NO151506B - Anvendelse av et mangan-nikkel-bygningsstaal med finkornet struktur til kryogene formaal - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår anvendelse av et mangan-nikkel-bygningsstål med finkornet struktur, med 0,04 - 0,09% karbon, 1,2 - 1,8% mangan, 0,1 - 0,4% silisium, 0,03

- 0,08% niob, opptil 0,025% aluminium, opptil 0,015% svovel, 0,5 -1,5% nikkel og fakultativt 0,2 - 0,4% kobber, idet resten er jern inkludert fremstillingsbetingede forurensninger. Et legert stål av den ovenfor angitte art er kjent fra DE-OS 24 07 338; dette inneholder 0,01 - 0,1% karbon, 0,5 - 2% mangan, 0,1 - 0,9% silisium, 0,001 - 0,10% niob, 0,01 - 0,3% aluminium og 1,4 - 3,5% nikkel. Dette stål har en viss koldfasthet når det i avhengighet av nikkelinnholdet er kontrollert varmevalset. En i avhengighet av det for-håndenværende nikkelinnhold styrt varmevalsing viser seg dog i praksis å være vanskelig og spesielt kostbar. I tillegg til dette kommer det at koldseigheten til dette stål ikke er tilstrekkelig til å kunne anvende stålet ved temperaturer som flytende metan og spesielt flytende etylen fører med seg.

For transport og lagring av flytendegjorte gasser er det nødvendig med materialer som har en tilstrekkelig fasthet og seighet ved temperaturer ned til -120°C. I tillegg må disse materialer være sveisbare for å kunne muliggjøre en økonomisk fremstilling av rør og beholdere.

Det er kjent at rustfrie stål kan tåle - driftstemperaturer til under -270°C. Ansvarlig for koldseigheten er her spesielt nikkel. Den høye andel av dyre legeringsbestand-deler setter imidlertid grenser for anvendelse av de rustfrie stål og gjør at man søker etter rimeligere legerte stål. Dette har ført til utvikling av en rekke stål med ca. 9% nikkel, 0,1% karbon, 0,8% mangan og 0,02% fosfor, stål som sammenlignet med det rustfrie stål utmerker seg ved en høyere strekkfasthet og en ned til ca.

-200°C tilstrekkelig koldseighet. Forutsetning for den høye koldseighet er dog en 2-trinns normalglødning og anløpning, noe som tar sikte på å oppnå en tilstrekkelig austenittandel i det ferrittiske grunnskjelett. Dette fordi man vet at seigheten øker med økende austenittandel. Forsøk har i denne sammeheng vist at koldseigheten økes med avtagende innhold av karbon, fosfor og mangan. Videre har det vist seg at en trinnvis reduksjon av nikkelinholdet til 2,1% fører til en økende innvirkning på koldseigheten. Således ble f.eks. skårslagseigheten på 42,5 J/cm<2> ved -196°C for normalisert og anløpet stål inneholdende 8,5 - 9,5% nikkel, for stål inneholdende 3,25 - 3,75% nikkel redusert til 25 J/cm<2> ved -100°C og for stål innehold-ende 2,1 - 2,5% nikkel redusert til 22,5 J/cm<2> ved -68°C. Stål med nikkelinnhold under 9% er således ansett som ikke egnet for de laveste temperaturer.

Oppfinnelsen har nu til oppgave å foreslå et legert stål som kan sveises, som oppviser en høy strekkgrense ved romtemperatur og koldseighet samt bestandighet mot hydrogenriss og som derfor er spesielt egnet som materiale for sveisede deler så som rør og beholdere, og som tjener til transport og lagring av flytendegjorte gasser,også ved nærvær av hydrogensulfid og vann. Spesielt skal stålet være bestandig overfor flytende etylen og tåle temperaturer til -120°C.

Løsningen av denne oppgave består i å benytte et stål av den innledingsvis nevnte sammenseting til det nettopp nevnte formål.

Stålet har allerede i valseherdet og anløpt tilstand, på tross av sitt meget lave nikkelinnhold, en meget høy skårslagseighet og en overgangstemperatur som tillater anvendelse ved temperaturer til -70°C. De fullstendige materialegenskaper utvikler seg dog imidlertid først når det foreslåtte stål er normalglødet og eventuelt også anløpt. Etter en slik varmebehandling har stålet en romtemperaturstrekkgrense på minst 420 N/mm og en overgangstemperatur på tvers av valseretningen på minst -120°C for en skårslagseighet på 51 J/cm<2>, samt en skårslagseighet på minst 280 J/cm<2> ved romtemperatur.

Inneholder stålet 0,2 - 0,4% kobber, er rissbestan-digheten i nærvær av hydrogensulfidspor speielt høy. Dette har så langt en betydelig betydning da flytendegjorte gasser hyppig inneholder spor av hydrogensulfid som ved samtidig nærvær av vann virker korroderende og som spesielt fører til hydrogeninduserte sprekker.

Det lave karboninnhold i stålet betinger på den ene side en god sveisbarhet og fremmer på den annen side skårslagseigheten. Tilsammen finner de utmerkede egen-skaper for det foreslåtte stål sin forklaring i den synergistiske sammenvirkning av nikkel, niob og mangan.

Stålet blir fortrinnsvis normalglødet inntil kjerne-temperaturen ligger 30-50°C over AC3~punktet og deretter anløpes 2-4 minutter pr. 2 mm materialtykkelse ved 550 - 650°C, spesielt ved 630°C, for å innstille koldseigheten.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under hen-visning til de i tegningene viste diagrammer og på grunnlag av utførelseseksempler.

I tegningene viser:

Fig. 1 avhengigheten for romtemperatur-skårslagseigheten med hensyn til nikkelinnholdet og typen varmebehandling aK<H>(+20°C) . Fig. 2 avhengigheten for overgangstemperturen med hensyn til nikkelinnholdet og varmebehandling aK=51 J/cm<2 >Fig. 3 avhengigheten for skårslagseigheten og formendringsbrudd av prøvetemperaturen for et innenfor oppfinnelsen liggende stål samt for kjente stål. Fig.4 innholdet av oppløst hydrogen i avhengighet av kobberinnholdet etter en 96-timers neddypping i et med hydrogensulfid mettet sjøvann, og Fig. 5 lengden av de hydrogeninduserte riss i avhengighet av hydrogeninnholdet.

Forsøkene som ligger til grunn for diagrammene i fig.l og 2 ble gjennomført på stålene 1 - 5 i den følgende tabell. Av de angitte stål ligger stålene 2 og 3 innenfor oppfinnelsen. Prøver av forsøksstål ble underkastet de varmebetingelser som fremgår av diagrammene og undersøkt på skårslagseighet og koldseighet. Resultatene ser man fra diagrammene i fig. 1 og 2 og disse viser at både skårslagseigheten ved romtemperatur og også overgangs-temperaturen i området fra 0,5 - 1,5% nikkel gjennomløper et optimum uavhengig av den gjennomførte varmebehandling uten at det er nødvendig med spesielle forholdsregler. Dette er så langt overraskende fordi man etter vanlig oppfatning må regne med en forringelse av kold- og skårslagseigheten ved avtagende nikkelinnhold hvis man ikke tar spesielle forholdsregler slik som en kontrollert varmvalsing for å innstille koldseigheten.

Fra diagrammene i fig. 3 ser man overlegenheten for stålet som anvendes ifølge oppfinnelsen sammenlignet med vanlige normstål hvorved man må passe på at det ved stål ifølge oppfinnelsen dreier seg om tverrprøver og i de andre tilfeller med ett unntak om langsprøver.

De undersøkte stål hadde i tillegg hver gang ved romtemperatur en strekkgrense på minst 420 N/mm og en skårslagseighet på minst 280 J/cm<2>.

Videre viser diagrammene i fig.4 og 5 at rissøm-fintligheten i nærvær av hydrogensulfid ved kobberinnhold over ca. 0,02% er spesielt liten slik at det foreslåtte stål spesielt egner seg til transport og lagring også av forurenset flytende gass. Den høye rissbestandighet forklares ved at det i drift under innflytelse av hydrogensulfid og vann dannes en svak syre. De derved oppståtte hydrogenioner vandrer inn i materialet og skilles ut molekylært ved korngrensene. Dette resulterer ved vanlige stål i trykk som fører til rissdannelse. Ved de stål som skal anvendes ifølge oppfinnelsen oppløses imidlertid en del av kobberet i syren og de derved oppstående ioner vandrer ved ionebytting til materialoverflaten og danner der et molekylært beskyttelsesjikt av kobber. Dette kobbersjikt virker som sperresjikt mot en ytterligere inntrengning av hydrogen og forklarer den høye hydrogenbestandighet for stålet som skal anvendes ifølge oppfinnelsen og som fremgår av fig.4.

Claims (3)

1. Anvendelse av et mangan-nikkel bygningsstål med finkornet struktur, bestående av 0,04 - 0,09% karbon, 1,2 - 1,8% mangan, 0,1 - 0,4% silisium, 0,03 - 0,08% niob, 0,5 - 1,5% nikkel, 0 - 0,025% aluminium, 0 - 0,015% svovel og fakultativt 0,2 - 0,4% kobber, resten jern inkludert fremstillingsbetingede forurensninger, i normalglødet og eventuelt anløpet tilstand, som materiale for deler så som rør og beholdere som kommer i berøring med flytendegjort gass ved temperaturer ned til -120°C.

2. Anvendelse av et stål ifølge krav 1, som pr. mm materialtykkelse er anløpt 2-4 minutter ved 550 - 650°C.

3. Anvendelse av stål ifølge krav 1 som er normalglødet 2-4 minutter ved en kjernetemperatur på 30 - 50°C over AC3-punktet.