of 11 /11
6. Međunarodno znanstveno-stručno savjetovanje SBZ 2011 SUVREMENE TEHNOLOGIJE I POSTUPCI PRI IZRADI TLAČNE OPREME, ZAVARENIH METALNIH KONSTRUKCIJA I PROIZVODA Slavonski Brod, 26. – 28. listopad 2011. ZAVARLJIVOST RAZNOVRSNIH ČELIKA I PRIMJENA SCHAEFFLER-OVOG DIJAGRAMA DISSIMILAR STEELS WELDABILITY AND SCHAEFFLERS DIAGRAM APPLICATION Branko MATEŠA 1) , Ivan SAMARDŽIĆ 1) , Marko DUNĐER 2) Ključne riječi: zavarljivost, raznovrsni čelici, Schaeffler-ov dijagram Key words: weldability, dissimilar steels, Schaefflers diagram Sažetak: U radu je iznijet osvrt na zavarivanje raznovrsnih čelika. Analizirani su tehnološki i metalurški zahtjevi glede njihovog zavarivanja. Naglašena je prisutnost određenih poteškoća te istaknute smjernice za moguća rješenja pri zavarivanju raznovrsnih-raznorodnih čelika. Posebno je prikazana primjena Schaeffler-ovog strukturnog dijagrama te prethodna procjena strukture zavara u cilju pravilnog izbora dodatnog materijala, parametara i postupka zavarivanja. Abstract: The paper presents review on dissimilar steel welding. Technological and metallurgical requirements are regarding on welding analyzed. The presence of certain difficulties is emphasized and directives are for possible solution at dissimilar steel welding pointed out. Especially is presented Schaefflers structural diagram application and previous estimation weld structure regarding on correct selection of welding consumable materials as well as welding process parameters. 1) J. J. Strossmayer University of Osijek, Faculty of Mechanical Engineering in Slavonski Brod, Slavonski Brod, Croatia 2) University of Rijeka, Politechnika Department of Philosophy Faculty, Rijeka, Croatia 233-243 233

zavarljivost raznovrsnih čelika i primjena schaeffler-ovog dijagrama

Embed Size (px)

Text of zavarljivost raznovrsnih čelika i primjena schaeffler-ovog dijagrama

  • 6. Meunarodno znanstveno-struno savjetovanje SBZ 2011 SUVREMENE TEHNOLOGIJE I POSTUPCI PRI IZRADI TLANE OPREME,

    ZAVARENIH METALNIH KONSTRUKCIJA I PROIZVODA Slavonski Brod, 26. 28. listopad 2011.

    ZAVARLJIVOST RAZNOVRSNIH ELIKA I PRIMJENA SCHAEFFLER-OVOG DIJAGRAMA

    DISSIMILAR STEELS WELDABILITY

    AND SCHAEFFLERS DIAGRAM APPLICATION

    Branko MATEA1), Ivan SAMARDI1), Marko DUNER2)

    Kljune rijei: zavarljivost, raznovrsni elici, Schaeffler-ov dijagram Key words: weldability, dissimilar steels, Schaefflers diagram Saetak: U radu je iznijet osvrt na zavarivanje raznovrsnih elika. Analizirani su tehnoloki imetalurki zahtjevi glede njihovog zavarivanja. Naglaena je prisutnost odreenih potekoa teistaknute smjernice za mogua rjeenja pri zavarivanju raznovrsnih-raznorodnih elika. Posebno je prikazana primjena Schaeffler-ovog strukturnog dijagrama te prethodna procjena strukturezavara u cilju pravilnog izbora dodatnog materijala, parametara i postupka zavarivanja. Abstract: The paper presents review on dissimilar steel welding. Technological and metallurgical requirements are regarding on welding analyzed. The presence of certain difficulties is emphasized and directives are for possible solution at dissimilar steel weldingpointed out. Especially is presented Schaefflers structural diagram application and previousestimation weld structure regarding on correct selection of welding consumable materials aswell as welding process parameters.

    1) J. J. Strossmayer University of Osijek, Faculty of Mechanical Engineering in Slavonski Brod, Slavonski Brod, Croatia 2) University of Rijeka, Politechnika Department of Philosophy Faculty, Rijeka, Croatia

    233-243 233

  • The 6th International scientific-professional conference SBW 2011 MODERN TECHNOLOGIES AND PROCESSES IN PRODUCTION OF PRESSURE

    EQUIPMENT, WELDED METAL CONSTRUCTIONS AND PRODUCTS Slavonski Brod, 26 28 October, 2011

    1. UVOD

    U postrojenjima procesne kemijske, energetske te nuklearne industrije postoje razliiti uvjeti rada opreme koja je izloena bitno razliitim razinama mehanikih i toplinskih naprezanja kao i razliitom korozijskom okoliu.

    Da bi se zadovoljili konstrukcijski i gospodarski zahtjevi u takvim uvjetima radaprimjenjuju se razliite vrste materijala koje pri ugradnji iziskuju primjenu raznorodnih spojeva.Suvremena strojogradnja, a naroito izradba energetskih, kemijskih i postrojenja za preradbunafte primjenjuje najrazliitije kombinacije elika i drugih metala.

    Kako je pri izradbi postrojenja kao i tijekom njihovog odravanja u radu zavarivanjeosnovni oblik spajanja posebice je potrebno istaknuti sloenost zadae zavarivanja razliitih-raznovrsnih elika.

    Osim zavarivanja prisutno je i navarivanje, oblaganje platiranje gdje je osnovna ideja osigurati mehaniku otpornost (nosivost) s pomou jeftinijeg niskougljinog (nelegiranog ili niskolegiranog) elika, a povrinu tog nosivog dijela konstrukcije protiv kemijske agresijenerazdvojivo obloiti platirati metalnim korozijski postojanim materijalom.

    Danas se iz raznovrsnih i platiranih materijala izrauju reaktori i izmjenjivai topline ukemijskoj industriji, generatori pare i reaktori u energetici i atomskoj tehnici, tlani spremnici za skladitenje agresivnih kemikalija kao i cjevovodi veih promjera i debljina stjenke. 1.1 Klasifikacija zavarenih konstrukcija iz raznovrsnih elika

    Jedna od moguih klasifikacija zavarenih konstrukcija iz raznovrsnih (raznorodnih) elikaprikazana je na slici 1 [6].

    Slika1: Prikaz osnovnih naina podjela zavarenih konstrukcija iz raznovrsnih elika

    234 B. Matea, I. Samardi, M. Duner: Dissimilar steels weldability and Schaefflers diagram application

  • 6. Meunarodno znanstveno-struno savjetovanje SBZ 2011 SUVREMENE TEHNOLOGIJE I POSTUPCI PRI IZRADI TLANE OPREME,

    ZAVARENIH METALNIH KONSTRUKCIJA I PROIZVODA Slavonski Brod, 26. 28. listopad 2011.

    Navedene klasifikacije predstavljaju osnovne naine podjele zavarenih konstrukcija iz

    raznorodnih elika. Naravno da je ovisno o posebnostima radnih uvjeta (temperatura, agresivnost okolia)

    mogue unutar navedenih grupa provesti i daljnju klasifikaciju. 2. TEHNOLOKI ZAHTJEVI GLEDE ZAVARIVANJA RAZNOVRSNIH ELIKA

    Tehnologija zavarivanja raznorodnih elika je daleko sloenija od one elika iste strukturne

    klase. Ova sloenost je rezultat zavarivanja elika razliitih strukturnih, mehanikih i fizikalno-kemijskih svojstava a to se iskazuje kemijskom i strukturnom raznorodnou unutar zavarenogspoja. Navedeni faktori imaju odluujuu ulogu pri izboru postupka zavarivanja, tehnike iizbora dodatnog materijala. Odabrana tehnologija takoer treba smanjiti difuziju ugljika u zonistaljivanja tijekom zavarivanja te mogue toplinske obradbe. Posebnu panju kod zavarivanja raznorodnih elika treba usmjeriti na predgrijavanje osnovnih materijala prije zavarivanja kao ina toplinsku obradbu nakon zavarivanja.

    Jedan od osnovnih imbenika koje treba ocijeniti pri izboru dodatnog materijala zazavarivanje odnosno postupka zavarivanja je stupanj protaljivanja (mijeanja). Stupanj protaljivanja () odreuje se kao udio osnovnog metala u sastavu zavara:

    ,)( mn

    n+

    = % (1)

    gdje je: n udio protaljenog osnovnog metala u zavaru, m udio nataljenog metala u zavaru.

    Pri zavarivanju raznovrsnih elika stupanj protaljivanja (penetracije,mijeanja) treba biti tomanji pri emu bi se suzila prijelazna zona te smanjila kemijska raznorodnost. 2.1 Izbor postupka zavarivanja

    U primjenjive postupke zavarivanja za spajanje elika razliitih strukturnih vrsta ubrajajuse: postupci zavarivanja taljenjem (REL, MIG, MIG prakom punjenom icom, EPP, EPP

    trakom, TIG) s rasponom stupnja mijeanja prikazanim u tablici 1. postupci zavarivanja taljenjem s vrlo niskim razrjeenjem mijeanjem metala zavara

    (postupci s pulsirajuim lukom, zavarivanje elektronskim mlazom, zavarivanje laserom), postupci spajanja bez taljenja (zavarivanje trenjem, zavarivanje eksplozijom i difuzijsko

    spajanje mekim i tvrdim lemljenjem).

    Bez obzira na izbor postupka zavarivanja raznorodnih elika, nuno je odabrati takvu tehnologiju zavarivanja koja jami malo protaljivanje mijeanje (penetraciju) rastaljenog dodatnog materijala s osnovnim na strani raznorodnog spoja. Ovo je potrebno osigurati kako bise sprijeio nastanak krhkih struktura i posljedinih pukotina u prijelaznom sloju posebno ako jerije o zavarivanju austenitnog korozijski postojanog elika s ugljinim feritno-perlitnim elikom.

    B. Matea, I. Samardi, M. Duner: Zavarljivost raznovrsnih elika i primjena Schaeffler-ovog dijagrama 235

  • The 6th International scientific-professional conference SBW 2011 MODERN TECHNOLOGIES AND PROCESSES IN PRODUCTION OF PRESSURE

    EQUIPMENT, WELDED METAL CONSTRUCTIONS AND PRODUCTS Slavonski Brod, 26 28 October, 2011

    Tablica 1: Prikaz veliina stupnja protaljivanja (mijeanja) kod nekih postupaka zavarivanja taljenjem [9]

    2.2 Izbor dodatnog materijala

    Kakvoa i svojstva zavarenog spoja, a naroito spoja raznovrsnih elika u velikoj mjeri ovise o izboru dodatnog materijala. Svojstva osnovnih materijala u spoju raznorodnih elika seznatno razlikuju a to oteava izbor dodatnog materijala. Ovisno o vrsti elika koji se zavaruje kao i uvjeta rada, dodatni materijal moe po svom sastavu biti blizak nie odnosno vielegiranom osnovnom materijalu ili se moe razlikovati od oba.

    Najvanije je osigurati zadovoljavajuu vrstou zavara koja ne bi smjela biti nia od vrstoe nie legiranog elika. Pravilan izbor dodatnog materijala treba osigurati minimalno ilipotpuno iskljuenje pojave difuzijskih slojeva krhkih struktura kao i moguih pukotina. Uglavnom sva struna literatura za zavarivanje feritno-perlitnih elika s austenitnim korozijski postojanim elikom preporuuje primjenu austenitnog dodatnog materijala [2, 6, 8, 9]. Primjenom ovog tipa dodatnog materijala postiu se zadovoljavajua mehanika i strukturna svojstva zavara. Njegova uporaba s porastom legirajuih elemenata sniava stupanj protaljivanja (penetracije, mijeanja).

    Pri uporabi feritno-perlitnog dodatnog materijala, na strani austenitnog korozijski postojanog materijala, dolazi do znatno veeg protaljivanja. To se objanjava niim talitem kao i niom toplinskom provodljivou austenitnog u odnosu na feritno-perlitni elik. Ve kod neznatnog protaljivanja austenitnog elika u perlitnim zavarima uoava se pojava krhke martenzitne strukture sklone pukotinama tako da se stoga primjena feritno-perlitnog ugljinog dodatnog materijala pri zavarivanju raznorodnih elika ne preporuuje.

    Prijelazna zona od niskolegiranog materijala prema austenitnom metalu zavara e imatitakav sastav koji e uzrokovati stvaranje martenzita. Uporabom dodatnog materijala s osnovom nikla irina martenzitne zone moe biti smanjena, to je naroito bitno kod konstrukcijanamijenjenih za rad na povienim i visokim temperaturama.

    Bez obzira na potrebu kontrole protaljivanja neki drugi imbenici bitni za ovu posebnostmogu takoer utjecati na izbor metala zavara. Ako su npr. talita elika koji se zavaruju vrlo razliita (to je sluaj s feritno-perlitnim i austenitnim elikom), temperatura skruivanja metalazavara treba biti u osnovi blia onoj od elika s niom temperaturom taljenja. U protivnom, ako je temperatura skruivanja metala zavara bitno premauje temperaturu skruivanja jednekomponente mogua je pojava toplih pukotina u zoni utjecaja topline (ZUT) materijala koja seposljednja skruuje.

    Openito, pri izboru dodatnog materijala kod zavarivanja raznorodnih elika treba voditirauna kako bi se osigurala traena struktura zavarenog spoja zadovoljavajuih mehanikih svojstava, otpornost prema selektivnoj i napetosnoj koroziji, niska osjetljivost na krhkost teotpornost na toplinski zamor.

    236 B. Matea, I. Samardi, M. Duner: Dissimilar steels weldability and Schaefflers diagram application

  • 6. Meunarodno znanstveno-struno savjetovanje SBZ 2011 SUVREMENE TEHNOLOGIJE I POSTUPCI PRI IZRADI TLANE OPREME,

    ZAVARENIH METALNIH KONSTRUKCIJA I PROIZVODA Slavonski Brod, 26. 28. listopad 2011.

    2.3 Zaostala naprezanja (napetosti) zavarenih spojeva i deformacije konstrukcija iz raznovrsnih elika

    Napetosti, kao stanje elastinih deformacija koje su uravnoteene unutar materijala, mogu nastati u zavarenom spoju raznorodnih elika: u tijeku zavarivanja, uslijed neravnomjerne raspodjele topline (toplinskog polja) pri

    zavarivanju te krutosti zavarenih elemenata koja sprjeava toplinske deformacije tako danastaju plastine deformacije (za jednoosno stanje naprezanja: TE = (2))

    kod postupka toplinske obradbe, u uvjetima rada pri ciklikoj promjeni temperature.

    Na nastajanje napetosti utjeu i mehanika i fizikalna svojstva elika koji se zavaruje, kao to su: koeficijent linearnog istezanja, toplinska vodljivost, modul elastinosti itd. Usporedna svojstva ugljinog i visokolegiranih elika prikazana su u tablici 2. Usporedbom koeficijenata linearnog istezanja elika razliite strukturne vrste, uoena je najvea razlika (35 %) izmeu elika austenitne i feritno-perlitne strukture. to je vea razlika u koeficijentima linearnogistezanja materijala koji se zavaruju bit e i vei stupanj nastalih napetosti.

    Uslijed znatne razlike u koeficijentima linearnog istezanja, pri toplinskoj obradbi radi uklanjanja napetosti dolazi do deformacije konstrukcije i do nastanka novih napetosti. Na nastanak novih napetosti moe takoer utjecati i znatna razlika u vrijednostima modulaelastinosti osnovnog materijala i metala zavara. Tablica 2 Prikaz svojstava razliitih vrsta elika [4].

    Tablica 2: Svojstva razliitih vrsta elika [4] VRSTA ELIKA SVOJSTVO

    AustenitniCr-Ni elici

    Feritni Cr

    elici

    MartenzitniCr

    elici

    Precipitacijom ovrstivi elici

    Ugljinielici

    Gustoa, /kg m-3 7800-8000 7800 7800 7800 7800 Koeficijent linearnog istezanja (0-500 C), /10-6 K-1 17,0-19,2 11,2-12,1 11,6-12,1 11,9 11,7

    Koeficijent toplinske vodljivosti (100 C), /W m-1K-1 18,7-22,8 24,2-26,3 28,7 21,8-23,0 60

    Specifini elektriki otpor /10-6m 69-102 59-67 55-72 77-102 12

    Specifini toplinski kapacitet (0-100 C), c/J kg-1K-1 460-500 460-500 420-460 420-460 480

    Vlani modul elastinosti, E/GPa 190-200 200 200 200 210 Podruje taljenja /C 1400-1450 1480-1530 1480-1530 1400-1440 1538

    U sluaju kombinacije feritno-perlitnog materijala i austenitnog metala zavara biljei se

    razlika od 10 % vrijednosti modula elastinosti u korist austenitnog metala zavara. Da bi sesprijeila pojava pukotina zbog napetosne korozije, raznovrsna konstrukcija izloena korozijskoj sredini treba biti prethodno zavarena s minimalnim napetostima.

    Kod zavarenih raznovrsnih spojeva kod kojih su izrazite razlike u koeficijentima linearnogistezanja za vrijeme rada mogu se pojaviti pukotine uslijed toplinskog zamora zbog ciklikihpromjena temperature (velike i este promjene). U tom sluaju preporua se takav izbordodatnog materijala iji je koeficijent linearnog istezanja priblino jednak onom kod ugljinogkonstrukcijskog elika (npr. nikal-legure). U tom sluaju najvia optereenja e se javljati na strani korozijski postojanog elika gdje e se zbog vie razine duktilnosti materijala ukupna

    B. Matea, I. Samardi, M. Duner: Zavarljivost raznovrsnih elika i primjena Schaeffler-ovog dijagrama 237

  • The 6th International scientific-professional conference SBW 2011 MODERN TECHNOLOGIES AND PROCESSES IN PRODUCTION OF PRESSURE

    EQUIPMENT, WELDED METAL CONSTRUCTIONS AND PRODUCTS Slavonski Brod, 26 28 October, 2011

    razina naprezanja sniziti plastinom deformacijom. 3. METALURKI ZAHTJEVI GLEDE ZAVARIVANJA RAZNOVRSNIH ELIKA 3.1 Difuzijski procesi

    Difuzija kao toplinski aktiviran transport-migracija atoma elemenata kroz materijal tenjezine posljedice imaju znatan utjecaj na kakvou zavarenog spoja raznovrsnih elika te na njegovu pouzdanost u radu. Procesi difuzije su mogui tijekom zavarivanja, toplinske obradbe i rada pri visokim temperaturama.

    Protok kroz materijal (masivni polikristalni materijal ) provodi se putem razliitih oblikadifuzije [12]: a) gibanje atoma kroz kristalnu reetku (volumna difuzija), b) difuzija po povrini ili povrinska difuzija, c) difuzija du granica kristala (zrna), d) difuzija du dislokacija i drugih povrinskih i linijskih nepravilnosti.

    Na visokim temperaturama je osim volumne difuzije zbog smanjenog volumena granicakristala i dislokacija prisutna i difuzija po granicama zrna.

    Posljedica difuzije i migracije najpokretljivijih elemenata, prvenstveno ugljika te ostalihkarbidotvornih elemenata (Cr, Mo, V) iz materijala s niim stupnjem legiranja u onaj s viim jestvaranje karbidima bogate zone niske plastinosti (pougljienje) u vie legiranom materijalu tezone s niskim sadrajem ugljika i niskom vrstoom (razugljienje) u nie legiranom materijalu posebno ako je zavareni spoj podvrgnut povienoj temperaturi kroz due vrijeme. Odvojeno odugljika, duik i kisik takoer migriraju prema vielegiranom materijalu tako da ispranjena zonapostaje ekstremno ista. Zbog toga temperatura rekrstalizacije pada na vrlo nisku razinu, koja je za feritni elik na oko 500 C. Premda ova zona nije jako iroka, ona moe imati nisku vlanu vrstou i tvrdou.

    Tendencija stvaranja dekarbonizirajue (razugljiene) zone, zbog vee topljivosti ugljika uaustenitu u odnosu na ferit, je snanija u feritno-austenitnim nego li u svim feritnim spojevima(slika2).

    ine se razni naini u cilju spreavanja migracije ugljika. Postoji nekoliko rjeenja u cilju smanjenja kemijske i strukturne heterogenosti spoja. legiranje ugljinog elika elementima koji stvaraju karbide, kao to su Ti i Nb a jai su

    karbidotvorci od Cr. Prisutnost ovih elemenata u ugljinom eliku utjee na vezivanjeugljika u stabilne karbide te se na taj nain sprijeava njegova difuzija u austenitni materijal.

    oblaganje strane ugljinog elika austenitnim materijalom ili uporaba materijal na osnovi nikla (razina difuzije u niklu je niska te je rast razugljienog sloja ogranien i nakon duegizlaganja visokim temperaturama).

    Navedena rjeenja kod zavarivanja raznovrsnih elika nisu dovoljno uinkovita posebno kad

    je rije o zavarivanju elika poviene vrstoe kao i konstrukcija koje su pri radu izloenepovienim temperaturama.

    Mehanika svojstva statiki optereenih zavarenih spojeva raznorodnih elikarazugljienjem nisu sniena ako je radna temperatura spoja ispod 300 C.

    Zbog mogue strukturne i kemijske heterogenosti kao i visokih napetosti toplinske naravi, uinkovito rjeenje pri zavarivanju raznovrsnih elika moe biti i primjena prijelaznih dijelova odgovarajueg presjeka (cijev, ploa, traka, ipka ).

    Uporaba prijelaznih elemenata je takvo rjeenje koje rezultira u zavarivanju elika jednakih strukturnih klasa.

    238 B. Matea, I. Samardi, M. Duner: Dissimilar steels weldability and Schaefflers diagram application

  • 6. Meunarodno znanstveno-struno savjetovanje SBZ 2011 SUVREMENE TEHNOLOGIJE I POSTUPCI PRI IZRADI TLANE OPREME,

    ZAVARENIH METALNIH KONSTRUKCIJA I PROIZVODA Slavonski Brod, 26. 28. listopad 2011.

    Slika 2: Prikaz struktura i zone pougljienja/razugljienja kod spoja niskolegiranog feritno-perlitnog s

    austenitnim korozijski postojanim elikom zavarenog REL postupkom austenitnom elektrodom s molibdenom[10, 11]

    3.3 Strukturna heterogenost i primjena Schaeffler-ovog dijagrama

    Konstruktivna i tehnoloka vrstoa i pouzdanost proizvoda iz raznovrsnih elika moe se osigurati samo ako u podruju zavarenog spoja nema krhkih meuslojeva.

    S obzirom na to, neophodno je kod izbora dodatnog materijala i odreivanja stupnja protaljivanja osnovnog materijala ispravno procijeniti strukturu i svojstva pojedinih zona spoja.Tako su kod zavarivanja niskolegiranih zakaljivih elika s austenitnim korozijski postojanimelicima bitni imbenici: 1) pravilan izbor dodatnog materijala u cilju sprjeavanja pojave toplih pukotina u austenitnom

    materijalu, 2) upravljanje procesima difuzije (migracije) elemenata iz niskolegiranog elika, preteito

    ugljika u zonu staljivanja u cilju sprjeavanja pojave krhkih meustruktura.

    Prvi imbenik odreuje kakvou dodatnog materijala, a drugi ograniava podruje primjene zavarenog spoja raznorodnih elika.

    Za praksu je od posebne vanosti predvidjeti strukturu koja bi nastala u spoju nakonzavarivanja raznovrsnih elika. Da bi predvidio metalurku mikrostrukturu iji nastanak se oekuje, Schaeffler (1949) je razvio strukturni dijagram koji je kasnije dopunio DeLong (slika 3)[1, 13].

    Schaeffler je (Cr) ekvivalentom izrazio utjecaj elemenata koji pospjeuju stvaranje ferita (-geni elementi), a (Ni) ekvivalentom utjecaj elemenata koji podupiru stvaranje austenita (-geni elementi).

    B. Matea, I. Samardi, M. Duner: Zavarljivost raznovrsnih elika i primjena Schaeffler-ovog dijagrama 239

  • The 6th International scientific-professional conference SBW 2011 MODERN TECHNOLOGIES AND PROCESSES IN PRODUCTION OF PRESSURE

    EQUIPMENT, WELDED METAL CONSTRUCTIONS AND PRODUCTS Slavonski Brod, 26 28 October, 2011

    Slika 3: Schaeffler-ov dijagram dopunjen DeLongom i M. C. T. Bystramom s prikazom podruja

    strukturne osjetljivosti te rafiranim podrujem prihvatljive zavarljivosti

    Vrlo je znaajna M. C. T. Bystram-ova dopuna Schaeffler-ovog strukturnog dijagrama s etiri linije koje oznaavaju etiri polja (slika 3). Osnovna strukturna podruja u Schaeffler-ovom strukturnom dijagramu su razgraniena pravcima i oznaena poetnim slovima nazivastrukture koja nastaje. Osnovni i dodatni materijal koji je u polju (1) na temperaturama 500 900 C sklon je pojavi krhke -faze. Meu austenitno-feritnim elicima naroito su skloni krhkosti oni s vie od 10 % -ferita (-faze). Materijali koji se prema (Cr)ekv. i (Ni)ekv. nalazeu polju (2) iznad 1250 C su skloni stvaranju toplih pukotina. Kao to je vidljivo na slici 3 ovo polje obuhvaa uglavnom materijale s austenitnom strukturom pa ukoliko se zavaruju s isto austenitnim dodatnim materijalom mogua je pojava toplih pukotina.

    Rjeenje je u zavarivanju ovih elika s dodatnim materijalom koji u strukturi metala zavaraosigurava 3 10 % ferita.

    U polju (3) se nalaze zavareni spojevi s krhkom martenzitno-austenitnom i martenzitno-feritnom strukturom te su izrazito skloni pojavi hladnih pukotina (ispod 400 C). Moguerjeenje problema je u predgrijavanju i naknadnoj toplinskoj obradbi arenjem. Polje (4) obuhvaa korozijski postojane elike s vrlo malim sadrajem ugljika. Pri temperaturi iznad 1100C izrazit je rast zrna to rezultira sklonou pojavi pukotina u zavaru i zoni utjecaja topline(ZUT) . rafirano podruje u dijagramu predstavlja podruje optimalnog sastava zavarenog spoja te dobre zavarljivosti.

    Odreena kakvoa elika, iji se kemijski sastav kree u normiranim granicama, moe se uSchaeffler-ovom dijagramu prikazati omeenim podrujem koje odreuje mogui poloaj elika konkretnog sastava. elik odreenog sastava kao i naneseni dodatni metal (navar ili isti zavar) odreeni su u dijagramu tokom iji je poloaj definiran njihovim Cr- i Ni-ekvivalentom (slika4).

    Strukturno stanje zavarenog spoja moe se pratiti na duini koja spaja toke osnovnog idodatnog metala. Podijelivi duine u postotne dijelove moe se u razmatranje unijeti imbenikstupnja protaljivanja (penetracije,mijeanja) s osnovnim metalom. Ako je npr. stupanj

    240 B. Matea, I. Samardi, M. Duner: Dissimilar steels weldability and Schaefflers diagram application

  • 6. Meunarodno znanstveno-struno savjetovanje SBZ 2011 SUVREMENE TEHNOLOGIJE I POSTUPCI PRI IZRADI TLANE OPREME,

    ZAVARENIH METALNIH KONSTRUKCIJA I PROIZVODA Slavonski Brod, 26. 28. listopad 2011.

    protaljivanja osnovnog kod runog elektrolunog zavarivanja (REL) 20 40 %, vrijednosti se mogu unijeti u dijagram (podebljana crta odsjeak a-b na duini O1-E slike 4).

    Slika 4: Prikaz primjene Schaeffler-ovog strukturnog dijagrama pri prethodnom odreivanju kemijske i

    strukturne heterogenosti slojeva zavara

    U korijenskom sloju (1) srednji sastav rastaljenih ivica lima odgovarat e toki A na duini O1-O2. Protaljivanje je kod austenitnog elika (O2) vee nego kod feritno-perlitnog elika (O1) zbog nie toplinske provodljivosti austenitnog elika te je stupanj protaljivanja za niskolegirani oko 40 % a za austenitni elik oko 60 %. Sastav i struktura korijenskog sloja (1) odreeni suodsjekom a-b na duini AE. Odsjeak c-d odreuje sastav metala sloja (2) koji nastaje protaljivanjem niskolegiranog feritno-perlitnog elika i korijenskog sloja (1).

    Duina BE odreena je na jednak nain kao i duina AE. Sloj (3) odreen je odsjekom e-fna duini CE, koji nastaje protaljivanjem austenitnog elika i korijenskog sloja (1).

    Vei broj istraivaa je u cilju poveanja tonosti primjene Schaefflerovog dijagramanastojao utvrditi utjecaj alfa-genih i gama-genih elemenata kroz izraun Creq i Nieq (tablica 3).

    Siewert/McCowan/Olsen objavljuju 1988. WRC dijagram koji predstavlja unaprjeenjeSchaeffler-ovog dijagrama. WRC dijagram preciznije odreuje sadraj alfa-faze (tzv. feritni broj FN). Kotecki i Siewert su 1992., dopunili WRC dijagram unosei utjecaj bakra. Bakar je dodanNi-ekv. s mnoiteljem 0,25 (slika 5).

    Glavne znaajke WRC dijagrama su: - drugaiji udjeli za neke elemente pri izraunavanju Cr- i Ni- ekvivalenta, - preciznije odreivanje ferita (0 100 FN), - dijagram je primjenjiv za elike sastava max. 10 %Mn, 3 %Mo, 0,2 %N i 1 %Si, - dijagram vrijedi za podruje (prozor) 17 31 %Cr-ekv. i 9 18 % Ni-ekv., - dijagram je puno precizniji nego Schaeffler-ov i De Long-ov strukturni dijagram.

    Kako je izvorno WRC dijagram namijenjen za podruje poveanog Cr-ekv. i Ni-ekv. potrebno ga je ugraditi u postojei Schaeffler-ov strukturni dijagram kako bi bilo mogue provoditi analizu.

    B. Matea, I. Samardi, M. Duner: Zavarljivost raznovrsnih elika i primjena Schaeffler-ovog dijagrama 241

  • The 6th International scientific-professional conference SBW 2011 MODERN TECHNOLOGIES AND PROCESSES IN PRODUCTION OF PRESSURE

    EQUIPMENT, WELDED METAL CONSTRUCTIONS AND PRODUCTS Slavonski Brod, 26 28 October, 2011

    Tablica 3: Pregled moguih izrauna za Creq i Nieq

    Autor God. Creq, % Nieq, %

    Schaeffler [12] 1949. Cr + Mo + 1,5Si + 0,5Nb Ni + 0,5Mn + 30C

    DeLong et al. [1] 1956. Cr + Mo + 1,5Si + 0,5 Nb Ni + 0,5Mn + 30C + 30N

    Hull [5] 1973. Cr + 1,21Mo + 0,48Si + 0,14Nb +

    +2,27V + 0,72W + 2,20Ti + +0,21Ta + 2,48Al

    Ni + (0,11Mn 0,0086Mn2) + +24,5C + 14,2N + 0,41Co + 0,44Cu

    Hammar and Svenson [3] 1979. Cr + 1,37Mo + 1,5Si + 2Nb + 3Ti Ni + 0,31Mn + 22C + 14,2N + Cu

    Siewert and Kotecki [7]

    (WRC-1992) 1992. Cr + Mo + 0,7Nb Ni + 35C + 20N + 0,25Cu

    Slika 5: WRC1992 dijagram [7]

    4. ZAKLJUAK

    Zadovoljavajua zavarljivost raznovrsnih elika je s obzirom na razliitost kako osnovnog tako i dodatnog materijala izrazito zahtjevna zadaa. Uz konstrukcijske zahtjeve posebno trebaistaknuti tehnoloke kao i metalurke zahtjeve pri izvedbi takvih spojeva postupcimazavarivanja taljenjem. Pri svim aktivnostima trebamo imati na umu potrebu niskog unosa topline niskog stupnja mijeanja kao i smanjenje difuzije atoma karbidotvornih elemenata tezavarivanje s minimalnim napetostima. Posebno podruje zanimanja bi trebalo biti toplinskaobradba zavarenih spojeva raznovrsnih elika. Ispravnim izborom dodatnog materijala za zavarivanje, postupka zavarivanja i uporabom Schaeffler-ovog i WRC1992 strukturnog dijagrama mogue je smanjiti sklonost otvrdnjavanju, krhkosti i pukotinama. Naravno i dalje suprisutni izazovi ponaanja raznovrsnih spojeva u radu kao to su napetosna korozija i zamor.

    242 B. Matea, I. Samardi, M. Duner: Dissimilar steels weldability and Schaefflers diagram application

  • 6. Meunarodno znanstveno-struno savjetovanje SBZ 2011 SUVREMENE TEHNOLOGIJE I POSTUPCI PRI IZRADI TLANE OPREME,

    ZAVARENIH METALNIH KONSTRUKCIJA I PROIZVODA Slavonski Brod, 26. 28. listopad 2011.

    5. LITERATURA [1] DeLong, W. T., G. A. Osram, G. A., Szumachowski, E. R. "Measurement and Calculation

    of Ferrite in Stainless Steel Weld Metal", Welding Journal, Vol 35, Nov. 1956, pp. 521s-528s.

    [2] Folkhard, E., Pertender, E., Schabereiter, H., Toesch, J. "Metallurgie der Schweissung nichtrostender Staehle", Springer Verlag ,Wien 1984.

    [3] Hammar, O., Svensson, U. "Influence of Steel Composition on Segregation and Microstructure During Solidification of Austenitic Stainless Steels", Solidification and Casting of Metals, The Metals Society, London, pp. 401-410, 1979.

    [4] Hrivnak, I. "Theory of weldability of metals and alloys", Materials science monography 74, Elsevier, 1992.

    [5] Hull, F.C., "Effect of Delta Ferrite on the Hot Cracking of Stainless Steel", Welding Journal, 46, Sept. 1967., pp. 399s-409s.

    [6] Jaki, S. "O zavarivanju raznorodnih elika", Zavarivanje, 1, Zagreb,1969, str. 2-12. [7] Kotecki, D. J. T. A. Siewert, "WRC-1992 Constitution Diagram for Stainless Steel Weld

    Metals: A Modification of the WRC-1988 Diagram", Welding Research Supplement, May 1992., pp. 171s-177s.

    [8] Kralj, S.; Andri, . "Osnove zavarivakih i srodnih postupaka", FSB, Zagreb,1992. [9] Lukaevi, Z. "Zavarivanje", SF, Slavonski Brod, 1998. [10] Matea, B. "Istraivanje utjecaja parametara arenja na strukturna svojstva runo

    elektroluno zavarenog spoja raznorodnih elika - I. dio", Zavarivanje, 34, 1991, svibanj-kolovoz 3/4, str. 67-75.

    [11] Matea, B. "Istraivanje utjecaja parametara arenja na strukturna svojstva runoelektroluno zavarenog spoja raznorodnih elika II. dio", Zavarivanje, 35, broj 1, veljaa1992., str. 5-13.

    [12] Novosel, M., Krumes, D. "Posebni elici", SF, Slavonski Brod, 1998. [13] Schaeffler, A. L. "Constitution Diagram of Stainless Steel Weld Metal", Metal Progress,

    56, November 1949., pp. 680-680B.

    B. Matea, I. Samardi, M. Duner: Zavarljivost raznovrsnih elika i primjena Schaeffler-ovog dijagrama 243

    /ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /CropGrayImages true /GrayImageMinResolution 300 /GrayImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageMinDownsampleDepth 2 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /CropMonoImages true /MonoImageMinResolution 1200 /MonoImageMinResolutionPolicy /OK /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /CheckCompliance [ /None ] /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputConditionIdentifier () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName () /PDFXTrapped /False

    /CreateJDFFile false /Description > /Namespace [ (Adobe) (Common) (1.0) ] /OtherNamespaces [ > /FormElements false /GenerateStructure false /IncludeBookmarks false /IncludeHyperlinks false /IncludeInteractive false /IncludeLayers false /IncludeProfiles false /MultimediaHandling /UseObjectSettings /Namespace [ (Adobe) (CreativeSuite) (2.0) ] /PDFXOutputIntentProfileSelector /DocumentCMYK /PreserveEditing true /UntaggedCMYKHandling /LeaveUntagged /UntaggedRGBHandling /UseDocumentProfile /UseDocumentBleed false >> ]>> setdistillerparams> setpagedevice