Effect of Boron Addition on Corrosive Wear Behaviour of AISI 1040 Steel

Öz

In this study; The corrosive wear behaviour of 1040 quality steels produced with the addition of boron in different proportions (3-15-30 ppm) was investigated. With this study, it is aimed to increase the wear resistance of steels exposed to abrasion in corrosive environment and to determine the maximum amount of boron that can be added under these conditions. In this context, 1040 grade commercial steels with different proportions of boron were subjected to corrosive wear tests under three different loads (10, 20 and 40N) in 3.5% sodium chloride (NaCl) solution to determine their corrosive wear behaviour. Subsequently, surface profilometry studies were conducted to determine volumetric losses after wear tests. Finally utilizing a scanning electron microscope images of worn surfaces for wear characteristics were determined. In the studies carried out, boron added up to 15 ppm in 1040 quality steels showed a positive effect in terms of mechanical and tribological properties, but after this rate, it had a negative effect.

Anahtar Kelimeler

• Boron
• AISI 1040
• Corrosive wear

1040 Kalite Çeliğin Korozif Aşınma Davranışına Farklı Oranlarda İlave Edilen Borun Etkisi

Öz

Bu çalışmada; farklı oranlarda (3-15-30 ppm) bor ilavesi ile üretilen 1040 kalite ıslah çeliklerinin korozif aşınma davranışları incelenmiştir. Yapılan çalışma ile korozif ortamda aşınmaya maruz kalan çeliklerin aşınma dayanımının arttırılması ve bu şartlar altında ilave edilebilecek maksimum bor miktarının belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, farklı oranlarda bor ilave edilen 1040 kalite ticari çelikler, korozif aşınma davranışlarının belirlenmesi amacıyla %3,5 sodyum klorür (NaCl) çözeltisi içerisinde, 10,20 ve 40N olmak üzere üç farklı yük altında korozif aşınma testlerine tabi tutulmuşlardır. Sonrasında aşınma sonrası hacimsel kayıpları belirlemek için yüzey profilometresi çalışmaları yapılmıştır. Son olarak aşınmış yüzey görüntüleri için taramalı elektron mikroskobundan faydalanılarak aşınma karakteristikleri belirlenmiştir. Yapılan çalışmalarda 1040 kalite çeliklerde 15 ppm’e kadar ilave edilen bor, mekanik ve tribolojik özellikler açısından pozitif etki gösterirken bu orandan sonra negatif etki göstermiştir.

Anahtar Kelimeler

• Bor
• AISI 1040
• Korozif aşınma

Kaynakça

1. [1] Çarboğa C. Düşük karbonlu çeliklere bor ilavesinin mikroyapı ve mekanik özellikler üzerine etkisi. Doktora Tezi 2010; Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
2. [2] Wang Z, Li Y, Wang G, Liu H. Effects of boron content on the microstructure and mechanical properties of twin-roll strip casting borated steel sheets. Mater. Sci. Eng. A 2020; 793, 1-14.
3. [3] Murathan ÖF, Kocatepe K, Erdoğan M. The effect of high boron additions on the microstructure of cast steel. Bor Dergisi 2020; 5(2), 108-114.
4. [4] Musa M, Mohammed AG, Muhammad A. Wear properties of boron added high strength low alloy (HSLA) SAE 8620 steel. Journal of Metals, Materials and Minerals 2018; 28 (1), 22-29.
5. [5] Wang XM, He XL. Effect of boron addition on structure and properties of low carbon bainitic steels. ISIJ Int. 2002; 42, 621-633.
6. [6] He B, Xiu W, Huang M. Effect of boron on bainitic transformation kinetics after ausforming in low carbon steels. J. Mater. Sci. Technol. 2017; 33 (12), 1494-1503.
7. [7] Frydman S, Letkowska B. Properties of boron steel after different heat treatments. IX International Congress Machines, Technolоgies, Materials 2012; 72–74.
8. [8] Aydın E. Isıl işlem parametrelerinin bor katkılı östenitik çelik üzerine etkisi. Yüksek Lisans 2011; İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.

9. [9] Turkan, N. Bor alaşımlı çelikler ve yüksek zorlamalara karşı kullanılan bor alaşımlı yeni semantasyon çelikleri. Bilimsel Madencilik Dergisi 1963; 3 (11), 743–748.
10. [10] Uzunsoy D. Investigation of dry sliding wear properties of boron doped powder metallurgy 316L stainless steel. Mater. Des. 2010; 31, 3896-3900.
11. [11] Aksoy T. Farklı oranlarda bor ilavesinin 4140 çeliğinin korozif aşınma özelliklerine etkisinin incelenmesi. Yüksek Lisans 2019; Karabük Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Karabük.
12. [12] Reyes AE, Guerrero GA, Alvarez FF, Alcala JFC, Salinas A, Figueroa IA, Rodriguez GL. Influence of the as-cast and cold rolled microstructural conditions over corrosion resistance in an advanced TWIP steel microalloyed with boron. J. Mater. Res. Technol. 2020; 9(3), 4034-4043.
13. [13] Çarboğa C, Kurt B, Dal S. Investigation of wear and microstructure properties of AISI 1040 steel with different boron content. UDCS’ 19 Fourth International Iron and Steel Symposium 2019; 482-484.
14. [14] Fountain RW, Chipman J. Solubility and Precipitation of Boron Nitride in Iron-Boron Alloys. Transactions Of The Metallurgical Society of AIME 1962; 224, 599–606.
15. [15] Karlsson L, Nordén H, Odelius, H. Non-equilibrium grain boundary segregation of boron in austenitic stainless steel—I. Large scale segregation behaviour. Acta Metall. Sinica 1988; 36 (1), 1–12.
16. [16] Morral JE, Cameron TB. A model for ferrite nucleation applied to boron hardenability. Metall. Trans. A 2007, 8 (11), 1817–1819.
17. [17] Özcan MM. Mikroalaşımlı ve sementasyon çeliklerinin yorulma davranışlarının incelenmesi. Yüksek Lisans 2005; İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
18. [18] Cheng YF, Wilmott M, Luo JL. Role of chloride ions in pitting of carbon steel studied by the statistical analysis of electrochemical noise. Appl. Surf. Sci. 1999; 152 (3), 161–168.