Új szerkezeti acélok hegeszthetősége és a kapcsolódó hegesztéstechnológiai újdonságok Szakmai nap, 2010. április 29. Korszerű duplex acélok hegesztéstechnológiája és alkalmazási lehetőségei; a BME Anyagtudomány és Technológia Tanszék legújabb kutatási eredményei Dobránszky JánosJ 1
Duplex korrózióálló acélok hegesztése 2
Miféle acélokról beszélünk? 3
Miféle acélokról? 4
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
Szilárdság és korrózióállóság 700 Folyáshatár, R p0,2 (MPa) 600 500 400 300 200 100 Duplex típusok LDX2101 2304 304 316 Ausztenites típusok 2205 904L 2507 254SMO 0 Korrózióállóság 6
Hőmérséklet [ C] 200 150 100 50 NINCS FESZÜLTSÉGKORRÓZIÓ VAN NINCS VAN Duplex acél Ausztenites acél pl. AISI 304, 316 0 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 10 0 10 1 Kloridion-koncentráció [tömeg-%] 7
LYUKKORRÓZIÓ 75 Duplex acél Hőmérséklet [ C] 50 25 NINCS VAN AISI 304 AISI 316 0 0,01 0,1 1 Kloridion-koncentráció [tömeg-%] 8
Miféle acélokról? 2001. 9
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 1.4462 S31803 0,03 0,18 22 5 3,2 2,0 1,0 - - 35 ATI2003 * S32003 0,03 0,17 21 3,6 1,7 2,0 1,0 - - 30 Uranus 50 S32404 0,04 0,20 21,5 7,0 2,5 2,0 1,0 1,5-30 XM-26 S31100 0,06-26 6,5-1,0 1,0 - - 0,25Ti 26 453S / 329 1.4460 S32900 0,05 0,04 26 5 1,5 1,0 0,75 - - 31 44LN 1.4460 S31200 0,03 0,15 25 5 2 2,0 1,0 - - 34 Carpenter 7-Mo S32950 0,03 0,15 25 5 2 2,0 0,5 - - 34 Carpenter 7- S32950 0,03 0,25 27,5 4,4 1,7 2,0 0,6 - - 35 Mo+ Ferralium 255 S32550 0,04 0,17 26 5,5 3 1,50 1,0 2,0 39 Uranus 47N S32550 0,03 0,18 25 6,5 3 2,0 1,0 - - 38 Sumitomo DP3 S31260 0,03 0,16 25 6,5 3 1,0 0,75 0,3 0,3 38 Zeron100 1.4501 S32760 0,03 0,25 25 7 3,5 1,2 0,8 0,5 0,6 42 SAF2507 1.4410 S32750 0,03 0,30 25 7 4 1,2 0,8 - - 43 UR 52N+ 1.4507 S3520 0,03 0,25 25 6 3,5 1,5 0,8 1,5 41 DP3W S39274 0,03 0,25 25 7 3 1,0 0,8 0,5 2 42 SAF2906 1.4477 S32906 0,03 0,40 29 7 2,2 1,2 0,8 0,8 42 DP28W S32808 0,03 0,35 27,5 7,7 1 1,1 0,5-2,3 40 S39226 0,030 0,20 25,0 6, 5 3,0 1,0 0,75 0,5 0,3 40 AF918 S39277 0,025 0,28 25 7,5 3,5-0,025 1,6 1,0 42 SAF2707HD S32707 0,03 0,40 27 6,5 4,8 1,5 0,5 - - 1Co 49 SAF3207HD S33207 <0,03 0,50 32 7 3,5 1,5 0,8 - - 50 Nitronic 19D S32001 0,03 0,12 20,5 2 0,6 5 1,0 - - 23 2304 / UR35N 1.4362 S32304 0,03 0,10 22,5 4,5 0,3 1,0 2,0 0,3-24 LDX2101 1.4162 S32101 0,03 0,22 21,5 1,5 0,3 5 1,0 0,5-26 UR2202 1.4062 S32202 0,02 0,20 22 2 0,2 2,0 1,0 - - 26 ATI 2102 S82011 0,03 0,21 22 1,5 1,0 2,5 1,0 0,5-26 Egyéb 3RE60 S31500 0,03 0,07 18,5 4,5 2,6 1,5 1,6 - - 27 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 1.4462 S31803 0,03 0,18 22 5 3,2 2,0 1,0 - - 35 22% Cr duplex ATI2003 * S32003 0,03 0,17 21 3,6 1,7 2,0 1,0 - - 30 Uranus 50 S32404 0,04 0,20 21,5 7,0 2,5 2,0 1,0 1,5-30 XM-26 S31100 0,06-26 6,5-1,0 1,0 - - 0,25Ti 26 453S / 329 1.4460 S32900 0,05 0,04 26 5 1,5 1,0 0,75 - - 31 25% Cr duplex 44LN 1.4460 S31200 0,03 0,15 25 5 2 2,0 1,0 - - 34 Carpenter 7-Mo S32950 0,03 0,15 25 5 2 2,0 0,5 - - 34 Carpenter 7- S32950 0,03 0,25 27,5 4,4 1,7 2,0 0,6 - - 35 Mo+ Ferralium 255 S32550 0,04 0,17 26 5,5 3 1,50 1,0 2,0 39 Uranus 47N S32550 0,03 0,18 25 6,5 3 2,0 1,0 - - 38 Sumitomo DP3 S31260 0,03 0,16 25 6,5 3 1,0 0,75 0,3 0,3 38 Zeron100 1.4501 S32760 0,03 0,25 25 7 3,5 1,2 0,8 0,5 0,6 42 SAF2507 1.4410 S32750 0,03 0,30 25 7 4 1,2 0,8 - - 43 Szuperduplex UR 52N+ 1.4507 S3520 0,03 0,25 25 6 3,5 1,5 0,8 1,5 41 DP3W S39274 0,03 0,25 25 7 3 1,0 0,8 0,5 2 42 SAF2906 1.4477 S32906 0,03 0,40 29 7 2,2 1,2 0,8 0,8 42 DP28W S32808 0,03 0,35 27,5 7,7 1 1,1 0,5-2,3 40 S39226 0,030 0,20 25,0 6, 5 3,0 1,0 0,75 0,5 0,3 40 AF918 S39277 0,025 0,28 25 7,5 3,5-0,025 1,6 1,0 42 Hiperduplex SAF2707HD S32707 0,03 0,40 27 6,5 4,8 1,5 0,5 - - 1Co 49 SAF3207HD S33207 <0,03 0,50 32 7 3,5 1,5 0,8 - - 50 Nitronic 19D S32001 0,03 0,12 20,5 2 0,6 5 1,0 - - 23 2304 / UR35N 1.4362 S32304 0,03 0,10 22,5 4,5 0,3 1,0 2,0 0,3-24 (Lean) Soványduplex LDX2101 1.4162 S32101 0,03 0,22 21,5 1,5 0,3 5 1,0 0,5-26 UR2202 1.4062 S32202 0,02 0,20 22 2 0,2 2,0 1,0 - - 26 ATI 2102 S82011 0,03 0,21 22 1,5 1,0 2,5 1,0 0,5-26 Egyéb (pl. Cr < 20%) Egyéb 3RE60 S31500 0,03 0,07 18,5 4,5 2,6 1,5 1,6 - - 27 11
Miféle acélokról? 2010. 12
Kémiai összetételtel 13
Hegesztési si eljárások 14
Hegesztési si eljárások Forrás: Stevenson et al. (1992) 15
Hegesztőanyagok Mn Avesta LDX 2101 Avesta 2304 22 9 3 N 25 9 4 N 16
Avesta: : 2005. február Sandvik,, 2008. márciusm Böhler: : 2008. X. 21. 17
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
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 50 100 19
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
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
Az ötvözők k hatása a szövetszerkezetre Ferritképz pző? Ausztenitképz pző? C, N, Mn, Cu, Mo,, W, Nb,, V LDX2101 2209 2509 Mélyen gyökerező ausztenites tapasztalatok 22
Az ötvözők k hatása a szövetszerkezetre Kotecki és Sievert,, (WRC-92) 1992 23
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
26
A nitrogén n hatása a szövetszerkezetre 1.4462 Régi Új Forrás: Fanica A, Bonnefois B, Gagnepain JC (2007) 27
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. NiCr23Mo16 +10 C a CPT-ben CPT 50 75 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
Tanszéki kutatások 29
Mechanical and thermal induced phase transformations in superduplex stainless steel János DOBRÁNSZKY, István MÉSZÁROS, Gyula NAGY 30
31
32
ATIG-hegesztés 33
ATIG-hegesztés PhD Sándor Tamás (Esab) Diplomamunkák: Balázs János (2009) Nagy Hinst Adrián, Faltay László, Németh István (2010),??? ezután 34
35
36
37
MSZ EN 10253-3:2009 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 10253-4:2008 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
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 0,403 2101 L2 Ar Ar + 5%N2 ATIG 90 11,5 13 2,17 0,478 2101 L3 Ar Ar + 5%N2 TIG 150 11,2 21 3,50 0,480 2101 L4 Ar Ar + 5%N2 ATIG 150 12,7 21 3,50 0,544 2101 L5 Ar + 5%N2 Ar TIG 90 10,5 13 2,17 0,436 2101 L6 Ar + 5%N2 Ar ATIG 90 11,2 13 2,17 0,465 2101 L7 Ar + 5%N2 Ar TIG 150 10 21 3,50 0,429 2101 L8 Ar + 5%N2 Ar ATIG 150 10,7 21 3,50 0,459 2101 40
41
Phases Red : austenite / Green : Ferrite 42
Jó hegesztést! st! 43