SUPERVISOR
Abdolmajid Eslami,Morteza Shamanian esfahani
عبدالمجید اسلامی (استاد راهنما) مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما)
STUDENT
Ali Ziaee
علی ضیائی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Study of Martensitic Stainless Steel Filler Metal Effect on Microstructure and High Temperature Wear of Hardface Coatings Produced on DIN 21CrMoV5-11 Low Alloy Steel
Continuous casting rollers gradually deteriorate due to contact with hot plates from continuous casting. Since the cost of replacing these rollers with healthy rollers is very high, they need to be repaired. The most suitable way to repair them is to create a coating of wear-resistant or corrosion-resistant materials by submerged arc welding. Martensitic stainless steels are most used in roller coating due to their high wear resistance and good corrosion resistance. In this study, using three fillers of 1.4115 WN high carbon martensitic stainless steel, low carbon NiMo410 AWS and low carbon nitrogen 41425S UNS, three coatings 411, 410 and 414 on 11-5CrMoV21 substrate, respectively, by submerged arc welding. applied. The microstructure of the 411 coating surface consisted of delta ferrite strands in the martensitic field, but the microstructure of the 410 and 414 coatings consisted only of martensitic packages in different directions. The difference between the microstructure of the 414 and 410 coatings was observed in the smaller grain size of the primary austenite and thus the finer martensitic packages. Because of this, the role of nitrogen in reducing the initial austenite grain size was reported. Coating surface hardness 411 due to the presence of HRC high carbon martensite 50 50.1 ،, coating 410 due to the presence of low carbon HRC martensite 0.5 ± 2.28 and coating 414 due to nitrogen dissolved in low carbon HRC martensite 3 / 0 ± 8/41 was obtained. After tempering heat treatment at 600 ° C for 4 hours, there was no significant change in the microstructure of the coatings and only the martensite in the microstructure was tempered; This reduced the hardness of the coatings to 34.9. 0.7 HRC, 28.4 ± 0.4 HRC and 34.2 /0 0.3 HRC, respectively. Abrasion test was performed at 400 ¬?¬ C at two forces N 40 and N 60 at a distance of 500 m on the coatings. In both applied forces, coating 411 had the lowest weight loss due to poor adhesion of delta ferrite and martensitic field, and coating 414 had the lowest weight loss due to much smaller grain size and consequently higher hardness rate during wear test. The wear mechanism of the coatings in force N 40 was mainly abrasive wear, which with increasing force to N 60 adhesive wear was added to the wear mechanism. After temper heat treatment, due to the microstructural thermal stability of the coatings during wear, a stable oxide layer was formed on the wear surfaces, which improved the wear resistance of coatings 410 and 414, but in the case of coating 411, there was little difference. did not. The predominant mechanism of abrasion in this case was tribochemical abrasion and lamination of the oxide layer, which was also observed with increasing adhesive strength. As before Tamper, after Tamper, 414 had the best abrasion resistance and 411 had the worst abrasion resistance. In general, due to the more favorable combination of hardness and toughness, the coating of 414 oxide layers was better tolerated and better wear resistance was obtained in this coating. key words: Continuous casting rollers, Martensitic stainless steel filler, Submerged arc welding, NiMo410 AWS filler, Nitrogen, High temperature wear test
چ کیده غلطکهای ریختهگری پیوسته به دلیل تماس با تختالهای داغ حاصل از ریختهگری پیوسته، به مرور دچار تخریب میشوند. از آن جا که هزینههای جایگزینی این غلطکها با غلطکهای سالم بسیار بالاست، تعمیر آنها ضرورت مییابد. مناسبترین روش برای تعمیر آنها ایجاد پوششی از مواد مقاوم به سایش یا خوردگی به وسیله جوشکاری قوسی زیرپودری است. فولادهای زنگنزن مارتنزیتی به خاطر مقاومت به سایش بالا و مقاومت به خوردگی خوب، بیشترین کاربرد را در پوششدهی غلطکها دارند. در این پژوهش با استفاده از سه پرکننده فولاد زنگنزن مارتنزیتی پرکربن 4115/1 WN، کمکربن NiMo410 AWS و کمکربن نیتروژندار 41425S UNS به ترتیب سه پوشش 411، 410 و 414 بر زیرلایه 11-5CrMoV21 با جوشکاری زیرپودری اعمال شد. ریزساختار سطح پوشش 411 متشکل از رشتههای فریت دلتا در زمینه مارتنزیتی، ولی ریزساختار پوششهای 410 و 414 صرفاً شامل بستههای مارتنزیتی در جهات مختلف بود. تفاوت ریزساختار پوشش 414 با 410 در کوچکتر بودن اندازه دانه آستنیت اولیه و در نتیجه ظریفتر بودن بستههای مارتنزیتی مشاهده شد. دلیل این مطلب، نقش نیتروژن در کاهش اندازه دانه آستنیت اولیه گزارش شد. سختی سطح پوشش 411 به خاطر وجود مارتنزیت پرکربن HRC 9/0 ± 1/50، پوشش 410 به خاطر وجود مارتنزیت کمکربن HRC 5/0 ± 2/38 و پوشش 414 به خاطر نیتروژن محلول در مارتنزیت کمکربن HRC 3/0 ± 8/41 به دست آمد. بعد از عملیات حرارتی تمپر در دمای C?600 به مدت 4 ساعت، تغییر قابل ملاحظهای در ریزساختار پوششها حاصل نشد و صرفاً مارتنزیت موجود در ریزساختار تمپر گردید؛ که این موضوع سبب کاهش سختی پوششها به ترتیب به مقادیر HRC 7/0 ± 9/34، HRC 4/0 ± 4/28 و HRC 3/0 ± 2/34 شد. آزمون سایش در دمای C?400 در دو نیروی N 40 و N 60 به مسافت m 500 بر روی پوششها انجام گرفت. در هر دو نیروی اعمالی، پوشش 411 به خاطر چسبندگی ضعیف فریت دلتا و زمینه مارتنزیتی بیشترین کاهش وزن و پوشش 414 به خاطر اندازه دانه بسیار کوچکتر و در نتیجه نرخ کارسختی بالاتر حین آزمون سایش، کمترین کاهش وزن را داشت. مکانیزم سایش پوششها در نیروی N 40 عمدتاً سایش خراشان بود که با افزایش نیرو به N 60 سایش چسبان نیز به مکانیزم سایش اضافه گردید. بعد از عملیات حرارتی تمپر، به خاطر پایداری حرارتی ریزساختار پوششها حین سایش، لایه اکسیدی پایدار بر روی سطوح سایش تشکیل گردید که این مسئله منجر به بهبود مقاومت به سایش پوششهای 410 و 414 شد، ولی در مورد پوشش 411 تفاوت چندانی نکرد. مکانیزم غالب سایش در این حالت، سایش تریبوشیمی و ورقهای شدن لایه اکسیدی بود که با افزایش نیرو سایش چسبان نیز مشاهده شد. همانند حالت قبل از تمپر، بعد از تمپر نیز پوشش 414 بهترین مقاومت به سایش و پوشش 411 بدترین مقاومت به سایش را دارا بود. در کل به خاطر وجود ترکیب مطلوبتری از سختی و چقرمگی، پوشش 414 لایه اکسیدی را بهتر تحمل کرده و مقاومت به سایش بهتری در این پوشش حاصل گردید. کلمات کلیدی: غلطکهای ریختهگری پیوسته، پرکننده فولاد زنگنزن مارتنزیتی، جوشکاری قوسی زیرپودری، پرکننده NiMo410 AWS، نیتروژن، آزمون سایش دما بالا