NO178796B

NO178796B - Lett sveisbart stål og fremgangsmåte for fremstilling derav

Info

Publication number: NO178796B
Application number: NO914055A
Authority: NO
Inventors: Thierry Maurickx; Pascal Verrier; Roland Taillard
Original assignee: Lorraine Laminage
Priority date: 1990-10-18
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1996-02-26
Also published as: FI100340B; DE69111744T2; NO914055L; CA2053197C; FR2668169B1; FR2668169A1; EP0481844A1; DE69111744D1; NO178796C; NO914055D0; ATE125878T1; FI914907A; US5183633A; JPH04297549A; EP0481844B1; KR940004033B1; ES2076490T3; KR920008204A; FI914907A0; CA2053197A1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår profilstål med forbedret sveisbarhet og en fremgangsmåte for fremstilling derav.

Bruk. av stål i barske omgivelser, slik som stål for anvendelse til sjøs, og som f.eks. benyttes i skip, tankskip for LNG (flytende naturgass) eller isbrytere som seiler i Nordsjøen

eller Nordishavet, samt i oljeboringsplattformer, eller stål som benyttes i lagringsbeholdere for flytende gass, fordrer at meget strenge spesifikasjoner respekteres.

Utover deres strekkegenskaper må stål klassifisert for sveisede byggverk tilfredsstille et høyt nivå for sprøbrudd-styrke ved lav temperatur, idet denne temperatur er en funksjon av påkjenningsbetingelsene og byggverkets brukstemperatur.

Det er kjent å bruke stål i henhold til 355 EMZ i den europe-iske klassifisering og hvis sammensetning i vektandeler er som

følger:

- 0,11 % karbon,

- 1,45 % mangan,

- 0,45 % nikkel,

0, 40 % silisium,

- 0,05 % niob,.

- 0,05 % nitrogen, idet jern utgjør resten.

De mekaniske egenskaper som garanteres for en 50 mm tykk plate av et sådant stål er som følger:

flytegrense Re min = 340 MPa

bruddgrense P^ min = 460 MPa

forlengelse (5,65Vs) A = 20 %

seighet ved -40°C Ky = 50 J (minimumsverdi)

CTOD ved -10°C = 0,25 mm,

hvor CTOD (Crack Tip Opening Displacement) tilsvarer en standard bruddprøve (iflg. standarden BS 57 62).

På de vedføyde tegninger viser fig. 1 overgangstemperaturen ved en seighetsenergi på 28 J som funksjon av kjøletiden fra 700°C til 300°C, for et stål av 355 EMZ-type. Det fremgår at for å få en bruddenergi som er større enn 28 J ved -40°C, er det nødvendig å sveise med en kjøletakt fra 700°C til 300°C, som er mindre enn 50 s. Det er derfor viktig å sveise sakte, hvilket betyr at det er nødvendig å utføre flere omganger med lavenergi-sveising.

Motstanden mot sprekkdannelse ved lav temperatur for et sådant stål kan anslås ut fra kurven vist i fig. 2, som kjennetegner sammenhengen mellom hårdhet og kjøling. Det fremgår at i tilfellet av manuell sveising ved hjelp av elektrode, og som tilsvarer en kjøletid på omtrent 10 s mellom 700°C og 300°C, er Vickershårdheten større enn 350 HV5. Dette forklares ut fra det faktum at strukturen oppviser 80 - 100 % martensitt. Siden-martensitt er følsom overfor hydrogen, oppviser en sådan sveis en dårlig sprekkdannelsesmotstand ved lav temperatur.

Et sådant kjent stål av 3 55 EMZ-type har følgelig lav seighet ved høyenergi-sveising og fordrer forhåndsoppvarming før sveising for å forhindre sprekkdannelse ved lav temperatur.

Formålet ved foreliggende oppfinnelse er derfor å frembringe et stål med forbedret sveisbarhet samtidig som det har stor motstand mot sprekkdannelse ved høyenergi-sveising. I henhold til oppfinnelsen oppnås et sådant stål med forbedret sveisbarhet ved at dets sammensetning i vektandeler er som følger:

- 0,07 - 0,11 % karbon,

- 1,40 - 1,70 % mangan,

- 0,20 - 0,55 % nikkel,

- 0 - 0,30 % kobber,

- 0 - 0,02 % niob,

- 0,005 - 0,020 % titan,

- 0,002 - 0,006 % nitrogen,

- 0 - 0,15 % silisium,

idet jern utgjør resten.

Fortrinnsvis er sammensetningen i vektandeler av stålet i henhold til oppfinnelsen, som følger:

- 0,08 % karbon,

- 1,50 % mangan,

- 0,45 % nikkel,

- 0,20 %. kobber,

- 0,01 % titan,

- 0,004 % nitrogen,

- 0,09 % silisium,

idet jern utgjør resten.

I henhold til oppfinnelsen oppnås et sådant stål med forbedret sveisbarhet ved.at: lavtemperatur-oppheting utføres mellom omdanningstempera turen for ferritt-austehitt AC3 og 1100°C,

- valsing utføres ved en temperatur mellom 850°C og 720°C, og

bråkjøling gjøres fra 750°C til 450°C ved en takt på 3 -

10°C pr. sekund.

Ytterligere særtrekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremkomme av den etterfølgende beskrivelse som utelukkende tjener til å gi et eksempel under henvisning til de vedføyde tegninger, på hvilke: .

Fig. 1 viser variasjonen i overgangstemperaturen ved en bruddenergi på 28 J (TK 28J) som funksjon.av sveisens kjøletakt for et vanlig 355 EMZ-stål og for stålet som har forbedret sveisbarhet i henhold til oppfinnelsen,

fig. 2 viser kurven som kjennetegner sammenhengen mellom

hårdhet og kjøling for et vanlig 355 EMZ-stål og for stålet som har forbedret sveisbarhet i henhold til oppfinnelsen,

fig. 3 viser silisiuminnholdets innflytelse på henholdsvis overgangstemperaturen ved 28 J (TK 28J) og volumandelen av gjenværende austenitt (yr) ,

fig. 4 viser variasjonen i volumandelen av gjenværende austenitt (yr) som funksjon av kjølekriteriet og av stålets silisiuminnhold (SI) .

Det henvises til fig. 1 som viser at når kurven for overgangstemperaturen ved 28 J som funksjon av sveisens kjøletakt for vanlig 355 EMZ-stål sammenlignes med den for stålet med forbedret sveisbarhet i henhold til oppfinnelsen, fremgår det at uavhengig av sveiseenergi, dvs. uansett hva kjøletakten er for sveisen, er seigheten for stålet i henhold til oppfinnelsen alltid garantert ned til -60°C.

Et sådant stål har derfor stor,seighet, selv ved høyenergi-sveising.

Den kjennetegnende kurve for sammenhengen mellom hårdhet og kjøling, og som er vist i fig. 2, antyder at stålet som har forbedret sveisbarhet oppviser en lavere hårdhet enn den for det vanlige 355 EMZ-stål. Vickershårdheten ved kjøling i løpet av 10 s. f ra 700°C til 300°C av den sone som påvirkes av varme, er. faktisk bare 280 HV5', mens den derimot, er minst 350 HV5 for vanlig stål.

Stålet som har forbedret sveisbarhet i henhold til. oppfinnelsen oppviser svært lite martensitt, mindre enn 20 %. Seigheten ved lav temperatur er derfor betraktelig forbedret og et sådant stål må ikke varmes opp på forhånd før sveising.

Stålet som har forbedret sveisbarhet i henhold til oppfinnelsen gjør det mulig å garantere de følgende mekaniske egenskaper ved en plate av 50 mm tykkelse:

flytegrense Re min = 325 MPa

bruddgrense 1^ min = 460 MPa

forlengelse (5,65V"s) A = 22 %

seighet ved -60°C 1^ = 80 J

CTOD ved -50°C = 0,10 mm.

Et sådant stål gjør det derfor mulig enten å garantere de samme egenskaper som for vanlig 355 EMZ-stål når det sveises ved høyere sveiseenergi, eller når samme sveiseenergi beholdes, å garantere de mekaniske seighetsegenskaper ved en lavere brukstemperatur, for således å tillate anvendelse i et

forutsett barskere klima.

Som det kan sees i fig. 3, har silisiuminnholdet innvirkning på overgangstemperaturen ved 28 J (TK 28J) og derfor på seigheten av den sone som berøres av varmen. Faktisk fremgår det at for et silisiuminnhold på 0,05 % er overgangstemperaturen ved 28 J i størrelsesorden -7 0°C, mens denne temperatur bare er -50°C for et silisiuminnhold på 0,5 %, idet det over denne temperatur garanteres at den nødvendige energi for brudd-dannélse, ikke er mindre enn 28 J.

Det fremgår også av fig. 3 og 4 at andelen av austenitt som er igjen i den varmepåvirkede sone, er avhengig av stålets silisiuminnhold. Dette fenomen henger sammen med en gunstig spaltning av austenitt til ferritt og karbider under avkjølingen etter sveising.

I fig. 4 kan det således sees at for et silisiuminnhold på 0,05 % er nivået av gjenværende austenitt ved høyenergi-sveising omtrent 1 %, mens det er 5 % for samme energi når silisiuminnholdet er 0,5 %. Forbedringen i seigheten av sveiseskjøten oppstår følgelig på grunn av reduksjonen i andelen av gjenværende austenitt, og som sikres ved å minske silisiuminnholdet i stålet.

Det lett sveisbare stål kan f.eks. oppnås ved formstøping, kontinuerlig støping, smelteovnsbehandling, oksygenbehandling i stålverk eller aluminiumrensing.

Den etterfølgende beskrivelse gjelder et eksempel på en fremgangsmåte for å oppnå 50 mm tykke plater av et stål i henhold til oppfinnelsen. Det lett sveisbare stål fremstilles da ved kontinuerlig støping på kjent måte, mens det tas nødvendige forholdsregler for å styre seigringen. Etter støpingen gjennomgår stålet en lavtemperatur-oppheting mellom omdanningstemperaturen for ferritt-austenitt AC3 og 1100°C, etterfulgt av valsing. Temperaturen ved slutten av valsingen er mellom 850° og 720°C.

Stålet gjennomgår deretter en bråkjøling fra temperaturen ved slutten av valsingen til 450°C, ved en takt på 3 - 10°C pr. sek.

Det stål med forbedret sveisbarhet, som er benyttet for å trekke opp kurvene vist i fig. 1 og 2, er et stål med en sammensetning som her er angitt som den foretrukne, og som oppnås i samsvar med følgende fremgangsmåte:

ensartet oppheting i 3 timer ved 950°C,

valsing ved mellom 760°C og 740°C,

kjøling til 550°C ved en takt på 6°C pr. sekund.

Claims

1. Stål med forbedret sveisbarhet, karakterisert ved at dets sammensetning i vektandeler er som følger: - 0,07 - 0,11 % karbon, - 1,40 - 1,70 % mangan,■ -0,20 - 0,55 % nikkel, - 0 -0,30 % kobber, - 0 - 0,02 % niob, - 0,005 - 0,020 % titan, - 0, 002 - 0., 006 % nitrogen, - 0 - 0,15 % silisium, idet jern utgjør resten.

2. Stål som. angitt i krav 1, karakterisert ved at dets sammensetning i vektandeler fortrinnsvis er som følger: - 0,08 % karbon, - 1,50 % mangan, - 0,45 % nikkel, - 0,2 0 % kobber, - 0,01 % titan, - 0,004 % nitrogen, - 0,09 % silisium, idet jern utgjør resten.

3. Fremgangsmåte for fremstilling av stål med forbedret sveisbarhet som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at: lavtemperatur-oppheting utføres mellom omdanningstempera turen for ferritt-austenitt AC3 og 1100°C, valsing utføres ved en temperatur mellom 850°C og 720°C, og bråkjøling gjøres fra 750°C til 450°C ved en takt på 3 - 10°C pr. sekund.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at: oppheting utføres i 3 timer ved 950°C, valsing utføres-ved mellom 760°C og 740°C, kjøling utføres til 550°C ved en takt på 6°C pr. sekund.