بررسي ريزساختار و خواص مكانيكي اتصال غير همجنس فولاد زنگ نزن 321 به فولاد كم آلياژ استحكام بالاي API X65

Investigation of microstructure and mechanical properties of dissimilar joints between AISI 321 stainless steel and X65 high-strength low-alloy steel

در اين پژوهش اتصال غير‌همجنس فولاد كم‌آلياژ استحكام‌ بالاي 65X به فولاد زنگ‌نزن آستنيتي 321 با استفاده از فرايند جوشكاري قوسي دستي با دو الكترود 308 و 309 انجام شد. در ادامه، ساختار، ريزساختار، سختي و استحكام كششي اتصالات مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه ساختار هر دو اتصال در ناحيه جوش حاوي فازهاي آستنيت و دلتا فريت بود. بررسي-هاي ريزساختاري نشان داد كه درصد فاز فريت در جوش الكترود 309 بالاتر از مقدار اين فاز در جوش الكترود 308 بود. در هر دو اتصال يك لايه واسط حاوي فازهاي فريت و مارتنزيت در فصل‌مشرك فلز جوش و فولاد كم‌آلياژ استحكام بالاي 65X تشكيل شد. نتايج آزمون سختي نشان داد كه مقدار سختي فلز جوش دو الكترود 308 و 309 به‌ترتيب 30 و 38 درصد بيشتر از فولاد كم‌آلياژ بود. نتايج آزمون كشش بيانگر آن بود كه استحكام كششي جوش توليد‌شده با الكترود 309 در حدود 1/5 درصد بالاتر از الكترود 308 و مقدار قابليت تغيير طول 26 درصد كمتر بود. شكست نهايي در تمامي نمونه‌ها در فصل‌مشترك فلز جوش و فولاد كم‌آلياژ اتفاق افتاد. بررسي سطوح شكست نمونه‌ها بيانگر تركيب مكانيزم شكست نرم و ترد در نمونه‌هاي آزمون كشش بود.

In the present study, a dissimilar joint was established between 321 stainless steel and X65 high-strength low-alloy steel by shielded metal arc welding process using 308 and 309 stainless steel electrodes as filler materials. Then, the structure, microstructure, hardness, and tensile properties of the joints were investigated. Results showed that austenite and delta ferrite phases developed in the structure of the joints. Microstructure characterization confirmed that the volume fraction of delta ferrite in the microstructure of 309 weld metal was higher than the 308 electrode weld metal. A ferritic+martensitic layer was formed at the interface of both weld metals and X65 steel. The hardness of 308 and 309 weld metals was 30% and 38% higher than the low alloy steel base metal, respectively. Tensile test results showed that the strength of the joint set up using 309 electrode was 1.5% higher and its elongation was 26% lower than the joint made by 308 electrode. In all specimens fractured occurred at the interface between the weld metal and the low alloy steel. A mixed ductile-brittle fracture mode was observed on the fracture surface of tensile test specimens.