SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Abbas Bahrami
مرتضی شمعانیان اصفهانی (استاد راهنما) عباس بهرامی (استاد راهنما)
STUDENT
Auoob Asadollahi
ایوب اسدالهی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
Dissimilar welding between API 5L X65(HSLA) AND AISI304L(SS), Evaluation of the effect filler metal on microstructure and mechanical properties in the presence of butter layer
Dissimilar welding between austenitic stainless steel and high strength low alloy steel (HSLA) have numerous applications such as nuclear, oil and gas, petrochemical, refinery. The most important and widely used types of steel are the AISI 304L and API 5L X65, respectively. Welding of these joints has problems such as residual stresses, undesirable phases and structures. Having a desirable and efficient joint will avoid costly waste of raw materials. Welding of dissimilar austenitic stainless steel joints to low alloy steel due to different properties of the alloy such as melting point, thermal expansion coefficient, chemical composition, etc. is a difficult and difficult process. Most of metallurgical problems of these joints include: segergasion, formation of intermetallic compounds, and the formation of a brittle layer in the low alloy steel joint, which results in loss of mechanical properties. Investigation of the mechanical and microstructural properties of these types of joints is important in design as well as safety. Using a buttering and selecting the appropriate filler metal are some of the parameters that have an important influence on the properties of these joints. In this study, the nickel base buttering of ERNiCr3 with nature was used. So that after the buttering diposited on low alloy API 5L X65 specimens heat-treated for stress relief for one hour at 650°C, Then, using filler metals, the joint operation was completed. To ensure the security of the joints, all welded were examined and verified by radiography testing. After sampling To investigate the microstructural properties, scanning electron microscopy, optical microscopy, and Energy dispersive detector were used. In order to evaluate the mechanical properties of joints,tensile combinatorial and local, impact combinatorial and local,microhardness tests were performed. No blade-shaped structures were observed at the API 5L X65 steel melt boundary and the butter layer, indicating that the butter layer ERNiCr3 diposited was suitable to remove this microstructure. The ERNiCr3 butter layer has a complete austenitic microstructure with Type-I and Type-II Solidfication boundaries. retains its austenitic microstructure despite being dilution 30% than the API 5L X65 base metal. Microstructure of the HAZ in Austenitic Stainless Steel AISI 304L in a Welded Sample with ERNiCr3(W3) Fused to ER308L(W1) and ER309L(W2) Samples had less Grain Growth and the ferrite delta formation. The heat input generated by the W3 sample welding process is lower than the W1 and W2 samples. The filler metal ER308L and AISI 304L steel have created a more continuous interface due to the similarity of the chemical composition. The W3 sample represents the lowest angular distortion (residual stress). The dilution of the buttering in the weld metal lead to changed the chemical composition weld metal and the increase in the percentage of nickel in the zone that resulted in the weld metal W1 and W2 samples of ferrite delta and austenitic structure being observed that made the zone encourage to Solidification Cracking, but no cracking was found in the zone. The most match chemical composition observed in EDS linear analysis was for W1 and W3 samples. The W3 weld zone had the highest hardness due to the formation of complex carbides, NbC and TiC. The highest strength is related to the W3 sample. The smaller HAZ region with finer grains and lower delta ferrite, greater bonding of the weld metal to the primer layer, and higher weld metal alloying elements improved the strength of this sample. The different regions of the W3 sample exhibited the highest impact energy, due to the finer grain heat affected zone, the absence of delta ferrite and full austenitic structure. The fracture surface of the specimens all exhibits a soft fracture, except that the fracture surface of the W3 specimen has deeper and larger clavages, indicating greater ductility of the W3 specimen.
جوشکاری غیرمشابه فولاد کم آلیاژ API 5L X65 به فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304L و بررسی تأثیر فلز پرکننده بر ریزساختار و خواص مکانیکی در حضور لایهی آستر اتصالات غیرمشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی به فولاد کم آلیاژ استحکام بالا کاربردهای متعددی در بسیاری از صنایع از قبیل صنایع هستهای، نفت و گاز، پتروشیمی و پالایشگاه دارند. از مهمترین و پرکاربردترین انواع این جوشکاری این اتصالات دچار مشکلاتی همچون تنش پسماند، تشکیل فازها و ساختارهای فولادها، به ترتیب میتوان به AISI 304L وAPI 5L X65 اشاره کرد. نامطلوب میباشند. داشتن اتصالی مطلوب و کارآمد باعث فولاد کم آلیاژ به دلیل متفاوت بودن خواص دو آلیاژ همچون نقطهی ذوب، ضریب انبساط جلوگیری از اتلاف هزینه و مواد اولیه خواهد شد. جوشکاری اتصالات غیرمشابه فولاد زنگ نزن آستنیتی به حرارتی، ترکیب شیمیایی فرآیندی دشوار و پیچیده میباشد. اغلب مشکلات متالورژیکی میشوند. بررسی خواص مکانیکی و ریزساختار این نوع اتصالات در طراحی و همچنین از این اتصالات شامل جدایش، تشکیل ترکیبات بین فلزی و ایجاد یک لایه با سختی و شکنندگی بالا در فصل مشترک فولاد کم آلیاژ میباشند که منجر به افت خواص مکانیکی نظر ایمنی حائز اهمیت میباشد. استفاده از لایه منظور بررسی تأثیر فلز پرکننده بر خواص این اتصال از سه فلز پرکننده ER308L و ER309L آسترکاری و انتخاب فلز پرکننده مناسب از پارامترهایی میباشد که نقش اساسی در کنترل خواص این اتصالات دارد. در این تحقیق از لایهی آستری پایه نیکلی ERNiCr3 با ماهیت آستنیتی استفاده شد. به و ERNiCr3 در حضور لایهی توسط آزمون رادیوگرافی مورد بررسی و تائید قرار گرفت. پس از نمونهبرداری بهمنظور آستری استفاده شد. بدینصورت که پس از ایجاد لایهی آستر بر روی فولاد کم آلیاژ API 5L X65نمونهها به مدت یک ساعت در دمای 650 درجه سانتیگراد، عملیات تنشزدایی صورت گرفت، سپس عملیات اتصال تکمیل شد. برای اطمینان از سلامت اتصالات، تمامی مناطق جوشکاری شده بررسی ریزساختار، از میکروسکوپ الکترونی روبشی، میکروسکوپ نوری و شناساگر پراش تمام آستنیتی همراه با مرزهای انجمادی نوعI- و نوعII- الکترون برگشتی استفاده شد. بهمنظور ارزیابی خواص مکانیکی اتصالات آزمونهای کشش مرکب و موضعی، ضربه مرکب و موضعی و سختی سنجی انجام شد. نتایج بررسیها حاکی از این است که هیچ ساختار تیغهای شکلی در مرز ذوب فولاد API 5L X65 و لایه آستر مشاهده نشد که بیانگر مناسب بودن لایهی آستر ERNiCr3 برای حذف این ریزساختار میباشد. لایهی آستری ERNiCr3 ریزساختاری داشته و باوجود رقت 30 درصدی فلز پایه API 5L فصل مشترک پیوستهتری ایجاد کردهاند. نمونهی W3 نشاندهنده،کمترین اعوجاج زاویهای X65 ماهیت آستنیتی خود را حفظ کرده است. ریزساختار منطقهی متاثر از حرارت ایجاد شده در فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI 304L در نمونهی جوشکاری شده با فلز پرکننده ERNiCr3(W3) نسبت به نمونههای ER308L(W1) وER309L(W2) رشد دانه و ایجاد فریت دلتای کمتری داشته است. حرارت ورودی ایجاد شده ناشی از فرآیند جوشکاری نمونهW3 از نمونههای W1و W2 کمتر میباشد. فلز پرکننده ER308L و فولاد AISI 304L به دلیل تشابه ترکیب شیمیایی (تنش پسماند) میباشد. رقت ایجاد شده و TiC میباشد. بیشترین استحکام مربوط به نمونهی W3 لایهی آستر در فلز جوش سبب تغییر ترکیب شیمیایی شده و افزایش درصد نیکل در فلز جوش سبب شده که در نمونههای W1 و W2 فریت دلتا حذف و ساختاری آستنیتی مشاهده شود که این منطقه را مستعد به ترک خوردن انجمادی کرده، اما هیچگونه ترکی در این منطقه مشاهده نشد. بیشترین تطابق ترکیب شیمیایی مشاهده شده در آنالیز خطی EDS مربوط به نمونههای W1 و W3 میباشد. منطقه جوش نمونهW3 بیشترین سختی را داشته که به علت تشکیل کاربیدهای کمپلکس و NbC میباشد. منطقه HAZ کوچکتر با نمونهی W3 میباشد. دانههای ریزتر و فریت دلتای کمتر، پیوستگی بیشتر فلز جوش با لایهی آستر، عناصر آلیاژی بالاتر فلز جوش سبب بهبود استحکام این نمونه شدهاند. مناطق مختلف نمونهی W3 بیشترین انرژی ضربه را از خود نشان داد که به سبب ریزدانهتر بودن مناطق متاثر از حرارت، عدم حضور فریت دلتا و ساختاری تمام آستنیتی میباشد. سطح شکست نمونهها همگی بیانگر شکستی نرم میباشند، با این تفاوت که سطح شکست نمونهی W3 دارای حفرات عمیقتر و بزرگتر میباشد که بیانگر انعطاف پذیری بیشتر فلز جوش کلمات کلیدی: جوشکاری غیرمشابه، آسترکاری، جوشکاریGTAW، فولاد زنگ نزن آستنیتی AISI304، فولاد کم آلیاژ API 5L X65، خواص مکانیکی موضعی.