FI73469B - Hoeghaollfast, svetsbart staol foer framstaellning av fasongjutstycken. - Google Patents

Description

Suuren lujuuden omaava hitsattava teräs muotovalosten valmis tusta varten 1 73469

Esillä oleva keksintö kohdistuu metallurgiaan ja tar-5 kemmin sanottuna suurilujuuksisiin, hitsattaviin teräksiin suuria rasituksia kestäviä, muotoiltuja massavalanteita varten, jotka on tarkoitettu käytettäviksi mataliin lämpötiloihin joutuviin, voimakkaasti rasitettuihin rakenteisiin. Esimerkkejä näistä kriittisistä rakenteista ovat itsekantavien poraus- 10 alustojen perus- tai tukipilarit, jolloin tästä teräksestä valmistettuja valanteita voidaan käyttää vhdistysosina.

Otettaessa huomioon erittäin kriittinen luonne ja vaikeat käyttöolosuhteet asetetaan tämän luokan teräksille seu-raavat vaatimukset: 15 kasvanut lujuus yhdessä tyydyttävän hitsattavuuden ja hyvän kestokyvyn kanssa haurausmurtumia vastaan; hyvät valuominaisuudet ja hyvä käsiteltävyys (työstet-tävyys) metallurgiassa, mekaanisessa tekniikassa ja laivanrakennusteollisuudessa .

20 Japanissa tuotettaessa monimutkaisen rakenteen omaavia muotovalanteita, jotka on tarkoitettu erikoisesti itsekantavien porauslauttojen yhdistäviä tukiosia varten, käytetään suurilujuuksista Cr-Ni-Mo-V-terästä STC-80, jonka kemiallinen koostumus massaprosentteina on korkeintaan seuraa- 25 va: C - 0,18; Si - 0,40; Mn - 1,0; Cu - 0,4; Ni - 2,5; Cr -0,6; Mo - 0,5; V - 0,08; ja S sekä P - 0,020 (jokainen).

Teräs STC-80 karkaistaan 80-100 mm paksuuteen saakka ja lämpökäsittelyn jälkeen sen mekaaniset ominaisuudet ovat seu-raavat: 30 myötäraja, MPa vähintäin 700 murtolujuus, MPa vähintäin 800 suhteellinen venymä, % vähintäin 15 -50 iskuenergia, KV , J vähintäin 35 pinta-alan pieneneminen, % vähintäin 35.

2 73469

Terästä voidaan tyydyttävästi hitsata.

Kuitenkin edellämainitut ominaisuudet saadaan tähän teräkseen vain valanteissa, joiden seinämäpaksuus on 80-100 millimetriin saakka. Valanteen seinämän paksuuden ollessa suu-5 remman, esimerkiksi 200 millimetriin saakka, tämän teräksen karkaisu ei enää ole taattu eikä siten vaadittava lämpötila-viskositeettivara (Journal of Petsoleum Technology, July, 1980) .

Saksan Liittotasavallassa käytetään itsenostavien poraus- 10 alustojen yhdistäviä tukiosia varten niukkaseosteista, laatua "Koesch GS Ark 10” olevaa terästä, jonka kemiallinen koostumus (massaprosentteina) on seuraava: C korkeintaan 0,15, Si - 0,150-0,50; Mn - 0,85-1,70; Ni-0,90-1,20; S korkeintaan 0,010; P korkeintaan 0,020. Valanteina, joiden seinämän paksuus on 15 500 mm saakka, saadaan mekaanisten ominaisuuksien arvot: myötäraja - vähintäin 280 MPa, murtolujuus - vähintäin 460 MPa; suhteellinen venymä - vähintäin 30 %, pinta-alan pieneneminen -50 vähintäin 15 %; iskuenergia, KV - vähintäin 27 J. Tämän teräksen hitsattavuus on tyydyttävä, (vrt. toiminimen Hoesch 20 Estel Huttenverkskontor GMBH, Berhardstrasse 23 D - 4000, Dortmund, Länsi-Saksa, mainoskirjasta Stahl und Eisen 102 (1982) Nr. 14) .

Iso-Britanniassa näihin tarkoituksiin käytetään niukkaseosteista terästä, jonka myötäraja on vähintäin 320 MPa ja 25 koostumus massaprosentteina seuraava: C - 0,18 asti; Si - 0,10-0,50; Mn - 1,2-1,6; Ni -0,5 asti; Mn -0,2 asti; V - 0,08 asti, Nb - 0,4 asti (Iron Age Metals Working Intern., 1982, 21.6).

Kuitenkaan Hoesch GS Ark ja CSNB laatua olevaa terästä 30 ei voida käyttää voimakkaasti kuormitettuihin valanteisiin, joita käytetään matalissa lämpötiloissa (-30°C asti), koska sen lujuus on pieni ja lämpötila-viskositeettivara on riittämätön .

Suomessa kriittisiin valuesineisiin käytetään laatua 35 Vaculok F 60, jonka kemiallinen koostumus on seuraava (massa-

II

3 73469 prosentteina): C - 0,10-0,16, Si - 0,20-0,5; Μη - 0,90-1,20;

Cr - 1,10-1,40; Ni - 2,30-2,70; Mo - 0,25-0,40; Ai - 0,020, P - korkeintaan 0,020; S - korkeintaan 0,010; Cu - korkeintaan 0,25. Teräksen mekaaniset ominaisuudet ovat seuraavat: 5 myötäraja, MPa vähintäin 590 murtolujuus, MPa vähintäin 720 suhteellinen venymä, % vähintäin 15 pinta-alan pieneneminen, % vähintäin 50 -40 iskuenergia, KV , J vähintäin 30 10 (vrt. "Rauma-Repola" yhtiön kirjasta).

Tällä teräksellä saavutetaan vaadittava lujuus- ja muovailtavuustaso, mutta se ei ole riittävän myötäävä 0°C alapuolella olevissa lämpötiloissa.

Useissa valtioissa käytetään hyvin tunnettuja, HY-80 15 ja HY-100 laatuja kriittisiin käyttöihin tarkoitettuja muoto-valanteita varten. Näiden terästen mekaaninen lujuus ja muovattavuus ovat riittävän hyvät asianmukaisen suorituskyvyn saamiseksi 0°C alapuolella olevissa lämpötiloissa. Kuitenkin näillä teräksillä saavutetaan vaadittu mekaanisen lujuuden ja muovat-20 tavuuden taso vain valanteissa, joiden seinämän paksuus on 152 millimetriin saakka.

Kirjallisuudessa esitetyistä, alan aikaisemmista suuri-lujuuksisista teräksistä, joka läheisimmin vastaa esillä olevan keksinnön mukaista terästä koostumuksensa suhteen, on pa-25 rannettu, hitsattava teräs (vert. USSR Invertor's Certificate No. 505738, Cl. C 22 C 38/00, 1974), jonka koostumus massa-prosentteina on seuraava: hiili 0,10-0,15 pii 0,20-0,42 30 mangaani 0,30-0,55 kromi 1,20-1,70 nikkeli 1,40-1,80 kupari 0,40-0,65 molybdeeni 0,20-0,10 35 vanadiini 0,08-0,15 4 73469 serium 0,02-0,10 alumiini 0,02-0,08 kalsium 0,015-0,04 rauta loput.

5 Tämän teräksen karkaistavuus on riittämätön valanteis sa, joiden seinämän paksuus on 200 mm saakka ja siten sen muokattavuusvara, erikoisesti 0°C alapuolella olevissa lämpötiloissa, on riittämätön.

Esilläoleva keksintö kohdistuu suurilujuuksisen, hitsat-10 tavan teräksen kehittämiseen muotovalanteita varten valitsemalla asianmukaisesti seostusaineosat, jotka omaavat hyvät valu-ominaisuudet ja suuren muokattavuuden matalissa lämpötiloissa 200 mm paksuuksiin saakka.

Tämä kohde saavutetaan suurilujuuksisen, hitsattavan 15 teräksen avulla muotovalanteita varten, mikä teräs sisältää hiiltä, piitä, mangaania, kromia, nikkeliä, kuparia, molybdeenia, vanadiinia, seriumia, alumiinia, kalsiumia ja rautaa ja jolle on tunnusomaista se, että se sisältää aineosia seuraa-vina osuuksina massaprosentteina: 20 hiili 0,09-0,13 pii 0,15-0,30 mangaani 0,50-1,00 kromi 0,40-0,70 nikkeli 4,00-4,80 25 kupari 1,50-2,00 molybdeeni 0,25-0,35 vanadiini 0,02-0,05 serium 0,010-0,030 alumiini 0,010-0,035 30 kalsium 0,005-0,08 rikki vähemmän kuin 0,012 fosfori vähemmän kuin 0,012 rauta loppuosa.

Esillä olevan keksinnön mukainen teräs takaa täydelli-35 sen karkaistavuuden koko paksuudeltaan valanteissa, joiden I! 5 73469 seinämän, paksuus on 200 mm saakka ja seuraavat mekaaniset ominaisuudet: myötäraja, MPa vähintäin 600 pinta-alan pieneneminen, % vähintäin 45 -50 5 iskuenergia, KV ,J vähintäin 80

Kuitumaisen aineosan määrä näytteissä, joiden poikkileikkaus on 200 x 200 mm, on 20°C lämpötilassa prosentteina vähintäin 100.

Kuparin ja nikkelin pitoisuutta esilläolevan keksinnön 10 mukaisessa teräksessä on suurennettu täydellisen karkaistavuu-den takaamiseksi koko paksuudelta valanteissa, joiden seinämän paksuus on 200 mm saakka. Kupari parantaa myös teräksen juoksevuutta. Lisäksi nikkelin ja kuparin suurennettu pitoisuus teräksessä aiheuttaa teräksen muokattavuuden lämpötila-15 varan kasvun s.o. teräksen vastustuskyvyn paranemisen hauraus-murtumia vastaan. Kromin ja vanadiinin pitoisuuksia teräksessä on rajoitettu verrattuna alan aikaisempaan teräslaatuun sen hitsattavuuden parantamiseksi.

Lämpökäsittelyn jälkeen teräksen lujuus-, taottavuus-20 ja muovautumisominaisuuksien taso on vaadittu, jolloin taataan hyvä suorituskyky valetuissa osissa jaksollisissa, dynaamisissa kuormitusoloissa ja meriveden vaikutuksen suhteen. Esillä olevan keksinnön mukaista terästä voidaan hitsata hyvin 70 mm paksuuksiin saakka matalissa lämpötiloissa ilman edeltävää esi-25 kuumennusta tapauksissa, joissa käytetään austeniittisia elektrodeja; tapauksissa, joissa käytetään niukkaseosteisia elektrodeja, on välttämätöntä esikuumentaa 60-80°C lämpötilaan.

Esilläolevan keksinnön mukaisen teräksen koneistettavuus ja muut käsittelyominaisuudet ovat hyvät valmistusvaiheissa, 30 jotka liittyvät raskaasti kuormitettujen rakenteiden valmistamiseen, esimerkiksi itsekantavien porausalustojen tukipylväitä varten.

Esilläolevan keksinnön mukaisen teräksen nämä ominaisuudet voidaan taata vain määrättäessä tarkoin teräskoostumuk-35 seen lisättävien aineosien osuudet. Poikettaessa vähintäin 6 73469 yhdelle aineosalle esitetyistä rajoista ei voida valmistaa edelläesitetyt ominaisuudet omaavaa terästä.

Esimerkiksi jos hiilen pitoisuus on pienempi kuin esitetty, vetokuormitusominaisuudet ja karkaistavuus heik-5 kenevät.

Jos hiilen pitoisuus on suurempi kuin 0,13 %, aiheuttaa tämä teräksen lujuuden kasvun ja muodonmuutos- ja taot-tavuusominaisuuksien alenemisen sekä heikentää karkaista-vuutta, mikä on epäsuotavaa.

10 Vähennettäessä piin, mangaanin, alumiinin, vanadiinin, kalsiumin tai seriumin pitoisuuksia edelläesitettyjen rajojen alapuolelle aiheutuu tästä haitallinen vaikutus teräksen käsi te Itävyyteen metallurgisissa tuotantovaiheissa sekä teräksen muodonmuutos- ja taottavuusominaisuuksiin. Suurennettaes-15 sa edellämainittujen alkuaineiden pitoisuuksia edellämainittujen rajojen yläpuolelle heikkenee teräksen hitsattavuus ja käsiteltävyys.

Kromin, kuparin, nikkelin ja molybdeenin pitoisuuksien ollessa teräksessä edellämainittuja määriä pienempiä heikkenee 20 teräksen karkaistavuus ja sen vetorasituksen muodonmuutos- sekä taottavuusominaisuudet. Niiden pitoisuuksien suurentaminen edelläesitettyä ylärajaa suuremmaksi heikentää teräksen hitsattavuutta, parantaa sen lujuutta, mutta alentaa taotta-vuutta.

25 Esilläolevan keksinnön ymmärtämiseksi paremmin esitel lään seuraavassa eräitä määrättyjä esimerkkejä, joissa esitetään teräksen koostumusta, sen mekaanisia ja valuominaisuuksia. Esimerkit 1-15 on esitetty taulukoissa 1 ja 2.

Teräsval-anteet esilläolevan keksinnön mukaisesta uudesta 30 teräksestä valmistetaan seuraavat vaiheet käsittävän menetelmän mukaan: tl 7 73469 panoksen valmistus; teräksen sulatus sulatusyksiköissä; teräksen kaataminen valumuotteihin; valanteiden puhdistus; 5 edeltävä lämpökäsittely; jäänteiden, valupäiden ja vastaavien poisto leikkaamalla; esikoneistus (mikäli tarvitaan); valanteiden laadun tarkastus sisäisten ja ulkoisten vioittumien paljastamiseksi; 10 valanteiden hitsauskorjaus; lopullinen lämpökäsittely.

Teräksen sulatus suoritetaan sähköuunissa.

Ei-hapettavat seostusaineosat, nimittäin nikkeli, ferromolybdeeni ja kupari lisätään uuniin yhdessä rautapanok-15 sen kanssa. Muut seostusaineosat lisätään uuniin ennen teräksen poistoa valuttamalla valusankoon sulan teräksen lämpötilassa, joka on 1640-1680°C. Teräksen edeltävä deoksidointi suoritetaan alumiinin, mangaanin ja piin avulla uunissa. Lopullinen deoksidointi - teräksen modifiointi kalsiumin, silikokalsiumin 20 ja ferroseriumin avulla - suoritetaan valusangossa.

Ennen teräksen ulosvalutusta sen lämpötila on 1620 -164Q°C. Metallin valaminen muotteihin suoritetaan metallin lämpötilan ollessa 1580-1600°C.

On edullista, jos teräkselle suoritetaan uunin ulkopuo-25 linen tyhjiökäsittely.

Valanteiden ravistus pois muoteista suoritetaan 650 -500°C lämpötilassa, valanteet siirretään sitten uuniin, joka on kuumennettu 600-550°C lämpötilaan ja suoritetaan höytälöi-tymisen estokäsittely seuraavan kaavion mukaan: hidas jäähdy-30 tys 600-550°C lämpötilasta 300°C lämpötilaan, pito 300°C lämpötilassa 10 tunnin ajan, hidas kuumennus 620-640°C lämpötilaan, pito siinä 24 tunnin ajan, minkä jälkeen valanteet jäähdytetään uunissa.

Valanteille suoritetaan edeltävä lämpökäsittely seuraa-35 van kaavion mukaan: 8 73469 1. homogenisointi 1160°C lämpötilassa 2. temperointi 600-620°C lämpötilassa 3. normalisointi 920-960°C lämpötilassa 4. temperointi 620-640°C lämpötilassa 5 Valanteiden lopullinen lämpökäsittely suoritetaan seu- raavan kaavion mukaan: 1. Vesijäähdytys 880-910°C lämpötilasta 2. Temperointi 620-640°C lämpötilassa, vesijäähdytys. Lämpökäsittelyn jälkeen valuharkot, joiden poikkileikkaus oli 10 200 x 200 cm ja valanteet leikattiin näytteiksi testausta var ten, jolloin näytteet leikattiin valuharkon ja valanteen koko paksuuden poikki.

Teräksen mekaanisten ja valuominaisuuksien määrääminen suoritettiin seuraavia standardimenettelyjä seuraten. Kuitujen 15 prosenttiosuus halkeamassa määrättiin testaamalla näytteiden staattinen taipuma poikkileikkauksella 200 x 200 mm. Kuitumaisen aineosan määrä määrättiin taipuisan halkeaman pinta-alan avulla.

Kriittinen haurauslämpötila (T^) määrättiin suoritta-20 maila sarja iskutestejä V-lovetuille näytteille alueella +20°C--120°C olevissa lämpötiloissa. Arviointikriteeri T^-arvon määräämiselle on 50 prosentin kiteisen (hauraan) aineosan esiintyminen näytteiden halkeamissa.

Taulukoissa 1 ja 2 on esitetty kemiallinen koostumus, 25 halkeamatyypin kuvaus, mekaaninen vetolujuus, iskuenergia +20°C ja -50°C lämpötiloissa, kriittinen haurauslämpötila, valuominaisuudet ja hitsattavuus (analysoitu hiiliekvivalentin avulla) viidelle esillä olevan keksinnön mukaisen teräksen hehkutukselle ja kolmelle hehkutukselle USSR Inventor's Certificate 30 No. 505738 Cl. 22 C 39/00, 1974 mukaisesti.

Näiden taulukkojen arvot osoittavat, että mainitun USSR Inventor's Certificate No. 505738 mukainen teräs valanteissa, joiden nämän paksuus on 200 millimetriin saakka, ei takaa täydellistä karkaistavuutta koko paksuudelta ja siten vaaditta-35 vaa muovautuvuuden ja taottavuuden tasoa, erikoisesti 0°C ala-

II

9 73469 puolella olevilla lämpötiloissa. Edelläesitetystä seuraa, että tämän teräksen käyttö muotovalanteissa, joissa seinämän paksuus on 200 mm asti, on mahdotonta, koska käytön aikana näihin valanteisiin vaikuttaa huomattavia staattisia, svkli-5 siä ja iskeviä rasituksia jopa -30°C lämpötiloissa.

Esilläolevan keksinnönmukainen teräs voidaan karkaista täydellisesti koko paksuudeltaan valanteissa, joiden seinämän paksuus on 200 mm asti ja omaavat ne riittävällä lujuudella ja muovautuvuudella hyvän vastustuskyvyn haurausmurtumia vastaan 10 0°C alapuolella olevissa lämpötiloissa.

Taulukko 1

Esim. Alkuaineiden massaosuus, % 12 No Hiili Pii Man- Kromi Nik- Kupa- Molyb- gaani keli ri deeni 12 545 6 7 Q 9 I. Tämän keksinnön mukainen teräs 20 1 I 0,09 0,15 0,50 0,40 4,00 1,50 0,25 2 2 0;11 0,23 0,75 0,62 4,50 1,71 0,52 3 3 0,15 0,50 1,00 0,70 4,80 2,00 0,55 4 4 0,12 0,20 0,91 0,60 4,51 1,95 0,27 25 5 5 0,10 0,29 0,99 0,57 4,50 1,96 0,29 2. USSR Inventor's Certificate No 505738 mukainen teräs 6 0,10 0,20 0,32 1,20 1,44 0,41 0,22 30 7 0,12 0,51 0,45 1,50 1,60 0,52 0,25 8 0,15 0,41 0,54 1,70 1,79 0,65 0,50 10 73469

Taulukko 1 jatkuu

No Vana- Alu- Kalsium Serium Rikki Fosfori Rauta diini miini 5 _ 10 11 12 13 14 15 16 I. Tämän keksinnönmukainen teräs 1 Oy02 0j010 0,005 0,010 0,008 0,005 loput 10 2 0j02 Oy021 0,010 0,019 0;012 0,003 loput 3 0,05 0r035 0,080 0j030 0;011 0,003 loput 4 Oy04 0y012 0y025 0,011 0;005 0,010 loput 5 0703 Oy030 0;035 Oy025 0;008 0,007 loput 15 2. USSR Inventor's Certificate No 505738 mukainen teräs 6 0y03 0,020 0;015 0;022 0;008 0;006 loput 2Q 7 0,12 0,052 0,020 0;045 0,012 0,005 loput 8 0,14 0,073 0,040 0,050 0,014 0,008 loput

II

11 73469

tn d I

I ι -h <u 3 ft 3 M (0 d Ό 4-1 d >i *—I d dE<D-Hd<*> ti) >ι ε r-ι o; tn e 3 ό ο -h Ό 4J g 1) d :3 4J Ή ·ηαο η (ΰ ό ·η M d '4 0) tn οο α> ε o 3 tod αι φ 3 3 ^ ·η 4-> 3 Ο 3 ε« 44 3 44 Ή 3 3 d

44 44 (N tn Π\ 3 O <*> -H 3 tn C O

>i m 44 44 cd (0(0(0(0d as 3 tn o ;r0 3-H(ö -Hdo εεεε <u 44 ε c d 44 3

S £ ft CU 3 -h o 3(0(0(0 d -H 3 d) 3 O «H

K m r tn tn tn tn -h 44 44 44 3 3

° *3 O O O

I CM LA O O O § ^ ^

►> CO A CV r* CV A ^ CO la A

£ r- oo v-r-T-

™ tn O O O

+ O iAOLACVo*^*--V

> θ'» CO cOO-OOcOinLACOiA

t4 τ~ ΤΓ v~ ^ IA 4 4

O

2

<D

44 44 <U 3

Otts o 0*-oc\ioooo 3 tn »v ™ S WJ V) CV to tD (Λ to ^ cv o cp»

W U vD 1Λ tA ιΟ ιΛ 5 A A CV

o -h tn 44 44 3 44 >4 -¾ 55 A (Γ( Γ O (Λ 5 °oo

o C ΐ Ifl K

3 O tn A 00 O CV ON CO M NrO

3 8 3 ^ CV CV v s- ™ E-i 3 *4 S-i

•5 O (A LA O CO 2 LA Ά LA

3+?^ 3" 00 CV (A CO c COCAO

i—I -H o- F-CQOOCO φ A-C^-CO

0 C ^ 0} > +J C .r* ft d

<D :ni Ιλ IS H

> -π J A O N O N N LAiAO

LA cOCVlAO- (¾ (V CO V

VD VJtScDvO σι VJ VJA- t/3

D

ε CV r- CV (A V" LA r C\J tA

•H A (A A

tn o w d 44 " Γ-

O v CV A -V" A lD rO

2 12 73469

Taulukko 2 jatkuu

No:t Kriittinen Valuominaisuudet 1Q0°C:ssa 5 hauraus- Lineaa- Murtuman Kutistunen Neste- Hiiliekvi- lämpötila rinen vastustus- tilavuuden virtaus valentti oq kutis- kyky kasautumi- λ mm ^Cvksikköä^ tuma nen, aukko- y f s * f kg ja 1 0 TT cf vp»/e n no nn 12 i3 ή 15 n -noo 1;84 50^0 2f1 180 0;42 2 -noo n?84 51^0 2;2 n70 oy57 3 -noo n?82 50^0 zf2 177 0;65 4 -noo n^83 52 j o 2^n 185 of57 20 5 -noo n^8? 51 yo ZjZ n82 o^57 USSR Inventor's Certificate'n mukainen teräs 6 0 1779 52;o 2;o neo or57 7 0 1;75 51;0 2,1 185 o;64 25 8 -20 1;81 50;0 2;3 175 0; 72

Huom. 1. Testinäytteet leikattiin valuharkon koko paksuudelta.

2. Valuharkot, joiden poikkileikkaus on 200 x 200 mm, 30 lämpökäsiteltiin samoissa olosuhteissa.

3. Testitulokset ovat 3-5 arvon keskiarvoja.

4. Hiiliekvivalentti lasketaan kaavan: c , -1,1,--= c+iy,sI+-?Mn+-7rtNi+|cr-4Mo+i V.

yksikköä 24 6 40 5 4 14

Claims (1)

13 73469 Patenttivaatimus Suurilujuuksinen, hitsattava teräs muotovalanteitä varten sisältäen hiiltä, piitä, mangaania, kromia, nikkeliä, 5 kuparia, molybdeenia, vanadiinia, seriumia, alumiinia, kalsiumia ja rautaa, tunnettu siitä, että se sisältää aineosat seuraavina osuuksina massaprosentteina: hiili 0,09 - 0,013 pii 0,15 - 0,30 10 mangaani 0,50 - 1,00 kromi 0,40 - 0,70 nikkeli 4,00 - 4,80 kupari 1,50 - 2,00 molybdeeni 0,25 - 0,35 15 vanadiini 0,02 - 0,05 serium 0,010 - 0,030 alumiini 0,010 - 0,035 kalsium 0,005 - 0,08 rikki vähemmän kuin 0,012 20 fosfori vähemmän kuin 0,012 rauta loppuosa