Zavarljivost nelegiranih čelika

Nelegirani čelici. Najvažniji prateći element kod nelegiranih konstrukcijskih čelika je ugljik. Njegov se sadržaj kreće u granicama 0.1 - 0.6 %. Sadržaj ostalih pratećih elemenata se orjentacijski kreće do: 0.5 % Si 0.1 % Al 0.8 % Mn 0.1 Ti 0.05 % S 0.25 Cu (iz otpada pri dobivanju čelika) 0.05 % P

Za razliku od nelegiranih čelika niskolegirani čelici sadrže do 5% legiranih elemenata (Ni, Cr, Mo, V i drugi), a visokolegirani čelici preko 5%.

Postupci dobivanja čelika: Thomas, Siemens - Martin, elektropostupak, propuhavanje kisikom određuju sastav i svojstva čelika, te njegovu zavarljivost. Postupak Thomas je ekonomičan, ali daje čelik s povišenim sadržajem N i P.

S obzirom na dodatke za dezoksidaciju: Si, Mn, Al mogu se proizvesti u čeličani:

· Neumireni čelik, bez dezoksidacije, s nepoželjnim segregacijama, ali mekanom površinom pogodnom za duboko vučenje. Ova vrsta čelika je najjeftinija.

· Poluumireni s djelomičnom dezoksidacijom. Ima manje izražene segregacije.

· Umireni čelici se umiruju s dezoksidantima u dovoljnim količinama.

· Posebno umireni čelici osim Si sadrže Al kao dezoksidant. Al2O3 služi kao tvorac klica kristalizacije i dobiva se sitnozrnati čelik s dobrom udarnom žilavosti, otpornosti starenju, jer se dušik veže u aluminij nitrid. Sadržaj Al mora biti veći od 0.02%.

Pri dobivanju numirenih čelika talina je nemirna, jer se razvijaju plinovi, CO, a u manjoj mjeri i SO2 uzrokovani reakcijama:

FeO + C = Fe + CO

2FeO + FeS = 3Fe + SO2

Ingoti pri dobivanju neumirenih čelika sadrže poroznost, koji se toplim valjanjem zavare i ne uočavaju se kasnije. Također, neumireni čelici imaju izažene segregacije.

Tablica. Primjer različitog kemijskog sastava površinskog sloja i unutrašnjosti neumirenog čelika.

 

P %

S %

Prosječni sadržaj

0.07

0.05

Površinski sloj

0.04

0.02

Unutrašnjost

0.20

0.12

Pri zavarivanju srednjih slojeva (unutrašnjosti) materijala, zbog visokog sadržaja P i S javljaju se teškoće: pukotine, poroznost, starenje, krhkost materijala.

Umireni čelici su skuplji, jer je manje iskorištenje ingota (zbog izgubljene glave), ali je zavarljivost bolja i posebno je bolja udarna žiilavost, odnosno žilavost loma.

Da se izvrši smanjenje sadržaja nepoželjnih plinova: H, O i N može se rastaljeni čelik otplinjavati vakuumom. U svrhu prečišćavanja čelika od raznih nečistoća već odlivene gredice se pretaljuju postupcima: pod troskom, plazmom, snopom elektrona ili elektrolučno u vakuumu. Ovakovi čelici su čišći, otporni na trganje u slojevima i s boljim mehaničkim svojstvima.

Za dobro zavarljive čelike se smatraju oni koji sadrže C < 0.25%. Za čelike s C > 0.25% je zavarljivost uvjetna, pa je potrebno provoditi određene mjere da se smanji vjerojatnost pojave pukotina i da se postignu zadovoljavajuša svojstva.

Kao potrebne mjere za kvalitetno zavarivanje nelegiranih konstrukcijskih čelika se predviđa:

a) Predgrijavanje. Na temperaturu predgrijavanja utječu osim %C i sadržaj ostalih elemenata, debljina stijenke, upetost i sadržaj difuzijskog vodika, pa treba dodatno koregirati temperaturu predegrijavanja.

Tablica. Temperatura predgrijavanja To pri zavarivanju nelegiranih čelika

C %

To, °C

0.20 - 0.30

100 - 150

0.30 - 0.45

150 - 275

0.45 - 0.8

275 - 425

b) Zavarivati s većim unošenjem topline. Eef = , J/mmTo se postiže manjom brzinom zavarivanja, jačom strujom, većim promjerom elektrode ili poprečnim osciliranjem. Rezultat je smanjenje zakaljivanja odnosno tvrdoće ZUT i ZT, manja vjerojatnost pojave hladnih pukotina. Većim unošenjem topline se postiže isto djelovanje na brzinu hlađenja kao predgrijavanjem.

c) Primjena bazičnih elektroda, koje daju veću istezljivost i udarnu žilavost, pa time i manju mogućnost pojave pukotina.

          d) Oblikovanje konstrukcije treba smanjiti upetost, debljinu i diskontinuitete (koncentraciju naprezanja). Sadržaj S i P mora biti što manji. Obično se ograničava sadržaj na 0.05%P i 0.05%S. Današnji čelici sadrže obično ispod 0.035% P i isto toliko S, pa se može postaviti ova vrijednost kao maksimalna dozvoljena za dobru zavarljivost. Posebnim rafiniranjem je moguće je smanjiti sadržaj S na najviše 0.001% S. Ovakovi čisti čelici su otporni na pojavu toplih pukotina, pukotina zbog korozije uz naprezanje i na trganje u slojevima.

        e) Popuštanje zaostalih napetosti za deblje zavarene proizvode, kada se javljaju opasna zaostala troosna naprezanja i sklonost krhkom lomu. Popuštanje zaostalih naprezanja toplinskom obradom se provodi obično na 550 - 650 oC. Popuštanje zaostalih naprezanja je moguće provoditi i mehaničkim obradama: vibracijama, prenaprezanjem i eksplozijom.

Spriječavanje krhkog loma. Sklonost krhkom lomu je uvjetovana:

· svojstvima materijala (prelazna temperatura, starenje),

· stanje radnih naprezanja, (troosno stanje naprezanja, povećava sklonost krhkom lomu),

· zaostala naprezanja; najopasnija su troosna, koja se javljaju, ako je debljina zavara (lima) veća od 25 mm (ili >38 mm ovisno o propisima), pa se preporučuje popuštanje zaostalih naprezanja, da se smanji sklonost krhkom lomu;

· koncentracija naprezanja, greške zavarenih spojeva,

· niske temperature.

Pogodnim izborom materijala, oblikovanjem konstrukcije ispravnom tehnologijom i propisanim uvjetima eksploatacije moguće je izbjeći krhki lom. Inicijacija krhog loma je najčešće uzrokovana greškama zavarenih spojeva. Poznati su krhki lomovi brodova, mostova i na drugim većim objektima.

Udarna žilavost po Charpy ili žilavost loma KIC, CTOD, JIC su najbolji pokazatelji otpornosti krhkom lomu, a treba ih odrediti za OM, ZT i ZUT. Najniže vrijednosti moraju biti iznad zahtjevanih vrijednosti za osiguranje od pojave krhkog loma (napr. 35 J/cm2 ili 0.25 mm CTOD pri najnižoj temperaturi eksploatacije).

Povratak na početnu stranicu - povratak na popis pitanja iz Zavarivanja I !!