مبانی نظری و پیشینه پژوهشی مطالعه ارتباط بین ساختار وخواص مکانیکی جوش‎های مورد استفاده درلوله‎های خطوط انتقال برحسب ترکیب شیمیایی فلز جوش

با سحافایل در خدمت شما هستیم با «پیشینه پژوهشی و تحقیق و مبانی نظری مطالعه ارتباط بین ساختار وخواص مکانیکی جوش‎های مورد استفاده درلوله‎های خطوط انتقال برحسب ترکیب شیمیایی فلز جوش» که بطور کامل و جامع به این مبحث پرداخته و نیاز شما را به هرگونه جستجوی بیشتری برطرف خواهد نمود.

فهرست محتوا

 مروری بر منابع

2-مروری بر منابع

2-1-مقدمه

2-2-فولاد میکروآلیاژی

2-3-فولادهای مناسب برای استفاده در خطوط انتقال نفت و گاز

2-4-فرآیند جوشکاری قوس الکتریکی با الکترود روکش دار

2-4-1-الکترود

2-4-1-1-الکترود سلولزی

2-5-نواحی مختلف جوش

2-5-1-فلز پایه

2-5-2-ناحیه متأثر از حرارت

2-5-3-فلز جوش

2-5-3-2-ناحیه ستونی (ADW)

2-5-3-3-ناحیه مجدداً گرم شده

2-6-تأثیر عناصر آلیاژی و میکروآلیاژی در فلز جوش

2-6-1-کربن

2-6-2-منگنز

2-6-3-سیلیسیم

2-6-4-نیکل

2-6-5-مولیبدن

2-6-6-کروم

2-6-7-اکسیژن

2-6-8-گوگرد و فسفر

2-7-اهداف و اهمیت پژوهش حاضر

فصل ششم: مراجع

6- مراجع

1- مروری بر منابع

1-1- مقدمه

امروزه، جوش‎پذیری و چقرمگی اهمیت زیادی در کاربرد فولادهای مختلف پیدا کرده است. تمایل به استفاده از فولادهای استحکام بالا در صنعت ساختمان و خطوط لوله، منجر به تولید فولادهای کم آلیاژی استحکام بالا HSLA شده است. این فولادها کاربرد زیادی در ساخت پل‎ها، ساختمان، کشتی‎ها و زیردریایی، خطوط لوله، مخازن و بدنه اتومبیل پیدا کرده‎اند و به دلیل نسبت استحکام به وزن بالا، جوش‎پذیری خوب، چقرمگی، مقاومت در برابر خوردگی اتمسفری و قیمت مناسب مورد استفاده گرفته‎اند.

فولاد میکروآلیاژی

فولادهای میکروآلیاژی دسته مهمی از فولادها هستند که تقریباً 12% از کل تولید جهانی فولاد را شامل می‎شوند و کاربردهای وسیعی در صنایع انتقال نفت و گاز پیدا کرده‎اند[1]. فولاد میکروآلیاژی شامل مقادیر بسیار کمی وانادیم، نایوبیوم و تیتانیم می‎باشد. این عناصر میکروآلیاژی علی‎رغم مقادیر کم موجب بهبود چقرمگی و استحکام می‎شوند و این یکی از دلایل عمده استفاده روز افزون از این دسته از فولادها می‎باشد. مهمترین کاربرد این گروه از فولادها در خطوط لوله می‎باشد[2و3].

فولادهای کم آلیاژ استحکام بالا، از دهه 1960 میلادی جهت تولید خطوط لوله انتقال نفت و گاز مورد نظر قرار گرفتند. این فولادها با توجه به استحکام بالا، چقرمگی و جوش‎پذیری مطلوب طی 25 سال اخیر، مورد توجه تولیدکنندگان و سازندگان قرار گرفته است[3]. ترکیب شیمیایی این فولادها دارای 07/0- 12/0 درصد کربن و تا 2 درصد منگنز به همراه مقادیر کمی عناصر آلیاژی نظیر نایوبیوم، وانادیوم و تیتانیم می‎باشد. فولادهای میکروآلیاژی نوین با استفاده از فرآیند ترمومکانیکی تولید می‎شوند[4]. از متداول‎ترین تکنیک‎های استحکام‎دهی فولادهای میکروآلیاژی می‎توان به موارد زیر اشاره نمود[3].

الف- استحکام‎دهی از طریق محلول جامد

ب- استحکام‎دهی از طریق رسوب سختی

ج- استحکام‎دهی از طریق ریز نمودن اندازه دانه‎ها

د- استحکام‎دهی از طریق ایجاد ساختار نابجایی‎ها و افزایش دانسیته آن‎ها

ه- استحکام‎دهی از طریق ایجاد فازهای مستحکم

فازهای اصلی تشکیل دهنده این دسته از فولادها عبارتند از فریت، پرلیت، بینیت و مارتنزیت که با کنترل ریزساختار می‎توان خواص مکانیکی فولاد‎ها ، خصوصاً فولادهای میکروآلیاژی را به میزان چشمگیری بهبود داد. پرلیت را می‎توان به‎ عنوان اولین فازی دانست که بر خواص مکانیکی فولادها تأثیری عمده دارد. از سال 1935 میلادی نقش مقادیر پرلیت بر استحکام کششی و شکل‎پذیری فولادها مورد مطالعه فرار گرفت[5]. نتایج بیانگر اثر نامطلوب حضور پرلیت بر دمای تبدیل شکست نرم به ترد بود. همچنین حضور مقادیر بالای کربن و پرلیت منجر به ترکیدگی سرد، کاهش شکل‎پذیری و چقرمگی شکست پایین در ناحیه متاثر از حرارت ناشی از جوشکاری می‎شود. با این‎حال در دهه‎های 60 و 70 میلادی حضور پرلیت در ریزساختار فولادهایی که با استفاده از نورد گرم تولید می‎شدند به‎ دلیل استحکام‎دهی ضروری بود. از اواخر دهه 70 میلادی با استفاده از اصول متالورژیکی و عناصر میکروآلیاژی، فرآیند نورد کنترل شده توسعه داده شد تا با کاهش میزان کربن و فاز پرلیت، استحکامکششی و چقرمگی شکست در محصولات نوردی افزایش یابد. در این حالت با ایجاد ریزساختارهای پیچیده، مخلوطی از فازهای فریت، بینیت و همچنین جزایر آستنیت/ مارتنزیت، خواص کششی و چقرمگی شکست بهبود می‎یابد[3و5]. ریزساختار فولاد میکروآلیاژی تا گرید X65 شامل فریت چندوجهی یا شبه چندوجهی همراه با مقادیری پرلیت می‎باشد. با اصلاح و ظریف‎تر شدن ساختار و افزایش سرعت سرد کردن و تشکیل فازهایی از قبیل فریت سوزنی امکان افزایش استحکام کششی فولاد فراهم و زمینه‎ساز توسعه فولادهای گرید بالاتر می‎شود. بررسی تأثیر عناصر آلیاژی و ریزساختار بر خواص مکانیکی فولادهای میکروآلیاژی نشان می‎دهد که عناصر آلیاژی نظیر کربن، مولیبدن و مس بر خواص مکانیکی موثر هستند. در شکل 2-1 تأثیر عنصر آلیاژی مس بر ریز ساختار نشان داده شده است. با کاهش اندازه دانه و افزایش درصد فاز بینیت، استحکام کششی افزایش می‎یابد. با ریزتر شدن اندازه دانه‎ها و ظریف‎تر شدن ریزساختار فریت سوزنی دمای تبدیل شکست نرم به ترد کاهش می‎یابد[6 و7].

High strength low alloy

فهرست منابع

[1] R. E. Smallman, A. H.W. Ngan, Physical Metallurgy and Advanced Materials, Butterworth-Heinemann, 2007.

[2] Zhao, M. C., Yang, K., & Shan, Y. “The effects of thermo-mechanical control process on microstructures and mechanical properties of a commercial pipeline steel”. Materials Science and Engineering: A, 335(1), 14-20. (2002)‏.

[3] Facco, G G.”Effect of cooling rate and coiling temperature on the final microstructure of HSLA steels after HSM and/or laboratory TMP processing. Diss. University of Pittsburgh, 2009.‏.

[4] G.E. Totten, “Steel Heat Treatment – Metallurgy and Technology”, Taylor & Francis Group, 2007.

[5] Zhao, M. C., & Yang, K. “Strengthening and improvement of sulfide stress cracking resistance in acicular ferrite pipeline steels by nano-sized carbonitrides”. Scripta materialia, 52(9), (2005), 881-886.

[6] Junhua, K., Lin, Z., Bin, G., Pinghe, L., Aihua, W., & Changsheng, X. ” Influence of Mo content on microstructure and mechanical properties of high strength pipeline steel”. Materials & design, 25(8), (2004), 723-728.‏

[7] D.T. LleweUyn, R.C. Hudd,” Steels: Metallurgy and Applications”, Reed Educational and Professional Publishing Ltd 1998.

[8] Avazkonandeh-Gharavol, M. H., M. Haddad-Sabzevar, and A. Haerian. “Effect of copper content on the microstructure and mechanical properties of multipass MMA, low alloy steel weld metal deposits.” Materials & Design 30.6 (2009): 1902-1912.

[9] Alogab, K. A., et al. “The influence of niobium microalloying on austenite grain coarsening behavior of Ti-modified SAE 8620 steel.” ISIJ international 47.2 (2007): 307-316.‏.

[10] Sun, W., Lu, C., Tieu, A. K., Jiang, Z., Liu, X., & Wang, G. “Influence of Nb, V and Ti on peak strain of deformed austenite in Mo-based micro-alloyed steels”, Journal of materials processing technology,  (2002), 125, 72-76.‏

[11] API Standard 1104, Eighteenth Edition, May 1994.

[12] George E. Linnert.” Welding Metallurgy carbon and Alloy steels”Volume І, Fundamental, Fourth Edition; American weding Society, Miami, FL; 1994,Library of Congress No.94-074489; ISBN 0-87171-457-4.

[13] امیر حسین کوکبی، مجید محمودی.” تکنولوژی جوشکاری، جلد اول، فرآیندها” تهران: دانشگاه صنعتی شریف، موسسه انتشارات علمی، 1384، ISBN 964-7982-43-7.

[14] S. Kou,” Welding Metallurgy” second Edition, 2003, New Jersy, John Wiley and Sons. Inc; ISBN 0-471-43491-4.

[15] علی رمضان‎پور، مجید حاج باقری.” جوشکاری خطوط لولهESAB” انتشارات قرن، 1391، شابک 0-04-6507-600-978.

[16] welding processes, volume ІІ, welding hand hook, eighth Edition; American weding Society, Miami, FL; 1991,Library of Congress No. 90-085465; ISBN: 0-87171-354-3.

[17] G.M. Evans and N. Bailey,” Metallurgy of  basic weld metal”, 1997, Norwich, Abington Publishing and William Andrew Inc. ISBN 1- 85573-243-2.

[18] Vega, O. E., et al. “Effect of multiple repairs in girth welds of pipelines on the mechanical properties.” Materials Characterization 59.10 (2008): 1498-1507.‏

[19] F. S. Jabari, A. H. Kokabi ” Influence of Nickel and Manganese on Microstructure and Mechanical properties of SMAWelded API-X80 steel” JMEPEG (2012) 21: 1447-1454.

[20] Bose-Filho, W. W., A. L. M. Carvalho, and M. Strangwood. “Effects of alloying elements on the microstructure and inclusion formation in HSLA multipass welds.” Materials characterization 58.1 (2007): 29-39.

[21] Martin Stringwood. “The prediction and Assessment of Microstructures” a Dissertation submitted for degree of Doctor of Philosophy. University of Cambridge. Oct 1987.

[22] R. A. Farrar, P. L. Harrison. “Review Acicular Ferrite in carbon- manganese weld metals”. journal of Materials science 22 (1987) 3812- 3820.

[23] Evans GM. “The effect of silicon on the microstructure and properties of C–Mn all-weld metal deposits”. Met Constr 1986;28:438R–44R.

[24] Kang, B. Y., H. J. Kim, and S. K. Hwang. “Effect of Mn and Ni on the variation of the microstructure and mechanical properties of low-carbon weld metals.”ISIJ international 40.12 (2000): 1237-1245.‏

[25] Bhole, S. D., et al. “Effect of nickel and molybdenum additions on weld metal toughness in a submerged arc welded HSLA line-pipe steel.” Journal of materials processing technology 173.1 (2006): 92-100.‏

[26] M. Hansen, Constitution of Alloys, McGraw-Hill Company Inc., New York,  1958.

[27] Evans. G.M., “The effect of nickel on microstructure and properties of C–Mn all-weld metal deposits”, Weld. Res. Abroad 41 (1991) 70–83.

[28] Evans. G.M, “The effect of Molybdenum on microstructure and properties of C-Mn all-Weld Metal deposited”, 1987, Norwich, Abington Publishing and William Andrew Inc.

[29] Jorge, J. C. F., Souza, L. F. G., and Rebello, J. M. A., “The effect of chromium on the  microstructure/toughness relationship of C–Mn weld metal deposits”, Mat. Charact., 47, pp. 195– 205, (2001).

[30] Harrison PL, Farrar RA. Influence of oxygen-rich inclusions on the γ to α phase transformation in high strength low-alloy (HSLA) steel weld metals. Journal Material science (1981);16:2218–26

[31] C.B. Dallas, S. Liu, D.L. Olson, “Flux composition dependence of microstructure and toughness of submerged arc HSLA weldments”, Welding. Journal . 74 (1995) 140.

[32] Sugden AAB, Bhadeshia HKDH. “The nonuniform distribution of inclusions in low-alloy steel weld deposits”. Metall Trans A 1988;19:669–74.

[33] AWS A5.5/A5.5M:2006,” Specification for Low-Alloy Steel Electrodes for Shielded Metal Arc Welding”.

[34] G. F. Vander Voort, ASM Handbook, Volume 9” Metallography and Microstructures”,