Sensitization behavior of 304 stainless steel during welding and its impact on different properties

Stainless steels are utilized in oil and gas and power sector for their high toughness, high weldability and resistance to generalized corrosion. Austenitic (300 series) stainless steels are the most popular because they are ductile and can be easily formed into desired geometries. However their usage is limited in comparison to other ferrous alloys due to higher initial costs and susceptibility to pitting and intergranular (IGC) corrosion. These iron-based alloys contain a high level of chromium which form protective oxide film on the surface hence resisting corrosion. The oxide film regenerates when damaged, making the steel 'stainless'. However, carbide precipitation due to a welding process or heat treatment can cause the occurrence of chromium-depleted zones at the boundaries, leading to a phenomenon known as sensitisation, in which the depleted zones become the focus of the intense corrosion. The susceptibility of austenitic stainless steels to solidification cracking and lack of penetration, two distinct weld characteristics related to the chemical composition of the base material is reviewed. The propensity for cracking is studied primarily by the solidification mode and the amount of residual tramp elements such as phosphorous and sulfur. High sulfur levels can lead to weld centerline cracking and Heat Affected Zone (HAZ) cracking while very low sulfur levels (less than ~50 ppm) in types 304L and 316L are associated with lack of penetration weld defects and a distinct loss in puddle control during fusion welding. A calculated Creq to Nieq ratio of 1.52 to 1.9 is recommended to control the primary mode of solidification and prevent solidification cracks in type 304L while the Creq/Nieq ratio of 1.42 to 1.9 is recommended for type 316L stainless steel. A lower limit of 50 ppm sulfur is recommended to avoid possible lack of penetration. The ranges should be validated by welding trials for specific weld processes and applications. This study examines the effect of the temperature field on the sensitization tendencies of AISI 304 two-pass butt welds fabricated using the gas tungsten arc welding (GTAW) method. The studies show that the heat-affected zone (HAZ) in the 2nd pass specimen is susceptible to intergranular corrosion (IGC). However, the HAZ in the 1st pass specimen shows no obvious signs of IGC. The difference in the sensitization tendencies of the two specimens is attributed to a difference in their respective heating and cooling times. The effect of microstructural changes in 304 austenitic stainless steel induced by the processes of gas tungsten arc welding (GTAW) and laser-beam welding (LBW) on the pitting and stress corrosion cracking (SCC) behaviours was studied. According to the observations with scanning reference electrode technique (SRET) and the breakdown potentials of the test material with various microstructures, the GTAW process made the weld metal (WM) and heat-affected zone (HAZ) more sensitive to pitting corrosion than base metal (BM), but the LBW process improved the pitting resistance of the WM. In the initiation stage of SCC, the cracks in the BM and HAZ propagated in a transgranular mode. Then, the crack growth mechanism changed gradually into a mixed transgranular + intergranular mode. The cracks in the WM were likely to propagate along the dendritic boundaries. The crack initiation rate, crack initiation lifetime and crack propagation rate indicated that the high-to-low order of SCC resistance is almost the same as that for pitting resistance. High heat-input (and low cooling rate) was likely to induce the segregation of alloying elements and formation of Cr-depleted zones, resulting in the degradation in the corrosion resistance.

Gli acciai inossidabili sono utilizzati in petrolio e gas e il settore energetico per la loro alta tenacità, elevata saldabilità e resistenza alla corrosione generalizzata. Austenitici (serie 300) acciai inossidabili sono i più popolari perché sono duttili e possono essere facilmente formate in geometrie desiderate. Tuttavia il loro uso è limitato rispetto ad altre leghe ferrose per i maggiori costi iniziali e suscettibilità alla corrosione e intergranulare (CIG) corrosione. Queste leghe a base di ferro contengono un alto livello di cromo che formano pellicola di ossido protettivo sulla superficie quindi resistere alla corrosione. Il film di ossido rigenera se danneggiato, rendendo l'acciaio ' inossidabile'. Tuttavia, la precipitazione dei carburi causa di un processo di saldatura o di trattamento termico può provocare la comparsa di zone cromo impoverito ai confini, portando ad un fenomeno noto come sensibilizzazione, in cui le zone impoverito diventano il fulcro della corrosione intensa. La suscettibilità degli acciai inossidabili austenitici a solidificazione fessurazione e la mancanza di penetrazione, due caratteristiche di saldatura distinte relative alla composizione chimica del materiale di base è rivisto. La propensione per il cracking viene studiata principalmente dalla modalità di solidificazione e la quantità di elementi vagabondo residue come fosforo e zolfo. Alti livelli di zolfo possono portare a saldare fessurazione centrale e Zona Termicamente Alterata (ZTA) cracking mentre i livelli di zolfo molto bassi (meno di ~ 50 ppm) nei tipi 304L e 316L sono associati con la mancanza di difetti penetrazione di saldatura e una perdita netta nel controllo pozzanghera durante saldatura per fusione. Un Creq calcolata rapporto Nieq di 1,52-1,9 si raccomanda di controllare la principale modalità di solidificazione e prevenire crepe solidificazione nel tipo 304L mentre il Creq / rapporto Nieq di 1,42-1,9 è raccomandato per l'acciaio inossidabile tipo 316L. Un limite inferiore di 50 ppm di zolfo si raccomanda di evitare la possibile mancanza di penetrazione. Gli intervalli devono essere convalidati mediante saldatura prove per i processi e le applicazioni di saldatura specifiche. Questo studio esamina l'effetto del campo di temperatura sulle tendenze di sensibilizzazione AISI 304 a due passa-saldature di testa fabbricate utilizzando l'arco di tungsteno gas di saldatura metodo (GTAW). Gli studi dimostrano che la zona termicamente alterata (ZTA) nel campione di 2 ° passaggio è suscettibile alla corrosione intergranulare (CIG). Tuttavia, la ZTA nel 1 ° esemplare passa non mostra segni evidenti di CIG. La differenza nelle tendenze di sensibilizzazione dei due campioni è attribuito a una differenza nei rispettivi tempi di riscaldamento e raffreddamento. È stato studiato l'effetto dei cambiamenti microstrutturali in 304 acciaio inossidabile austenitico indotta dai processi di saldatura ad arco tungsteno gas (GTAW) e saldatura laser-beam (LBW) sul vaiolatura e alla tensocorrosione (SCC) comportamenti. Secondo le osservazioni con la tecnica elettrodo di riferimento di scansione (SRET) e le potenzialità di degradazione del materiale di prova con diverse microstrutture, il processo GTAW fatto il metallo saldato (WM) e la zona termicamente alterata (ZTA), più sensibile alla corrosione puntiforme di metalli comuni (BM), ma il processo LBW migliorato la resistenza al pitting di WM. Nella fase di avvio della SCC, le crepe nel BM e ZTA propagate in una modalità transgranulare. Quindi, il meccanismo di propagazione cambiato gradualmente in un transgranulare mista + modalità intergranulare. Le crepe nel WM erano suscettibili di propagarsi lungo i confini dendritiche. Il tasso di iniziazione crepa, crepa vita iniziazione e crack velocità di propagazione indicato che l'ordine al alto al più basso di resistenza SCC è quasi la stessa di quella per pitting resistenza. Alto calore-input (e bassa velocità di raffreddamento) era tale da indurre la segregazione degli elementi di lega e la formazione delle zone Cr-impoverito, con conseguente degrado della resistenza alla corrosione.