Kaynak ısı girdisinin soğuk şekillendirilmiş S700 MC çeliğinin mekanik özelliklerine etkisi
Effect of weld heat input on mechanical properties of cold formed S700MC steel
Yazar: ÖZKAN ESKİ
Danışman: PROF. DR. SELAHADDİN ANIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü
Derece: Doktora, 2001
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Bor = Boron ; Kaynak = Welding ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Soğuk şekillendirme = Cold forming ; Çelik-metal = Steel-metal

Özet:
KAYNAK ISI GİRDİSİNİN SOĞUK ŞEKİLLENDİRİLMİŞ S700MC ÇELİĞİNİN MEKANİK ÖZELLİKLERİNE ETKİSİ ÖZET Çeliklerde mikroalaşım elementi olarak kullanılan borun çok küçük miktarları mikroyapı ve mekanik özellikler üzerine büyük bir etkisiye sahiptir. Diğer alaşım elementlerinin miktarındaki küçük değişimler mikroyapıyı ve mekanik özellikleri çok fazla etkilemezler. Karbonlu çeliklere katılan %0.002 oranındaki bor, mekanik özellikler üzerinde optimum sonuçlar vermektedir.Bor ile alaşımlandırılmış çeliklerde akma dayanımı 1200 N/mm2'ye kadar yükselmekte tokluk değerleri -40°C'de 60 Joule düzeyine ulaşabilmektedir. Bu nedenle borlu çelikler otomotiv endüstrisinde, tarımsal makinalarda, ağır yük taşımacılığında v.b. yerlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Karbon oranları düşük olduğu için şekillendirilebilmeleri yeterli düzeydedir. Düşük sıcaklarda bükme ve haddeleme çeliklerin şekillendirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Fakat soğuk şekil değiştirmiş bölgede veya yakınında yapılan kaynak işlemi yeniden kristalleşmeye ve iri taneli iç yapı oluşumuna neden olmaktadır. Mikroyapısal değişimlerin olduğu yeniden kristalleşmiş bölgede tokluğun,sertleşmenin ve mukavemetin azalmasına sebep olmaktadır. Düşük karbonlu borlu çeliklerde alaşım elementlerinin miktarı oldukça düşük olduğu için karbon eşdeğeri kaynak için uygun düzeydedir. Düşük karbonlu bor ile alaşımlandırılmış çelikler hemen hemen tüm kaynak yöntemleriyle birleştirilebilmektedir. Bu araştırmada kaynak ısı girdisinin soğuk şekil değiştirmiş bor ile alaşımlandırılmış S700MC ( EN 10149-2) çeliğinin ısıdan etkilenen bölgesindeki mekanik özelliklere etkisi İncelenmiştir. Yüksek mukavemetli, bükülebilir özelliğe sahip olması, düşük karbon eşdeğerliği(Ceş=0.39), optimum seviyede (%0.002) oranında bor içermesi S700MC çeliğinin seçilmesindeki en önemli nedenlerdir. Araştırmada 6 ve 10 mm kalınlıkta S700MC levhalar kullanılmıştır. Malzeme %5, %10, %15 oranında soğuk şekil değiştirme işleminin ardından 3.5 ve 5 kj/cm ısı girdisi ile gazaltı kaynak yöntemiyle birleştirilmiştir. Hazırlanan numuneler çentik darbe tokluğu deneylerine tabi tutulmuş, sertlik dağılımının ne şekilde değiştiği incelenmiş ve metalografik incelemelere alınmıştır. İncelemelerde birbirini takip eden pasolar nedeniyle iki kez ısıdan etkilenen bölgede ostenit tane sınırlarında borkarbür çökelmesinin belirgin bir şekilde oluştuğu tesbit edilmiştir. Borkarbür çökelmesi oldukça yüksek düzeyde çıkmıştır. Metalografik incelemelerde 100 büyütme oranında bile belirgin olarak görülebilmektedir. Artan soğuk şekil değiştirme oranı ve ısı girdisi ile bir kez ısıdan etkilenen bölgede ve iki XIkez ısıdan etkilenen bölgenin ince taneli dış kısımlarında da de ostenit tane sınırlarında silik ince gri çizgiler şeklinde borkarbür oluşumu gözlemlenmiştir. Sertlik dağılımı mikrosertlik cihazında 500 gramlık yükleme ile her 0.25 mm'de bir ölçülerek, kaynak metalinin ekseninden ısıdan etkilenmemiş bölegeye kadar uygulanmıştır. Isıdan etkilenen bölgede ölçülen maksimum sertlik değerinin soğuk şekil verme oranı ve ısı girdisine bağlı olarak değiştiği tesbit edilmiştir. Esas metalin çentik darbe tokluğu -40 °C'de 40 J olmasına rağmen, oda sıcaklıklarında bile iri taneli bölgede 27 J'lük sınır değere ulaşılamadığı görülmüştür. Sonuç olarak, iri taneli bölgede oluşan gevrek kırılma sadece soğuk şekil verilmiş bölgede yapılan kaynağa bağlı olmayıp aynı zamanda ostenit tane sınırlarındaki borkarbür çökelmesine de bağlıdır. XII

Abstract:
EFFECT OF WELD HEAT INPUT ON MECHANICAL PROPERTIES OF OLD FORMED S700MC STEEL SUMMARY Small levels of boron which is used as a microalloying elements in steel have large influence on the microstructure and mechanical properties while small levels of other alloying elements not. Optimum boron level in carbon steels are approimately 0.002%(20 ppm). This kind of steels, produced by thermomechanical processing, have yield strength up to 1200 N/mm2, impact toughness 60 J at -40 °C and enough bendability. So, boron steels have been widely used in automotive industry, agricultural machines, heavy load transportation...etc. where weight is important. For welded structures boron steels with low carbon concentration were manufactured. Bending and rolling at room temperature are widely used for preforming steels for welded structures. But welding in or near cold formed region causes recrystallization and coarse grained microstructure while base metal was grain refined. These microstructural changes results in decreasing toughnesss in coarse grained region. In boron steels with low carbon concentration, since the amount of alloying elements are very low, carbon equvalent is low enough for welding. Low carbon steels with contains small amount of boron can be joined almost all welding processes. In this study, the effect of weld heat input on mechanical properties of cold formed S700MC boron steel's heat affected zone were examined. Main resons of selecting S700MC are high yield strength, low carbon equvalent (Ceq=0.39), good bendability and optimum boron level(20 ppm). 6 and 10 mm thick plates were cold formed 5%, 10%, 15% and welded with 3.5 and 5 kj/cm heat input. Joint were made by GMA welding with same parameters except velocity. Carbondioxide was used as a shielding gas. Specimens were used for measuring of notched impact toughness, hardeness distribution and metallographic observations. It was found that borocarbide precipitation at prior austenite grain boundary was very significant especially on reheated heat affected zone(HAZ). It was so significant that borocarbide precipitation was observed by 100 magnification level. With increasing cold forming ratio and weld heat input, borocarbide precipitation was also observed in prior austenite grain boundaries in heat affected zone which adjacent to the fusion line and outside of the reheated coarse grained zone as a thin grey lines slightly. TP THardeness distribution were measured by using microhardeness device by using 500gr loading every 0.25 mm from weld metal to unaffected base metal. It was found that maximum hardeness level were changed depending on cold forming ratio and weld heat input. Toughness of coarse grained region were not enough for 27 J where base metal's toughness 40 J at-40°C. Consequently, brittle fracture behaviour of S700MC boron steel's heat affected zone related with coarse graining due to welding on cold formed region but also borocarbide precipitation at prior austenite grain boundaries. XIV