Kimyasal Bileşimin Paslanmaz Çelik Kaplamaların Mekanik ve Korozyon Özelliklerine Etkisi

Öz

Paslanmaz çelikler yüzeyinde bulunan yoğun, tok ve çok ince olan krom oksit (Cr2O3) tabakası pasifleşerek oksidasyon ve korozyon oluşumunu engellemektedir. Paslanmaz çeliklerin gruplarından olan östenitik paslanmaz çelik kaynak işlemine uygundur. Korozyona dayanımlarından dolayı gemi pervanesi şaftı üretiminde östenitik paslanmaz çelikler seçilmekte ve kaynak işlemlerinde TIG kaynağı tercih edilmektedir. Bu çalışmada, gemi pervane şaftı için tüm malzemenin paslanmaz çelik olması yerine alternatif üretim olarak orta karbonlu çelik şaft üzerine kaplama yapılmıştır. Farklı kimyasal içeriğe sahip olan 308L ve 316L östenitik paslanmaz çelik tellerin TIG kaynağı ile farklı akımlar (140 A, 160 A ve 180 A) kullanılarak S235JR çelik altlığın üzerine kaplama yapılmıştır. Kaplama işlemi sırasında hem kimyasal içeriğin farklı olması hem de üç farklı akım değerinin kullanılması ile mekanik ve korozyon özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Farklı parametrelerde oluşturulan kaplamalar hem kesit hem de yüzeyden incelenmiştir. Mikrosertlik sonuçlarına göre 308L paslanmaz çelik ile oluşturulan kaplamalarda 316L paslanmaz çelik numunelere göre en yüksek sertlikler elde edilmiştir. Akım değerlerindeki değişimler sertlik değerlerini kesitte çok fazla etkilemediği görülürken, yüzeyden yapılan sertlik ölçümlerinde en yüksek sertlikler 180 A ile oluşturulan kaplamalarda elde edilmiştir. Mikroyapı incelemeleri, Cr - Ni eşdeğerlilik hesabı ile Schaeffler diyagramı yardımı sonucunda kaplama mikroyapısının ferritik ve östenitik yapıda olduğu görülmüştür. Ferrit oranın artması sertlik değerini arttırdığı anlaşılmıştır. Ayrıca kaplamaların korozyon testi sonucunda 308L paslanmaz çelik kaplama numunelerinde akım değeri arttıkça korozyon hızı azalmıştır, ancak 316L paslanmaz çelik ile kaplanmış numunede de akım değeri arttıkça korozyon hızı artmıştır. Korozyon testi sonucunda 88 kodlu numunenin en yüksek korozyon direncine sahip olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• 308L
• 316L
• Korozyon
• Sertlik
• Mikroyapı.

Effect of Chemical Composition on Mechanical and Corrosion Properties of Stainless Steel Coatings

Abstract

The dense, tough and very thin chromium oxide (Cr2O3) layer on the surface of stainless steels becomes passive and prevents the formation of oxidation and corrosion. Austenitic stainless steel, which is one of the groups of stainless steels, is suitable for welding. Austenitic stainless steels are chosen in the production of ship propeller shafts due to their corrosion resistance and TIG welding is preferred in welding processes. In this study, instead of all material being stainless steel for the ship propeller shaft, a medium carbon steel shaft was plated as an alternative production. TIG welding of 308L and 316L austenitic stainless steel wires with different chemical content, using different currents (140 A, 160 A and 180 A), was coated on the S235JR steel substrate. During the coating process, the effects of both the different chemical content and the use of three different current values on the mechanical and corrosion properties were investigated. The coatings formed in different parameters were examined from both the cross-section and the surface. According to the microhardness results, the highest hardness was obtained in the coatings formed with 308L stainless steel compared to 316L stainless steel samples. While it was observed that the changes in the current values did not affect the hardness values much in the section, the highest hardnesses were obtained in the coatings formed with 180 A in the hardness measurements made from the surface. As a result of microstructure investigations, Cr - Ni equivalence calculation and Schaeffler diagram, it was seen that the coating microstructure was ferritic and austenitic. It was understood that the increase in the ferrite ratio increased the hardness value. In addition, as a result of the corrosion test of the coatings, the corrosion rate decreased as the current value increased in the 308L stainless steel coating samples, but the corrosion rate increased as the current value increased in the 316L stainless steel coated sample. As a result of the corrosion test, it was seen that the sample coded 88 had the highest corrosion resistance.

Keywords

• 308L
• 316L
• Corrosion
• Hardness
• Microstructure

Kaynakça

1. [1] Türkan, M., ‘’Kaynaklı ve Kaynaksız Ostenitik Paslanmaz Çeliklerin Korozif Ortamlardaki Çekme Davranışları,’’ Pamukkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makina Mühendisliği Anabilim Dalı, Denizli, 2013.
2. [2] Yüksel, M., Malzeme Bilgisi, Cilt 1, TMMOB Makina Mühendisleri Odası, Ankara, 2001.
3. [3] Murat, M, G., ‘’Savunma Sanayinde Kullanılan 420 ve 304L Paslanmaz Çeliklerin TIG Kaynağı Sonrası Korozyon ve Mekanik Özelliklerinin İncelenmesi,’’ Kırıkkale Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Savunma Teknolojileri Anabilim Dalı, Kırıkkale, 2018.
4. [4] Gökmen, M., ‘’Paslanmaz Çeliklerin Gazaltı Kaynak Yöntemleri ile Kaynağında Koruyucu Gaz ve İlave Metalin Mekanik Özelliklere Etkisi,’’ Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Metal Eğitimi Anabilim Dalı, Sakarya, 2009.
5. [5] Köse, C., and Kaçar R., "The effect of preheat & post weld heat treatment on the laser weldability of AISI 420 martensitic stainless steel." Materials & Design 64: 221-226, 2014.
6. [6] Öcal, M., ‘’AISI 316L Östenitik Paslanmaz Çeliğin Korozyonlu Yorulma, Termal Çevrim ve Darbeli Aşınma Davranışlarına Farklı Kaplamaların Etkisi,’’ Atatürk Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Erzurum, 2020.
7. [7] Sarıtaş Çelik, ‘’Paslanmaz Çeliklerin İç Yapı ve Türleri,’’ Sarıtaş Çelik, İstanbul, 2012.
8. [8] Nevcanoğlu, A., ‘’TIG Kaynağı Yöntemi ile Birleştirilmiş Inconel 718 Süper Alaşım Malzemenin Kaynak Sonrası Özelliklerinin İncelenmesi,’’ Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Anabilim Dalı, İstanbul, 2019.

9. [9] Durgutlu, A., Kahraman, N., Gülenç, B., Bakır ve Çelik Levhaların Örtülü Elektrod ve TIG Kaynak Yöntemleri ile Birleştirilmesi ve Arayüzey Özelliklerinin İncelenmesi, Gazi Üniversitesi. Müh. Mim. Fak. Der., V. 20 (2): s 183-190, 2005.
10. [10] Althouse, A.D., Turnquist, C.H., Bowditch, W.A., Bowditch, K.E., Gas Tungsten Arc Welding, Modern Welding, Goodheart-Willcox Pub., p327- 328, 1999.
11. [11] Emet, A. O., ‘’Lazer ve TIG Kaynağı İle Birleştirilmiş AISI 304 Paslanmaz Çeliklerin Mekanik Özelliklerinin ve Gerilmeli Korozyon Davranışının İncelenmesi,’’ Celal Bayar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Manisa, 2019.
12. [12] Sabzi, H. E., Maeng, S., Liang, X., Simonelli, M., Aboulkhair, N. T., & Rivera-Díaz-del-Castillo, P. E., Controlling crack formation and porosity in laser powder bed fusion: Alloy design and process optimisation. Additive Manufacturing, 34, 101360, 2020.
13. [13] Hull, F. C. Delta ferrite and martensite formation in stainless steels. Welding journal, 52(5), 193, 1973.
14. [14] Feng, Y., Luo, Z., Liu, Z., Li, Y., Luo, Y., & Huang, Y. Keyhole gas tungsten arc welding of AISI 316L stainless steel. Materials & Design, 85, 24-31, 2015.
15. [15] Tümer, M., ‘’Koruyucu Gaz Kompozisyonunun Özlü Tel Ark Kaynak Yöntemi İle Birleştirilen Paslanmaz Çeliklerin Mekanik Ve Mikroyapı Özelliklerine Etkisi,’’ Sakarya Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Metal Eğitimi Anabilim Dalı, Sakarya, 2012.
16. [16] Rajani, H. Z., Torkamani, H., Sharbati, M., & Raygan, S. Corrosion resistance improvement in Gas Tungsten Arc Welded 316L stainless steel joints through controlled preheat treatment. Materials & Design, 34, 51-57, 2012.
17. [17] Lippold J. C, Kotecki D. J., Welding metallurgy and weldability of stainless steels. John Wiley&Sons, Amerika, 8-16, 2005.
18. [18] Fukumoto, S., Fujiwara, K., Toji, S., & Yamamoto, A. Small-scale resistance spot welding of austenitic stainless steels. Materials Science and Engineering: A, 492(1-2), 243-249, 2008.
19. [19] Odabaş, C., Paslanmaz Çelikler, As Kaynak Yayınları, s66-67, İstanbul, 2002.
20. [20] Nishimoto, K., “Fundamentals of stainless steel welding” Part 1 - Structures of stainless steel welds, Welding International 15 (1), 74-80, 2001.
21. [21] Gözütok, E., Paslanmaz çeliklerin TIG kaynağında argon-hidrojen gaz karışımının kaynaklı birleştirmenin mekanik ve mikroyapı özelliklerine etkisi, MS thesis. Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009.
22. [22] 2022, Wikimedia Commons, (Online), Available: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diagramme_schaeffler.svg
23. [23] AghaAli, I., Farzam, M., Golozar, M. A., & Danaee, I. (2014). The effect of repeated repair welding on mechanical and corrosion properties of stainless steel 316L. Materials & Design, 54, 331-341, (1980-2015).