بررسی خواص اتصال غیرمشابه فولاد زنگنزن 316 به سوپرآلیاژ هاستلوی 2B به روش GTAW

STUDENT

DEGREE

YEAR

The aim of this study is Investigation of microstructure, mechanical properties and corrosion resistance of dissimilar welds between AISI 316 SS and nickel-base Hastelloy B2. For this purpose, the method of gas tungsten arc welding (GTAW) with continuous current (CC) and pulse current (PC) and filler metal ERNiCrMo-4 was used. The microstructure of samples generated using optical microscopy, scanning electron microscopy and X-ray diffraction analysis were characterized. Mechanical properties of the samples by testing tensile and impact, as well as the corrosion behavior by means of cyclic polarization and test electrochemical impedance spectroscopy in a solution of one molar hydrochloric acid (an acidic environment) and the solution of one molar hydrochloric acid plus one-tenth of chloride iron ( FeCl 3 ) (as acidic solution containing oxidizing agent) was performed. In the weld metal of continuous current, dendritic structure was observed in a column, along with the segration element, such as dendritic cells compared to dendritic border discharged from molybdenum and nickel were rich. However, the weld metal of pulse current coaxial cell were observed and no significant segration between the dendrites core and border were observed. Tensile test results showed that the tensile strength of weld metals is between sample with stronger tensile strength base metal (Hastelloy 2B) and weaker base metal (steel 316). In addition, tensile strength of weld sample with pulse current was higher than weld with continuous current. Impact test results showed that the impact resistance of the weld metal has fallen compared with base metals and the impact strength of the weld metal of pulse current slightly higher than the impact strength of the weld metal of continuous current. Studying the behavior of pitting corrosion in a molar solution of hydrochloric acid, it was found that 316 steel is highly sensitive to pitting but this cavities show no sustained growth. While hastelloy B2 showed good resistance to pitting. By comparing the rate of corrosion of the weld metals in acidic solution, it was observed that the use of the pulse instead of continuous current for welding, corrosion rate about 8 times less than. In addition, it also reduces susceptibility to pitting corrosion. In acidic solution containing an oxidizer, 316 steel corrosion rate increased about 16times and susceptibility to pitting corrosion increased. However, the corrosion rate of Hastelloy 2B medium containing an oxidizer, about 335 times increase, But sensitivity to pitting did not substantially change. In the case of weld metal was observed that addition of oxidizing agent, corrosion rate for continuous and pulsed welding increased by 4 and 16 times. The results of electrochemical impedance spectroscopy to analyze the behavior of the metal / metal interface solution was used and results showed good agreement with experimental polarization

هدف از پژوهش حاضر، مشخصه‌یابی ریز ساختاری، خواص مکانیکی و مقاومت به خوردگی اتصال غیرمشابه بین فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 316 به سوپر آلیاژ پایه نیکل هاستلوی 2B است. بدین منظور از روش جوشکاری قوسی تنگستن گاز (GTAW) با جریان پیوسته (CC) و جریان ضربانی (PC) استفاده شد. در هر یک از روش‌های CCGTAW و PCGTAW از فلز پرکننده 4-ERNiCrMo استفاده گردید. ریزساختار نمونه‌های ایجاد شده به‌کمک میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی روبشی و آنالیز پراش پرتو ایکس مشخصه‌یابی شدند. خواص مکانیکی نمونه‌ها به‌وسیله آزمون‌های کشش و ضربه، و هم‌چنین رفتار خوردگی جوشمان‌ها به‌وسیله آزمون پلاریزاسیون چرخه‌ای و نیز آزمون طیف‌سنجی امپدانس الکتروشیمیایی در دو محلول یک مولار هیدروکلریک اسید (به‌عنوان محیط اسیدی) و نیز محلول یک مولار هیدروکلریک اسید به‌علاوه یک دهم مولار کلرید آهن ( 3 FeCl) (به‌عنوان محیط اسیدی حاوی عامل اکسیدکننده) انجام گرفت. در فلز جوش حاصل از جریان پیوسته، ساختار دندریت‌ها به صورت ستونی و همراه با جدایش عنصری مشاهده شد، به‌گونه‌ای که هسته‌های دندریتی در مقایسه با مرز دندریت ها از عنصر مولیبدن تخلیه شده و غنی از نیکل گشتند. این در حالی است که در فلز جوش حاصل از جریان ضربانی، ساختار دندریت‌ها به صورت سلولی و هم‌محور بود و جدایش قابل توجهی بین هسته‌ها و مرز دندریت‌ها مشاهده نگردید. نتایج آزمون کشش نشان داد که استحکام کششی نمونه‌های جوشکاری‌شده بین استحکام کششی فلزپایه قوی‌تر (هاستلوی 2B) و فلز پایه ضعیف‌تر (فولاد 316) قرار دارد. ضمناً با شبیه‌سازی و بررسی کرنش موضعی در طول سنجه مشاهده شد که در ناحیه شکست (ناحیه متأثر از حرارت فلز پایه ضعیف‌تر) نسبت به نواحی دیگر بیش‌ترین کرنش موضعی رخ داده است. در ضمن استحکام کششی نمونه جوشکاری شده با جریان ضربانی بالاتر از نمونه جوشکاری شده با جریان پیوسته به‌دست آمد. نتایج آزمون ضربه نشان داد که مقاومت به ضربه فلزات جوش در مقایسه با فلزات پایه کاهش پیدا کرده است و مقاومت به ضربه فلز جوش حاصل از جریان ضربانی اندکی بالاتر از مقاومت به ضربه فلز جوش حاصل از جریان پیوسته است. با بررسی رفتار خوردگی موضعی در محلول یک مولار هیدروکلریک اسید، مشخص گردید که فولاد 316 شدیداً به حفره دار شدن حساس است ولی این حفرات رشد پایداری از خود نشان نمی دهند. در حالی که هاستلوی 2B مقاومت خوبی به حفره دار شدن از خود نشان داد. با مقایسه نرخ خوردگی فلزات جوش در محلول اسیدی، مشاهده گردید که استفاده از جریان ضربانی به جای جریان پیوسته برای جوشکاری، نرخ خوردگی را در حدود 8 برابر کم تر می کند و ضمناً حساسیت به خوردگی موضعی را نیز کاهش می دهد. در محلول اسیدی حاوی اکسیدکننده، نرخ خوردگی فولاد 316 در حدود 16 برابر افزایش یافت و مقاومت به خوردگی حفره ای شدیداً کاهش پیدا کرد. این در حالی است که نرخ خوردگی هاستلوی 2B در محیط حاوی اکسیدکننده در حدود 335 برابر افزایش داشت ولی حساسیت به حفره دار شدن تغییر قابل ملاحظه ای نکرد. هم چنین در مورد فلزات جوش نیز مشاهده گردید که در اثر افزودن عامل اکسیدکننده نرخ خوردگی برای جوش های پیوسته و ضربانی به ترتیب 4 و 16 برابر افزایش داشت. نتایج آزمون طیف سنجی امپدانس الکتروشیمیایی نیز برای تحلیل رفتار فلز در فصل مشترک فلز/محلول مورد استفاده قرار گرفت و نتایج حاصله مطابقت خوبی با آزمون های پلاریزاسیون از خود نشان داد. کلمات کلیدی : فولاد زنگ نزن آستنیتی، سوپرآلیاژ هاستلوی 2B، جوشکاری قوسی تنگستن گاز، میکروجدایش، خوردگی حفره ای