Skip to main content
SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Hossein Edris
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) حسين ادريس (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mojtaba Soltani
مجتبي سلطاني

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
In the last few years, the effect of Nitrogen as a strong stabilizer for Austenite have been understood which results in improvement on mechanical properties and corrosion resistance of the weld joint in the duplex stainless steels. In the current paper, the investigation of Nitrogen addition to the shielding gas on microstructure, mechanical properties, and corrosion behavior of the welded sections of UNS S32750 super-duplex stainless steel was performed. The GTAW process with DCEN polarity was chosen accompanied by ER 2594 filler electrode. To study the effect of Nitrogen, pure Ar, Ar + 2% N 2 , and Ar + 5% N 2 , gases were used as the shielding gas. Heat input was controlled in the range of 0.5-2 Kj/mm. microstructure of the samples were analyzed using optical microscopy, scanning electron microscopy, and X-ray diffraction techniques. In order to evaluate the distribution of alloying elements in Ferrite and Austenite phases, Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) was used both before and after welding. Mechanical properties were investigated by means of micro-hardness, room temperature tensile strength, and Charpy impact techniques. Also, cyclic polarization test was used in 3.5 wt% NaCl solution at room temperature to study the corrosion behavior. The results showed that by increasing the Nitrogen content of the shielding gas from 0 to 5%, the amount of Austenite phase increased from 35 to 50 volume percent. A Cr rich phase was identified in pure Ar and Ar + 2% N welded specimens. Due to the higher Ferrite content and existence of Chromium Nitride phase in the Heat Affected Zone (HAZ) of all samples, highest average hardness value was attributed to this zone. Average hardness value of the sample with pure Ar gas was 240 HV which drop down to 220 HV due to increasing amount of Austenite phase. Highest tensile strength was recorded in Ar+5% N 2 sample. All samples were softly fractured from base metal except from the sample with pure Ar shielding gas. In the impact test, highest impact resistance was recorded for 48 J in Ar+5% N 2 specimen and only 40 J impact energy was recorded in the absence of N 2 which is lower than that of the base metal. In the cyclic polarization test, pitting potential was increase from 1.07 V to 1.18 V by increasing the N 2 content. Resistance to pitting growth which is determined by the size of Hysteresis loop was enhanced with presence of N 2 and reached to its peak in Ar+5% N 2 specimen. The weakest corrosion behavior was attributed to pure Ar shielding gas which demonstrated a low ability to re-passivation. Keywords: Super-duplex Stainless Steel, Nitrogen, Pitting Corrosion, Welding, mechanical Properties
چکيده در سال‌هاي اخير به نقش نيتروژن به‌عنوان يک پايدارکننده بسيار قوي براي آستنيت پي برده شده است که با بهينه کردن نسبت فريت- آستنيت در فلزجوش فولاد زنگ نزن دوفازي و کاهش فازهاي ثانويه، بهبود خواص مکانيکي و خوردگي در اتصال جوشکاري را درپي داشته است. در اين پژوهش به بررسي تاثثير افزودن نيتروژن به گاز محافظ بر ريزساختار، خواص مکانيکي و رفتار خوردگي حفره‌اي مقاطع جوش فولاد زنگ نزن سوپردوفازي UNS S32750 پرداخته شد. براي جوشکاري از فرايند قوسي تنگستن-گاز با قطبيت منفي و فلز پرکننده ER 2594 استفاده شد. به منظور بررسي تأثير نيتروژن از ترکيب‌هاي آرگون، آرگون+2% نيتروژن و آرگون+5% نيتروژن به‌عنوان گاز محافظ جهت جوشکاري استفاده شد. حرارت ورودي در محدوده Kj/mm 2-5/0 کنترل شد. ريزساختار نمونه‌هاي ايجاد شده به کمک ميکروسکوپ نوري، ميکروسکوپ الکتروني روبشي و آناليز پراش پرتو ايکس مشخصه يابي شدند. به منظور نحوه توزيع عناصر آلياژي در فاز فريت و آستنيت قبل وبعد از جوشکاري از آناليز عنصري EDS استفاده شد. خواص مکانيکي با آزمايش‌هاي ريزسختي سنجي، کشش و ضربه چارپي ارزيابي شد وبه منظور بررسي رفتار خوردگي از آزمايش پلاريزاسيون چرخه‌اي در محيط 5/3 درصد وزني سديم کلريد در دماي محيط استفاده شد. نتايج نشان داد با افزايش نيتروژن به گاز محافظ از صفر تا 5 درصد، مقدار آستنيت فلزجوش از 35 درصد به 50 درصد افزايش يافته است. درفلزجوش نمونه‌هاي گاز آرگون و آرگون+2% نيتروژن فاز ثانويه غني از کروم (نيتريد کروم) مشخصه يابي شد. به دليل درصد فريت بالاتر و حضور فاز نيتريد کروم در منطقه متأثر از حرارت همه نمونه‌ها، بالاترين ميانگين سختي مربوط به اين منطقه بود. ميانگين سختي فلز جوش نمونه گاز آرگون 240 ويکرز بود که با افزايش نيتروژن به دليل افزايش درصد آستنيت تا 220 ويکرز کاهش يافت. بالاترين استحکام کششي در آزمايش کشش در نمونه آرگون+5% نيتروژن حاصل شد و تمامي نمونه‌ها به جز نمونه جوشکاري شده با گاز آرگون در فلز پايه دچار شکست نرم شدند. در آزمايش ضربه بالاترين مقاومت به ضربه مربوط به نمونه آرگون+5% نيتروژن وبرابر با 48 ژول بود و در غياب نيتروژن مقاومت ضربه برابر 40 ژول بود که حتي از فلز پايه نيز کمتر است. در آزمايش پلاريزاسيون چرخه‌اي پلانسيل حفره دار شدن با افزودن نيتروژن از 07/1 ولت تا 18/1 ولت افزايش يافت. مقاومت در برابر رشد حفرات که با اندازه حلقه هيسترزيس تعيين مي‌شود با حضور نيتروژن بهبود يافت ودرنمونه جوشکاري شده باگاز آرگون+5% نيتروژن به بيشترين حد خود رسيد. ضعيف‌ترين رفتار خوردگي مربوط به نمونه جوشکاري شده با گاز آرگون بود که قابليت رويين شدن مجدد پاييني از خود نشان داد. کلمات کليدي: فولاد زنگ نزن سوپردوفازي، نيتروژن، خوردگي حفره‌اي، جوشکاري، خواص مکانيکي ?

ارتقاء امنیت وب با وف بومی