Heat input effect on the microstructural transformation and mechanical properties in GTAW welds of a 409L ferritic stainless steel

Abstract

Welds without filler metal and welds using a conventional austenitic stainless steel filler metal (ER308L) were performed to join a ferritic stainless steel with Gas Tungsten Arc Welding process (GTAW). Welding parameters were adjusted to obtain three different heat input values. Microstructure reveals the presence of coarse ferritic matrix and martensite laths in the Heat Affected Zone (HAZ). Dilution between filler and base metal was correlated with the presence of austenite, martensite and ferrite in the weld metal. Weld thermal cycles were measured to correlate the microstructural transformation in the HAZ. Microhardness measurements (maps and profiles) allow to identify the different zones of the welded joints (weld metal, HAZ, and base metal). Comparing the base metal with the weld metal and the HAZ, a hardness increment (~172 HV 0.5 to ~350 HV 0.5 and ~310 HV 0.5 , respectively) was observed, which has been attributed to the martensite formation. Tensile strength of the welded joints without filler metal increased moderately with respect to base metal. In contrast, ductility was approximately 25% higher than base metal, which provided a toughness improvement of the welded joints. RESUMEN:Efecto del calor de aporte sobre la transformación microestructural y las propiedades mecánicas en soldadura GTAW de un acero inoxidable ferrítico 409L. Se llevaron a cabo soldaduras sin material de aporte y empleando un electrodo convencional (ER308L) para unir un acero inoxidable ferrítico, empleando el proceso de soldadura de arco con electrodo de tungsteno (GTAW). Los parámetros de soldadura fueron ajustados para obtener tres valores diferentes de calor de aporte. La microestructura revela la presencia de una matriz ferrítica gruesa y placas de martensita en la Zona Afectada por el Calor (ZAC). La dilución entre el metal base y de aporte fue correlacionada con la presencia de austenita, martensita y ferrita en el metal de soldadura. Los ciclos térmicos de la soldadura fueron medidos para correlacionar la transformación microestrutural en la ZAC. Mediciones de microdureza (mapas y perfiles), permitieron identificar las diferentes zonas de las uniones soldadas (metal base, ZAC y metal de soldadura). Se observó un incremento de dureza en el metal de soldadura (~350 HV 0,5 ) y en la ZAC (~310 HV 0,5 ), en relación al metal base (~172 HV 0,5 ), que se ha atribuido a la formación de martensita. La resistencia a la tensión de las uniones soldadas sin metal de aporte aumentó ligeramente con respecto al metal base. En cambio, la ductilidad se incrementó aproximadamente un 25% en relación al material base, lo cual mejoró la tenacidad de las uniones.

Efecto de la soldadura sobre la fiabilidad de las propiedades mecánicas en los materiales de acero AISI 1020 y AISI 6150

“…Comparing the base metal with the weld metal and the HAZ, a hardness increment was observed. It is estimated that the reason for this increase is martensite formation with reference to previous studies (Delgado et al, 2016). Another point to be noted here is that the hardness level, which is almost the same in non-welded samples, contains large differences in the regions mentioned in welded samples.…”