NO323347B1

NO323347B1 - Sveiset hoystyrke stalstruktur

Info

Publication number: NO323347B1
Application number: NO19981348A
Authority: NO
Inventors: Masahiko Hamada; Yu-Ichi Komizo; Takeshi Moncho
Original assignee: Sumitomo Metal Ind
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2007-04-02
Also published as: NO981348L; NO981348D0; US6188037B1; DE69805896D1; DE69805896T2; CA2231985C; CA2231985A1; EP0867520B1; EP0867520A2; EP0867520A3

Description

Foreliggende oppfinnelse angår sveisede stålstrukturer med høy styrke, så som sveisede stålrør, rørledninger, marine strukturer, trykkbeholdere, og tanker, som er laget av stål med en strekkfasthet (TS) som ikke er lavere enn 900 MPa og som har utmerket motstandsdyktighet ved lave temperaturer.

I rørledninger for transport av naturgass, råolje og liknende over lange avstander bedres effektiviteten ved å øke drivetrykket, hvilket således reduserer transportkostnadene. For å øke drivetrykket må enten rørets veggtykkelse eller rørmaterialets styrke økes. Økning av rørets veggtykkelse med-fører imidlertid en forringelse av sveisbarheten og nødvendiggjør forsterkning av grunnstrukturen for å håndtere en økning i rørledningens vekt. Under disse omstendighetene har det fremkommet et økende behov for å forbedre styrken på sveisede stålrør. Foreksempel har American Petroleum Institute (API) nylig standardisert X80-kvalitet sveisede stålrør som har en flytespenning (YS) som ikke er lavere enn 551 MPa og en TS som ikke er lavere enn 620 MPa, og tatt dem i bruk.

Som et resultat av en forbedring av styrken på sveisede stålrør er det nå kjent at det er mulig å fremstille sveisede stålrør med opp til X100-kvalitet (YS : ikke lavere enn 689 MPa; TS : ikke lavere enn 760 MPa) basert på teknikken for å fremstille X80-kvalitet sveisede stålrør. Videre har det vært foreslått stål med høy strekkfasthet som har utmerket motstandsdyktighet ved lave temperaturer og sveisbarhet og en TS som ikke er lavere enn 950 MPa (Japanske offentlige patentsøknadene (kokai) nr. 8-104922 og 8-209291).

Når det gjelder motstandsdyktighet ved lave temperaturer og motstand mot sprekkdannelse i kalde sveiser ved en relativt liten varmetilførsel, er det mulig å fremstille stålprodukter som anvendes til sveisede stålrør med høy styrke på grunnlag av den ovennevnte tekniske utviklingen. Fremstillingen av stålrør med høy styrke krever imidlertid ikke bare det ovennevnte stålet med høy strekkfasthet, men også sveisemetall med høy styrke og passende motstandsdyktighet. Det er kjent at motstandsdyktigheten for sveisemetall bedres gjennom forfining av mikrostrukturen. Mer spesifikt gjøres det utstrakt praktisk bruk av et sveisemetall hvor det dannes fint "nålformet ferritt" (acicular ferrite) ved justering av Al/O (oksygen) verdien ved tilsetting av Ti og B i sveisemetallet. Styrken som oppnås med nålformet ferritt er imidlertid vanligvis begrenset. Nålformet ferritt i sveisemetall kan ikke stabilt frembringe en TS som ikke er lavere enn 900 MPa. For å oppnå en TS på 900 MPa samtidig med en passende motstandsdyktighet, må det således anvendes en annen fremgangsmåte. Spesielt, når sveisevarmen økes for å bedre effektiviteten, avtar avkjølingshastigheten for sveisemetallet. Det blir således vanskelig å oppnå en TS som ikke er lavere enn 900 MPa.

Et mål ved foreliggende oppfinnelse er å frembringe sveisede stålstrukturer med høy styrke (sveisede stålrør, rørledninger, marine strukturer og liknende) som er motstandsdyktige ved lave temperaturer og som har en TS som ikke er lavere enn 900 MPa selv om de sveises med en varmeinngang på opptil 10 kJ/mm, samt å frembringe en fremgangsmåte for å fremstille disse. Spesielt er det et mål ved foreliggende oppfinnelse å frembringe sveisede stål-rør hvor sveisemetallet innehar følgende ytelsesegenskaper.

Strekkmotstand : TS > 900 MPa

Støtmotstand : Øvre skallenergi > 80J; overgangstemperatur for opptreden av brudd vTs < -50°C

Generelt, når temperaturen avtar, blir stål sprøere, og mindre defekter vil ha større sannsynlighet for å initiere sprøbrudd. Overgangstemperaturen vTs for opptreden av brudd tjener som et mål for hvor det ikke initieres et sprøbrudd fra en defekt som er så liten at den ikke detekteres ved ordinær ikke-destruktiv testing. Jo lavere vTs, desto mindre sannsynlighet for initiering av sprøbrudd. Øvre skallenergi er en indeks som angir hvor mye energi som kreves for forplantning av et duktilt brudd. Jo høyere øvre skallenergi, desto mindre sannsynlighet for initiering av et ustabilt duktilt brudd.

For å oppnå målene over lagde oppfinnerne av foreliggende oppfinnelse forskjellige sveisede skjøter med undervanns lysbuesveising (SAW) og gassmetall lysbuesveising (GMAW) og testet styrken og motstandsdyktigheten ved lave temperaturer. Spesifikt, gjennom anvendelse av sveisemetaller og ståltråder med forskjellige sammensetninger og tilsetninger med forskjellige baseindekser, ble metallkomponentene og oksygeninnholdet i sveisemetallet variert. Oksygeninnholdet i sveisemetallet som ble laget ved SAW ble først og fremst justert gjennom variasjon i sammensetningen av tilsetningene. De således oppnådde sveisemetallene ble testet med hensyn på motstandsdyktighet ved lave temperaturer og følgende ble bekreftet.

a) Som vist i figur 1 øker TS-verdien for sveisemetall med Pari-verdien (defineres senere), og noen sveisemetaller får en TS som ikke er lavere

enn 900 MPa ved en Pcm som er 0,25% eller høyere.

b) For sveisemetaller med en TS som ikke er lavere enn 900 MPa, utgjør lavere bainitt en stor del av mikrostrukturen. Til motsetning viser

sveisemetaller med en TS som er lavere enn 900 MPa seg å ha en mikrostruktur som primært består av fint nålformet ferritt.

c) Som sees fra sammenlikning av sveisemetaller med identiske verdier for Pcm, viser sveisemetaller med en Ai/O (oksygen) verdi som er større

enn 0,6 en markant økning i TS. Også, ved en Pcm som er 0,25% eller større, øker prosenten av lavere bainitt med Al/O verdien. Ved en Al/O verdi som er 1,2 eller større, blir lavere bainitt dominerende i mikrostrukturen. Ved en Pcm som er 0,25% eller større og en Al/O verdi fra 0,6 til 1,2, blir kun en blandet struktur av nålformet ferritt og lavere bainitt observert, og øvre bainitt observeres nesten ikke. d) Når mikrostrukturen endres fra nålformet ferritt til øvre bainitt med økende Al/O, inntrer det en betydelig svekkelse (økning) av overgangstemperaturen for opptreden av brudd. Til motsetning, når mikrostrukturen endres fra nålformet ferritt til nedre bainitt, blir motstandsdyktigheten ikke særlig svekket. e) Øvre skallenergi avtar med økende styrke og oksygeninnhold i sveisemetallet.

Hovedpoenget med foreliggende oppfinnelse er å frembringe følgende sveisede stålstrukturer med høy styrke. I den følgende beskrivelse betyr"%" som etterfølger et legeringselement "vektprosent", eller "vekt%", dersom ikke annet er spesifisert. (1) Sveiset høystyrke stålstruktur som omfatter et sveiseemne og et sveisemetall hvor sveiseemnet er et stål med mikrostruktur som i hovedsak dannes av en blandet struktur av martensitt og lavere bainitt og som har en strekkfasthet som ikke er lavere enn 900 MPa; og et sveisemetall er et stål som har en strekkfasthet som ikke er lavere enn 900 Mpa, og omfatter de følgende legeringselementer i vekt%: C: 0,01% til 0,15%;

Si: 0,02% til 0,6%;

Mn: 0,6% til 3%;

Al: 0,004% til 0,08%;

Ti: 0,003% til 0,03%;

O (oksygen): ikke mer enn 0,06%;

B: 0,0002% til 0,005%;

Cu: 0% til 1,2%;

Ni: 0% til 3%;

Cr: 0% til 1,2%;

Mo:0%til1%;

V: 0% til 0,05%; og

Nb: 0% til 0,05%,

og tilfredsstiller likningene 1) og 2) nedenfor:

1) 0,25 < Pcm < 0,32

Pcm = C+(Si/30)+(Mn/20)+(Ni/60)+(Cu/20)

+(Cr/20)+(Mo/15)+(V/10)+5B

2) 0,6 < Al/O (oksygen) < 1,4

hvor hvert atomsymbol i likningene 1) og 2) representerer sitt innhold (vekt%) i stålet.

(2) Sveiset høystyrke stålstruktur som beskrevet ovenfor i (1), hvor sveisemetallets strekkfasthet er 20-150 MPa høyere enn den for sveiseemnet. (3) Sveiset høystyrke stålstruktur som beskrevet ovenfor i (2), hvor sveiseemnet inneholder B i 0,0002 vekt% til 0,0025 vekt% og Ceq-verdien for sveiseemnet fra 0,4% til 0,58%; og Ceq-verdien i sveisemetallet er fra 0,08% til 0,3% høyere enn det i sveiseemnet. (4) Sveiset høystyrke stålstruktur som beskrevet ovenfor i (2), hvor sveiseemnet praktisk talt ikke inneholder B og Ceq-verdien er 0,53% til 0,7%; og Ceq-verdien i sveisemetallet er fra 0,05% til 0,2% høyere enn den i sveiseemnet. (5) Sveiset høystyrke stålstruktur som beskrevet ovenfor i (1), hvor sveiseemnet inneholder de følgende legeringselementer i vekt%: C: 0,04% til 0,15%;

Si: 0,02% til 0,49%;

Mn: 0,60% til 2,77%;

Cu: innti!1,23%;

Ni: inntil 1,67%;

Cr: inntil 0,75%;

Mo: inntil 1,30%;

V: inntil 0,079%;

Nb: inntil 0,069%,

Al: 0,005% til 0,062%;

Ti: inntil 0,016%;

B: inntil 0,0015%;

balansert med Fe og urenheter.

(6) Sveiset høystyrke stålstruktur som beskrevet ovenfor i (1), hvor sveisemetallet inkluderer i 0,03% P, s 0,03%S, og £ 0,01 %N.

I (1), (2), (3), (4), (5) og (6) beskrevet ovenfor betegner sveiseemnet primært en stålplate, men kan være varmvalset spiralrullet stål, et sømløst stålrør eller et sveiset stålrør. Når sveiseemnet er et sveiset stålrør, betegner den sveisede stålstrukturen ifølge oppfinnelsen en rørledning. Den "sveisede stålstrukturen" kan være en marin struktur, en tank eller en liknende struktur. Når mesteparten av sveiseemnene er stål som beskrevet ovenfor, er en struktur som er sammensatt av sveiseemnene med tilbehør av annet metall også innen rekkevidden til foreliggende oppfinnelse.

I (1), (2), (3), (4), (5) og (6) beskrevet ovenfor betegner "en sveiset stålstruktur" også en stålstruktur som er frembragt ved andre fremgangsmåter for sveising enn undervanns lysbuesveising eller gass-metall lysbuesveising.

I (1), (2), (3), (4), (5) og (6) beskrevet ovenfor, når sveiseemnet er et sveiset stålrør, består sveiseemnet, dvs. det sveisede stålrøret, av en del sveisemetall og en del som tidligere var en stålplate. Begrensningen på sveiseemnet, dvs. frasen "et sveiseemne er et stålmateriale med mikrostruktur som i hovedsak dannes av en blandet struktur av martensitt og lavere bainitt" gjelder kun for den delen som tidligere var en stålplate og gjelder ikke for den delen som er sveisemetall. Begrensningen på Ceq-verdien gjelder også kun for den delen som tidligere var en stålplate. I dette tilfellet svarer "sveisemetall" til det i en sveiset omkretsdel eller i en sømsveiset del.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

Figur 1 er en graf som viser relasjonen mellom TS og Pcm i sveisemetall. Figur 2 er en graf som viser effekten av Ceq-verdien TS-verdien for begge sveiseemnene, B-holdig stål og B-fritt stål (stål som ikke har nevneverdige effekter av B). Figur 3 er en tabell som viser de kjemiske sammensetningene for sveiseemner (stålplater) som ble anvendt i Test 1 i eksemplene; Figur 4 er en tabell som viser de kjemiske sammensetningene for sveisetråder for SAW som ble anvendt i Test 1 i eksemplene; Figur 5 er en tabell over de kjemiske sammensetningene for sveisemetaller som ble testet i Test 1 i eksemplene, som viser innholdene av hovedelementer; Figur 6 er en tabell over de kjemiske sammensetningene for sveisemetaller som ble testet i Test 1 i eksemplene, som viser innholdene av eventuelle tilleggselementer; Figur 7 er en tabell som viser resultatene fra test 1 i eksemplene; Figur 8 er en tabell som viser de kjemiske sammensetningene for sveisemetaller som ble testet i test 2 i eksemplene; Figur 9 er en tabell som viser resultatene fra test 2 i eksemplene; Figur 10 er en tabell som viser de kjemiske sammensetningene for sveisemetaller som ble testet i test 3 i eksemplene; og Figur 11 er en tabell som viser resultatene fra test 3 i eksemplene;

BESTE MÅTE Å GJENNOMFØRE OPPFINNELSEN

Årsaken til de ovenfor beskrevne begrensningene som definert i foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet.

1. Sveiseemne

TS og mikrostruktur:

Foreliggende oppfinnelse anvendes på sveisede høystyrke stålstrukturer med en TS som ikke er lavere enn 900 MPa. TS-verdien for sveiseemnet må således ikke være lavere enn 900 MPa. Også, for å frembringe en ønsket motstandsdyktighet i sveiseemnet, er dets mikrostruktur en blanding av martensitt og lavere bainitt. Dersom mikrostrukturen i sveiseemnet er en enkelt fase av martensitt eller inneholder delvis dannet øvre bainitt, når ikke motstandsdyktigheten et ønsket nivå.

B og Ceq:

B tilføres etter behov. I den delen av stålet som går fra overflatelaget til senterdelen i tykkelsesretningen må herdbarheten justeres for å skape den ovennevnte blandede strukturen. Effekten av C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo og V på herdbarheten evalueres ved hjelp av karbonekvivalent, Ceq, hvis definisjon inkorporerer innholdet av de ovennevnte elementer. I den foreliggende oppfinnelse inkorporerer ikke definisjonen av Ceq innhold av bor. En må imidlertid ta hensyn til bidraget fra B siden selv små mengder B bidrar betydelig til forbedring av herdbarheten.

Når B er inneholdt reduseres karbonekvivalenten i forhold til B-fritt stål for å unngå en overdreven herding av mikrostrukturen. Det vil si at Ceq-verdien for B-holdig stål settes fra 0,4% til 0,58%. Ved en Ceq-verdi som er lavere enn 0,4%, selv når effekten fra B er tilstrekkelig, kan en ikke oppnå en TS på 900 MPa på en pålitelig måte. Ceq-verdien bør således ikke være lavere enn 0,4%. Ved en Ceq-verdi som overstiger 0,58%, når effekten av B ér påvist, blir imidlertid herdbarheten overdrevent høy og motstandsdyktigheten blir således svekket. Derfor anvendes det en Ceq-verdi som ikke er høyere enn 0,58%.

For å oppnå en stabil effekt av B bør ikke bor-innholdet være lavere enn 0,0002%. Dersom bor-innholdet overstiger 0,0025%, blir imidlertid motstandsdyktigheten for HAZ betydelig svekket. Den øvre grensen for bor-innhold er derfor fortrinnsvis bestemt til 0,0025%. For å oppnå en tilstrekkelig motstandsdyktighet og hardhet for HAZ er bor-innholdet fortrinnsvis fra 0,0005% til 0,002%.

B har ingen bedrende effekt på herdbarheten i en sone som tilstøter sveisemetallet fra HAZ. Herdingen er således redusert i en grad som svarer til en reduksjon av Ceq-verdien, hvorved mottakeligheten for sveisesprekker reduseres. B synes imidlertid å øke de midlere lengdene for martensitt og lavere bainitt i utbredelsesretningene. Dersom noe økning i mottakeligheten for sveisesprekker er akseptabelt og en utmerket motstandsdyktighet må oppnås, anvendes således ikke B. B, når det er inneholdt i en mengde som ikke overstiger 0,0002% har ingen positiv effekt på herdbarheten. Tilfellene når B-innholdet er omtrent null, dvs. B-fritt stål, angir derfor et bor-innhold som er lavere enn 0,0002%. For B-fritt stål anvendes det en Ceq-verdi fra 0,53% til 0,7% for å oppnå nødvendig herdbarhet for sveisemnene. Dersom Ceq-verdien er lavere enn 0,53% blir herdbarheten utilstrekkelig, hvilket resulterer i at det ikke oppnås en TS som ikke er lavere enn 900 MPa. Dersom Ceq-verdien overstiger 0,7 blir imidlertid herdingen for stor, hvilket resulterer i en svekkelse av sprekkarrestegenskapene. Den øvre grensen for Ceq-verdien er derfor bestemt til 0,7%.

2. Sveisemetall

Den kjemiske sammensetningen av sveisemetallet i sveisede stålstrukturer er av følgende årsaker begrenset som beskrevet ovenfor.

O (oksygen): ikke mer enn 0,06%

O er i sveisemetall for det meste inneholdt i form av oksider. Når oksygeninnholdet øker, avtar den øvre skallenergien som oppnås i Charpy-støttesten. Et lavere oksygeninnhold er således foretrukket. Den øvre grensen for oksygeninnhold er 0,06%, fortrinnsvis 0,04%. Selv om et lavere oksygeninnhold er foretrukket, er den lavere grensen for oksygeninnhold ved vanlig praktisk fusjonssveising (SAW, GSAW, lasersveising og liknende) omtrent 0,005%. For å holde oksygeninnholdet ikke høyere enn 0,06 vekt% er baseindeksen for fortynningsstoffene fortrinnsvis ikke mindre enn 1,0.

AI/0(oksygen): 0,6 til 1,4

Når vekt%-forholdet mellom Al og O i sveisemetall er lavere enn 0,6, er mikrostrukturen dominert av nålformet ferritt, og det oppnås således ikke en tilstrekkelig høy styrke. Når Al/O-verdien overstiger 0,6 begynner nåleformet ferritt å avta og styrken begynner å øke. På den annen side, når Al/O-verdien overstiger 1,2 dannes det ikke særlig nålformet ferritt, og styrken øker moderat med Al/O-verdien. En overdreven økning av Al/O-verdien medfører således ikke bare en økning av styrken, men induserer også dannelse av grove Al oksider som har den motsatte effekten på motstandsdyktigheten. Den øvre grensen for Al/O-verdien er således bestemt å være 1,4. Den nedre grensen for Al/O-verdien er fortrinnsvis 0,8 og den øvre grensen 1,2. Fremgangsmåten for få Al/O-verdien for sveisemetallet i intervallet fra 0,6-1,4 vil bli forklart senere i 5, Sveisemetode.

Pcm : 0,25% til 0,32%

For å gi sveisemetallet tilstrekkelig styrke og motstandsdyktighet er ikke bare grensene for innholdet av de individuelle elementene begrenset som ovenfor, men intervallet av Pcm-verdier må også begrenses. Dersom Pari-verdien er lavere enn 0,25% oppnås ikke tilstrekkelig styrke, og det dannes øvre bainitt i stedet for lavere bainitt. Dannelsen av øvre bainitt fører til en betydelig forringelse av overgangstemperaturen for opptreden av brudd. I motsatt fall, dersom Pcm-verdien overstiger 0,32% oppnås en overdreven styrkeøkning og den øvre skallenergien blir således forringet, hvilket resulterer i at den ønskede ytelsen ikke oppnås. Også for å bedre motstandsdyktigheten mot kald-sprekkdannelse er en lavere Pcm-verdi foretrukket.

Når innholdet av legeringselementer er begrenset som beskrevet nedenfor er betingelsen "en TS som ikke er lavere enn 900 MPa" automatisk tilfredsstilt; en spesifikk spesifikasjon av TS er således ikke nødvendig. Når innholdet av legeringselementer imidlertid ikke er begrenset, må betingelsen "ikke lavere enn 900 MPa" legges på sveisemetallet i tillegg til de ovennevnte begrensningene av oksygeninnholdet, Al/O-verdien og Pcm-verdien.

Når følgende begrensninger er lagt på innholdet i legeringselementene, er det ikke nødvendig å legge noen krav på TS-verdien.

C: 0,01% til 0,15%

For å oppnå tilstrekkelig styrke i sveisemetallet kan ikke karboninnholdet være lavere enn 0,01%. For mye karbon gir imidlertid en økning i mengden karbider som utfelles og forgrovning av karbider. Den øvre grensen for karboninnhold er derfor bestemt til å være 0,15%. For å oppnå en gunstig motstandsdyktighet er karboninnholdet fortrinnsvis ikke høyere enn 0,1%, helst ikke høyere enn 0,08%.

Si: 0,02% til 0,6%

Si, dersom det tilsettes, øker sveisemetallets styrke og har en deoksideringseffekt. For å oppnå slike effekter er silisiuminnholdet i sveisemetallet ikke lavere enn 0,02%. For mye silisium forårsaker imidlertid en svekkelse av motstandsdyktigheten til sveisemetall og svekker følsomheten for sprekkdannelser i sveisen. Den øvre grensen for silisiuminnhold er derfor bestemt til å være 0,6%.

Mn : 0,6% tii 3%

Mn, i likhet med Si, dersom det tilsettes, øker sveisemetallets styrke og har en deoksideringseffekt. For å oppnå slike effekter er den nedre grensen for manganinnhold bestemt å være 0,6%. Et manganinnhold som overstiger 3% forårsaker imidlertid en svekkelse av motstandsdyktigheten til sveisemetall og svekker følsomheten for sprekkdannelser i sveisen. Den øvre grensen for manganinnhold er derfor bestemt til å være 3%. For å oppnå en mer gunstig motstandsdyktighet og følsomhet for sprekkdannelser i sveisen er manganinnholdet fortrinnsvis ikke høyere enn 2,5%, helst ikke høyere enn 1,7%.

A|: 0,004% til 0,08%

Al er et viktig element som tjener som en deoksidant. For å oppnå deoksideringseffekten er den nedre grensen for aluminiumsinnhold bestemt å være 0,004%. Til motsetning så forårsaker for mye aluminium dannelse av grove urenheter. Den øvre grensen for aluminiuminnhold er derfor bestemt til å være 0,08%. I foreliggende oppfinnelse er Al et veldig viktig element fordi det bedrer styrken og motstandsdyktigheten til sveisemetallet gjennom å kontrollere dets mikrostruktur. For å sikre at Al får en tilstrekkelig effekt er forholdet mellom aluminiuminnholdet og oksygeninnholdet begrenset som beskrevet nedenfor.

Når aluminiumsinnholdet er 0,004% må oksygeninnholdet ikke være lavere enn 0,0029% for å oppnå en Al/O-verdi som ikke er høyere enn 1,4. Dette kravet er tilstrekkelig oppfylt som beskrevet ovenfor i seksjonen om oksygeninnholdet.

Ti: 0,003% til 0,03%

Ti er et viktig element som tjener som en deoksidant. I tillegg hindrer Ti spor av B fra å kople med N, og gjør dermed at B viser sin positive effekt på herdbarheten og akselererer således effektivt dannelsen av lavere bainitt mens det reduserer dannelsen av nålformet ferritt. For å oppnå en slik effekt fra Ti er den nedre grensen for titaninnhold bestemt å være 0,003%. Til motsetning forårsaker for mye titan at det utfelles TiC, hvilket fører til en betydelig svekkelse av sveisemetallets motstandsdyktighet. Den øvre grensen for titaninnhold er derfor bestemt til å være 0,03%.

B : 0,0002% til 0,005%

B, dersom det tilsettes i små mengder, øker herdbarheten betydelig bg bidrar dermed til å gi høy styrke for sveisemetall. B tilsettes derfor i en mengde som ikke er mindre enn 0,0002%. Ved for mye bor svekkes imidlertid motstanden mot sprekkdannelse i sveisen. Den øvre grensen for borinnhold er derfor bestemt til å være 0,005%. For bedre motstand mot sprekkdannelse i sveisen er borinnholdet fortrinnsvis ikke høyere enn 0,004%, helst ikke høyere enn 0,003%.

Cu : 0% til 1,2%

Cu trenger ikke å være tilstede. Siden Cu bidrar til bedring av styrken gjennom utfellingsherding tilsettes dette etter behov for å oppnå en høy styrke. Dersom kobberinnholdet overstiger 1,2% er det imidlertid sannsynlig at det opptrer sprekkdannelser i sveisene. Når Cu skal tilsettes bør kobberinnholdet således ikke være høyere enn 1,2%. For å bedre motstanden mot sprekkdannelse i sveisene er ikke kobberinnholdet høyere enn 0,8%, fortrinnsvis ikke høyere enn 0,6%.

Ni:0%tH3%

Ni trenger ikke å være tilstede. Siden Ni er veldig effektivt for å øke motstandsdyktigheten tilsettes dette etter behov for å oppnå en høy motstandsdyktighet. Dersom nikkelinnholdet overstiger 3%, blir imidlertid flyten i det smeltede metallet dårlig under sveising, og det er derfor sannsynlig at det opptrer sveisedefekter. Når Ni skal tilsettes anvendes det således ikke et nikkelinnhold som overstiger 3%.

Cr:0%til1,2%

Cr trenger ikke å være tilstede. Siden Cr er effektivt for å bedre herdbarheten tilsettes imidlertid Cr når det har lett for å dannes nålformet ferritt på grunn av en reduksjon av nedkjølingshastigheten forårsaket av en økt varmeinngang ved sveisingen. Dersom imidlertid krominnholdet overstiger 1,2% er det sannsynlig at det vil opptre sprekkdannelser i sveisen. Når Cr skal tilsettes anvendes det således ikke et krominnhold som overstiger 1,2%.

Mo:0%til1%

Mo trenger ikke å være tilstede. Siden Mo er effektivt for å bedre herdbarheten og for å øke styrken gjennom utfellingsherding, tilsettes dette imidlertid når sveisevarmen skal økes eller det skal oppnås høy styrke. Dersom imidlertid molybdeninnholdet overstiger 1 % er det sannsynlig at det vil opptre sprekkdannelser i sveisen. Når Mo skal tilsettes, anvendes det således ikke et molybdeninnhold som overstiger 1 %.

V : 0% til 0,05%

V trenger ikke å være tilstede. Siden V er effektivt for å øke styrken gjennom utfellingsherding tilsettes dette imidlertid etter behov for å oppnå høy styrke. Dersom vanadiuminnholdet overstiger 0,05% er det sannsynlig at det vil opptre sprekkdannelser i sveisen. Når V skal tilsettes, anvendes det således ikke et vanadiuminnhold som overstiger 0,05%.

Nb: 0% til 0,05%

Nb trenger ikke å være tilstede. Siden Nb er effektivt for å bedre herdbarheten og for å øke styrken gjennom utfellingsherding, tilsettes dette imidlertid for å oppnå høy styrke. Dersom imidlertid niobinnholdet overstiger 0,05%, svekkes motstanden mot sprekkdannelser i sveisen. Når Nb skal tilsettes, anvendes det således ikke et niobinnhold som overstiger 0,05%.-Innholdet av uunngåelige urenheter så som P, S og liknende er fortrinnsvis lavt. Egenskapene ved foreliggende oppfinnelse svekkes imidlertid ikke så lenge innholdet av slike i sveisemetallet er som følger: P: ikke høyere enn 0,03%, S: ikke høyere enn 0,03% og N: ikke høyere enn 0,01%.

Legeringselementer i sveisemetallet tilføres hovedsaklig som sveisetråd i både SAW og GMAW. Legeringselementene i sveisemetallet kan imidlertid tilføres både gjennom sveiseemnet, sveistråder elter fortynningsmidler. Egenskapene ved foreliggende oppfinnelse mistes ikke så lenge det endelige innholdet av legeringselementer i sveisemetallet ligger innenfor de ovennevnte grenser.

3. Tilpasning av styrkeforholdet mellom sveiseemnet og sveisemetallet i en sveiset stålstruktur

I en sveiset stålstruktur er det ikke nødvendig å ta hensyn til tilpasning av styrkeforholdet mellom sveiseemnet og sveisemetallet så lenge komponentene i sveiseemnet og sveisemetallet ligger innenfor de ovennevnte grensene for innhold. For å unngå å få den samme forskyvningen på sveisemetallet som for sveiseemnet, hvor det i så fall er stor sannsynlighet for defekter, anvendes følgende tilpassede forhold.

ATS: 20 MPa til 150 MPa

TS-verdien for sveisemetallet kreves 20 tit 150 MPa høyere enn den for sveiseemnet. Når det under slike forhold legges på en last i en sveiseskjøt vil sveiseemnet ved skjøten få større forskyvning på grunn av lasten. Siden sveisemetall har stor sannsynlighet for å ha en defekt vil en eventuell forskyvning i sveisemetallet konsentreres i denne defekten hvorpå et sprøbrudd vil ha tett for å oppstå. Dersom TS-verdien for sveisemetallet mindre enn 20 MPa høyere enn den for sveiseemnet vil ikke sveisemetallet være nokså fritt for forskyvninger; og det vil derfor være et potensiale for initiering av sprøbrudd med utgangspunkt fra en intern defekt i sveisemetallet. Dersom TS-verdien for sveisemetallet er mer enn 150 MPa høyere enn den for sveiseemnet, blir imidlertid styrken i sveisemetallet for høy og motstandsdyktigheten svekkes betydelig; selv en liten forskyvning vil i så fall kunne initiere et sprøbrudd.

ACeq:

Årsaken til at det anvendes en forskjell i karbonekvivalenten mellom sveisemetallet og sveiseemnet vil nå bli beskrevet. Sveisemetallet har et titalls ganger høyere innhold av O (oksygen) enn sveiseemnet. Denne høye tettheten av oksygen danner oksider som blir steder for kjernedannelse for omdannelse (til nålformet ferritt eller lavere bainitt). Dette fenomenet utnyttes for å bedre motstandsdyktigheten. Siden martensitt har mindre sannsynlighet for å dannes i sveisemetall blir imidlertid styrken til sveisemetallet dårligere enn den for sveiseemnet dersom de har identisk Ceq-verdi. Det faktum at sveisemetall er porøst er en annen betydelig årsak til at sveisemetallets styrke er dårligere enn sveiseemnets,

Figur 2 viser effekten av Ceq på TS for B-holdig og B-fritt stål og på TS for sveisemetall når B-holdig og B-fritt stål sveises med SAW (varmeinngang: 5kJ/mm). Som en ser fra figur 2 må Ceq-verdien for sveisemetallet settes høyere enn den for sveiseemnet. Også forskjellen (ACeq) i Ceq-verdi må være høyere for B-holdig stål enn for B-fritt stål (effekt av B i sveiseemnet på TS-verdien for sveisemetallet er ikke observert).

I en sveiset struktur av B-fritt stål benyttes en Ceq-verdi for sveisemetallet som er fra 0,05% til 0,2% høyere enn for sveiseemnet. Dersom ACeq er mindre enn 0,05% faller ikke ATS innenfor ovennevnte intervall, og den ovennevnte sammenhengen mellom sveisemetallets og sveisememnets styrke oppnås således ikke. Dersom ACeq overstiger 0,2% blir TS-verdien i sveisemetallet imidlertid overdrevent høy, hvilket resulterer i en svekkelse av sveisemetallets motstandsdyktighet. Den øvre grensen for ACeq er derfor bestemt å være 0,2%.

ACeq for B-holdig stål må settes høyere enn den for B-fritt stål og settes fra 0,08% til 0,3%. De øvre og nedre grensene for ACeq er bestemt slik av samme grunner som for B-fritt stål.

Typen sveisetråder som anvendes i SAW eller GMAW er ikke spesielt begrenset, men er fortrinnsvis laget av stål med følgende sammensetning.

4. Sveisetråd

C : 0,02% til 0,2%

C er inneholdt i sveisetråd for å etablere et passende karboninnhold i sveisemetallet for således å oppnå tilstrekkelig styrke. For å oppnå denne effekten er den laveste grensen for karboninnhold fortrinnsvis 0,02%. For mye karbon vil imidlertid føre til sprekkdannelse i sveisen. Den øvre grensen for karboninnhold er derfor bestemt til åvære 0,2%.

Si: 0,25% til 0,9%

Si er et viktig element som gir sveisemetallet tilstrekkelig styrke og tjener som en deoksidant. For å oppnå slike effekter er den laveste grensen for silisiuminnhold bestemt å være 0,25%. For mye silisium forårsaker imidlertid en svekkelse av motstandsdyktigheten til sveisemetall og svekker følsomheten for sprekkdannelser i sveisen. Den øvre grensen for silisiuminnhold er derfor bestemt til å være 0,9%.

Mn : 0,7% til 4%

Mn, i likhet med Si, er et viktig element som gir sveisemetallet tilstrekkelig styrke og tjener som en deoksidant. For å oppnå slike effekter er den laveste grensen for manganinnhold bestemt å være 0,7%. For mye mangan i sveisetråden forårsaker imidlertid et for høyt manganinnhold i sveisemetallet, hvilket resulterer i en svekkelse av motstandsdyktigheten til sveisemetallet og svekker følsomheten for sprekkdannelser i sveisen. Den øvre grensen for manganinnhold er derfor bestemt til å være 4%.

Al: 0,02% til 0,2%

Al er et viktig element som tjener som en deoksidant. For å oppnå deoksideringseffekten er den nedre grensen for aluminiumsinnhold bestemt å være 0,02%. For mye aluminium forårsaker imidlertid dannelse av grove urenheter. Den øvre grensen for aluminiuminnhold er derfor bestemt til å være 0,2%.

O : ikke høyere enn 0,01 %

En sveisetråd er fremstilt ved foredling av smeltet stål. Oksygeninnholdet for en sveisetråd er således lavere enn den for sveisemetall. Et oksygeninnhold som overstiger 0,01% svekker imidlertid formbarheten og har en ugunstig effekt på oksider som er dannet i sveisemetallet, som vil bli beskrevet senere. Oksygeninnholdet er derfor fortrinnsvis ikke høyere enn 0,01 %. Jo lavere oksygeninnhold i sveisetråden jo bedre.

Ti: 0,01% til 0,05%

Ti er et viktig element som tjener som en deoksidant. En sveisetråd produseres vanligvis gjennom en kontinuerlig støpingsprosess. I denne forbindelse, dersom titaninnholdet er lavere enn 0,01%, opptrer det sprekkdannelser på overflaten til en kontinuerlig støpebarre. For å oppnå en skikkelig sveisetråd er således titaninnholdet fortrinnsvis ikke lavere enn 0,01%. For mye titan forårsaker imidlertid et stort antall utfelte TiC i sveisemetallet, hvilket fører til en betydelig svekkelse av sveisemetallets motstandsdyktighet. Den øvre grensen for titaninnhold er derfor bestemt til å være 0,05%.

Cu : 0% til 1,2%

Cu trenger ikke å være tilstede. Siden Cu er effektivt til å øke styrken gjennom utfelling av cCu i stålet, tilsettes dette etter behov for å oppnå en høy styrke. Dersom kobberinnholdet overstiger 1,2% er det imidlertid sannsynlig at det opptrer sprekkdannelser i sveisene. Kobberinnholdet er således fortrinnsvis ikke høyere enn 1,2%.

Ni: 0% til 3%

Ni trenger ikke å være tilstede. Siden Ni er effektivt for å øke motstandsdyktigheten i sveisemetallet tilsettes dette etter behov for å oppnå en høy motstandsdyktighet. Dersom nikkelinnholdet overstiger 3% blir imidlertid flyten i det smeltede metallet dårlig under sveising, hvilket resulterer i en svekkelse av sveiseeffektiviteten. Den øvre grensen for nikkelinnhold er således fortrinnsvis 3%.

Cr: 0% til 1,2%

Cr trenger ikke å være tilstede. Siden Cr har en bedrende effekt på herdbarheten tilsettes imidlertid Cr når det er liten sannsynlighet for dannelse av bainitt på grunn av en reduksjon av nedkjølingshastigheten for sveisemetallet forårsaket av en økt varmeinngang. Dersom imidlertid krominnholdet overstiger 1,2% er det sannsynlig at det vil opptre sprekkdannelser i sveisen. Når Cr skal tilsettes, anvendes det således fortrinnsvis ikke et krominnhold som overstiger 1,2%.

Mo: 0%ti11%

Mo trenger ikke å være tilstede. Siden Mo er effektivt for å bedre herdbarheten og for å øke styrken gjennom utfellingsherding, tilsettes dette imidlertid når sveisevarmen skal økes. Dersom imidlertid molybdeninnholdet overstiger 1 % er det stor sannsynlighet for at det vil opptre sprekkdannelser i sveisen. Når Mo skal tilsettes, anvendes det således ikke et molybdeninnhold som overstiger 1%.

V: 0% til 0,08%

V trenger ikke å være tilstede. Siden V er effektivt for å øke styrken gjennom utfellingsherding tilsettes dette imidlertid etter behov for å oppnå høy styrke. Dersom vanadiuminnholdet overstiger 0,08% er det sannsynlig at det vil opptre sprekkdannelser i sveisen. Når V skal tilsettes, anvendes det således ikke et vanadiuminnhold som overstiger 0,08%.

Nb :0% til 0,08%

Nb trenger ikke å være tilstede. Siden Nb er effektivt for å bedre herdbarheten og for å øke styrken gjennom utfellingsherding, tilsettes dette imidlertid når varmeinngangen under sveisingen er relativt høy eller det skal oppnås høyere styrke. Dersom imidlertid niobinnholdet overstiger 0,08%, svekkes motstandsdyktigheten for sveismetallet betydelig, og det er således sannsynlig at det vil opptre sprekkdannelser i sveisen. Når Nb skal tilsettes, anvendes det således ikke et niobinnhold som overstiger 0,08%.

Blant uunngåelige urenheter P, S, N og liknende som er inneholdt i sveisetråd og overføres til sveisemetallet, svekker P og S motstandsdyktigheten til sveisemetall; fosforinnholdet er derfor fortrinnsvis ikke høyere enn 0,02% og svovelinnholdet er fortrinnsvis ikke høyere enn 0,02%. Videre, N, dersom inneholdt i for store mengder, forårsaker dannelse av overflatesprekker ved trekking under fremstillingen av sveisetråd. Nitrogeninnholdet er derfor fortrinnsvis ikke høyere enn 0,01%.

5. Sveisemetode

I fremstillingsmetoden som er beskrevet ovenfor i (9) utføres SAW med en varmeinngang på 3-1 OkJ/mm. Årsaken til at SAW anvendes er at varmeinngangen enkelt kan økes som beskrevet nedenfor slik at sveiseeffektiviteten således kan økes, og også at gjennom sveising fra en side av skjøten oppnås en gjennomsmeltingskant med en fordelaktig form på den andre siden av skjøten.

I SAW, når varmeinngangen er lavere enn 3kJ/mm, oppnås den nødvendige TS-verdi forholdsvis enkelt på grunn av en relativt høy avkjølings-hastighet. På den annen side er det sannsynlig at det opptrer sveisedefekter så som mangel på skjøtegjennomtrengning, og effektiviteten ved sveising av en langsgående søm for et sveiset stålrør er betydelig dårligere. Varmeinngangen er derfor bestemt å ikke være lavere enn 3kJ/mm. Dersom varmeinngangen imidlertid overstiger 10k J/mm, kan det ikke oppnås en TS som ikke er lavere enn 900 MPa selv gjennom den ovennevnte justeringen av innholdet av legeringselementer så som Al i sveisemetallet.

SAW anvender tynnemidler i tillegg til sveisetråd. Tynnemidler som skal anvendes har fortrinnsvis en høy baseindeks, for eksempel med følgende sammensetning : Si02: 20 vekt% til 40 vekt%; MnO: omtrent 20 vekt%; CaO: 10 vekt% til 30 vekt%; Al203:5 vekt% til 20 vekt%; Ti02:1 vekt% tii 5 vekt%; og CaF2: 0 vekt% til 40 vekt%; For å få en Al/O-verdi i sveisemetallet for SAW som ligger i intervallet 0,6-1,4 er det fordelaktig å anvende sveisetråd med et Al-innhold som fortrinnsvis ligger i intervallet 0,02-0,2 vekt% og tynnemiddel med baseindeks på 1,0-3,0. Her er baseindeks (Bl) definert ved likningen: BI=(CaO+MgO+CaF2+0,5MnO)/{SiO+0,5(AI2O3+TiO2)}. Det er fordelaktig å ha en baseindeks for tynnemiddelet som ikke er lavere enn 1 for å få et O-innhold som ikke er større enn 0,06 vekt%. For å oppnå en Al/O-verdi i intervallet fra 0,6 til 1,4 på en enklere måte er det fordelaktig at AMnnholdet i sveisetråden ligger i intervallet 0,02-0,1 vekt% og at baseindeksen ligger i intervallet 1,5-2,5.

Varmeinngangen for GMAW er fortrinnsvis lavere enn den for SAW, for eksempel ikke høyere enn 7kJ/mm. GMAW anvendes vanligvis til sirkelbutt-sveising i konstruksjon av rørledninger. For å holde Al/O-verdien innenfor det ovennevnte intervallet med GMAW-metoden, er det fordelaktig at Al-innholdet i sveisetråden er 0,02-0,2 vekt% og at C02-innholdet i gass-strømmen som utvikler atmosfæren i den sveisede delen ligger i intervallet 5-50 vol%.

6. Fremgangsmåter for å fremstille et sveiset stålrør

Fremgangsmåtene for å fremstille et sveiset stålrør tenkes å være (JOE rørfremstillingsprosessen eller en liknende fremgangsmåte. Mer spesifikt blir en stålplate presset til U-form som deretter formes slik at den får et O-foimet tverrsnitt. De således buttede endene til stålplaten blir deretter søm-sveiset. Det således oppnådde søm-sveisede røret blir strukket. "Forming etter søm-sveising" betegner strekking eller liknende prosessering.

EKSEMPLER

Test 1 :

I test 1 ble effekten av foreliggende oppfinnelse testet med en sveiset høystyrke stålstruktur som var bygget med SAW.

Stålplater med en tykkelse på 25mm, med en blandet struktur av martensitt og lavere bainitt og en TS som ikke er lavere enn 900 MPa ble anvendt som sveiseemner. Sveisede skjøter ble produsert fra sveiseemnene med SAW. Figur 3 viser de kjemiske sammensetningene for stålplatene..

Sveisetråder med en sammensetning innenfor ovennevnte intervaller ble anvendt for å produsere sveiseskjøter med SAW. Figur 4 viser de kjemiske sammensetningene for syv typer sveisetråd som ble anvendt i denne testen. Disse sveisetrådene ble fremstilt fra en råblokk på 500 kg eller ett tonn ved smiing og strekk. Tynnemiddelet er en blanding av Si02, MnO, CaO og Ai203 og dets baseindeks er 2,1.

SAW ble utført ved sveising med 3 elektroder og én kilde for smeltet metall. Den ledende elektroden varen DC (strøm: 950A; spenning 30V) elektrode, etterfulgt av en AC (strøm: 850A; spenning 45V) elektrode og deretter en AC (strøm: 750A; spenning 50V) elektrode. Sveisingen fortsatte mens kilden for smeltet metall ble etterfylt. Sveisehastigheten var 1,2 m/min, og varmeinngangen ved sveisingen var således omtrent 5 kJ/mm. Oksygeninnholdet i sveisemetallet ble variert ved tilpasning av tynnemidlets baseindeks.

Figurene 5 og 6 viser de kjemiske sammensetningene for de oppnådde sveisemetallene.

Av sveisemetallene ble det kuttet ut runde stang-type testbiter for strekk som hver hadde en diameter på 6 mm og en lengde på 40 mm. Disse testbitene ble testet for å finne TS-verdien. Fra sveiseskjøtene ble det skåret ut JIS nr. 4 Charpy testbiter med et hakk i senteret for sveisemetallet (10 mm kvadratisk, 2 mm V-hakk). Charpy testbitene ble testet under forskjellige temperaturer for å bestemme øvre skallenergi og overgangstemperatur for opptreden av brudd.

Figur 7 viser testresultatene.

I testene 1 til 6 som representerer sammenliknende eksempler var den målte TS-verdien lavere enn 900 MPa fordi Pcm- og Al/O-verdiene var lavere enn de respektive laveste grensene som spesifiseres som foreliggende oppfinnelse. -

I testene 7 til 17 som representerer sammenliknende eksempler ble det ikke oppnådd en ønsket styrke til tross for en økning av Pcm-verdien siden. Al/O-verdien var lavere enn den laveste grensen ifølge foreliggende oppfinnelse. I testene 18 til 21 ble det ikke oppnådd en TS-verdi som ikke var lavere enn 900 MPa til tross for at Al/O-verdien lå innenfor intervallet ifølge foreliggende oppfinnelse siden Pcm-verdien var lavere enn den laveste grensen ifølge foreliggende oppfinnelse. I sveisemetallene i testene 18 til 21 ble det dannet øvre bainitt fordi de hadde en relativ lav Pcm-verdi og en relativt høy Al/O-verdi; de fikk derfor en økt overgangstemperatur for opptreden av brudd sammenliknet med andre sveisemetaller, hvilket resulterte i en betydelig svekkelse av motstandsdyktigheten.

I testene nr. 28 og 33 (sammenliknende eksempler) og testene nr. 29 til 32 (eksempler ifølge foreliggende oppfinnelse) ble det anvendt identiske kjemiske sammensetninger bortsett fra aluminiumsinnholdet for å studere effekten av dette. I test nr. 28, hvor aluminiumsinnholdet var lavest, ble det ikke oppnådd en tilstrekkelig høy TS-verdi fordi Al/O-verdien var lavere enn den laveste grensen ifølge foreliggende oppfinnelse. Al/O-verdien økte med aluminiumsinnholdet; i testene 29 til 32 ble det således oppnådd en TS-verdi som ikke var lavere enn 900 MPa. I test 33, hvor Al/O-verdien oversteg den øvre grensen ifølge foreliggende oppfinnelse, ble det oppnådd en tilstrekkelig TS-verdi, men forgrovningen av Al-urenheter forårsaket svekkelse av motstandsdyktigheten, dvs. én reduksjon av øvre skallenergi og en økning av overgangstemperaturen for opptreden av brudd.

I testene nr. 41 og 42, som utgjør eksempler på foreliggende oppfinnelse, og test nr. 43, som er et sammenlikningseksempel, ble det for å studere effekten av oksygeninnhold anvendt identiske sammensetninger bortsett fra aluminiums- og oksygeninnholdet, mens Al/O-verdien ble holdt konstant. Testresultatet viste at en økning av oksygeninnholdet reduserte den øvre skallenergien betraktelig og satte i gang en gradvis forverring av overgangstemperaturen for opptreden av brudd. Som en ser av resultatet fra test 43, når oksygeninnholdet overstiger den øvre grensen ifølge foreliggende oppfinnelse, opptrer det en merkbar negativ effekt.

I test nr. 44, hvor Pcm-verdien oversteg den øvre grensen ifølge foreliggende oppfinnelse, var motstandsdyktigheten betydelig svekket. I motsetning ble det oppnådd en TS-verdi som ikke var lavere enn 900 MPa og en høy motstandsdyktighet på en tilfredsstillende måte i eksemplene ifølge foreliggende oppfinnelse.

Test 2:

I test 2 ble effekten av foreliggende oppfinnelse testet i tilfellet hvor en sveiset høystyrke stålstruktur var et sveiset stålrør. Sveiseemnet som ble anvendt var en stålplate med en tykkelse på 20 mm. Den kjemiske sammensetningen, mikrostrukturen og TS-verdien for stålplaten var følgende.

a) Kjemisk sammensetning: 0,08% C, 0,1 % Si, 1,2%Mn, 0,4% Cr, 1,0%Ni, 0,4% Mo, 0,02% Nb, 0,03% V, 0,01% Ti, 0,025% Al, 0,001% B (Pcm =

0,22, Ceq = 0,52)

b) Mikrostruktur: blandet struktur av lavere bainitt og martensitt

c) TS: 950 MPa

Stålplaten ble formet og sømsveiset ved UOE-rørfremstillingsprosessen,

hvorved en sveiset stålplate med en ytre diameter på 914,4 mm (36") ble oppnådd. Sømsveisingen ble utført fra begge sider, med et sjikt på hver, ved SAW. Varmeinngangen ved sveisingen var 3,2 kJ/mm på den indre siden og 4,1 kJ/mm på utsiden. Det samme tynnemiddelet som ble også anvendt i test 1 ble anvendt i test 2.

Figur 8 viser den kjemiske sammensetningen for sveisemetallet som ble oppnådd ved ovennevnte sveising. Som en ser fra figur 8 er oksygeninnholdet

0,027%, Al/O (oksygen)-verdien er 0,85 og Pcm-verdien er 0,29, hvilket betyr at den kjemiske sammensetningen ligger innenfor intervallet ifølge foreliggende oppfinnelse. Sveisemetallet ble strekk- og støttestet på en tilsvarende måte som i test 1.

Figur 9 viser resultatene av strekk- og støttesten. Det ble oppnådd gode testresultater, spesifikt, en TS-verdi på 1050 MPa, en støtverdi på 105 J ved 20°C og en overgangstemperatur på -53°C for opptreden av brudd.

Test 3:

I test 3 ble effekten av foreliggende oppfinnelse testet for tilfellet hvor en sveiset høystyrke stålstruktur var en rørledning. Sveiseemnet som ble anvendt var et sveiset stålrør som ble fremstilt i test 2. Stålplatedelen av det sveisede stålrøret (sveiseemnet) har derfor den kjemiske sammensetningen som beskrevet ovenfor, og den sømsveisede delen har den kjemiske sammensetningen som er vist i figur 8. Biter med en lengde på 200 mm ble kuttet av det sveisede stålrøret som ble fremstilt i test 2, slik at det ble oppnådd ringer. Kanten på ringene ble gitt en vinkel på 30 grader slik at det ble dannet en sprekkvinkel på 60 grader mellom to motstående kantpreparerte ringer. De to motstående ringene ble sirkelsveiset for å simulere sirkelsveising for rørledningskonstruksjon. De to ringene ble plassert mot hverandre slik at respektive sømsveisede deler ikke stod mot hverandre. Sirkelsveising ble utført ved GMAW. Ved å variere den kjemiske sammensetningen i sveisetråden ble den kjemiske sammensetningen for sveisemetallet variert. For å oppnå en konstant kvalitet på sveisemetallet ved sirkelsveisingen, ble sveiseflammen holdt på ett sted, mens ringene ble rotert, dvs. den såkalte rørsveis-metoden ble anvendt. Andre forhold under sveisingen er vist nedenfor.

a) Sveisetråd: 1,2 mm diameter

b) Strøm: 250-300 A

c) Spenning 25-30 V

d) Varmeinngang under sveisingen: 2kJ/mm

e) Skjermgass (Shield gas): 80% Ar + 20% C02

Figur 10 viser den kjemiske sammensetningen til sveisemetallene i

sirkelsveisede skjøter som ble oppnådd ved sirkelsveising som beskrevet ovenfor. Sveisemetallet i en sirkelsveiset del ble antatt å ha en uniform kjemisk

sammensetning rundt omkretsen. Sveisemetallet gjennomgikk de ovennevnte testene.

Figur 11 viser testresultatene for sveisemetallet i de ovennevnte sirkelsveisede skjøtene. I testene 1 og 2 (sammenliknende eksempler) og test nr. 6 (eksempel ifølge foreliggende oppfinnelse), var oksygen- og aluminium-innholdene identiske mens Pcm-verdien ble variert. TS-verdien øker med Pcm-verdien. I test nr. 1 ble det ikke oppnådd en ønsket TS-verdi fordi Pcm-verdien var lavere enn den laveste grensen ifølge foreliggende oppfinnelse. I test nr. 2 ga en for stor TS-verdi en svekkelse av den øvre skallenergien og overgangstemperaturen for opptreden av brudd. I test nr. 6 imidlertid, som representerer et eksempel ifølge foreliggende oppfinnelse, var den oppnådde TS-verdien og robustheten mot støt gunstig. I test nr. 3 (sammenliknende eksempel; Al/O = 0,41), test nr. 7 (eksempel ifølge foreliggende oppfinnelse; Al/O = 0,75), test nr. 8 (eksempel ifølge foreliggende oppfinnelse; Al/O = 1,12) og test nr. 4 (sammenliknende eksempel; Al/O = 1,58), hadde de respektive sveisemetallene tilnærmet samme kjemiske sammensetning bortsett fra aluminium innholdet og Al/O-verdien. I test nr. 3 var Al/O-verdien lavere enn den laveste grensen ifølge foreliggende oppfinnelse på grunn av at aluminiumsinnholdet var relativt lavt, hvilket resulterte i at den ønskede TS-verdien ikke ble oppnådd. I test nr. 4 oversteg Al/O-verdien den øvre grensen ifølge foreliggende oppfinnelse, hvilket resulterte i svekket motstandsdyktighet. I test nr. 5 oversteg oksygeninnholdet den øvre grensen ifølge foreliggende oppfinnelse, hvilket resulterte i at det ikke ble oppnådd en ønsket nivå for motstandsdyktigheten.

I testene 6 og 8, som representerte eksempler på foreliggende oppfinnelse var imidlertid den oppnådde styrken og motstandsdyktigheten tilfredsstillende.

INDUSTRIELL ANVENDBARHET

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det oppnådd sveisede stålstrukturer, så som sveisede stålrør, rørledninger og marine konstruksjoner, med en utmerket motstandsdyktighet ved lave temperaturer og en TS-verdi som ikke er lavere enn 900 MPa. Foreliggende oppfinnelse kan derfor nyttiggjøres i industrien ved anvendelser av slike strukturer.

Claims

1. Sveiset høystyrke stålstruktur som omfatter et sveiseemne og et sveisemetall, karakterisert ved at sveiseemnet er et stål med mikrostruktur som hovedsaklig utgjøres av en blandet struktur av martensitt og lavere bainitt og som har en strekkfasthet som ikke er lavere enn 900 MPa; og at sveisemetallet er et stål som har en strekkfasthet som ikke er lavere enn 900 MPa og omfatter de følgende legeringselementer i vekt%: C: 0,01% til 0,15%; Si: 0,02% til 0,6%; Mn: 0,6% til 3%; Al: 0,004% til 0,08%; - Ti: 0,003% til 0,03%; O (oksygen): ikke mer enn 0,06%; B: 0,0002% til 0,005%; Cu: 0% til 1,2%; Ni: 0% til 3%; Cr: 0% til 1,2%; Mo: 0% til 1 %; V: 0% til 0,05%; og Nb: 0% til 0,05%, og tilfredsstiller likningene 1) og 2) nedenfor:

1) 0,25 < Pcm < 0,32 Pcm = C+(Si/30)+(Mn/20)+(Ni/60)+(Cu/20) +(Cr/20)+(Mo/15)+(V/10)+5B

2) 0,6 < Al/O (oksygen) < 1,4 hvor hvert atomsymbol i likningene 1) og 2) representerer sitt innhold (vekt%) i stålet.

2. Sveiset høystyrke stålstruktur ifølge krav 1, karakterisert ved at strekkfastheten for sveisemetallet er 20-150 MPa høyere enn for sveiseemnet.

3. Sveiset høystyrke stålstruktur ifølge krav 2, karakterisert ved at sveiseemnet omfatter B i 0,0002 vekt% til 0,0025 vekt%; Ceq-verdien for sveiseemnet som er definert ved likning 3) nedenfor er fra 0,4% til 0,58%; og Ceq-verdien for sveisemetallet som er definert ved likning 3) nedenfor, er fra 0,08% til 0,3% høyere enn den i sveiseemnet; 3): Ceq = C + (Mn/6) + {(Cu + Ni)/15} + {(Cr + Mo + V)/5} hvor hvert atomsymbol representerer sitt innhold (vekt%) i stålet.

4. Sveiset høystyrke stålstruktur ifølge krav 2, karakterisert ved at sveiseemnet praktisk talt ikke inneholder B; Ceq-verdien for sveisemetallet som er definert ved likning 3) nedenfor, er 0,53% til 0,7%; og Ceq-verdien for sveisemetallet som er definert ved likning 3) nedenfor er fra 0,05% til 0,2% høyere enn den i sveiseemnet:

3): Ceq = C + (Mn/6) + {(Cu + Ni)/15} + {(Cr + Mo + V)/5} hvor hvert atomsymbol representerer sitt innhold (vekt%) i stålet.

5. Sveiset høystyrke stålstruktur ifølge krav 1, karakterisert ved at sveiseemnet inneholder de følgende legeringselementer i vekt%: C: 0,04% til 0,15%; Si: 0,02% til 0,49%; Mn: 0,60% til 2,77%; Cu: inntil 1,23%; Ni: inntil 1,67%; Cr: inntil 0,75%; Mo: inntil 1,30%; V: inntil 0,079%; Nb: inntil 0,069%, Al: 0,005% til 0,062%; Ti: inntil 0,016%; B: inntil 0,0015%; balansert med Fe og urenheter.

6. Sveiset høystyrke stålstruktur ifølge krav 1, karakterisert ved at sveisemetallet inkluderer £ 0,03% P, £ 0,03%S, og S0,01%N.