SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Ali Shafyei
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) علی شفیعی (استاد راهنما)
STUDENT
Majid Sadeghian renani
مجید صادقیان رنانی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Dissimilar welding between 32750 super duplex stainless steel and high strength low alloy steel and evaluation of joint properties
ion In this work microstructure characteristic, mechanical properties and corrosion behavior of dissimilar welding of UNS S32750 superduplex stainless steel (SDSS) to API X65 high strength low alloy (HSLA) were investigated. The gas tungsten arc welding process with direct electrode negative polarity (GTAW-DCEN) was used for welding with AWS A2594N as the filler metal. Since heat input plays an important role in welding of SDSS, the welds were produced in four different heat inputs and the effects of heat input on microstructure evolution, mechanical properties and corrosion resistance of weld zone were investigated. The microstructures of welded joints were investigated using optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM). The mechanical property of weldments was investigated byCharpy impact test at -20 o C and then surfaces of fracture were evaluated by SEM and EDS scanning.The corrosion resistance was evaluated through potentiodynamic and cyclic polarization tests in 3.5% NaCl solution at ambient temperature. Also potentiodynamic polarization in several temperature tests was used for investigation of critical pitting temperature (CPT) of weld metals with 0.78 and 0.86 KJ/mm heat input. Zero resistance ammeter (ZRA) tests also were used for investigation of behavior of galvanic corrosion on API X65/ weld metal with highest properties. The results showed that an increase in the heat input in a range of 0.5-0.86 KJ/mm can lead to decrease of the weld metal ferrite content from 44% to 34%. A heat affected zone with about 200 micrometer width and lowest austenite compare with base metal and weld metal was created in SDSS base metal. M But in heat affected zone of HSLA base metal in low heat inputs beinite and ferrite phases and in high heat inputs perlite and ferrite phases were created respectively. The results of charpy impact tests investigated that two weldments with low heat inputs were berittle and discontinuous respectively and weldments with high heat inputs were higher strength than base metals. In addition EDS scanning from fracture surface showed that weld metal with highest heat input had high alloy particle. According to the potentiodynamic polarization tests, behaviors of weld metals were alike SDSS base metal and presented excellent corrosion resistance comparing HSLA base metal. Cyclic polarization tests investigated weld metal with the highest heat input had the highest sensitive to pitting corrosion. The results of potentiodynamic polarization tests at several temperatures showed pitting potential decrease with increase of temperature and also 65 and 35 o C determined as CPT of weld metals with 0.78 and 0.86 KJ/mm heat input respectively. According to the results determined that welding in 0.78 KJ/mm heat input can lead to weld metal with higher impact energy and excellent corrosion resistance. The results of ZRA investigated that galvanic corrosion was created in couple of HSLA/ weld metal with the best properties and the mechanism of corrosion was pitting corrosion. Key Words: Superduplex Stainless Steel, High Strength Low Alloy, Dissimilar Welding
در این پژوهش به بررسی ریزساختار، خواص مکانیکی و رفتار خوردگی مقاطع جوش غیر مشابه فولاد زنگ نزن سوپر دو فازی UNS S32750 به فولاد کم آلیاژ استحکام بالای API X65 پرداخته شد. برای جوشکاری از فرایند جوشکاری قوسی تنگستن-گاز با قطبیت منفی و فلز پر کننده AWS A2594N استفاده شد. با توجه به اهمیت حرارت ورودی در جوشکاری فولادهای زنگ نزن دوفازی، جوشکاری در چهار حرارت ورودی مختلف انجام و تأثیر حرارت ورودی بر تغییرات ریزساختاری، خواص مکانیکی و خوردگی منطقه جوش مورد بررسی قرار گرفت. بررسی های ریزساختاری با میکروسکوپ نوری و الکترونی روبشی انجام گرفت. به منظور ارزیابی استحکام ضربه ای اتصالات، از آزمون ضربه چارپی در دمای 20- درجه سانتیگراد استفاده شد و سطوح شکست با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شده و از EDS جهت بررسی ترکیب شیمیایی ذرات موجود در سطوح استفاده شد. برای ارزیابی مقاومت به خوردگی نیز از آزمون های پلاریزاسیون پتانسیو دینامیک و پلاریزاسیون سیکلی در محیط 5/3 درصد کلرید سدیم در دمای محیط استفاده شد. آزمونهای پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در دماهای مختلف نیز برای ارزیابی دمای بحرانی حفره دار شدن (CPT) دو فلز جوش با حرارت ورودی های 78/0 و 86/0 کیلوژول بر میلیمتر استفاده شد. آزمون خوردگی گالوانیکی ZRA برای ارزیابی خوردگی گالوانیکی بین زوج گالوانیکی فولاد کم آلیاژ استحکام بالا / فلز جوش با بهترین خواص استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش حرارت ورودی از 5/0 تا 86/0 کیلوژول بر میلیمتر موجب کاهش درصد فریت فلز جوش از 44 تا 34 درصد میشود. نتایج حاکی از آن بود که در تمامی فلزات جوش، در فولاد زنگ نزن سوپر دو فازی منطقه متأثر از حرارتی با عرض حدود 200 میکرومتر و با مقدار آستنیتی کمتر نسبت به فلز جوش و فلز پایه ایجاد می گردد. اما در منطقه متأثر از حرارت فولاد کم آلیاژ استحکام بالا در حرارت ورودی های پایین، فاز بینیت و فریت و در حرارت ورودی های بالا فاز پرلیت و فریت با پراکندگی غیر یکنواخت به وجود می آید. نتایج حاصل از آزمون ضربه چارپی نشان داد که نمونه های جوشکاری شده در دو حرارت ورودی پایین به ترتیب دارای انرژی ضربه پایین تر، شکست ترد و عدم پیوستگی بودند، در حالی که نمونه های جوشکاری شده در دو حرارت ورودی بالاتر دارای استحکام ضربه ای به مراتب بیشتر از فلزات پایه بودند. نتایج حاصل از EDS نیز از حضور ذرات غنی از عناصر آلیاژی در نمونه با بیشترین حرارت ورودی حکایت داشت. نتایج حاصل از آزمون پلاریزاسیون پتانسیو دینامیک نشان داد که رفتار خوردگی فلزات جوش شبیه فلز پایه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی و بسیار بهتر از فلز پایه کم آلیاژ استحکام بالا است. آزمون پلاریزاسیون سیکلی نیز نشان داد که فلز جوش با بیشترین حرارت ورودی دارای حساسیت به حفره دار شدن بیشتری نسبت به فلزات جوش دیگر می باشد. آزمون های پلاریزاسیون پتانسیودینامیک در دماهای مختلف نیز نشان داد که با افزایش دما پتانسیل حفره دار شدن کاهش مییابد و دمای بحرانی حفره دار شدن (CPT) فلزات جوش با حرارت ورودی های 78/0 و 86/0 کیلوژول بر میلیمتر به ترتیب 65 و 35 درجه سانتیگراد است. سرانجام مشخص شد که جوشکاری در حرارت ورودی 78/0 کیلو ژول بر میلیمتر منجر به بهترین خواص ضربه و خوردگی میشود. نتایج آزمون ZRA نیز نشان داد که در زوج گالوانیکی فولاد کم آلیاژ استحکام بالا / فلز جوش، فولاد کم آلیاژ استحکام بالا دچار خوردگی میشود و مکانیزم این خوردگی گالوانیکی نیز از نوع خوردگی حفره ای است. کلمات کلیدی: فولاد زنگ نزن سوپر دوفازی، فولاد کم آلیاژ استحکام بالا، جوشکاری غیرمشابه، ارزیابی خواص اتصال