Stale walcowane na gorąco w kręgach i blachach kwarto Spawanie i cięcie termiczne trudnościeralnej stali Raex

Stale walcowane na gorąco w kręgach i blachach kwarto Spawanie i cięcie termiczne trudnościeralnej stali Raex www.ruukki.pl

Spis treści 0 Wprowadzenie 1 Trudnościeralne stale Raex 2 Spawalność stali trudnościeralnej 2.1 Podatność na pękanie na zimno 2.1.1 Lokalizacje pęknięć na zimno 2.1.2 Czynniki wpływające na pękanie na zimno 2.1.2.1 Mikrostruktura spoiny 2.1.2.2 Krytyczna zawartość wodoru w spoinie 2.1.2.3 Wytrzymałość i poziom naprężeń w spoinie 2.1.2.4 Połączony efekt trzech czynników 2.2 Optymalne własności spoiny 3 Parametry spawania i ich wpływ na własności spoiny 3.1 Najważniejsze parametry spawania 3.2 Wpływ parametrów spawania na własności spoiny 4 Materiały spawalnicze i sposób ich doboru 4.1 Ferrytyczne materiały spawalnicze 4.1.1 Poddopasowane ferrytyczne materiały spawalnicze 4.1.2 Wysokowytrzymałe ferrytyczne materiały spawalnicze 4.1.3 Rekomendowane ferrytyczne materiały spawalnicze 4.1.4 Porady dotyczące stosowania ferrytycznych materiałów spawalniczych 4.2 Austenityczne materiały spawalnicze 4.3 Materiały spawalnicze do napawania 5 Zapobieganie pękaniu na zimno 5.1 Kontrola utwardzania mikrostruktury w spoinie 5.2 Kontrola zawartości wodoru w spoinie 5.3 Ograniczenie naprężeń zmagazynowanych w spoinie 5.4 Praktyczne porady dotyczące projektowania spoin i ich własności 5.5 Spawanie przy poprawnych temperaturach roboczych 6 Sposoby uzyskania optymalnej kombinacji własności w spoinie 6.1 Rekomendowane parametry spawania 6.2 Miękka strefa w spoinie 7 Obróbka cieplna 8 Zachowanie stali w trakcie cięcia termicznego 8.1 Procedury cięcia termicznego 8.2 Kontrola twardości powierzchni poprzez podniesienie temperatury pracy 8.3 Zapobieganie spadkowi twardości w trakcie cięcia termicznego 8.4 Praktyczne porady dotyczące cięcia termicznego 3

0 Wprowadzenie Raex jest stalą specjalną o znakomitej odporności na ścieranie i naciski powierzchniowe. Jednocześnie oferuje wysoką wytrzymałość i dobrą podatność na obróbkę warsztatową. Stale Raex 300, Raex 400, Raex 450 i Raex 500 zostały opracowane z myślą o konstrukcjach podnoszących efektywność energetyczną i wykorzystujących nowoczesne projekty. W typowych zastosowaniach, Raex narażony jest na zużycie cierne ziemi, skały, betonu lub innych materiałów. Dzięki wykorzystaniu stali Raex można uzyskać trwałe produkty, które są lżejsze niż dotąd. Stal Ruukki Raex dostępna jest w postaci blach grubych, arkuszy, rur oraz gotowych do użycia części. Zastosowania trudnościeralnej stali Raex kruszarki, łychy, ostrza łych platformy śmieciarki, wywrotki, transportery silosy, zbiorniki, mieszadła kontenery specjalne części cierne i ostrza tnące Znakomita odporność na ścieranie stali Raex związana jest z dodatkami stopowymi oraz mikrostrukturą martenzytyczną. Wyższa zawartość pierwiastków stopowych, wysoka twardość i wytrzymałość powodują, że spawanie i cięcie termiczne stali trudnościeralnych jest bardziej wymagające niż zwykłych stali konstrukcyjnych. Projektując spawanie, należy spełnić dwa podstawowe wymogi. Po pierwsze, przed spawaniem należy ograniczyć pękanie na zimno. Ten wymóg jest bardzo istotny, jeżeli spawane są blachy grube. Po drugie, własności mechaniczne spoiny muszą być optymalne. Poza tymi wymogami dotyczącymi materiału rodzimego, należy pamiętać o wymogach pracy w celu uzyskania założonej jakości spawania. W trakcie cięcia termicznego należy unikać pęknięć na płaszczyznach cięcia oraz spadku twardości w strefie wpływu ciepła. Broszura ta zawiera praktyczne instrukcje dotyczące spawania i cięcia termicznego stali Raex 400, Raex 450 i Raex 500. Odpowiednia temperatura pracy i ilość wprowadzonego ciepła oraz dokładne przygotowanie do spawania pełnią kluczową rolę. Spawane powierzchnie powinny być suche i czyste. Zawartość wodoru rozpuszczonego w spoinie musi być wyjątkowo niska, gdy spawamy stale o tak wysokiej wytrzymałości. Niską zawartość wodoru można osiągnąć dzięki zastosowaniu poprawnych parametrów spawania i odpowiednich materiałów spawalniczych. Broszura zawiera również rekomendowane materiały spawalnicze dla spawania w osłonie gazowej, spawania manualnego i spawania łukiem krytym. Wszystkie etapy spawania i cięcia termicznego, od projektu do wykończenia, muszą być przeprowadzone zgodnie z wytycznymi w celu osiągnięcia możliwie najlepszych wyników. 4

1 Trudnościeralne stale Raex Raex jest stalą wysokowytrzymałą o znakomitej odporności na ścieranie i naciski powierzchniowe. Dzięki zastosowaniu stali Raex można zwiększyć żywotność maszyn i oprzyrządowania, co powoduje ograniczenie kosztów produkcji. Do wyboru są następujące gatunki stali: Raex 300, Raex 400, Raex 450 i Raex 500. Średnia twardość tych stali to odpowiednio: 300/400/450/500 HBW, rysunek 1. Rysunek 1 Trudnościeralne stale Raex 300, Raex 400, Raex 450 i Raex 500 Twardość i wytrzymałość na rozciąganie. Standardowa stal konstrukcyjna S355 pokazana dla porównania. Twardość HBW 500 400 Wytrzymałość na rozciąganie MPa 1600 1450 1250 300 1000 200 100 Wzrost odporności na ścieranie 500 Rysunek 1 pokazuje nominalną twardość i typowy rozkład twardości dla każdego gatunku stali oraz średnią wartość wytrzymałości na rozciąganie. Wymiary i własności stali Raex w arkuszach i blachach grubych dostępne są na stronie internetowej Ruukki. Odporność stali na ścieranie poprawia się wraz ze wzrostem twardości. Rysunek 2 przedstawia względną żywotność stali Raex 400, Raex 450 i Raex 500 w teście ścieralności. Jednakże należy pamiętać, że zużycie cierne materiału zawsze odnosi się do konkretnego przypadku i zależy od kilku różnych czynników. Rysunek 2 Raex 400, Raex 450 i Raex 500. Test ścieralności Wydłużenie czasu eksploatacji wraz ze wzrostem twardości. Żywotność stali S355 została zmodyfikowana jako wartość 100%. 500 450 Względna żywotność % 400 350 300 250 200 Raex 400 Raex 450 Raex 500 150 100 S355 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Twardość HBW 5

2 Spawalność trudnościeralnej stali Raex Wysoka wytrzymałość i twardość trudnościeralnej stali Raex jest uzyskana poprzez dodatki stopowe i hartowanie bezpośrednie. Żądana hartowność osiągnięta jest dzięki odpowiednim pierwiastkom stopowym. Z powodu dość dużej zawartości pierwiastków stopowych, spawanie trudnościeralnej stali Raex jest procesem bardziej wymagającym niż spawanie standardowych stali konstrukcyjnych. W trakcie spawania trudnościeralnych stali Raex należy zwrócić uwagę na dwa cele: Zapobieganie pękaniu na zimno w spoinie Osiągnięcie optymalnych własności mechanicznych w spoinie 2.1 Podatność na pękanie na zimno Najczęściej spotykanym problemem w trakcie spawania stali trudnościeralnych jest pękanie na zimno. Pęknięcia na zimno tworzą się na ogół w trakcie chłodzenia spoiny do temperatury 150 o C, stąd pochodzi nazwa pękanie na zimno. Czasami pękanie na zimno jest zwane pękaniem wodorowym lub opóźnionym pękaniem. Szkodliwy efekt działania wodoru ujawnia się po kilku dniach od spawania w postaci pęknięć. Jeżeli wymagane są badania nieniszczące spoin, należy wziąć pod uwagę, że pękanie na zimno zachodzi z opóźnieniem. 2.1.1 Lokalizacje pęknięć na zimno Rysunek 3 pokazuje krytyczne miejsca występowania pęknięć na zimno w strefie wpływu ciepła, spoinie i w linii wtopienia. Rysunek 3 Miejsca podatne na pękanie na zimno w spoinach dla stali wysokowytrzymałych i trudnościeralnych Krawędzie blachy, blisko spoiny Okolice lini wtopienia Spoina, wzdłużnie Spoina, poprzecznie 2.1.2 Czynniki wpływające na pękanie na zimno Pękanie na zimno jest szkodliwym skutkiem połączenia trzech jednocześnie działających czynników. Do tych czynników należą: mikrostruktura spoiny, zawartość wodoru w spoinie oraz naprężenia powstałe w spoinie, rysunek 4. Rysunek 4 Podatność na pękanie na zimno spoiny jako połączony efekt trzech czynników Mikrostruktura Wodór Naprężenia Pękanie na zimno 6

2.1.2.1 Mikrostruktura spoiny Znakomita odporność na ścieranie uzyskana jest dzięki mikrostrukturze martenzytycznej materiału rodzimego oraz w strefie wpływu ciepła. Należy unikać zbyt intensywnego chłodzenia spoiny, ponieważ uzyskany martenzyt będzie bardzo twardy, a udarność niższa. Taka mikrostruktura jest również podatna na kruche pękanie. Hartowność stali i spoiny określona jest równoważnikiem węgla, który to wyznacza się na podstawie zawartości pierwiastków stopowych. Wzory dla równoważników węgla CEV i CET pokazane poniżej są szeroko stosowane dla stali trudnościeralnych. Skrót CE jest również stosowany dla CEV. Wzory dla równoważnika węgla używane do określenia hartowności stali i spoiny Wzrost hartowności prowadzi do uzyskania twardszej mikrostruktury. 2.1.2.2 Krytyczna zawartość wodoru w spoinie Wodór jest bardzo lekkim gazem rozpuszczającym się w stali w postaci atomów i molekuł. W trakcie wytwarzania każda stal pochłania niewielką ilość wodoru. Proces produkcji stali Raex pozwala na maksymalne ograniczenie zawartości wodoru. Dlatego, w trakcie spawania, wodór próbuje penetrować spoinę z zewnątrz blachy. Krytyczna zawartość wodoru nie jest sprecyzowana, lecz zależy głównie od mikrostruktury stali. W stalach odpornych na ścieranie występują: martenzyt, ferryt i austenit w zależności od temperatury i stanu obróbki. Bardzo niewielka ilość wodoru jest w stanie rozpuścić się w martenzycie i ferrycie, podczas gdy w austenicie może rozpuścić się znacznie więcej wodoru. W trakcie spawania stal osiąga temperaturę, w której występuje mikrostruktura austenityczna, dlatego większość wodoru jest rozpuszczona w stali. Po ochłodzeniu spoiny uzyskamy mikrostrukturę martenzytyczną lub ferrytyczną. W tych mikrostrukturach tylko niewielka ilość wodoru ulega rozpuszczeniu, ponieważ liczba miejsc dogodnych dla wodoru jest ograniczona. Atomy wodoru, które zostaną uwięzione w mikrostrukturze spoiny, mogą powodować miejscowe naprężenia i formowanie się pęknięć, zwanych pękaniem na zimno. 2.1.2.3 Wytrzymałość i poziom naprężeń w spoinie Spawanie, tak jak inne etapy przeróbki blachy, powoduje powstawanie naprężeń w spoinie. Wytrzymałość i naprężenia własne spoiny związane są głównie z wytrzymałością spawanego materiału. Naprężenia własne zależą od wytrzymałości materiału spawalniczego, sztywności konstrukcji i grubości blachy. Naprężenia wytworzone w spoinie mogą osiągnąć maksymalną wartość równą granicy plastyczności stali. Wysoka wytrzymałość powoduje wzrost podatności na pękanie na zimno. 2.1.2.4 Połączony efekt trzech czynników Mikrostruktura, zawartość wodoru i poziom naprężeń w spoinie mają współzależny wpływ na powstawanie pęknięć na zimno. Na przykład, jeżeli wzrośnie poziom naprężeń w spoinie przy tych samych parametrach spawania, to nawet niższa zawartość wodoru będzie prowadziła do pękania na zimno. Podobnie, wysoka wytrzymałość i bardziej krucha mikrostruktura będą powodowały pękanie na zimno nawet przy niskiej zawartości wodoru. Aby zapobiec pękaniu na zimno, należy przewidzieć wpływ wszystkich trzech czynników i tak zaplanować spawanie, aby możliwie ograniczyć ich negatywne działanie. 2.2 Optymalne własności spoiny Własności wymagane dla stali trudnościeralnych nie są tak szerokie jak dla stali konstrukcyjnych. To samo tyczy się spoin i elementów konstrukcji wykonanych ze stali trudnościeralnych. Pomimo tego faktu, w trakcie planowania spawania stali trudnościeralnych, spoina powinna być oceniona w porównaniu z parametrami podanymi w tabeli 1. 7

Tabela 1. Optymalna kombinacja własności spoin stali trudnościeralnych Kombinacja własności Twardość Odporność na ścieranie Wytrzymałość Udarność W trakcie projektowania konstrukcji ze stali trudnościeralnych, spoiny powinny znajdować się jak najdalej od obciążeń. Jeżeli wymagana jest bardzo dobra odporność na ścieranie spoiny, należy użyć wysokowytrzymałych materiałów spawalniczych. Jeżeli udarność spoiny ma być zbliżona do materiału rodzimego, należy użyć wysokowytrzymałych materiałów spawalniczych oraz odpowiednich parametrów spawania. Własności zawarte w tabeli 1 są współzależne. Optymalne własności w strefie wpływu ciepła uzależnione są od poprawnych parametrów spawania i rekomendowanych temperatur roboczych. Dla stali trudnościeralnych nie są podawane żadne wartości liczbowe dotyczące własności mechanicznych spoiny. Twardość i wytrzymałość są bardzo rzadko wyznaczane. 3 Parametry spawania i ich wpływ na własności spoiny W trakcie spawania stal jest poddana silnemu działaniu ciepła. Temperatura spoiny szybko wzrasta od temperatury roboczej do temperatury topnienia stali, tj. powyżej 1500 0 C. Energia liniowa oraz intensywność chłodzenia spoiny są głównymi zmiennymi, dzięki którym można kontrolować spawanie. 3.1 Najważniejsze parametry spawania Energia cieplna użyta w trakcie spawania związana jest z energią liniową (Q) oraz energią łuku (E). Zależność pomiędzy energią liniową i energią łuku określa współczynnik wydajności cieplnej k, zależny od metody spawania. Dla wartości k = 1, wydajność cieplna wynosi 100%, co oznacza, że energia liniowa jest równa energii łuku. Najistotniejsze parametry i zmienne przedstawia rysunek 5. Typowe wartości współczynnika wydajności cieplnej dla metod spawania stali trudnościeralnych podane są w tabeli 2. Rysunek 5 Heat input in welding and welding energy and other welding variables Q = k x 60 x U x I 1000 x v E = 60 x U x I 1000 x v Q = k x E Q = Energia liniowa, ilość ciepła wprowadzona w trakcie spawania na jednostkę długości, kj/mm E = Energia łuku, energia wprowadzona w trakcie spawania zależna od jego metody na jednostkę długości, kj/mm k = Współczynnik wydajności cieplnej, zależność pomiędzy energią liniową i energią łuku U = Napięcie, V I = Natężenie, A v = Prędkość spawania, mm/min Tabela 2 Typowa wydajność cieplna dla różnych metod spawania Metoda spawania Wydajność cieplna, k Spawanie w osłonie gazów, MAG 0.8 Spawanie manualne 0.8 Spawanie łukiem krytym 1.0 Spawanie łukiem plazmy i TIG 0.6 8

3.2 Wpływ parametrów spawania na własności spoiny Energia liniowa i intensywność chłodzenia spoiny są bezpośrednio uzależnione. Jeżeli użyjemy wysokiej energii liniowej, wtedy spoina będzie się chłodziła wolniej, a przy zastosowaniu niskiej energii liniowej spoina będzie się chłodziła szybciej. Największy wpływ na mikrostrukturę strefy wpływu ciepła ma czas chłodzenia od temperatury 800 0 C do temperatury 500 0 C, t 8/5, rysunek 6. Czynniki mające wpływ na intensywność chłodzenia spoiny pokazane są w tabeli 3. Rysunek 6 Zależność zmiany temperatury ΔT od czasu chłodzenia t 8/5 T max Temperatura C 800 500 ΔT t 8/5 t 800 t 500 Czas s ΔT=800 C 500 C t 8/5 = czas chłodzenia od temperatury +800 0 C do +500 0 C Tabela 3 Czynniki wpływające na intensywność chłodzenia spoiny Energia liniowa Grubość blachy Kształt spoiny Typ przygotowania spoiny Temperatura robocza Kolejność spawania Wpływ wysokiej i niskiej energii liniowej na spawanie stali trudnościeralnej pokazano na rysunku 7. Wysoka energia liniowa wykazuje długi czas chłodzenia t 8/5, natomiast niska energia liniowa wykazuje krótki czas chłodzenia t 8/5. Rysunek 7 Stale wysokowytrzymałe i trudnościeralne Wpływ niskiej i wysokiej energii liniowej ENERGIA LINIOWA WYSOKA ENERGIA LINIOWA Obniżona twardość Szersza strefa wpływu ciepła Szersza strefa miękka Większe zniekształcenia Obniżona podatność na pękanie na zimno NISKA ENERGIA LINIOWA Mniejszy spadek twardości Węższa strefa wpływu ciepła Węższa strefa miękka Mniejsze zniekształcenia Wzrost podatności na pękanie na zimno W celu podniesienia wydajności spawania stosowana jest wyższa energia liniowa, jednak przy spawaniu cienkich stali trudnościeralnych należy pamiętać, że wyższa energia liniowa ma negatywny wpływ na twardość. 9

4 Materiały spawalnicze i sposób ich doboru Materiały spawalnicze dla stali Raex: 1) Poddopasowane ferrytyczne, granica plastyczności maks. 500 MPa 2) Wysokowytrzymałe ferrytyczne, granica plastyczności maks. 700 MPa 3) Poddopasowane austenityczne, granica plastyczności maks. 500 MPa 4) Przeznaczone do napawania, twardość 300-600 HBW Poddopasowane ferrytyczne materiały spawalnicze stosowane są do spawania podstawowych stali konstrukcyjnych S235, S355. Należą również do najszerzej stosowanych w przypadku spawania stali trudnościeralnych oraz polecane są dla każdej klasy twardości. Z drugiej strony, wysokowytrzymałe ferrytyczne materiały spawalnicze znajdują zastosowanie w przypadku wysokowytrzymałej stali ulepszanej cieplnie - S690. Można ich również używać do spawania stali trudnościeralnych, jeżeli wymagana jest wysoka wytrzymałość i twardość spoiny. Poddopasowane austenityczne materiały spawalnicze są głównie stosowane do spawania austenitycznych stali nierdzewnych. Materiały te są bezpiecznym wyborem w przypadku spawania najtwardszych stali trudnościeralnych, blach grubych oraz w trakcie spawania naprawczego. Materiały spawalnicze przeznaczone do napawania mogą być stosowane na powierzchni spoiny, gdy spoina ma mieć wyjątkowo wysoką odporność na ścieranie. Przy zastosowaniu ich do spawania stali ulepszanych cieplnie można uzyskać wyjątkowo jednorodne własności mechaniczne spoiny. Materiały te są stosowane w wyjątkowych sytuacjach. 4.1 Ferrytyczne materiały spawalnicze Zawartość wodoru w ferrytycznych materiałach spawalniczych ma silny wpływ na podatność na kruche pękanie. W przypadku spawania stali trudnościeralnych, podatność na pękanie na zimno może być wyższa w spoinie niż w strefie wpływu ciepła. Dlatego ferrytyczne materiały spawalnicze muszą mieć niską zawartość wodoru. Do spawania stali trudnościeralnych polecamy stosowanie materiałów spawalniczych o zawartości wodoru HD 5 ml/100 g (klasa zawartości wodoru H5). Ferrytyczne materiały spawalnicze podzielone są na poddopasowane i wysokowytrzymałe, w zależności od ich klasy wytrzymałości, rysunek 8. Rysunek 8 Granica plastyczności stali Raex i ferrytycznych materiałów spawalniczych Granica plastyczności spoiny znajduje się pomiędzy wytrzymałością stali i materiału spawalniczego. 1300 1000 Raex 500 Raex 450 Raex 400 Granica plastyczności MPa 900 800 700 600 500 400 300 200 100 Poddopasowane Wysokowytrzymałe 4.1.1 Poddopasowane ferrytyczne materiały spawalnicze Materiał spawalniczy jest zdefiniowany jako poddopasowany, jeżeli spoina przez niego wytworzona posiada niższą wytrzymałość niż spawana stal. Granica plastyczności, możliwa do uzyskania przy zastosowaniu materiałów poddopasowanych, sięga 500 MPa, a udarność spoiny jest dobra. Materiały poddopasowane są rekomendowane do spawania stali trudnościeralnych, ponieważ posiadają wiele zalet, tabela 4. 10

Tabela 4. Zalety poddopasowanych materiałów spawalniczych w porównaniu do wysokowytrzymałych materiałów spawalniczych Zalety Dobre własności spawania Szeroki wybór i dostępność Tańsze w trakcie zakupu i stosowania Niższy stan naprężeń w spoinie Trwałe i ciągliwe materiały, mogą przenieść większe obciążenia Niższy równoważnik węgla Niższa podatność na pękanie na zimno Bardziej odporne na większą zawartość wodoru Mniejsza potrzeba podwyższenia temperatury roboczej 4.1.2 Wysokowytrzymałe ferrytyczne materiały spawalnicze Poziom wytrzymałości możliwy do uzyskania przy zastosowaniu wysokowytrzymałych ferrytycznych materiałów spawalniczych sięga 700 MPa, rysunek 8. Stosując te materiały, możemy osiągnąć wytrzymałość spoiny zbliżoną do spawanej stali. Z powodu wysokiej hartowności tych materiałów spawalniczych, należy zwrócić szczególną uwagę na ograniczenie pękania na zimno. Wysokowytrzymałe materiały spawalnicze są rekomendowane jedynie do specjalnych zastosowań. Na przykład, gdy spoina jest narażona na duże naprężenia i ścieranie. Wysokowytrzymałe materiały polecane są do spawania cienkich blach, ponieważ cienka blacha ulega wolniejszemu chłodzeniu i dzięki temu ma mniejszą podatność na kruche pękanie. Temperaturę roboczą należy dobrać w zależności od wartości równoważnika węgla materiału spawalniczego, jeżeli jest wyższy niż równoważnik węgla spawanej stali. Jest to główna zasada. Jednak temperatura robocza jest zawsze uzależniona od konkretnych przypadków. Jeżeli zaistnieje taka konieczność, można przedyskutować potrzebę podniesienia temperatury roboczej z producentem materiałów spawalniczych. 4.1.3 Rekomendowane ferrytyczne materiały spawalnicze Proponowane poddopasowane i wysokowytrzymałe materiały spawalnicze dla najczęściej stosowanych metod spawania podano w tabelach 5a, 5b, 5c i 5d. 11

Tabela 5a Raex 400/450/500. Rekomendowane ferrytyczne poddopasowane materiały spawalnicze. Przykłady, klasyfikacja według norm europejskich Odpowiadające lub niemal odpowiadające marki (Esab). Granica plastyczności czystego materiału spawalniczego maks. 500 MPa. X może oznaczać jedno lub kilka oznaczeń specyfikacji. MAG, spawanie drutem litym proszkowym: rdzeń metalowy proszkowym: rdzeń rutylowy Spawanie łukiem krytym: drut+proszek Spawanie manualne EN ISO 14341: G 46 X EN ISO 17632: T 46 X EN ISO 16834: T 46 X EN 756 S 46 X EN ISO 2560: E 46 X OK Autrod 12.64 (G 46 3 M G4Si1, G 42 2 C G4Si1)) OK AristoRod 12.63 (G 46 4 M G4Si1, G 42 2 C G4Si1)) PZ6102 (T 46 4 M M 2 H5) OK Tubrod 15.14 (T 46 2 P M 2 H5, T 46 2 P C 2 H5) OK Autrod 12.32+ OK Flux 10.71 (S 46 4 AB S3Si) OK 55.00 (E 46 5 B 32 H5) EN ISO 14341: G 42 X EN ISO 16834: T 42 X EN 756 S 38 X EN ISO 2560: E 42 X OK Autrod 12.51 (G 42 3 M G3Si1, G 38 2 C G3Si1) OK Tubrod 14.12 (T 42 2 M M 1 H10, T 42 2 M C 1 H10) OK Autrod 12.22+ OK Flux 10.71 (S 38 4 AB S2Si) OK 48.00 (E 42 4 B 42 H5) Tabela 5b Raex 400/450/500. Rekomendowane ferrytyczne poddopasowane materiały spawalnicze. Przykłady, klasyfikacja według AWS Odpowiadające lub niemal odpowiadające marki (Esab). Granica plastyczności czystego materiału spawalniczego maks. 500 MPa. X może oznaczać jedno lub kilka oznaczeń specyfikacji. litym proszkowym: rdzeń metalowy proszkowym: rdzeń rutylowy Spawanie łukiem krytym: drut+proszek Spawanie manualne AWS A5.18 ER70S-X AWS A5.18 E70C-X AWS A5.20 E71T-X AWS A5.17 F7X AWS A5.1 E7018X OK Autrod 12.51 (ER70S-6) OK AristoRod 12.63 (ER70S-6) OK Tubrod 14.12 (E70C-6M, E70C-6C) PZ6102 (E70C-6M H4) OK Tubrod 15.14 (E71T-1, E71T-1M) OK Autrod 12.22+ OK Flux 10.71 (F7A5-EM12K) OK 48.00 (E7018) OK 55.00 (E7018-1) Tabela 5c Raex 400/450/500. Rekomendowane ferrytyczne wysokowytrzymałe materiały spawalnicze. Przykłady, klasyfikacja według norm europejskich Odpowiadające lub niemal odpowiadające marki (Esab). Granica plastyczności czystego materiału spawalniczego maks. 500 MPa. X może oznaczać jedno lub kilka oznaczeń specyfikacji. litym proszkowym: rdzeń metalowy proszkowym: rdzeń rutylowy Spawanie łukiem krytym: drut+proszek Spawanie manualne EN ISO 16834: G 69 X EN ISO 12535: T 69 X EN ISO 12535: T 69 X EN ISO 26304: S 69 X EN ISO 18276: E 69 X OK AristoRod 69 (G 69 4 Mn3Ni1CrMo) OK Tubrod 14.03 (T 69 4 Mn2NiMo M M 2 H10) OK Tubrod 15.09 (T 69 4 Z P M 2 H5) OK Autrod 13.43+ OK Flux 10.62 (S 69 6 FB S3Ni2,5CrMo) OK 75.75 (E 69 4 Mn2NiCrMo B 42 H5) 12

Tabela 5d Raex 400/450/500. Rekomendowane ferrytyczne wysokowytrzymałe materiały spawalnicze. Przykłady, klasyfikacja według AWS Odpowiadające lub niemal odpowiadające marki (Esab). Granica plastyczności czystego materiału spawalniczego maks. 500 MPa. X może oznaczać jedno lub kilka oznaczeń specyfikacji. litym proszkowym: rdzeń metalowy proszkowym: rdzeń rutylowy Spawanie łukiem krytym: drut+proszek Spawanie manualne AWS A5.28: ER100S-X AWS A5.28: E110C-X AWS A5.29: E111T1-X AWS A5.23: F11X AWS A5.5: E11018X OK AristoRod 69: ER100S-G OK Tubrod 14.03: E110C-G OK Tubrod 15.09: E111T1-K3MJ-H4 OK Autrod 13.43+ OK Flux 10.62: F11A8-EG-G OK 75.75: E11018-G 4.1.4 Porady dotyczące stosowania ferrytycznych materiałów spawalniczych Ferrytyczne materiały spawalnicze z niską zawartością wodoru są z reguły standardem, tak jak topniki stosowane do spawania łukiem krytym lub druty proszkowe czy elektrody z powłoką. Materiały te są higroskopijne, czyli mają podatność do wchłaniania wilgoci, a co za tym idzie wodoru. W celu uniknięcia dostania się wilgoci do materiałów spawalniczych powinno się je przechowywać i używać zgodnie z instrukcjami producenta. Jeżeli materiał spawalniczy uległ zawilgoceniu, należy usunąć z niego wilgoć poprzez podgrzanie. Zabieg ten należy wykonać w celu zapewnienia odpowiedniego poziomu suchości i ograniczenia zawartości wodoru w materiale spawalniczym. W ten sposób można również ograniczyć ryzyko wystąpienia pęknięć na zimno. 4.2 Austenityczne materiały spawalnicze Mikrostruktura austenityczna znacznie lepiej opiera się wodorowi niż ferrytyczna. Dzięki tej własności, austenityczne materiały spawalnicze mogą być alternatywnie wykorzystywane do łączenia stali hartowanych. Granica plastyczności tych materiałów nie przekracza 500 MPa, co wskazuje, że są to materiały poddopasowane. Z uwagi na miękką i korzystną mikrostrukturę, austenityczne materiały spawalnicze mają wiele zalet, tabela 6. Tabela 6 Zalety i własności austenitycznych materiałów spawalniczych na przykładzie spawania stali trudnościeralnych Dobre własności spawalnicze Szeroki wybór i dostępność Wysoka cena Niski poziom naprężeń w spoinie Bardzo trwałe i ciągliwe materiały spawalnicze Brak podatności na kruche pękanie Brak potrzeby podwyższenia temperatury roboczej Ograniczają naprężenia cieplne w spoinie Zalety stosowania austenitycznych materiałów spawalniczych są najlepiej widoczne w trakcie spawania naprawczego, w warunkach polowych i w innych trudnych sytuacjach. Wyjątkowo sprawdzają się w przypadku spawania przetopów, spawania sekwencyjnego i przygotowywania bazy pod napawanie. Stosując materiały austenityczne, nie ma potrzeby podnoszenia temperatury roboczej. Proponowane austenityczne materiały spawalnicze pokazane są w tabelach 7a i 7b. 13

Tabela 7a Raex 400/450/500. Rekomendowane austenityczne poddopasowane materiały spawalnicze. Przykłady, klasyfikacja według norm europejskich Odpowiadające lub niemal odpowiadające marki (Esab). Granica plastyczności czystego materiału spawalniczego maks. 500 MPa. X może oznaczać jedno lub kilka oznaczeń specyfikacji. litym EN 12072: G 18 8 Mn OK Autrod 16.95 (G 18 8 Mn) proszkowym: rdzeń metalowy EN 12073: T 18 8 Mn X OK Tubrod 15.34 (T 18 8 Mn M M 2) proszkowym: rdzeń rutylowy EN 12073: T 18 8 Mn X EN 14700: T Fe 10 OK Tubrodur 14.71 (T Fe 10) Spawanie łukiem krytym: drut+proszek EN 12072: S 18 8 Mn OK Autrod 16.97 (S18 8 Mn) + OK Flux 10.93 Spawanie manualne EN 1600: E 18 8 MnX OK 67.45 (E 18 8 Mn B 4 2) Tabela 7b Raex 400/450/500. Rekomendowane austenityczne poddopasowane materiały spawalnicze. Przykłady,klasyfikacja według AWS Odpowiadające lub niemal odpowiadające marki (Esab). Granica plastyczności czystego materiału spawalniczego maks. 500 MPa. X może oznaczać jedno lub kilka oznaczeń specyfikacji. litym AWS 5.9 ER307 proszkowym: rdzeń metalowy AWS 5.9 EC307 proszkowym: rdzeń rutylowy AWS 5.22 EC307T-x Spawanie łukiem krytym: drut+proszek AWS 5.9 ER307 Spawanie manualne AWS 5.4 E307-X OK Autrod 16.95 (ER307) OK Tubrod 15.34 OK Tubrodur 14.71 OK Autrod 16.97+ OK Flux 10.93 OK 67.45 4.3 Materiały spawalnicze do napawania Jeżeli spoina ma mieć wysoką odporność na ścieranie, wtedy można wykonać dodatkowy ścieg z materiału do napawania, na powierzchni spoiny. Twardość czystej spoiny uzyskanej przy zastosowaniu tego materiału waha się pomiędzy 300-400 HBW (30-45 HRC). Najczęściej elektrody te wykonane są ze stopów z chromem (3-15 % Cr). W specjalnych sytuacjach, stal trudnościeralna może być narażona na większe naprężenia i ścieranie niż reszta konstrukcji. W takich sytuacjach uzasadnione jest zastosowanie lokalnych powłok z materiału spawalniczego do napawania. Materiały spawalnicze do napawania są tak dobrane, aby spoina miała wyższą twardość niż materiał rodzimy. Wytworzona napoina osiąga swoją twardość (500-600 HBW) w trakcie chłodzenia spoiny, gdyż posiada tak wysoką hartowność, że potrafi zahartować się w powietrzu. Poziom twardości 500-600 HBW odpowiada twardości 50-57 HRC. Poniżej przedstawiono przykłady podstawowych stopów do produkcji elektrod do napawania. Elektroda do napawania, stop 0.4 % C - 6% Cr - 0.6% Mo Elektroda do napawania, stop 0.7 % C - 10% Cr Elektroda do napawania, stop 4.5 % C - 33% Cr W trakcie stosowania materiałów spawalniczych do napawania należy zwrócić szczególną uwagę na kruche pękanie. Pękaniu na zimno można zapobiec przez podgrzewanie do spawania oraz zastosowanie warstwy buforowej z miękkiego i ciągliwego austenitycznego materiału spawalniczego, rysunek 9. Rysunek 9 Zastosowanie ciągliwej warstwy buforowej do napawania Napoina Warstwa buforowa Stal trudnościeralna Temperatura robocza wymagana do nałożenia warstwy buforowej i napoiny jest określona na podstawie stali trudnościeralnej i materiału napoiny. Dobór materiałów spawalniczych do napawania powinien być skonsultowany z producentem materiałów spawalniczych lub producentem stali. Należy podkreślić, że materiały spawalnicze do napawania nie służą do łączenia stali. 14

5 Zapobieganie pękaniu na zimno Ograniczenie wprowadzenia wodoru w trakcie spawania jest kluczowym czynnikiem w kwestii ograniczenia pękania na zimno. W celu ograniczenia krytycznej zawartości wodoru, należy zastosować zalecane metody spawania oraz materiały spawalnicze z niską zawartością wodoru. Ponadto, konieczne jest przestrzeganie porad Ruukki dotyczących spawania. Kolejną kluczową sprawą jest zachowanie odpowiedniej temperatury roboczej i energii liniowej, aby uzyskać właściwą intensywność chłodzenia. W przypadku spawania wielościegowego należy zastosować nieco wyższą temperaturę międzyściegową. Potrzeba zapobiegania pękaniu na zimno wymaga uwagi, gdy wzrasta twardość i grubość blachy. Przed spawaniem lub inną obróbką, blacha, która była składowana w niskiej temperaturze, musi zostać podgrzana w całym przekroju, co najmniej do temperatury pokojowej 20 0 C. 5.1 Kontrola utwardzania mikrostruktury w spoinie Mikrostruktura martenzytyczna charakteryzuje się dobrą odpornością na ścieranie. Jeżeli spoina będzie się chłodziła zbyt szybko, wytworzony martenzyt może okazać się zbyt twardy i posiadać niską ciągliwość, dotyczy to spoiny oraz strefy wpływu ciepła. Aby zapobiec kruchemu pękaniu, należy ograniczyć utwardzanie mikrostruktury poprzez zastosowanie poprawnych parametrów spawania. Hartowność stali i materiałów spawalniczych zależy od wartości równoważnika węgla. 5.2 Kontrola zawartości wodoru w spoinie Zachowanie niskiej zawartości wodoru w materiałach spawalniczych i spoinie jest kluczowe przy zapobieganiu kruchemu pękaniu. Rekomendujemy stosowanie metod spawania oraz materiałów spawalniczych zapewniających niską zawartość wodoru, która nie przekracza 5 ml/100 g. Niska zawartość wodoru może być osiągnięta poprzez poprawny dobór materiałów spawalniczych do metody spawania, np. spawanie w osłonie gazów (MAG) przy zastosowaniu drutu litego i proszkowego. Instrukcje producenta materiałów spawalniczych muszą być dokładnie przestrzegane w trakcie ich doboru, stosowania i składowania. Penetracja wodoru w głąb spoiny jest zwiększona przez wilgoć i brud oraz inne zanieczyszczenia jak smar czy farba. Aby zminimalizować kruche pękanie, rowek spawalniczy musi być całkowicie suchy i metalicznie czysty przed i w trakcie spawania. 5.3 Ograniczenie naprężeń zmagazynowanych w spoinie Można zapobiec pękaniu na zimno poprzez ograniczenie zmagazynowanych naprężeń. Najłatwiejszym sposobem ograniczenia naprężeń w spoinie stali Raex jest zastosowanie ferrytycznych i austenitycznych poddopasowanych materiałów spawalniczych. Naprężenia mogą być również ograniczone dzięki pewnym technikom spawania. Szczególnie w przypadku spawania blach cienkich, wielkość spoiny musi być zoptymalizowana i należy unikać zbyt dużych spoin. Ponadto, trzeba utrzymać jednorodną temperaturę łączonych elementów konstrukcji na każdym etapie spawania. Jeżeli zaistnieje taka potrzeba, należy zastosować podpory i zabezpieczenia w trakcie spawania sekwencyjnego i spawania ciągłego. 5.4 Praktyczne porady dotyczące projektowania spoin i ich własności Sposoby ograniczenia naprężeń i poprawy wytrzymałości konstrukcji spawanych pokazuje tabela 8. Tabela 8 Praktyczne sposoby ograniczenia naprężeń Ograniczenie naprężeń na etapie projektowania Minimalizacja różnic w sztywności różnych elementów konstrukcji Optymalizacja wielkości spoiny Stosowanie sprzężeń w trakcie spawania dużych konstrukcji Stosowanie małych spoin Stosowanie dwustronnego spawania z pełnym przetopem w trakcie spawania blach grubych Szlifowanie krawędzi i narożników spawanych konstrukcji Szlifowanie połączeń pomiędzy spoinami i materiałem rodzimym w miejscach narażonych na zmęczenie Kontrola i przewidywanie odkształceń 5.5 Spawanie przy poprawnych temperaturach roboczych Wymagana temperatura robocza i założona energia liniowa obniżają chłodzenie do poprawnej intensywności. Przy takich założeniach unikniemy kruchego pękania. 15

Poprawna temperatura robocza jest uzależniona od poniższych czynników: Gatunek stali i wartość jej równoważnika węgla Łączna grubość spawanych blach Energia liniowa Zawartość wodoru w materiałach spawalniczych Wartość równoważnika węgla materiałów spawalniczych Wytrzymałość materiałów spawalniczych (poddopasowane/dopasowane) Typ materiałów spawalniczych (ferrytyczne/austenityczne) Potrzeba podniesienia temperatury roboczej uzależniona jest od wartości równoważnika węgla, twardości i grubości blachy. Typowe wartości równoważnika węgla w zależności od grubości stali Raex podane są w broszurach. Dokładne wartości równoważnika węgla potrzebne do przygotowania technologii spawania określa certyfikat stali. Rekomendowane temperatury robocze dla stali Raex 400, Raex 450 i Raex 500 podane są na rysunku 10. Proponowane temperatury oparte są na normie EN 1011-2. Temperatury podane na rysunku 10 odnoszą się do poddopasowanych ferrytycznych materiałów spawalniczych o zawartości wodoru nie większej niż 5 ml/100 g. Rysunek 10 Stale Raex. Rekomendowane temperatury robocze do spawania, przy zastosowaniu energii liniowych zgodnych z zaleceniami rysunków 11, 12 i 13. Grubość, mm 10 20 30 40 Raex 400 20 C 75 C 100 C 125 C Raex 450 20 C 50 C 75 C 125 C 150 C Raex 500 20 C 100 C 150 C 175 C Temperatura robocza jest często podnoszona poprzez podgrzewanie. W trakcie spawania wielościegowego, energia wprowadzona do spoiny przez poprzednie przejście może być wystarczająca do podtrzymania wymaganej temperatury roboczej, więc zewnętrzne źródło podgrzewania nie jest wymagane. Przy spawaniu wielościegowym rekomendowana temperatura robocza jest równa minimalnej temperaturze międzyściegowej. Temperatura międzyściegowa nie może być niższa od zalecanej temperatury roboczej i nie może przewyższać 200 0 C. Im niższą ilość wodoru wprowadzimy w trakcie spawania, tym mniejsza będzie potrzeba podwyższenia temperatury roboczej. Jeżeli zostaną wykorzystane materiały spawalnicze o zawartości wodoru HD > 5 ml/100 g, należy podnieść temperaturę roboczą powyżej wartości podanych w tabeli. Potrzeba podniesienia temperatury roboczej maleje ze wzrostem energii liniowej. Podniesienie temperatury roboczej jest szczególnie istotne przy spawaniu naprawczym i sekwencyjnym, ponieważ małe spoiny chłodzą się szybciej, co prowadzi do znacznego utwardzenia. Powinno się unikać początku i końca spawania na narożach konstrukcji. Nasze doświadczenie w spawaniu stali hartowanych bezpośrednio wskazuje na potrzebę podgrzewania do spawania. Podgrzanie stali nawet do temperatury poniżej 100 0 C ma korzystny wpływ na spawalność także dla tych grubości stali, które nie wymagają podgrzewania, zgodnie z instrukcjami przedstawionymi na rysunku 10. W przypadku spawania w trudnych warunkach oraz skomplikowanych i wyjątkowo dużych elementów konstrukcji, należy zastosować temperatury robocze przewyższające podane na rysunku 10. Stosowanie wyższej temperatury roboczej lub temperatury międzyściegowej powinno być ograniczane, ponieważ w ten sposób obniżamy wytrzymałość i twardość spoiny. 6 Sposoby uzyskania optymalnej kombinacji własności w spoinie Wysoka wytrzymałość, twardość i odporność na ścieranie są parametrami wymaganymi w spoinach stali trudnościeralnych. W zależności od warunków zastosowania może być również wymagana wysoka udarność. Optymalne własności w spoinie zapewnione są przez poprawny dobór parametrów spawania i rekomendowane temperatury robocze. 6.1 Rekomendowane parametry spawania Zalecane parametry spawania są określone przez t 8/5. Osiągnięcie optymalnych własności spoiny uzależnione jest od wartości energii liniowej, która odnosi się do czasu chłodzenia t 8/5 = 10-20 sekund. W praktyce czas chłodzenia równy 10 sekund odnosi się do minimalnej wartości energii liniowej, a czas chłodzenia równy 20 sekund odnosi się do maksymalnej wartości energii liniowej. Zbyt krótki czas t 8/5 powoduje większe utwardzenie strefy wpływu ciepła i podatność na kruche pękanie. Zbyt długi czas chłodzenia obniża twardość, wytrzymałość i udarność spoiny. 16

Rysunki 11, 12 i 13 ukazują minimalne i maksymalne wartości energii liniowej dla spoin doczołowych stali Raex. Temperatury robocze pochodzące z rysunku 10 zostały wzięte pod uwagę w trakcie ustalania zakresów energii liniowej. Podane na rysunkach minimalne wartości energii liniowej mogą być obniżone, gdy podniesie się temperaturę roboczą. Ten zabieg może być konieczny w przypadku spawania sekwencyjnego, spawania przetopów czy przygotowania bazy pod spawanie. Dla spoin innych niż doczołowe, typu T lub narożne, należy wziąć pod uwagę czasy chłodzenia t 8/5 przy doborze energii liniowej. Rysunek 11 Minimalne i maksymalne wartości energii liniowej w zależności od grubości dla stali RAEX 400 3,5 Raex 400 3 2,5 Q max Q (kj/mm) 2 1,5 Q min 1 0,5 0 10 20 30 40 50 Grubość, mm Rysunek 12 Minimalne i maksymalne wartości energii liniowej w zależności od grubości dla stali RAEX 450 3,5 Raex 450 3 2,5 Q max Q (kj/mm) 2 1,5 1 Q min 0,5 0 10 20 30 40 50 Grubość, mm Rysunek 13 Minimalne i maksymalne wartości energii liniowej w zależności od grubości dla stali RAEX 500 3,5 Raex 500 3 Q (kj/mm) 2,5 2 1,5 1 Q max Q min 0,5 0 10 20 30 40 50 Grubość, mm 17

6.2 Miękka strefa w spoinie Wysoka wytrzymałość i twardość stali trudnościeralnej jest osiągnięta przez dodatki stopowe. W trakcie spawania łukiem, temperatura spoiny osiąga ponad 1500 0 C. W konsekwencji przetopu osiągamy miękkie strefy w formującej się spoinie. Ponadto spoina pozostaje z reguły bardziej miękka niż materiał rodzimy. Zawsze dochodzi do spadku twardości i wytrzymałości w strefie wpływu ciepła. Typowy rozkład twardości w strefie wpływu ciepła dla stali Raex został pokazany na rysunku 14. Rysunek 14 Stale Raex. Typowy rozkład twardości w strefie wpływu ciepła przy zastosowaniu rekomendowanych czasów chłodzenia t 8/5 Porównanie twardości stali Raex ze standardową stalą konstrukcyjną S355. Strefa wpływu ciepła (HAZ) Materiał rodzimy Twardość HBW 500 400 300 200 Linia wtopienia 5 mm 10 mm Raex 500 Raex 450 Raex 400 Stal porównawcza S355 Odległość od lini wtopienia do materiału rodzimego, mm Ogólnie o profilu twardości: Twardość w strefie wpływu ciepła spawanych stali Raex jest niższa niż dla materiału rodzimego. Twardość ciętej termicznie stali Raex od krawędzi cięcia do materiału rodzimego jest zbliżona do profilu twardości strefy wpływu ciepła, z dwoma wyjątkami: maksymalna twardość ciętej krawędzi jest nieco wyższa od materiału rodzimego i strefa miękka jest węższa niż w przypadku spawania. Twardość strefy wpływu ciepła standardowej stali S355 jest z reguły wyższa od twardości materiału rodzimego; tak samo jest w przypadku krawędzi ciętych termicznie. Profil twardości spoin dla stali Raex: Twardość w spoinie zależy od energii liniowej i składu chemicznego materiałów spawalniczych. W strefie wpływu ciepła, blisko linii wtopienia, twardość równa jest materiałowi rodzimemu. Spadek wytrzymałości i twardości w strefie wpływu ciepła jest zauważalny, gdy wzrośnie wartość energii liniowej, np. czas chłodzenia (t 8/5 ) jest dłuższy. Przez obniżenie energii liniowej spadek twardości jest mniejszy, a strefa wpływu ciepła zawężona. Tendencja spadku wytrzymałości spowodowana spawaniem musi być brana pod uwagę szczególnie w trakcie spawania stali wysokowytrzymałych i blach cienkich. Aby uniknąć spadku wytrzymałości, blachy cienkie powinny być spawane w temperaturze pokojowej, a ich podgrzewanie jest niedozwolone. Spadek wytrzymałości może być również ograniczony poprzez obniżenie energii liniowej i kontrolę maksymalnej temperatury roboczej/temperatury międzyściegowej. W stalach trudnościeralnych strefa spadku wytrzymałości bardzo rzadko wpływa na czas eksploatacji urządzenia lub konstrukcji. Jednak w zastosowaniach, gdzie wytrzymałość konstrukcji jest wymagana, należy wziąć pod uwagę spadek wytrzymałości w trakcie projektowania. W takich konstrukcjach spoiny nie powinny być rozmieszczone w miejscach największych naprężeń 18

7 Obróbka cieplna Stale trudnościeralne po hartowaniu nie są przeznaczone do dalszej obróbki cieplnej. Obróbka cieplna tych stali powoduje znaczny spadek twardości, wytrzymałości i odporności na ścieranie. Rysunek 15 prezentuje zmianę twardości przy różnych temperaturach odpuszczania. Można zauważyć, że w trakcie odpuszczania została utracona twardość uzyskana przez hartowanie. Rysunek 15 Raex 400, Raex 450 i Raex 500. Wpływ temperatury odpuszczania na twardość Pomiar twardości został dokonany w temperaturze pokojowej po odpuszczaniu. Czas wytrzymania wynosił 2 godziny, następnie próbki były chłodzone na wolnym powietrzu. 600 500 Temperatura odpuszczania C 400 300 200 Raex 500 Raex 450 Raex 400 +20 +100 +200 +300 +400 +500 +600 Twardość HBW Odpuszczanie w temperaturze powyżej 220 0 C obniża twardość. Dlatego stale Raex nie mogą być poddawane odprężaniu bez obniżenia twardości. Nie rekomendujemy obróbki cieplnej przed spawaniem. W niektórych przypadkach, stal jest celowo poddawana odpuszczaniu po spawaniu lub innych zabiegach warsztatowych. Własności mechaniczne związane z odpuszczaniem są akceptowalne w takich sytuacjach. Udarność stali hartowanych może być poprawiona przez odpuszczanie - może to być argument dla celowego zastosowania odpuszczania. Odpuszczanie może również ograniczyć naprężenia powstałe w trakcie obróbki warsztatowej stali. 8 Zachowanie stali w trakcie cięcia termicznego Blachy grube i duże elementy konstrukcji są z reguły cięte przy zastosowaniu metod termicznych. W trakcie cięcia termicznego, cięte krawędzie oraz stal na głębokości kilku milimetrów od krawędzi podlegają obróbce cieplnej. Z powodu zmian mikrostruktury tworzą się strefy o mniejszej i większej twardości w strefie wpływu ciepła. 8.1 Procedury cięcia termicznego Powierzchnia stali w trakcie cięcia termicznego podlega krótkiemu nagrzaniu do temperatury topnienia. Po przecięciu, krawędź cięcia podlega intensywnemu chłodzeniu, o ile nie jest kontrolowana intensywność chłodzenia. Wpływ ciepła jest porównywalny do strefy wytworzonej w trakcie spawania. Krawędź cięcia podlega hartowaniu. Zbyt twarde krawędzie mają niską ciągliwość i są podatne na kruche pękanie. Miękka strefa tworzy się zaraz za strefą twardą, rysunek 16. Strefa miękka powstaje w wyniku rekrystalizacji mikrostruktury. Twardość i szerokość obu stref uzależniona jest od metody i parametrów cięcia. 19

Rysunek 16 Cięta termicznie stal trudnościeralna, grubość blachy 6 mm Rozkład twardości w strefie wpływu ciepła po cięciu termicznym. Kształt wykresu rozkładu twardości zależy od gatunku stali, metody cięcia i parametrów cięcia. 500 Twardość HBW 450 400 350 300 Laser Plazma Cięcie ogniowe 0 1 2 3 4 5 6 7 Odległość od krawędzi cięcia, mm 8.2 Kontrola twardości powierzchni poprzez podniesienie temperatury pracy W trakcie cięcia termicznego zalecana jest kontrola twardości krawędzi cięcia. Zachowanie niskiej maksymalnej twardości zapobiega tworzeniu się pęknięć na krawędzi cięcia. W celu kontroli utwardzania krawędzi można zastosować podgrzewanie. Rekomendowane temperatury pracy dla cięcia termicznego pokazane są na rysunku 17. Rysunek 17 Stale Raex. Rekomendowane temperatury pracy dla cięcia termicznego C +200 Maksimum 220 C Cięcie termiczne Temperatura pracy C +200 +150 +150 +100 +100 +50 Raex 500 Raex 450 Raex 400 +50 Minimum 20 C 10 20 30 40 Grubość blachy, mm Można uniknąć podgrzewania, jeżeli stosowana jest wystarczająco niska prędkość cięcia, a dysze i maszyny dobrane są w odpowiedni sposób. W celu ustalenia najlepszej metody cięcia, polecamy kontakt z naszym Działem Wsparcia Technicznego i producentem urządzeń do cięcia. 8.3 Zapobieganie spadkowi twardości w trakcie cięcia termicznego Energia wprowadzona w trakcie cięcia dużych elementów konstrukcji rozchodzi się swobodnie w stali. Powoduje to intensywne chłodzenie strefy wpływu ciepła i ogranicza jej szerokość. Jednak w trakcie cięcia blach o grubości do 30 mm, odległość pomiędzy liniami cięcia musi wynosić co najmniej 200 mm, aby uniknąć spadku wytrzymałości w całej blasze. Można również wykorzystać kolejność cięcia w celu ograniczenia wprowadzenia nadmiaru ciepła. 20

Obniżenie przekroju elementu konstrukcji i blachy powoduje spadek twardości. Przy małych przekrojach, energia generowana przez metodę cięcia i możliwe podgrzewanie zbiera się w mniejszej objętości, co powoduje spadek intensywności chłodzenia. Spośród wszystkich metod cięcia termicznego, laser i plazma powodują najmniejszy spadek wytrzymałości w zakresie obsługiwanych grubości. Strefa wpływu ciepła dla lasera i plazmy jest znacznie węższa niż dla cięcia ogniowego, co pokazano na rysunku 16. Cięcie ogniowe oraz plazmą z łukiem krytym umożliwia tak efektywną kontrolę strefy wpływu ciepła, że metody te pozwalają ciąć dowolne przekroje i grubości stali. Najlepszą metodą kontroli spadku wytrzymałości w okolicach krawędzi cięcia jest stosowanie metod nie termicznych - cięcie wodą. 8.4 Praktyczne porady dotyczące cięcia termicznego Badanie zostało przeprowadzone w hucie Ruukki w Raahe, luty 2011. Wymiary badanych blach: 12 x 1000 x 2000, 21 x 1000 x 1600 i 40 x 1000 x 2000 mm. Rysunek 18 Czas potrzebny na podniesienie temperatury blachy od - 20 0 C do +20 0 C +25 +20 +15 +10 Temperatura, C +5 0-5 -10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 24-15 -20-25 Temperatura w hali t 1 = 12 mm t 2 = 21 mm t 3 = 40 mm Czas, h Wyniki badań pokazane na rysunku 18 dają następujące czasy potrzebne do uzyskania temperatury pokojowej: około 8 godzin dla 12 mm blachy około 12 godzin dla 21 mm blachy około 17 godzin dla 40 mm blachy. Powierzchnia i środek blachy rozgrzewają się z niewielką różnicą intensywności. Należy jednak pamiętać, że grube i duże blachy leżące na sobie, będą się rozgrzewały znacznie wolniej. Jako podstawową zasadę można przyjąć, że blacha o wymiarach 2000 x 6000 przechowywana w temperaturze poniżej 0 0 C, potrzebuje 24 godzin do osiągnięcia temperatury pokojowej. Porady praktyczne: Stale hartowane nie powinny być cięte termicznie bezpośrednio po przeniesieniu z chłodnego magazynu. Przed cięciem, zimne blachy powinny być pozostawione do uzyskania temperatury pokojowej w całym przekroju. Należy przenieść blachy z chłodnego magazynu do hali produkcyjnej na dzień przed rozpoczęciem pracy. Należy przechowywać zimne blachy na drewnianych belkach. Zimna blacha 40 mm (-20 o C) ogrzewa się do temperatury pokojowej (+20 o C) w ciągu około 24 godzin. W trakcie cięcia grubych blach należy zastosować podwyższoną temperaturę pracy, zgodnie z rysunkiem 17. Krawędzie uzyskane w trakcie cięcia termicznego muszą być bezwzględnie usunięte przez szlifowanie. 21

NOTATKI 22

NOTATKI 23

Ruukki jest ekspertem w dziedzinie metali, na którym możesz polegać zawsze, kiedy potrzebujesz zastosować materiały, komponenty, systemy lub kompletne rozwiązania oparte na metalach. Ciągle rozwijamy nasze działania i ofertę produktów, aby być bliżej Twoich potrzeb. MPL-00.000 PL-09.2011 / Art&Print Sp. z o.o. Ruukki Polska Sp. z o.o. Biuro Handlowe ul. Jaktorowska 13, 96-300 Żyrardów 46 85 81 700 46 85 81 709 Biuro Handlowe i Centrum Serwisowe w Obornikach Wielkopolskich ul. Łukowska 7/9, 64-600 Oborniki 61 296 88 00 61 296 84 10 Biuro Handlowe ul. Chorzowska 50, 40-121 Katowice 32 781 50 50 32 256 21 56 www.ruukki.pl www.ruukki.pl/specialsteels Dział Wsparcia technicznego Marcin Dworecki - marcin.dworecki@ruukki.com Copyright 2011 Rautaruukki Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone. Ruukki, Rautaruukki, More With Metals są zarejestrowanymi nazwami Rautaruukki Corporation.