ارزيابي خواص ريزساختاري و مکانيکي اتصال غيره مشابه اينکولوي 825 به فولاد کم آلياژ استحکام بالاي API 5L X70 با استفاده از دو فلز پرکننده ER NiCrMo-3 و فولاد زنگنزن آستنيتيL309

STUDENT

DEGREE

YEAR

Influence of chemical composition on the microstructural evolution and mechanical properties in dissimilar weld between Incoloy‌ 825 superalloy and high strength low alloy API X70 steel was investigated in this research. Samples of base metals were welded with NiCrMo-3 and 309L austenitic stainless steel fillers using gas tungsten arc welding process. The microstructure of different regions including base metals, fusion zone and heat affected areas was characterized by optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), linear scan technique of energy dispersive spectroscopy (EDS) and X-ray diffraction (XRD) analysis. The mechanical properties of the specimens were assessed by tensile, impact and micro-hardness tests. Microstructural studies showed that the structure of NiCrMo-3 weld metal was mostly austenitic, and segregation of Mo and Nb to the inter-dendrite spaces and solidication grain boundaries led to the deposition secondary phases. It was also demonstrated that 309L weld with its austenite + ferrite (FA) solidification mode has a dendritic microstructure with skeletal ferrite, segregated with a skeletal or worm morphology at the boundaries between dendrites or cells. The results of tensile test showed that NiCrMo-3 weld had the highest tensile strength and the rupture occurred in ferritic base material. Fractography examinations of tensile test specimens revealed that the fractures were mostly soft-type. Results of impact test indicated that NiCrMo-3 weld had the highest toughness. Examination of fracture surfaces revealed that the fractures were mostly soft-type in impact test. This was due to the austenitic structure of NiCrMo-3 weld alloy. This is also true for the soft-type failure of the tensile test samples. According to the micro-hardness test results, the NiCrMo-3 weld the highest hardness due to the formation of hard Nb and Mo-rich phases, as well as Lava. Also, the lowest hardness obtained was related to the heat affected zone of API X70. It can be attributed to the dissolution of precipitations and grain growth in this area because of the heat cycles applied during welding. key word Incoloy, high strength low alloy steel, dissimilar welding, transition zone, heat input, dendrite

چکيده در اين پژوهش اثر ترکيب شيميايي و نوع فلز پرکننده بر تکامل ريزساختاري و خواص مکانيکي در جوشکاري غيرمشابه سوپر‌آلياژ اينکولوي‌ 825 به فولاد کم آلياژ استحکام بالاي API X70 موردبررسي قرار گرفت. نمونه‌هايي از فلزات پايه با فلزات پرکننده NiCrMo-3 و فولاد زنگنزن آستنيتيL 309 توسط فرايند قوسي تنگستن-گاز جوشکاري شدند. ريزساختار مناطق مختلف اعم از فلزات پايه، منطقه ذوب و نواحي تحت تأثير حرارت به کمک ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي، آناليز اسکن خطي و آناليز پراش پرتو ايکس مشخصه‌يابي شد. خواص مکانيکي نمونه‌ها توسط آزمون‌هاي کشش، ضربه و ريزسختيسنجي موردبررسي قرار گرفت بررسي‌هاي ريزساختاري نشان داد که ساختار فلز جوش NiCrMo-3 غالباً آستنيتي بوده و جدايش عناصر موليبدن و نيوبيوم در فضاهاي بين دندريتي و مرزدانه‌هاي انجمادي موجب ايجاد رسوبات فاز ثانويه در فلز جوش NiCrMo-3 شد. همچنين بررسيها نشان داد که فلز جوشL 309 داراي مد انجماد آستنيت+فريت (FA) ريزساختار دندريتي با فريت اسکلتي دارد که اين فريت با مورفولوژي اسکلتي يا کرمي شکل در مرز بين دندريتها يا سلول‌ها جدايش يافته‌اند. نتايج آزمون کشش نشان داد که فلز جوش NiCrMo-3 بيشترين استحکام کششي را داشته و گسيختگي از فلز پايه فريتي رخ داد. در بررسي‌ سطوح شکست نمونه‌هاي آزمون کشش مشخص شد که شکست‌ها غالباً از نوع نرم بوده‌اند. نتايج آزمون ضربه نشان داد که نمونههاي فلز جوش NiCrMo-3 بيشترين چقرمگي را دارا بودند. در بررسي سطوح شکست نمونههاي آزمون ضربه مشخص شد که شکستها غالباً از نوع نرم بودهاند. اين امر به علت ساختار آستنيتي فلز جوش آماده‌شده با فلز پرکننده NiCrMo-3 بود. اين دليل براي شکست نرم نمونه‌هاي آزمون کشش نيز صادق هست. نتايج حاصل از آناليز ريزسختي‌سنجي نشان داد که فلز جوش آماده‌شده با فلز پرکننده NiCrMo-3 داراي بيشترين سختي است که دليل آن به تشکيل فازهاي سخت غني از عنصر نيوبيوم و موليبدن و فازهاي لاوه نسبت داده شد. همچنين کمترين سختي به‌دست‌آمده مربوط به منطقه تحت تأثير حرارت فلز پايه فولاد API X70 بود که دليل کم بودن سختي اين منطقه به انحلال رسوبات و رشد دانه بالا در اين منطقه در اثر حرارت بالاي اعمالي حين فرايند جوشکاري نسبت داده شد. کلمات کليدي اينکولوي، فولاد کم آلياژ استحکام بالا، جوشکاري غيرمشابه،منطقه انتقالي، گرماي ورودي، فلز پرکننده