3Cr12 Ferritik Paslanmaz Çeliklerin Gaz Metal Ark Kaynağıyla Birleştirilmesinde İlave Tel Türünün Mikroyapı ve Mekanik Özelliklere Etkisinin Araştırılması

Year 2023, Volume: 26 Issue: 4, 1651 - 1660, 01.12.2023

Cemil Çetinkaya , Serhat Taşçı , Hakan Ada

https://doi.org/10.2339/politeknik.1392366

Cited By: 1

Abstract

3Cr12 ferritik paslanmaz çelikler, yapı çelikleri ile östenitik paslanmaz çelikler arasında bir korozyon direnci performansı sergilemekte olup, yapı çeliklerine yakın mekanik özellikleri ile bilinmektedir. Bu çalışmada farklı ilave teller ile birleştirilen 3Cr12 ferritik paslanmaz çelik malzemelerin kaynaklı birleştirme performansı araştırılmıştır. Çalışmada ilave tel olarak ER308LSi, ER309LSi ve ER316LSi kaynak telleri kullanılarak gaz metal ark kaynağı yöntemi ile birleştirilmiştir. Birleştirme işlemi sonrasında gerçekleştirilen görsel muayenede herhangi bir hata görülmemiştir. Birleştirmelerden alınan numunelerin yapısal karakterizasyonunu belirlemek için, numunelere makroyapı ve mikroyapı incelemeleri; mekanik karakterizasyonunu belirlemek için ise; çekme, sertlik ve eğme testleri uygulanmıştır. Makro incelemelerde; kaynak metali (KM) ve ısıdan etkilenen bölge (IEB) açıkça ayırt edilebilmektedir. Kaynak kalitesini ve mekanik özellikleri olumsuz etkileyebilecek boşluk, çatlak ve nüfuziyet eksikliği gibi hatalar görülmemiştir. Mikro incelemelerde ise KM ile ana metal arasındaki yapısal değişimler ile ergime - katılaşma çizgisi açıkça tespit edilmiştir. Çekme testlerinde, ER308LSi tel ile yapılan birleştirmenin % uzama, akma ve çekme mukavemeti değerlerinin diğer tellerle yapılan birleştirmelerden çok az seviyede daha iyi sonuçlar sergilemiştir. Sertlik testlerinde, ortalama sertlik değerleri yaklaşık olarak ana metalde 150 HV, IEB’de 300 HV, KM’de ise 190 HV ölçülmüştür. Eğme testlerinde ise kaynaklı birleştirmelerin, yaklaşık olarak malzeme kadar süneklik sergilediği tespit edilmiştir.

Keywords

Gaz metal ark kaynağı, ferritik paslanmaz çelik, 3Cr12, mikroyapı, mekanik özellikler

Investigation of the Effect of Additional Wire Type on Microstructure and Mechanical Properties in Joining 3Cr12 Ferritic Stainless Steels with Gas Metal Arc Welding

Abstract

3Cr12 ferritic stainless steels exhibit corrosion resistance performance intermediate between structural steels and austenitic stainless steels and are known for mechanical properties close to structural steels. In this study, the welded joint performance of 3Cr12 ferritic stainless steel materials joined with different addition wires was investigated. In the study, ER308LSi, ER309LSi and ER316LSi welding wires were used as additional wires and joined by the gas arc welding method. No errors were observed in the visual inspection performed after the joining process. Macrostructure and microstructure examinations were performed to determine the structural characterisation of the specimens, and tensile, hardness and bending tests were performed to determine the mechanical characterisation. In macro studies; weld metal (WM) and heat affected zone (HAZ) can be clearly distinguished. There are no defects such as gaps, cracks and lack of penetration that could negatively affect the weld quality and mechanical properties. In micro examinations, structural changes and the melting-solidification line between WM and the base metal were clearly identified. In tensile tests, the % elongation, yield and tensile strength values of the joints made with ER308LSi wire showed slightly better results than the joints made with other wires. In hardness tests, average hardness values were measured as approximately 150 HV in the base metal, 300 HV in HAZ, and 190 HV in WM. In bending tests, it was determined that welded joints exhibited approximately as much ductility as the material.

Keywords

Gas metal arc welding, ferritic stainless steel, 3Cr12, microstructure, mechanical properties

References

• [1] Mavi A. & Uzun G., “Dubleks 1.4462 paslanmaz çeliğin tornalanmasında kesme parametrelerinin işlenebilirlik üzerine etkisi”, Gazi University Journal of Science Part C: Design and Technology, 5 (3): 177-184, (2017).
• [2] ASM International Handbook Comittee, “Stainless steel”, Davis, J. R. (Editör), ASM, Ohio, 13-20, (1994).
• [3] Lippold J. C. ve Kotecki D. J., “Welding metallurgy and weldability of stainless steel”, John Wiley & Sons, New Jersey, 2-4, (2005).
• [4] Güraydın B. ve Ekici H., “Paslanmaz çelik yassı mamül temelleri”, (2. Baskı), Trinonix Metal San. ve Tic. A.Ş., Ankara, 57-73, (2021).
• [5] Loto R. T., “Study of the synergistic effect of 2-methoxy-4-formylphenol and sodium molybdenum oxide on the corrosion inhibition of 3CR12 ferritic steel in dilute sulphuric acid”, Results in Physics, 7: 769-776, (2017).
• [6] Marcus P., Olefjord I., “A round robin on combined electrochemical and AES/ESCA characterization of the passive films on Fe Cr and Fe Cr Mo alloys”, Corrosion Science, 28 (6): 589-602, (1988).
• [7] İnternet: Introduction to stainless steel. World Stainless. Web: https://www.worldstainless.org/about-stainless/what-are-stainless-steels/introduction-to-stainless-steels/ Erişim Tarihi: 16.05.2023.
• [8] İnternet: What Is Stainless Steel. British Stainless Steel Association. Web: https://bssa.org.uk/bssa_articles/what-is-stainless-steel/ Erişim Tarihi: 22.02.2023.
• [9] Lo K. H., Shek C. ve Lai J. K. “Recent developments in stainless steels”, Materials Science and Engineering R, 65(4-6): 40-91, (2009).
• [10] Baddoo N. “Stainless steel in construction: A review of research, applications, challenges and opportunities”, Journal of Constructional Steel Research, 64(11): 1199-1206, (2008).
• [11] İnternet: Paslanmaz Çelik Nedir? The European Stainless Steel Development Association. Web: https://www.cedinox.es/export/sites/cedinox/.galleries/publicaciones-tecnicas/What_is_Stainless_Steel_TR.pdf Erişim Tarihi: 14.03.2023.
• [12] Taban E., Deleu E., Dhooge A. ve Kaluc E., “Evaluation of dissimilar welds between ferritic stainless steel modified 12% Cr and carbon steel S355”, Welding Journal, 291-297, (2008).
• [13] Günay M. ve Meral T., "Kaplamalı ve kaplamasız karbür matkap ile ferritik paslanmaz çeliğin delinebilirlik analizi", Gazi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 5(2): 159-166, (2019).
• [14] Akinlabi E. T. ve Akinlabi S. A., “Characterising the effects of heat treatment on 3Cr12 and AISI 316 stainless steels”, International Journal of Materials and Metallurgical Engineering, 8(2): 266-271, (2014).
• [15] Warmelo M. V., Nolan D. ve Norrish J., “Mitigation of sensitisation effects in unstabilised 12%Cr ferritic stainless steel welds”, Materials Science and Engineering A, 464(1-2): 157-169, (2007).
• [16] Rossi B., “Mechanical behavior of ferritic grade 3Cr12 stainless steel—Part 1: Experimental investigations”, Thin-Walled Structures, 48(7): 553-560, (2010a).
• [17] Rossi B., “Mechanical behavior of ferritic grade 3Cr12 stainless steel - Part 2: Yield locus and hardening laws”, Thin - Walled Structures, 48(7): 540-552, (2010b).
• [18] İnternet: 3Cr12 technical data. Columbus Stainless. Web: www.columbusstainless.co.za (2007).
• [19] Kamble A. G. ve Rao R. V., “Effects of process parameters and thermo-mechanical simulation of GMAW process for welding of 3Cr12 steel. Advances in Materials and Processing Technologies”, 2(3): 377-400, (2016).
• [20] Madyira D. M., Kaymakci A. ve Nkwanyana N., “The effect of metal transfer modes on mechanical properties of 3CR12 stainless steel”, Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering. 44(2): 256-262, (2020).
• [21] Chaudhari P. D., More N. N., “Effect of welding process parameters on tensile strength” IOSR Journal of Engineering (IOSRJEN), 04(05): 01-05, (2014).
• [22] Taban E., Dhooge A., Kaluc E. ve Deleu E., “Effect of the consumable on the properties of gas metal arc welded EN 1.4003 type stainless steel”, Welding Journal, 213-221, (2012).
• [23] Klopper J.J., Laubscher R.F., Steuwer A., James M.N., “An investigation into the effect of weld technique on the residual stress distribution of 3CR12 (DIN 1.4003) built-up structural sections”, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L: Journal of Materials: Design and Applications, 225(3): 123-132, (2011).
• [24] Kahraman N., Gülenç B. ve Akça H., “Ark kaynak yöntemi ile birleştirilen ostenitik paslanmaz çelik ile düşük karbonlu çeliğin mekanik özelliklerinin incelenmesi”, Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 17 (2): 75-85, (2002).
• [25] İnternet: Kaynak telleri, tozları ve elektrotları ürün kataloğu. Kaynak Tekniği Sanayi ve Ticaret A.Ş. Web: https://www.lincolnelectric.com/tr-TR/Products/Filler-Metals/MIG-Wires-and-TIG-Rods?page=1 Erişim Tarihi: 17.06.2023.
• [26] Ada H., “API Borularının kaynaklı birleştirmelerinde kaynak parametrelerinin Taguchi Metodu ile optimizasyonu”, Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, 108-130, (2017).
• [27] Jungbacke N. G., “The influence of substitutional elements on the transformability of 3Cr12 steel”, Yüksek Lisans Tezi. University of Cape Town Faculty of Engineering, Cape Town. 5-17, (1996).
• [28] Keehan E., “Effect of microstructure on mechanical properties of high strength steel weld metals”, Doktora Tezi, University of Gothenburg Department of Experimental Physics, Gothenburg, 39-72, (2004).
• [29] Greeff M. L. ve Toit M. D., “Looking at the sensitization of 11–12% chromium EN 1.4003 stainless steels during welding”, Welding Journal, 243-251, (2006).
• [30] Meyer A. M. ve Toit M. D. “Interstitial diffusion of carbon and nitrogen into heat-affected zones of I1-12% chromium steel welds”, Welding Journal, 275-280, (2001).
• [31] Taban E., Deleu E., Dhooge A. ve Kaluc E., “Gas metal arc welding of modified X2CrNi12 ferritic stainless steel”, Kovove Materialy-Metallic Materials, 45(2): 67-74, (2006).
• [32] Taban E., Deleu E., Dhooge A. ve Kaluc E., “Submerged arc welding of thick ferritic martensitic 12Cr stainless steel with a variety of consumables”, Science and Technology of Welding and Joining, 13(4): 327-334, (2007).
• [33] Taban E., Eddy D., Dhooge A. ve Kaluc E., “Laser welding of modified 12% Cr stainless steel: Strength, fatigue, toughness, microstructure and corrosion properties”, Materials and Design, 30(4): 1193-2000, (2008).
• [34] Taban E., “Yapısal uygulamalar için geliştirilen modifiye 12 Cr ferritik paslanmaz çeliğinin özellikleri ve kaynak kabiliyeti”, Doktora Tezi, Kocaeli Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Kocaeli, 211-228, (2007).
• [35] Harman M., Ada H., Çetinkaya C., “Investigation of QStE 420 TM steel materials weldability using different basic electrodes by electric arc welding method”, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 37(4): 2041-2056, (2022).
• [36] Çetinkaya C., Ada H., Sezgin M., “Investigation of metallurgical and mechanical properties of apı 5l x70m, steels welded by flux cored arc welding method as orbital”, GU J Sci, Part C, 8(4): 981-995, (2020).
• [37] Harman M., Ada H. ve Çetinkaya C., “QSTE420TM çeliğinin TIG kaynak yöntemiyle kaynak edilmesinde ilave metal tel çapının metalurjik ve mekanik özelliklere etkisinin belirlenmesi”, Politeknik Dergisi, 23(3): 829-839, (2020).
• [38] Harman M., Ada H. ve Çetinkaya C., “QStE 420 TM çeliğinin MAG kaynak yöntemiyle kaynaklanmasında dolgu metali türünün metalürjik ve mekanik özelliklere etkisinin belirlenmesi”, Politeknik Dergisi, 23(2): 321-332, (2020).
• [39] Çetinkaya C., Kaya A., Arabacı U. ve Fındık T., “S235JR malzemeye uygulanan astar kaplamanın tozaltı ark kaynak kabiliyetine etkisi”, Politeknik Dergisi, 25(3): 1335-1348, (2022).