Dupleks paslanmaz çeliklerin kaynağında ısıl girdilerin modellenmesi ve deneysel verilerin eldesi
Modelling of heat input and obtaining the experimental data in welding of duplex stainless steels
Yazar: ALPTEKİN KISASÖZ
Danışman: PROF. DR. AHMET KARAASLAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Dupleks paslanmaz çelikler savunma sanayinde, açık deniz uygulamalarında ve depolama tanklarında yaygın olarak kullanılan malzemelerdir. Dupleks paslanmaz çelikler, ferrit ve östenit fazlarını eşit oranda içerir. Ferrit ve östenit fazlarının bir arada bulunmasıyla, dupleks paslanmaz çelikler genel korozyon direnci ile birlikte mekanik dayanım, süneklik ve oyuklanma korozyon direnci gibi özelliklere sahip olur. Dupleks paslanmaz çeliklerde üretim yöntemine ve uygulanan ısıl işlemlere bağlı olarak, ferrit-östenit oranı değişir. Ayrıca, ferrit-östenit dönüşümüyle birlikte malzeme özelliklerini olumsuz etkileyen ikincil fazlar (intermetalikler) oluşur. 
Dupleks paslanmaz çeliklerde yüksek sıcaklıklarda gerçekleşen ferrit-östenit dönüşümüne bağlı olarak oluşan ikincil fazlar, özellikle kaynaklı imalat sırasında malzeme özelliklerinin olumsuz yönde değişmesine neden olur. Kaynak işlemi sırasında malzemeye etkiyen yüksek ısı ve kaynak işlemi sonrasındaki kontrolsüz soğuma ikincil fazların oluşumuna yol açar. Dupleks paslanmaz çeliklerin kaynağında ikincil fazların oluşumunun engellenmesi, malzeme özelliklerinin olumsuz etkilenmesini önlemek ve maliyetleri azaltma açısından oldukça önemlidir. 
Bu çalışmada, dupleks paslanmaz çeliklerin kaynağında malzeme ve kaynak parametrelerine bağlı olarak sonlu elemanlar yöntemiyle, özellikle ısı etkisi altındaki bölgede ortaya çıkabilecek ikincil fazların oluşumunun ve özelliklerinin öngörülmesine yönelik bir model geliştirilmiştir. Bu amaçla, EN 1.4462 alaşımına farklı çözme tavı sıcaklıkları ve süreleri ile farklı yaşlandırma ve izotermal yaşlandırma koşullarında ısıl işlemler uygulanmıştır. Isıl işlem deneyleri sonucunda EN 1.4462 alaşımına ait ısıl işlem haritası oluşturulmuştur. Özellikle, izotermal yaşlandırma koşullarının ikincil faz oranını ve boyutunu artırıcı etkisinin olduğu belirlenmiştir. 
EN 1.4462 alaşımı farklı kalınlıktaki ilave malzeme kullanılarak TIG yöntemi ve özlü ile kaynak edilmiştir. Kaynak işleminde kullanılan malzeme ve kaynak parametreleri kullanılarak sonlu elemanlar yöntemi ile modelleme çalışmaları yapılmıştır. Modelleme çalışmalarında ANSYS yazılımı kullanılmıştır. Modelleme çalışmalarından elde edilen sonuçlar, ısıl işlem deney verileriyle birlikte yorumlanmış ve kaynak işlemi sonrasında EN 1.4462 alaşımında ortaya çıkacak mikroyapısal değişimler öngörülmüştür. 
Analiz sonuçlarına bağlı olarak ortaya konan öngörülerin sağlaması, kaynak edilen malzemelerin mikroyapı karakterizasyonu ile gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sertlik testi, çekme testi ve çentik darbe testi ile kaynak işlemi sonrasındaki mikroyapısal değişimlerin malzeme özellikleri üzerindeki etkisi araştırılmıştır. 
Modelleme çalışmaları ve ısıl işlem deneylerine bağlı olarak ortaya konan öngörülerin, kaynak edilen malzemelere uygulanan testler sonucunda doğrulanmasıyla dupleks paslanmaz çeliklerde ikincil faz oluşumunun belirlenmesine yönelik bir yaklaşım geliştirilmiştir.

Abstract:
Duplex stainless steels are widely used in defense industry, marine applications and storage tanks. Duplex stainless steels have equal amount of ferrite and austenite phases. Duplex stainless steels have general corrosion resistance, mechanical strength, ductility and pitting corrosion resistance with ferritic-asutenitic microstructure. Secondary phases (intermetallics) affecting the material properties negatively are comprised with ferrite-austenite transformation. 
Secondary phase comprising in duplex stainless steels depending the ferrite-austenite transformation are affecting material properties negatively, especially in welding. Higher heat input during the welding process and uncontrolled cooling after the welding process enhance the secondary phase formation. Avoding the secondary phase formation is very important with regard to cost reduction and prevention the negative effects of secondary phases on material properties. 
In this study, an approach for formation and identification the properties of secondary phases occur in heat affected zone of weldments is developed by using finite element method due to material and welding parameters. For this purpose, solution treatments, ageing and isothermal ageing with various temperature and time were applied to EN 1.4462 alloy. Heat treatment map of EN 1.4462 alloy was formed according to heat treatment experimental data. Especially, isothermal ageing conditions have notable effect on enhancing the secondary phase ratio and grain size.
EN 1.4462 alloy was welded with flux cored wire and TIG by using filler materials in various thickness. Finite element modelling were performed due to material properties and welding parameters. Finite element modelling was performed by ANSYS software. The results of finite element modelling were evaluated with heat treatment experimental data and a prediction was developed for microstructural changes in EN 1.4462 alloy after the welding.
Verification of prediction developed by finite element modelling results were done with microstructural characterization of weldments. Also, hardness test, tensile test and notch impact test were performed to determine the effects of microstructural changes on material properties in weldments. 
An approach for formation and identification the properties of secondary phases occur in heat affected zone of weldments is developed by verification of predictions with microstructural characterization of weldments.