SUPERVISOR
Kaivan Raissi,Morteza Shamanian esfahani
کيوان رئيسي (استاد راهنما) مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما)
STUDENT
Abbas Eghlimi
عباس اقليمي
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389
TITLE
Cladding of SuperDuplex Stainless Steel on High Strength Low Alloy Steel Substrate Using Gas-Tungsten Arc Welding Process and Evaluation of Its Tribocorrosion Behavior
: High strength low alloy (HSLA) steels have higher strength and corrosion resistance with respect to plain carbon steels, but they are vulnerable to corrosive ions such as chloride present in seawater. On the other hand, super duplex stainless steels have acceptable mechanical properties and corrosion resistance, particularly pitting corrosion and stress corrosion cracking in environments containing chloride ions. Due to the combination of high strength and high corrosion resistance, these steels have been used in various applications. Super duplex stainless steels used mainly in fabricating of centrifugal separators which are constantly exposed to abrasive corrosion and tribocorrosion. So, cladding HSLA steels with super duplex stainless steels can be a reasonable method for manufacturing centrifugal separators with lower cost. By reviewing the literature, it is evident that few attempts have been made to clad duplex stainless steels on plain carbon or high strength low alloy steels, and none of them - despite the accurate control of heat input in gas tungsten arc welding process (GTAW) – has been attributed to GTAW. Also, using pulsed current in cladding – and welding - of duplex stainless steels has not been investigated thoroughly yet. So, in this study, after optimizing the cladding process using pulsed current gas tungsten arc welding (PCGTAW) method with response surface methodology (RSM), the effect of pulsed current on the corrosion and tribocorrosion properties of clad metals was investigated. In this way, the X-ray diffraction (XRD) was used to determine the present phases in the clad metal, optical and scanning electron microscopes were used to investigate the microstructure, potentiodynamic and cyclic polarization were used to examine the corrosion behavior, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used to determine corrosion mechanism, and tribocorrosion tests in open circuit potential (OCP), anodic polarization, and cathodic polarization were used to assess the tribocorrosionbehavior of clad metals. XRD results showed that ferrite and austenite were the only phases present in the clad metals. Microstructural investigation showed that despite the fact that only ferrite and austenite phases were formed in constant and pulsed current cladding, using pulsed current was caused the formation of secondary austenite. The presence of secondary austenite along with widmanstatten morphology of ferrite and austenite in the microstructure of sample produced by pulsed current resulted in significant increase in corrosion rate and passivation current density in potentiodynamic polarization test. Also, the larger hysteresis loop of sample produced by pulsed current in the cyclic polarization test confirmed the greater sensitivity of this sample to pitting corrosion. EIS results indicated that the films formed on the surface of both samples were flawed and non-ideal. Polarization resistance obtained after modeling with equivalent circuitin EIS test showed that polarization resistance of pulsed current clad sample was lower. Results of tribocorrosion tests show that corrosion accelerated wear was the dominant mechanism of destructionin both samples, but the total amount of volume loss in the anodic polarization test of pulsed current clad sample was about five times higher than constant current clad sample. This was attributed to higher passivation current density of pulsed current clad sample. Key Words: High Strength Low Alloy Steel, SuperDuplex Stainless Steel, Cladding, Corrosion, Tribocorrosion
چکيده فولادهاي پراستحکام کمآلياژ داراي استحکام و مقاومت به خوردگي بيشتري نسبت به فولادهاي ساده کربني هستند،اما در برابريون هاي خورندهاي چون کلريد موجود در آب دريا بسيار آسيبپذير اند. از سوي ديگر، فولادهاي زنگنزن سوپردوفازي داراي خواص مطلوبي از نظر مکانيکي و مقاومت به خوردگي خصوصاً خوردگي حفرهاي و تنشي در محيطهاي حاوي کلريد هستند. اين فولادها به خاطر دارابودن ترکيبي از استحکام و مقاومتبه خوردگي خوب، کاربردهاي گوناگوني پيدا کردهاند. عمده کاربرد اين فولادها ساخت تفکيککنندههاي گريز از مرکز است که به طور مداوم در معرض تريبوخوردگي و خوردگي سايشي قرار دارند. بنابراين روکشکاري فولادهاي پراستحکام کمآلياژ توسط فولادهاي زنگنزن دوفازي، ميتواند يک روش منطقي جهت ساخت تفکيککنندههاي گريز از مرکز با هزينه کمتر باشد. در اين پژوهش پس از بهينهسازي فرايند روکشکاري با جريان پالسي در روش جوشکاري قوسي تنگستن-گاز توسط روش رويه پاسخ، به بررسي تاثير جريان پالسي بر خواص خوردگي و تريبوخوردگي روکش پرداخته شد. در اين راه از پراش اشعه ايکس جهت بررسي فازهاي تشکيل شده، ميکروسکوپ الکتروني روبشي جهت بررسي ريزساختاري، آزمون هاي پلاريزاسيون پتانسيوديناميک و سيکلي و آزمون امپدانس الکتروشيميايي جهت بررسي رفتار خوردگي و آزمون تريبوخوردگي در سه حالت مدار باز، پلاريزاسيون آندي و پلاريزاسيون کاتدي جهت بررسي رفتار تريبوخوردگي روکش استفاده شد. بررسيهاي ريزساختاري انجام شده نشان داد که دو فاز فريت و آستنيت در نمونه روکشکاري با جريان ثابت وجود داشتند، اما در نمونه روکششده با جريان پالسي مقادير زيادي آستنيت ثانويه نيز علاوه بر اين دو فاز تشکيل شده بود. حضور اين آستنيت ثانويه به همراه مورفولوژي تيغهاي شکل فريت و آستنيت به وجود آمده در روکشکاري با جريان پالسي باعث افزايش قابل توجه نرخ خوردگي و دانسيته جريان رويينشدن در آزمون پلاريزاسيون پتانسيوديناميک شده بود.همچنين حلقه هيسترزيس بزرگتر اين نمونه در آزمون پلاريزاسيون سيکلي حاکي از حساسيت بيشتر اين نمونه به حفرهدار شدن بود.نتايج آزمون امپدانس الکتروشيميايي حاکي از آن بود که فيلم رويين تشکيل شده بر سطح هر دو نمونه داراي نواقص زيادي است. مقاومت پلاريزاسيون به دست آمده از اين آزمون نيز نشاندهنده مقاومت پلاريزاسيون کمتر نمونه روکش کاريشده با جريان پالسي بود.بررسيهاي تريبوخوردگي نشان داد که سايش تشديدکننده خوردگي، مکانيزم غالب در تخريب هر دو روکش بوده است، ليکن ميزان حجم کل از دست رفته در آزمون تريبوخوردگي تحت پلاريزاسيون آندي در نمونه روکششده با جريان پالسي حدود 5 برابر بيشتر از نمونه روکشکاري شده با جريان ثابت بود که دليل آن دانسيته جريان رويينشدن بالاتر در اين نمونه تشخيص داده شد. کلمات کليدي فولاد پراستحکام کمآلياژ، فولاد زنگنزن سوپردوفازي، روکشکاري، خوردگي، تريبوخوردگي