مدل سازی دگرگونی تجزیه آستنیت در منطقه متاثر از حرارت جوش دو فولاد خط لوله X65 و X70

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 12، دوره 9، شماره 33 - شماره پیاپی 1، آبان 1397، صفحه 125-136   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

غلامرضا خلج^*

استادیار، گروه مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ساوه، ساوه، ایران

تاریخ دریافت: 21 آبان 1396،  تاریخ بازنگری: 09 بهمن 1396،  تاریخ پذیرش: 15 مهر 1397 

چکیده

در این پژوهش شبیه‌سازی منطقه متاثر حرارتی جوشکاری ، بر مبنای شرایط عملی جوشکاری زیرپودری چهار سیمه در دو فولاد میکروآلیاژی X65 و X70، صورت گرفت. در ابتدا تحلیل چرخه‌های حرارتی منطقه متاثر حرارتی صورت گرفت. با اعمال چرخه های حرارتی گرم و سرد کردن تا دماهای قله 950، 1150 و °C1350، در دستگاه دیلاتومتری، رفتار دگرگونی و ساختار میکروسکوپی مورد مطالعه قرار گرفت. با افرایش دمای قله در دگرگونی، با وجود ثابت بودن سرعت سرد کردن (°C/s 23) در محدوده 800 تا°C 500، دماهای شروع و پایان دگرگونی به تاخیر می‌افتند و ساختارهای برشی جایگزین ساختارهای چندوجهی می‌گردد. علت این امر، درشت شدن دانه آستنیت و انحلال رسوبات کاربید نایوبیم و اثر تاخیری نایوبیم محلول در آستنیت است. اندازه بسته‌های برشی و اندازه دانه آستنیت اولیه نیز به طور محسوسی بزرگتر می‌شوند. با تحلیل نتایج دیلاتومتری، دیاگرام سرد کردن پیوسته و نیز سینتیک تجزیه آستنیت بررسی شد. مدل سازی تجزیه آستنیت با استفاده از معادله کلاسیک JMAK صورت گرفت. مشاهده شد که پارامتر n وابستگی زیادی به دما ندارد؛ در حالی که پارامتر k به شدت به دما، مقدار دگرگونی و اندازه دانه آستنیت وابسته است. نتایج مدل سازی دگرگونی‌های فازی با استفاده از معادله JMAK توافق خوبی با نتایج دیلاتومتری داشت.

کلیدواژه‌ها

فولاد میکروآلیاژی؛ منطقه متاثر حرارتی؛ آستنیت؛ دیلاتومتری

عنوان مقاله [English]

Modelling of austenite decomposition transformation of heat affected zone in API-X65 and X70 pipeline steels

نویسندگان [English]

Gholamreza Khalaj

Islamic Azad University, Saveh Branch

چکیده [English]

In this study, the simulation of the heat affected zone of welding was carried out based on the practical conditions of four-wire submerged arc welding in two X65 and X70 microalloy steel. Initially, thermal cycles of the heat affected zone were analyzed. By applying heating and cooling thermal cycles to peak temperatures of 950, 1150 and 1350 °C, in a dilatometric device, transformation behavior and microscopic structure were studied. With increasing peak temperature in transformation, despite the constant cooling rate (23 ° C / s) in the range of 800 to 500 ° C, the start and end temperatures of transformation are delayed and shear structures replace polygonal structures. The reasons are the coarsening of austenite grains, the dissolution of niobium carbide precipitates and the solute-drag effect of solved niobium in austenite.The size of the shear packs and the size of the austenite grains are also noticeably larger. By analyzing the dilatometry results, continuous cooling diagram and the kinetics of decomposition of austenite were investigated. Austenite decomposition modeling was performed using the JMAK classic equation. It was found that the parameter n has a small dependence on temperature; while the parameter k is strongly dependent to temperature, phase fraction transformed and austenite grain size. The results of modeling of phase transformations using the JMAK equation were in good agreement with the dilatometric results.

کلیدواژه‌ها [English]

microalloyed steel, heat affected zone, Austenite, dilatometry

مراجع

References: 1- T. Gladman, The Physical Metallurgy of Microalloyed Steels, The Institute of Materials, London, 2002.
2- B. Verlinden, J. Driver, I. Samajdar, R. D. Doherty, Thermo-Mechanical Processing of Metallic Materials, Elsevier, UK, 2007.
3- Y. Weng, Dong H., Gan Y. (editors), Advanced Steels The Recent Scenario in Steel Science and Technology, Springer-Verlag, Berlinm, 2011.
4- W. Sha, Steels: From Materials Science to Structural Engineering, Springer-Verlag, London, 2013.
5- K.E. Eaterling, Introduction to the Physical Metallurgy of Welding, Butterworth-Heinemann Ltd, Oxford, 1992.
6- K. Poorhaydari, B. M. Patchett, and D. G. Ivey, "Estimation of Cooling Rate in the Welding of Plates with Intermediate Thickness", Welding Journal, vol. 84, pp. 149S-155S, 2005.
7- D.P. Dunne, "Review: Interaction of precipitation with recrystallisation and phase transformation in low alloy steels", Materials Science and Technology, vol. 26, pp. 410-420, 2010.
8- P.R. Rios, "Relationship between non-isothermal transformation curves and isothermal and non-isothermal kinetics",
X و 70 X 136 مدلسازی دگرگونی تجزیه آستنیت در منطقهی متاثر از حرارت جوش دو فولاد خط لوله 65
Acta Materialia, vol. 53, pp. 4893-4901, 2005.
9- L.M. Fu, H.R. Wang, W. Wang, A.D. Shan, "Austenite grain growth prediction coupling with drag and pinning effects in low carbon Nb microalloyed steels", Materials Science and Technology, vol. 27, pp. 996-1001, 2011.
10- M. Shome, D.S. Sarma, O.P. Gupta, O.N. Mohanty, "Precipitate dissolution and grain growth in the heat affected zone of HSLA-100 steel", ISIJ International, vol. 43, pp. 1431-1437, 2003.
11- Sanjeev Kumar, S.K. Nath, Vinod Kumar, "Continuous cooling transformation behavior in the weld coarse grained heat affected zone and mechanical properties of Nb-microalloyed and HY85 steels", Materials & Design, vol. 90, pp. 177-184, 2016.
12- Yu Gu, Peng Tian, Xu Wang, Xiu-lin Han, Bo Liao, Fu-ren Xiao, "Non-isothermal prior austenite grain growth of a high-Nb X100 pipeline steel during a simulated welding heat cycle process", Materials & Design, vol. 89, pp. 589-596, 2016.
13- V.V. Natarajan, S. Liu, V.S.A. Challa, R.D.K. Misra, D.M. Sidorenko, M.D. Mulholland, M. Manohar, J.E. Hartmann, "Processing-structure-mechanical property relationship in Ti-Nb microalloyed steel: Continuous cooling versus interrupted cooling", Materials Science and Engineering: A, vol. 671, pp. 254-263, 2016.
14- F.L.G. Oliveira, M.S. Andrade, A.B. Cota, "Kinetics of austenite formation during continuous heating in a low carbon steel", Materials Characterization, vol. 58, pp. 256-261, 2007.
15- K. Banerjee, M. Militzer, M. Perez, X. Wang, "Nonisothermal austenite grain growth kinetics in a microalloyed x80 linepipe steel", Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science, vol. 41, pp. 3161-3172, 2010.
16- M. Maalekian, R. Radis, M. Militzer, A. Moreau, W.J. Poole, "In situ measurement and modelling of austenite grain growth in a Ti/Nb microalloyed steel", Acta Materialia, vol. 60, pp.1015–1026, 2012.
17- T. Garcin, M. Militzer, W. J. Poole, L. Collins, "Microstructure model for the heat-affected zone of X80 linepipe steel", Materials Science and Technology, vol. 32, pp. 708-721, 2016.
18- J. Moon, S. Kim, H. Jeong, J. Lee, C. Lee, "Influence of Nb addition on the particle coarsening and microstructure evolution in a Ti-containing steel weld HAZ", Materials Science and Engineering A,vol. 454-455 , pp. 648-653, 2007.
19- Y.Q. Zhang, H.Q. Zhang, J.F. Li, W.M. LIU, "Effect of Heat Input on Microstructure and Toughness of Coarse Grain Heat Affected Zone in Nb Microalloyed HSLA Steels", Journal of Iron and Steel Research International, vol. 16 (5) , pp. 73-80, 2009.
20- G. Khalaj, H. Yoozbashizadeh, A. Khodabandeh, M. Tamizifar, "Austenite grain growth modelling in weld heat affected zone of Nb/Ti microalloyed linepipe steel", Materials Science and Technology (United Kingdom), vol. 30, pp. 424- 433, 2014.
21- Q. Sha, Z. Sun, "Grain growth behavior of coarse-grained austenite in a Nb-V-Ti microalloyed steel", Materials Science and Engineering A, vol. 523, pp. 77-84, 2009.