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  1. NTU Theses and Dissertations Repository
  2. 工學院
  3. 材料科學與工程學系
請用此 Handle URI 來引用此文件: http://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/16017
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dc.contributor.advisor陳鈞(Chun Chen)
dc.contributor.authorHsien-An Chuen
dc.contributor.author朱顯安zh_TW
dc.date.accessioned2021-06-07T17:58:12Z-
dc.date.copyright2012-08-19
dc.date.issued2012
dc.date.submitted2012-08-10
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dc.identifier.urihttp://tdr.lib.ntu.edu.tw/jspui/handle/123456789/16017-
dc.description.abstract本實驗係針對兩種不同硫含量之CF8不銹鋼 (CF8-L與CF8-H),以氬銲銲接製程進行Alloy 52M鎳基合金之覆銲。使用Alloy 52M直接覆銲至CF8-L (0.006 wt.% S) 基材上,於兩者銲接界面附近可觀察到凝固熱裂。這些裂紋多發生在高稀釋率位置,例如單道次銲道之起始與銲接終止處,以及多道次銲道的第一、二銲道最容易產生裂紋。實驗結果亦顯示:高稀釋率與共晶組織 (NbC(N)-γ、Laves-γ) 的生成,對於Alloy 52M覆銲層熱裂敏感性有很大的影響。實際覆銲過程中,在覆銲Alloy 52M前先行覆銲309LMo不銹鋼緩衝層,可有效消除熱裂縫。
以氬銲銲接法在CF8-H (0.14 wt.% S) 基材上直接覆銲Alloy 52M,結果發現有源自CF8-H的硫遷移至Alloy 52M覆銲層而導致熱裂現象。若直接覆銲Alloy 52M於CF8-H不銹鋼,則產生嚴重熱裂。為了降低熱裂敏感性,在覆銲Alloy 52M之前,先覆銲308L不銹鋼作為緩衝層,發現熱裂紋主要在緩衝層與Alloy 52M之銲接界面附近生成,凝固晶界上形成之Fe-Ni-S-γ、NbC(N)-γ以及Laves-γ共晶組織,為造成銲接界面附近較高程度覆銲熱裂生成之主因。
zh_TW
dc.description.abstractIn this study, the gas tungsten arc welding process was used to perform overlay welding of Alloy 52M (a nickel-based filler metal) onto CF8 stainless steels consisted of either 0.006 wt.% (CF8-L) or 0.14 wt.% (CF8-H) sulfur. While direct depositing Alloy 52M on CF8-L substrate, hot cracking in the overlay was observed, in particular, near the weld interface between the Alloy 52M overlay and the CF8-L substrate of the weld overlay. Overall, the hot cracks were most likely to occur at the sites with high dilution rates, e.g., at the weld start/end locations of a single pass or in the first and second passes in multi-pass overlays. It was found that the dilution rate and the formation of eutectic-type constituents (NbC(N)-γ and Laves-γ) both played significant roles in affecting the hot cracking susceptibility of these weld overlays. Nevertheless, hot cracks could be eliminated by proper deposition of a 309LMo buffer layer prior to overlaying with Alloy 52M.
Furthermore, overlay welding of Alloy 52M on a high-S CF8 stainless steel, e.g., CF8-H, was also performed using the same welding process. Hot cracking of such weld overlays was strongly influenced by the S content of the CF8-H substrate. Severe hot cracking was noticed when Alloy 52M was directly overlaid on the CF8-H substrate. To lower the cracking susceptibility, ER 308L was deposited on the CF8-H substrate as a buffer layer before the subsequent deposition of Alloy 52M. Under such circumstances, hot cracks were still present with reduced size. These cracks were most likely to initiate at the weld interface between the 308L buffer layer and the Alloy 52M overlay. The formation of Fe-Ni-S-γ, NbC(N)-γ and Laves-γ eutectic-type constituents at the solidification boundaries could account for the hot cracking near the weld interface. Besides, the fracture surface of the Alloy 52M overlay was covered with coral-like Fe-Ni-Mn sulfide.
en
dc.description.provenanceMade available in DSpace on 2021-06-07T17:58:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 2012
en
dc.description.tableofcontents口試委員會審定書i
致謝ii
中文摘要iii
英文摘要iv
目錄v
圖目錄vii
表目錄x
第一章 前言 1
第二章 文獻回顧 2
2-1 不銹鋼之發展歷史2
2-2 沃斯田鐵系不銹鋼3
2-3 沃斯田鐵系不銹鋼銲接特性3
2-4 沃斯田鐵系不銹鋼凝固行為4
2-5 沃斯田鐵系不銹鋼凝固組織形貌4
2-6 沃斯田鐵系不銹鋼凝固組織成份分析7
2-7 銲接再熱對肥粒鐵量之影響7
2-8 銲道肥粒鐵量及磷、硫含量對銲道熱裂之影響12
2-9 肥粒鐵量 (FN) 的量測13
2-10 熱裂性對應指標22
2-11 銲接熱裂22
2-12 氬銲銲接 (gas tungsten arc welding)23
2-13 肥粒鐵組織對不銹鋼銲接熱裂之影響31
2-14 異質銲接稀釋程度對應熱裂性之影響31
第三章 實驗方法40
3-1 實驗材料40
3-2 氬銲製程參數40
3-3 銲接程序40
3-4 金相觀察40
3-5 成份分析 (SEM觀察及EPMA定量分析)44
3-6 磁性量測44
3-7 測量母材與銲道稀釋率方法44
3-8 拉伸試驗44
3-9 微硬度量測44
3-10 熱差分析 (Differential thermal analysis) 44
第四章 結果與討論47
4-1 Alloy 52M/CF8-L銲件顯微組織分析47
4-2 Alloy 52M/CF8-H銲件顯微組織分析65
4-3 Alloy 52M/309LSi/CF8-H銲件顯微組織分析76
4-4 Alloy 52M/308L/CF8-H銲件顯微組織分析77
第五章 結論106
第六章 參考文獻108
圖目錄
圖 2-1 Fe-Cr-Ni擬三元相圖5
圖 2-2 Fe-Cr-Ni擬二元相圖5
圖 2-3 沃斯田鐵系不銹鋼凝固模式及形貌6
圖 2-4 AF凝固模式顯微組織8
圖 2-5 FA凝固模式顯微組織8
圖 2-6 不同凝固模式其Cr、Ni元素分布情形9
圖 2-7 不同凝固模式晶界處Cr、Ni元素分佈情形10
圖 2-8 308不銹鋼銲道經1000℃熱處理,其肥粒鐵量隨加熱時間變化情形11
圖 2-9 再熱固溶之肥粒鐵量變化情形14
圖 2-10 銲道再熱區金相組織15
圖 2-11 銲道再熱區最高溫度及熱循環次數對肥粒鐵量之影響15
圖 2-12 磷、硫總含量其肥粒鐵量對銲道熱裂性之影響16
圖 2-13 磷、硫總含量及Creq/Nieq當量數對熱裂性之影響16
圖 2-14 不銹鋼磷、硫總含量及對應之凝固模式,其熱裂敏感性17
圖 2-15 雜質對不銹鋼熱裂縫長度之變化17
圖 2-16 不銹鋼Creq/Nieq當量對銲接性之區域圖18
圖 2-17 Schaeffler Diagram19
圖 2-18 Delong Diagram20
圖 2-19 WRC–1992 Constitution Diagram21
圖 2-20 不銹鋼脆化溫度範圍對應裂縫密度情形25
圖 2-21 不銹鋼脆化溫度範圍,Creq/Nieq當量及熱裂敏感性關係25
圖 2-22 銲接熱裂分類26
圖 2-23 Generalized Theory階段示意圖27
圖 2-24 氬銲設備結構28
圖 2-25 合金元素對銲接後鎢棒耗損影響30
圖 2-26 鎢電極末端形狀對應熱量分佈及銲道熔深之關係30
圖 2-27 Alloy 600/SUS347 稀釋程度對應熱裂臨界應變變化圖33
圖 2-28 Alloy 625/SUS304稀釋程度對應熱裂性變化曲線33
圖 2-29 鎳基合金銲道熱裂縫金相組織34
圖 2-30 Alloy 52M覆銲位置示意圖36
圖 2-31 Alloy 52M覆銲破裂位置示意圖36
圖 2-32 功率比率及銲道稀釋率對應熱裂縫分佈圖37
圖 2-33 覆銲製程稀釋圖37
圖 2-34 不同304基材其Si、S含量對稀釋率影響38
圖 2-35 鐵含量對Nb偏析變化圖38
圖 2-36 改善覆銲Alloy 52M示意圖39
圖 2-37 建議覆銲程序示意圖39
圖 3-1 變頻式直流氬銲機TIG-350/500EP 42
圖 3-2 本實驗銲接程序示意圖43
圖 3-3 稀釋率示意圖45
圖 3-4 本實驗之平板拉伸試片規格 (ASTM E8M-04)45
圖 4-1 CF8-L三軸方向金相圖50
圖 4-2 熱差分析結果51
圖 4-3 309LSi銲材以不同送線速度進行覆銲,其銲道外觀照片53
圖 4-4 309LSi銲材以不同送線速度覆銲在CF8-L界面金相照片54
圖 4-5 309LMo覆銲層上視巨觀外觀照片55
圖 4-6 309LMo銲材以三種不同送線速度進行覆銲,銲件橫截面外觀56
圖 4-7 使用309LMo進行覆銲,覆銲層內銲道再熱區金相57
圖 4-8 Alloy 52M覆銲層上視巨觀外觀照片58
圖 4-9 CF8-L覆銲不同銲材橫截面照片59
圖 4-10 CF8-L覆銲試件不同區域金相組織61
圖 4-11 覆銲層金相組織及不同位置成分分析62
圖 4-12 Alloy 52M/CF8-L裂縫照片63
圖 4-13 Alloy 52M/CF8-L熱裂縫破斷面照片64
圖 4-14 不同位置熱裂縫破斷面照片66
圖 4-15 Alloy 52M/CF8-L覆銲銲件68
圖 4-16 Alloy 52M銲道熱裂縫照片69
圖 4-17 覆銲件之硬度分布圖71
圖 4-18 Alloy 52M/CF8-H之巨觀 (上視圖) 照片72
圖 4-19 Alloy 52M/CF8-H不同送線速度橫截面照片73
圖 4-20 Alloy 52M/CF8-H熱裂縫照片74
圖 4-21 Alloy 52M/CF8-H熱裂縫破斷面照片75
圖 4-22 Alloy 52M/309LSi/CF8-H上視圖78
圖 4-23 Alloy 52M/309LSi (送線速度1050 mm/min)/CF8-H金相照片79
圖 4-24 Alloy 52M/309LSi (送線速度1250 mm/min)/CF8-H金相照片80
圖 4-25 位在Alloy 52M裂縫尖端處顯微組織81
圖 4-26 Alloy 52M銲道照片82
圖 4-27 為對照圖4-26標記A, B, C,與D位置EDS spectrum84
圖 4-28 Alloy 52M/309LSi熱裂縫破斷面照片85
圖 4-29 Alloy 52M/309LSi熱裂縫86
圖 4-30 Alloy 52M/309LSi熱裂縫88
圖 4-31 Alloy 52M/309LSi/CF8-H覆銲之試片硬度分佈90
圖 4-32 Alloy 52M/308L覆銲件之裂縫91
圖 4-33 308L及Alloy 52M界面微裂縫照片92
圖 4-34 Alloy 52M覆銲層凝固組織晶界之Laves phase94
圖 4-35 Alloy 52M覆銲層凝固組織邊界白色相之mapping96
圖 4-36 Alloy 52M/308L熱裂縫破斷面97
圖 4-37 308L熱裂縫98
圖 4-38 歐傑電子能譜儀表面定性分析100
圖 4-39 巨觀金相101
圖 4-40 不同位置金相組織103
圖 4-41 覆銲層金相組織104
圖 4-42 Alloy 52M/308L/CF8-H覆銲試片之硬度分佈105

表目錄
表 2-1 氬銲銲接各種金屬遮護氣體選用表29
表 2-2 鎢電極與適用電流之關係29
表 2-3 不同鎳基合金銲道改變熱輸入量熱裂性比較35
表 3-1 實驗材料之化學成分 (wt.%)41
表 3-2 拉伸試片代號說明46
表 4-1 常溫 (25℃) 全銲道試件拉伸機械性質49
表 4-2 四種純銲線TS、TL及固液兩相溫度差 (△T)52
表 4-3 EPMA分析 (圖4-14 (b) 中A區域)67
表 4-4 EPMA分析 (分析位置為圖4-16 A, B, C)70
表 4-5 SEM/EDS分析不同區域 (分析位置為圖4-26 A, B, C與D區域)83
表 4-6 SEM/EDS不同位置分析 (圖4-29中a, b, c與d位置)87
表 4-7 SEM/EDS不同位置分析 (圖4-30中e, f, g, h, i與j位置)89
表 4-8 SEM/EDS成分分析 (圖4-33 A, B, C區域)93
表 4-9 EPMA分析 (圖4-34 (b)中D及E點)95
表 4-10 SEM/EDS分析 (位置為圖4-37 F, G及H點)99
dc.language.isozh-TW
dc.subject共晶組織zh_TW
dc.subjectCF8不銹鋼zh_TW
dc.subjectAlloy 52Mzh_TW
dc.subject熱裂縫zh_TW
dc.subjectCF8 stainless steelen
dc.subjectEutectic constituentsen
dc.subjectHot crackingen
dc.subjectAlloy 52Men
dc.titleCF8與Alloy 52M異材覆銲之熱裂研究zh_TW
dc.titleHot cracking of CF8-Alloy 52M weldsen
dc.typeThesis
dc.date.schoolyear100-2
dc.description.degree碩士
dc.contributor.coadvisor蔡履文(Leu-Wen Tsay)
dc.contributor.oralexamcommittee薛人愷(Ren-kae Shiue)
dc.subject.keywordCF8不銹鋼,Alloy 52M,熱裂縫,共晶組織,zh_TW
dc.subject.keywordCF8 stainless steel,Alloy 52M,Hot cracking,Eutectic constituents,en
dc.relation.page110
dc.rights.note未授權
dc.date.accepted2012-08-13
dc.contributor.author-college工學院zh_TW
dc.contributor.author-dept材料科學與工程學研究所zh_TW
顯示於系所單位:材料科學與工程學系

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