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Analysis of austenite stabilizing element influence on stainless steel hyperduplex UNS S32707 welded by TIG process

Authors :
Pimenta, André Rocha
Diniz, Marilia Garcia
Campos, José Brant de
D´almeida, José Roberto Moraes
Marinho Junior, Antonio
Solórzano-naranjo, Ivan Guillermo
Fonseca, Gláucio Soares da
Source :
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ, Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), instacron:UERJ
Publication Year :
2016
Publisher :
Universidade do Estado do Rio de Janeiro, 2016.

Abstract

Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:08:44Z No. of bitstreams: 2 Andre Rocha Pimenta_Pt1.pdf: 4491518 bytes, checksum: d24e67c6ee5ecfa684d27f78e6a82ba8 (MD5) Andre Rocha Pimenta_Pt2.pdf: 13819269 bytes, checksum: a607d1b9c5e954ec3159b63923fba9fc (MD5) Made available in DSpace on 2021-01-06T19:08:44Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Andre Rocha Pimenta_Pt1.pdf: 4491518 bytes, checksum: d24e67c6ee5ecfa684d27f78e6a82ba8 (MD5) Andre Rocha Pimenta_Pt2.pdf: 13819269 bytes, checksum: a607d1b9c5e954ec3159b63923fba9fc (MD5) Previous issue date: 2016-12-22 Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio de Janeiro Stainless steels having a duplex structure are widely applicable in chemical, cellulose, oil and gas industries, and others. The interest for these materials comes from their good mechanical properties and corrosion resistance. These characteristics are attributed to its microstructure composed by equal proportions of ferrite and austenite phases. However, when submitted to welding the balance of these phases can be modified, as well as, deleterious phases can appear, damaging duplex stainless steels performance. This study aimed to investigate the efficiency of nitrogenous addition into the shielding gas of autogenous TIG welding in the maintenance of the equilibrium of ferrite and austenite phases, as well as its effects on hardness proprieties and corrosion resistance of the welding joints. Possible undesirable effects were also analyzed, such as formation of deleterious phases and nitrites. Weld beads using pulsed arc TIG welding were done on samples of stainless steel hyperduplex UNS S32707. Shielding gas used on was argon and nitrogenous, which nitrogenous was added in different quantities for each specimen, 1.5%, 2.5%, 3.5%, 4.5% and 5.5%. The techniques employed were optical microscopy, scanning electron microscopy, atomic force microscopy, semi-quantity chemical analyze by EDS (X-Ray Energy Dispersive Spectroscopy) and quantification of volumetric fraction of existing phases by Digital Image Processing. For evaluation of mechanical properties, Vickers microhardness measurements were realized. Microhardness values did not present significant variation on testing conditions, including base metal, with 95% reliability. Fusion zones obtained from shielding gas with higher N2 concentration, resulted in increasing of austenite content, 39% to 57%, using 1.5% and 5.5% nitrogen, respectively. In consequence, elevated N2 concentration contributed also to better corrosion resistance. Samples with addition of 3.5%, 4.5% and 5.5% N2, had corrosion rate down to 0.0001 g/cm2, which indicates no corrosion process by pitting. Corrosion testing has indicated values above limits established by Standard for samples obtained from 1.5% and 2.5% N2 concentration. Spite of this result, these samples were submitted to macroscopic analyze, which it was not observed presence of corrosion points. Deleterious phases or nitrites were not identified for all testing conditions. Os aços inoxidáveis de estrutura duplex encontram larga aplicação em indústrias químicas, de celulose, de petróleo e gás natural, entre outras. O interesse por esses materiais advém das suas boas propriedades mecânicas e de resistência à corrosão, características atribuídas a sua microestrutura, formada por frações volumétricas balanceadas de ferrita e austenita. Entretanto, quando submetido a processos de soldagem o equilíbrio dessas fases pode ser alterado, bem como fases deletérias podem se formar, prejudicando o desempenho desses aços. Este trabalho objetivou estudar a eficácia da adição de nitrogênio no gás de proteção da soldagem TIG autógena na manutenção do equilíbrio entre as frações volumétricas de ferrita e austenita e seus efeitos nas propriedades de dureza e resistência à corrosão das juntas soldadas. Foram analisados possíveis efeitos secundários indesejados dessa adição, tais como formação de fases deletérias e nitretos. Cordões de solda utilizando processo TIG com arco pulsado foram realizados em aço inoxidável hiperduplex UNS S32707 utilizando gás de proteção argônio e nitrogênio, sendo o nitrogênio adicionado em proporções diferentes, 1,5%, 2,5%, 3,5%, 4,5% e 5,5%. Foram utilizadas técnicas de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia de força atômica, análise química semiquantitativa por EDS (X-Ray Energy Dispersive Spectroscopy). A quantificação das frações volumétricas das fases presentes foi realizada por processamento digital de imagem. Para avaliação das propriedades mecânicas foram realizados testes de microdureza Vickers. Em adição a isso, a resistência à corrosão foi avaliada em ensaio de perda de massa, segundo critérios da norma ASTM G48-99. Todas as condições de soldagem resultaram em uma junta soldada com grãos equiaxiais, com a austenita nos contornos e no interior da ferrita. Os valores de microdureza, não apresentaram variação significativa entre todas as condições testadas e entre o metal de base, com 95% de confiabilidade. Zonas de fusão que utilizaram gás de proteção com maior percentual de nitrogênio resultaram em aumento na fração volumétrica de austenita, que variaram de 39 a 57%, sendo esses valores para 1,5 e 5,5% de nitrogênio, respectivamente. Consequentemente, maiores percentuais de nitrogênio resultaram em melhor resistência à corrosão. As amostras com adição de 3,5%, 4,5% e 5,5% apresentaram taxa de corrosão abaixo de 0,0001 g/cm², indicando que não sofreram processo de corrosão por pitting. E as concentrações de 1,5% e 2,5%, apesar de estarem acima do limite estabelecido pela norma não apresentaram pontos de corrosão em observação macroscópica. Não foram identificadas a presença de fases deletérias ou nitretos para todas as condições testadas.

Details

Language :
Portuguese
Database :
OpenAIRE
Journal :
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ, Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), instacron:UERJ
Accession number :
edsair.od......3056..f6fd90c8cd7f5fccd52091a1a3f2df48