بررسی مکانیزم و سینیتیک اکسیداسیون خط جوش فولاد 321 AISI

محورهای موضوعی : فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

شیما سلطانی نژاد ¹ , رضا ابراهیمی ²

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد خوردگی و حفاظت از مواد، دانشکده مهندسی مواد- دانشگاه ازاد اسلامی واحد نجف آباد.
2 - دانشیار دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه ازاد اسلامی واحد نجف آباد.

تاریخ دریافت : 1394/11/10 تاریخ پذیرش : 1394/11/10 تاریخ انتشار : 1394/11/01

کلید واژه: سینتیک, اکسیداسیون, فولاد زنگ نزن آستنیتی, جوشکاری,

چکیده مقاله :

 انتخاب مواد مناسب برای واحدهای پتروشیمی و صنایع نفت و گاز از جمله موردهای مهم تلقی می­گردد. در انتخاب ماده مناسب، مقاومت به خوردگی، قابلیت نصب و جوشکاری باید مد نظر قرار گیرد. فولادهای زنگ نزن آستنیتی به عنوان مواد مهندسی با مقاومت به خوردگی و اکسیداسیون عالی، کاربرد شایان توجهی در صنایع گوناگون دارند. در این پژوهش، مقاومت به اکسیداسیون خط جوش فولاد زنگ نزن آستنیتی 321 AISI با فلز پرکننده 347 AISI ، در دمای C̊ 1050 و محیط خشک اکسید کننده، با استفاده از روش وزن سنجی حرارتی مورد ارزیابی قرار گرفت. ریخت شناسی و ساختار لایه اکسید نیز با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. مکانیزم واکنش و پارامترهای سینیتیکی فرآیند اکسیداسیون با استفاده از تحلیل نمودارهای وزن­سنجی بدست آمد. نتایج بدست آمده حاکی ازآن است که فرآیند اکسیداسیون در آلیاژ پایه برخلاف آلیاژ پرکننده طی دو مرحله انجام شده و روی سطح آلیاژ پایه و پرکننده یک لایه اکسید نامحافظ تشکیل شده است. لایه اکسید تشکیل شده روی آلیاژ پایه اکسید دو تایی غنی از آهن و بر روی آلیاژ پرکننده یک لایه اکسید متخلخل کروم شکل گرفته است. هم­چنین، فرآیند اکسیداسیون در خط جوش پیچیده است و از رفتار سنیتیک اکسیداسیون سهمی پیروی می کند. سرعت اکسیداسیون آلیاژ پایه در مقایسه با آلیاژ پر کننده بیش­تر است. در نتیجه، با توجه به پایین بودن مقاومت به اکسیداسیون این خط جوش پیشنهاد می شود در این شرایط دمایی از این آلیاژ استفاده نشود.

چکیده انگلیسی:

Industries. Resistance to corrosion and welding should be taken into consideration. Austenitic stainless steels AISI321 are greatly employed in various industries because of their great resistance to corrosion and oxidation. In the present study, resistance to corrosion and oxidation in welding lines in Austenitic stainless steel AISI321 AND AISI347 in an oxidizing dried condition in 1050°C was investigated. The resistance was analyzed by the resistance was analyzed by applying a thermogravimetry and scanning electron microscope. The results revealed that oxidation in base metal occurred in two phases formed an un-protective oxide layer on base and filler metal. The formed layer on the base metal was an Iron oxide layer, while there was a porous oxide layer on the filler metal. Oxidation in welding line is very complicated. The oxidation speed in the base metal is more than the filler metal. Therefore, the resistance of oxidation of this welding line is low.

منابع و مأخذ:

 

1- W. Smith,” Structure and Properties of  Engineering Materials”, McGraw-Hill, 1987.

2- J.R.  Davis, Stainless Steel (ASM Specialty Handbook), ASM, 1994.

3- H. Asteman, M. Spiegel, “ A Comparison of  The Oxidation Behaviours of Al2O3 Formers and Cr2O3 Formers at 700 ̊C  Oxide Solid Solutions Acting as a Template for Nucleation”, Corrosion Science 50, PP 1734–1743,2008.

4- E. Airiskallio,” High Temperature Oxidation of Fe–Al and Fe–Cr–Al Alloys: The Role of Cr as a Chemically Active Element”,  Corrosion Science 52 , PP  3394–3404, 2010.

5- L. Dong-Sheng, D. Qi-xun, C. Xiao-nong, W. Rong-rong, and H. Yan,” High-Temperature Oxidation Resistance of Austenitic Stainless Steel Cr_l8Ni_llCu₃A1₃MnNb”, Journal of Iron and Steel Research 19(5) , pp 74-78, 2012.

6- H.Asteman, M. Spiegel, “ A Comparison of  The Oxidation Behaviours of Al2O3 Formers and Cr2O3 Formers at 700 ̊C  Oxide Solid Solutions Acting as a Template for Nucleation”, Corrosion Science 50,  PP 1734–1743,2008.

7- Z. Ahmad, “Principles of Corrosion Engineering and Corrosion Control, Butterworth- Heinemann”, 2006.

8- K.H. Lo, C.H. Shek, J.K.L. Lai, “ Recent Developments in Stainless Steels”, Materials Science and Engineering R 65, PP 39–104, 2009.

9- H. Asteman, J.E. Svensson, L.G. Johansson, M. Norell, “Indication of Chromium Oxide Hydroxide Evaporation During Oxidation of 304L at 873 K in the Presence of 10% Water Vapo”r, Oxidation of Metals 52, pp 95, 1999.

10- X. P eng, J. Yan, Y. Zhou, F. Wang, “Effect of Grain Refinement on the Resistance of 304 Stainless Steel to Breakaway Oxidation in Wet Air”, ActaMaterialia, 53 , pp 5079-5088, 2007.

11- V. Srinivasan, D.E. Goodman , A.R.  Kraus,” Effects of Ion Implantation on The Mixed Gas Corrosion of a Chromia Former ,Materials Science and Engineering”, A 121 ,pp 525 530, 1989.

12- A. Bautista, F. Velasco and J. Abenojar, “Oxidation Resistance of Sintered Stainless Steels: effect of Yttria Additions”, Corrosion Science 45 ,pp 1343–1354, 2003.

13- J. Jedlinski, G. Borchardt, M. Konopkab and M. Nocuna,” The Effect of Reactive Elements on The Oxidation Behaviourof  Fe23Cr5Al Alloys at High Temperatures”, Solid State Ionics 101-103, PP  1147-1155, 1997.

14- H. Ali-Loytty, P. Jussila and M. Valden, “Optimization of The Electrical Properties of Ti&Nb Stabilized Ferritic Stainless Steel SOFC Interconnect Alloy Upon High-temperature Oxidation: The Role of Excess Nb on The Interfacial Oxidation at The Oxideemetal Interface”, International journal of hydrogen energy ,2012.

15- FH Stott, GC.Wood and J.Stringer, “The Influence of Alloying Elements on The Development and Maintenance of Protective Scales”. Oxid Metals 44,pp 113-145,1995.

16- J.Issartel,” High Temperature Behavior of The Metal/Oxide Interface of Ferritic Stainless Steels”, Corrosion Science 59 ,pp 148–156, 2012.

17- X. Xu, X.Zhang, G.Chen and Z.Lu,” Improvement of High-temperature Oxidation Resistance and Strength in Alumina-forming Austenitic Stainless Steels”, Materials Letters 65 , PP 3285–3288, 2011.

18- L. Dong-Sheng, D. Qi-xun, C. Xiao-nong, W. Rong-rong and H. Yan,” High-Temperature Oxidation Resistance of Austenitic Stainless Steel Cr_l8Ni_llCu₃A1₃MnNb”, Journal of Iron and Steel Research 19(5) , pp 74-78, 2012.

19- N. Birk,” Introduction to the High Temperature Oxidation of Metals”, Cambridge University Press, Mar 17, 2006.

20- J.R. Omanski,” Geometrical Factors in  Studies of  The Kinetics of Oxidation of Metals at High Temperatures”, Corrosion Science 8, pp. 67 to 87, 1968.

21-H.Sh. Ray,” Kinetics of Metallurgical Reactions, Raja Primlani for Oxrord”,1993.

22-ا.حاجیان، م.شمعانیان، م. کثیری، " ارزیابی ریز ساختار و ضربه پذیری جوش های نا متشابه فولاد زنگ نزن آستنیتیAISI347 به فولادکم آلیاژASTMA335"، مجله مواد نوین، جلد سوم،شماره یک، پاییز 1391.

23- A.M. Huntz, A. Reckmann, C. Haut, C. Severac, M. Herbst, F.C.T. Resende and A.C.S. Sabioni , “Oxidation of AISI 304 and AISI 439 stainless steels”,  Materials Science and Engineering A 447, PP 266–276, 2007.

24- E. Airiskallio, ect,” High Temperature Oxidation of Fe–Al and Fe–Cr–Al Alloys: The Role of Cr as a Chemically Active Element”,  Corrosion Science 52 , PP  3394–3404, 2010.