SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Ahmad Saatchi
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) احمد ساعت چی (استاد راهنما)
STUDENT
Mahdi Amini
مهدی امینی
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.
در این تحقیق، به بررسی ریزساختار و رفتار خوردگی مقاطع جوش غیرمشابه فولاد زنگنزن سوپردوفازی 32750S UNS به فولاد زنگنزن آستنیتی L316 AISI پرداخته شد. برای جوشکاری از فرایند جوشکاری قوسی تنگستن- گاز با قطبیت منفی و فلز پرکننده 2594ER AWS استفاده شد. با توجه به اهمیت حرارت ورودی در تغییر ریزساختارهای آستنیتی- فریتی، جوشکاری در چندین حرارت ورودی مختلف انجام و تاثیر حرارت ورودی بر تغییرات ریزساختار و مقاومت خوردگی منطقه جوش بررسی گردید. همچنین تاثیر عملیات حرارتی پس از جوشکاری در دمای 1125 درجه سانتیگراد بر ریزساختار و رفتار خوردگی مورد بررسی قرار گرفت. بررسیهای ریزساختاری با میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی انجام گرفت. برای ارزیابی مقاومت به خوردگی، از آزمونهای پولاریزاسیون پتانسیودینامیک و پولاریزاسیون سیکلی در محیط 5/3 درصد وزنی کلرید سدیم و در دمای محیط استفاده شد. نتایج نشان داد که افزایش حرارت ورودی از حدود 660 تا 825 ژول بر میلیمتر، موجب افزایش درصد آستنیت فلز جوش حاصل، از 79/60 تا 47/74 درصد میشود. در اثر سیکلهای حرارتی ناشی از جوشکاری، منطقه متاثر از حرارتی به عرض 200 میکرومتر و با مقدار آستنیت در حدود 30 درصد در فلز پایه زنگنزن سوپردوفازی 32750 ایجاد شد. همچنین مقداری فریت دلتا در منطقه متاثر از حرارت فلز پایه آستنیتی L316 تشکیل میشود. نتایج حاصل از آزمونهای الکتروشیمیایی نشان داد که فلز پایه سوپردوفازی 32750 در مقایسه با فلز پایه آستنیتی L316 مقاومت به خوردگی بسیار بهتری دارد. این مقاومت به خوردگی بهتر با افزایش پتانسیل خوردگی، کاهش جریان خوردگی و چند برابر شدن پتانسیل حفرهدار شدن خود را نشان داد و میتوان آن را به مقدار بالای عناصر کروم و مولیبدن فلز پایه سوپردوفازی 32750 نسبت داد. بررسی رفتار خوردگی فلزات جوش نشان داد که تغییر درصد آستنیت ناشی از تغییر حرارت ورودی در محدوده مورد بررسی، موجب کاهش مقاومت به خوردگی عمومی میشود، اما مقاومت به خوردگی حفرهای را تحت تاثیر قرار نمیدهد. بهطورکلی، فلزات جوش و فلز پایه سوپردوفازی 32750 پتانسیل حفرهدار شدن یکسان و در حدود 1000 میلیولت نشان دادند. بررسیهای تئوری انجام شده با استفاده از معیارهای مختلف بیانگر وقوع خوردگی گالوانیکی محسوس بین فلز جوش و فلز پایه آستنیتی L316 است. این مطلب با توجه به متفاوت بودن ریزساختارها قابل پیشبینی بود. عملیات حرارتی آنیل انحلالی در دمای 1125 درجه سانتیگراد و زمان 2 ساعت در مقاومت به خوردگی فلز پایه سوپردوفازی 32750 تغییر مهمی ایجاد نکرد. اما عملیات حرارتی پس از جوشکاری در همین دما موجب بهبود نسبی مقاومت به خوردگی حفرهای منطقه جوش شد. بعد از عملیات حرارتی پس از جوشکاری، افزایش حدود 25 میلیولت در پتانسیل حفرهدار شدن مشاهده شد. سرانجام قابل ذکر است با استفاده از فلز پرکننده 2594ER AWS و کنترل حرارت ورودی در حدود 700 ژول بر میلیمتر، میتوان جوشی ایجاد کرد که مقاومت خوردگی بهتری نسبت به فلزات پایه داشته باشد. همچنین با توجه به آن که بهبود مقاومت خوردگی ناشی از عملیات حرارتی پس از جوشکاری چشمگیر نیست و با درنظر گرفتن مشکلات اجرا در مقیاس عملی، عملیات حرارتی پس از جوشکاری برای اتصال مذکور توصیه نمیشود. کلمات کلیدی: فولاد زنگنزن سوپردوفازی، فولاد زنگنزن آستنیتی، جوشکاری غیرمشابه، عملیات حرارتی، ریزساختار، رفتار خوردگی.