Ultralujien terästen hitsausmetallurgia

Transkriptio

1 1 Ultralujien terästen hitsausmetallurgia CASR-Steelpolis -seminaari Oulun yliopisto Jouko Leinonen

2 Nostureita. (Rautaruukki) 2

3 Puutavarapankko. (Rautaruukki) 3

4 4 Teräksen olomuodot (faasit), faasimuutokset - Ferriitti: lähes hiiletön rauta (liuenneena Si, Mn,..) - Perliitti: ferriitti + rautakarbidi (Fe 3 C) - lamellinen - Bainiitti: ferriitti + erittäin hienojakoista karbidia (Fe 3 C) - Martensiitti: karkaistua rakennetta, hiili atomeina - Austeniitti: teräs osittain tai kokonaan kun T 720 C - Jäännösausteniitti: sitä voi jäädä jäähtymisessä - Huom! Usein rakenne on kahden tai useamman faasin seos

5 Ferriittirakenne (Lindroos, Sulonen, Veistinen) 5

6 Karkealamellista perliittiä (ferriitti +Fe 3 C) (Lindroos, Sulonen, Veistinen) 6

7 Matalahiilisen teräksen(c 0.25%) ferriittis-perliittinen rakenne (Lindroos, Sulonen, Veistinen) 7

8 Bainiittirakenne (huom. erittäin suuri suurennus) 8

9 Martensiitti 9

10 10 Hitsauslämmön aiheuttamia muutoksia: - Ferriitti, perliitti, bainiitti ja/tai martensiitti muuttuvat austeniitiksi kun lämpötila nousee C:een - Teräksen jäähtyessä austeniitti muuttuu takaisin joksikin/joiksikin ym. faaseista. - Jos jäähtymisessä syntyy kovaa martensiittia, se voi aiheuttaa vetyhalkeiluvaaran - Rakeenkasvua perusaineessa lähellä sularajaa, jossa korkea lämpötila ( C) - iskusitkeys alas - Luja perusaine pehmenee (= lujuus heikkenee) sularajan lähistöllä

11 11 Teräksen faasit ja faasimuutokset CCT-diagrammi (jatkuva jäähtyminen).

12 Hitsin vyöhykkeet. HAZ eli muutosvyöhyke. 12

13 Mikrorakenne (a) peruslevyssä ja (b...e) eri kohdissa HAZ-vyöhykettä (R. Laitinen) 13

14 Lujat rakenne- ja kulutusteräkset 14 Eroavuuksia verrattuna tavanomaisiin teräksiin - Taipumus vety/kylmähalkeiluun - Hitsialueen huomattava pehmeneminen - Jälkilämpökäsittely voi heikentää lujuutta - Paksut materiaalit voivat vaatia korotettua työlämpötilaa

15 15 Yleisiä suuntaviivoja - Modernien lujien rakenneterästen (bainiitti, martensiitti) hitsattavuus yleensä hyvä - Hyvä hitsattavuus erityisesti kun C Jos HAZ:ssa martensiittia, se ei ole yleensä erityisen kovaa ( 400 HV) - Taipumus vety/kylmähalkeiluun HAZ:ssa melko vähäinen - Kulutusteräkset; hiilipitoisuus yleensä korkeampi - Martensiittinen teräs on erittäin kova - Vety/kylmähalkeilu mahdollinen - Korotettu työlämpötila erityisesti paksummilla materiaaleilla

16 16 Yleisiä suuntaviivoja... - Hitsaus kuten tavanomaisilla teräksillä - Annettuja erityisohjeita täytyy noudattaa o työlämpötila, hitsausaineet, hitsausenergia o Puhdas ja kuiva hitsattava pinta (vety!) o Hitsausaineiden säilytys, käyttö, kuivaus

17 17 Vety/kylmähalkeilu - Voi esiintyä hitsimetallissa tai HAZ:ssa kun o Kova ja hauras (martensiittinen) mikrorakenne o vetyä o Suuria jännityksiä - Taipumusta voidaan vähentää o Kuiva ja puhdas hitsattava alue o Vähemmän kosteutta (vetyä) lisäaineessa o Korkeampi työlämpötila o Matalampihiilinen teräs - Työlämpötila riippuu o Teräksen koostumuksesta (hiiliekvivalentti CE) o Levyn paksuudesta o Hitsimetallin vetypitoisuudesta o Hitsauksen lämmöntuonnista

18 Lujien rakenneterästen ja kulutusterästen hitsaus 18 Weldox (lujia rakenneteräksiä) ja Hardox (kulutusteräksiä) työlämpötilat. Tässä oletetaan että hitsimetallin vetypitoisuus on alle 5 ml/100g ja lämmöntuonti on noin 1.7 kj/mm.

19 19 Vetyhalkeilua hitsimetallissa (P. Nevasmaa) Chracteristic transverse weld metal hydrogen cracks recorded from the OK weld metal in specimen U11 (U-Groove test, electrode: OK 75.75).

20 20 Hitsivyöhykkeen pehmeneminen - Lujia teräksiä voidaan valmistaa o Karkaisu ja päästö o Termonekaaninen käsittely Suorasammutus - Hitsausnergia voi pehmentää lujaa rakennetta - Pehmeneminen johtuu lämmön virtaamisesta perusaineeseen - Hitsausenergiaa on rajoitettava pehmenemisen estämiseksi - Usein lämmöntuonti on 1 to 2 kj/mm - Jäähtymisaika t 5/8 pitäisi olla sekuntia

21 21 MAG-hitsaus matalalla lämmöntuonnilla Koehitsien kovuusprofiileja (Kumpulainen)