ارزيابي ريزساختار جوش هاي غير مشابه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي
UNS 32750 به فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI 304L

مهدي رحماني*1، مرتضي شمعانيان2، مسعود كثيري 3
دانشجوي كارشناسي ارشد جوشكاري، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد نجف آباد، اصفهان، ايران
استاد، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه صنعتي اصفهان، اصفهان، ايران
استاديار، دانشكده مهندسي مواد، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد نجف آباد، اصفهان، ايران
*Rahmani_mhd@yahoo.com
(تاريخ دريافت: 07/06/91، تاريخ پذيرش: 07/10/91)

چكيده
دراين پژوهش، بررسي ريزساختار جوشهاي غيرمشابه فولاد زنگ نزن سـوپر دوفـازيUNS 32750 بـه فـولاد زنـگ نـزن آسـتنيتيAISI 304L مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور از روش جوشكاري قوس تنگستن تحت گاز محافظ با قطبيت منفي و دو نوع فلز پركننده ER25104L وER309LMo استفاده شد. پس از جوشكاري، ريزساختار مناطق مختلف هر اتصال شامل فلزات جوش، مناطق متأثر از حرارت و فصل مشترك ها بهوسيله ميكروسـكوپ نـوري بررسـي شـد. بررسـي هـاي ريزسـاختاري نشـان داد در فلـز جـوشER25104L، ريزسـاختار ب ه صـورت دنـدريته اي آسـتنيت و زمينـه فري ت همـراه بـا رس وبات آسـتنيت ثانويـه ب ود. انجمـاد فل زجوش ER309LMo، به صورت فريت اوليه همراه با مقداري آستنيت و با مورفولوژي فريت اسكلتي شكل صورت گرفت. در فصـلمشترك فلزات پركننده با فولاد زنگ نزن آستنيتي 304L رشد رونشستي و در فصل مشترك فلزات پركننده با فولاد زنگ نزن سـوپردوفازي 32750 ميزان فريت بالايي مشاهده شد.

واژه هايكليدي:
جوشهاي غيرمشابه، فولاد زنگ نزن آستنيتي، فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي، ريزساختار

مقدمه
فولادهـاي زنـگ نـزن آسـتنيتي304L بـه عنـوان بـزرگ ت رين و پرمصرفترين گروه فولادهاي زنگ نزن محسوب مي شوند كـهبهطور گسترده در كاربردهـايي كـه نيـاز بـه مقاومـت خـوردگيخوب در اتمسفر و يا دماي بالا باشد به كار گرفته ميشـوند . ايـنفولاد در صنايع مختلف نظير نفت و گاز، پالايشگاه، پتروشيمي و نيروگاههاي توليد برق كاربرد فراوان دارد [1]. فولاد زنـگ نـزنآستنيتي 304L بهدليـل داشـتن مقـادير بـالايي از عناصـر آليـاژيهمچون كروم و نيكل و مقادير جزئي كربن در تركيب شـيمياييدر كاربردهايي كه حمله بين دانهاي و ترك خـوردن خـوردگيتنشي1 مورد توجه است، بكار ميروند. مقاومت بـه اكسيداسـيوندر دماي بالا به خاطر ميزان بالاي كروم در اين فـولاد مـيباشـد .
وجود نيكل كه عنصـري آسـتنيتزا مـي باشـد ، باعـث بـالا رفـتنخواص مقاوم به حرارت اين آلياژ ميشود [2]. با وجود مقاومت به خوردگي خوب فولادهاي زنگ نزن آستنيتي، در محـيط هـايبسيار خورنده حاوي غلظتهاي بـالاي يـون كلـر، ايـن فـولادهـامق اوم نب وده و در براب ر خ وردگي حف ره اي2 و ت رك خ وردن خوردگي تنشي آسيبپذير هستند. زيرا اين فولادها در محـدوده8 تا 12 درصد وزني نيكل، كمترين مقاومـت بـه تـرك خـوردنخوردگي تنشي را از خود نشان ميدهند و با افزايش و يا كـاهشميــزان نيكــل، مقاومــت در خــارج از ايــن محــدوده افــزايش مييابد [2]. از سوي ديگر فولادهاي زنگ نزن دوفازي بـه دليـلدارا ب ودن مق ادير نس بتاً ب الايي از ك روم و موليب دن نس بت ب هفولادهاي زنـگ نـزن آسـتنيتي و هـمچنـين ريزسـاختار فريتـي وآستنيتي تقريباً يكسان از استحكام و مقاومت به خوردگي خـوبيدر ارتباط با خوردگي حفرهاي و تنشي در محيطهـاي سـولفيديو كلريدي برخوردار ميباشند [3]. بنابراين فولادهاي زنگ نـزندوفازي ميتوانند جايگزين بسيار مناسبي بـراي فولادهـاي زنـگنزن آستنيتي باشند. فولاد زنگ نـزن سـوپر دوفـازيUNS 32750 يك فولاد زنـگ نـزن دوفـازي پرآليـاژ جديـد بـوده كـه وجـودمقادير قابل توجهي از عناصري چـون كـروم، نيكـل، موليبـدن ونيت روژن در تركي ب آن خ واص ممت از و ب ي نظي ري را بـه آن بخش يده اس ت. مقاوم ت ب ه ت رك خ وردن خ وردگي تنش ي، حفرهاي و شياري3 در محـيط هـاي خورنـده بـه همـراه اسـتحكامكششي و خواص سايشي عـالي باعـث كـاربرد وسـيع ايـن فـولادبراي لولههاي نفت و گاز در ساحل دريا يا درون دريا، مبدلهاي حرارتي، مخازن تحت فشار، صنايع نفت و پتروشيمي شده اسـت [4]. امروزه كاربرد اجتناب ناپـذير اتصـالات غيرمشـابه بـه دليـل ملاحظات اقتصادي و دست يابي به خواص مكـانيكي مطلـوب وافزايش مقاومت به خوردگي بـراي بسـياري از آلياژهـا گسـترشيافته است، از جمله اين اتصـالات غيرمشـابه مـيتـوان بـه اتصـالفولادهاي زنگ نزن به يكديگر و به انواع فولادهاي كربني اشاره نم ود، در هم ين راس تا گروه ي از محقق ين، تحقيق ات خ ود را برروي جوشكاري غيرمشابه ايـن آلياژهـا متمركـز سـاختهانـد، ازجمله مندوزا4 و همكارانش [5] به بررسي ريزساختار فلز جوش، فص ل مش تركه اي اتص ال غيرمش ابه ف ولاد زن گ ن زن س وپر دوفازي 32750 به فولادهاي كربني و همچنين تعيين فلز پركننده مناسب براي اتصال پرداختهاند. اين محققين گزارش كردهاند كه استفاده از فلز پركننده 25104L به علت دارا بودن نيكل بـالاتر و
نق ش آس تنيتزاي ي آن جه ت ب هدس ت آوردن نس بت مناس ب ريزساختار فريت و آستنيت مـوثر اسـت. در سـال هـاي اخ يـر نيـزلابونسكي5 [6]، به بررسي خواص مكانيكي و حساسيت به ترك خوردن خوردگي تنشي اتصال غيرمشابه فولاد زنگ نزن آستنيتي 316L به فـولاد زنـگ نـزن دوفـازي 2205 پرداختـه اسـت. ايـنمحقــق گــزارش كــرده اســت كــه در ايــن اتصــال غيرمشــابه، ضعيفترين مكان در ارتباط با ترك خـوردن خـوردگي تنشـي ، منطقه متاثر از حرارت6 فولاد زنگ نزن دوفازي است. هـم چنـيناســكريبا7 و همكــاران [7]، تحقيقــات خــود را در زمينــه تــاثيرحرارت ورودي بر ريزساختار و مقاومت به خـوردگي اتصـالاتسوپردوفازي به يكديگر متمركز كردهاند، نتايج تحقيقـات آن هـانشان داده است كه استفاده از حرارت ورودي زياد باعث رسوب فازهاي بين فلزي و به تعويق افتادن استحاله فريـت بـه آسـتنيت ودر نتيجه كاهش خواص مكانيكي و مقاومت به خوردگي خواهد شد. همانطور كه اشاره شد بـا توجـه بـه اينكـه اتصـال غيرمشـابهف ولاد زن گ ن زن آس تنيتي 304L و س وپر دوف ازي 32750، در صنايع نفت و گاز و به خصوص در مبدلهاي حرارتي از اهميـتبالايي برخوردار است، لذا در اين تحقيق بـه ارزيـابي ريزسـاختارفلز جوش و فصل مشتركهاي اتصال وتعيين فلز پركننده مناسب پرداخته شده است.

مواد و روش تحقيق
2-1- آماده سازي نمونه ها و طرح اتصال در اين پژوهش، از فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI 304L و فولاد زنگ نزن سوپر دو فازي 32750 UNS به عنـوان فلـزات پايـه بـهصورت كار شده استفاده شد. بدين منظور لوله هايي با اندازه قطـرداخلي80 ميليمتر(3 ايـنچ ) و طـول 150 ميلـي متـر و ضـخامت 4 ميليمتر(15/0 ايـنچ ) تهيـه شـد. تركيـب شـيميايي فلـزات پايـه و فلزات پركننده در جدول (1) ارائه شده اسـت . تركيـب شـيمياييفلزات پايه براساس نتايج كوانتومتري و تركيب شـيميايي فلـزاتپركننده تركيب اسمي گزارش شده توسط سازنده است. انتخاب فلزات پركننده علاوه بـر تركيـب شـيميايي براسـاس پارامترهـايديگري مانند خواص مكانيكي حاصله، ضريب انبسـاط حرارتـي،مقاومت به خوردگي، قابليت دردسترس بـودن و هزينـه هـا انجـامشد. بر همين اساس جهت اتصال فلـزات پايـه از دو فلـز پركننـده سيم جوش ER 309LMo و سـيم جـوشER 25104L بـر طبـقاسـتاندارد AWS A5.9 [8]، و ASME SEC.II, Part C [9]، بـاقطر 4/2 ميليمتر بهره برده شد. لولهها جهت اتصال لب به لب بـاش يار V ش كل آم اده س ازي ش دند . ش ماتيك طـرح اتص ال و مشخصات ابعادي آن در شكل (1) نشان داده شده است.

شكل (1): طرح اتصال لولهها.

2-2- جوشكاري نمونهها
جوشــكاري نمونــه هــا بــه صــورت دســتي بــا اســتفاده از روش
جوشكاري قوس تنگستن تحت گاز محـافظ(GTAW-DCEN) بـااستفاده از دستگاه جوش گام الكتريك مدل 631 Pars-EL و در وضعيت 5G و در سه پاس بهطوريكه يك پاس نفوذي و دو پاس
پركننـــده بـــود ، انجـــام شـــد . جوشـــكاري طبـــق اســـتاندارد
ASME SEC.IX [10]، و با توجه به ضـخامت لولـه بـدون پـيشگرم كردن و بيشينه دماي بين پاسـي 150 درجـه سـانتيگـراد بـهمنظور كاهش تنشهاي اعوجاج ناشي از انقباض و سـرد شـدن وهمچنين جلـوگيري از افـزايش حـرارت ورودي و امكـان ايجـادرسوب فازهاي بين فلزي و بـه تعويـق افتـادن اسـتحاله فريـت بـهآس تنيت و در نتيج ه ك اهش خ واص مك انيكي و مقاوم ت ب هخوردگي، انجام شد. گاز آرگون با خلوص 99/99 درصد با دبي 10 ليتر بر دقيقه بـه عنـوان گـاز محـافظ اسـتفاده شـد. بـه منظـورمحافظت ريشه جوش، از گاز آرگون به عنوان گاز محافظ پشتي استفاده شد. در هر پاس مقـادير شـدت جريـان، ولتـاژ و سـرعتجوشكاري اندازه گيري شده و با اسـتفاده از رابطـه زيـر حـرارتورودي م حاسبه شد [10].
(1) H.I=η

.SI.V حرارت ورودي

در اين رابطه I شـدت جريـان،V ولتـاژ وS سـرعت جوشـكارياست. η بازده قوس در اين رابطـه 7/. در نظـر گرفتـه شـده اسـت [4]. جدول (2) مشخصات جوشكاري نمونه ها را نشان ميدهد.

جدول (1): تركيب شيميايي مواد مورد استفاده براساس درصد وزني [5].
فلزات پركننده فلزات پايه
عناصر
309 LMo 0/03 25104L 0/02 304L 0/03 32750 0/025 C
22 25 19/1 25/89 Cr
15 10 10/8 6/54 Ni
2/7 4 – 3/78 Mo
1/6 0/4 2 1/2 Mn
0/45 0/3 0/75 1 Si
– 0/25 – 0/25 N
0/03 0/02 0/08 0/035 Pb
0/02 0/015 0/26 0/015 S
پايه پايه پايه پايه Fe

جدول (2): مشخصات جوشكاري قوس تنگستن تحت گاز محافظ
حرارت ورودي
(kJ/mm) سرعت جوشكاري
(mm/s) ولتاژ (V) جريان (A) شماره
پاس فلزپركننده
0/924 0/93 1
0/85 12
11/3 110
100 1
2 25104L
0/718 0/96
0/825 0/74 0/96
0/84 9/5
12
11 80
110
90 3
1
2 309LMo
0/826 0/72 10 85 3 2-3- بررسيهاي ريزساختاري
به منظور مطالعه و بررسي ريزساختار منـاطق آلياژهـاي پايـه، فلـزجــوش، منطقــه تحــت تــأثير حــرارت و هــمچنــين تحــولاتريزس اختاري، از مت الوگرافي اس تفاده ش د. ب دين منظ ور از ه ر اتصال دو نمونه با ابعاد مناسب تهيه شد. سـطوح نمونـه هـا توسـطسنباده هاي كاربيد سيليسيوم 100 تا2400 سنباده زني و با اسـتفادهاز پودر آلوميناي µm 3/ پوليش شـدند . نمونـه هـا توسـط محلـولرنگــي براهــا (80 ميلــي ليتــر آب مقطــر، 30 ميلــي ليتــر اســيد
كلري دريك، 3/ گ رم k2S2O5 ) ب ه م دت 30 ثاني ه اچ ش دند [11]. پس از آماده سازي نمونهها، ريـز سـاختار منـاطق مختلـفقطعات جوشكاري شده توسط ميكروسـكوپ نـوريOlympus مدل CK40M در بزرگنمايي هاي مختلف مورد بررسي و تجزيـهو تحليل قرار گرفت. به منظور اندازهگيري درصد فازهاي فريـتو آس تنيت در ه ر نمون ه از دس تگاه فريتس كوپFischer م دل FMP30 استفاده شد. اين دستگاه قابل حمـل بـوده و داراي يـكپروب است كه با استفاده از روش القاي مغناطيسي، كسر حجمي فاز مغناطيسي را در فولادهاي متشكل از فازهاي مغناطيسي و غير مغناطيسي اندازهگيري ميكند. ايـن دسـتگاه عمـدتاً بـراي تعيـينمقدار فـاز فريـت در فولادهـاي زنـگ نـزن آسـتنيتي و دوفـازيطراحي شده است.

نتايج و بحث
بررسيهاي ريزساختاري فلزات پايه شكل (2) تصوير ميكروسكوپي نوري ريزساختار فلز پايـه فـولادزنگ نزن آستنيتي 304L را نشان ميدهد. اين ريزسـاختار، شـبيهبـه ريزس اختار معم ول فولاده اي زن گ ن زن آس تنيتي اس ت.
همانطور كه ملاحظه ميشود ريزساختار، دانه هاي آسـتنيتي هـممحور را نشان ميدهد. در شكل (3) تصوير ميكروسكوپي نـوريريزساختار فـولاد زنـگ نـزن سـوپر دوفـازي 32750 ارائـه شـدهاسـت . س اختار متش كل از دو ف از فري ت و آس تنيت ب ه ص ورت لايه اي مي باشد و ساختار نوردي كاملاً واضح اسـت . فـاز روشـنآستنيت و فاز تيره رنگ فريت مي باشد. بررسـي هـا بـا اسـتفاده ازدستگاه فريتسكوپ نشان داد كه درصد حجمي آستنيت فلز پايـهبرابر 3 ± 47 است. اين مقدار نزديك به 50 درصد بوده و بيانگر آن است كه تعادل يك به يك آستنيت – فريت به خوبي حفـظشده است. با توجه به شكل و محاسبات انجام گرفتـه توسـط نـرمافزارهاي ميكروسكوپ نوري، مقـدار ميـانگين انـدازه دانـههـايآستنيت حدود 23 ميكرومتر بدست آمد.

L
شكل (2): ريزساختار فلز پايه فولاد زنگ نزن آستنيتي 304

شكل (3): ريزساختار فلز پايه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي32750

بررسي ريزساختار فلزات جوش در ش كل (4) ريزس اختار فل ز ج وش حاص ل از فل ز پركنن ده309LMo مربوط به پاس اول نشان داده شـده اسـت. همـان طـوركه ملاحظه ميشود ساختار آستنيتي همراه با مقداري فريـت دلتـا به صورت اسكلتي است. انجماد در فلز جـوش309LMo از نـوعFA (فريتي-آستنيتي) است. بنـابراين ريزسـاختار حاصـل، شـاملفري ت كرم ي ش كل ي ا اس كلتي در زمين ه آس تنيت م يباش د.
ريزساختار فلز جوش حاصل از فلز پركننـده25104L مربـوط بـهپاس اول در شكل (5) نشان داده شده است.
ساختار متشكل از فاز فريت (تيره)، آسـ تنيت (روشـن ) و رسـوبآستنيت ثانويه (ظريف روشن) است. تمام فولادهـاي زنـگ نـزندوفازي به صورت فريتي منجمد شده و تا پايان انجماد هم فريتي باقي ميمانند. با پائين آمدن دما، استحاله حالـت جامـد فريـت بـهآستنيت شـروع مـي شـود . تشـكيل آسـتنيت ثانويـه بيشـتر در فلـزجوش و منطقه متاثر از حرارت طي جوشكاري چنـد پاسـه رايـجاست [12]. بازگرمايش قطعه جوشـكاري شـده سـبب مـيشـود ، نفوذ بيشتري صورت گيرد كه ميتواند سبب رشد بيشتر آسـتنيتموجود و يا جوانـه زنـي آسـتنيت جديـد شـود. رسـوب آسـتنيتثانويه ميتواند بـه طـور قابـل ملاحظـهاي چقرمگـي جـوشهـايرسوب داده شده را بهبود بخشـد . امـا شـواهدي وجـود دارد كـهنشان ميدهد حضـور آسـتنيت ثانويـه ممكـن اسـت مقاومـت بـهخوردگي حفرهاي را كاهش دهد [13].

LMo
شكل (4): ريزساختار ميكروسكوپ نوري فلز جوش 309

L
شكل (5): ريزساختار ميكروسكوپ نوري فلز جوش 25104

به منظـور پـيش بينـي سـاختار فلـز جـوش فولادهـاي زنـگ نـزندوفــــازي از ديــــاگرام هــــايي نظيــــرWRC-1992 اســــتفاده ميشود [14]. اين دياگرام با شرايط جوشكاري انطباق مناسبي را نشان ميدهد. در اين دياگرام با محاسبه مقدار Creq/Nieq ميتوان س اختار فل ز ج وش را پ يش بين ي ك رد. ك روم مع ادل9 و نيك ل معادل10 از روابط زير بدست ميآيند.
Creq=%Cr+%Mo+0.7(%Nb)
Nieq=%Ni+35(%C)+20(%N)+0.25(%Cu) (4)

ج دول (3) مق ادير ك روم مع ادل و نيك ل مع ادل محاس به ش ده براساس تركيب شيميايي براي فلـ زات پايـه و فلـزات پركننـده رانشان مي دهد.

جدول (3): مقادير محاسبه شده كروم ونيكل معادل فلزات پايه و پركننده
Creq/Nieq نيكل معادل كروم معادل نوع ماده
2/39 12/41 29/67 UNS 32750
1/61 11/85 19/1 AISI 304L
1/84 15/7 29 ER25104L
1/54 16 24/7 ER309LMo

در شكل (6) نمودار 1992-WRC، تركيب شيميايي بـه صـورتك روم مع ادل و نيك ل مع ادل ب راي فل ز پاي ه آس تنيتي 304L ب ا علامت مثلث، براي فلز پايه دوفازي 32750 با علامت مربع، براي فلز پركننده ER25104L بـا علامـت دايـره و بـراي فلـز پركننـدهER309LMo با علامت مسـتطيل مشـخص شـده اسـت. تركيـبشيميايي فلزجوش پاس اول، با فرض رقت فلزات پايـه برابـر و بـافاصله از علامت دايره و مستطيل در امتداد خـط چـين بـه سـمتوسط خط رابط بين دو فلـز پايـه نشـان مـيدهـد، كـه ايـن نقـاطحدوداً خـط ايزوفريـت بـا عـدد فريـت 43 بـراي فلـز پـر كننـدهER25104L و خط ايزوفريت با عدد فريت 19 براي فلز پركننده ER309LMo را قطع مـي كننـد . ضـريب تبـديل عـدد فريـت بـهدرصد حجمي براي آلياژهاي دوفازي تقريبـاً 70 درصـد در نظـرگرفته مي شود [1]. بنابراين ميزان فريت فلز جوش به ترتيب براي فلـ ـز پركننـ ده25104L و 309LMo در حـ ـدود 30 درصـ ـد و 3/13درصد پيش بيني مي شـود . جـدول (4) درصـد حجمـي فـازآستنيت اندازه گيري شـده توسـط دسـتگاه فريتسـكوپ را نشـان ميدهد. درصد حجمي فاز فريت محاسبه شده توسط اين دستگاه حدود 39 درصد براي فلز پركننده 25104L و10 درصد براي فلز پركننـده309LMo در پـاس اول م يباشـد . مطالعـات نش ان دادهاست كه كنترل ميزان فريت فلز جوش، براي جلوگيري از تـركخوردن انجمادي11 در جوشهاي چنـد پاسـه بسـيار اهميـت دارد
.[15]
جدول (4): تغييرات درصد آستنيت فلز جوش براي دو فلز پركننده
فريتسكوپ درصد خطا فلز پركننده
1/5 61 ER25104L
0/5 90 ER309LMo

شكل (7): (الف) فصل مشترك بين فلز پايه آستنيتي L304 و فلز جوشLMo309 مربوط به پاس اول.
(ب) فصل مشترك بين فلز پايه آستنيتي L304 و فلز جوش L25104 مربوط شكل (7) فصل مشترك بين فلز پايه آستنيتي 304L و فلز جـوشبا استفاده از فلز پركننده 309LMo و 25104L را براي پـاس اولنشان ميدهد. يك فصل مشترك كاملاً پيوسـته در سرتاسـر مـرزجوش همراه با رشد صفحهاي مشاهده ميشود. همانطور كـه در
73152-2316184

3234690-2059390

شكل (6): نمودار 1992- فولادهاي زنگ نزن دوفازي 1]
]WRC

3-3- بررسي ريزساختار فصل مشتركها
3-3-1 بررسي ريزساختار مرز ذوب فلز پايـه304L / فلـزات
جوش

شكل (7) مشاهده ميشود هم آستنيت و هم فريت در خط ذوب به پاس اول.
از فلز پايـه بـه سـمت فلـز جـوش بـه صـورت رونشسـتي12 رشـد 3-3-2- بررســي ريزســاختار مــرز ذوب فلــز پايــه 32750/ كردهاند. مقداري فريـت دلتـا در منطقـه متـأثر از حـرارت فـولادفلزات جوش
زنگ نزن آستنيتي 304L مشاهده مي شود. ميـزان تشـكيل فريـتش كل (8) فص ل مش ترك فل ز پاي ه ف ولاد زن گ ن زن دو ف ازي

در منطقه متـاثر از حـرارت معمـولا كـم مـيباشـد زيـرا اسـتحالهآستنيت بـه فريـت نسـبتاً آهسـته اسـت و سـيكل حرارتـيHAZ معمولاً سريع ميباشد. تشكيل فريت در طول مرزدانههاي HAZ، رشد دانه را محدود خواهد كرد و همچنـين احتمـال تـركهـايذوبـــي13 HAZ را كـــاهش خواهـــد داد [16]. ميـــزان فريـــت اندازهگيري شده در اين منطقه توسط دستگاه فريتسـكوپ تقريبـاً20 درصد ميباشد. همچنين اندازه دانه در منطقه متاثر از حرارت ب راي فل ز پركنن ده 309LMo ح دود 30 ميكرومت ر و ب راي فل ز پركننده 25104L حدود 15 ميكرومتر بدست آمد.

32750 و فلـز ج وش ب ا اس تفاده از فل ز پ ر كنن ده25104L و
309LMo با رشد صفحهاي براي پـاس اول را نشـان مـي دهـد . بـادقت در اشكال به وضوح مشخص است، كه جـوش هـا و منـاطقتحت تأثير حـرارت از دماهـاي نزديـك بـه خـط انحـلال فريـتسريعاً سرد مـي شـوند، بنـابراين تمايـل بـه فريـت بيشـتري در فلـزجوش و منطقه تحت تـأثير حـرارت فـولاد زنـگ نـزن دو فـازينسبت به فلز پايه وجود دارد. درنتيجه ميزان فريت در منطقه متـاثراز حرارت با استفاده از فلـز پركننـده25104L بيشـتر اسـت، ايـنميــزان فريــت حـ دود 73 درصدتوســط دســتگاه فريتسـ كوپ اندازهگيري شده است. به دليل نـرخ بـالاي سـرد شـدن ناشـي ازجوشكاري، ريزساختار منطقـه متـأثر از حـرارت در جـوش هـايفولاد زنگ نـزن دوفـازي داراي نسـبت غيـر تعـادلي از فريـت وآستنيت اسـت . از آنجـايي كـه حـداكثر دمـا در منطقـه متـاثر ازح رارت بس يار بيش تر از ح د ب الايي تع ادل ف ازي ب ين فري ت و آستنيت است، اغلب جزاير آسـتنيتي در ريزسـاختار دوفـازي درزمينه فريتي حل ميشوند. طي سـرد شـدن در زيـر خـط انحـلالفريت، آستنيت شروع به جوانه زنـي مـيكنـد . امـا در نـرخ سـردشدن بالا استحاله فريت به آستنيت به تاخير افتاده و در مقايسه بـافلز پايه مقدار كمتري آستنيت تشكيل ميگردد [17-18]. مقدار آستنيت بيشتر در منطقـه متـاثر از حـرارت نمونـه جـوش شـده بـااستفاده از فلز پركننده 309LMo قابل توضـيح اسـت. ايـن نمونـهداراي مقـدار كمتـرCreq/Nieq مـي باشـد و بـه دليـل دمـاي خـطانحلال فريت بالاتر به آسـتنيت اجـازه مـيدهـد در دمـاي بـالاترتشكيل شود، در نتيجه ميزان آستنيت بيشـتر خواهـد شـد. بهتـرينعملكرد زماني حاصل ميشود كه ريزسـاختار حاصـل شـامل 50 درصد فريت و 50 درصد آستنيت باشـد و فاصـله گـرفتن از ايـنمق دار باع ث از ب ين رف تن تع ادل و تخري ب خ واص مك انيكي خواهد شد [18]. انـدازه دانـه درHAZ و فلـز جـوش هـر دو بـهعن وان ت ابعي از ح رارت ورودي اف زايش م ييابن د. تحقيق ات، محققاني همچون وانگ14 و يوسفيه15[16-19] نشـان داده اسـتكه حرارت ورودي نقش بسزايي در تغييرات ريزساختاري منطقه جوش فولادهاي زنگ نزن دوفازي دارد. فولادهـاي زنـگ نـزنسوپر دوفازي بر حسب ضخامت و هندسه اتصال بايد با حـرارتورودي بين 5/0تا 5/1كيلو ژول بر ميلـي متـر جوشـكاري شـوند.
مقايسه شكلها نشان ميدهد كـه منـاطق متـاثر از حـرارت دارايدانههاي درشتتري نسبت به فلزات پايه ميباشـند . بـه دليـل بـالابودن ضريب انتقال حرارت و پايين بودن ظرفيت حرارتـي فـولادزنگ نزن سوپر دوفازي 32750 نسبت به فولاد زنگ نزن 304L، منطقه متاثر از حـرارت 32750 وسـيع تـر از304L اسـت . عـرضمنطقه متاثر از حرارت در سمت فولاد 32750 حدود200 تـا 250 ميكرومتر ميباشد. در حاليكه عرض منطقه متـاثر از حـرارت درس مت ف ولاد 304L خيل ي باري كت ر و در ح دود 100 ت ا 150 ميكرومتر ميباشد.
76962-3452957

شكل (8): (الف) فصل مشترك بين فلز پايه آستنيتي 32750 و فلز جوشL25104 مربوط به پاس اول.
(ب) فصل مشترك بين فلز پايه آستنيتي 32750 و فلز جوشLMo309 مربوط به پاس اول.
4- نتيجه گيري
– بررسيهاي ريزساختاري نشان داد كـه ريزسـاختار حاصـل ازفلز پركننده 25104L،آستنيتي – فريتي به همراه رسوب گـذاريآستنيت ثانويه است و ريزسـاختار فلـز جـوش فـولاد زنـگ نـزنآستنيتي 309LMo به صورت فريت اوليه همراه با آسـتنيت بـوده و ساختار با مورفولوژي اسكلتي بدست ميآيد.
– براي فلز جـوش25104L سـاختاري بـا 39 درصـد فريـت وبراي فلز پركننده 309LMo، 10 درصد فريت با استفاده از فريت سنجي بدست آمـد كـه در تطـابق بـا پـيش بينـيهـاي حاصـل از
نمودار 1992-WRC بود. 3 – تشكيل فريت دلتا در فصل مشترك فولاد زنگ نزن آستنيتي
304L و فلز جوش در طول مرز دانه هاي HAZ، رشد دانـه هـا رامحدود خواهد كرد و احتمال تركهاي ذوبـيHAZ را كـاهشخواهد داد.
4 – استفاده از فلز پركننـده 25104L بـه علـت نزديـك بـودن بـهتعادل ريزساختار فريت و آستنيت براي اتصال بين فلز پايه فـولادزنگ نـزن سـوپر دوفـازي 32750 و فـولاد زنـگ نـزن آسـتنيتي
304L مناسبتر است.

5- مراجع
J.C. Lippold and D. Koteki, “Welding Metallurgy and Weldability of Stainles Steels”, John Wiley and Sons, New Jersey, 2005.

A.C. Lioyd, J.J. Noei, S. Mcintyre, D.W. Shoesmith, “Cr, Mo and W Alloying Addiations in Ni and Their Effect on Passivity”, Electrochimica Acta, Vol. 49, pp. 3015-3027, 2004.

F. Eghbali, M.H. Moayed, A. Davoodi, N. Ebrahimi, “Critical Pitting Temprature (CPT) Assessment of 2205 Duplex Stainless Steel in 0.1 M NaCl at Various Molybdate Concentration”, Corrosion Sience, Vol. 53, pp.
513-522, 2011.

C. Pettersson, S. Fager, “Welding Practice for the Sandvik Duplex Stainless Steel SAF2304, SAF 2205 and SAF 2507”, Sandvik Steel, S-811 81, pp. 1-14, 1994.

B. Mendoza, Z. Maldonado, H. Albiter and P. Robles, “Dissimilar Welding of Superduplex Stainless steel / HSLA Steel for Offshore Application Joined by GTAW”, Scientific Research, Vol. 2, pp. 520-528, 2010.

j. Labanowski, “Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Dissimilar Stainless Steel Welds”, Archives of Materials Science and Engineering, Vol. 28, pp. 27-33, 2007.

D.M. Escriba, E. Materna-Morris, R.L. Plaut, A.F. Padilha, “Chi-phase Precipitation in a Duplex Stainless Steel”, Materials Characterization, Vol. 60, pp. 1214–1219, 2009.

ANSI/AWS A5.9/A5.9M, ” Specification For Bare Stainless Steel Welding Electrodes And Rods, 2nd Printing”, American Welding Society, Edistion 7th, 2007.

ASME Sec II, “Specification for Welding Rods,
Electrodes and Filler Metals”, Part C, American Society of Mechanical Engineers, Edition: 3th, 2004 .

ASME Sec IX, Qualification Standard for Welding and Brazing Procedure, Article II, Welding Procedure
Qualification.

ASM Handbook, Vol. 1, Properties and Selection: Irons, Steels, an High Performance Alloys, ASM International, Materials Park, Ohio, 2002.

J.O. Nilsson, P. Jonsson and A. Wilson, “Formation of Secondary Austenite in Super Duplex Stainless Steel Metal and its Dependence on Chemical Composition”, Paper 39 in Duplex Stainless Steel 94, 1994.

A.M. Nascimento, M.C.F. A.Y. Ierardi, Kina, S.S.M. Tavares, “Pitting Corrosion Resistance of Cast Duplex Stainless Steel in 3.5٪ NaCl Solution”, Material Characterization, Vol. 59, pp. 1736-1740, 2009.

A.L. Schaeffler, “Selection of Austenitic Electrodes for Welding Dissimilar Metals”, Welding Journal, pp. 601620, 1947.

J.C. Lippold, W.F. Savage, “Solidification of Austenitic Stainless Steel Weldments, The effect of Alloy Composition on Ferrite Morphology”, Welding Journal, pp. 48-58. 1980.

M. Yousefieh, M. Shamanian, A. Saatchi, “Influence of Heat Input in Pulsed Current GTAW Process on Microstructure and Corrosion Resistance of Duplex Stainless Steel Welds”, Journal of Iron and Steel Research, International, Vol.18, pp. 65–69, 2011.

S. kou, Y. Le, “The Effect of Quenching on The Solidification Structure and Transformation Behavior of Stainless Steel Welds”, Metallurgical Transactions, 13A, pp. 1141-1152, 1982.

D. Zou, Y. Han, W. Zhang, G. Fan, “Phase Transformation and Its Effects on Mechanical Properties and Pitting Corrosion Resistance of 2205 duplex Stainless Steel”, Journal of Iron and Steel Research, International, Vol.17, pp. 67–72, 2010.

SH. Wang, Q. Ma, Y. Li, “Characterization of Microstructure, Mechanical Properties and Corrosion Resistance of Dissimilar Welded Joint between 2205 Duplex Stainless Steel and 16MnR”, Materials and Design, pp. 831-837, 2011.

6- پينوشت
Stress Corrosion Cracking
Pitting Corrosion
Crevice Corrosion
Mendoza
Labanowski
Heat Affected Zone
Escriba
Delta Ferrite
Chorumim Equalent 10- Nickel Equalent
11-12- Epitaxial Solidification Cracking
Liquation Cracking
Wang 15- Yousefieh



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید