ارزيابي خواص مكانيكي جوش هاي غيرمشابه فولاد زنگ نزن سوپر
دوفازي 32750 UNS به فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI 304L

مهدي رحماني*1، مرتضي شمعانيان2و مسعود كثيري 3
دانشجوي كارشناسي ارشد جوشكاري، دانشگاه آزاد اسلامي، واحد نجف آباد، اصفهان، ايران
دانشيار،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: 07/06/1391، تاريخ پذيرش: 06/10/1391)

چكيده
در اين تحقيق خواص مكانيكي جوش هاي غيرمشابه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750 UNS به فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI 304L مورد بررسي قرار گرفت. بدين منظور روش جوشكاري قوسي تنگستن – گاز با دو فلز پركننده ER25104L و ER309LMo استفاده شد. براي بدست آوردن ساختار مطلوب و خواص مكانيكي عالي در اتصال مذكور، كنترل عمليات حرارت ورودي و عمليات حرارتي پيش گرم، ازجمله پارامترهاي موثر و قابل كنترل است. ريزساختار فلزات جوش و بررسي سطوح شكست، با استفاده از ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي مورد ارزيابي قرار گرفت. همچنين خواص مكانيكي شامل خمش، استحكام كششي، مقاومت در برابر ضربه، سختي و نيز شكست نگاري نمونه ها بررسي شد. در آزمون كشش تمامي نمونه ها از منطقه HAZ فلز پايه فولاد زنگ نزن آستنيتي L304 و به صورت نرم دچار شكست شدند. بيشترين مقدار انرژي شكست مربوط به فلز جوش L25104 بود، نمونه جوش شده با فلز پركننده L25104 بيشترين انعطاف پذيري را از خود نشان داد. بيشترين و كمترين مقادير سختي به ترتيب مربوط به فلز جوش L25104 و فولاد زنگ نزن آستنيتيLMo309 بود. در نهايت، مي توان نتيجه گرفت كه براي اتصال غيرمشابه فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750UNS به فولاد زنگ نزن آستنيتيL304، ماده ي پركننده ي L25104 ويژگيهاي بهينهاي را ارائه مي دهد.

واژه هاي كليدي:
جوش هاي غيرمشابه، فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي ، فولاد زنگ نزن آستنيتي، خواص مكانيكي

1- مقدمه
فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750SAF2507) UNS) يكي از اعضاي معروف فولادهاي زنگ نزن دوفازي است. اين فولاد با دارا بودن حدود 25 درصد كروم، 7 درصد نيكل، 4 درصد موليبدن و 32/0 درصد نيتروژن داراي مقاومت به حفره دار شدن معادل 1(PREN) بالاتر از 40 بوده و داراي مقـاومت به خوردگـي بسيار عالي در محيط هاي بسيار خورنده است[1 -2]. حضور مقادير زياد كروم و نيكل باعث افزايش مقاومت آلياژ در بسياري از محيط هاي خورنده شده است. وجود نيتروژن باعث بهبود استحكام و مقاومت به خوردگي حفره اي شده، به طوري كه اين آلياژ را در زمره ي بهترين آلياژهاي مقاوم به خوردگي قرار داده است. علاوه بر اين موليبدن باعث بهبود مقاومت به خوردگي، بهويژه خوردگي حفره اي2 و شياري3 مي شود. به دليل ويژگيهاي فوق العاده اي نظير مقاومت به خوردگي عالي در برابرحفره دار شدن، خورگي شياري و ترك خوردن خوردگي تنشي4، جوش پذيري و كارپذيري خوب، ضريب انبساط حرارتي پايين، كه اين فولاد از آن برخوردار است، در كاربردهايي همچون تجهيزات صنايع نفت و گاز، مبدل هاي حرارتي، سيستم هاي آب آتش نشاني، صنايع شيميايي، مخازن تحت فشار، واحدهاي نمك زدايي، سيستم هاي آب دريا و تانكرهاي شيميايي بكار مي رود[3-4].
فولاد زنگ نزن آستنيتي L304 كه در استاندارد با شمارهUNS S30403 معرفي مي شود يكي از انواع فولادهاي زنگ نزن سري
300 مي باشد. به علت وجود مقادير كم كربن در تركيب اين فولاد نسبت به انواع ديگر آالياژهاي اين سري از قابليت جوش پذيري بهتري برخوردار بوده و به طور گسترده در صنايع نفت و گاز، پتروشيمي، صنايع غذايي، توليد لبنيات، تجهيزات آشپزخانه و محصولات دارويي وكاربردهايي كه حمله بين دانه اي و ترك خوردن خوردگي تنشي مورد توجه است، مورد استفاده قرار مي گيرند. به طور كلي آلياژهاي آستنيتي بسيار جوش پذير در نظر گرفته مي شوند، اما چنانچه راهكارهاي مناسب در راستاي جوشكاري آنها مورد توجه قرار نگيرد، دچارتعدادي از مشكلات جوش پذيري مي شوند. ترك خوردن ذوبي5 و انجمادي6 جوش ممكن است بسته به تركيب شيميايي فلز پايه و پركننده و مقدار ناخالصي ها به ويژه گوگرد و فسفر رخ دهد[5-6].
جايگزيني فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750 با فولاد زنگ نزن آستنيتي L304 در محيط هاي بسيار خورنده حاوي غلظت هاي بالاي يون كلر به منظوركاهش و يا جلوگيري از خوردگي، ضرورت اتصال بين اين دو آلياژ را با روش جوشكاري مطرح مي سازد. تحقيقات نشان مي دهد در زمينه اتصال بين اين دو آلياژ تحقيقات مدوني وجود ندارد. يكي از فاكتورهاي مهم در اين زمينه برآورده شدن احتياجات خواص مكانيكي است. فلزات پركننده و شرايط جوشكاري بايد به گونه اي باشد كه فلزجوش ايجاد شده بتواند از لحاظ خواص مكانيكي با فلزات پايهبرابري كند. در اين پژوهش به انتخاب بهترين ماده پركننده ازديدگاه خواص مكانيكي پرداخته شده است.

مواد و روش تحقيق
2-1 آماده سازي نمونه ها و طرح اتصال در اين تحقيق، از فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI 304 L (30403 UNS S) و فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 2507 SAF (32750 UNS) به عنوان فلزات پايه به صورت كار شده استفاده شد.
تركيب شيميايي فلزات پايه و فلزات پركننده در جدول (1) ارائه شده است. جهت اتصال فلزات پايه از دو نوع فلز پركننده سيم جوش ER309 LMo وسيم جوش ER25104 L مطابق با استاندارد AWS A5.9 با قطر 4/2 ميليمتر بهره برده شد. لوله هايي با اندازه قطر داخلي2/76 ميلي متر( 3 اينچ) و طول 150 ميليمتر و ضخامت 4 ميليمتر(15/0 اينچ) به عنوان فلزات پايه تهيه شد.

جدول (1): تركيب شيميايي مواد مورد استفاده بر اساس درصد وزني[7].
فلزات پركننده فلزات پايه
عناصر
309LMo 25104L 304L 32750 0/03 0/02 0/03 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
بقيه بقيه بقيه بقيه Fe

به منظور انجام عمليات جوشكاري لازم بود تا در ابتدا لوله ها را از يك طرف مطابق با طرح مناسب اتصال آماده سازي نمود. بدين منظور لوله هاي فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750 و فولاد زنگ نزن آستنيتي L304 براي اتصال لب به لب با شيارV شكل با استفاده از دستگاه فرز ماشينكاري شدند. زاويه هر لوله در ناحيه شيار جوش 35 درجه و در مجموع 70 درجه در نظر گرفته شد. شماتيك طرح اتصال و مشخصات ابعادي آن در شكل (1) نشان داده شده است.

شكل1( ): طرح اتصال لوله ها.

2-2 جوشكاري نمونه ها
جوشكاري نمونه ها بدون پيشگرم كردن و با استفاده از فرايند جوشكاري قوسي تنگستن- گاز با جريان ثابت و با قطبيت منفي (DCEN) با استفاده از دستگاه جوش نوع گام الكتريك بر روي نمونه ها به صورت 5G (نمونه در حالت افقي) انجام شد.
الكترود مصرف نشدني مورد استفاده، الكترود تنگستني حاوي 2 درصد توريم به قطر 4/2 ميليمتر بود. گاز آرگون با خلوص 99/99 درصد با دبي 10 ليتر بر دقيقه به عنوان گاز محافظ استفاده شد. با توجه به انبساط حرارتي پايين و هدايت حرارتي بالاي فولادهاي زنگ نزن سوپر دوفازي نسبت به فولادهاي زنگ نزن آستنيتي دماي بين پاسي 150 درجه سانتيگراد در نظر گرفته شد، تا تنشهاي اعوجاج ناشي از انقباض و سرد شدن فلز جوش به حداقل مقدار ممكن برسد. در هر پاس مقادير شدت جريان، ولتاژ و سرعت جوشكاري اندازهگيري شده و با استفاده از رابطه زير حرارت ورودي7 محاسبه گرديد[6].
41148193894

. =η.SI.V (1) H I
حرارت ورودي در اين رابطه I شدت جريان، V ولتاژ و Sسرعت جوشكاري است. η بازده قوس در اين رابطه 7/. در نظرگرفته شده است. جدول (2) مشخصات جوشكاري نمونهها رانشان مي دهد.
بررسي منابع و مراجع نشان مي دهد حرارت ورودي نقش به سزايي در تغييرات ريز ساختاري منطقه جوش فولادهاي زنگ نزن دوفازي دارد. فولادهاي زنگ نزن دوفازي برحسب ضخامت و هندسه اتصال بايد با حرارت ورودي بين 5/0 تا 5/2 كيلوژول بر ميليمتر جوشكاري شوند. در مورد فولاد زنگ نزن سوپردوفازي 32750 حرارت ورودي مجاز 5/1 كيلوژول بر ميليمتر و دماي بين پاسي كمتر از 150 درجه سانتيگراد پيشنهاد شده است. فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750 بايستي با حرارت ورودي بين 5/0 تا 5/1 كيلوژول بر ميليمتر جوشكاري شود تا از تشكيل فازهاي ثانويه اجتناب شود[1و6].

جدول(2): مشخصات جوشكاري قوسي تنگستن -گاز
حرارت ورودي
(kJ/mm) سرعت جوشكاري (mm/s) ولتاژ (V) جريان (A) شماره
پاس فلزپركننده
0/924 1 12 110 1
25104L
0/93 0/85 11/3 100 2 0/718 0/74 9/5 80 3 0/96 0/96 12 110 1
309LMo
0/825 0/84 11 90 2 0/826 0/72 10 85 3
2-3 بررسي هاي ريزساختاري
به منظور مطالعه و بررسي ريز ساختار مناطق آلياژهاي پايه، فلز جوش، منطقه تحت تأثير حرارت، مخلوط نشده و همچنين تحولات ريز ساختاري، از متالوگرافي استفاده شد. بدين منظور از هر اتصال دو نمونه با ابعاد مناسب تهيه شد. سطوح مورد نظر توسط سنباده هاي كاربيدسيليسيوم 100 تا2400 سنباده زني شد. سپس نمونه ها با پودر آلومنيا پوليش شدند. براي اچ نمونه ها نيزاز اچ رنگي توسط محلول براها ( 80 ميلي ليتر آب مقطر، 30ميلي ليتر اسيد كلريدريك، 3/0 گرم 5k2S2O ) استفاده شد. پساز آماده سازي نمونه ها، ريز ساختار مناطق مختلف قطعات جوشكاري شده توسط ميكروسكوپ نوري Olympus مدل CK40M در بزرگنمايي هاي مختلف مورد بررسي و تجزيه و تحليل قرار گرفت. همچنين براي محاسبه درصد هر فاز از روش اندازه گيري درصد فاز فريت با فريتسكوپ Fischer مدل FMP30 استفاده شد.

2-4 ارزيابي خواص مكانيكي
به منظور ارزيابي خواص مكانيكي بر اساس استانداردهاي ANSI-AWS B4.0 وASME SEC.IX نمونه هاي آزمون كشش، خمش و ضربه از قطعات جوشكاري شده تهيه گرديد[8]. طبق اين استاندارد نمونه هايي براي آزمون كشش تهيه شد كه منطقه ي تحت كشش شامل فلز جوش و هر يك از فلزات پايه باشد.
به اين منظور فلز جوش بايستي درست در مركز نمونه واقع شود.
تعداد نمونه هاي آزمون كشش براي اتصالات با ضخامت كمتر از 25 ميليمتر دو نمونه مي باشد. بدين منظور براي هر اتصال دو نمونه در نظر گرفته شد و توسط دستگاه كشش مدل Instron كشيده شد. جزييات نمونه براي آزمون كشش طبق استاندارد ASME SEC.IX در شكل (2) نشان داده شده است. همچنين نمونه هايي از اتصال براساس استاندارد ASME SEC.IX جهت آزمون خمش ريشه و آزمون خمش رويه تهيه شد وسپس توسط دستگاه خمش Senze تحت بار قرارگرفت[9]. به منظور مقايسه مقاومت در برابر ضربه فلزات جوش، نمونه هاي آزمون ضربه مطابق با استاندارد AWS B4.0 تهيه شد. طبق اين استاندارد فلز جوش درست در مركز نمونه واقع مي شود. شياري در مقطع عرضي نمونه جوش به عمق 2 ميلي متر و زاويه 45 درجه طبق شكل (3) بر روي نمونه و در فلز جوش ايجاد شد. از هر اتصال سه نمونه براي انجام اين آزمون تهيه شد. سپس آزمون ضربه چارپي8 بر روي نمونهها با استفاده از دستگاه Santam و در دماي اتاق انجام شد و انرژي جذب شده در حين آزمون گزارششد. آزمون ريز سختي سنجي ويكرز بر روي نمونه هاي تهيه شدهاز هر اتصال صورت پذيرفت. نمونه ها به صورتي آماده شد كهعمود بر خط مركزي جوش بوده و شامل فلزات پايه، فلز جوش و منطقه متأثر از حرارت باشد. آزمون با استفاده از دستگاه سختي سنج مدل Buehler و با وزنه دويست گرمي انجام شد. نتايج اين آزمون بصورت پروفيل سختي براي تمامي نمونهها ترسيم شد و مورد ارزيابي قرار گرفت.

شكل (2): جزييات نمونه براي آزمون كشش طبق استاندارد ASME Sec
.[9] IX

شكل (3): جزئيات نمونه براي آزمون ضربه طبق استاندارد AWS B4.0 [8]

3- بحث و نتايج
1-3 بررسي هاي ريزساختاري فلزات پايه و فلزات جوش
شكل (4) تصوير ميكروسكوپ نوري ريزساختار فلز پايه فولاد زنگ نزن آستنيتي L304 را نشان مي دهد. اين ريزساختار، شبيه به ريزساختار معمول فولادهاي زنگ نزن آستنيتي است. همان طور كه ملاحظه مي شود ريزساختار، دانه هاي آستنيتي هم محور به همراه مقداري فريت دلتا9 در طول جهت نورد را نشان مي دهد.

L
شكل (4): ريزساختار فولاد زنگ نزن آستنيتي 304

در شكل (5) تصوير ميكروسكوپ نوري ريزساختار فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750 ارائه شده است. ساختار متشكل از دو فاز فريت و آستنيت به صورت لايهاي مي باشد و ساختار نوردي كاملاً واضح است. فاز روشن آستنيت و فاز تيره رنگ فريت ميباشد، و فاز ثانويه10 ديگري كه به طور قابل ملاحظه آشكار باشد، تشكيل نشده است.

شكل (5): ريزساختار فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750
در ش كل (6) ريزس ـاختار فل ز ج وش حاص ـل از فل ز پركنن دهLMo309 نشان داده شده است. همان طور كه ملاحظه مي شـودساختار آستنيتي همراه با مقداري فريت دلتا بـه صـورت اسـكلتياست.

شكل (6): ريزساختار ميكروسكوپ نوري فلز جوش LMo309

شكل (7) ريزساختار فلز جوش حاصل از فلز پركننده L25104 را مي دهد. ساختار متشكل از فاز فريت (تيره)، آستينت (روشن) و رسوب آستنيت ثانويه(ظريف روشن) است.

شكل (7): ريزساختار ميكروسكوپ نوري فلز جوش L25104

3-2 نتايج حاصل از آزمون خمش بررسي مراجع نشان داد كه اگر ريزساختار بدست آمده از جوش، ميزان كمي فريت در اولين پاس خود دارا باشد، ترك خوردن انجمادي جوش بسيار غيرمحتمل خواهد بود و فلز جوش به طور قابل ملاحظه اي انعطاف پذير خواهد شد[10]. نتايجحاصل از آزمون خمش در جدول (3) آورده شده است، درنهايت هيچ گونه ترك غير قابل قبولي در سطح نمونه ها مشاهدهنگرديد.
جدول(3): نتايج حاصل از آزمون خمش فلزات جوش زاويه سنبه

نتيجه

خمش

جهت

نتيجه

خمش

جهت

نمونه با فلز پركننده º180 ريشه قبول
º ER309LMo180 رويه قبول نمونه با فلز پركننده º180 ريشه قبول
رويه قبول 180º ER25104L

3-3 نتايج حاصل از آزمون كشش نمودار تنش- كرنش مربوط به اتصالات غير مشابه جوشكاري شده با فلزات پر كننده LMo309 و L25104 در شكل (8) به عنوان نتايج آزمون كشش آورده شده است. اولين نتيجه بدست آمده از آزمون كشش آن است كه تمامي نمونههاي جوش شده با استفاده از فلز پركننده L25104 و LMo309 از منطقه ضعيف تر اتصال يعني در فلز پايه L304 دچار شكست شدند. اين بدان معني است كه به احتمال فراوان ضعيف ترين قسمت اتصالات فلز پايهL304 مي باشد. به طور كلي محل شكست در نمونه هاي جوشكاري شده به استحكام نسبي اجزاي مختلف نمونه در اتصال بستگي خواهد داشت. جدول (4) نتايج آزمون كشش براي فلزات پايه و جوش را نشان مي دهد.
بررسي ها نشان مي دهد، كه فولادهاي زنگ نزن آستنيتي معمولا” در شرايط كارسرد، نورد گرم و آنيل شده جوشكاري مي شوند. بنابراين مقداري نرم شدگي در منطقه تحت تاثير حرارت11 رخ مي دهد كه به رشد دانه در مواد نورد گرم شده و يا تبلور مجدد و رشد دانه در مواد كارسرد شده مربوط است. در نتيجه وقتي كه آزمون كشش عرضي نمونه هاي جوش انجام مي شود، شكست اغلب در منطقه متاثر از حرارت در مقايسه با فلز جوش اتفاق مي افتد[6]. از سوي ديگر مطالعه منابع موجود نشان مي دهد كه فلز پايه آستنيتي L304 درصد بالايي از افزايش طول را به خود اختصاص داده است، و اين باعث مي شود تسليم در حين آزمون كشش تمايل به شروع از محل نرم تر (فلز پايه L304) داشته باشد. درشت شدن دانه ها در منطقه HAZ فلز پايه مي تواند نرخ كار سختي را كم نموده و روند افزايش استحكام در اين منطقه را با مشكل مواجه كند. اين روند، شكست نمونه ها در منطقه فلز پايه L304 را توجيه مي كند[ 11]. شكل (9) درشت شدن دانه ها در فصل مشترك بين فلز پايه آستنيتي L304 و فلز جوش با استفاده از فلز پركننده LMo309 و شكل (10) درشت شدن دانه ها در فصل مشترك بين فلز پايه آستنيتي L304 و فلز جوش با استفاده از فلز پركننده L25104 را نشان مي دهد. بررسي آزمون كشش نمونه هاي جوشكاري شده نشان داد كه فلز جوش موجود در قسمت مياني نمونه، طي آزمون كشش دچار ازدياد طول شده است. با توجه به آنكه نمونه ها از سلامت كاملي قبل از جوشكاري برخوردار بوده اند و بيشينه تنش اعمالي در قسمت مياني اعمال مي شود، لذا ازدياد طول فلز جوش رخ داده است. همچنين با توجه به استحكام كشش بالاتر فلز جوش خالصL25104 وLMo309 در مقايسه با فلزات پايه، نمونه هاي جوشكاري شده استحكام كشش بالاتري را نشان مي دهند و پس از آنكه ميزان تنش اعمالي به حد بالاتري در مقايسه با استحكام كشش فلز پايه L304 رسيد، منطقه مجاور جوش در سمت اين فلز پايه تسليم شده و شكست در آن رخ مي دهد. بنابراين ميزان استحكام كشش نمونه هاي جوشكاري شده در مقايسه با فلز پايه L304 بالاتر است.
جدول (4): نتايج حاصل از آزمون كشش
درصد
افزايش استحكام كشش استحكام
تسليم نوع
17 914 ± 10 758 ± 10 فلز جوشL25104
18 883 ± 10 750 ± 10 فلز جوش
15 780 550 LM
فلز پايه 32750
40 550 190 فلز پايه L304

شكل(8): نمودار تنش بر حسب كرنش مربوط به اتصالات

شكل (9): فصل مشترك بين فلز پايه آستنيتي L304 و فلز جوش با استفاده از
فلز پركننده LMo309

شكل (10): فصل مشترك بين فلز پايه آستنيتي L304 و فلز جوش با استفاده از فلز پركننده L25104

3-4 نتايج حاصل از آزمون ضربه نتايج آزمون ضربه چارپي براي فلزات جوش مورد بحث در اين تحقيق، در دماي اتاق در جدول (5) ارائه شده است. مقادير انرژي شكست براي فلزات جوش مطابق جدول (5 ) نشان مي دهد كه در بين فلزات جوش، فلز پركننده L25104، داراي بيشترين انرژي شكست ضربه بوده است.
جدول (5): ميانگين نتايج حاصل از آزمون ضربه براي فلزات جوش.
نوع شكست انرژي
ضربه (ژول)C° 27+ نوع فلز جوش
نرم
170 ± 10 فلزجوش L25104
نرم 90 ± 10 فلز جوش LMo309

تصاوير ميكروسكوپ الكتروني مربوط به سطوح شكست فلزات جوشER25104L وER309LMo ، به ترتيب در شكل هاي (11) و (12) ارائه شده است. تصاوير سطوح شكست مربوط به فلزات جوشER25104L و ER309LMo، مشخصه هاي يك شكست نرم را ارائه مي كند. در تصوير سطح شكست فلز جوش L25104حفرات و ديمپل ها12 در ساختار به چشم مي خورند. حضورديمپل هاي درشت در سطح شكست، نشان دهنده شكست كاملانرم اين فاز است. تنها تفاوت نمونه ها در آزمون ضربه، اختلاف در ميزان انرژي شكست آنها مي باشد، همانطور كه نشان داده شد، انرژي شكست فلز جوش ER25104L، بيشتر از فلز جوش ER309LMo بود.
3-5 نتايج حاصل از سختي سنجي پروفيل سختي معيار مناسبي از ريزساختار تشكيل شده در مناطقمختلف محل اتصال است. شكل (13) پروفيل سختي مقطع جوش مربوط به نمونه جوش شده با فلز پر كننده L 25104 و شكل (14) سختي مقطع جوش با استفاده از فلز پركننده LMo309 را نشان ميدهد. به طور كلي يك روند صعودياز سمت فلز پايه L304 به سمت فلز پايه 32750 برقرار است. بررسي ها نشان داده است كه ساختارهاي دوفازي سختي بالاتري نسبت به ساختارهاي آستنيتي دارند[6]، از سوي ديگر، درآن طرف اتصال باگذر از فلز پايه سوپر دوفازي 32750 و در منطقه تحت تأثير حرارت يك افزايش موضعي سختي مشاهده مي شود، كه علت اين افزايش سختي در مقايسه با مناطق مجاور خود، مقدارفريت بيشتر در اين منطقه مي باشد كه همين امر موجب سختي بالاتر آن مي شود

شكل (11): شكست نگاري فلز جوش L25104 با بزرگنمايي 2000 برابر

شكل (12): شكست نگاري فلز جوش LMo309 با بزرگنمايي 2000 برابر
از سمت فلز پايه L304 به سمت فلز پايه 32750 برقرار است.
بررسي ها نشان داده است كه ساختارهاي دوفازي سختي بالاتري نسبت به ساختارهاي آستنيتي دارند[6]، از سوي ديگر، درآن طرف اتصال باگذر از فلز پايه سوپر دوفازي 32750 و در منطقه تحت تأثير حرارت يك افزايش موضعي سختي مشاهده مي شود، كه علت اين افزايش سختي در مقايسه با مناطق مجاور خود، مقدارفريت بيشتر در اين منطقه مي باشد كه همين امر موجب سختي بالاتر آن مي شود.
همان طور كه در شكل (13) مشخص است ميانگين سختي فلز
جوش در حدفاصل خط مركزي جوش تا فلز پايه
L 304 پايين تر از ميانگين سختي در حدفاصل خط مركزي تا فلز پايه 32750 است. علت اين امر ممكن است متفاوت بودن ساختار فلز جوش با توجه به متفاوت بودن فلزات پايه در دو سمت منطقه جوش باشد. بررسي ها نشان داد كه در نمونه جوش L25104 ميانگين درصد فريت فلز جوش در حدفاصل خط مركزي جوش تا فلز پايه L304 كمتر از درصد فريت فلز جوش درحد فاصل خط مركزي جوش تا فلز پايه32750 است.
با توجه به آن كه هدايت حرارتي فلزپايه دوفازي بيشتر از فلز پايه آستنيتي است[12]، انتقال حرارت از سمت فلز پايه 32750 بيشتر است. بنابراين مي توان گفت نرخ سرد شدن منطقه جوش در نواحي نزديك به فلز پايه 32750 بيشتر از نواحي مجاور فلز پايه L304 است. نرخ سرد شدن بيشتر موجب مي شود استحاله فريت به آستنيت كمتر انجام شده و درصد فريت فلز جوشنزديك به فلز پايه 32750 بيشتر باشد. درصد فريت بيشتر موجبافزايش سختي در اين منطقه مي گردد. در حالي كه در نواحينزديك به فلز پايه L304 به علت نرخ سرد شدن كمتر و در نتيجه درشت شدن دانه ها روند كاهش سختي مشاهده مي شود.
بنابراين مي توان گفت احتمالا” تفاوت كمي كه در سختي مشاهده مي شود به دليل متفاوت بودن هدايت حرارتي دو فلز پايه است.
از سوي ديگر براي فلز جوش LMo309 با توجه به شكل(14) ، نيز يك روند صعودي افزايش سختي از سمت فلز پايه L304 به سمت فلز پايه 32750 برقرار است. با عبور از فلز جوش LMo309 و رسيدن به منطقه متاثر از حرارتL304 يك روند كاهش سختي مشاهده مي شود. علت اين كاهش سختي در منطقه متاثر از حرارت مي تواند نرخ سرد شدن كمتر و در نتيجه درشت شدن دانه ها باشد. درآن طرف اتصال باگذر از فلز جوش LMo309 و رسيدن به منطقه متأثر از حرارت سوپر دوفازي
32750 يك افزايش موضعي سختي مشاهده ميشود، كه علت اين افزايش سختي در مقايسه با مناطق مجاور خود، مقدارفريت بيشتر در اين منطقه ميباشد كه همين امر موجب سختي بالاتر آن مي شود. اندازه گيري ميزان فريت فلزجوش و منطقه متاثر از حرارت در دو سمت فلزات پايه توسط دستگاه فريتسكوپ صورت گرفت كه نتايج آن در جدول (6 ) ارائه شده است.

جدول (6): تغييرات درصد فريت فلز جوش براي دو فلز پركننده
سمت 32750 فلز جوش سمت L304 فلز پركننده
65 55 35 ER25104L
60 46 25 ER309LMo

شكل(13): پروفيل سختي مقطع جوش غيرمشابه فولاد زنگ نزن
آستنيتي L304 به فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750 با استفاده از فلز پركننده L25104

شكل(14): پروفيل سختي مقطع جوش غيرمشابه فولاد زنگ نزن آستنيتي
L304 به فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750 با استفاده
از فلز پركننده LMo309

4- نتيجه گيري
درآزمون كشش، تمامي نمونه ها، از منطقه HAZ فلز پايه فولاد زنگ نزن آستنيتي L304 شكسته شدند.
بيشترين مقادير سختي به علت ميانگين فريت بالاتر مربوطبه فلز پركننده L25104 و كمترين مقادير سختي به علت ميانگين
فريت پايين تر مربوط به فلز پركننده LMo309
مي باشد.
فلز پركننده ER25104L به علت وجود فريت بيشتر در ريزساختار فلز جوش، داراي بيشترين انرژي شكست ضربه بود.
از بين دو فلز پركننده به كارگيري شده براي اتصال غيرمشابه فولاد آستنيتي L304 به فولاد زنگ نزن سوپر دوفازي 32750 ، فلز پركننده L25104 داراي بيشترين استحكام كششي
بود.
از ديدگاه خواص مكانيكي، جهت اتصال غيرمشابه سوپر دوفازي 32750 به فولاد زنگ نزن L304 فلز پركننده L25104 بالاترين خواص مكانيكي را بوجود مي آورد.
مراجع

M. Niset, R. Daemen & S. Soudometal, “Welding Duplex Stainless Steels”, Materials & Design, Vol.5, pp. 291–293, 1984.

D.A. Jones,” Principle and Prevention of Corrosion”, Prentice Hall, Upper Saddle River, 1995.

T.G. Gooch, “Corrosion behavior of welded stainless steel”, Welding Journal, Vol. 75, pp.135-154, 1996.

L. Weber, P.J. Uggowitzer, “Partitioning of Chromium and Molybdenum in Super Duplex Stainless Steels with Respect to Nitrogen and Nickel Content”, Materials Science and Engineering, 242, pp. 222–229, 1998.

PA. West Conshohocken, ASTM Standard
Specification for Casting, Iron-ChoromiumNickel-Molybdenum Corrosion Resistant, Duplex for General Application, American Society for Testing and Materials, 1999.

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

J.C. Lippold , D. Koteki, “Welding Metallurgy
and Weldability of Stainles Steels”, John Wiley and Sons, New Jersey, 2005.
152400-28005



قیمت: تومان


پاسخ دهید