Patlamalı kaynak yöntemi ile üretilen grade a gemi sacı-paslanmaz çelik kompozitlerin mikroyapı, mekanik ve korozyon özelliklerinin incelenmesi
An investigation into the microstructure, mechanical and corrosion properties of grade a ship steel-stainless steel composites produced by explosive welding method
Yazar: YAKUP KAYA
Danışman: PROF. DR. NİZAMETTİN KAHRAMAN
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, Grade A gemi sacına paslanmaz çelik levhalar (AISI 430 Ferritik,  AISI 316L Östenitik, AISI 420 Martenzitik, AISI 2304 Dubleks Paslanmaz Çelik) patlamalı kaynak yöntemi ile birleştirilerek/kaplanarak, Grade A-paslanmaz çelik kompozit levhalar üretilmiştir. Üretilen Grade A-paslanmaz çelik kompozitlerin birleştirme arayüzeyi karakterizasyonu, optik mikroskop çalışmaları ile incelenmiştir. Kompozit malzemelerin mekanik özelliklerini belirlemek için ise; çentik darbe, çekme-makaslama, 180º eğme, 180º ve 360º burulma testleri ve mikrosertlik çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, çentik darbe deneyi sonucu kırılan numunelerin yüzeyleri SEM çalışmaları ile incelenmiştir. Son olarak, kompozit malzemelerin, korozyon davranışlarını incelemek için nötr tuz püskürtme ve potansiyodinamik polarizasyon testleri yapılmıştır.

Optik mikroskop çalışmaları sonucunda; patlama bölgesi yakınlarında, tamamen düz bir arayüzey elde edildiği, patlama bölgesinden uzaklaştıkça ise birleştirme arayüzeyinin dalgalı bir yapıya dönüştüğü ve buna paralel olarak dalga boyu ve genliğinin arttığı belirlenmiştir. Ayrıca,  patlamalı kaynak esnasında uygulanan basıncın etkisiyle arayüzeye yakın bölgedeki tanelerin patlama yönüne paralel uzadığı gözlenmiştir.

Çentik darbe deneyleri sonucunda; hadde yönüne paralel Grade A-paslanmaz çelik kompozitler, hadde yönüne dik numunelere göre daha yüksek tokluk değerleri göstermiştir. Ayrıca, tüm kompozitlerde patlama bölgesinden uzaklaşıldıkça darbe dayanımı azalmış ve tüm bölgelerde sıcaklık arttıkça darbe toklukları artmıştır. Kırık yüzey SEM çalışmalarında, darbe geçiş sıcaklığı altında gevrek, üstünde ise sünek kırılma yüzeyleri tespit edilmiştir.

Çekme-makaslama testleri sonrasında, birleştirme arayüzeyinden ayrılma olmadığı ve patlama yönüne paralel numunelerin, patlama yönüne dik numunelere göre daha yüksek çekme-makaslama dayanımı gösterdiği belirlenmiştir. 180º iki yönlü olarak yapılan eğme testleri sonucunda, numunelerin tümünün arayüzeyinde gözle görülebilir herhangi bir çatlama veya ayrılma gözlenmemiştir. Ayrıca, 180º ve 360º burulma deneyleri sonrasında, birleştirme arayüzeylerinde gözle görülebilir herhangi bir hataya rastlanılmamıştır. Mikrosertlik testlerinde, en yüksek sertlik değerleri birleştirme arayüzeyinden ölçülmüş, onu sırasıyla levhaların dış yüzeyleri ve levhaların kalınlık merkezlerinin takip ettiği tespit edilmiş ve patlama bölgesinden uzaklaşıldıkça sertlik değerleri artmıştır. 

Nötr tuz püskürtme deneyleri sonucunda; tüm paslanmaz çelik türlerinin, Grade A gemi sacından daha yüksek korozyon direnci gösterdiği tespit edilmiştir. Ayrıca potansiyodinamik polarizasyon testleri sonrası; Grade A-paslanmaz çelik çiftlerinde Grade A gemi sacının daha fazla galvanik korozyona uğradığı belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, stainless steel plates (AISI 430 Ferritic, AISI 316L Austenitic, AISI 420 Martensitic and AISI 2304 Duplex Stainless Steel) bonding/cladded with explosive welding method to Grade A ship building, Grade A-stainless steel composite plates were manufactured. Optical microscopy studies were carried out on the bonding interface characterization of manufactured Grade A-stainless steel composite. Notch impact, tensile-shear, 180° bending, 180º and 360º torsion tests and microhardness studies were carried out in order to determine the mechanical properties of composite materials. Besides, surfaces of fractured samples after notch impact test were examined by SEM studies. Finally, Neutral salt spray and potentiodynamic polarization tests were performed in order to examine the corrosion behaviors of the composites.

In optical microscopy studies; it was obviously seen that a completely flat interface were obtained near the explosion zone, but away from the explosion zone the flat interface was transformed into a wavy structure, as well as wavelength and amplitude were increased. Besides, it's clearly observed that with the effect of applied pressure during explosive welding, the grains near the interface zone extended parallel to the explosion direction. 

As a result of notch impact tests; Grade A-stainless steel composite parallel to the rolling direction showed higher toughness values than the samples perpendicular to the rolling direction. In addition, impact strength decreased with the increasing the distance from the explosion zone in all the composites and impact toughness increased with the increasing temperature. It was determined from the SEM studies that brittle behavior was observed below the impact transition temperature while ductile behavior was observed above impact transition temperature.

As a result of tensile-shear impact tests; it was clearly observed that there was no separation from bonding interface and the samples parallel to explosion direction showed higher tensile-shear strength than the samples perpendicular to explosion direction. As a result of 180° bend test in both directions, there was no visible cracking or separation on the interfaces of all the bonded samples. In addition, no visible defects were seen on the bonding interface of the composites after 180º and 360º torsion tests. Microhardness test results showed that the highest hardness values were measured at the bonding interface and these were followed by outer surfaces of the plates and centers of the plates, and the hardness values increased as the distance from the explosion zone increased.

As a result of the neutral salt spray test, it was determined that all types of stainless steel showed higher corrosion resistance than Grade A ship steel. Also, after potentiodynamic polarization tests; it was determined that Grade A ship steel showed lower galvanic corrosion resistance than bimetallic Grade A-stainless steel.