ワイヤアーク積層造形法(WAAM)構造用鋼の微細構造と腐食挙動:従来の圧延との比較!

ワイヤアーク積層造形法(WAAM)構造用鋼の微細構造と腐食挙動:従来の圧延との比較!
出典: 溶接科学

浙江理工大学土木工学学院の研究チームは2024年7月9日、雑誌「Materials & Design」に最新の研究論文「ワイヤアーク積層造形(WAAM)で製造された構造用鋼の微細構造と腐食挙動:従来の圧延との比較」を発表した。この研究では、ワイヤアーク積層造形(WAAM)技術で製造された構造用鋼と従来の圧延鋼の微細構造と腐食挙動の比較を研究した。

ワイヤアーク積層造形 (WAAM) は、比較的迅速かつコスト効率の高い方法で大型要素を構築できる金属 3D 印刷技術であり、コストに敏感な建設業界に最適です。この新興技術の可能性にもかかわらず、WAAM 材料の基本的な特性は依然として不明です。この研究では、WAAM 鋼板と従来の圧延 Q345 鋼の微細構造と腐食挙動に関する比較研究を実施しました。 WAAM 鋼は、3.5 wt.% NaCl 溶液に 12 日間さらされた後、腐食電流密度や電気化学インピーダンス分光法 (EIS) 分析によって測定された鋼/コンクリート界面特性など、従来製造された鋼に匹敵する腐食性能を示しました。腐食後の観察により、(Si、Mn)を多く含む酸化物介在物の優先的な溶解と周囲の鋼マトリックスの一般的な腐食が明らかになりました。 Q345 圧延鋼と比較すると、WAAM 鋼は原材料中の Si および Mn 元素の含有量が多いため、局部腐食に対する感受性がわずかに高くなります。

仕事のハイライト
WAAM 鋼の腐食性能は、3.5 wt.% NaCl 溶液中での従来の圧延 Q345 鋼の腐食性能に匹敵します。

周囲のマトリックスの一般的な腐食に加えて、介在物で局所的な溶解が発生しました。

WAAM 鋼では、(Si、Mn) を多く含む酸化物介在物が優先的に溶解します。

Q345 鋼では、S を多く含む介在物の内部および周囲で著しい溶解と溝腐食が発生しました。

実験方法

実験では、WAAM 試験片の積層造形材料として、直径 1.2 mm の ER70S-6 鋼溶接ワイヤを使用しました。印刷はオランダのMX3D社の多軸ロボットシステムを使用して行われます。 WAAM プロセスでは、MIG 溶接ノズルを使用して基板上に層ごとに材料を堆積する、反復的な円形パスで動作する多軸ロボット アームを採用しています。組み立てが終わると、楕円形の鋼管はプラズマアークカッターを使用してベースプレートから切り出され、表面の起伏を取り除くためにプロファイルソーを使用して平らに加工されました。 Q345 圧延鋼の化学組成は、中国の国家規格 GB/T 20123-2006 および GB/T 4336-2016 に従って取得されました。


図1. WAAM鋼の製造に使用されるロボットシステム


図2. 構築されたWAAM楕円形鋼管、WAAM鋼のミル加工面、および研磨されたWAAM鋼とQ345鋼の鏡像


図3. WAAM鋼とQ345鋼の引張試験片の異なる方向からの抽出


図4. Q345圧延鋼とWAAM炭素鋼の気孔形態と分布の典型的な顕微鏡写真


図5. (a) Q345圧延鋼と(b) WAAM炭素鋼の3D顕微鏡写真


図6. 硝酸エッチング後のQ345圧延鋼とWAAM炭素鋼の顕微鏡写真


図7. (a) Q345圧延鋼と(b) WAAM炭素鋼のセメンタイト相の円形度指数の顕微鏡写真


図8. Q345圧延鋼中の典型的な介在物のEDS点分析


図9. Q345圧延鋼中の典型的な介在物のEDS元素分布とラインスキャン結果


図10. WAAM炭素鋼中の典型的な介在物のEDS点分析


図11. WAAM炭素鋼中の典型的な介在物のEDS元素分布とラインスキャン結果

論文概要
この研究では、ワイヤアーク積層造形 (WAAM) 技術で製造された構造用炭素鋼の微細構造と腐食特性を、従来の方法で製造された炭素鋼と比較しました。 WAAM 炭素鋼は Q345 圧延鋼よりも多孔性が高いですが、腐食性能は劣っていません。 WAAM 炭素鋼の介在物は主に (Si、Mn) に富む酸化物で構成されていますが、Q345 鋼にはカルシウム処理後の Al キルド鋼に Al2O3∙MgO∙CaO∙CaS∙MnS 介在物が含まれています。結果は、WAAM 鋼は 3.5 wt.% NaCl 溶液に 12 日間さらされた後、従来の Q345 圧延鋼と比較して、EIS によって検出された開回路電位、腐食電流密度、および鋼/電解質界面特性が類似していることを示しています。両方の鋼で介在物の局所溶解と周囲のマトリックスの全般的な腐食が発生しましたが、WAAM 鋼の局所溶解は (Si、Mn) に富む酸化物介在物と密接に関連していました。 WAAM 鋼のパーライトは腐食後も比較的無傷でしたが、Q345 鋼では S を多く含む介在物の周囲に著しい溶解と溝腐食が見られました。 WAAM 鋼の腐食性能は Q345 鋼と同等ですが、WAAM 鋼は孔食に対して若干敏感です。

紙の住所
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.113158

アーク、ヒューズ、積層造形、WAAM

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