PT2085174E

PT2085174E - Método para produção de uma ligação de soldadura em aços de liga de níquel

Info

Publication number: PT2085174E
Application number: PT90013798T
Authority: PT
Inventors: Jochem Beissel; Thilo Reichel; Werner Adam
Original assignee: Eisenbau Kraemer Mbh; Boehlre Schweisstechnik Deutschland Gmbh
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2009-02-02
Publication date: 2013-04-23
Also published as: EP2085174A2; EP2085174B1; SI2085174T1; PL2085174T3; ES2404558T3; EP2085174A3; DK2085174T3; DE102008007275A1

Description

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DESCRIÇÃO "MÉTODO PARA PRODUÇÃO DE UMA LIGAÇÃO DE SOLDADURA EM AÇOS DE LIGA DE NÍQUEL" A invenção diz respeito a um método para a produção de uma ligação de soldadura em aços de liga de níquel resistentes a baixas temperaturas com materiais de adição de soldadura.

Na DE 29 42 856 AI é revelado um método para a produção de uma ligação de soldadura em aços de liga de níguel resistentes a baixas temperaturas. Agui um metal de base contém 3,5 a 9,5% de níquel, para além de outros conteúdos de liga, e é utilizado um fio de adição de soldadura com 8 a 15% de níquel, além de outros componentes. A produção da costura de soldadura resulta através de um método de soldadura TIG.

Na DE 2 106 691 A é revelado um aço ferrítico de níquel, que funciona em especial como material de adição em soldaduras MIG de aços com por exemplo 9% de níquel, e que é aplicado a baixas temperaturas. 0 aço ferrítico de níquel pode funcionar como material de adição para soldadura de aços resistentes a baixas temperaturas, em que o aço ferrítico pode ser derretido ao ar e contém 7 a 13% de níquel, no máximo 0,45% de manganésio, no máximo 0,09% de carbono, no máximo 0,15% de silício, no máximo 0,05% de alumínio, até 0,1% de titânio, até 0,1% nióbio, no máximo 0,01% de fósforo e no máximo 0,01% de enxofre, incluindo o resto de impurezas de ferro fundidas, cujo teor de carbono é contudo pelo menos de 0,05%, quando o teor de manganésio ultrapassa os 0,3%. 2

Na DE 1 808 014 A é apresentado um elétrodo de soldadura, em especial para soldar aço temperável e resistente à corrosão. A DE 1 508 310 A mostra um elétrodo de soldadura para a formação de um metal fundido com elevadas propriedades mecânicas e elevada resistência à corrosão e desgaste por atrito.

Na DE 1 815 274 A é revelado um elétrodo para soldar aços resistentes à corrosão.

Para a produção de ligações de soldadura com utilização de materiais de adição de soldadura são utilizadas normalmente adições que são do mesmo tipo/semelhantes na composição química do material de base. Por outro lado, em casos excecionais tem-se em conta também material de adição de soldadura estranho e em geral com maior conteúdo de liga. Nestas ligações de soldadura não é possível, ou apenas é possível de forma limitada, um ajuste ótimo em relação a propriedades de material relevantes.

Assim, para materiais de base ferríticos de liga de níquel resistentes a baixas temperaturas destinados à produção de ligações de soldadura, só são levados em linha de conta em regra materiais de adição de base níquel que satisfaçam parcialmente as exigências mecano-tecnológicas mínimas dos materiais de base, cujos metais fundidos apresentem contudo, em comparação com os materiais de base de liga de níquel (em especial com 9 a 12% de níquel) ferríticos e resistentes a baixas temperaturas, diferenças parcialmente significativas em termos de propriedades físicas, como o coeficiente de expansão térmica, condutividade térmica e limites elásticos aparentes. 3 A invenção tem como objetivo preparar um método para produção de uma ligação de soldadura com um material de base do denominado grupo de materiais com o qual as exigências do material de base na zona da costura de soldadura possam ser melhor satisfeitas com diferentes tecnologias de método de soldadura.

Este objetivo é atingido com as caracteristicas da reivindicação 1. Aqui é previsto que o material de adição divirja em relação ao equivalente de crómio no máximo em ± 1% e em relação ao equivalente de niquel no máximo em ± 2%, em que o metal de soldadura é ainda restringido pelos valores de limite 0% ^ equivalente de crómio ^ 3% e 2,5% ^ equivalente de niquel ^ 17,5%. O método para produção de uma ligação de soldadura em aços de liga de niquel resistentes a baixas temperaturas em especial com 9 a 12% de niquel, com materiais de adição de soldadura, é de seguida realizado de forma a que a adição de soldadura divirja do material de base em relação ao equivalente de crómio de acordo com a fórmula de calculo Cr + Mo + 1,5 Si + 0,5 Nb no máximo em ± 1% e no máximo ± 2% no tocante ao equivalente de niquel de acordo com a fórmula de cálculo Ni +30 (C + N) +0,5 Mn, calculado com base nos valores de análise reais. Levando em conta o teor de gás, o material de base e/ou liga de adição de soldadura podem ser ajustados um ao outro através de um fator Z. Levando em conta o teor de gás pode ser feita a seguinte designação para a adição de soldadura e o fator de adaptação como fator Z entre o material de base e o material de adição de soldadura:

Material de base Z - material de adição de soldadura Z <0,5 4

Em testes extensivos produziram-se as seguintes relações ótimas:

Material de base Z = %Ni - 30 x % 02-10 x % N2 -10 x % H2, em que igualmente adição de soldadura Z = % Ni - 30 x % 02-10 x % N2-10 x % H2 A partir de testes realizados pelo inventor provou-se que com um material de adição de soldadura deste tipo em ligação com as mencionadas propriedades mecano-tecnológicas comparáveis como em materiais de adição de soldadura com mais material de liga, se atingem ainda melhores propriedades físicas adaptadas no material de base, em especial em relação à expansão térmica, condutividade térmica e em especial limites elásticos aparentes, na zona da ligação de soldadura. Para isso é atingido por exemplo um melhor comportamento de expansão, em especial em utilização a baixas temperaturas, em que o comportamento de expansão na zona do metal de soldadura equivale ao do material de base.

Resultam ainda mais propriedades vantajosas do método e do produto produzido ao fazer com que um material de base a soldar da classe de material dos aços ferríticos de liga de níquel resistentes a baixas temperaturas satisfaça os teores de liga Ni 8,5 a 10%, Si <0,35%, Mn <0,8%, (Cr+Mo+Cu) <0,5%, todos expressos em percentagem de peso -tal como X8NÍ9 e X10NÍ9 - tendo materiais de adição de soldadura, opcionalmente com passos de pré e pós-tratamento, em que um material de soldadura é introduzido por meio de soldadura e em que a adição de soldadura se distingue do material de base em relação ao equivalente de 5 crómio de acordo com a fórmula de cálculo Cr + Mo + 1,5 Si + 0,5 Nb no máximo em ± 1%, e no máximo ± 2% no tocante ao equivalente de niquel de acordo com a fórmula de cálculo Ni + 30 (C + N) +0,5 Mn, calculado com base nos valores de análise reais.

As vantagens são especialmente colhidas quando a ligação de soldadura é produzida com aços ferriticos de liga de niquel resistentes a baixas temperaturas. Pesquisas mais detalhadas por parte do inventor demonstraram que um material de adição de soldadura deste tipo também oferece vantagens quando previsto que como aço ligado a soldar seja utilizado um aço com 9 a 12% de niquel. São também vantajosas as medidas em que tendo em conta o teor de gás seja válida a seguinte relação, formulada num fator Z: material de base Z - adição de soldadura Z < 0,5 com material de base Z = % Ni - 30 x % 02 - 10 x % N2 - 10 x H2 e igualmente adição de soldadura Z = % Ni - 30 x % 02 - 10 x % N2 - 10 x % H2.

Outras medidas vantajosas são que no metal de soldadura, os limites máximos para os elementos H2 <20 ppm, N2 <220 ppm e 02 <320 ppm não sejam ultrapassados e que além disso a quantidade total dos referidos componentes de gás seja limitada de acordo com a fórmula H2 + N2 + 02 < 350 ppm. Em especial, o método é formulado de forma a que os valores máximos das porções individuais de gás no metal de soldadura sejam alcançados através de uma limitação equivalente da adição de soldadura, em que é tido em conta que a tecnologia do método de soldadura usada e os materiais de soldadura escolhidos, em especial gases de proteção e pós, não provoquem adições aos teores de gás para além dos limites referidos, hidrogénio num máximo de 6 20 ppm, nitrogénio num máximo de 220 ppm e oxigénio num máximo de 320 ppm.

As pesquisas do inventor provaram ainda que podem ser eliminadas possíveis influências negativas do material de adição deste tipo na formação da ligação de soldadura em relação a uma sobreligação dos elementos de liga ao fazer com que após o processo de soldadura a estrutura seja submetida pelo menos na e à volta da costura de soldadura a um pós-tratamento térmico específico em que os valores máximos das porções individuais de gás no metal de soldadura são atingidos através de uma limitação equivalente da adição de soldadura, pelo que é garantido que a tecnologia de método de soldadura utilizada e os materiais de soldadura escolhidos, em especial gases de proteção e pós, não provoquem adições aos teores de gás para além dos limites referidos, hidrogénio num máximo de 20 ppm, nitrogénio num máximo de 220 ppm e oxigénio num máximo de 320 ppm.

Em especial também em utilizações a baixas temperaturas é assegurada uma elevada estabilidade dos aços ligados também na zona da ligação de soldadura ao fazer com que o pós-tratamento térmico seja feito de forma a que a zona da costura de soldadura e a zona de influência térmica estejam ajustadas para os mesmo coeficientes de expansão térmica dos do aço ligado a soldar.

Resultam ainda outras vantagens quando o pós-tratamento térmico é realizado de forma a que a zona da costura de soldadura e a zona de influência térmica sejam ajustadas para a mesma condutividade térmica do aço ligado a soldar.

Juntamente com o pós-tratamento térmico, em especial de acordo com as reivindicações 7 a 10, resultam vantagens de 7 qualidade do facto de as propriedades físicas da ligação de soldadura estarem de acordo por via da equivalência de liga entre a adição de soldadura e o material de base. A produção é vantajosa se compreender as medidas de processar a matéria-prima com ou sem pós-tratamento térmico após a laminagem. Normalmente as chapas são processadas termicamente após o processo de laminagem. Este tratamento térmico pode não ser realizado, uma vez que é compensado no componente (tubo) terminado. Aqui é vantajoso que os custos do material precursor e o tempo de entrega sejam diminuídos. Para além disso a chapa é mais fácil de moldar e reformular neste estado, o que simplifica o processo de produção dos tubos. 0 produto manufaturado, em especial um tubo, ganha assim também propriedades melhoradas, uma vez que o pós-tratamento térmico é preparado de forma a que as tensões internas no corpo do tubo e na costura de soldadura sejam reduzidas em relação ao estado de produção do tubo.

Uma utilização vantajosa do método resulta aquando da soldadura de tubos por exemplo de aço de liga de níquel de 9 a 12% ou aquando da soldadura de contentores.

Com o método de acordo com a invenção são usados na produção de ligação de soldadura os referidos materiais de base, por exemplo aços com 9 a 12% de níquel, portanto não, como habitual, adições de soldadura com sobreligação, mas sim materiais de adição de soldadura do mesmo tipo e/ou semelhantes. Isto tem a vantagem de que através dos materiais pelo menos em grande parte do mesmo tipo resulta uma ligação que, do ponto de vista prático da técnica de materiais, não se distingue do material de base. Com a utilização desta forma de um componente previsto com uma 8 ligação de soldadura resulta na prática a vantagem de que os coeficientes de extensão entre material de base e costura de soldadura sejam iguais, e que sob condições de operação, em especial baixas temperaturas por exemplo em temperaturas baixas de -196°C e/ou grandes diferenças de temperatura, não ocorram tensões, sobretudo também nas zonas da e à volta da ligação de soldadura. De acordo com a invenção é proposto um pós-tratamento especifico, coordenado, isto é próprio do material pelo menos na zona do ponto de soldadura, através do qual são alcançadas as propriedades positivas do material de base, por exemplo um aço com 9% de níquel, também na costura de soldadura. Com a combinação descrita da soldadura com materiais de adição do mesmo tipo e subsequente tratamento térmico específico, são produzidas com os referidos materiais de base ligações soldadas de alta qualidade, que de outra forma apenas poderiam ser atingidas com adições de soldadura com sobreligação. Com a combinação descrita de adição de soldadura e pós-tratamento térmico específico são produzidas ligações de soldadura de alta qualidade que apenas são parcialmente alcançáveis com adições de soldadura com sobreligação. Para além disso, através do tratamento térmico específico, também são reduzidas as tensões internas na zona da costura e devido a isso, em especial a temperaturas criogénicas, os componentes suportam cargas mais elevadas. 0 método é descrito em maior detalhe mediante um exemplo de realização com referência à figura. A figura mostra um assim denominado diagrama de Schaeffler. Mediante este diagrama será de seguida explicado em maior detalhe o conceito de equivalência da adição de soldadura e/ou metal de soldadura. 9

Por adição de soldadura e/ou metal de soldadura do mesmo tipo em relação ao material de base deve ser de seguida entendido que o equivalente de crómio e niquel do material de adição de soldadura ou o metal de soldadura dos quais o material de base se desvia de acordo com a fórmula de cálculo Cr + Mo + 1,5 Si + 0,5 Nb no máximo ± 1% para o equivalente de crómio e no máximo ± 2% para o equivalente de niquel de acordo com a fórmula de cálculo Ni + 30 (C + N) +0,5 Mn. Isto é explicado de forma exemplar no diagrama para um material de base X8NÍ9. O losango completo assinala aqui o local do material de base de acordo com as fórmulas elementares do equivalente de crómio e niquel mediante utilização de uma análise predeterminada da composição do material de base e o retângulo assinala a zona do material de adição de soldadura/metal de soldadura aqui indicado como do mesmo tipo mediante utilização da regra de que nem o equivalente de crómio se desvie das condições do material de base em mais de ± 1%, nem o equivalente de niquel em mais de ± 2%.

De seguida o método é exposto de forma vantajosa de forma a que no metal de soldadura os limites máximos dos elementos H2 < 2 0 ppm, N3 < 220 ppm e 02 < 320 ppm não sejam ultrapassados, e em que além disso a quantidade total dos componentes de gás acima mencionados seja limitada de acordo com a fórmula H2 + N2 + 02 < 350 ppm.

Lisboa, 16 de Abril de 2013

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um método para produzir uma ligação soldada num material base selecionado da classe dos aços de liga de niquel resistentes a baixas temperaturas contendo materiais de adição de soldadura caracterizado por o metal de soldadura ser introduzido através de soldadura e o metal fundido ser restringido pelos valores máximos de 0% < equivalente de crómio < 3% e de 2,5% < equivalente de niquel < 17,5%, e ainda por o material de adição de soldadura divergir do material de base em ± 1% no tocante ao equivalente de crómio de acordo com a fórmula de cálculo Cr + Mo + 1,5 Si + 0,5 Nb e no máximo ± 2% no tocante ao equivalente de niquel de acordo com a fórmula de cálculo Ni + 30 (C + N) + 0,5 Mn; - os teores de gás do material de soldadura e do material de base serem adaptados um ao outro de acordo com a fórmula: material de base Z - material de adição de soldadura Z < 0,5%, em que material de base Z = % Ni -30 x % 02 - 10 x % N2 - 10 x % H2, e material de adição de soldadura Z = % Ni - 30 x % 02 - 10 x % N2 -10 x % H2, e - a costura da soldadura ser submetida a um pós-tratamento térmico de forma a que não sejam provocadas adições ao teor de gás do metal de soldadura num máximo de 20 ppm para H2, um máximo de 220 ppm para N2 e um máximo de 32 0 ppm para 02.

2. O método de acordo com a reivindicação 1, em particular um método para produzir uma ligação soldada num material base selecionado da classe de aços ferriticos de liga de niquel resistentes a baixas 2 temperaturas que satisfaça os teores de liga de entre 8,5 a 10 % Ni, < 0,35% Si, <0,8 % Mn, e < 0,5 % (Cr + Mo + Cu), todos expressos em percentagem de peso - tal como X8NÍ9, X7NÍ9 e X10NÍ9 - tendo materiais de adição de soldadura, opcionalmente com passos de pré e pós tratamento, caracterizado por um material de soldadura ser introduzido por meio de soldadura.

3. O método de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a ligação soldada ser produzida em aços ferriticos de liga de niquel resistentes a baixas temperaturas, em particular aços de liga de niquel com 9 a 12% de niquel.

4. O método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por no metal fundido não serem excedidos os limites máximos dos elementos H2 de < 20 ppm, N2 de < 220 ppm e O2 de < 320 ppm e ainda por a quantidade total dos componentes de gás acima mencionados ser limitada de acordo com a fórmula H2 + N2 + O2 < 350 ppm.

5. O método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por os valores máximos dos componentes de gás individuais no metal fundido serem atingidos por meio de uma limitação equivalente do material de adição de soldadura, levando em linha de conta o facto de que a tecnologia do processo de soldadura usada e os materiais de soldadura auxiliares selecionados, em particular gases de proteção e pós, não provoquem quaisquer adições aos teores de gás para além dos limites estipulados para o hidrogénio de no máximo 20 ppm, para o nitrogénio no máximo de 220 ppm e para oxigénio no máximo de 320 ppm.

6. 0 método de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por após a operação de soldadura a estrutura ser submetida a um pós- 3 tratamento térmico adaptado ao material base e à liga da costura de soldadura através de normalização a temperaturas de 750 a 850°C, com a subsequente têmpera com água ou ar e recozimento a temperaturas de 550 a 6 5 0 ° C; e por na proximidade da ligação soldada, serem ajustadas as propriedades estruturais mecano-tecnológicas como a força, limite aparente de elasticidade, relação de elasticidade, e resiliência do material base.

7. O método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o pós-tratamento térmico ser concebido de forma a que a proximidade da costura de soldadura e a zona de influência do calor serem adaptadas aos mesmo coeficientes de expansão térmica do aço ligado que será soldado.

8. O método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o pós-tratamento térmico ser realizado de forma a que a proximidade da costura de soldadura e a zona de influência do calor sejam adaptadas à mesma condutividade térmica do aço ligado que será soldado.

9. O método de acordo com uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado por o pós-tratamento térmico ser concebido de forma a que as tensões internas no corpo do tubo e na costura da soldadura serem reduzidos em relação ao estado manufaturado do tubo.

10. Aplicação do método de acordo com uma das reivindicações anteriores na soldadura de tubos.

11. Aplicação do método de acordo com uma das reivindicações 1 a 9 na soldadura de contentores. Lisboa, 16 de Abril de 2013