Analysis of the Microstructure And Mechanical Properties of Duplex Steel Joints

• Autorzy: Witkowska Małgorzata , Kowalska Joanna , Chronowska-Przywara Kinga

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.4668

Warianty tytułu

PL

Analiza mikrostruktury i własności mechanicznych złączy stali duplex

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents a study, the aim of which was to analyze the microstructure and mechanical properties of welded joints of austenitic-ferritic duplex steel X2CrMnNiN21-5-1. This steel is characterized by good resistance to various types of corrosion, good strength properties and good weldability. Due to all these advantages, it is used in many industry sectors, and the main joining techniques are welding technologies. In this study, two joining techniques were used, SMAW (Shielded Metal Arc Welding) and GTA (Gas Tungsten Arc). The obtained welded joints were subjected to: macroscopic and microscopic metallographic tests, mechanical tests (static bending test and microhardness measurements), diffraction tests, and wear resistance tests. The results showed that the microhardness of the welds is similar and does not depend on the welding method used. In the microstructure of the analyzed joints there are two phases: austenite (γ) and ferrite (δ), with different morphologies depending on the welding conditions, which affect the phase transformations. Material wear within the weld is greater than in the base material.

PL

Celem badań była analiza mikrostruktury i własności mechanicznych złączy spawanych stali austenityczno-ferrytycznej typu duplex X2CrMnNiN21-5-1. Stal ta charakteryzuje się dobrą odpornością na różnego rodzaju korozje, dobrymi własnościami wytrzymałościowymi i dobrą spawalnością. Dzięki tym wszystkim zaletom znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, a głównymi technikami jej łączenia są technologie spawalnicze. W pracy zastosowano dwie techniki łączenia metodą SMAW (Shielded Metal Arc Welding) i GTA (Gas Tungsten Arc). Uzyskane złącza spawane poddano: badaniom metalograficznym makro- i mikroskopowym, badaniom mechanicznym (statyczna próba zginania i pomiary mikrotwardości), badaniom dyfrakcyjnym oraz badaniom odporności na zużycie. Wyniki badań pokazały, że mikrotwardości spoin są zbliżone i nie zależą od zastosowanej metody spawania. W mikrostrukturze analizowanych złącz występują dwie fazy austenit (γ) i ferryt (δ) o zróżnicowanej morfologii zależnej od warunków spawania, które wpływają na przemiany fazowe. Zużycie materiału w obrębie spoiny jest większe aniżeli w materiale rodzimym.

Słowa kluczowe

EN

duplex steel; microhardness; microstructure; wear resistance; coefficient of friction

PL

stal typu duplex; mikrotrwałość; mikrostruktura; odporność na zużycie; współczynnik tarcia

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 1
• Strony: 147--158
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Witkowska Małgorzata

• AGH University of Krakow, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science

• https://orcid.org/0000-0002-3157-6462

autor

Kowalska Joanna

• AGH University of Krakow, Faculty of Metals Engineering and Industrial Computer Science

• https://orcid.org/0000-0003-1008-2794

autor

Chronowska-Przywara Kinga

• AGH University of Krakow, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics

• https://orcid.org/0000-0003-3510-4443

Bibliografia

• 1. Davis, J.R.: Alloy Digest Sourcebook Stainless Steels. ASM International: Materials Park, OH, USA, 2000.
• 2. Lamb S. ed.: Casti handbook of stainless steels&nickel alloys. Casti Pub., Canada, 2002.
• 3. Alvarez-Armas I.: Degallaix-Moreuil S. Duplex Stainless Steels. Wiley: Hoboken, NJ, USA, 2009.
• 4. Sieurin H., Sandström R., Westin E.M.: Fracture toughness of the lean duplex stainless steel LDX 2101, Metall. Mater. Trans. A 37, 2006, 2975-2981.
• 5. Francis R., Byrne G.: Duplex stainless steel-alloys for the 21st Century, Metals, 11, 836, pp. 1–23.
• 6. Ghosh S.K., Mondal S.: High temperature ageing behaviour of a duplex stainless steel. Materials Characterization 59, 2008, pp. 1776–1783.
• 7. Bernhardsson S.: The corrosion resistance of duplex stainless steels, Duplex Stainless Steels'91, vol. 1, 1991, pp. 185–210.
• 8. Chen T.H., Weng K.L., Yang J.R.: The effect of high-temperature exposure on the microstructural stability and toughness property in a 2205 duplex stainless steel, Materials Science Engineering A 338 (1–2), 2002, pp. 259–270.
• 9. Moura VS., Lima LD., Pardal JM., et al: Influence of microstructure on the corrosion resistance of the duplex stainless steel UNS S31803. Materials Characterization, 2008, 59, pp. 1127–1132.
• 10. Weibull Ivar: Duplex stainless steels and their application, particularly in centrifugal separators: Part A. History and development. Mater Des 1987, 8, pp. 35–40.
• 11. Weibull Ivar: Duplex stainless steels and their application, particularly in centrifugal separators: Part B. Corrosion resistance. Mater Des 1987, 8, pp. 82–88.
• 12. Nowacki J.: Duplex steel and its weldability, WNT, Warsaw 2009.
• 13. Nowacki J.: Duplex steel in welded structures, WNT, Warsaw 2013.
• 14. Badjia R., Bouabdallahb M., Bacroixa B., Kahlouna C., Belkessac B., Maza H.: Phase transformation and mechanical behaviour in annealed 2205 duplex stainless steel welds, Materials.
• 15. Karlsson L., Wessman S., Fuertes N.: Effect of sigma phase morphology on the degradation of Characterization 59, 2008, pp. 447–453.
• 16. Hosseini V., properties in a super duplex stainless steel, Materials, 2018, 11, 933, pp. 1–20.
• 17. Hosseini V.A., Thuvander M., Lindgren K., Oliver J., Folkeson N., Gonzalez D., Karlsson L.: Fe and Cr phase separation in super and hyper duplex stainless steel plates and welds after very short aging Times, Materials & Design, 2021, 210, pp. 1–11.
• 18. Tasak E.: Metallurgy of welding, JAK, Krakow 2008.
• 19. Tasak E.: Weldability of steel, Fotobit, Krakow 2002.
• 20. EN 10088-1: 2014-12 Corrosion resistant steels – Part 1: List of corrosion resistant steels.
• 21. PN-EN ISO 5173: 2023-06 Destructive testing of welds in metallic materials – Bend test.
• 22. PN-EN ISO 9015:2011 Destructive testing of welded metal joints – Hardness testing – Part 1: Hardness testing of arc-welded joints.
• 23. EN ISO 5817:2023-08 Welding – Welded joints of steel, nickel, titanium and their alloys (except beam welded) – Quality levels for weld imperfections.
• 24. Liu J., Niu H., Zhang Y., Sun X.: Research on welding process of duplex stainless steel S31803, Journal of Physics: Conference Series, 2469, 2023, pp. 1–6.