SUPERVISOR
Morteza Shamanian esfahani,Abbas Bahrami
مرتضي شمعانيان اصفهاني (استاد راهنما) عباس بهرامي (استاد راهنما)
STUDENT
Auoob Asadollahi
ايوب اسدالهي
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.
جوشکاري غيرمشابه فولاد کم آلياژ API 5L X65 به فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI 304L و بررسي تأثير فلز پرکننده بر ريزساختار و خواص مکانيکي در حضور لايهي آستر چکيده اتصالات غيرمشابه فولاد زنگ نزن آستنيتي به فولاد کم آلياژ استحکام بالا کاربردهاي متعددي در بسياري از صنايع از قبيل صنايع هستهاي، نفت و گاز، پتروشيمي و پالايشگاه دارند. از مهمترين و پرکاربردترين انواع اين جوشکاري اين اتصالات دچار مشکلاتي همچون تنش پسماند، تشکيل فازها و ساختارهاي فولادها، به ترتيب ميتوان به AISI 304L وAPI 5L X65 اشاره کرد. نامطلوب ميباشند. داشتن اتصالي مطلوب و کارآمد باعث فولاد کم آلياژ به دليل متفاوت بودن خواص دو آلياژ همچون نقطهي ذوب، ضريب انبساط جلوگيري از اتلاف هزينه و مواد اوليه خواهد شد. جوشکاري اتصالات غيرمشابه فولاد زنگ نزن آستنيتي به حرارتي، ترکيب شيميايي فرآيندي دشوار و پيچيده ميباشد. اغلب مشکلات متالورژيکي ميشوند. بررسي خواص مکانيکي و ريزساختار اين نوع اتصالات در طراحي و همچنين از اين اتصالات شامل جدايش، تشکيل ترکيبات بين فلزي و ايجاد يک لايه با سختي و شکنندگي بالا در فصل مشترک فولاد کم آلياژ ميباشند که منجر به افت خواص مکانيکي نظر ايمني حائز اهميت ميباشد. استفاده از لايه منظور بررسي تأثير فلز پرکننده بر خواص اين اتصال از سه فلز پرکننده ER308L و ER309L آسترکاري و انتخاب فلز پرکننده مناسب از پارامترهايي ميباشد که نقش اساسي در کنترل خواص اين اتصالات دارد. در اين تحقيق از لايهي آستري پايه نيکلي ERNiCr3 با ماهيت آستنيتي استفاده شد. به و ERNiCr3 در حضور لايهي توسط آزمون راديوگرافي مورد بررسي و تائيد قرار گرفت. پس از نمونهبرداري بهمنظور آستري استفاده شد. بدينصورت که پس از ايجاد لايهي آستر بر روي فولاد کم آلياژ API 5L X65نمونهها به مدت يک ساعت در دماي 650 درجه سانتيگراد، عمليات تنشزدايي صورت گرفت، سپس عمليات اتصال تکميل شد. براي اطمينان از سلامت اتصالات، تمامي مناطق جوشکاري شده بررسي ريزساختار، از ميکروسکوپ الکتروني روبشي، ميکروسکوپ نوري و شناساگر پراش تمام آستنيتي همراه با مرزهاي انجمادي نوعI- و نوعII- الکترون برگشتي استفاده شد. بهمنظور ارزيابي خواص مکانيکي اتصالات آزمونهاي کشش مرکب و موضعي، ضربه مرکب و موضعي و سختي سنجي انجام شد. نتايج بررسيها حاکي از اين است که هيچ ساختار تيغهاي شکلي در مرز ذوب فولاد API 5L X65 و لايه آستر مشاهده نشد که بيانگر مناسب بودن لايهي آستر ERNiCr3 براي حذف اين ريزساختار ميباشد. لايهي آستري ERNiCr3 ريزساختاري داشته و باوجود رقت 30 درصدي فلز پايه API 5L فصل مشترک پيوستهتري ايجاد کردهاند. نمونهي W3 نشاندهنده،کمترين اعوجاج زاويهاي X65 ماهيت آستنيتي خود را حفظ کرده است. ريزساختار منطقهي متاثر از حرارت ايجاد شده در فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI 304L در نمونهي جوشکاري شده با فلز پرکننده ERNiCr3(W3) نسبت به نمونههاي ER308L(W1) وER309L(W2) رشد دانه و ايجاد فريت دلتاي کمتري داشته است. حرارت ورودي ايجاد شده ناشي از فرآيند جوشکاري نمونهW3 از نمونههاي W1و W2 کمتر ميباشد. فلز پرکننده ER308L و فولاد AISI 304L به دليل تشابه ترکيب شيميايي (تنش پسماند) ميباشد. رقت ايجاد شده و TiC ميباشد. بيشترين استحکام مربوط به نمونهي W3 لايهي آستر در فلز جوش سبب تغيير ترکيب شيميايي شده و افزايش درصد نيکل در فلز جوش سبب شده که در نمونههاي W1 و W2 فريت دلتا حذف و ساختاري آستنيتي مشاهده شود که اين منطقه را مستعد به ترک خوردن انجمادي کرده، اما هيچگونه ترکي در اين منطقه مشاهده نشد. بيشترين تطابق ترکيب شيميايي مشاهده شده در آناليز خطي EDS مربوط به نمونههاي W1 و W3 ميباشد. منطقه جوش نمونهW3 بيشترين سختي را داشته که به علت تشکيل کاربيدهاي کمپلکس و NbC ميباشد. منطقه HAZ کوچکتر با نمونهي W3 ميباشد. دانههاي ريزتر و فريت دلتاي کمتر، پيوستگي بيشتر فلز جوش با لايهي آستر، عناصر آلياژي بالاتر فلز جوش سبب بهبود استحکام اين نمونه شدهاند. مناطق مختلف نمونهي W3 بيشترين انرژي ضربه را از خود نشان داد که به سبب ريزدانهتر بودن مناطق متاثر از حرارت، عدم حضور فريت دلتا و ساختاري تمام آستنيتي ميباشد. سطح شکست نمونهها همگي بيانگر شکستي نرم ميباشند، با اين تفاوت که سطح شکست نمونهي W3 داراي حفرات عميقتر و بزرگتر ميباشد که بيانگر انعطاف پذيري بيشتر فلز جوش کلمات کليدي: جوشکاري غيرمشابه، آسترکاري، جوشکاريGTAW، فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI304، فولاد کم آلياژ API 5L X65، خواص مکانيکي موضعي.