SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Ali Shafyei
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) علي شفيعي (استاد راهنما)
STUDENT
Majid Sadeghian renani
مجيد صادقيان رناني
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Dissimilar welding between 32750 super duplex stainless steel and high strength low alloy steel and evaluation of joint properties
ion In this work microstructure characteristic, mechanical properties and corrosion behavior of dissimilar welding of UNS S32750 superduplex stainless steel (SDSS) to API X65 high strength low alloy (HSLA) were investigated. The gas tungsten arc welding process with direct electrode negative polarity (GTAW-DCEN) was used for welding with AWS A2594N as the filler metal. Since heat input plays an important role in welding of SDSS, the welds were produced in four different heat inputs and the effects of heat input on microstructure evolution, mechanical properties and corrosion resistance of weld zone were investigated. The microstructures of welded joints were investigated using optical microscope (OM) and scanning electron microscope (SEM). The mechanical property of weldments was investigated byCharpy impact test at -20 o C and then surfaces of fracture were evaluated by SEM and EDS scanning.The corrosion resistance was evaluated through potentiodynamic and cyclic polarization tests in 3.5% NaCl solution at ambient temperature. Also potentiodynamic polarization in several temperature tests was used for investigation of critical pitting temperature (CPT) of weld metals with 0.78 and 0.86 KJ/mm heat input. Zero resistance ammeter (ZRA) tests also were used for investigation of behavior of galvanic corrosion on API X65/ weld metal with highest properties. The results showed that an increase in the heat input in a range of 0.5-0.86 KJ/mm can lead to decrease of the weld metal ferrite content from 44% to 34%. A heat affected zone with about 200 micrometer width and lowest austenite compare with base metal and weld metal was created in SDSS base metal. M But in heat affected zone of HSLA base metal in low heat inputs beinite and ferrite phases and in high heat inputs perlite and ferrite phases were created respectively. The results of charpy impact tests investigated that two weldments with low heat inputs were berittle and discontinuous respectively and weldments with high heat inputs were higher strength than base metals. In addition EDS scanning from fracture surface showed that weld metal with highest heat input had high alloy particle. According to the potentiodynamic polarization tests, behaviors of weld metals were alike SDSS base metal and presented excellent corrosion resistance comparing HSLA base metal. Cyclic polarization tests investigated weld metal with the highest heat input had the highest sensitive to pitting corrosion. The results of potentiodynamic polarization tests at several temperatures showed pitting potential decrease with increase of temperature and also 65 and 35 o C determined as CPT of weld metals with 0.78 and 0.86 KJ/mm heat input respectively. According to the results determined that welding in 0.78 KJ/mm heat input can lead to weld metal with higher impact energy and excellent corrosion resistance. The results of ZRA investigated that galvanic corrosion was created in couple of HSLA/ weld metal with the best properties and the mechanism of corrosion was pitting corrosion. Key Words: Superduplex Stainless Steel, High Strength Low Alloy, Dissimilar Welding
چکيده در اين پژوهش به بررسي ريزساختار، خواص مکانيکي و رفتار خوردگي مقاطع جوش غير مشابه فولاد زنگ نزن سوپر دو فازي UNS S32750 به فولاد کم آلياژ استحکام بالاي API X65 پرداخته شد. براي جوشکاري از فرايند جوشکاري قوسي تنگستن-گاز با قطبيت منفي و فلز پر کننده AWS A2594N استفاده شد. با توجه به اهميت حرارت ورودي در جوشکاري فولادهاي زنگ نزن دوفازي، جوشکاري در چهار حرارت ورودي مختلف انجام و تأثير حرارت ورودي بر تغييرات ريزساختاري، خواص مکانيکي و خوردگي منطقه جوش مورد بررسي قرار گرفت. بررسي هاي ريزساختاري با ميکروسکوپ نوري و الکتروني روبشي انجام گرفت. به منظور ارزيابي استحکام ضربه اي اتصالات، از آزمون ضربه چارپي در دماي 20- درجه سانتيگراد استفاده شد و سطوح شکست با ميکروسکوپ الکتروني روبشي بررسي شده و از EDS جهت بررسي ترکيب شيميايي ذرات موجود در سطوح استفاده شد. براي ارزيابي مقاومت به خوردگي نيز از آزمون هاي پلاريزاسيون پتانسيو ديناميک و پلاريزاسيون سيکلي در محيط 5/3 درصد کلريد سديم در دماي محيط استفاده شد. آزمونهاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميک در دماهاي مختلف نيز براي ارزيابي دماي بحراني حفره دار شدن (CPT) دو فلز جوش با حرارت ورودي هاي 78/0 و 86/0 کيلوژول بر ميليمتر استفاده شد. آزمون خوردگي گالوانيکي ZRA براي ارزيابي خوردگي گالوانيکي بين زوج گالوانيکي فولاد کم آلياژ استحکام بالا / فلز جوش با بهترين خواص استفاده شد. نتايج نشان داد که افزايش حرارت ورودي از 5/0 تا 86/0 کيلوژول بر ميليمتر موجب کاهش درصد فريت فلز جوش از 44 تا 34 درصد ميشود. نتايج حاکي از آن بود که در تمامي فلزات جوش، در فولاد زنگ نزن سوپر دو فازي منطقه متأثر از حرارتي با عرض حدود 200 ميکرومتر و با مقدار آستنيتي کمتر نسبت به فلز جوش و فلز پايه ايجاد مي گردد. اما در منطقه متأثر از حرارت فولاد کم آلياژ استحکام بالا در حرارت ورودي هاي پايين، فاز بينيت و فريت و در حرارت ورودي هاي بالا فاز پرليت و فريت با پراکندگي غير يکنواخت به وجود مي آيد. نتايج حاصل از آزمون ضربه چارپي نشان داد که نمونه هاي جوشکاري شده در دو حرارت ورودي پايين به ترتيب داراي انرژي ضربه پايين تر، شکست ترد و عدم پيوستگي بودند، در حالي که نمونه هاي جوشکاري شده در دو حرارت ورودي بالاتر داراي استحکام ضربه اي به مراتب بيشتر از فلزات پايه بودند. نتايج حاصل از EDS نيز از حضور ذرات غني از عناصر آلياژي در نمونه با بيشترين حرارت ورودي حکايت داشت. نتايج حاصل از آزمون پلاريزاسيون پتانسيو ديناميک نشان داد که رفتار خوردگي فلزات جوش شبيه فلز پايه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي و بسيار بهتر از فلز پايه کم آلياژ استحکام بالا است. آزمون پلاريزاسيون سيکلي نيز نشان داد که فلز جوش با بيشترين حرارت ورودي داراي حساسيت به حفره دار شدن بيشتري نسبت به فلزات جوش ديگر مي باشد. آزمون هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميک در دماهاي مختلف نيز نشان داد که با افزايش دما پتانسيل حفره دار شدن کاهش مييابد و دماي بحراني حفره دار شدن (CPT) فلزات جوش با حرارت ورودي هاي 78/0 و 86/0 کيلوژول بر ميليمتر به ترتيب 65 و 35 درجه سانتيگراد است. سرانجام مشخص شد که جوشکاري در حرارت ورودي 78/0 کيلو ژول بر ميليمتر منجر به بهترين خواص ضربه و خوردگي ميشود. نتايج آزمون ZRA نيز نشان داد که در زوج گالوانيکي فولاد کم آلياژ استحکام بالا / فلز جوش، فولاد کم آلياژ استحکام بالا دچار خوردگي ميشود و مکانيزم اين خوردگي گالوانيکي نيز از نوع خوردگي حفره اي است. کلمات کليدي: فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي، فولاد کم آلياژ استحکام بالا، جوشکاري غيرمشابه، ارزيابي خواص اتصال