Abrasion Wear Resistance of Welded Joints Between Hardox Steel 400 and Grade A Ship Steel

• Autorzy: Konat Łukasz , Białobrzeska Beata

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0054.9827

Warianty tytułu

PL

Odporność na zużywanie ścierne połączenia spawanego stali Hardox 400 ze stalą okrętową kategorii A

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the technological and microstructural aspects of the formation and heat treatment of a welded joint between two types of steel having significantly different chemical and mechanical properties, i.e. between low-alloy high-strength, abrasion wear resistant Hardox 400 steel and grade A marine construction steel. The test results indicate that connecting the two types of steel by welding leads to the formation of a heat-affected zone in the entire welded joint area with hardness levels reduced to approximately 170–180 HV. This zone shows various microstructural changes which prevent a reliable evaluation of the abrasion wear resistance of the welded joint. Therefore, the article proposes an optimal technology of welding the two steel types, and welding technological parameters of the thermal post-treatment that allow the formation of microstructures having an increased–in comparison to the pre-welding condition–resistance to abrasion wear processes, as measured with the electro corundum #90 abrasive particles. Heat treatment optimized the microstructure, improving the abrasion wear resistance by 16% compared to the as-welded condition.

PL

W pracy przedstawiono technologiczne i mikrostrukturalne aspekty wykonywania i obróbki cieplnej połączenia spawanego dwóch stali o bardzo odmiennych właściwościach chemicznych i mechanicznych, tj. niskostopowej, wysokowytrzymałej stali odpornej na zużywanie ścierne Hardox 400 ze stalą konstrukcyjną, predefiniowaną do zastosowań w przemyśle okrętowym kategorii A. W wyniku przeprowadzonych badań stwierdzono, że zastosowanie do łączenia tych stali procesów spawalniczych prowadzi do powstawania w obrębie całego połączenia spawanego szerokiej strefy wpływu ciepła o twardości 170-180 HV, charakteryzującej się zróżnicowanymi zmianami mikrostrukturalnymi, uniemożliwiającymi miarodajną ocenę odporności na zużywanie ścierne wykonanego połączenia. W związku z tym zaproponowano optymalną technologię spawania obu stali oraz warunki i parametry postobróbki cieplnej, prowadzących do uzyskania w strefie połączenia spawanego mikrostruktur odznaczających się podwyższoną – w stosunku do stanu bezpośrednio po spawaniu – odpornością na procesy zużycia ściernego, wyznaczoną odziaływaniem luźnego ścierniwa, tj. elektrokorundu 90. Przeprowadzona obróbka cieplna spowodowała zmiany właściwości mikrostrukturalnych, co przełożyło się na wzrost odporności na zużywanie ścierne o 16% w porównaniu ze stanem po spawaniu.

Słowa kluczowe

EN

heat treatment; wear intensity; microstructure; Hardox 400 steel; grade A steel

PL

obróbka cieplna; intensywność zużycia; mikrostruktura; stal Hardox 400; stal kategorii A

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2024
• Tom: nr 4
• Strony: 23--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., fot., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Konat Łukasz

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Wybrzeże St. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-9587-8355

autor

Białobrzeska Beata

• Wrocław University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Wybrzeże St. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6212-5728

Bibliografia

• 1. SSAB, SSAB high-strength steel-sheet, plate, coil, tube, profile, (2021), https://www.ssab.com/products/brands/hardox (accessed February 16, 2021).
• 2. Stal-Hurt, Stal-Hurt Data sheet Hardox, (n.d.), https://www.stal-hurt.com/ (accessed December 30, 2020).
• 3. Białobrzeska B., Konat Ł.: Comparative analysis of abrasive-wear resistance of Brinar and Hardox steels. Tribologia 272, 2017, pp. 7–16, https://doi.org/10.5604/01.3001.0010.6261.
• 4. Białobrzeska B., Konat Ł., Jasiński R.: The Influence of Austenite Grain Size on the Mechanical Properties of Low-Alloy Steel with Boron, Metals (Basel) 7, 2017, p. 26, https://doi.org/10.3390/met7010026.
• 5. Cegiel L., Konat Ł., Pawłowski T., Pękalski G.: Hardox Steels – New generations of construction materials for surface mining machinery. Brown Coal (2006), pp. 24–29.
• 6. Dudziński W., Białobrzeska B., Konat Ł.: Comparative analysis of structural and mechanical properties of selected low-alloy boron-containing abrasive-wear resistant steels, in: K. Świątkowski, J. Dańko, J. Dutkiewicz, R. Kuziak, J. Kazior (Eds.): Polish Metallurgy in the Years 2011–2014, Publishing House “AKAPIT,” Cracow, 2014, pp. 871–888.
• 7. Dudziński W., Konat Ł., Pękalska L., Pękalski G.: Structures and properties of Hardox 400 and Hardox 500 steels. Material Engineering 27 (2006), pp. 139–142.
• 8. Dudziński W., Konat Ł., Pękalski G.: Structural and strength characteristics of wear-resistant martensitic steels, Archives of Foundry Engineering 8 (2008), pp. 21–26.
• 9. Frydman S., Konat Ł., Łętkowska B., Pękalski G.: Impact resistance and fractography of low-alloy martensitic steels. Archives of Foundry Engineering 8 (2008), pp. 89–94.
• 10. Konat Ł.: Structures and Properties of Hardox Steels and their Application Possibilities in Conditions of Abrasive Wear and Dynamic Loads, Wrocław University of Science and Technology, 2007.
• 11. Konat Ł., Pękalski G.: Assessment of the condition of the constructional material, in: D. Dudek (Ed.), Maintenance Strategy of Surface Mining Machines and Facilities with High Degree of Technical Degradation, Publishing House of Wrocław University of Science and Technology, Wroclaw, 2013, pp. 329–340.
• 12. Pawlak K., Białobrzeska B., Konat Ł.: The influence of austenitizing temperature on prior austenite grain size and resistance to abrasion wear of selected low-alloy boron steel. Archives of Civil and Mechanical Engineering 16, 2016, pp. 913–926, https://doi.org/10.1016/j.acme.2016.07.003.
• 13. Frydman S., Konat Ł., Pękalski G.: Structure and hardness changes in welded joints of Hardox steels, Archives of Civil and Mechanical Engineering VIII (2008), pp. 15–27.
• 14. ESAB, Welding Consumables, 2012.
• 15. Zemlik Z.: Effect of heat treatment of Hardox steels and their welded joints on resistance to abrasive wear and ballistic loads, Wrocław University of Science and Technology, 2024.
• 16. Hidalgo J., Santofimia M.J.: Effect of prior austenite grain size refinement by thermal cycling on the microstructural features of as-quenched lath martensite. Metallurgical and Materials Transactions A 47, 2016, pp. 5288–5301, https://doi.org/10.1007/S11661-016-3525-4/FIGURES/12.
• 17. Maki T.: Morphology and substructure of martensite in steels. Phase Transformations in Steels, 2012, pp. 34–58, https://doi.org/10.1533/9780857096111.1.34.
• 18. Morito S., Tanaka H., Konishi R., Furuhara T., Maki T.: The morphology and crystallography of lath martensite in Fe-C alloys. Acta Materialia 51, 2003, pp. 1789–1799, https://doi.org/10.1016/S1359-6454(02)00577-3.
• 19. Swarr T., Krauss G.: The effect of structure on the deformation of as-quenched and tempered martensite in an Fe-0.2 pct C alloy. Metallurgical Transactions A 7, 1976, pp. 41–48, https://doi.org/10.1007/BF02644037.
• 20. Wang C., Wang M., Shi J., Hui W., Dong H.: Effect of microstructural refinement on the toughness of low carbon martensitic steel. Scr Mater 58, 2008, pp. 492–495, https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2007.10.053.
• 21. Sirohi S., Pandey C., Goyal A.: Characterization of structure-property relationship of martensitic P91 and high alloy ferritic austenitic F69 steel. International Journal of Pressure Vessels and Piping 188 (2020), p. 104179, https://doi.org/10.1016/J.IJPVP.2020.104179.
• 22. Korkmaz Ş., Çetin M.H., Adar M., Orak A.: Investigation of Tensile Strength and Hardness Behaviour of Hardox500 – St52 Specimen Joined by GMAW Method., Konya Journal of Engineering Sciences 8, 2020, pp. 300–317, https://doi.org/10.36306/KONJES.610889.
• 23. Özturan A.B., İrsel G., Güzey B.N.: Study of the microstructure and mechanical property relationships of gas metal arc welded dissimilar Hardox 450 and S355J2C+N steel joints. Materials 16 (2023), p. 4523, https://doi.org/10.1016/J.MSEA.2022.143486.
• 24. Ligier K., Bramowicz M., Kulesza S., Lemecha M., Pszczółkowski B.: Use of the ball-cratering method to assess the wear resistance of a welded joint of XAR400 steel, Materials 2023, Vol. 16, p. 4523, https://doi.org/10.3390/MA16134523.
• 25. Ligier K., Napiórkowski J., Lemecha M.: Assessment of changes in abrasive wear resistance of a welded joint of low-alloy martensitic steel using microabrasion test, Materials 17, 2024, p. 2101, https://doi.org/10.3390/MA17092101.
• 26. Kaçar R., Emre H.E., İşineri A.Ü., Najafigharehtapeh A.: Effects of welding methods on the mechanical properties of joining dissimilar steel couple, 2. Uluslar Arası Demir Çelik Sempozyumu (IISS’15), pp. 1–3 Nisan 2015, Karabük, Türkiye (n.d.), https://doi.org/10.17341/GAZIMMFD.406797.
• 27. Teker T., Gençdoğan D.: Phase and chemical structure characterization in double sided TIG arc welding of Hardox 450 and AISI 430 steel. Cumhuriyet Science Journal 41, 2020,, pp. 987–994, https://doi.org/10.17776/CSJ.742964.
• 28. Okay T., Najafigharehtapeh A., Emre H.E., Kaçar R.: Investigation of the weldability of S235JRHardox400 steel, in: 2. Uluslar Arası Demir Çelik Sempozyumu (IISS’15), 1–3 Nisan 2015, Karabük, Türkiye, n.d, https://www.researchgate.net/publication/311106461 (accessed August 11, 2024).
• 29. Zuo Z., Haowei M., Yarigarravesh M., Assari A.H., Tayyebi M., Tayebi M., Hamawandi B.: Microstructure, fractography, and mechanical properties of Hardox 500 steel TIG-welded joints by using different filler weld wires. Materials 15, 2022, p. 8196, https://doi.org/10.3390/MA15228196.
• 30. Konat Ł.: Technological, microstructural and strength aspects of welding and post-weld heat treatment of martensitic, wear-resistant Hardox 600 steel. Materials 14, 2021, p. 4541, https://doi.org/10.3390/MA14164541.
• 31. Konat Ł.: Structural aspects of execution and thermal treatment of welded joints of Hardox Extreme steel. Metals 9, 2019, p. 915, https://doi.org/10.3390/met9090915.
• 32. Dak G., Sirohi S., Pandey C.: Study on microstructure and mechanical behavior relationship for laserwelded dissimilar joint of P92 martensitic and 304L austenitic steel. International Journal of Pressure Vessels and Piping 196, 2022, p. 104629, https://doi.org/10.1016/J.IJPVP.2022.104629.
• 33. Uzunali U.Y., Cuvalcl H., Atmaca B., Demir S., Özkaya S.: Mechanical properties of quenched and tempered steel welds. Materialpruefung/Materials Testing 64, 2022, pp. 1662–1674, https://doi.org/10.1515/MT-2022-0047/MACHINEREADABLECITATION/RIS.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki (2025).