بررسی مکانیزم و سینیتیک اکسیداسیون خط جوش فولاد 321 AISI

الموضوعات : 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.

تاريخ الإرسال : 20 السبت , ربيع الثاني, 1437 تاريخ التأكيد : 20 السبت , ربيع الثاني, 1437 تاريخ الإصدار : 11 الخميس , ربيع الثاني, 1437

الکلمات المفتاحية: سینتیک, اکسیداسیون, فولاد زنگ نزن آستنیتی, جوشکاری,

ملخص المقالة :

 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.

المصادر:

 

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.