NO134493B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår valsepletterte materialer som

i stort omfang brukes som stålplater og -blikk, og en fremgangsmåte til fremstilling derav. De består av ulegerte eller lavlegerte byggestål eller lavlegerte varmefaste stål som grunnmateriale, samt alt etter behovene og kravene til korrosjonsbestandighet, av pletteringsbelegg av forskjellige austenitiske krom-nikkel-stål, eventuelt med molybdeninnhold på ca. 5, 5%, som kan være stabilisert ved tilsetninger av niob eller titan, eller av høynikkelholdige legeringer ved særlig store påkjenninger.

Ved kombinasjonen av grunnmaterialet og pletteringsmaterialet er det viktig at de to benyttede materialgrupper krever forskjellige varmebehandlinger etter valsingen for å gi optimale bruksegenskaper.

For grunnmaterialet er de mekaniske egenskapene ut-slagsgivende, idet man ved bruk av pletterte plater og blikk, f.eks. ved bygging av trykkbeholdere, bare bruker de karakter-istiske data for grunnmaterialet for beregningen. Ulegerte og lavlegerte byggestål brukes i normalglødet tilstand, dvs. etter avkjøling fra ca. 880 - 960°C i stillestående luft. Lavlegerte, varmefaste stål blir oftest seigherdet idet platene etter normal-giøding anløpes ved ca. 700°C med følgende avkjøling i stillestående luft.

De austenitiske stål og legeringer som brukes som pletteringsmaterialer må innherdes ved temperaturer over 960°C, for det meste over 1020 C, og derpå bråkjøles hurtig i vann for å oppnå optimal korrosjonsbestandighet og de beste mekaniske egenskaper. Den varmebehandling som er nødvendig for det bær-ende grunnmaterialet i den valsepletterte platen medfører imidlertid en nedsettelse av korrosjonsbestandigheten som da må tas med på kjøpet. Årsaken tii dette er at det ved langsom av-kjøling av de for det meste relativt tykkpletterte platene fra normaliseringstemperaturen utskilles kromkarbider og inter-metaliiske faser på korngrensene som fører til interkrystall-inske angrep på plettersjiktet. Også bestandigheten overfor gjennometsing, spalte- og spenningsrisskorrosjon, som står særlig i forgrunnen hos høylegerte, rustfrie spesialstål og høy-nikkelholdige legeringer, avtar kraftig ved slike normaliserings-behandlinger. Av disse grunner fører valseplettering av høy-verdige, kjemisk bestandige stållegeringer, som av økonomiske grunner kunne være særlig interessant, ikke til målet.

Det er således foreliggende oppfinnelses oppgave

å tilveiebringe et grunnmateriale hvis mekaniske egenskaper ikke er dårligere enn for de kjente og hittil anvendte ulegerte og lavlegerte konstruksjonsstål og varmefaste stål, hvorved disse egenskaper imidlertid også opprettholdes når slutt-varmebehandlingen for de pletterte platene tilpasses pletteringssjiktets behov.

For løsning av denne oppgave foreslås i henhold til oppfinnelsen austenitiske manganstål som grunnmateriale. Disse stål er i forskjellige avarter kjent som umagnetiser-

bare stål og er forholdsvis billige siden mangan er et relativt billig legeringselement. Videre utmerker disse stålene seg ved en god varmformingsevne også når stålet foreligger i form av store støpeblokker. Disse ståltypenes mekaniske og fysikalske egenskaper er innen vide grenser uavhengig av varmebehandlingen. I likhet med austenitiske krom-nikkel-stål kan slutt-varmebehandlingen foretas fra innherdingstenperaturer over 960°C, fortrinnsvis over 1020°C, i vann, med denne temperatur kan også uten ulempe økes til 1250°C.

Oppfinnelsens gjenstand er således valsepletterte materialer av stål-grunnmateriale og korrosjonsbestand-

ige austenitiske krom-nikkel-stål eller legeringer som pletteringsmaterialer, og oppfinnelsen består i at grunnmaterialet er austenitiske mangangstål.

Disse stål består fortrinnsvis av 0,1-1,2? C, 12-30? Mn, 0,1-5,0% Si, inntil 0, 0H% P, eventuelt i tillegg inntil 0, 5% S, inntil lh% Cr, inntil 3% Nb, inntil 3% V, inntil 0, 5% N, og inneholde én eller flere av disse tilsetninger, samt jern og uunngåelige forurensninger som rest.

Tilsetninger av nitrogen, silisium, niob og vana-dium til austenitiske manganstål har særlig det formål å for-bedre de mekaniske egenskapene, særlig flytegrensen. Kan kan oppnå øket flytegrense også ved å øke karboninnholdet. Til tross for slike tilsetninger opprettholdes den austenitiske oppbygning innenfor visse grenser, også seigheten holder seg i det vesentlige uforandret.

Kromtilsetninger er vanlige i forbindelse med austenitiske manganstål, i større mengder, og for økning av teksturstabiliteten og forbedring av korrosjonsbestandigheten, men kommer bare unntaksvis i betraktning for oppfinnelsens formål siden den nødvendige teksturstabilitet også kan oppnås på annen måte, f.eks. ved øket nitrogeninnhold og fordi særlig problemet med korrosjonsbestandighet generelt må løses ved hjelp av enkelt-sidig eller dobbeltsidig plettering. Videre er kromholdige austenitiske manganstål i sveiset tilstand ømfintlige for inter-krystallinsk korrosjon. Sveisbarheten av pletterte plater er naturligvis av stor interesse.

Kromfrie austenitiske manganstål viser samme korrosjonsforhold som ulegerte stål og kan som disse beskyttes ved maling eller plastbelegning mot korrosjon. Sinkstøvfarger er ofte gunstige for å oppnå en katodisk beskyttelse av stålet.

Som foretrukket eksempel på gruppen austenitiske manganstål kan man nevne et stål med ca. 0,45-0,55? C, 19-21? Mn, maks. 1,5 Si, maks. 0,25? Cr, maks. 0,15? N, resten jern og stålsporstoffer, som i bråkjølt tilstand har følgende mekaniske data ved romtemperatur:

Flj^tegrense 60,2 >35 kg/mm<2>

Strekkfasthet 6B 80 til 90 kg/mm<2>

Bruddforlengelse (1 = 5d) >k0%

Skårslagseighet aR <>>15 rakg/cm<2>

Dette stålet utskiller ingen karbider til tross for det høye karboninnhold på ca. 0, 5%, innenfor et stort an-løpingsområde, også over 500°C, siden det austenitiske gitter har en høy oppløsningsevne for karbon, karakteristisk for alle austenitiske manganstål. Det er videre viktig at karbonet i grunnmaterialet helst ikke avgis til pletteringssjiktet ved valsepletteringen, fordi en kraftig avkulling av grunnmaterialet ville føre til dannelse av e-martensitt og dette ville gi rissdannelser ved sterke kalddeformasjoner av de pletterte plater. Siden karbonets aktivitet og ikke konsentrajonen er avgjørende for diffusjonsretningen og siden aktiviteten som kjent nedsettes ved mangantilsetning, består det i foreliggende tilfelle en tendens til kullstoffavgivning fra plettersjiktet til grunnmaterialet, hvilket i det minste hindrer en uønsket avkulling av grunnmaterialet.

Stålet med ca. 0,5? C og 20? Mn har videre for oppfinnelsens formål den fordel at det holder seg austenitisk også etter kalddeformasjon og ikke herdes ytterligere ved e-martensittdannelse. Stålet er således kaldbearbeidet uten vanskeligheter, selvom det kreves større kraftforbruk sammen-lignet med ferritisk stål. Også fcrbindingssveiseskjøter mellom disse stål kan bearbeides på samme måte som grunnmaterialet.

I motsetning til slike stabil-austenitiske og godt kaldbearbeidbare stål vil f.eks. hardmanganståLmed ca.1,2? C og 12? Mn herdes ved kaldbearbeiding under dannelse av e-martensittstruktur, slik at disse stål bare unntaksvis brukes for oppfinnelsens formål, nemlig når de særlige egenskaper for disse stål er særlig ønsket, f.eks. ved store slagpåkjenninger.

Sponavskillende bearbeidingsevne for austenitiske manganstål, som generelt er vanskeligere enn for ferritiske stål på grunn av tendensen til kaldherding (fastning), kan i likhet med tilfellet for andre stål bedres betraktelig ved tilsetning av små mengder svovel. Tilsetninger av f.eks. 0,2 - 0,3? S, fører allerede til vesentlige lettelser uten at varmebearbeid-ingsevnen forringes. Samtidig anbefales noe høyere nitrogeninnhold på 0,1-0,2? for å øke teksturstabiliteten.

Et eksempel på gunstig anvendelse av svovelhold-ige, austenitiske manganstål som grunnmateriale er valsepletterte, tykkveggede rørbunnplater.

Ved sveising har bruk av austenitiske manganstål som grunnmateriale i pletterte plater, sammenlignet med anvendelse av ferritiske grunnmaterialer, den fordel at det ikke opptrer herdesoner ved varmepåvirkninger, siden de austenitiske mangansta 1 samt austenitiske krom-nikkel-stål er omvandlings-frie. Videre behøver man ikke frykte karbidutskillinger ved sveising slik at ingen etterbehandling ved avspenningsglødninger av grunnmaterialet er nødvendig. Hvis man imidlertid på grunn av sveisekonstruksjonen ønsker avspenningsbehandlinger, kan disse skje uten materialforringelser.

Por sveising av austenitiske manganstål brukes i alminnelighet fullaustenitiske krom-nikkel-mangan-stål som sveisetilsatsmateriale med ca. 18% Crå 8% Ni, 6% Mn, resten i det vesentlige jern og stålsporstoffer. Ved sveising av pletteringsmaterialer i henhold til oppfinnelsen er således grunnmaterialet, pletteringsbelegget og sveisefugen austenitisk og har tilnærmet like mekaniske og fysikalske egenskaper, spesielt også tilnærmet samme varmeutvidelseskoeffisient, slik at det-ved sveisekonstruksjoner av pletterte plater ifølge oppfinnelsen opptrer forholdsvis små varmespenninger.

Ved sveising av vanlige pletterte plater er det et problem å oppnå samme legeringssammensetning i sveisefugens dekksjikt som i pletteringssjiktet. Ved blanding med de under-liggende ferritiske sveisestål og med det omgivende ferritiske grunnmateriale kan legeringskonsentrasjonen i dekksjiktet synke til under den tillatelige grense.

Ved å benytte pletterte plater ifølge oppfinnelsen som kan sveises med nevnte høylegerte austenitiske tilsatsmateriale innholdende 18% Cr, 8% Ni og 6% Mn, oppstår derimot ingen nevneverdig nedsettelse i legeringskonsentrasjonen i dekksjiktet. Slike tilsatsmaterialer brukes også for fremstilling av puffersjikt mellom den ferritiske sveisemasse og dekksjiktet-sveisefugen ved sveising av vanlige pletterte plater.

Brenneskjæring av austenitiske manganstål er mulig på samme måten som for lavlegerte konstruksjonsstål. Ved bearbeiding av pletterte plater som vanligvis benyttes i relativt store tykkelser, er muligheten for skjærebrenning av stor teknisk interesse. I forbindelse med ensidig pletterte plater bør skjæringen foregå fra grunnmaterialsiden fordi brennslagget fra grunnmaterialet da tjener som flussmiddel for pletteringsmaterialet.

Ved varmebearbeiding, altså ved valseplettering, forholder materialekombinasjonene ifølge oppfinnelsen seg tilnærmet på samme måten som ferritiske grunnmaterialer.

Ved overgang fra ferritiske til austenitiske grunnmaterialer kan videre spørsmålet om varmeledningsevne være av interesse, og denne er som kjent mindre ved austenitt-stål. Når f.eks. varmeovergangen gjennom apparaturen hittil har vært for kraftig og således medført en problem, kan dette nå løses enklere ved benyttelse av materialer i henhold til oppfinnelsen.

I henhold til oppfinnelsen fremstilles de ovenfor beskrevne valsepletterte plater på den måten at utgangsplate-emnet av grunnmaterialet og av pletteringsmaterialet planslipes i der minste på den ene siden, emnene legges mot hverandre med slipeflåtene og sveises til hverandre. Som tilsatsmateriale for sveising benyttes fortrinnsvis et austenitisk krom-nikkel-mangan-stål, fortrinnsvis det nevnte stål med 18? Cr, 8% Ni og 6% Mn. Utvalsingen av dette sammensatte emne til pletterte plater skjer i området mellom 1300 og 850°C, hvorved bearbeid-ingen ved lengdevalsing og tverrvalsing skjer i ønsket rekke-følge og gjentas det ønskede antall ganger. Etter valsingen foretas sluttvarmebehandling av platene, og dette kan skje før eller etter tilskjæring til ønskede formater. Sluttvarmebehandlingen består i en innherding ved temperaturer over 960°C, fortrinnsvis over 1200°C, og av en hurtig avkjøling fra disse temperaturer, fortrinnsvis bråkjøling i vann.

Por å vise muligheten for fremstilling av valsepletterte materialer ifølge oppfinnelsen laget man fem utgangs-enner av austenitisk manganstål med 0, 52% C, 1, 55% Si, 20,4? Mn, 0,13? Cr, 0,089? N, resten jern og sporstoffer, med målene 80 x 450 x 1100 mm, som ble planslipt og lagt sammen med.en ensidig planslipt platin av fem forskjellige pletteringsmaterialer med noe mindre mål 12 x 430 x 1050 mm, og disse ble sammensveiset med en kilefuge. Som tilsatsmateriale brukte man nevnte austenitiske krom-nikkel-mangan-stål. Man brukte i disse tilfeller ikke de vanlige "dobbeltpakker" som ellers brukes i praksis.

Valsingen ble i alle tilfeller gjennomført ved en temperatur mellom 1300 og 850°C. De fremstilte plater hadde målene 1250 x l600 mm og en grunnmateriaitykkelse på 20 mm, pletteringssjikttykkelse lik 3 mm. Platene ble prøvet med ultralyd for å finne eventuelle bindefeil. Slike feil kunne bare påvises i randområdene. Etter kanting av platene ved skjærebrenning forelå nå feilfritt materiale for gjennomføring

av de forskjellige forsøk.

Som pietteringsmateriale benyttet man de følgende stål og legeringer: 1) Austenitisk krom-nikkel-stål med 0,044? C, 0,78? Si, 1,12? Mn, 18,2? Cr, 9,4? Ni, 0,13? Mo, resten jern og sporstoffer. Sluttvarmebehandlingen for de pletterte plater bestod i brå-kjøling fra 1050°C i vann. 2) Nitrogenholdig, austenitisk krom-nikkel-molybden-stål med 0,02? C, 0,45? Si, 0,82? Mn, 24,3? Cr, 22,1? Ni, 2,37? Mo, 0,182? N, resten jern og stålsporstoffer.

Sluttvarmebehandling for den pletterte plate: Bråkjøling fra

1100°C i vann.

3) Nitrogenholdig, austenitisk krom-nikkel-molybden-stål med 0,035? C, 0,61? Si, 0,94? Mn, 17,7? Cr, 13,6? Ni, 4,71? Mo, 0,17? Cu, 0,163? N, resten jern og stålsporstoffer. Sluttvarmebehandling av de pletterte plater: Bråkjøling fra

1100°C i vann.

4) Høysilisiumholdig, austenitisk krom-nikkel-stål med 0,019? C, 4,25? Si, 0,97? Mn, 18,2? Cr, 14,7? Ni, resten jern og stål-sporstof f er .

Sluttvarmebehandling for de pletterte plater: Bråkjøling fra

1150°C i vann.

5) Austenitisk nikkel-krom-molybden-legering med 0,042? C, 0,35? Si, 16,4? Cr, 17,7? Mo, 60,2? Ni, resten jern og sporstoffer. Sluttvarmebehandling for de pletterte plater: Bråkjøling fra 1220°C i vann.

I tillegg til de oppførte materialkombinasjoner i henhold til oppfinnelsen fremstile man en annen' kombinasjon med et svovelholdig, austenitisk manganstål som grunnmateriale og et nitrogenholdig, austenitisk krom-nikkel-molybden-stål ifølge eksempel 3 som pietteringsmateriale, på den beskrevne måten, og på samme måten medtatt ved de aktuelle undersøkelser. Slutt-varmebehandlingen for de pletterte plater var på samme måten som i eksempel 3 bråkjøling fra H00°C i vann. Grunnmaterialet bestod av 0,47? C, 1,12? Si, 19,6? Mn, 0,26? S, 0,15? Cr, 0,117? N, resten jern og stålsporstoffer.

Av de pletterte platene laget man prøvestykker for prøving av skjærfasthet, bretteforsøk og for metallografiske og korrosjonskjemiske undersøkelser.

Man fant for skjærfastheten verdier på mellom 32 og 58 kg/mm for alle pletteringsplater. Minstekravet er 14 kg/mm 2som kan oppfylles uten vanskeligheter.

Til bretteprøvene benyttet man en dor med en dia-meter svarende til den dobbelte platetykkelse. Prøvene foregikk både med pletteringsbelegget innover og med pletteringsbelegget utover, samt i retning loddrett på førstnevnte retning. Bøye-'vinkelen var i alle tilfeller l80°. Man kunne ikke finne opp-sprekkinger eller løsning for noen av de undersøkte pletterte platene i overgangssonen mellom grunnmaterialet og pletteringsmaterialet.

I overensstemmelse med skjærforsøksresultatene foreligger det således feilfrie metalliske bindinger for alle mater-ial komb ina sj oner .

De metallografiske undersøkelser viste at det på grunnmaterialsiden.praktisk talt ikke forelå noen forandring ved overgangssonen. På pletteringssiden fant man i denne sonen innenfor et område på høyst 0,3 mm noen ganger utfellinger på korngrensene. Den øvrige struktur i pletteringsbelegget, altså i over 90? av dette, er ikke påvirket av pletteringsprosessen.

For en del av de pletterte platene målte man videre med mikrosonde konsentrasjonsforløpet av de viktigste legeringselementene i overgangsområdet grunnmateriale-plett-eringsmateriale. For grunnstoffene mangan, krom, nikkel, silisium og molybden fikk man i alle tilfeller et skarpt kon-sentras j onssprang ved materiaiovergangen hvorav man kan slutte at det bare foreligger liten blanding av de to materialer.

Karbonfordelingen ble bestemt ved hjelp av sjikt-analyse. Sjikttykkelsene kunne av måletekniske grunner ikke velges mindre enn 0,2 mm. Resultatene av disse undersøkelser viser at også kullstoffutblandingen, overensstemmende med de metallografiske undersøkelser, ikke går ut over 0,3 mm på pletteringssiden.

Korrosjonsundersøkelser på prøver hvor det er slitt av 2 mm på pletteringssjiktets overflate viste i alle tilfeller samme korrosjonsforhold som utgangsmaterialet som

ble brukt til pletteringen.

For å prøve kaldbearbeidingsevnen for de pletterte platene, presset man i en pressform halvkuleformede skåler med 150 mm radius og undersøkte disse med ultralyd for å finne eventuelle bindefeil. Man fant at denne bearbeidings-prosess ikke forandret noe med hensyn til feilfri bindeevne mellom grunnmaterialet og pletteringsmaterialet. Man fikk også de samme gode resultater ved varmepressing av slike halvkule-skåler.

De mekaniske egenskaper for grunnmaterialet i de pletterte plater ble undersøkt ved hjelp av strekkprøver tatt ut av grunnmaterialet. Resultatene av disse forsøk lå innenfor de samme grenser som utgangsmaterialet. Dette gjelder spesielt også for plettering med austenitisk nikkel-krom-molybden-legering som gjennomgikk en sluttvarmebehandling ved bråkjøling fra 1220°C i vann.

For prøving av effekten av svoveltilsetningen til grunnmaterialet gjennomførte man sammenlignende sponfraskillende bearbeidingsforsøk ved høvling, fresing og boring, hvorved leg-eringskombinasjonen i henhold til eksempel 3 og sistnevnte kombinasjon med et svovelinnhold i grunnmaterialet på 0,26? ble brukt til forsøkene idet disse to materialkombinasjoner bare skiller seg fra hverandre i grunnmaterialet. De gjennomførte forsøk viste tydlig at kombinasjonen med svovelholdig grunnmateriale var lettere bearbeidbar.

Selv om de pletteringsmaterialer som har kommet

i betraktning ved foreliggende oppfinnelse i det vesentlige har interesse på grunn av sin korrosjonsbestandighet, vil man for-stå at oppfinnelsen også kan anvendes på andre austenitiske stål og legeringer hvor ikke korrosjonsbestandigheten, men andre egenskaper som f. eks. varmebestandigheten har størst interesse. Med begrepet korrosjonsbestandighet vil man i henhold til foreliggende oppfinnelse fremfor alt uttrykke at det i motsetning til de austenitiske manganstål som brukes til grunnmaterialet dreier seg om høyverdige austenitiske materialer hvor muligheten for plettering er av interesse av tekniske og økonomiske grunner.

Claims (4)

1. Valsepletterte materialer av stål-grunnmateriale og korrosjonsbestandige austenitiske krom-nikkel-stål eller

legeringer som pietteringsmateriale, karakterisert ved at grunnmaterialet er austenitiske manganstål.

2. Valsepletterte materialer i henhold til krav 1, karakterisert ved at grunnmaterialet består av 0,1-1,2? C, 12-30? Mn, 0,1-5,0? Si, inntil 0,04? P, eventuelt tilsatt 0,5? S, inntil 14? Cr, inntil 3? Nb, inntil 3? V, inntil 0,5? N, inneholdende én eller flere av disse tilsetninger samt resten jern og stålsporstoffer.

3- Valsepletterte materialer som angitt i krav 1 og 2,karakterisert ved at grunnmaterialet består av 0,45-0,55? C, 19,0-21,0? Mn, maks. 1,5? Si, maks. 0,25? Cr, maks. 0,15? N, resten jern og sporstoffer.

4. Valsepletterte materialer som angitt i krav 1 og 2, karakterisert ved at grunnmaterialet inneholder 0,2-0,3? S og eventuelt 0,1-0,2? N. 5- Fremgangsmåte til fremstilling av valsepletterte materialer ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at utgangsemnene av grunnmaterialet og pletteringsmaterialet planslipes i det minste på en side av emnene, legges mot hverandre med slipeflatene og sammensveises under anvendelse av et tilsetningsmateriale av et austenitisk krom-nikkel-mangan-stål, fortrinnsvis med ca. 18? Cr, 8? Ni, 6? Mn, resten jern og uunngåelige stålforurensninger, deretter utvalses i et temperaturområde mellom 1300 og 85C°C til blikk og deretter før eller etter tilkutting til ønsket dimensjon hurtig avkjøles fra temperaturer over 960°C, fortrinnsvis over 1020°C, spesielt ved bråavkjøling i vann.