Példatár Anyagtechnológia Elemi példa 3. Ausztenites és duplex acélok volfrámelektródás hegesztése

Átírás

1 Budapesti Műszaki és azdaságtudományi Egyetem Szent István Egyetem Óbudai Egyetem Typotex Kiadó TÁMOP /A/KMR-0029 Példatár Anyagtechnológia Elemi példa 3. Ausztenites és duplex acélok volfrámelektródás hegesztése Szerző: Dobránszky János A példát kidolgozta: Faltay László (2009) 1

2 Az elemi példa témája z elemi példa témája: usztenites és duplex acélok volfrámelektródás hegesztésének elemzése példa kidolgozása:. Állítson össze kísérleti tervet, amely alkalmas arra, hogy elemezze a duplex acélok hegesztési varrataiban kialakuló fázisok mennyiségét a védőgáz nitrogéntartalma függvényében!. Végezze el a kísérleteket!. Vizsgálja metallográfiai módszerrel a varratok fázisainak mennyiségét!. Értékelje a kapott eredményeket! 2

3 Bevezetés A korrózióálló acélok piacára nagy hatást gyakorolt a nikkel árának legutóbbi drámai változása. A 2007-es esztendőt követően egy év alatt megháromszorozódott eme népszerű ötvöző egységenkénti ára, ami 2008 közepén tetőzött. Ezt követően ugyan némileg normalizálódott a helyzet, azonban az acélgyártók reakciója nem maradt el ban még 66,8% volt a króm-nikkel ötvözésű rozsdamentes acélok aránya, majd a nikkelárrobbanást követően egyfelől újra előtérbe kerültek korábban kevésbé népszerű típusok, másrészt új megoldások születtek a minőség és a költséghatékonyság kompromisszumának égisze alatt. Az ausztenites acélok terén Ázsiában a króm-mangán ötvözés vált elfogadottá, Európában pedig egyebek mellett a nikkelszegény duplex típusokat fejlesztették: ilyen az Outokumpu által 2001-ben kifejlesztett LDX lean-duplex is, mely a jelen példa kísérleti anyaga. 3

4 Bevezetés Acél neve EN C N Cr Ni Mo Mn LDX ,03% 0,22% 21,5% 1,5% 0,3% 5% Az LDX acél kémiai összetétele A duplex acélok kiváló és olcsó alternatívát nyújtanak az ausztenites rozsdamentes acélok alkalmazási területein, köszönhetően kiváló mechanikai tulajdonságaiknak, jó alakíthatóságuknak és hegeszthetőségüknek, valamint lyuk- és réskorrózióval szembeni ellenálló képességüknek. Az LDX-et elsősorban a 304L és a 316L típusok helyett ajánlják, azonban kiváló mechanikai tulajdonságai miatt alakíthatósága elmarad ausztenites társaitól, és nagyobb visszarugózással kell számolni. 4

5 Ausztenitképződés a duplex acélokban z ausztenit képződése a duplex acélban a következő átalakulások övetkezménye (ld. a következő dián lévő ábrát): ). α σ + γ2 eutektoidos reakció a C hőmérsékletartományban, ). diffúziós átalakulás 650 C felett, amely Widmanstätten-jellegű zerkezetet eredményez, ). diffúzió nélküli izotermikus átalakulás 650 C alatt, mely a martenzites talakulásra emlékeztet. hegesztési varrat szerkezetét tekintve célunk az eredeti fázisarány egőrzése. Ez a gyakorlatban a ferrit dúsulásának megakadályozásával alósul meg, hiszen akár 100% ferrites struktúra is kialakulhat. A kellő ennyiségű ausztenit megőrzése érdekében a hegesztőanyagokat 2-6% ikkellel túlötvözik. Ez viszont nem csak azt eredményezi, hogy a ermodinamikai egyensúly az ausztenites hányad felé tolódik, hanem a zolvuszvonalat is megemeli, így a ferrit ausztenit átalakulás nagyobb őmérsékleten következik be. 5

6 Értékelés Ausztenitképződés a duplex acélokban A Fe-Cr-Ni egyensúlyi diagram 68% Fe esetére 6

7 Kísérletek z ausztenites acélt, másrészt az LDX lean duplex acélt véve 5 b ausztenites és 7 db duplex acél tompakötést készítettünk a tatabányai inox-h Kft. automatikus volfrámelektródás hegesztőgépén PA helyzetben. z ausztenites acél lemezvastagsága 2,5 mm, kémiai összetétele: 17% Cr, 2% Ni, 2,5% Mo, 0,07% C, 0,5% Ti. z LDX-nél az argonhoz nitrogént adagoltunk, melynek mennyiségét ázkeverővel szabályoztuk. A hegesztőanyag Avesta MIG LDX volt. gyártók által ajánlott illesztési hézagot az előzetes fűzéssel biztosítottuk, nnek értéke 2 mm. A hegesztés során a hőfolyamat okozta deformáció egatívan befolyásolta ezt az értéket. megfelelően nagy, ámde konstans hűlési sebességet hosszanti rézgyámok iztosították. A hőbevitelt a varrat alakjának megfelelően fokozatosan áltoztattuk. Az elvégzett hegesztés paraméterei a következő dián láthatók. 7

8 Kísérletek A hegesztéstechnológiai adatok összefoglaló táblázata Minta sorszám 2 4 8/1 8/2 9/1 9/2 Alapanyag Anyagvastagság mm 2,5 2, Illesztési hézag mm Hegesztőhuzal Feszültség V 13,5 12,5 12,8 13,5 13,5 13,8 Áram A Védőgáz 100% Ar 100% Ar 100% Ar 2% N2 5% N2 10% N2 Gyökvédőgáz Huzalelőtolási sebesség m/perc Hegesztési sebesség mm/s 2,63 Fajlagos hőbevitel, kj / mm 0,719 0,694 1,138 1,2 1,2 1,227 8

9 Vizsgálatok Az így elkészült varratok ezután a következő előkészítő lépéseken estek át: fotózás a teljes mintadarabokról körbevágás 40 mm szélességre szeletelés 10 mm-es darabokra csiszolatok készítése gyantában négyféle, egyre finomodó csiszolópapírral polírozás maratás, melynek összetétele: 5 g réz-klorid, 100 ml sósav, 100 ml etanol. A maratott csiszolatokból hat darab kiválasztása után fémmikroszkóp segítségével mikrofotók készültek. 9

10 Eredmények A bevezetésben említett ausztenit-ferrit fázisarányok meghatározására a Media Cybernetics Image-Pro Plus nevű szoftverét alkalmaztam. Az alapanyag szövetvizsgálata 52% ausztenitet és 48% ferritet mutatott, ami közel áll az elméleti fele-fele arányhoz. A marószer által előidézett elszíneződés nem bizonyult kielégítőnek, így azt szoftveresen kellett pótolni. LDX duplex acél alapanyag szövetképe a varrattól távol 10

11 Eredmények A A duplex acélok varrataiban mért szövetszerkezeti összetételekről az 5. táblázat ad felvilágosítást: 8/1 8/2 9/1 9/2 Fázisarány Ferrit / Ausztenit (eredeti: 48 / 52) 1. foto 71 / / / / foto 70 / 30 70,5 / 29,5 51 / 49 11

12 A hegesztőhuzal hatása 8/1. és a 9/1. minta tömör huzallal készült, ezeknél az ausztenit / ferrit ránya elérte a kritikus 70% / 30% értéket. Ez alapján megállapítható, hogy a orbeles huzal kémiai összetétele nagymértékben segít megakadályozni a ázisarány kedvezőtlen eltolódását az LDX hegesztésénél. 8/1. (duplex) minta szövetképei a varratban 12

13 A nitrogéntartalom hatása A védőgázhoz kevert nitrogén hányad növelésével, porbeles huzal alkalmazásánál javult a mért fázisarány, míg tömör huzal esetén romlott, ezzel igazolva látszik a bevezetőben említett tény, miszerint a nitrogén hatása nem egyértelműen pozitív. Minta sorszám 8/1 9/1 8/2 9/2 Feszültség V 12,8 13,5 13,5 13,8 Áram A Védőgáz 100% Ar 5% N2 2% N2 10% N2 Huzalelőtolási sebesség m/perc Hegesztési sebesség mm/s Hőbevitel kj/mm 1,138 1,2 1,2 1,227 Fázisarány F/A (eredeti: 48/52) 71/29 70/30 70/30 70,5/29,5 62/38 58/42 51/49 Átlagos számított arány 2,39 2,85 3 1,2 13

14 A nitrogéntartalom hatása 8/2. (duplex) minta: ZÖLD = Ausztenit 9/2. (duplex) minta 9/2. (duplex) minta

15 Összefoglalás olfrámelektródás hegesztési kísérletek kerültek megvalósításra ausztenites s duplex korrózióálló acélokon. Az ezekből kivágott mintákból csiszolatokat észítettem, melyeket képelemző program segítségével vizsgáltam. z ausztenites acél esetén főleg rosszul beállított paraméterekkel iválások figyelhetőek meg. z LDX acél hegesztésekor a fő problémát a fázisok arányának egváltozása és az ezzel együtt járó makrotulajdonságokban bekövetkező áltozás jelenti, ám megfelelő hegesztőanyag és védőgáz alkalmazásával ehűlés után közel azonos fázisarányt is biztosítani lehet. 15

16 Irodalomjegyzék Dobránszky J, Sándor T: Új trendek a korrózióálló acélok hegesztésében Nowacki J, Łukojc A: Microstructural transformations of heat affected zones in duplex steel welded joints Muthupandi V, Srinivasan PB, Seshadri SK, Sundaresan S: Effect of weld metal chemistry and heat input on the structure and properties of duplex stainless steel welds Berecz T: Hő hatására kialakuló szigma-fázis egyes kristálytani vonatkozásai és a fázis megjelenésének következményei a SAF-2507 típusú duplex korrózióálló acélokban Aitken B (Avesta): How to weld Duplex Stainless Steel 16