Lujat ruostumattomat teräkset, ominaisuudet ja käyttösovelluksia October 25, 2012 (Nordic Welding Expo 2012 - Tampere) Hannu-Pekka Heikkinen, tutkimusinsinööri, IWE Outokumpu Stainless Oy www.outokumpu.com 1. Lujitusvalssaus 2. Materiaalin ominaisuudet 3. Sovellukset 4. Standardit 5. Outokumpu Tornio Worksin lujitetut tuotteet 2 25 October 2012 1
Miksi valita lujitusvalssattu ruostumaton teräs? Tyytyväinen asiakas Kustannussäästöt Kevyempi rakenne Ohuempi materiaali Korkeampi lujuus 3 25 October 2012 Mitä on lujitusvalssaus? HIGH STRENGTH austenitic stainless steels made by controlled cold rolling reduction R p0,2 = 260 MPa R p0,2 = 350-1100 MPa Saavutetut mekaaniset ominaisuudet riippuvat teräslajista ja käytetystä valssausreduktiosta Standardien mukaiset merkinnät EN: 2H ASTM: TR 4 25 October 2012 2
1. Lujitusvalssaus 2. Materiaalin ominaisuudet 3. Sovellukset 4. Standardit 5. Outokumpu Tornio Worksin lujitetut tuotteet 5 25 October 2012 Tuotteiden edut Korkeampi lujuus mahdollistaa kevyemmät rakenteet Hyvä muovattavuus ja suuret venymät Korroosionkestävyys Kulumiskestävyys Hyvä hitsattavuus Esteettinen Helposti puhdistettava ja hygieeninen Alhaiset käyttökustannukset Täysin kierrätettävä materiaali TR TR TR 6 25 October 2012 3
Lujitusvalssatut austeniittiset ruostumattomat teräkset R p0,2 [N/mm 2 ] 750 +CP700 Temper rolled austenitic grades (up to strength class +CP1100) 500 +CP500 LDX 2101 1.4318 1.4372 SAF2304 2205 SAF2507 254SMO Duplex 250 1.4301 1.4404 904L Austenitic Corrosion resistance 7 25 October 2012 Mekaaniset ominaisuudet- Sitkeys Lujuuden noustessa venymäarvot pienevät hehkutettuun materiaaliin verrattuna. Tästä huolimatta austeniittisten ruostumattomien terästen sitkeys säilyy alhaisissa lämpötiloissa Hyvät sitkeysominaisuudet mahdollistavat jatkojalostuksen vaatimat muovausprosessit. Esim. rullamuovaus 0.2% Proof strength MPa 1000 900 800 700 600 500 400 20 25 30 35 40 45 50 Elongation % Some typical combinations of proof strength and elongation properties of the steel grade 1.4318 as temper rolled 8 25 October 2012 4
Strength Properties R p0,2 vs. R m Lujitusvalssaus aiheuttaa mekaanisiin ominaisuuksiin anisotropiaa Poikittain valssaussuuntaan nähden määritetyt lujuusarvot ovat yleensä hieman korkeammat kuin pitkittäin valssaussuuntaan nähden R p0,2 - R m R p0,2 - R m Rolling direction, RD R p0,2 /R m suhde riippuu sekä teräslajista että lujitusasteesta EN Steel Grade EN Strength Class Rp0,2 / Rm - ratio 1.4301 +C700 ~ 0,80 1.4318 +C700 ~ 0,55 1.4318 +C850 ~ 0,65 1.4318 +C1000 ~ 0,70 1.4404 +C700 ~ 0,90 Testaussuunta RD 9 25 October 2012 Epäsymmetrisyys Epäsymmetrisyys riippuu valssaussuunnasta Poikittain valssaussuuntaan määritettynä myötölujuus puristuskokeessa on suurempi kuin vetokokeessa Valssaussuuntaan määritettynä myötölujuus puristuskokeessa on pienempi kuin vetokokeessa Rp0,2 > Rp0,2 Rp0,2 < Rp0,2 Rolling direction, RD Käsikirja Ruostumattomien terästen käyttö kantavissa rakenteissa (3. Painos) Euro Inox, 2006: Pituussuuntaisessa puristuskuormituksessa ominaislujuutena käytetään 0.8 x 0,2%-myötörajan minimiarvoja lujuusluokittain. 10 25 October 2012 5
Muokkauslujittumisen hyödyntäminen Lopputuotteelta vaadittavat lujuusominaisuudet saavuttavat vaadittavan tason Muokkauslujittumista tapahtuu myös muovausprosessissa Valmistetaan prototyyppi Mikäli lujitusvalssatun materiaalin lujuusominaisuudet eivät täytä tuotteelta vaadittua lujuutta 11 Hitsauksen vaikutus lujuuteen Lujuusominaisuudet hitsissä ja hitsin lämpövyöhykealueella (HAZ) heikkenevät suuren lämmöntuonnin vuoksi Matalaenergiset hitsausmenetelmät kuten laserhitsaus sekä pulssihitsausmenetelmät ovat suositeltavia Laser- hitsauksessa ja TIG-hitsauksessa muodostuvat HAZ-alueet lujuusluokittain Laser- ja TIG-hitsausmenetelmien vaikutus perusmateriaalin myötölujuuteen 12 25 October 2012 6
Hitsauksen vaikutus lujuuteen 1000 900 800 1.4318 TR -butt joint Laser beam Force [N/mm 2 ] 700 600 500 400 300 200 100 Ainestodistus 1.4318 2H (C850) 1.4318 TR, laser 1.4318 TR, MAG YAG-laser, 1.75kW: 1,5m/min: no shielding gas FIMECC/DEMAPP/X-Weld 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Strain [%] Grade Paksuus R p0.2 R m A 301LN TR Perusaine 2mm 635 951 36 Laser 4kW, 9m/min, argon 659 921 28 201LN TR Perusaine 2,2mm 702 871 32 Laser 4kW, 7m/min, typpi 677 811 26 Laser 4kW, 7m/min, argon 652 816 27 13 25 October 2012 2 Closed butt preparation 2 Prolas-projekti Kiekkolaser/LTU 1. Lujitusvalssaus 2. Materiaalin ominaisuudet 3. Sovellukset 4. Standardit 5. Outokumpu Tornio Worksin lujitetut tuotteet 14 25 October 2012 7
Suositukset ja määräykset Rakentaminen Käsikirja Ruostumattomien terästen käyttö kantavissa rakenteissa (3. Painos) Euro Inox, 2006: Ilman erillistestausta suunnittelusäännöt lujuusluokkiin +CP500 / +C850 asti HAZ-alueella mitoituksessa tulee käyttää hehkutetun materiaalin lujuuksia EN 1993-1-4:2006 (Eurocode 3): Design of steel structures: General rules: Supplementary rules for stainless steels Kuljetusvälineet Lujitettujen tuotteiden hyödynnettävyys riippuu sovelluksesta Painelaitteet Lujitetuille tuotteille ei tällä hetkellä saa eurooppalaista painelaitedirektiivin (PED) mukaista yleistä materiaalihyväksyntää. 15 25 October 2012 Sovellukset tieliikenteessä Säiliöautot: 1.4301 ja 1.4404, 2H+C850, paksuusalue: 3-4 mm Tukkirekat: 1.4301 ja 1.4318, 2H+C850, paksuusalue: 1-5,5 mm Linja-auton korirakenteet: 1.4301, 2H +CP350 suorakaideputket paksuusalue: 3-5 mm Obas Oy Kome Oy Alukarikka Oy Volvo Bus Finland 16 25 October 2012 8
Sovellukset rautatieliikenteessä Outokummun lujitusvalssattuja ruostumattomia teräksiä on nykyään monissa maailman johtavien junanvalmistajien junissa Asiantuntemuksemme mahdollistaa parhaat mahdolliset materiaalivalinnat jatkuvasti kasvaviin junateollisuuden vaatimuksiin Outokumpu Tornio Works on toimittanut lujitusvalssattuja austeniittisia ruostumattomia teräksiä useisiin junateollisuuden projekteihin vuodesta 1997 lähtien 17 25 October 2012 Muut sovellukset Olutastian suojavanteet EN 1.4301 / AISI 304 EN 1.4318 / AISI 301 LN R m ~ 900 1050 N/mm 2 Paksuus alue 1.5 2.5 mm Sandwich-rakenteet Hollow sections as a load bearing structure Application requirements Strength, fire resistance Surface appearance As welded, polished, brushed or shot-blasted surfaces Corrosion resistance Established materials EN 1.4571 CP350 18 25 October 2012 9
1. Lujitusvalssaus 2. Materiaalin ominaisuudet 3. Sovellukset 4. Standardit 5. Outokumpu Tornio Worksin lujitetut tuotteet 19 25 October 2012 Lujitusvalssattujen ruostumattomien terästen luokitus murtolujuuden mukaan Toimitustila 2H (EN 10088-2:2005) Grade EN / ASTM Tensile strength EN R m MPa 1.4301 / 304 +C700 700-850 +C850 850-1000 +C1000 1000-1150 1.4318 / 301LN +C700* 700-850 +C850 850-1000 +C1000 1000-1150 1.4404 / 316L +C700 700-850 +C850 850-1000 +C1000 1000-1150 * Täyttää arvot jo toimitustilassa 2B. 20 10
Lujitusvalssattujen ruostumattomien terästen luokitus myötölujuuden mukaan Toimitustila 2H (EN 10088-2:2005) Grade EN / ASTM Proof strength EN R p0.2 MPa 1.4301 / 304 +CP350 350-500 +CP500 500-700 +CP700 700-900 1.4318 / 301LN +CP350 * 350-500 +CP500 500-700 +CP700 700-900 1.4404 / 316L +CP350 350-500 +CP500 500-700 +CP700 700-900 * Täyttää arvot jo toimitustilassa 2B. 21 Lujitusvalssattujen ruostumattomien terästen luokittelu Toimitustila TR (ASTM A666-03) Grade ASTM / EN Strength class Rp 0,2, min R m, min A50, min 304 / 1.4301 1/16 Hard 310 550 35 1/8 Hard 380 690 35 1/4 Hard 515 860 10 1/2 Hard 760 1035 7 301LN / 1.4318 1/16 Hard 345 690 40 1/8 Hard 415 760 35 1/4 Hard 515 825 25 1/2 Hard 690 930 20 316L / 1.4404 1/16 Hard 310 585 35 1/8 Hard 380 690 25 1/4 Hard 515 860 8 1/2 Hard 760 1035 6 22 11
1. Lujitusvalssaus 2. Materiaalin ominaisuudet 3. Sovellukset 4. Standardit 5. Outokumpu Tornio Worksin lujitetut tuotteet 23 25 October 2012 Temper Rolled Steel Gradesfrom Tornio Works 1.4301 / 304 : general-purpose grade with good corrosion resistance 1.4318 / 301LN : good combination of strength, ductility and corrosion resistance, also work-hardens strongly in further processing 1.4404 / 316L : general-purpose steel grade with highest resistance to general corrosion, pitting and crevice corrosion of all temper rolled grades Outokumpu EN / AISI Temper rolled 1.4301 / 304 Temper rolled 1.4318 / 301LN Temper rolled 1.4404 / 316L C max. Si max. Mn max. 0.07 1.00 2.00 max. 0.11 0.030 1.00 2.00 0.10-0.20 0.030 1.00 2.00 max. 0.11 N Cr Mo Ni 17.5-19.5 16.5-18.5 16.5-18.5-8.0-10.5-6.0-8.0 2.00-2.50 10.0-10.3 24 25 October 2012 12
Temper Rolled Productsfrom Tornio Works Thickness range (mm) for temper rolled products from Tornio Works: Strength class EN 1.4301 / AISI 304 EN 1.4318 / AISI 301LN EN 1.4404 / AISI 316L CP350 1,8 5,8 0,8 6,35 1) 1,8 5,8 CP500 0,8 5,5 0,8 5,5 0,8 5,5 CP700 0,8 4,0 0,8 4,0 C700 1,8 5,8 0,8 6,35 1) 1,8 5,8 C850 0,8 5,5 0,8 5,5 0,8 5,5 C1000 0,8 4,0 0,8 4,0 1/16 Hard 0,8 6,35 1) 1/8 Hard 1,8 5,8 1,8 5,8 1,8 5,8 1/4 Hard 0,8 5,5 0,8 5,5 0,8 5,5 1/2 Hard 0,8 4,0 0,8 4,0 1) Fulfils requirements in 2B condition Standard widths 1000-1500 mm Other dimensions on request Minimum delivery size: 20 tons 25 25 October 2012 High strength stainless steels for a customer who wants to Save costs Reduce the weight of application Utilize the best available material 26 13
Lisätietoja Esite: High strength stainless steel - Temper rolled Esite: Stainless steel for railway vehicles Concluding remarks - disclaimer This advice and assistance is provided without charge and in good faith without any undertaking, representation or warranty and Outokumpu will obtain no liability neither compensatory or consequential for advice or assistance given 27 25 October 2012 Thank You! www.outokumpu.com 14