Korszerű duplex acélok hegesztéstechnológiája és alkalmazási lehetőségei; a BME Anyagtudomány és Technológia Tanszék legújabb kutatási eredményei

Átírás

1 Új szerkezeti acélok hegeszthetősége és a kapcsolódó hegesztéstechnológiai újdonságok Szakmai nap, április 29. Korszerű duplex acélok hegesztéstechnológiája és alkalmazási lehetőségei; a BME Anyagtudomány és Technológia Tanszék legújabb kutatási eredményei Dobránszky JánosJ 1

2 Duplex korrózióálló acélok hegesztése 2

3 Miféle acélokról beszélünk? 3

4 Miféle acélokról? 4

5 A duplex acélok általános jellemzői Nagy szilárdság, nagy kifáradási határ Nagy ellenállás lyuk-, rés- és feszültségi korróziónak, korróziós kifáradásnak Kitűnő ellenállás általános korrózióval szemben Jó kopásállóság Nagy energiaelnyelő képesség (ausztenit) Kis hőtágulás Jó hegeszthetőség 5

6 Szilárdság és korrózióállóság 700 Folyáshatár, R p0,2 (MPa) Duplex típusok LDX Ausztenites típusok L SMO 0 Korrózióállóság 6

7 Hőmérséklet [ C] NINCS FESZÜLTSÉGKORRÓZIÓ VAN NINCS VAN Duplex acél Ausztenites acél pl. AISI 304, Kloridion-koncentráció [tömeg-%] 7

8 LYUKKORRÓZIÓ 75 Duplex acél Hőmérséklet [ C] NINCS VAN AISI 304 AISI ,01 0,1 1 Kloridion-koncentráció [tömeg-%] 8

9 Miféle acélokról?

10 Miféle acélokról? Csoport Típus EN UNS C N Cr Ni Mo Mn Si Cu W Más PRE Duplex 22% Cr Duplex 25% Cr Szuperduplex Hiperduplex Sovány duplex (lean duplex) 2205 / UR45N S ,03 0, ,2 2,0 1, ATI2003 * S ,03 0, ,6 1,7 2,0 1, Uranus 50 S ,04 0,20 21,5 7,0 2,5 2,0 1,0 1,5-30 XM-26 S , ,5-1,0 1, ,25Ti S / S ,05 0, ,5 1,0 0, LN S ,03 0, ,0 1, Carpenter 7-Mo S ,03 0, ,0 0, Carpenter 7- S ,03 0,25 27,5 4,4 1,7 2,0 0, Mo+ Ferralium 255 S ,04 0, ,5 3 1,50 1,0 2,0 39 Uranus 47N S ,03 0, ,5 3 2,0 1, Sumitomo DP3 S ,03 0, ,5 3 1,0 0,75 0,3 0,3 38 Zeron S ,03 0, ,5 1,2 0,8 0,5 0,6 42 SAF S ,03 0, ,2 0, UR 52N S3520 0,03 0, ,5 1,5 0,8 1,5 41 DP3W S ,03 0, ,0 0,8 0, SAF S ,03 0, ,2 1,2 0,8 0,8 42 DP28W S ,03 0,35 27,5 7,7 1 1,1 0,5-2,3 40 S ,030 0,20 25,0 6, 5 3,0 1,0 0,75 0,5 0,3 40 AF918 S ,025 0, ,5 3,5-0,025 1,6 1,0 42 SAF2707HD S ,03 0, ,5 4,8 1,5 0, Co 49 SAF3207HD S33207 <0,03 0, ,5 1,5 0, Nitronic 19D S ,03 0,12 20,5 2 0,6 5 1, / UR35N S ,03 0,10 22,5 4,5 0,3 1,0 2,0 0,3-24 LDX S ,03 0,22 21,5 1,5 0,3 5 1,0 0,5-26 UR S ,02 0, ,2 2,0 1, ATI 2102 S ,03 0, ,5 1,0 2,5 1,0 0,5-26 Egyéb 3RE60 S ,03 0,07 18,5 4,5 2,6 1,5 1,

11 Miféle acélokról? Csoport Típus EN UNS C N Cr Ni Mo Mn Si Cu W Más PRE Duplex 22% Cr Duplex 25% Cr Szuperduplex Hiperduplex Sovány duplex (lean duplex) 2205 / UR45N S ,03 0, ,2 2,0 1, % Cr duplex ATI2003 * S ,03 0, ,6 1,7 2,0 1, Uranus 50 S ,04 0,20 21,5 7,0 2,5 2,0 1,0 1,5-30 XM-26 S , ,5-1,0 1, ,25Ti S / S ,05 0, ,5 1,0 0, % Cr duplex 44LN S ,03 0, ,0 1, Carpenter 7-Mo S ,03 0, ,0 0, Carpenter 7- S ,03 0,25 27,5 4,4 1,7 2,0 0, Mo+ Ferralium 255 S ,04 0, ,5 3 1,50 1,0 2,0 39 Uranus 47N S ,03 0, ,5 3 2,0 1, Sumitomo DP3 S ,03 0, ,5 3 1,0 0,75 0,3 0,3 38 Zeron S ,03 0, ,5 1,2 0,8 0,5 0,6 42 SAF S ,03 0, ,2 0, Szuperduplex UR 52N S3520 0,03 0, ,5 1,5 0,8 1,5 41 DP3W S ,03 0, ,0 0,8 0, SAF S ,03 0, ,2 1,2 0,8 0,8 42 DP28W S ,03 0,35 27,5 7,7 1 1,1 0,5-2,3 40 S ,030 0,20 25,0 6, 5 3,0 1,0 0,75 0,5 0,3 40 AF918 S ,025 0, ,5 3,5-0,025 1,6 1,0 42 Hiperduplex SAF2707HD S ,03 0, ,5 4,8 1,5 0, Co 49 SAF3207HD S33207 <0,03 0, ,5 1,5 0, Nitronic 19D S ,03 0,12 20,5 2 0,6 5 1, / UR35N S ,03 0,10 22,5 4,5 0,3 1,0 2,0 0,3-24 (Lean) Soványduplex LDX S ,03 0,22 21,5 1,5 0,3 5 1,0 0,5-26 UR S ,02 0, ,2 2,0 1, ATI 2102 S ,03 0, ,5 1,0 2,5 1,0 0,5-26 Egyéb (pl. Cr < 20%) Egyéb 3RE60 S ,03 0,07 18,5 4,5 2,6 1,5 1,

12 Miféle acélokról?

13 Kémiai összetételtel 13

14 Hegesztési si eljárások 14

15 Hegesztési si eljárások Forrás: Stevenson et al. (1992) 15

16 Hegesztőanyagok Mn Avesta LDX 2101 Avesta N N 16

17 Avesta: : február Sandvik,, márciusm Böhler: : X

18 Melegrepedés: ellenállóbbak, mint az ausztenites, védekezés a kis S- és P-tartalommal, pl. Avesta LDX 2101: S=0,002%, P=0,017 kisebb zsugorodási mérték Repedésmentess smentesség allotrop átalakulás: repedésmegállítás vastag szelvények fedett ívű hegesztésnél nagy ferrittartalmú, oszlopos makroszerk. 18

19 Repedésmentess smentesség Hidegrepedés (hidrogén okozta törés): bázikus elektródák kiszárítás nélküli használata: káros DE!! Csövek hegesztése H 2 -tartalmú védőgázzal: sikeres, de hőkezelés követte! 10 5 %H2 Nincs repedés Van repedés 0 %Ferrit

20 Mikroszerkezet Ausztenit: legalább 25-50% (FN 30-70) legyen Intermetallikus kiválásokat el kell kerülni: főleg szigma-fázis és nitridek (900 C), ill. 475 C A hőhatásövezetben és a varratban is: Termikus stabilitás # kristályosodás??? Miért??? korrózióállóság és szívósság Más-más eszközökkel a HHÖ-ben és a varratban Emiatt hegesztőanyagot kell használni, de pl. az LDX2101 a nélkül is megfelelően hegeszthető! 20

21 Előmelegítés: nem szükséges 0,6 kj/mm alatt 150 C Hőbevitel: < 1,5 kj/mm 0,6 2,6 kj/mm Rétegközi hőmérséklet: max. 150 (120, 75) C Mikroszerkezet 21

22 Az ötvözők k hatása a szövetszerkezetre Ferritképz pző? Ausztenitképz pző? C, N, Mn, Cu, Mo,, W, Nb,, V LDX Mélyen gyökerező ausztenites tapasztalatok 22

23 Az ötvözők k hatása a szövetszerkezetre Kotecki és Sievert,, (WRC-92)

24 A mangán nem ausztenitképző nem ferritképző?? Szigmaképző?? t, T kopásállóság N-oldhatóság javítása CPT-csökkentés (MnS) Az ötvözők k hatása a szövetszerkezetre Sokáig vitáztak arról a szakmai fórumokon, hogy a Mo helyettesítése W-mal előnyös-e, és a vita azzal zárult (?), hogy a W hatása valójában elhanyagolható 24

25 25

26 26

27 A nitrogén n hatása a szövetszerkezetre Régi Új Forrás: Fanica A, Bonnefois B, Gagnepain JC (2007) 27

28 Szuperduplex acélok Ni-lel túlötvözött hegesztőanyag a varrat szilárdsága nagyobb Az SDSS hegesztőanyag hátrányai: 1. A szívósság és a PREN kisebb, mint az alapanyagé 2. Kisebb hegesztési sebesség fogyóelektródával 3. Nagy az intermetallikus fázisok kockázata Megoldás: NiCr21Mo9Nb v. NiCr23Mo C a CPT-ben CPT C Az Inconel 625 olcsó, de a Nb nagyon kártékony. Ezért jött a Nb-mentes, Mo és W-ötvözésű EN ISO NiCr22Mo-20, ami: Mentes a dendritközi kiválásoktól Megoldás a heterogén kötések hajlítási repedékenységre Javul a korrózióállóság és csökken a melegrepedési hajlam 28

29 Tanszéki kutatások 29

30 Mechanical and thermal induced phase transformations in superduplex stainless steel János DOBRÁNSZKY, István MÉSZÁROS, Gyula NAGY 30

31 31

32 32

33 ATIG-hegesztés 33

34 ATIG-hegesztés PhD Sándor Tamás (Esab) Diplomamunkák: Balázs János (2009) Nagy Hinst Adrián, Faltay László, Németh István (2010),??? ezután 34

35 35

36 36

37 37

38 MSZ EN :2009 Cím Tompavarratos csőszerelvények. 3. rész: Tételesen nem ellenőrzött, alakított ausztenites és ausztenites-ferrites (duplex) korrózióálló acélok Angol cím Butt-welding pipe fittings. Part 3: Wrought austenitic and austenitic-ferritic (duplex) stainless steels without specific inspection requirements MSZ EN :2008 Cím Tompavarratos csőszerelvények. 4. rész: Tételesen ellenőrzött, alakított ausztenites és ausztenites-ferrites (duplex) korrózióálló acélok Angol cím Butt-welding pipe fittings. Part 4: Wrought austenitic and austenitic-ferritic (duplex) stainless steels with specific inspection requirements MSZ EN ISO 8249:2000 Cím: Hegesztés. Az ausztenites és a duplex ausztenitesferrites Cr-Ni ötvözés?, korrózióálló, acél varratfém ferritszámának (FN) meghatározása (ISO 8249:2000) Angol cím: Welding. Determination of Ferrite Number (FN) in austenitic and duplex ferritic-austenitic Cr-Ni stainless steel weld metals (ISO 8249:2000) 38

39 39

40 Sorszám Védőgáz Formálógáz Eljárás Áram Fesz. Heg.seb. Heg.seb. Hőbevitel Alapanyag (A) (V) (cm/perc) (mm/s) (kj/mm) L1 Ar Ar + 5%N2 TIG 90 9,7 13 2,17 0, L2 Ar Ar + 5%N2 ATIG 90 11,5 13 2,17 0, L3 Ar Ar + 5%N2 TIG ,2 21 3,50 0, L4 Ar Ar + 5%N2 ATIG ,7 21 3,50 0, L5 Ar + 5%N2 Ar TIG 90 10,5 13 2,17 0, L6 Ar + 5%N2 Ar ATIG 90 11,2 13 2,17 0, L7 Ar + 5%N2 Ar TIG ,50 0, L8 Ar + 5%N2 Ar ATIG ,7 21 3,50 0,

41 41

42 Phases Red : austenite / Green : Ferrite 42

43 Jó hegesztést! st! 43