تاثير حرارت ورودي جوشکاري قوس تنگستن – گاز، بر ريز ساختار و مقاومت به خوردگي فولاد زنگ نزن سوپر دو فازي UNS S32750

STUDENT

DEGREE

YEAR

In this study, microstructural characteristics and corrosion behavior of the UNS S32750 super duplex stainless steel were investigated at the welding cross sections. The gas tungsten arc welding technique with direct current electrode negative polarity and AWS ER2594 filler metal was used. Noticing the importance of heat input in duplex stainless steel welding, welding process was carried out with three heat input including 801, 987 and 1298 J/mm to evaluate the effect of the heat input on the microstructure and corrosion behavior. Microstructures were examined using optical and scanning electron microscopes. In addition, EDS technique was used to understand how the alloying elements are distributed into the ferrite and austenite phases. Electrochemical tests such as potentsiodynamic and cyclic polarization were carried out to evaluate the corrosion resistance of the samples. In addition, ZRA galvanic corrosion test was done to assess the galvanic corrosion between the galvanic couple of base and weld metal. Immersion test was carried out for 100 days to investigate the corrosion at various zones such as base metal, weld metal and heat affected zone. All the corrosion tests were conducted at room temperature and in 80% v/v acetic acid containing boromide attacking ions. The results showed that the amount of austenite phase increased from 43% to 54% as the heat input increased from 801 to 1298 J/mm. According to the EDS results the partitioning ratio of the alloying elements in the weld metal to the base metal was altered. The lowest change in this ratio was for chromium element. Potentsiodynamic polarization tests showed that the base metal a had higher corrosion resistance comparing with base metal at all of the heat input conditions and the difference in their corrosion current density and potential was the lowest at 987 J/mm heat input. Cyclic polarization test exhibited that both of the base and weld metals had negative hysteresis loops and are resistant to the pitting phenomena. Considering potential difference criteria, base metal and weld metal are prone to galvanic corrosion at 801 and 1298 J/mm heat input. ZRA test results at these two cases indicated that the base metal was cathode and the weld metal was anode at a joint. ZRA test results analysis using localization index showed that the corrosion was uniform at low heat inputs and local at high heat inputs. Based on the immersion test for evaluation of corrosion at different zones it can be said that the boundary between the base metal and the weld metal had the lowest resistant to the corrosion, which means that this zone is more anodic than base metal and weld metal. Finally it can be said that, welding with 987 J/mm heat input was the best heat input for UNS S32750 super duplex stainless steel, according to the thickness and joint scheme considering the microstructure and corrosion resistant. Keywords: Super duplex stainless steel, Welding, Microstructure, Heat input, Corrosion.

در اين پژوهش به بررسي ريزساختار و رفتار خوردگي مقاطع جوش فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي UNS S32750 پرداخته شد. براي جوشکاري از فرآيند قوس تنگستن-گاز با قطبيت منفي و فلز پرکنندهAWS ER2594 استفاده شد. به دليل اهميت حرارت ورودي در جوشکاري فولادهاي زنگ نزن دوفازي، جوشکاري در سه حرارت ورودي 801 ،987و1298 ژول بر ميلي متر انجام شد تا تاثير حرارت ورودي بر تغييرات ريزساختاري و رفتار خوردگي مقاطع جوش مورد بررسي قرار گيرد. بررسي هاي ريزساختاري با ميکروسکوپ نوري و الکتروني روبشي انجام گرفت. همچنين براي بررسي نحوه تقسيم عناصر آلياژي در دو فاز فريت و آستنيت بعد از جوشکاري از تکنيک EDS استفاده شد. براي ارزيابي مقاومت به خوردگي از آزمون هاي الکتروشيميايي پلاريزاسيون پتانسيوديناميک وسيکلي وآزمون خوردگي گالوانيکي ZRA براي ارزيابي خوردگي گالوانيکي بين زوج گالوانيکي فلز پايه و فلز جوش استفاده شد. ازآزمون غوطه وري براي ارزيابي خوردگي مناطق مختلف اعم از فلز پايه، فلز جوش و منطقه متاثر از حرارت به مدت 100 روز استفاده شد. همه آزمون هاي خوردگي در دماي محيط و در محلول اسيد استيک80% حاوي آنيون مهاجم برميد(Br - ) انجام شد. نتايج نشان داد که با افزايش حرارت ورودي از حدود8 01 تا 1298 ژول بر ميلي متر، مقدار آستنيت از 43 به 54 درصد افزايش مي يابد. نتايج حاصل از EDS نشان داد که تقسيم بندي عناصر آلياژي در فلز جوش نسبت به فلز پايه دگرگون شده است که اين نسبت براي عنصر کرم از کمترين تغييرات برخوردار بود. نتايج حاصل از آزمون پلاريزاسيون پتانسيوديناميک نشان داد که فلز جوش در تمام شرايط حرارت ورودي، نسبت به فلز پايه از مقاومت به خوردگي کمتري برخوردار است و براي حرارت ورودي حدود 987 ژول بر ميلي متر، کمترين اختلاف از نظر پتانسيل و دانسيته جريان خوردگي با فلز پايه وجود دارد. آزمون پلاريزاسيون سيکلي نيز نشان دادکه هم فلز پايه و هم فلز جوش داراي حلقه هيستريزيس منفي اند و در برابر حفره دار شدن مقاوم هستند. از نظر معيار اختلاف پتانسيل، فلز پايه و فلز جوش در دو حرارت ورودي 801 و 1298 ژول بر ميلي متر مستعد به خوردگي گالوانيکي هستند که نتايج آزمون ZRA در اين دو حالت نشان داد که در يک اتصال فلز جوش آند و فلز پايه کاتد است. تحليل نتايج آزمون ZRA با استفاده از ضريب تراکم نشان داد که در فلز جوش با حرارت ورودي پايين خوردگي از نوع يکنواخت و در حرارت ورودي بالا خوردگي از نوع موضعي است. نتايج آزمون غوطه وري براي ارزيابي رفتار خوردگي مناطق مختلف نشان داد که مرز بين فلز پايه و فلز جوش از کمترين مقاومت به خوردگي برخوردار است، يعني اين منطقه آندي تر از فلز پايه و فلز جوش است. نتيجه کلي اين که در بين شرايط جوشکاري با حرارت ورودي هاي مختلف، جوشکاري با حرارت ورودي987 ژول بر ميلي متر هم از لحاظ ريزساختاري و هم مقاومت به خوردگي، بهترين حرارت ورودي با توجه به ضخامت و طرح اتصال براي فولاد زنگ نزن سوپر دوفازيUNS S32750 است. کلمات کليدي فولادهاي زنگ نزن سوپردوفازي، جوشکاري، حرارت ورودي، ريز ساختار، خوردگي.