بررسي خواص اتصال غيرمشابه فولاد زنگنزن 316 به سوپرآلياژ هاستلوي 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

چکيده هدف از پژوهش حاضر، مشخصه‌يابي ريز ساختاري، خواص مکانيکي و مقاومت به خوردگي اتصال غيرمشابه بين فولاد زنگ‌نزن آستنيتي 316 به سوپر آلياژ پايه نيکل هاستلوي 2B است. بدين منظور از روش جوشکاري قوسي تنگستن گاز (GTAW) با جريان پيوسته (CC) و جريان ضرباني (PC) استفاده شد. در هر يک از روش‌هاي CCGTAW و PCGTAW از فلز پرکننده 4-ERNiCrMo استفاده گرديد. ريزساختار نمونه‌هاي ايجاد شده به‌کمک ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي و آناليز پراش پرتو ايکس مشخصه‌يابي شدند. خواص مکانيکي نمونه‌ها به‌وسيله آزمون‌هاي کشش و ضربه، و هم‌چنين رفتار خوردگي جوشمان‌ها به‌وسيله آزمون پلاريزاسيون چرخه‌اي و نيز آزمون طيف‌سنجي امپدانس الکتروشيميايي در دو محلول يک مولار هيدروکلريک اسيد (به‌عنوان محيط اسيدي) و نيز محلول يک مولار هيدروکلريک اسيد به‌علاوه يک دهم مولار کلريد آهن ( 3 FeCl) (به‌عنوان محيط اسيدي حاوي عامل اکسيدکننده) انجام گرفت. در فلز جوش حاصل از جريان پيوسته، ساختار دندريت‌ها به صورت ستوني و همراه با جدايش عنصري مشاهده شد، به‌گونه‌اي که هسته‌هاي دندريتي در مقايسه با مرز دندريت ها از عنصر موليبدن تخليه شده و غني از نيکل گشتند. اين در حالي است که در فلز جوش حاصل از جريان ضرباني، ساختار دندريت‌ها به صورت سلولي و هم‌محور بود و جدايش قابل توجهي بين هسته‌ها و مرز دندريت‌ها مشاهده نگرديد. نتايج آزمون کشش نشان داد که استحکام کششي نمونه‌هاي جوشکاري‌شده بين استحکام کششي فلزپايه قوي‌تر (هاستلوي 2B) و فلز پايه ضعيف‌تر (فولاد 316) قرار دارد. ضمناً با شبيه‌سازي و بررسي کرنش موضعي در طول سنجه مشاهده شد که در ناحيه شکست (ناحيه متأثر از حرارت فلز پايه ضعيف‌تر) نسبت به نواحي ديگر بيش‌ترين کرنش موضعي رخ داده است. در ضمن استحکام کششي نمونه جوشکاري شده با جريان ضرباني بالاتر از نمونه جوشکاري شده با جريان پيوسته به‌دست آمد. نتايج آزمون ضربه نشان داد که مقاومت به ضربه فلزات جوش در مقايسه با فلزات پايه کاهش پيدا کرده است و مقاومت به ضربه فلز جوش حاصل از جريان ضرباني اندکي بالاتر از مقاومت به ضربه فلز جوش حاصل از جريان پيوسته است. با بررسي رفتار خوردگي موضعي در محلول يک مولار هيدروکلريک اسيد، مشخص گرديد که فولاد 316 شديداً به حفره دار شدن حساس است ولي اين حفرات رشد پايداري از خود نشان نمي دهند. در حالي که هاستلوي 2B مقاومت خوبي به حفره دار شدن از خود نشان داد. با مقايسه نرخ خوردگي فلزات جوش در محلول اسيدي، مشاهده گرديد که استفاده از جريان ضرباني به جاي جريان پيوسته براي جوشکاري، نرخ خوردگي را در حدود 8 برابر کم تر مي کند و ضمناً حساسيت به خوردگي موضعي را نيز کاهش مي دهد. در محلول اسيدي حاوي اکسيدکننده، نرخ خوردگي فولاد 316 در حدود 16 برابر افزايش يافت و مقاومت به خوردگي حفره اي شديداً کاهش پيدا کرد. اين در حالي است که نرخ خوردگي هاستلوي 2B در محيط حاوي اکسيدکننده در حدود 335 برابر افزايش داشت ولي حساسيت به حفره دار شدن تغيير قابل ملاحظه اي نکرد. هم چنين در مورد فلزات جوش نيز مشاهده گرديد که در اثر افزودن عامل اکسيدکننده نرخ خوردگي براي جوش هاي پيوسته و ضرباني به ترتيب 4 و 16 برابر افزايش داشت. نتايج آزمون طيف سنجي امپدانس الکتروشيميايي نيز براي تحليل رفتار فلز در فصل مشترک فلز/محلول مورد استفاده قرار گرفت و نتايج حاصله مطابقت خوبي با آزمون هاي پلاريزاسيون از خود نشان داد. کلمات کليدي : فولاد زنگ نزن آستنيتي، سوپرآلياژ هاستلوي 2B، جوشکاري قوسي تنگستن گاز، ميکروجدايش، خوردگي حفره اي