Frontier Materials & Technologies. 2021; : 57-68
Особенности дуговой сварки слоистого коррозионностойкого материала
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-57-68Аннотация
Показана востребованность коррозионностойких материалов для химической промышленности, а также перспективность создания слоистых металлических материалов с внутренним протектором (СММ с ВП). Предложены архитектура и состав слоев СММ с ВП, обеспечивающие устойчивую работу в высокоагрессивных средах Установлена возможность повышения коррозионной стойкости в сравнении с высоколегированными нержавеющими сталями аустенитного класса в 10 и более раз. Указана эффективность применения сварки взрывом для получения СММ с ВП. Рассмотрен пример получения четырехслойного материала с одним внутренним протектором из низколегированной, низкоуглеродистой стали следующей архитектуры: слои 12Х18Н10Т + 09Г2С + 12Х18Н10Т по 2 мм каждый и основной слой 09Г2С – 10 мм. Разработаны технологические схемы выполнения стыкового сварного соединения такого материала, определены особенности формирования его микроструктуры и свойств. Применен энергодисперсионный микроанализ для получения карт распределения характерных химических элементов в слоях и межслойных границах. Исследованы особенности коррозионного поражения сварного шва и околошовной зоны. Показана необходимость применения облицовочного слоя в сварном шве. Полученные результаты подтверждены микроструктурными, рентгенотомографическими, гравиметрическими исследованиями. Для оценки качества сварного соединения были проведены коррозионные испытания сварного шва и околошовной зоны, выполнен визуально-измерительный контроль, рентгеновская томография. Коррозионные испытания производили с применением 10%-го водного раствора хлорида железа III. Представлены результаты испытаний сварного соединения на статический изгиб. Критерием оценки служило отсутствие излома, расслоений и трещин. Установлена возможность получать бездефектное сварное соединение СММ с ВП с высокой коррозионной стойкостью и повышенными механическими свойствами.
Список литературы
1. Hou B., Li X., Ma X., Du C., Zhang D., Zheng M., Xu W., Lu D., Ma F. The cost of corrosion in China // Materials Degradation. 2017. Vol. 1. № 1. Article number 4. DOI: 10.1038/s41529-017-0005-2.
2. Hong M.-S., Park Y., Kim J.G., Kim K. Effect of incorporating MoS2 in organic coatings on the corrosion resistance of 316L stainless steel in a 3,5 % NaCl solution // Coatings. 2019. Vol. 9. № 1. Article number 45. DOI: 10.3390/coatings9010045.
3. Frankel G.S., Li T., Scully J.R. Localized corrosion: Passive film breakdown vs pit growth stability // Journal of the electrochemical society. 2017. Vol. 164. № 4. P. C180–C181. DOI: 10.1149/2.1381704jes.
4. Chi G., Yi D., Liu H. Effect of roughness on electrochemical and pitting corrosion of Ti-6Al-4V alloy in 12 wt.% HCl solution at 35 °C // Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9. № 2. P. 1162–1174. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.11.044.
5. Лось И.С., Первухин Л.Б., Перелыгин Ю.П., Гордополов Ю.А., Первухина О.Л., Кирий Г.В., Абрамов П.И., Усатый С.Г., Крюков Д.Б., Денисов И.В., Розен А.А., Розен А.Е. Многослойный материал повышенной коррозионной стойкости (варианты) и способы его получения: Евразийский патент № 016878, 2012. 18 с.
6. Дидык Р.П., Козечко В.А. Формирование многослойных конструкций сваркой взрывом // Черные металлы. 2016. № 7. С. 66–70.
7. Ma F-Y. Corrosive Effects of Chlorides on Metals // Pitting Corrosion. 2012. P. 139–178. DOI: 10.5772/32333.
8. Grachev V.A., Rozen A.E., Perelygin Y.P., Kireev S.Y., Los I.S., Rozen A.A. Measuring corrosion rate and protector effectiveness of advanced multilayer metallic materials by newly developed methods // Heliyon. 2018. Vol. 4. № 8. Article number e00731. DOI: 10.1016/j.heliyon.2018.e00731.
9. Первухина О.Л., Денисов И.В. Двухслойные стали для ответственных металлоконструкций // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2020. № 11. С. 46–52.
10. Сварка взрывом: процессы и структуры / под ред. Б.А. Гринберг, М.А. Иванова, С.В. Кузьмина, В.И. Лысака. М.: Инновационное машиностроение, 2017. 236 с.
11. Розен А.Е., Корнеев А.Е., Хорин А.В., Прыщак А.В., Гуденко А.С., Розен А.А., Козлов Д.В. Структурообразование межслойных границ слоистого металлического материала при сварке взрывом // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2020. № 11. С. 41–45.
12. Гладковский С.В., Трунина Т.А., Коковихин Е.А., Вичужанин Д.И., Голубкова И.А. Формирование структуры и свойств слоистых соединений металлов // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. № 4. С. 41–45.
13. Лось И.С. Оценка коррозионной стойкости многослойных металлических материалов // Вопросы материаловедения. 2016. № 3. С. 138–144.
14. Трыков Ю.П., Степанищев И.Б., Трудов А.Ф., Арисова В.Н. Структура и свойства сваренных взрывом композитов из разнородных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2004. № 4. С. 31–33.
15. Судник Л.В., Петров И.В., Галиновский А.Л., Колпаков В.И., Моисеев В.А. Перспективные направления применения биметаллов в машиностроении // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2015. № 2. С. 80–88.
16. Зайцев А.И., Родионова И.Г., Амежнов А.В., Павлов А.А. Современные направления развития производства и применения двухслойных сталей // Технология колесных и гусеничных машин. 2013. № 3. С. 17–22.
17. Кайдриков Р.А., Виноградова С.С., Журавлев Б.Л. Электрохимические методы оценки коррозионной стойкости многослойных гальванических покрытий. Казань: Казанский государственный технологический университет, 2010. 136 с.
18. Зорин И.В., Соколов Г.Н., Дубцов Ю.Н., Лысак В.И., Фастов С.А. Композиционная проволока для дуговой наплавки: патент РФ № 2711286, 2020. 13 с.
19. Xiang Y., Li C., Hesitao W., Long Z., Yan W. Understanding the pitting corrosion mechanism of pipeline steel in an impure supercritical CO2 environment // The Journal of Supercritical Fluids. 2018. Vol. 138. P. 132–142. DOI: 10.1016/j.supflu.2018.04.009.
20. Zhang S., Tan Y., Liang K. Electrochemistry study on the environmental factors of pitting corrosion of type 304 stainless steel // 2011 International Conference on Remote Sensing, Environment and Transportation Engineering. 2011. P. 40047–4006. DOI: 10.1109/RSETE.2011.5965197.
Frontier Materials & Technologies. 2021; : 57-68
Special aspects of arc welding of a laminated corrosion-resistant material
https://doi.org/10.18323/2782-4039-2021-4-57-68Abstract
The paper shows the demand of the chemical industry for corrosion-resistant materials, as well as the prospects of the creation of laminated metal materials with internal protectors (LMM with IP). The authors offer the architecture and composition of layers of LMM with IP ensuring stable operation within the highly aggressive environment. The study identified the possibility of improving corrosion resistance ten and more times compared to high-alloy austenitic stainless steels. The authors show the efficiency of the application of explosion welding to produce LMM with IP. The paper considers the example of the production of a four-layer material with one internal protector made of low-alloyed, low-carbon steel of the following architecture: 2-mm layers of 12H18N10T + 09G2S + 12H18N10T plates of steel and the base 10-mm layer of 09G2S. The authors developed the process diagrams for performing butt-welded joints of such material, identified special aspects of the formation of its microstructure and properties. To obtain the maps of specific chemical elements distribution in the layers and interlayer boundaries, the authors used the energy-dispersive microanalysis method. Peculiarities of corrosion damage of a welded seam and weld-adjacent area are studied. The study showed the necessity of using a facing layer in a welded seam. Microstructural, X-ray tomographic, and gravity-measuring studies proved the obtained results. To evaluate the quality of welded joint, the authors performed the corrosion tests of a welded seam and weld-adjacent area, carried out visual inspection control and X-ray tomography. The corrosion tests were carried out using 10-% III ferrous chloride water solution. The paper presents the results of the static bending tests of a welded joint. The absence of fracture, lamination, and cracks served as an estimation criterion. The study identified the possibility of obtaining a defect-free welded joint of LMM with IP with high corrosion resistance and advanced mechanical properties.
References
1. Hou B., Li X., Ma X., Du C., Zhang D., Zheng M., Xu W., Lu D., Ma F. The cost of corrosion in China // Materials Degradation. 2017. Vol. 1. № 1. Article number 4. DOI: 10.1038/s41529-017-0005-2.
2. Hong M.-S., Park Y., Kim J.G., Kim K. Effect of incorporating MoS2 in organic coatings on the corrosion resistance of 316L stainless steel in a 3,5 % NaCl solution // Coatings. 2019. Vol. 9. № 1. Article number 45. DOI: 10.3390/coatings9010045.
3. Frankel G.S., Li T., Scully J.R. Localized corrosion: Passive film breakdown vs pit growth stability // Journal of the electrochemical society. 2017. Vol. 164. № 4. P. C180–C181. DOI: 10.1149/2.1381704jes.
4. Chi G., Yi D., Liu H. Effect of roughness on electrochemical and pitting corrosion of Ti-6Al-4V alloy in 12 wt.% HCl solution at 35 °C // Journal of Materials Research and Technology. 2020. Vol. 9. № 2. P. 1162–1174. DOI: 10.1016/j.jmrt.2019.11.044.
5. Los' I.S., Pervukhin L.B., Perelygin Yu.P., Gordopolov Yu.A., Pervukhina O.L., Kirii G.V., Abramov P.I., Usatyi S.G., Kryukov D.B., Denisov I.V., Rozen A.A., Rozen A.E. Mnogosloinyi material povyshennoi korrozionnoi stoikosti (varianty) i sposoby ego polucheniya: Evraziiskii patent № 016878, 2012. 18 s.
6. Didyk R.P., Kozechko V.A. Formirovanie mnogosloinykh konstruktsii svarkoi vzryvom // Chernye metally. 2016. № 7. S. 66–70.
7. Ma F-Y. Corrosive Effects of Chlorides on Metals // Pitting Corrosion. 2012. P. 139–178. DOI: 10.5772/32333.
8. Grachev V.A., Rozen A.E., Perelygin Y.P., Kireev S.Y., Los I.S., Rozen A.A. Measuring corrosion rate and protector effectiveness of advanced multilayer metallic materials by newly developed methods // Heliyon. 2018. Vol. 4. № 8. Article number e00731. DOI: 10.1016/j.heliyon.2018.e00731.
9. Pervukhina O.L., Denisov I.V. Dvukhsloinye stali dlya otvetstvennykh metallokonstruktsii // Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2020. № 11. S. 46–52.
10. Svarka vzryvom: protsessy i struktury / pod red. B.A. Grinberg, M.A. Ivanova, S.V. Kuz'mina, V.I. Lysaka. M.: Innovatsionnoe mashinostroenie, 2017. 236 s.
11. Rozen A.E., Korneev A.E., Khorin A.V., Pryshchak A.V., Gudenko A.S., Rozen A.A., Kozlov D.V. Strukturoobrazovanie mezhsloinykh granits sloistogo metallicheskogo materiala pri svarke vzryvom // Izvestiya Volgogradskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. 2020. № 11. S. 41–45.
12. Gladkovskii S.V., Trunina T.A., Kokovikhin E.A., Vichuzhanin D.I., Golubkova I.A. Formirovanie struktury i svoistv sloistykh soedinenii metallov // Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii. 2010. № 4. S. 41–45.
13. Los' I.S. Otsenka korrozionnoi stoikosti mnogosloinykh metallicheskikh materialov // Voprosy materialovedeniya. 2016. № 3. S. 138–144.
14. Trykov Yu.P., Stepanishchev I.B., Trudov A.F., Arisova V.N. Struktura i svoistva svarennykh vzryvom kompozitov iz raznorodnykh stalei // Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2004. № 4. S. 31–33.
15. Sudnik L.V., Petrov I.V., Galinovskii A.L., Kolpakov V.I., Moiseev V.A. Perspektivnye napravleniya primeneniya bimetallov v mashinostroenii // Fundamental'nye i prikladnye problemy tekhniki i tekhnologii. 2015. № 2. S. 80–88.
16. Zaitsev A.I., Rodionova I.G., Amezhnov A.V., Pavlov A.A. Sovremennye napravleniya razvitiya proizvodstva i primeneniya dvukhsloinykh stalei // Tekhnologiya kolesnykh i gusenichnykh mashin. 2013. № 3. S. 17–22.
17. Kaidrikov R.A., Vinogradova S.S., Zhuravlev B.L. Elektrokhimicheskie metody otsenki korrozionnoi stoikosti mnogosloinykh gal'vanicheskikh pokrytii. Kazan': Kazanskii gosudarstvennyi tekhnologicheskii universitet, 2010. 136 s.
18. Zorin I.V., Sokolov G.N., Dubtsov Yu.N., Lysak V.I., Fastov S.A. Kompozitsionnaya provoloka dlya dugovoi naplavki: patent RF № 2711286, 2020. 13 s.
19. Xiang Y., Li C., Hesitao W., Long Z., Yan W. Understanding the pitting corrosion mechanism of pipeline steel in an impure supercritical CO2 environment // The Journal of Supercritical Fluids. 2018. Vol. 138. P. 132–142. DOI: 10.1016/j.supflu.2018.04.009.
20. Zhang S., Tan Y., Liang K. Electrochemistry study on the environmental factors of pitting corrosion of type 304 stainless steel // 2011 International Conference on Remote Sensing, Environment and Transportation Engineering. 2011. P. 40047–4006. DOI: 10.1109/RSETE.2011.5965197.
