Struktura i właściwości powłok ze stopów Inconel 625 i 686 napawanych metodą CMT na rury i ściany szczelne kotłów energetycznych

• Autorzy: Kusiński J. , Blicharski M. , Cieniek Ł. , Dymek S. , Rozmus-Górnikowska M. , Solecka M. , Faryj K.

Identyfikatory

DOI

10.15199/28.2015.6.2

Warianty tytułu

EN

Structure and properties of Inconel 625 and 686 weld overlays deposited onto boiler pipes and membrane walls by the CMT technique

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano wyniki kompleksowych badań mikrostruktury, składu chemicznego, właściwości mechanicznych oraz odporności korozyjnej dotyczących powłok ze stopów Inconel 625 oraz 686 napawanych na rury i ściany szczelne kotłów energetycznych przeznaczonych do spalania odpadów. Ściany szczelne i rury kotłów wykonane ze stali 16Mo3 zostały napawane metodą CMT (Cold Metal Transfer — przenoszenie zimnego metalu) w SEFAKO S.A. Grubość napawanych powłok wynosiła średnio ok. 2,5 mm, a strefy wpływu ciepła w rurach ok. 0,6 mm. Badania mikroskopowe prowadzono z wykorzystaniem: mikroskopii świetlnej i elektronowej (skaningowej i transmisyjnej), rentgenowskiej analizy fazowej i mikroanalizy składu chemicznego techniką EDS. Badano zmiany składu chemicznego na przekroju powłok oraz segregację dendrytyczną pierwiastków. Ponadto badano wytrzymałość napawanych rur i ścian szczelnych oraz zmiany twardości na granicy wtopienia i w strefie wpływu ciepła oraz na grubości powłoki. Próby wytrzymałościowe wykazały, że rury i ściany szczelne napawane stopami Inconel 625 oraz 686 wykazują dużą wytrzymałość oraz plastyczność. Mikroanaliza zawartości żelaza w powłokach ze stopów Inconel 625 oraz 686 pokazała, że jego koncentracja szybko zmniejsza się do poziomu poniżej 5% mas. w odległości ok. 30 μm od linii wtopienia, a niski poziom zawartości Fe (poniżej 3% mas.) utrzymuje się również w strefie przypowierzchniowej powłoki. Badania wykazały, że w wyniku mikrosegregacji zachodzącej w trakcie krzepnięcia napawanych powłok rdzenie dendrytów są bogatsze w Ni, Fe i Cr, natomiast obszary międzydendrytyczne w Mo oraz Nb (w przypadku stopu 625). Wykazano, że W w powłokach ze stopu 686 segreguje w znacznie mniejszym stopniu niż Nb w powłokach z Inconelu 625. Analiza mikrostruktury z wykorzystaniem mikroskopii elektronowej skaningowej i transmisyjnej wskazuje na znacznie mniejszą niejednorodność powłok ze stopu Inconel 686 w porównaniu z powłokami ze stopu Inconel 625. co w przypadku Inconel 686 skutkowało większą odpornością na korozję wysokotemperaturową w popiołach ze spalarni odpadów niż Inconelu 625.

EN

In the paper results of complex microstructural, microchemical, mechanical and corrosion resistance investigations of Inconel 625 and 686 weld overlays deposited onto boiler pipes and membrane walls, which are used within boilers for waste incineration, are described. The membrane walls and boiler pipes (made of 16Mo3 steel) were weld overlaid in the SEFAKO S.A. using CMT (Cold Metal Transfer) technique. The average thickness of weld deposited coatings was about 2.5 mm, while thickness of the heat affected zone in pipes about 0.6 mm. The microstructure and chemical composition of the deposited coatings were analyzed using light, scanning and transmission electron microscopes connected to an energy dispersive X-ray analyzer (EDS) apparatus. The chemical composition variations in the content of Ni, Fe, Cr, Mo and Nb in the direction perpendicular to the coatings surface and dendritic microsegregation were examined. Moreover, mechanical properties were determined using tensile test samples made of overlaid pipes and membrane walls. Examinations showed a high strength and plasticity of the Inconel 625 and 686 weld overlaid boiler pips and membrane walls. EDS Microprobe measurements of the Inconel 625 and 686 weld overlays showed the Fe content rapidly decreasing in the direction from the Fe-rich substrate towards the coating to the level of 5 wt % within 30 μm, and near the coating surface the Fe content reaches level of only about 3%. Research showed that due to microsegregation that occurs during the process of solidification of the Inconel 625 weld overlays, the cores of the dendrites are richer in Ni, Fe and Cr, while the areas between dendrite arms, the so-called interdendritic regions, are richer in Mo and Nb. It was shown that W in 686 alloy segregates much less than Nb in Inconel 625 coatings. Microstructural analysis of the deposited coatings showed that the Inconel 686 weld overlays exhibit a higher level of structural homogeneity when compared to the Inconel 625, which results in a better corrosion resistance of the Inconel 686 weld overlays when tested at 650°C in the corrosive ash environment during incineration of waste.

Słowa kluczowe

PL

Inconel 625; INCONEL 686; powłoki CMT; mikrostruktura; skład chemiczny; segregacja; korozja wysokotemperaturowa

EN

Inconel 625; INCONEL 686; CMT weld overlays; microstructure; chemical composition; segregation; high temperature corrosion

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 36, nr 6
• Strony: 363--367
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kusiński J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Blicharski M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Cieniek Ł.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Dymek S.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Rozmus-Górnikowska M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Solecka M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

autor

Faryj K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej

Bibliografia

• [1] Nowacki J., Wypych A.: Mikrostruktura i odporność na wysokotemperaturowe utlenianie napoin nadstopu Inconel 625 na stali niskostopowej. Biuletyn Instytutu Spawalnictwa 5 (2010) 84÷87.
• [2] Lee S., Themelis N. J., Castaldi M. J.: High temperature corrosion in waste to energy boilers. Journal of Thermal Spray Technology 16 (2007) 1÷7.
• [3] Adamiec P., Adamiec J.: Aspekty napawania stopami Inconel 625 i 686 elementów w kotłach do spalania odpadów. Przegląd Spawalnictwa 5-6 (2006) 11÷14.
• [4] Adamiec J.: High temperature corrosion of power boiler components cladded with nickel alloys. Materials Characterization 60 (2009) 1093÷1099.
• [5] DuPont J. N., Lippold J. C., Kiser S. D.: Welding metallurgy and weldability of nickel base alloys. A John Wiley & Sons, Inc., Publication, New Jersey (2009).
• [6] DuPont J. N.: Solidification of an alloy 625 weld overlay. Metallurgical and Materials Transactions A 27A (1996) 3612÷3620.
• [7] Rozmus-Górnikowska M., Blicharski M., Kusiński J., Paćko M., Kusiński L., Marszycki M.: Wpływ sposobu napawania rur kotłowych na ich mikrostrukturę i własności. Hutnik–Wiadomości Hutnicze 79 (4) (2012) 181÷292.
• [8] Iordachescu D., Quintino L.: Steps towards a new classification of metal transfer in gas metal arc welding. Journal of Materials Processing Technology 202 (2008) 391÷397.
• [9] Pickin C. G., Williams S. W., Lunt M.: Characterization of the cold metal transfer (CMT) process and its application for low dilution cladding. Journal of Materials Processing Technology 211 (2011) 496÷502.
• [10] Bruckner J.: Metoda CMT — rewolucja w technologii spawania. Przegląd Spawalnictwa 7-8 (2009) 24÷27.
• [11] Silva C. C., De Miranda H. C.,Motta M. F., Farias J. P., Afonso C. R. M., Ramirez A. J.: New insight on the solidification path of an alloy 625 weld overlay. Journal of Materials research and Technology 2 (2013) 228÷237.
• [12] Maltin C. M., Galloway A. M. Mweemba M.: Microstructural evolution of Inconel 625 and Inconel 686CPT weld metal for clad carbon steel linepipe joints. Metallurgical and Materials Transactions A 45A (2014) 3519÷3532.
• [13] Banovic S. W., DuPpont J. N.: Dilution and microsegregation in dissimilar metal welds between super austenitic stainless steels and Ni base alloys. Science and Technology of Welding and Joining 6 (2003) 274÷383.
• [14] Rozmus-Górnikowska M., Cieniek Ł., Blicharski M., Kusiński J.: Microstructure and microsegregation of an Inconel 625 weld overlay produced on steel pipes by the cold metal transfer technique. Archives of Metallurgy and Materials 59 (3) (2014) 1081÷1084.
• [15] Kusiński J., Blicharski M., Cieniek Ł., Dymek S.: Powłoki ze stopu Inconel 686 napawane metodą CMT na rury i ściany szczelne kotłów energetycznych do spalania odpadów. Inżynieria Materiałowa 36 (1) (2015) 15÷19.