Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Ahmad Saatchi
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) احمد ساعت چي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdi Amini
مهدي اميني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1388

TITLE

Dissimilar Welding of UNS S32750 Super Duplex Stainless Steel/AISI 316L Austenitic Stainless Steel and Evaluation of Microstructure and Corrosion Behavior
In this study, microstructural characteristics and corrosion behavior of UNS S32750 super duplex stainless steel/AISI 316L austenitic stainless steel dissimilar weldments were evaluated. In order to weld the samples gas tungsten arc welding process with direct current electrode negative polarity (GTAW- DCEN) was applied with AWS ER2594 as the filler metal. Since heat input plays an important role in the evolution of austenitic-ferritic microstructures, welding was done at several heat inputs and the effects of heat input on microstructural evolution and corrosion resistance of weld zone were investigated. The effects of post weld heat treatment at 1125°C were also studied. The microstructures were identified using optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The corrosion resistance was evaluated through potentiodynamic polarization and cyclic polarization tests in 3.5% NaCl solution at ambient temperature. The results showed that an increase in the heat input in a range of 660-825 J/mm can lead to increase of the weld metal austenite content from 60.79% to 74.47%. A heat affected zone with about 200 micrometers width was created in UNS S32750 super duplex stainless steel base metal due to welding thermal cycles. On the other hand, some delta ferrite was formed in the heat affected zone of AISI 316L base metal. According to the electrochemical tests, UNS S32750 super duplex stainless steel presented excellent corrosion resistance comparing AISI 316L austenitic stainless steel which was attributed to its high chromium and molybdenum content. The UNS S32750 super duplex stainless steel exhibited higher corrosion potential, lower corrosion current density and very higher pitting potential than the AISI 316L austenitic stainless steel. Evaluation of weld metals corrosion behaviors showed that increase of austenite content was lead to reduction of general corrosion resistance, but pitting corrosion resistance was not varied. In general, the UNS S32750 super duplex stainless steel and weld metals exhibited alike pitting potentials (~ 1.0 Vsce). Theoric investigations based on several criteria indicated that galvanic corrosion between AISI 316L austenitic stainless steel and weld metal was significant. Corrosion resistance of UNS S32750 super duplex stainless steel was not severely affected by solution annealing heat treatment (1125 °C / 2hr); however, post weld heat treatment in same condition improved pitting resistance of weld metals. Post weld heat treatment increased pitting potential of weld metal about 25 mVsce. Finally, it should be mentioned that using AWS ER2594 filler metal and heat input control can lead to a weld metal with a better corrosion resistance than the base metals. Since the corrosion resistance of weld metal can not be altered significantly by post weld heat treatment, it is not recommended for this dissimilar joint. Keywords: Super duplex stainless steel, Austenitic stainless steel, Dissimilar welding, Heat treatment, Microstructure, Corrosion behavior.
چکيده در اين تحقيق، به بررسي ريزساختار و رفتار خوردگي مقاطع جوش غيرمشابه فولاد زنگ‌نزن سوپردوفازي 32750S UNS به فولاد زنگ‌نزن آستنيتي L316 AISI پرداخته شد. براي جوشکاري از فرايند جوشکاري قوسي تنگستن- گاز با قطبيت منفي و فلز پرکننده 2594ER AWS استفاده شد. با توجه به اهميت حرارت ورودي در تغيير ريزساختارهاي آستنيتي- فريتي، جوشکاري در چندين حرارت ورودي مختلف انجام و تاثير حرارت ورودي بر تغييرات ريزساختار و مقاومت خوردگي منطقه جوش بررسي گرديد. همچنين تاثير عمليات حرارتي پس از جوشکاري در دماي 1125 درجه سانتي‌گراد بر ريزساختار و رفتار خوردگي مورد بررسي قرار گرفت. بررسي‌هاي ريزساختاري با ميکروسکوپ نوري و ميکروسکوپ الکتروني روبشي انجام گرفت. براي ارزيابي مقاومت به خوردگي، از آزمون‌هاي پولاريزاسيون پتانسيوديناميک و پولاريزاسيون سيکلي در محيط 5/3 درصد وزني کلريد سديم و در دماي محيط استفاده شد. نتايج نشان داد که افزايش حرارت ورودي از حدود 660 تا 825 ژول بر ميلي‌متر، موجب افزايش درصد آستنيت فلز جوش حاصل، از 79/60 تا 47/74 درصد مي‌شود. در اثر سيکل‌هاي حرارتي ناشي از جوشکاري، منطقه متاثر از حرارتي به عرض 200 ميکرومتر و با مقدار آستنيت در حدود 30 درصد در فلز پايه زنگ‌نزن سوپردوفازي 32750 ايجاد شد. همچنين مقداري فريت دلتا در منطقه متاثر از حرارت فلز پايه آستنيتي L316 تشکيل مي‌شود. نتايج حاصل از آزمون‌هاي الکتروشيميايي نشان داد که فلز پايه سوپردوفازي 32750 در مقايسه با فلز پايه آستنيتي L316 مقاومت به خوردگي بسيار بهتري دارد. اين مقاومت به خوردگي بهتر با افزايش پتانسيل خوردگي، کاهش جريان خوردگي و چند برابر شدن پتانسيل حفره‌دار شدن خود را نشان داد و مي‌توان آن را به مقدار بالاي عناصر کروم و موليبدن فلز پايه سوپردوفازي 32750 نسبت داد. بررسي رفتار خوردگي فلزات جوش نشان داد که تغيير درصد آستنيت ناشي از تغيير حرارت ورودي در محدوده مورد بررسي، موجب کاهش مقاومت به خوردگي عمومي مي‌شود، اما مقاومت به خوردگي حفره‌اي را تحت تاثير قرار نمي‌دهد. به‌طورکلي، فلزات جوش و فلز پايه سوپردوفازي 32750 پتانسيل حفره‌دار شدن يکسان و در حدود 1000 ميلي‌ولت نشان دادند. بررسي‌هاي تئوري انجام شده با استفاده از معيارهاي مختلف بيانگر وقوع خوردگي گالوانيکي محسوس بين فلز جوش و فلز پايه آستنيتي L316 است. اين مطلب با توجه به متفاوت بودن ريزساختارها قابل پيش‌بيني بود. عمليات حرارتي آنيل انحلالي در دماي 1125 درجه سانتي‌گراد و زمان 2 ساعت در مقاومت به خوردگي فلز پايه سوپردوفازي 32750 تغيير مهمي ايجاد نکرد. اما عمليات حرارتي پس از جوشکاري در همين دما موجب بهبود نسبي مقاومت به خوردگي حفره‌اي منطقه جوش شد. بعد از عمليات حرارتي پس از جوشکاري، افزايش حدود 25 ميلي‌ولت در پتانسيل حفره‌دار شدن مشاهده شد. سرانجام قابل ذکر است با استفاده از فلز پرکننده 2594ER AWS و کنترل حرارت ورودي در حدود 700 ژول بر ميلي‌متر، مي‌توان جوشي ايجاد کرد که مقاومت خوردگي بهتري نسبت به فلزات پايه داشته باشد. همچنين با توجه به آن که بهبود مقاومت خوردگي ناشي از عمليات حرارتي پس از جوشکاري چشمگير نيست و با درنظر گرفتن مشکلات اجرا در مقياس عملي، عمليات حرارتي پس از جوشکاري براي اتصال مذکور توصيه نمي‌شود. کلمات کليدي: فولاد زنگ‌نزن سوپردوفازي، فولاد زنگ‌نزن آستنيتي، جوشکاري غيرمشابه، عمليات حرارتي، ريزساختار، رفتار خوردگي.

تحت نظارت وف ایرانی