Proprietà meccaniche e comportamento alla corrosione di saldature in acciaio inossidabile duplex utilizzando nuovi elettrodi

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 22405 (2022) Citare questo articolo

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Le proprietà meccaniche e di corrosione delle strutture saldate in acciaio inossidabile duplex (DSS) sono di fondamentale importanza in molte applicazioni ingegneristiche. L'attuale ricerca indaga le proprietà meccaniche e l'integrità della corrosione delle saldature duplex di acciaio inossidabile in un ambiente simulato al 3,5% di NaCl utilizzando nuovi elettrodi appositamente sviluppati senza l'aggiunta di elementi di lega ai campioni di flusso. Due diversi tipi di flussi aventi indici di basicità di 2,40 e 0,40 sono stati utilizzati per rivestire rispettivamente gli elettrodi E1 ed E2 per la saldatura di piastre DSS. La stabilità termica del flusso formulato è stata valutata mediante analisi termogravimetrica. La composizione chimica, utilizzando la spettroscopia di emissione ottica, e le proprietà meccaniche e di corrosione dei giunti saldati sono state valutate secondo diversi standard ASTM. Per individuare le fasi presenti nei giunti saldati DSS è stata utilizzata la diffrazione dei raggi X mentre per l'esame microstrutturale delle saldature è stato utilizzato un elettrone a scansione dotato di EDS. La resistenza alla trazione finale dei giunti saldati realizzati utilizzando l'elettrodo E1 era compresa tra 715 e 732 MPa e quella dell'elettrodo E2 è risultata essere pari a 606-687 MPa. La durezza è stata aumentata con l'aumento della corrente di saldatura da 90 a 110 A. Il giunto saldato con elettrodo E1 rivestito con flusso basico ha migliori proprietà meccaniche. La struttura in acciaio in ambiente NaCl al 3,5% possiede una sostanziale resistenza all'attacco della corrosione. Ciò convalida le prestazioni dei giunti saldati realizzati dall'elettrodo di nuova concezione. I risultati vengono discussi sulla base dell'esaurimento degli elementi di lega come Cr e Mo osservato dalle saldature con gli elettrodi rivestiti E1 ed E2 nonché della precipitazione del Cr2N nei giunti saldati realizzati con gli elettrodi E1 ed E2.

Storicamente parlando, il primo riferimento formale agli acciai inossidabili duplex (DSS) è stato fatto nel 1927 e limitato ad alcune fusioni e non è stato utilizzato nella maggior parte delle applicazioni ingegneristiche a causa dell'alto contenuto di carbonio1. ma il contenuto di carbonio è stato successivamente ridotto fino allo 0,03% come standard e questi acciai vengono progressivamente ampiamente utilizzati per diverse applicazioni2,3. I DSS sono una famiglia di leghe che contiene quantità più o meno uguali di ferrite e austenite. Nel corso del XX secolo è stato rivelato che la fase ferritica nei DSS fornisce un'eccezionale protezione contro la tensocorrosione (SCC) indotta da cloruri, che rappresenta una preoccupazione significativa per gli acciai inossidabili austenitici (ASS). La domanda di DSS, d’altro canto, sta aumentando a un ritmo fino al 20% annuo in diversi settori dell’ingegneria e di altro tipo4. Questo acciaio innovativo, che presenta una costituzione a doppia fase austenite-ferrite, può essere ottenuto selezionando composizioni appropriate e raffinazione fisico-chimica e termo-meccanica. Rispetto al grado monofase dell'acciaio inossidabile, i DSS hanno un carico di snervamento più elevato e un'eccezionale capacità di resistere a SCC5,6,7,8. In ambienti difficili contenenti acidi, cloruri acidi, acqua di mare e sostanze chimiche caustiche, la struttura a doppia fase conferisce a questi acciai robustezza, tenacità e maggiore resistenza alla corrosione senza rivali9. Le strutture DSS, in particolare il tipo a basso contenuto di nichel (DSS magro), hanno registrato numerosi risultati eccezionali rispetto al ferro cubico a facce centrate (FCC) a causa della fluttuazione annuale dei prezzi delle leghe di nichel (Ni) nel mercato generale10,11. Il problema principale delle strutture ASS è che sono vulnerabili a una serie di condizioni difficili12. Di conseguenza, vari settori e aziende dell'ingegneria stanno tentando di promuovere la sostituzione di acciai inossidabili con un contenuto ridotto di nichel (Ni) che funzionano altrettanto o meglio degli ASS tradizionali con caratteristiche di saldabilità adeguate con applicazione in campi industriali come la produzione di scambiatori di calore con acqua di mare e contenitori chimici per l'uso in ambienti di cloruro con alte concentrazioni13.