Multipass welding and thermal aging at 475° C of UNS S32750 superduplex stainless steel pipe

Superduplex stainless steels (SDSS) are steels widely used in the oil and gas industry due to their high mechanical strength and high corrosion resistance. These properties are due to the microstructural balance of approximately 50% for the ferrite and austenite phases present in the steel. When such material is subjected to welding and high temperature conditions which favor secondary phase precipitations, such properties are reduced as consequence of metallurgical changes. In this thesis, the multipass girth welding of UNS S32750 super duplex stainless steels thick wall pipes were joined by the GMAW process at different welding heat input levels: 0.5, 1.0 and 2.0 kJ/mm was evaluated. In addition, the 475°C aging phenomenon was studied, aiming to evaluate how the alpha prime (’) phase precipitation kinetics at this temperature would occur for different weld regions, considering fusion zone and base metal. Besides that, how this 475°C aging would affect the properties such as hardness and, especially, corrosion resistance of the welded joint. It was also studied how welding energy levels evaluated could affect the behavior of the aging phenomenon. After welding the pipes, the welded joints were characterized in as-welded condition and afterwards samples were heat treated at the temperature of 475 ° C for different exposure times: 100, 200 and 500 hours. Both conditions were analyzed by different microscopy techniques. Hardness and microhardness tests were performed to evaluate the evolution of the mechanical behavior. The corrosion resistance of the samples was also evaluated by electrochemical and immersion tests. It was observed that in this temperature range ’ phases were precipitated and for the longer time (500 h) the formation of R phase also occurred. It was possible to identify a great difference in the precipitation kinetics of these secondary phases for the regions of the weld (HAZ and FZ) when compared with the base metal (BM). The welding heat input has influenced the precipitation kinetics and the performance of the welded joint, being experimentally proved that the lower the welding heat input used the higher will be the intensity of α ' phase and phase R precipitation. This behavior is related to some factors, among them, the differences in chemical composition, especially concerning the Ni content, the higher amount of ferrite in the weld metal, the nano chemistry inhomogeneity associated with microsegregation, and residual stresses that will also affect the chemical reactivity.Os aços inoxidáveis superduplex (AISD) são aços bastante utilizados na indústria de petróleo e gás, devido sua alta resistência mecânica e alta resistência à corrosão. Essas propriedades devem-se ao balanço microestrutural de aproximadamente 50% para as fases ferrita e austenita presentes no aço. Quando esse material é submetido a soldagem e a condições de temperatura que favorecem precipitações de fases secundárias, tais propriedades são reduzidas e afetam a metalurgia do AISD. Neste trabalho a soldagem multipasse de tubos de parede grossa de AISD UNS S32750 que foram soldados pelo processo MIG/MAG em diferentes níveis de energia: 0,5, 1,0 e 2,0 kJ/mm foi avaliada. Além disso, foi estudado o fenômeno de envelhecimento à 475°C nas juntas soldadas para avaliar como a cinética de precipitação de fases nessa condição de temperatura iria ocorrer para diferentes regiões do material soldado e como tal alteração afetaria as propriedades como dureza e, principalmente, resistência à corrosão. Também foi estudado como os níveis de energia de soldagem avaliados poderiam afetar o comportamento do fenômeno de envelhecimento. Após a soldagem dos tubos, as juntas soldadas foram caracterizadas na condição como soldada e, posteriormente amostras foram tratadas termicamente na temperatura de 475°C por diferentes tempos de exposição: 100, 200 e 500 horas. Ambas as condições foram analisadas por diferentes técnicas de microscopia. Foram realizados ensaios de dureza e microdureza para avaliar a evolução do comportamento mecânico. A resistência à corrosão das amostras também foi avaliada por técnicas eletroquímicas e de imersão. Percebeu-se que nesta faixa de temperatura foram precipitadas as fases alfa linha (α’) e, para tempos mais longos houve ainda a formação da fase R. Foi possível identificar uma grande diferença na cinética de precipitação destas fases secundárias para as regiões da solda (ZAC e ZF) quando comparadas com o metal de base (MB). Foi observado que a energia de soldagem tem influência na cinética de precipitação e na performance da junta soldada, sendo comprovado experimentalmente que quanto menor a energia de soldagem utilizada maior a intensidade de precipitação das fases alfa linha (α’) e fase R, e que esse comportamento está relacionado à alguns fatores, dentre os quais, à diferença de composição química, em especial ao teor de Ni, à maior quantidade de ferrita no metal de solda, à heterogeneidade química da ferrita na solda em nível nanométrico, e à tensões residuais que irão afetar a reatividade química