Metso Lokomo Steel Foundry LUJAT TERÄSVALUT JA NIIDEN HITSAUS Hitsaustekniikkapäivä Tampereella 19.04.2012 19.04.2012 Juho Mäkinen
Lokomo Steel Foundry Suomen kokenein ja Pohjoismaiden suurin teräsvalimo 12 000 tonnia netto / vuosi Valun nettopaino 300-25000 kg Sulattanut ruostumattomia teräksiä vuodesta 1921 Valokaariuunit ja induktiouuni, tyhjökonvertteri Noin 40 % Vaculok teräksiä Noin 250 työntekijää 2
Mitä teräksiä valmistetaan valamalla? Kaikkia teräslaatuja voidaan valaa Metso Lokomo Steel Foundry valmistaa - Hiiliteräksiä - Niukkaseosteisia teräksiä - Austeniittisia mangaaniteräksiä - Martensiittisia ruostumattomia teräksiä - Austeniittisia ruostumattomia teräksiä - Tulenkestäviä teräksiä - Austeniittis-ferriittisiä (Duplex) ruostumattomia teräksiä 3
Sulan valmistus Romupanostus Sulatus ja metallurgiset prosessit - Valokaariuunisulatus - Induktiouunisulatus - Tyhjökonvertterikäsittely Kaato senkkaan Jatkokäsittelyt ja valu 4
VODC-tyhjökonvertteri Vacuum Oxygen Decarburisation Converter Kehitetty runsasseosteisten teräslaatujen valmistukseen Tyhjöä, happi- ja argonpuhallusta käytetään hiilen polttamiseen ja kaasujen (H, N, O) vähentämiseen Mellotus alipaineessa, loppupelkistys Tyhjökäsittely alle 5 mbar paineessa Teräksen väsymis- ja sitkeysominaisuudet paranevat ja valuviat vähenevät Molten steel 7 25 t Oxygen lance Argon 5
Muotista valmiiksi Valukappaleen jähmettyminen Jäähtyminen ja tyhjennys Polttoleikkaus Lämpökäsittely Tarkastus - visuaalinen - magneettijauhe, tunkeumaneste - ultraääni - radiografia Koneistus Korjaus 6
Valuteräksen hitsattavuus Valuterästen hitsattavuus on täysin vastaava kuin valssattujen terästen Hitsattavuus, esilämmityksen ja jälkilämpökäsittelyn tarve riippuvat - seostuksesta ja hiiliekvivalentista - ainevahvuudesta - käytetystä lisäaineesta ja menetelmästä Hiiliekvivalentti CE määrittää esilämmityksen tarpeen: CE = C + Mn/6 +(Cr+Mo+V)/5 + (Cu+Ni)/15 Matalahiilisille teräksille on vastaavasti määritelty PCM-tekijä: PCM = C + Si/30 + (Mn+Cu+Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5*B 7
GX4CrNi13-4 (CA6NM) standardin vaatimukset Seosaine % C Mn Si Cr Ni Mo S P GX4CrNi13-4 0,06 1 1 12,0-13,5 3,5-5,0 0,70 0,035 0,035 Mekaaniset ominaisuudet R 0,2 (N/mm 2 ) R m (N/mm 2 ) A (%) KV/J (20 C) GX4CrNi13-4 550 760-960 15 50 8
Martensiittinen ruostumaton valuteräs ja sen hitsaus Rakenne martensiittiseksi karkaisun avulla - Mahdollisesti myös ferriittiä ja austeniittia Austeniittialueelta sammutettaessa teräs saa korkean kovuuden - Kova ja hauras teräs saadaan käytettävämmäksi päästölämpökäsittelyllä Martensiittisen rakenne edellyttää riittävää hiili- ja/tai seosainepitoisuutta Korroosionkesto kohtalaisen hyvä Korkea lujuus ja kovuus sekä hyvä iskusitkeys 9
Erittäin niukkahiilisen martensiittisen ruostumattoman teräksen hitsaus Yleensä martensiittisten ruostumattomien terästen hitsattavuus vaatii erityistoimenpiteitä mutta Lokomon teräksen alhaisen hiilipitoisuuden takia sekä hitsaus että polttoleikkaus voidaan suorittaa ilman esilämmitystä - Korkea hiili aiheuttaa suuren karkenevuuden ja sitä kautta repeilyä Erittäin niukkahiilisillä martensiittisillä teräksillä ei aina edes hitsauksen jälkeen tarvita jälkilämpökäsittelyjä - Suurille hitsauksille ne kuitenkin ovat tarpeen Hitsauksessa ilmenevää kuumahalkeilua voidaan estää tehokkaasti vähentämällä epäpuhtauspitoisuuksia(erityisesti P ja S) - Hitsausliitoksen muutosvyöhykkeelle suotautuvat epäpuhtaudet ovat pääasiassa raerajoilla, joihin repeämät keskittyvät 10
Herkistyminen Ruostumattomille teräksille tyypillinen herkistyminen eli kromikarbidien muodostuminen raerajoille altistaa teräksen korroosiolle - Terästen alhainen( 0,03%) hiilipitoisuus estää herkistymistä tehokkaasti Herkistymisessä kromi reagoi hiilen kanssa jonka seurauksena kromipitoisuus laskee paikallisesti -> korroosionkesto heikkenee - Kromiköyhät alueet toimivat anodeina ja hallitseva ympäristö katodina 11
Hiilen vaikutus martensiitin kovuuteen Kovuus (HV) 800 700 Vetyhalkeiluherkkyyden kasvu 600 500 400 300 200 Lokomon tyypillinen hiilipitoisuus CA6NM:llä 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Hiilipitoisuus (paino-%) 12 Date Author Title
CA6NM Hitsattavuuden varmistaminen Hiilipitoisuus (C<0,03 p-) Vedyn minimointi (VODC, kaadot, muotit, hitsaus) Vetyhalkeilun estäminen keskeistä Puhtaus (rikki, fosfori) Hitsausparametrit (esilämmitys, lämmöntuonti) Jäännösjännitykset ja niiden minimointi esim myöstöllä 13 Date Author Title
Miksi vety on vaarallista Vety alentaa merkittävästi CA6NM teräksen sitkeyttä ja väsymisominaisuuksia Vety saattaa aiheuttaa valun tai hitsauksen yhteydessä huokoisuutta tai halkeamia (kylmähalkeilu) Vety saattaa aiheuttaa myöhästyneitä repeämiä jopa useita kuukausia valmistuksen päättymisen jälkeen Pahin mahdollinen tilanne on kontaminaatioiden aiheuttamat paikalliset yhtäaikaiset vety- ja hiilipitoisuuksien nousut esim. korjaus- tai liitoshitsauksessa 14 Date Author Title
Vetyhalkeilun estämisestä CA6NM-valuissa Yhteenveto Hiilipitoisuuden minimointi teräksessä - C<0,03 paino-% Vetypitoisuuden minimointi - esim. sulassa VODC:n jälkeen tavoite < 2 ppm Vetypitoisuuden nousun estäminen sulassa ja muotissa - Senkkojen ja muottien kuivaus ja puhdistus Rikki- ja fosfopitoisuuksien minimointi Kontaminaatioiden estäminen valujen korjaushitsauksessa - -erityisesti hiili- ja vetypitoisuutta nostavat epäpuhtaudet 15 Date Author Title
Duplex- teräkset lisääntyvän käytön materiaaleja Duplex- terästen rakenne koostuu kahdesta eri faasista austeniitista ja ferriitistä - Näiden faasien suhteilla voidaan tehokkaasti vaikuttaa muodostuviin ominaisuuksiin Duplex- teräkselle tyypillisiä ominaisuuksia ovat hyvä korroosionkesto, erinomaiset mekaaniset ominaisuudet verrattuna puhtaasti austeniittisiin tai ferriittisiin ruostumattomiin teräksiin Perusteet Duplex- terästen käytölle ovat tulleet pääosin offshoreteollisuuden tarpeiden jatkuvasta lisääntymisestä - Jatkuvasti kasvaviin vaatimuksiin on vastattava ja kyettävä valmistamaan entistä vaativampia ja suurempia komponentteja - Erittäin suuren duplex- teräs kappaleen valmistaminen on haaste valimoprosessille Käyttökohteina yleensä kemialliset laitteet ja prosessit, sellu- ja paperiteollisuus, suljetut kierrot, ydinvoimalat, öljynjalostamon laitteet, merivesiolosuhteet, olosuhteet joissa korkea kloridipitoisuus Tyypillinen Duplex- valuteräs on ASTM A 890M / 5A - Helposti hitsattavissa 16 Date/Title/Author
Drumlok 1000 Vaculok tulenkestävä teräs Kuumavalssamossa käytettävän Steckel-valssin kelain sijaitsee valssin molemmilla puolilla - Steckel-uunin lämpötila on 850 1100 C - valssattava nauha kelataan kelaimen ympärille Modifioitu ASTM A297 HK teräksestä DRUMLOK on austeniittinen pkk-teräs Epäsäännöllinen karbidijakauma pyrkii estämään särön etenemistä. Karbideja muodostuu raerajoille ja myös itse rakeisiin. Hyvät lujuusominaisuudet korkeissa lämpötiloissa saadaan aikaan kromi- ja niobikarbideilla, jotka sitovat raerajoja ja parantavat kuumalujuutta Kyseinen teräs on helposti hitsattavissa 17
Metso Lokomo Steel Foundry METSO LOKOMO STEEL FOUNDRY - YOUR RELIABLE PARTNER IN STEEL CASTINGS