سعید وفائیان

سعید وفائیان


تاریخ انتشار : Publish : نسخه قابل چاپ Print

جلسه دفاع از رساله دکتری

 

 

عنوان:

تاثیر ریزدانه سازی بر رفتار الکتروشیمیایی فولاد زنگ نزن 430

تولید شده با فرآیند نورد سرد

 

استاد راهنما:

دکتر آرش فتاح الحسینی

 

اساتید مشاور:

دکتر یوسف مظاهری رودبالی

دکتر محسن کشاورز خوراسگانی

 

داوران:

دکتر علیرضا صبور روح اقدم

دکتر شهاب کاظمی

 دکتر امید میرزایی

 

ارائه دهنده:

سعید وفائیان

چهارشنبه 29/2/ 1395   ساعت 9:00

سالن آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

چکیده:    

     هدف از این تحقیق اساساً بررسی اثر ریزدانه سازی بر رفتار الکتروشیمیایی فولاد زنگ نزن 430 است. برای این منظور، ابتدا فولاد توسط یک فرآیند ترمومکانیکی شامل نورد سرد و عملیات آنیل ریزدانه شد و سپس رفتار الکتروشیمیایی نمونه‌های ریزدانه شده در مقایسه با یک نمونه درشت‌دانه شده در دو محیط کاملاً متفاوت، یعنی محلول 1/0 مولار اسید نیتریک و محلول 1/0 مولار هیدروکسید سدیم بررسی شد.  عملیات ترمومکانیکی در سه مرحله شامل آنیل ابتدایی (1 ساعت در 1200 درجه سانتی‌گراد و سپس 2 ساعت در 770 درجه سانتی‌گراد)، نورد سرد به میزان 95 درصد کاهش ضخامت نمونه و نهایتاً آنیل تبلور مجدد در دماهای 700 و 800 درجه سانتی‌گراد و در زمان‌های 20 و 120 ثانیه در هر دما صورت پذیرفت. بررسی ریزساختار نمونه‌ها بر پایه آزمون‌های میکروسکوپ الکترونی روبشی و عبوری انجام شد. در مرحله آنیل ابتدایی، درشت‌دانه سازی رخ داد و اندازه متوسط دانه‌ها از حدود 40 میکرومتر به 900 میکرومتر افزایش یافت. در مرحله آنیل نهایی، ریزدانه سازی اتفاق افتاد. در کمترین دما و کمترین زمان عملیات حرارتی (700 درجه سانتی‌گراد و 20 ثانیه) متوسط اندازه دانه به حدود 50 نانومتر، و در بیشترین دما و بیشترین زمان عملیات حرارتی (800 درجه سانتی‌گراد و 120 ثانیه) متوسط اندازه دانه به حدود 7 میکرومتر رسید.  حضور پیک‌های مربوط به صفحات کریستالی فاز فریت در الگوهای پراش اشعه ایکس نمونه‌ها، مؤید ساختار فریتی فولاد بود. تغییر در شدت و پهنای پیک‌ها پس از ریزدانه سازی به‌طور کیفی مؤید تغییر بافت و افزایش صفحات با چگالی اتمی کمتر یا پرانرژی‌تر در سطح بود.   نتایج آزمون‌های الکتروشیمیایی در محیط اسیدی 1/0 مولار اسید نیتریک نشان داد که نمونه‌های ریزدانه شده با عملیات ترمومکانیکی، پتانسیل خوردگی نجیب تر و چگالی جریان خوردگی و رویین کمتری نسبت به نمونه درشت دانه دارند. علاوه بر این،  نتایج آزمون های امپدانس و موت-شاتکی نشان داد که پس از ریزدانه سازی مقاومت پلاریزاسیون افزایش وچگالی حامل های بار کاهش می یابد. نتایج حاصل از آزمون های پلاریزاسیون پتانسیواستاتیک و ولتامتری چرخه ای نیز نشان داد که اگرچه تحت اعمال پتانسیل ثابت و چرخه های متناوب ولتامتری، خواص محافظتی لایه رویین می تواند تا حد زیادی برای نمونه های درشت دانه و ریزدانه بهبود یابد، اما برای نمونه ریزدانه لایه رویین مقاوم تری نسبت به نمونه درشت دانه تشکیل می شود.  در ارزیابی تاثیر ریزدانه سازی در محیط بازی 1/0 مولار هیدروکسید سدیم نتایج آزمون های الکتروشیمیایی نشان داد که نمونه های ریزدانه شده دارای پتانسیل خوردگی فعال تر و چگالی جریان خوردگی و رویین کمتری نسبت به نمونه درشت دانه هستند. از طرف دیگر، آزمون امپدانس حاکی از کاهش مقاومت پلاریزاسیون و آزمون موت شاتکی بیانگر افزایش چگالی حامل های بار نمونه های ریزدانه نسبت به نمونه درشت دانه بودند.  بررسی های مبتنی بر آزمون های پلاریزاسیون پتانسیواستاتیک و ولتامتری چرخه ای نیز نشان داد که برای نمونه ریزدانه، خواص محافظتی لایه رویین کمتر از نمونه درشت دانه تقویت می شود.          بررسی های مبتنی بر آزمون کشش و سختی نیز نشان داد که خواص مکانیکی می تواند تا حد زیادی تحت تاثیر ریزدانه سازی قرار گیرد.  به عنوان مثال، مقادیر استحکام تسلیم و استحکام کششی نهایی برای نمونه درشت دانه به ترتیب برابر با 299 و 469 مگاپاسکال بود. مقادیر استحکام پس از عملیات ترمومکانیکی تا حد قابل توجهی افزایش یافت، بطوریکه در کمترین دما و زمان آنیل تبلور مجدد، بیشترین مقادیراستحکام تسلیم (981 مگاپاسکال) و استحکام کششی نهایی (1158 مگاپاسکال) بدست آمد.

 

کلمات کلیدی: فولاد زنگ نزن فریتی 430، عملیات ترمومکانیکی، ریزدانه سازی، لایه رویین، آزمون های الکتروشیمیایی خوردگی


Abstract

The aim of this research is basically to investigate the effect of grain refinement on the electrochemical behavior of AISI 430 stainless steel. For this purpose, the steel was firstly grain-refined by a thermomechanical process including cold-rolling and annealing treatment. Then the electrochemical behaviors of fine-grained samples were compared with coarse-grained sample in two different media, i.e. 0.1 M HNO3 and 0.1 M NaOH. Thermomechanical process was done in three stages including initial annealing (3600 s at 1200 °C and then 7200 s at 770 °C), cold rolling up to 95% reduction in thickness, and finally short annealing at 700 °C and 800 °C for 20 s and 120 s. The microstructural evolutions were studied by X-ray diffraction (XRD), scanning (SEM) and transmission electron microscope (TEM). After the initial annealing, grain coarsening was occurred and the average grain size increased from about 40 μm for as-received sample to about 900 μm. Intense cold-rolling followed by short annealing, led to significant grain refinement. Microstructural observations showed that by the thermomechanical treatment the grain size reduced to about 50 nm (by a factor of 660). The texture variations were qualitatively indicated from the changes in intensity and width of the XRD pattern peaks. The results of electrochemical tests in acidic medium of 0.1 M HNO3 showed that the samples grain refined by thermomechanical treatment had more noble corrosion potential and lower corrosion and passive current density in comparison with the corresponding values of coarse-grained sample. In addition, the results of impedance and Mott-Schottky tests showed that after grain refinement, corrosion resistance increased and charge carrier density decreased, respectively. The results obtained by potentiostatic polarization and cyclic voltammetry also showed that although under constant applied potential and frequent cycles of voltammetry, protective properties of passive layer can be enhanced to a large extent, more resistive passive layer was formed on fine-grained sample than coarse-grained sample. On the evaluation of the effect of grain refinement in 0.1 M NaOH medium, the results of electrochemical tests showed that fine-grained samples had more active corrosion potential and lower corrosion and passive current density than coarse-grained sample. Moreover, impedance and Mott-Schottky tests were representative of decrease in polarization resistance and increase in charge carrier density of fine-grained sample in comparison with the coarse-grained sample. Investigations based on potentiostatic and cyclic voltammetry tests also showed that for fine-grained sample the protective properties of passive layer was less strengthen than that of the passive layer for coarse-grained sample. The tensile and hardness tests also showed that the mechanical properties can be greatly influenced by grain refinement. Important improvement in yield and tensile strength up to about 1000 and 1200 MPa, respectively, showed the capability of this alloy to attain nomination as an ultrahigh strength steel.

 

Keywords: AISI 430 ferritic stainless steel, Thermomechanical treatment, grain refinement, passive layer, electrochemical corrosion tests



رزومه علمي

مشخصات فردي:

نام و نام خانوادگي: سعید وفائیان

 

تاريخ تولد: 1362

 

سوابق تحصيلي:

كارشناسي ـ مهندسي مواد/متالورژی صنعتی ـ دانشگاه آزاد اسلامی واحد نجف آباد.

کارشناسی ارشد- مهندسی مواد/متالورژی استخراجی- دانشگاه صنعتی اصفهان.

دکترای تخصصی- مهندسی مواد- دانشگاه بوعلی سینا همدان.

آخرین مقالات علمی:

[1] S. Vafaeian, A. Fattah-alhosseini, Y. Mazaheri, M. Keshavarz, On the study of tensile and strain hardening behavior of a thermomechanically treated ferritic stainless steel, Materials Science and Engineering: A, (2016).

[2] S. Vafaeian, A. Fattah-alhosseini, M. Keshavarz, Y. Mazaheri, The influence of cyclic voltammetry passivation on the electrochemical behavior of fine and coarse-grained AISI 430 ferritic stainless steel in an alkaline solution, Journal of Alloys and Compounds, 677 (2016) 42-51.

[2] A. Fattah-alhosseini, S. Vafaeian, Influence of grain refinement on the electrochemical behavior of AISI 430 ferritic stainless steel in an alkaline solution, Applied Surface Science, 360 (2016) 921-928.

[4] A. Fattah-alhosseini, S. Vafaeian, Comparison of electrochemical behavior between coarse-grained and fine-grained AISI 430 ferritic stainless steel by Mott–Schottky analysis and EIS measurements, Journal of Alloys and Compounds, 639 (2015) 301-307.

[5] A. Fattah-alhosseini, S. Vafaeian, Passivation behavior of a ferritic stainless steel in concentrated alkaline solutions, Journal of Materials Research and Technology, 4 (2015) 423-428.

[6] A. Fattah-alhosseini, S. Vafaeian, Effect of solution pH on the electrochemical behaviour of AISI 304 austenitic and AISI 430 ferritic stainless steels in concentrated acidic media, Egyptian Journal of Petroleum, 24 (2015) 333-341.

 

 

اطلاعات تماس:

s.vafaeian91@basu.ac.ir