktır ve mekanize kaynağa göre güvenilir bir şekilde kabul edilebilir kaynaklar üretme şansı daha düşük olacaktır.
Yüzey durumu ve kaynak geometrisi muhtemelen taneler arası korozyon/gerilme korozyonuna yatkınlığa katkıda bulunur, ancak şu anda bunu kesin olarak doğrulayacak hiçbir veri yoktur. Uygulamada, düşük oksidasyon seviyeleri ve pürüzsüz bir kaynak ucu elde etme çabaları, IGSCC'yi başlatma olasılığını azaltmak için ihtiyatlı kabul edilir.
PWHT'nin, hizmette taneler arası SCC riskinin olduğu, yani bazı sıcak asidik ortamlarda, süpermartensitik paslanmaz çelikteki kaynaklara, uygun bir kalifikasyon sürecinin üstlenilmesi şartıyla uygulanması tavsiye edilir. Yalın ve yüksek dereceli çeliklerin IGSCC'si için gerekli olan çevre koşullarının tanımlanmadığı belirtilebilir. Mevcut sınırlı bilgi nedeniyle, PWHT durumunda kaynaklı süpermartensitik paslanmaz çeliğin kullanımı duruma göre kalifikasyon gerektirecektir. 90 günlük korozyon testinin gerekli olup olmadığı sonucuna varmak için yeterli veri yoktur, ancak tavsiye edilir. Kabul edilebilir aralık belirlenmediği için kalifikasyon süreci, yaşanabilecek PWHT termal döngü aralığının uç noktalarını dikkate almalıdır. Kalifikasyon testi, IGSCC'ye ek olarak PWHT'nin tokluk ve ekşi hizmet performansı üzerindeki etkilerini ele almalıdır. Mevcut verilere dayanarak, kökte 620-660°C'lik bir PWHT sıcaklığı önerilir ve ısıl işlem görmüş bölge, kaynak metalinin tamamını ve HAZ'ı kapsamalıdır. İzin verilen maksimum kapak sıcaklığı belirlenmemiştir, ancak mevcut çalışma yaklaşık 670°C'ye kadar uzatılmıştır. Isıtma ve soğutma oldukça hızlı olmalıdır. En uygun PWHT süresi belirlenmemiştir, ancak 5 dakikanın uygun bir süre olduğu konusunda oldukça yaygın bir fikir birliği vardır.
Sonuçlar
Elde edilen sonuçlar, kaynaklı SMSS'de taneler arası stres korozyon çatlamasına karşı hassaslaştırma mekanizmasının tam olarak anlaşılmasını sağlamaz, ancak Cr-karbürlerin ve ilişkili Cr-tükenmiş bölgelerin oluşumuna dayalı bir mekanizma ile tutarlıdır.
En yaygın olarak gözlemlenen makroskopik çatlama mekanizması, önceki östenit sınırlarını takip eder, bu da bu sınırlar üzerinde karbür çökeltmesinin hassaslaşma için ana mekanizmayı sağladığını düşündürür. En az iki termal döngü gereklidir, birinci termal döngü taze martenzit oluşturur ve ikinci ve sonraki döngüler zarar verici karbürleri oluşturur. Burada incelenen boyuttaki boruların ark kaynağı bağlamında, oldukça kısa yeniden ısıtma termal döngüleri, önceki ostenit sınırlarında IGSCC'ye göre uzun termal döngülerden daha zararlıdır. Daha yüksek pasolar arası sıcaklıklar (yaklaşık 140-150°C), bu sensitizasyonu engelliyor gibi görünmektedir.
Birkaç kaynak mikroskobik IGSCC geliştirdi, bunların bazıları kaynak ucundaydı ve o konumda tutulan delta ferrit bandıyla çakıştı. Bu, delta ferrit/martensit faz sınırları üzerinde karbür çökeltmesi ile ilişkili ikinci bir hassaslaştırma mekanizmasının var olabileceğini düşündürmektedir. Görünüşe göre daha uzun termal döngüler ve daha fazla sayıda kaynak geçişi tarafından tercih edilmesine rağmen, bu mekanizmanın iki veya daha fazla termal döngü gerektirip gerektirmediği açık değildir.
90 güne kadar süren testler sırasında gelişen sığ çatlakların önemi belirlenmemiştir. Yüzeyin oksidasyonunun neden olduğu lokalize duyarlılaşma ile ilgili olabilirler, bu durumda yayılmazlar veya düşük düzeyde duyarlılığa sahip bir mikro yapı veya süreksiz duyarlı bir mikro yapı ile ilişkili olabilirler, bu durumda yayılmaya devam edebilirler. daha uzun süreler boyunca.
Sonuçlar, IGSCC'ye karşı hassaslaşmayı güvenilir bir şekilde önlemek için kaynak işleminin kontrolünün kolay olmadığını göstermektedir. Her çelik, hassaslaşmaya neden olmak için kendi kritik termal döngü aralığına sahip olacaktır. Her kaynak geçişi için tekrarlanabilir termal döngüler veren mekanize kaynak, daha geniş bir termal döngü aralığının kaçınılmaz olarak sonuçlanacağı manuel kaynaktan daha yüksek bir IGSCC duyarlılığı önleme olasılığı sağlar.
Kaynak sırasında birden fazla termal döngü yaşayan süpermartensitik paslanmaz çelikteki kaynaklara, maruz kalacakları ortam, hassaslaştırılmış bir HAZ'nin IGSCC'sine neden olacak kadar agresifse, kökte yaklaşık 650°C'de beş dakika boyunca kısa bir PWHT verilmelidir.
