|
Microstructural changes in high strength steels due to welding
|
Help
Print
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
|
Details of project |
|
|
Identifier |
120865 |
Type |
PD |
Principal investigator |
Májlinger, Kornél |
Title in Hungarian |
Nagyszilárdságú acélok mikroszerkezetváltozásai hegesztés hatására |
Title in English |
Microstructural changes in high strength steels due to welding |
Keywords in Hungarian |
nagyszilárdságú acél, hegesztés, mikroszerkezet |
Keywords in English |
high strength steel, welding, microstructure |
Discipline |
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences) | 100 % | Ortelius classification: Materials technology |
|
Panel |
Natural Sciences Committee Chairs |
Department or equivalent |
Department of Materials Science and Engineering (Budapest University of Technology and Economics) |
Starting date |
2016-10-01 |
Closing date |
2019-09-30 |
Funding (in million HUF) |
15.264 |
FTE (full time equivalent) |
2.10 |
state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Az egyre kisebb önsúlyú acélkonstrukciók gyártásához elengedhetetlen új, egyre nagyobb szilárdságú acélok, valamint kötéstechnológiák kifejlesztése és felhasználása. A nagyszilárdságú acélok hegeszthetőségét viszont nagyban nehezíti az általában nagy ötvözőtartalmuk. Kritikus a hegesztési eljárás utáni szövetszerkezet beállítása az elvárt szilárdsági, képlékenységi, korróziós tulajdonságok biztosítása érdekében. Halmozottan igaz ez vegyeskötések kialakításakor. A TRIP (transformation induced plasticity) és a TWIP (twinning induced plasticity) jelű, nagyszilárdságú acélok kiváló alakíthatóság mellett nagy potenciált rejtenek, ezért hegesztésük vizsgálata indokolt, főleg az iparban tömeggyártásban használatos eljárásokkal (pl.: MIG/MAG hegesztési eljárással). További igen dinamikusan fejlődő nagyszilárdságú acélcsoport kiemelkedő korrózióállósággal a duplex acélok csoportja, amelyek hegesztésének fő nehézsége a kialakult ausztenit-ferrit fázisarány helyes beállítása. A fentiek tükrében ezen acélcsoportok hegesztésével kívánok foglalkozni, a különböző hegesztési eljárások alkalmazhatóságával, illetve egyes paramétereik, pl. védőgázkerverék, hegesztőanyagok, áramlefutás stb . mikroszerkezetre gyakorolt hatásaival. Egyszerű varratgeometriai mérések után a kialakult szövetszerkezet vizsgálata következik optikai sztereo és fémmikroszkóppal, majd nagyobb felbontásban pásztázó elektronmikroszkóppal. A hegesztéstechnológiai próbák mikroszerkezetvizsgálatait mechanikai és korróziós vizsgálatokkal kiegészítve a kutatás jelentősen előremozdítaná ezen nagyszilárdságú acélcsoportok ipari alkalmazást és szélesebb körű elterjedésüket.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Jelen kutatásban arra kívánunk választ kapni, hogy mely eljárások és milyen keretek között alkalmasak leginkább a nagyszilárdságú acélok hegesztésére, fókuszálva az iparban is alkalmazható nagy termelékenységű eljárásváltozatok vizsgálataira. A nagy szilárdságú acélokon belül is kiemelt figyelmet fordítva a TRIP (transformation induced plasticity) és TWIP (twinning induced plasticity) acélokra és a nagy korrózióállóságú duplex acélokra. Ehhez először is az egyes eljárások szövetszerkezetmódosító hatását kívánom vizsgálni ezen acélcsoportokra, lebontva, hogy az egyes hegesztési paramétereknek melyek a hatásai, hogyan befolyásolják a kialakult szövetszerkezetet. Egyszerű varratgeometriai mérések után a kialakult szövetszerkezet vizsgálata következik optikai sztereo és fémmikroszkóppal, majd nagyobb felbontásban pásztázó elektronmikroszkóppal. Majd a kialakult szövetszerkezetek hatását vizsgálom a makroszkópikus tulajdonságokra úgymint szilárdsági, szívóssági, korróziós tulajdonságok. Ezen paraméterek hatásainak tudatában céltudatos technológiatervezés valósítható meg ezen acélok hegesztésénél.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A kutatásra kijelölt acélcsoportok (TRIP (transformation induced plasticity), TWIP (twinning induced plasticity) és duplex acélok igen dinamikusan fejlődnek. A TRIP és TWIP vékonylemezek szakítószilárdsága már akár 1000 MPa fölé is mehet jelentős alakváltozási képesség mellett, illetve az ötvözők (főleg a nikkel) magas ára miatt folyamatosan jelennek meg az újabb és újabb duplex acélok is. Az acélszerkezetek egyik legtermelékenyebb kötési eljárása a hegesztés, ezért értelemszerűen az újonnan kifejlesztett anyagok vizsgálata nem csak gyártás utáni állapotban, hanem termékként való feldolgozás után (pl. hegesztéssel) is szükséges. Az ömlesztő hegesztések viszont jelentősen befolyásolják a kötendő acélok mikroszerkezetét mind a varratfémben, mind pedig a hőhatásövezetben és ezáltal természetesen a makroszkópikus tulajdonságait, szerkezetként való viselkedésüket. Így tehát az egyszerű varratgeometriai mérések után a kialakult szövetszerkezet vizsgálata következik optikai sztereo és fémmikroszkóppal, majd nagyobb felbontásban pásztázó elektronmikroszkóppal. Majd a kialakult szövetszerkezetek hatását vizsgálom a makroszkópikus tulajdonságokra úgymint szilárdsági, szívóssági, korróziós tulajdonságok. Az alkalmas eljárások vizsgálata tehát fontos a további termelés szempontjából ill. az egyes eljárásokhoz tartozó befolyásoló tényezők hatásának ismerete, pl.: a hozaganyag, alkalmazható segédanyagok, védőgázok stb. Ezen paraméterek megismerésével valósítható meg céltudatos technológiatervezés ezen acélok hegesztésénél.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. Ha nyitott szemmel járunk, közvetlen környezetünkben is észrevesszük, hogy egyre nagyobb, de egyre kecsesebb acélkonstrukciók vesznek körbe bennünket a hidaktól, daruktól kezdve egészen az egyre könnyebb és vékonyabb autókarosszériákig. Ezt főként az egyre nagyobb szilárdságú acélok kifejlesztése és tömeges alkalmazása teszi lehetővé, akár igen korrozív környezetben is. Ezen építmények többnyire hegesztett konstrukciók, az egyik leggyakoribb kötéstechnológiájuk valamilyen hegesztési eljárás. Az egyre nagyobb szilárdságú, sok esetben többfázisú, acélok nagy ötvözőtartalma nehezíti a hegesztést. Különösen fontos kérdés, hogy hegesztést követően sikerül-e biztosítani az alapanyagtól elvárható mechanikai, korróziós és egyéb tulajdonságokat. Ez nagymértékben függ attól, hogy a kötési eljárás során milyen mikroszerkezetet sikerül beállítani a hegesztett kötés egyes tartományaiban. A nagyszilárdságú, acélok közül kiemelendők az autóipar számára is fontos TRIP és TWIP acélcsoportok, napjainkban igen dinamikusan fejlődnek. Kérdéses viszont ezen acélcsoportok hegeszthetősége az egyre nagyobb ötvözőtartalmuk miatt, illetve, hogy miként befolyásolja a hegesztés a kötési zónában a mikroszerkezetet, az alapanyag előnyös mechanikai tulajdonságait. További nagyszilárdságú, igen jelentős korrózióállósággal is bíró acélcsoport a duplex acélok csoportja. A megfelelő fázisarány beállítása fontos a megkívánt szilárdság és korrózióállóság elérése érdekében. A fenti acéltípusok új változatainak hegeszthetőségének vizsgálatai, illetve a hegesztési eljárásváltozatok mikroszerkezetmódosító hatásainak feltárása jelentősen megkönnyítenék ipari alkalmazásukat és szélesebb körű elterjedésüket.
| Summary Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. To build low weight steel constructions, the development and use of high strength steels and their joining technologies are utmost important. The weldability of high strength steels however has some significant difficulties due to their high alloying element content. The microstructure of the joint is critical for the required mechanical, ductility and corrosion properties. These are especially important in the case of dissimilar welded joints. TRIP (transformation induced plasticity) and TWIP (twinning induced plasticity) steels have a great future potential due to their high tensile strength and ductility, therefore the investigation of their welding is reasonable especially with the welding processes used often in industrial environment for mass production (e.g. GMAW process). An other dynamic developing steel group with high strength and very good corrosion resistance are the duplex steels, where the difficulty is to maintain the right austenite/ferrite phase ratio during and after the welding. Therefore the aim of my proposed research is to investigate the welding of these steel groups, to determine the changes in the microstructure caused by the different welding techniques and welding parameters (e.g. shielding gas composition, welding materials, current type etc.). After the weld bead geometry measurements optical microscopy of the joint will follow then at higher magnification electron microscopic investigations. Beside the welding technological experiments and their microstructural investigation further mechanical and corrosion tests would be performed and the research proposal would enable an easier and wider usage of these steels.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. In this research the best fitting welding technologies for high strength steels would be investigated, considering the limitations of the processes. The investigated techniques would be focused on the processes available for industrial mass production. Within the high strength steels special interest would be laid in the TRIP (transformation induced plasticity) and TWIP (twinning induced plasticity) steel groups because their high strength and outstanding ductility (for example for automotive industry). Additionally, the highly corrosion resistant duplex steels would be also investigated. First, the changes in the microstructure of these steels caused by the different welding methods and the effects of the different weld parameters on the microstructure should be investigated. After the weld bead geometry measurements optical microscopy (with stereo and inverted microscope) of the joint will follow then at higher magnification electron microscopic investigations. After that the changes in the macroscopic properties like mechanical properties, ductility and corrosion resistance would be connected to the microstructure. The knowledge of these changes and features will enable a better technology planning and wider field of application of these steel groups.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The selected steel groups for this research (TRIP (transformation induced plasticity), TWIP (twinning induced plasticity) and duplex steels has been undergone a very fast development. The tensile strength of thin TRIP and TWIP steel sheets can exceed 1000 MPa with good ductility, and the ever higher alloying element prices (especially that of nickel) drives the steel manufacturer to develop new duplex steel grades. One of the fastest production method of steel constructions is welding, therefore not only the newly developed and manufactured steel materials, but the welded seams (after he production of the construction) needs to be also investigated. Most welding processes influence significantly the microstructure of the base materials. Therefore the macroscopic properties of the joint (and the welded structure), like mechanical properties ductility, corrosion resistance etc. will be strongly influenced in the welded seem and in the heat affected zones too. Accordingly after the weld bead geometry measurements optical microscopy (with stereo and inverted microscope) of the joint will follow then at higher magnification electron microscopic investigations. After that the changes in the macroscopic properties like mechanical properties, ductility and corrosion resistance would be connected to the microstructure. For the production of such steel structures it is highly needed to investigate which welding techniques can be applied effectively, and the knowledge of the influencing parameters of the different processes (like filler metal, heat input, shielding gas etc.) have to be mapped. The knowledge of these changes will enable a better technology planning and wider field of applications, regarding these steel groups.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. If we look around in our close environment, we can find larger and larger, but rather airy steels construction around us: large bridges, cranes and ever lighter and thinner car bodies. These structures can be built due to the development and spreading of high strength steels even in corrosive mediums. These constructions are mainly welded structures. The ever higher strength steels mostly consists of more phases with higher alloying element content which make the welding difficult. It is an important question, if after welding the required mechanical, corrosion and other properties can be maintained consistently. All these properties depend on the microstructure of the different parts of the welded joints. From the high strength steels the group of TRIP and TWIP steels stands out. These alloys are developing fast and they are extremely important for the automobile industry. Their welding is difficult due to the high alloying content and the influence of welding on their microstructure in the joint and on the subsequent mechanical properties. Another high strength steel group with significant corrosion resistance are the duplex steels. The phase ratio after welding is important to achieve the favorable mechanical and corrosion properties. To investigate the weldability of the new grades of these steel groups with different welding techniques is important and to understand and how these techniques influence their microstructure is crucial. This knowledge would enable a wider and more intense industrial application of these materials.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
List of publications |
|
|
Varbai Balázs, Májlinger Kornél: A nitrogén szerepe a duplex acélok ívhegesztésekor, HEGESZTÉSTECHNIKA 30: 3 pp. 63-67, 2019 | B. Varbai, F. Tolnai, K. Májlinger: Effects of TIG Reheating on Duplex Stainless Steel Weld Microstructure, INTERNATIONAL JOURNAL OF ENGINEERING AND MANAGEMENT SCIENCES / MŰSZAKI ÉS MENEDZSMENT TUDOMÁNYI KÖZLEMÉNYEK 4: (1) pp. 295-302., 2019 | Varbai Balázs, Adonyi Yoni, Baumer Richard, Pickle Timothy, Dobránszky János, Májlinger Kornél: Weldability of Duplex Stainless Steels - Thermal Cycle and Nitrogen Effects, WELDING JOURNAL 98: (3) pp. 78-87., 2019 | Varbai Balázs, Lados László, Májlinger Kornél: A védőgázhoz kevert nitrogén hatása duplex korrózióálló acélok volfrámelektródás védőgázos ívhegesztésekor, In: Barabás, István (szerk.) XXVII. Nemzetközi Gépészeti Konferencia OGÉT 2019, Erdélyi Magyar Tudományos Társaság (2019) pp. 597-600., 2019 | Varbai Balázs, Májlinger Kornél: Physical and Theoretical Modeling of the Nitrogen Content of Duplex Stainless Steel Weld Metal: Shielding Gas Composition and Heat Input Effects, METALS 9: (7) p. 762., 2019 | Varbai Balázs, Pickle Timothy, Májlinger Kornél: Effect of heat input and role of nitrogen on the phase evolution of 2205 duplex stainless steel weldment, INTERNATIONAL JOURNAL OF PRESSURE VESSELS AND PIPING 176: 103952, 2019 | Varbai Balázs, Sommer Christina, Szabó Mihály, Tóth Tamás, Májlinger Kornél: Shear tension strength of resistant spot welded ultra high strength steels, THIN-WALLED STRUCTURES 142: pp. 64-73., 2019 | Varbai Balázs, Tóth Tamás Krisztián, Sommer Christina, Májlinger Kornél: Ultranagy szilárdságú acéllemezek ellenállás-ponthegesztett kötéseinek optimalizálása, In: Barabás, István (szerk.) XXVII. Nemzetközi Gépészeti Konferencia OGÉT 2019, Erdélyi Magyar Tudományos Társaság (2019) pp. 601-604., 2019 | B Varbai, I Mészáros, K Májlinger: Effects of different backing gases on 2404 duplex stainless steel welds, In: Májlinger, Konrél (szerk.) IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing Ltd (2018) pp. 1-8., 2018 | E Kalácska, B Varbai, J Ginsztler, K Májlinger: TIG and MIG welding of high strength Cr-Mn and Cr-Ni alloyed austenitic stainless steel combinations, In: Májlinger, Konrél (szerk.) IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, IOP Publishing Ltd (2018) 012021, 2018 | Russo Spena P., Cortese L., Nalli F., Májlinger K.: Local formability and strength of TWIP-TRIP weldments for stamping tailor welded blanks (TWBs), INTERNATIONAL JOURNAL OF ADVANCED MANUFACTURING TECHNOLOGY &: pp. 1-15., 2018 | Varbai Balázs, Májlinger Kornél: Optimal etching sequence for austenite to ferrite ratio evaluation of two lean duplex stainless steel weldments, MEASUREMENT 147: pp. 106832-106836., 2019 | Abonyi Gergő, Varbai Balázs, Májlinger Kornél: Az anyagátviteli mód és a nagy hidrogén tartalmú védőgáz hatásai duplex korrózióálló acél hegesztett kötéseire, In: Csibi Vencel-József (szerk.) (szerk.) OGÉT 2017: XXV. Nemzetközi Gépészeti Konferencia: 25th International Conference on Mechanical Engineering. Kolozsvár, Románia, 2017.04.27-2017.04.30. Kiadvány: Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT), 2017. pp. 36-39., 2017 | Balázs Varbai, Rita Kormos, Kornél Májlinger: Effects of active fluxes in gas metal arc welding, PERIOD POLYTECH MECH ENG 61: (1) 68-73, 2017 | Kalácska Eszter, Májlinger Kornél, Varbai Balázs: Gas tungsten arc welding of different high strength austenitic stainless steel grades, In: DVS German Welding Society SLV Halle (szerk.) (szerk.) YPIC 2017: 3rd Young Welding Professionals International Conference . Halle (Saale), Németország, 2017.08.16-2017.08.18. Kiadvány: DVS Verlag, 2017. pp. 20-26., 2017 | Kiss László, Májlinger Kornél, Varbai Balázs: Nagyszilárdságú acéllemezek ellenállás-ponthegesztett kötéseinek optimalizálása, In: Csibi Vencel-József (szerk.) (szerk.) OGÉT 2017: XXV. Nemzetközi Gépészeti Konferencia: 25th International Conference on Mechanical Engineering. Kolozsvár, Románia, 2017.04.27-2017.04.30. Kiadvány: Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT), 2017. pp. 219-222., 2017 | Balázs Varbai, Kornél Májlinger: Effects of high concentration hydrogen during GMA welding of duplex stainless steel, In: Sándor Bodzás, Tamás Mankovits (szerk.) (szerk.) Proceedings of the 4th International Scientific Conference on Advances in Mechanical Engineering (ISCAME 2016). Debrecen: University of Debrecen Faculty of Engineering, 2016. pp. 578-583., 2016 | Kornél Májlinger, Alexandra Borók, Russo Spena Pasquale, Balázs Varbai: TIG welding of advanced high strength steel sheets, In: Sándor Bodzás, Tamás Mankovits (szerk.) (szerk.) Proceedings of the 4th International Scientific Conference on Advances in Mechanical Engineering (ISCAME 2016). Debrecen: University of Debrecen Faculty of Engineering, 2016. pp. 313-318., 2016 | Eszter KALÁCSKA, Kornél MÁJLINGER, Enikő Réka FÁBIÁN, Russo Spena PASQUALE: MIG-welding of dissimilar advanced high strength steel sheets, MATER SCI FORUM 885: 80-85, 2017 | Eszter Kalácska, Balázs Varbai, Kornél Májlinger: MIG Welding and MIG Brazing of Different Austenitic Stainless Steel Grades, In: Károly Jármai, Betti Bolló (szerk.) (szerk.) Vehicle and Automotive Engineering 2: Proceedings of the 2nd VAE2018, Miskolc, Hungary. Heidelberg: Springer International Publishing, 2018. pp. 719-734. (Lecture Notes in Mechanical Engineering), 2018 | Kalácska Eszter, Varbai Balázs, Májlinger Kornél: Cr-Mn ötvözésű ausztenites acéllemezek ív-hegesztőforrasztása, In: Csibi Vencel-József, Barabás István (szerk.) (szerk.) OGÉT 2018: XXVI. Nemzetközi Gépészeti Konferencia: 26th International Conference on Mechanical Engineering. Kolozsvár: Erdélyi Magyar Műszaki Tudományos Társaság (EMT), 2018. pp. 220-223., 2018 | Májlinger Kornél: Alumíniummátrixú szintaktikus fémhabok és nagyszilárdságú acélok, mint a súlycsökkentés lehetséges irányai, 34 p., 2018 | Tóth Tamás, Májlinger Kornél: Kiemelten nagyszilárdságú acél vékonylemezek ellenállás-ponthegesztett kötéseinek optimalizálása kísérlettervezési módszerrel, In: Török Imre (szerk.) (szerk.) 29. Nemzetközi Hegesztési Konferencia. Miskolc: Miskolci Egyetem, 2018. pp. 151-160., 2018 | Varbai B, Májlinger K: Thermoelectric Power Measurements on Duplex Stainless Steel Weldments, In: Károly Jármai, Betti Bolló (szerk.) (szerk.) Vehicle and Automotive Engineering 2: Proceedings of the 2nd VAE2018, Miskolc, Hungary. Heidelberg: Springer International Publishing, 2018. pp. 789-799. (Lecture Notes in Mechanical Engineering), 2018 | Varbai Balázs, Gál István, Fábián Enikő Réka, Fazakas Éva, Májlinger Kornél: Ausztenites és duplex korrózióálló acélok vegyes kötéseinek korróziós tulajdonságai, BKL KOHÁSZAT 151: (1) pp. 36-40., 2018 | Varbai Balázs, Pickle Timothy, Májlinger Kornél: Development and Comparison of Quantitative Phase Analysis for Duplex Stainless Steel Weld, PERIOD POLYTECH MECH ENG 62: (3) pp. 247-253., 2018 |
|
|
|
|
|
|
Back »
|
|
|