NO147113B - Niobholdig sveisbart konstruksjonsstaal - Google Patents

Description

i..... ■ • Foreliggende oppfinnelsen angår et niobholdig sveisbart konstruksstål med, god motstandsevne overfor oppsprekking og god seighet i?sonen som er påvirket av sveisevarmen. Mere spesielt:angår oppfinnelsen et niobholdig sveisbart konstruk-sjonssål-med.en strekkfasthet på 40 - 80 kg/mm med forbed-ret iseighet i..sonen som påvirkes av sveisevarmen og eri motstandsevne overfor.sveiseoppsprekking, og oppfinnelsen frem-bringer .dette niqbholdige stål.med en på forhånd bestemt mengde i av sammensetninger for :å . begrense mengden av marten-sittøyer som dannes i sonen som påvirkes av sveisevarmen til en mengde ikke over 15%, uttrykt ved :arealforholdet.

■ ..• :.:Niob er et element som: når ::det tilsettes i spor-mengder i til :stål, ...sterkt forbedrer styrken ■ og' seigheten i stålet> og det er derfor økonomisk fordelaktig. Av disse grunner har•niobholdig stål (heretter'kalt "Nb-holdig stål") oppnådd stor anvendelse;for rørledninger, skipskonstruksjoner, trykkbeholdere, broer o.l.' imidlertid medfører Nb-holdig stål denimangel at'deri har dårlig .seighet' i'den sonen som på-;virkes av sveisevarmen; og> spesielt .når 'det benyttes en høy-effektssveising slik som ensidesveisingi med neddyppet bue, er sprøheten di denne svedsevarmepåvirkede sone stor.>

I de senere år har. dette -problem gjort seg stadig mer gjeldende fordi det1 er lagt:sterke krav på stålmaterialer som benyttes for. sveisbare konstruksjonér, nemlig at disse materialer .har tilstrekkelig seighet -i sveiseskjøten også ved. ultralave ^temperaturer inær - 60°C, derfor er en løsning av problemet sterkt ønsket av fagfolk. Av denne grunn skal en sterkere forklaring>på problemet ;gis. I den senere tid har utlegningsprosjekter for rørledninger for, transport av råolje eller naturgass vist en økende tendens til å bevege seg mot ultrakalde regioner og samtidig med dette vil de vanlige Nb-holdige stål for rørledninger forårsake sprøhet i den sveisevarmepåvirkede sone, og man oppnår således ikke tilstrekkelig seighet til å motstå slike anvendelser hvis man ikke gir avkall på effektiviteten ved sveisearbeidet. Mens petroleumerstattede energikilder slik som LPG (Liquefied Petrol Gas) og LNG (Liquefied Naturel Gas) er blitt benyttet

i store mengder, har behovet også øket for lavtemperaturstål som benyttes for bærer for disse energiformer (f.eks. et LNG-(Lieuqfies Petrol Gas)-skip av isbrytertypen), lagringstanker for LNG (Liquefies Petrol Gas) o.l. I disse tilfeller opp-står i det vesentlige de samme problemer som når det gjelder rørledninger.

Motforholdsregler som idag tas for å kunne takle dette problem er enten en manuell sveising eller en flersjiktssveising med neddykket bue, noe som begrenser sveise-varmetilførselen for i så sterk grad som mulig å undertrykke påvirkningen av varmetilførselene. Det er derfor et alvorlig ønske for fagfolk å utvikle et stål som ikke forårsaker sprøhet i den sveisevarmepåvirkede sone, og som viser utmerkede skårslagsprøver ved lave temperaturer, og som når sveisingen medfører stor sveisevarmetilførsel og høy sveiseeffek-tivitet.

Det er et annet krav som legges på det sveisbare konstruksjonsstål, nemlig at det ikke behøver forvarming selv ved lav temperatur. Dette er nødvendig for å redusere omkost-ningene. Med henblikk på å forhindre sprekking i sveisesøm— delen må det sveisbare konstruksjonsstål også ha liten føl-somhet overfor oppsprekking av sveisen."

Vanligvis har imidlertid Nb-holdige stål dårligere motstandsevne overfor sveiseoppsprekking sammenlignet med stål som ikke inneholder niob og de er derfor tidligere benyttet med forvarming til 50 - 100 o C*. Dette er fordi sveiseskjøten og delen nær denne i den sveisevarmepåvirkede sone hurtig oppvarmes til ca. 1300°C eller derover og Nb-karbonitrider felles ut under valsingen av produktet eller etter bråavkjøl-ing, og dekomponeres termisk ved sveisevarmen og oppløser seg i matriksen, noe som således betydelig øker herdbarheten av stålet og herdingen av delen nær sveiseskjøten. For å forhindre herding av den sveisevarmepåvirkede sonen, kan den opp-løste mengde av Nb like godt minimaliseres teoretisk. Dette er imidlertid i motsetning til de vesentlige trekk ved det Nb-holdige stål i seg selv.

Når det gjelder teknikkens stand, skal det videre

henvises til de amerikanske patenter nr. 3 592.633, 3 807 990,

3 619 303 , 3 725 049, 3, 721 587 og 3 132 .025.

Foreliggende oppfinnelse., har til hensikt å løse de ovenfor angitte problemer som medfører sveising av ;Nb-holdig stål på en fornuftig måte, pg søknaden er rettet mot å frem-bringe et sveisbart konstruksjonsstål med god seighet i den sveisevarmepåvirkede sone såvel som god motstandsevne overfor svei.se.op.psprekking,: mens ,man samtidig i størst mulig grad utnytter, de trekk ..ved. Nb-holdig stål at det .er tilgjengelig til rimelige omkostninger og allikevel gir høy styrke.

Foreliggende oppfinnelse,, angår . således et niobholdig, sveisbart .konstruksjonsstål,med utmerket seighet i den sveisevarmepåvirkede sone samt.utmerket.motstandsevne overfor sveissprekking, og dette ;stål karakteriseres ved at det i vekt-% består av i0,OS.til .0,08%-C, 0,01.,til; 0,50% Si, 1,20

til 2,50% Mn, Q,.005;|til .0,7%,Nb,, Q,:005 ,til,-0,030%. Si, 0,005

til 0i,06;% ;Al,- minst Ætt .element. i d;en angitte mengde valgt blant gruppen omfattende^0. til 0,50% .'Cu,, 0 • til 1,5,0% Ni, 0 til 0,50% Cr, 0 ;.til -0,50,% :Mo,.,0 til, 0, LQ^ V, 0,til,0,003%

B, ,0..til, 0,0.2% Ce; og . 0 ■ .til. 0,0,03%, Ca, og resten jern og uunngåelige urenheter,. hvorved C (:%)-.+ N (%),ikke .er større enn 0,12%; og Nb ;(%). x i [C ,(%]),:,+ 10 N, (%.),] ikke, er. større enn 4 x 10 ^ for å begrense mengden a<y> martensittøyer,som dannes i den sveisevarmepåvirkede ,sone. til, ikke over. 15% på arealbasis.

.... ,.Fig. :.l ,er et.diagram sqm viser . forbindelsen mellom dannelse.av,martensittøyer,i den sveisevarmepåvirkede.sone og, [C,(%) +. 1.0 N (%).! ; .;, , : .,, i..... ! >Fig..2 er et diagram som viser forbindelsen mellom slagf.astheten i syeiseskjøten og [C(%). + 10 N(%)];..

, fig.' 3 er,et diagram . som ..viser . forholdet mellom mengden,av dannelse av martensittøyer i den sveisevarmepåvirkede sone ,og ,Nb(%) x [C(%) + 10 N (%).]; .,

Fig..4 er et.diagram som viser, forbindelsen mellom slagsf astheten i., sveisesk jøten og Nb(%) x. [C(%) + 10 N(%)];

. ,.Fig. 5-(I) og 5-(II) er fo.tografier . som viser, mikrostrukturen i sveiseskjøten.og området nær denne (forstørrelse 1000 j ganger) ; og

Fig. 6 er et diagram som viser påvirkm»uen av sveisevarmetilførselen på- seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone i henhold til prøven med sone påvirket av kunstig varme.

Senking av karboninnholdet, karbonekvivalenten og N-innholdet og tilsetning av Ti er vanligvis angitt som frem-gangsmåter for forbedring av seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone, og for å forbedre motstandsevnen overfor sveissprekking. I Nb-holdige stål har imidlertid kun bruken av den enkelte metode feilet med henblikk på å oppnå de ønskede for-bedringer i seighet i den sveisevarmepåvirkede sone og motstandsevnen overfor sveissprekking.

Oppfinnerne har omhyggelig studert strukturen i den sveisevarmepåvirkede sone i Nb-holdige stål og har funnet at en masselignende struktur eller en såkalt martensittøy som dannes i den øvre bainittstrukturen er punktet for opptreden eller transmisjonsveien for sprøbrudd, dannelsen av denne struktur forårsaker sprøhet i den sveisevarmepåvirkede sone, at mengden av dannelse av denne martensittøy øker proporsjo-nalt med økende mengde av D, N og Nb, og at tilsetning av Ti begrenser dannelsen av martensittøyer. For således å løse disse motstridende problemer, dvs. reduksjon av mengden av martensittøyer, forbedring av seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone og effektiv bruk av styrkeforbedringen som oppnås ved Nb-tilsetning, har søkerne studert problemet ytterligere og oppdaget at stål med utmerket seighet i den sveisevarmepåvirkede soné og en strekkfasthet i området 40 - 80 kg/ mm 2 kan oppnås ved å stipulere innholdet av C, N og Nb som angitt nedenfor ved å begrense mengden av dannet martensitt-øyer til ikke over 15 areal-%.

[C(%) + 10 N(%)] = 0,12 vekt-%.

Nb(%) x [C(%) + 10 N(%)] = 4 x 10~<3>.

Søkerne har videre funnet at når karboninnholdet reduseres til ikke over 0,08 vekt-%, avhenger herdbarheten av den sveisevarmepåvirkede sone kun av karboninnholdet hvorved motstandsevnen overfor sveisesprekker ikke forringes selv når andre legeringselementer tilsettes slik at man sikrer styrken, og at tilsetningen av Ti ytterligere reduserer herdbarheten av den sveisevarmepåvirkede son og derved forbedrer motstandsevnen overfor sveisesprekker ikke forringes selv når andre legeringselementer tilsettes, slik at man sikrer styrken,

og at tilsetningen av Ti ytterligere reduserer herdbarheten av den sveisevarmepåvirkede sone og derved forbedrer motstandsevnen' for sveis-< sprekk ing . ■

f| Foreliggende' oppfinnelse er basert på disse' ting og karakteriseres-ved at seigheten i den sveisévarmepåvirk-edé? sone og motstandsevnen overfor sveisesprekking av'et niobholdig stål forbedres ved kombinasjonen av: komponenter på følgende' måte: ' 1 •

1)''reduksjon'av karboninnholdet,

2) reduksjon av N-innholdet!, ' ' '•

. '3);stipulering av innholdet av C, N og Nb som an-

• • ' ' -i- ■ '•■gitt'ovenfor-/'-og • < • ■'' -'• ••• • •••«•.. ••

■ >"■■ :. ■■ 4) ! tilsetning av en spormengde = av Ti.

i-l henhold- til' bppflrinelsen frembringes det således et i Nb-holdig. stål i vekt>-% bestående åv'0,05 - 0,08% C, 0,01 - 0,50'% .'si,M,'20 - .-2-;-'5-0%OM^> = 0,'005-'- 0j07%- Nb,- 0 ,;Q05- - 0, 030% sj. Tl, 0,005 0,06%'Al f' hvis nødvendig minst ett element valgt blant gruppen opptil ' 0 , 05%' Cu,' opptil 1,;50% Ni,' opptil 0,50%

Cr;, opptil 0--,6 0%;-Mo,- opptil 0,.'10% V, opptil' > 0>-003%' B; opptil 0 ,02%: ce og. opptil 0, 006%' Ca-resten; 'jern-og- unngåelige uren- . heter, hvorved [C (%) + 10 N(%)] ikke er over 0 ,12% og Nb (%)

x [C (%) + .10 N(%)} ikke er over 4 x 10 -■ 3• >■■ for således a begrense mengden av>dannelse av martensittøyer i den sveise-varme<p>åvirkede sone: til- ikke over 15%' uttrykt ved arealforholdet 'og fori således effektivt å undertrykke eller å forhindre ugunstig påvirkning av martensittøyer på seigheten og: sveisesprekkingsfølsomheten. På denne måte gjør foreliggende oppfinnelse- det mulig.perfekt å løse de-ovenfor angitte problemer i forbindelse med sveising av konvensjonelle Nb-holdige stål, og å gi en sveisevarmepåvirket sone som under sveising har' en stor sveisevarmetilførsel slik som ved ensidig eller tosidig sveising med neddyppet bue med én gjen-nomføring ,-• med høy seighet og høy motstandsevne overfor sveisoppsprekking, <og å sikre en strekkfasthet i stålet til 40 -

80 kg/mm<2>.

Nedenfor skal det gis en detaljert forklaring på hvorfor komponentene i det Nb-holdige stål ifølge oppfinnelsen begrenses til de spesielle andeler.

Fordi C-innholdet utøver stor innflytelse på mengden av martensittøyer i den sveisevarmepåvirkede sone, herdbarheten av denne og forbedringen av styrken i basismetallet, og karboninnholdet omhyggelig kontrolleres i forbindelse med N- og Nb-innholdet.

Jo mindre C-innhold, jo mindre dannelse av marten-sittøyer i den sveisevarmepåvirkede sone og jo lavere er hårdhe+-en. Således er C-innholdet fortrinnsvis så lavt som mulig. Hvis imidlertid C-innholdet er mindre enn 0,05 vekt-%, reduseres virkningen av Nb for å forbedre styrken, noe som kaller på tilsetning av andre dyre legeringselementer, og som resulterer i en vanskeligere økonomi. Videre forårsaker et C-innhold på mindre enn 0,05 vekt-% en redusering av frem-stillbarheten med henblikk på stålfremstillingsteknikken. Av disse grunner er en nedre grense på 0,05 vekt-% fastslått.

På den annen side øker virkningen av Nb for å forbedre stålet, med Økende C-innhold. Hvis imidlertid C-innholdet. går ut over 0,08 vekt-%, forringes seigheten i den sveisevarmepåvirkede --sone med en samtidig tendens til opptreden av sveisoppsprekking ved sveising hvis ikke det gjennomføres forvarming. Således er den øvre grense satt til 0,08 vekt-%.

Det er også nødvendig å begrense karboninnholdet

i forbindelse med innholdet av N og Nb. Det blir således vanskelig helt å eliminere den ugunstige innflytelse av martensittøyene på seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone hvis C-innholdet kun begrenses til det ovenfor angitte område på 0,05 - 0,08 vekt-%. I tillegg til denne begrensning, begrenses således verdien "C(%) + 10 N(%)" til ikke mer enn 0,12% i forbindelse med N-innholdet. Dette muliggjør å gi den sveisevarmepåvirkede sone utmerket seighet.

Nb er hovedelementet i stålet ifølge foreliggende oppfinnelse. Med andre ord er stålet ifølge oppfinnelsen et såkalt Nb-holdig stål. Nb er ekstremt effektivt med henblikk på å forbedre styrken og seigheten i stålet, og er tilgjengelig til relativt rimelig pris. Virkningen av tilsetnigen øker med økende Nb-innhold.. Selv om det derfor er mulig å tilsette en stor mengde av Nb, har seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone og motstandsevnen overfor sveissprekking en tendens til gradvis å reduseres med økende tilsetning av Nb. Tilsetning i stor mengde forverrer også økonomien. Av disse grunner er det.ønskelig at,den øvre grense er 0,07 vekt-%. Hvis på.den annen side mengden er for liten, er det på den annen side vanskelig å oppnå de ønskelige fordelaktige trekk og således settes den nedre grense til 0,005 vekt-%.

Fordi N-innholdet uunngåelig er bestemt av de

to ovenfor angitte formler som begrenser C- og Nb-innholdet, angir kravrammen ikke spesielt N-innholdet. Imidlertid er N et viktig element,ifølge foreliggende oppfinnelse, og det bestemmer dannelsen av martensittøyer. N-innholdet,er fortrinnsvis så lavt som mulig. Ifølge oppfinnelsen viser seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone ekstremt utmerkede egenskaper hvis N-innholdet er opptil 0,004 vekt-%.

Ti har den virkning at mengden av martensittøy-/dannelse i den sveisevarmepåvirkede sone reduseres og med-fører også en ytterligere økning av seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone samtidig som dette metall har en tendens til å begrense en økning, av austenittkprnstørrelsen i den sveisevarmepåvirkede sone, spesielt i delen som ligger nær sveise sømmen.. Hvis Ti-innholdet er mindre enn 0 , 005( vekt-% , blir imidlertid inhiberingsvirkningen på veksten av austenitt-korn utilstrekkelig på grunn av TiN-dannelse, og det blir også vanskelig å avbinde skadelig fritt nitrogen, og gjøre dette uskadelig. Således er den nedre Ti-grense fortrinnsvis 0,005 vekt-%. .På den annen'side gir tilsetning av Tl i overdrevne mengder en tendens til øket dannelse av TiN i stålet og dannelse av store inklusjoner av Ti-typen, noe som således forringer seigheten ikke bare i den sveisevarmepåvirkede sone, men også i basismetallet selv. Av. denne. grunn er den øvre grense for Ti satt til 0,030 vekt-%.

Si sikrer styrken av basismetallet og virker som et effektivt desoksyderende middel under stålfremstiJlingen.

Fra 0,01 - 0,50 vekt-% Si tilsettes derfor for dette formål.

Mn tilsettes til stålet for å gi dette den nødven-dige styrke på samme måte som Si som nevnt ovenfor. Hvis mengden er mindre enn 1,2 vekt-% er det imidlertid ikke mulig å sikre god styrke og seighet i stålplatene, noe som er de vesentlige trekk ved niob-holdige stål. Det er av denne grunn at den nedre grense er stipulert til 1,2 vekt-%. På den annen side gir tilsetning av Mn i overdreven mengde en Mn-segregering i stålråemnet, noe som ikke bare ødelegger "renheten" i stålet, men som også letter dannelse av marten-sittøyer i den sveisevarmepåvirkede sone, øker herdbarheten og reduserer seigheten, såvel som motstandsevnen overfor sveisoppsprekking. Det er derfor ønskelig at den øvre grense for Mn-innholdet er 2,5 vekt-%.

Al er brukbart som desoksyderende element og som element som fremmer finere korn under stålfremstillingen. Det virker også som nitriddannende element for avbinding av fritt nitrogen som dannes i den sveisevarmepåvirkede sone og stabiliserer og forbedrer således seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone. Al tilsettes fortrinnsvis i en mengden som faller- innenfor området 0,005 - 0,05 vekt-%, fordi tilsetning av Al i overdreven mengde øker mengden av inklusjoner av aluminiumoksydtypen og reduserer "renheten" i stålet.

I tillegg til de ovenfor angitte elementer, kan Nb-holdig stål ifølge foreliggende oppfinnelse, hvis nødvendig, videre inneholde egnede mengder av faste oppløsningselementer slik som Cu, Ni, Cr, Mo osv., og sporelementer slik som V, B, Ca", Ce osv. for ytterligere å øke seigheten eller for ytterligere å forbedre styrken og/eller andre egenskaper i stålet. Det skulle være unødvendig å si at disse elementer må tilsettes i slike mengdeområder at de ikke forringer seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone og motstandsevnen overfor sveisoppsprekking. En på forhånd bestemt begrensning legges på tilsetningsmengden av disse elementer, i lyset av den spesielle innflytelse på egenskapene i stålmaterialer, slik som styrke og seighet, og også ut fra produksjonsteknikken. Cu øker styrken i stålet uten å vise ugunstig innflytelse pa basismetallet og seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone, og har den virkning at det forbedrer motstandsevnen overfor hydrogenindusert oppsprekking og korrosjon.

Hvis mengden av Cu overskrider 0,50 vekt-%, har imidlertid oppsprekking en tendens til å inntre på overflaten av stålpla-ten under fremstillingen. Således bør Cu-innholdet ikke være større enn 0,50 vekt-%.

Ni har virkningen av merkbar forbedring av seigheten i basismetallet og den sveisevarmepåvirkede sone. Tilsetning av Ni i overdrevne mengder er imidlertid ikke ønskelig for en sveisbar konstruksjon der oppsprekking på grunn av påkjenningskorrosjon på grunn av sulfider er et alvorlig problem, og Ni øker videre produksjonsomkostningene. I henhold til dette blir det umulig å trekke den fulle fordel av det niobholdige stål ved at det er et økonomisk stål. Det er derfor ønskelig å tilsette Ni i en mengde ikke over 1,50 vekt-

Cr er et element som er virksomt for å opprettholde styrken i basismetallet og sveiseskjøten ved stor varmetil-førsel. Når Cr tilsettes i overdrevne mengder, vil imidlertid den sveisevarmepåvirkende sone herde og forringe motstandsevnen overfor sveiseoppsprekking. I henhold til dette tilset-' tes Cr fortrinnsvis i mengder ikke over 0,50 vekt-%.

På samme måte som med Cr, er Mo et element som virker til å opprettholde styrken i basismetallet og sveisesøm-men ved stor varmetilførsel. Tilsetning av Mo i overdrevne mengder øker imidlertid dannelsen av martensittøyer, reduserer seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone og øker følsomheten for sveisoppsprekking. Mo tilsettes derfor fortrinnsvis i mengder ikke over 0,6 0 vekt-%.

V er et element som bevirker forbedring av styrken av basismetallet, spesielt med henblikk på å redusere C-innholdet og karbonekvivalenten. Den øvre grense for V er 0,10 vekt-% fordi en tilsetning utover dette gir opphav til forringelse av seigheten i den varmepåvirkede sone såvel som sveisemetalldelen.

Bor bidrar til å redusere mengden av martensittøyer

i den sveisevarmepåvirkede sone, og å forbedre seigheten i denne. Når B tilsettes i større mengder, felles imidlertid borforbindelser ut ved austenittkorngrensene, og dette forringer betydelig seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone og i basismetallet. Det er ønskelig å tilsette bor i en mengde ikke over 0,003 vekt-%.

Ce bevirker kontroll av form, art og størrelse av intuisjoner av sulfidtypen som dannes i stålet, forbedrer anisotropien, reduserer hydrogen,indusert sprekkfølsomhet og avbinder S som forurensende element oppløst i løpet av sveise-varmesyklusen, og inhiberer derved utfelling av S ved auste-nittkorngrensen. Disse virkninger av Ce forbedrer seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone under sveisingen med stor varmetilførsel slik som ensidig eller tosidig sveising med én overføring i hver sveisefuge. Når Ce tilsettes i stor mengde, dannes det imidlertid inklusjoner av sulfidtypen, ok-sydtypen eller komplekse inklusjoner av Ce-sulfider og Ce-oksyder ved bunnen av stålråemnet og forårsaker defekter som oppdages ved ultralydundersøkelser. I henhold til dette er det å anbefale å tilsette Ce i en mengde ikke over 0,02 vekt-%. .Ca har de samme virkninger som Ce som nevnt ovenfor. I tillegg prohiberer fine inklusjoner av Ca en forgrovning av austenittkornstørrelse eller begrenser dannelsen av martenitt-øyer da de virker som kjerner for dannelse under ferrittrans-formasjonen. For'å tillate Ca å vise sin maksimale ytelse,

er det nødvendig å begrense mengden av Ca til ikke over 0,003 vekt-%. Aller helst tilsettes Ca i en mengde som ligger innen området 0,0005 - 0,002 vekt-%.

Med henblikk på motstandsevnen overfor sprekkdannelse i sveiseskjøten, benyttes karbonekvivalenten eller PCM-verdien med følgende formel som en skala for målet på følsom-heten overfor sprekkdannelse i stålmaterialet: Karbonekvivalent (Ceq) = C+l/24Si+l/6Mn+l/40Ni+l/5Cr

+1/4MO+1/14V)

PCM-verdi = C+l/30Si+l/20(Mn + Cu + Cr)+1/60Ni+15Mo +1/10V+5B.

' ,>[PCM-verdien - benyttes generelt som et mål på

sveisesprekkfølsomheten, jo mindre verdi, jo høyere følsom-

het ] .

Når det gjelder stål med lavt karboninnhold, slik

som stålet ifølge oppfinnelsen, bestemmes imidlertid herdbarheten av sveisevarmepåvirket sone så og si utelukkende ved karboninnholdet. I stålet ifølge oppfinnelsen hvori karboninnholdet er redusert og hvori Ti tilsettes, blir motstandsevnen overfor sprekkdannelse således naturlig god. Således var restriksjon uttrykt ved disse indekser ikke benyttet ifølge oppfinnelsen. Når Ceq og PCM imidlertid øker, har seigheten for den varmepåvirkede sone ved sveisingen med stor sveisevarmetilførsel en tendens til forringelse. I henhold til dette, bør disse indekser fortrinnsvis være så lave som mulig, innen et slikt område at de ikke ugunstig påvirker styrken i stålet.

I tillegg til alle de ovenfor angitte komponenter

er P og S tilstede i stålet som uunngåelige urenheter. Selv om disse urenheter fortrinnsvis er så lave som mulig, til-

later oppfinnelsen nærvær av opptil 0,020 vekt-% for både P

og S.

Det er ingen spesifikk begrensning for produksjons-fremgangsmåten for stål ifølge oppfinnelsen eller hva angår driftsbetingelser som valsing og fremstillings- og behand-lingsteknikker for vanlige Nb-holdige stål kan også benyttes ifølge oppfinnelsen. Det vil si at en varmvalset stålplate kan benyttes som sådan uten varmebehandling ifølge oppfinnelsen. I tillegg kan forskjellige andre stålplater på samme måte benyttes ifølge oppfinnelsen, slik som en stålplate underkastet normaliseringsbehandling etter varmvalsing, og en stålplate som er underkastet en temperering eller bråkjøling temperering på vanlig måte. Det er ifølge oppfinnelsen mulig i hver av de ovenfor angitte stålplater å begrense dannelsen av martensittøyer i den sveisevarmepåvirkede sone til ikke mer enn 15% uttrykt ved arealforholdet, og således å gi et stål med utmerkede egenskaper slik som god seighet og motstandsevne overfor sprekkdannelse.

Stålet ifølge oppfinnelsen skal forklares nærmere

under henvisning til de følgende eksempler.

Eksempel 1.

En 25 mm tykk stålplate fremstilles av de stålrå-emner med varierende sammensetning for komponentene som er vist i tabell. For oversiktens skyld viser tabell 1 også karbonekvivalenten Ceq og PCM-verdien.

Tosidig sveising med neddykket bue og med en over-føring i hver sveisefuge med en sveisevarmetilførsel på 80 KJ/cm og ensidig sveising med neddykket bue med en overføring anvendes på hver av prøvestålplatene A-N (tykkelse 25 mm) for å undersøke slagfastheten for sveiseskjøten. Videre ble en y-spalt-sveisesprekkprøve ifølge japansk Industristandard, JISZ 3158 gjennomført for hver av prøvestålplatene for å bestemme motstandsevnen overfor sprekkdannelse. Resultatene for disse prøver er vist i tabell 2. Stålplatene A - G er prøver ifølge oppfinnelsen, H - M er sammenligningsprøver lik oppfinnelsens prøver, og N er en sammenligningsprøve med den typisk konvensjonelle sammensetning for et niobholdig stål.

Tabell 2 - forts.

<x>l : Materialet som valset, retning for prøvestykket = på

tvers.

<x>2 : Rotsprekkforhindrende temperatur i Y-spalt-sveisesprekk-prøve (det benyttes en elektrode av lavhydrogentypen).

1) : vTrs betyr overgangstemperaturen for opptreden av frak-turer ved charpy-skårslagprøven, også kalt 50% FATT (5 0%

Fracture Appearance Transition Temperature).

2) : vEo betyr slagverdien eller den gjennomsnittlige absor-berte energi ved 0°C ved charpy-skårslagprøven.

Som vist i tabell 2 ovenfor, viser alle prøvene A -

G ifølge oppfinnelsen en høy slagfasthet på minst 8 kg-m uansett mengden av sveisevarmetilførsel. I motsetning til dette, ligger de tilsvarende verdier fra 2 kg-m til 6 kg-m høyest for sammenligningsprøvene H - M som ikke tilfredsstiller kravene ifølge oppfinnelsen for verdiene [C(%) + 10 N(%)] og Nb(%)

x [C(%) + 10 N(%)], selv om de har en sammensetning som tilsvarer oppfinnelsen og sammenligningsprøven N. Det kan således vises at prøvene ifølge oppfinnelsen har en seighet for sveisebindingsdelen som er 2 - 7 ganger den for sammenlignings-prøvene .

Med henblikk på den rotsprekkforhindrende forvarming stempear tur i Y-spalt-sveisesprekkprøven, viser alle prø-vene A-G ifølge oppfinnelsen en ekstremt lav verdi på -20°C eller derunder, mens prøvene H - M, som avviker fra begrens-ningene ifølge oppfinnelsen samt sammenligningsprøven N med en konvensjonell sammensetning viser verdier fra 0 - 50°C, selv om noen få oppnår -2 0°C. Det er funnet av prøvene ifølge oppfinnelsen har utmerkede egenskaper og også med henblikk på motstandsevnen overfor sveiseoppsprekking i tillegg til den utmerkede seighet for skjøtdelen.

De ledsagende figurer 1 - 4 er diagremmer som viser resultatene av den ovenfor angitte tabell 2 i forbindelse med verdiene [C(%) + 10 N(%)] eller Nb(%) x [C(%) + 10 N(%)]. Symbolene i hver figur tilsvarer prøvenumrene i tabell 2 og merkene har følgende betydning: 0 : prøvene A-G ifølge oppfinnelsen 0 : sammenligningsprøver H - M

X : prøven N med konvensjonell sammensetning.

Fig. 1 viser forholdet mellom mengde av martensitt-øyer som dannes i sveisebindingen oppnådd ved ensidesveising med neddykket bue og med en varmeinnførsel på 150 KJ/cm. Mål-ingen av dannelsesmengden for martensittøyer skjer ved bruk av en datamaskin for mengdeanalyse på basis av billeder. I fig.

1 viser den fullt uttrukne linje en kurve som forbinder verdiene for Ti-holdige prøver og den stiplede linje viser en kurve for verdier for prøver som ikke inneholder Ti (prøvene

L, M og N). Det fremgår av denne figur at mengden av marten-sittøyer synker samtidig med reduksjonen av verdiene for [C(%) + 10 N(%)] samt Nb, og når [C(%) + 10 N(%)] begrenses til ikke å være over 12% blir mengden av martensittøyer begrenset til ikke mer enn 15 areal-%. Fig. 2 er et diagram som viser forbindelsen mellom slagverdien (eVo) for sveiseskjøten som oppnås ved ensidesveising med neddykket bue med én overføring og [C(%) + 10 N(%)]. Som det fremgår, viser eVo-verdiene en drastisk økning med en redusert verdi for [C(%) + 10 N(%)]. Fra fig. 2, sett i forbindelse med den ovenfor angitte fig. 1, kan man bemerke at den strukturelle betingelse, dvs. reduksjonen av mengden av martensittøyer, utøver en betydelig innflytelse på forbedringen av seigheten i den sveisevarmepåvirkede sone. Fig. 3 viser data fra den ovenfor angitte fig. 1 med henblikk på forbindelsen mellom mengden av martensittøyer og verdiene Nb(%) x [C(%) + 10 N(%)]. Det fremgår av denne fig. 3 at mengden av martensittøyer reduseres når verdien Nb(%) x [C(%) + 10 N(%)] reduseres, og når [C(%) + 10 N(%)] ikke er større enn. 0,12% og Nb(%) x [C(%) + 10 N(%)] begren--3

ses til ikke a være over 4 x 10 , blir mengden av martensitt-øyer begrenset til ikke mer enn 15 areal-%.

Fig. 4 er et diagram som viser forholdet mellom slagverdien vEo i sveisebindingen som oppnås ved ensidig sveising med neddykket bue med én overføring, og Nb(%) x [C(%) + 10 N(%)]. Det fremgår av fig. 4 i forbindelse med fig. 3 at når

[C(%) + 10 N(%)] og Nb(%) x [C(%) + 10 N(%)] er begrenset

-3

til ikke mer enn 0,13% henholdsvis 4 x 10 , vil slagfastheten for sveisebindingsdelen opprettholdes ved et nivå over 7 kgm.

Fig. 5-(I) og 5-(II) viser mikrostrukturen for delen nær sveiseskjøten for prøven A ifølge foreliggende oppfinnelse og for den kjente prøve N oppnådd ved ensidig sveising med neddykket bue med én overføring (forstørrelse 1000 ganger). Det fremgår av disse figurer at mengden av martensittøyer som dannes i bainittstrukturen for prøven ifølge oppfinnelsen (fig. 5-(I), arealforhold = 5%) er ekstremt mindre sammenlignet med prøven ifølge teknikkens stand (fig. 5-(II), arealforhold = 18%).

Eksempel 2.

Påvirkningen av sveisevarmetilførselen på seigheten for den sveisevarmepåvirkede sone undersøkes for prøven A ifølge oppfinnelsen og for sammenligningsprøven N, hver med den i tabell 1 viste sammensetning, i henhold til en prøve med kunstig varmepåvirket sone. Resultatene er vist i fig.

6, hvori den stiplede linje viser slagfastheten vEo, den hel-trukne linje viser 50% FATT (vTrs), kurve 1 viser prøven A ifølge oppfinnelsen og kurve 2 viser sammenligningsprøven N.

Det fremgår av fig. 5 at uansett sveisevarmetilfør-selen har prøven ifølge oppfinnelsen en høyere slagfasthet vEo, en lavere 5 0% FATT og bedre egenskaper enn sammenlignings-prøven N. Videre blir en forringelse av 5 0% FATT funnet mer og mindre stabil i foreliggende prøve uansett økningen i av-kjølingstiden fra 800 - 500°C (økning av sveisevarmetilførse-len) .

' Eksempel 3.

Mekaniske egenskaper i basismetallet, seighet i sveisebindingsdelen og motstandsevne overfor sveiseoppsprekking undersøkes ved bruk av de prøvestål med den sammensetning som er angitt i tabell 3 og som er underkastet enhver av "de følgende behandlinger (prøvene O, Q, R, S og U er prøver i-følge oppfinnelsen og P, T og V er sammenligningsprøver):

(a) som valset

(b) normalisert etter valsing (c) bråavkjøling og tempering etter valsing.

Resultatene er vist i tabell 4.

Tabell 4 forts.

Henvisning 1: Retning for prøvestyrke: tverretning.

2: Rotsprekkforhindringstemperatur i Y-spalt-sveisesprekkprøve (det benyttes en elektrode av lavhydrogentypen).

aul: Tosidig sveising med neddyppet bue med én

gjennomføring i hver fuge.

xx2: Ensidesveising med neddykket bue med én over-føring .

xx3: Flersjiktssveising med neddykket bue (tilsammei

15 overføringer).

54x4: Flersjiktssveising med neddykket bue (tilsammei

6 overføringer).

Tabell 4 viser at prøvene 0, Q, R og S ifølge oppfinnelsen som vist i sone I har tilstrekkelig seighet i

sveisebindingen som dannes med sveising med høy varmetilfør-sel, såvel som tilstrekkelig motstandsevne overfor sveiseoppsprekking til å motstå bruk som lavtemperaturstål for en LPG-tank, sekundærbarrieremateriale for en LPG-tanker, og som hud for et LNG-skip av isbrytertypen som brukes ved lave temperaturer, nær -60°C. Prøven U ifølge oppfinnelsen viser også i sone II høy seighet i bindingsdelen som dannes ved sveising ved høy varmetilførsel og høy motstandsevne overfor sveisesprekk til å motstå bruk som rørledning for transport av råolje og naturgass i ultrakalde områder.

Det er også åpenbart at seigheten .i sveisedelen og motstanden overfor sveiseoppsprekking' i prøvene ifølge oppfinnelsen både i sonene I og II har utmerket sveisbarhet egnet for alle anvendelser som lavtemperaturstål og rørled-ningsstål med en strekkfasthet på 4 0 - 8 0 kg/mm 2, uansett om det foreligger som nyvalset stål eller produksjonsteknik-ker, slik som forskjellige varmebehandlinger etter valsing, og styrken av basismetallet.

Claims (1)

1. Niobholdig, sveisbart konstruksjonsstål med utmerket seighet i den sveisevarmepåvirkede sone samt utmerket motstandsevne overfor sveissprekking, karakterisert ved at det består av i vekt-% 0,05 til 0,08% C, 0,01 til 0,50% Si, 1,20 til 2,50% Mn, 0,005 til 0,7% Nb, 0,005 til 0,030% Ti, 0,005 til 0,06% Al, minst ett element i den angitte mengde valgt blant gruppen omfattende 0 til 0,5 0% Cu, 0 til 1,50% Ni, 0 til 0,50% Cr, 0 til 0,50% Mo, 0 til 0,10% V, 0 til 0,003% B, 0 til 0,02% Ce og 0 til 0,003% Ca og resten jern og uunngåelige urenheter, hvorved C(%) + 10N(%) ikke er større enn 0,12% og

Nb(%) x [C(%) + 10N(%)] ikke er større enn 4 x 10~<3> for å begrense mengden av martensittøyer som dannes i den sveisevarmepåvirkede sone til ikke over 15% på arealbasis.