NAUKA∗ISTRAŽIVANJE∗RAZVOJ SCIENCE∗RESEARCH∗DEVELOPMENT ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2004), str. 53-60 53 S. Cvetkovski, V. Grabulov, D. Slavkov, J. Magdeski KARAKTERISTIKE ZAVARENOG SPOJA MIKROLEGIRANOG ČELIKA U ZAVISNOSTI OD PARAMETARA ZAVARIVANJA I TERMIČKE OBRADE NAKON ZAVARIVANJA PROPERTIES OF MICROALLOYED STEEL WELDED JOINTS IN DEPENDANCE OF WELDING PARAMETARS AND PWHT Originalni naučni / Original scientific paper UDK/UDC: 621.791.754.051:669.15'74'24'292 Rad primljen / Paper received: Avgust 2003. Adresa autora / Author's addres: Sveto Cvetkovski, Dragan Slavkov, Jon Magdeski Tehnološko-metalurški fakultet, Skopje Vencislav Grabulov Vojnotehnički institut, Beograd Ključne reči: Mikrolegirani čelik, ZUT, predgrevanje, unos toplote Keywords: Microalloyed steel, HAZ, preheating, heat input Izvod U radu je prikazan uticaj parametara zavarivanja, temperature predgrevanja i otpuštanja na mehaničke osobine zavarenih spojeva mikrolegiranog čelika Mn-Ni- V. Zavarivanje je izvedeno elektrolučnim postupkom pod prahom i zavarivane su tri serije proba. Zavarivanje je vršeno sa unosom toplote od 2 kJ/mm, zatim sa predgrevanjem od 150 0 C i sa unosom toplote od 3 kJ/mm. Deo uzoraka je dodatno otpuštan na temperaturi od 580 0 C/2h. Na uzorcima iz zavarenih spijeva ispitivane su zatezne osobine, udarna zilavost i tvrdoća. Takodje je vršena simulacija Šarpi uzoraka na simulatoru zavarivanja i to zone porasta zrna u ZUT-u. Obavljena su i metalografska ispitivanja, zatim ispitivanja na SEM - u i TEM -u. Izvršena ispitivanja su pokazala da se bolje mehaničke osobine dobijaju ako je zavarivanje vršeno sa nižim unosom toplote. Predgrevanje nije pokazalo značajan uticaj na osobine zavarenog spoja. Pokazalo se da otpuštanje nakon zavarivanja poboljšava osobine osnovnog metala i ZUT-a. Abstract In this paper influence of welding parameters (heat input), preheating temperature, and stress relieving to the mechanical properties of welded joints made of microalloyed Mn-Ni-V steel was investigated. Welding was realized by submerged arc welding process. Three series of welding were done: Welding with heat input of 2 kJ/mm, welding under the same conditions as in seria I but with preheating of base metal at 150 0 C and welding with heat input of 3kJ/mm. Part of welded plates were additionally heat-treated at temperature of 580 0 C/2h. Specimens for mechanical testing, toughness testing and hardness measurement were prepared. Simulation of Charpy specimens for testing of coarse grained HAZ was made too. Besides metalographic, SEM and TEM investigations were also done. Performed investigations showed that better mechanical properties were obtained if welding was done with lower heat input. Preheating didn’t show significant influence to the welded joints properties. But it was confirmed improving properties after heat treatment of base metal and HAZ. UVOD Potreba masovnije primene čelika povišene čvrstoće u zavarenim konstukcijama najviše je doprinela pojavi mikrolegiranih čelika, a poslednjih decenija postignut je značajan napredak u njihovom razvoju [1]. Pored razvoja poboljšanih mikrolegiranih čelika, feritno- perlitna klasa mikrolegiranih čelika još uvek ima veliku primenu u izradi zavarenih konstrukcija [2-4]. Njihove glavne odlike su visoke vrednosti napona tečenja, niska prelazna temperatura krtosti, pogodnost za oblikovanje, kao i prilično dobra zavarljivost. Postizanje željenih osobina kod ovih čelika ostvaruje se uglavnom na dva načina: usitnjavanjem zrna i taložnim ojačavanjem [5]. U oba slučaja, značajnu ulogu imaju čestice taloga mikrolegirnih elemenata [6,7]. Medjutim, dobra kombinacija mehaničkih osobina se ipak može u velikoj meri narušiti pri procesima zavarivanja topljenjem. Zbog toga je kod proučavanja stukturnih promena u zavarenom spoju, interesovanje istraživača tesno povezano sa parametrima zavarivanja t.j. količinom unete toplote. Kao najznačajniji problemi koji se javljaju u toku zavarivanja su pojava neravnotežnih struktura, pre svega gornjeg beinita, okrupnjavanje zrna i taloženje čestica mikrolegirnih elemenata po granicama zrna. Za poboljšanje osobina zavarenih spojeva [8-11] veoma je bitna termička obrada nakon zavarivanja, zbog relaksacije zaostalih napona, poboljšanja mikrostrukture, smanjenja opasnosti od krtog loma, smanjenja koncentracije difundovanog vodonika i postizanja dimenzionalne stabilnosti. Medjutim, pokazalo se da termička obrada posle zavarivanja može dovesti do pogoršanja osobina zavarenog spoja [12-13].
U radu je prikazan uticaj parametara zavarivanja, temperature predgrevanja i otpuštanja na mehaničke osobine zavarenih spojeva mikrolegiranog čelika Mn-Ni-V. Zavarivanje je izvedeno elektrolučnim postupkom pod prahom i zavarivane su tri serije proba. Zavarivanje je vršeno sa unosom toplote od 2 kJ/mm, zatim sa predgrevanjem od 1500C i sa unosom toplote od 3 kJ/mm. Deo uzoraka je dodatno otpuštan na temperaturi od 5800C/2h. Na uzorcima iz zavarenih spijeva ispitivane su zatezne osobine, udarna zilavost i tvrdoća. Takodje je vršena simulacija Šarpi uzoraka na simulatoru zavarivanja i to zone porasta zrna u ZUT-u. Obavljena su i metalografska ispitivanja, zatim ispitivanja na SEM -u i TEM -u. Izvršena ispitivanja su pokazala da se bolje mehaničke osobine dobijaju ako je zavarivanje vršeno sa nižim unosom toplote. Predgrevanje nije pokazalo značajan uticaj na osobine zavarenog spoja. Pokazalo se da otpuštanje nakon zavarivanja poboljšava osobine osnovnog metala i ZUT-a.
Abstract
In this paper influence of welding parameters (heat input), preheating temperature, and stress relieving to the mechanical properties of welded joints made of microalloyed Mn-Ni-V steel was investigated. Welding was realized by submerged arc welding process. Three series of welding were done: Welding with heat input of 2 kJ/mm, welding under the same conditions as in seria I but with preheating of base metal at 150 0C and welding with heat input of 3kJ/mm. Part of welded plates were additionally heat-treated at temperature of 580 0C/2h. Specimens for mechanical testing, toughness testing and hardness measurement were prepared. Simulation of Charpy specimens for testing of coarse grained HAZ was made too. Besides metalographic, SEM and TEM investigations were also done. Performed investigations showed that better mechanical properties were obtained if welding was done with lower heat input. Preheating didn’t show significant influence to the welded joints properties. But it was confirmed improving properties after heat treatment of base metal and HAZ.
UVOD Potreba masovnije primene čelika povišene čvrstoće u zavarenim konstukcijama najviše je doprinela pojavi mikrolegiranih čelika, a poslednjih decenija postignut je značajan napredak u njihovom razvoju [1]. Pored razvoja poboljšanih mikrolegiranih čelika, feritno-perlitna klasa mikrolegiranih čelika još uvek ima veliku primenu u izradi zavarenih konstrukcija [2-4]. Njihove glavne odlike su visoke vrednosti napona tečenja, niska prelazna temperatura krtosti, pogodnost za oblikovanje, kao i prilično dobra zavarljivost. Postizanje željenih osobina kod ovih čelika ostvaruje se uglavnom na dva načina: usitnjavanjem zrna i taložnim ojačavanjem [5]. U oba slučaja, značajnu ulogu imaju čestice taloga mikrolegirnih elemenata [6,7]. Medjutim, dobra kombinacija mehaničkih osobina se ipak može u velikoj
meri narušiti pri procesima zavarivanja topljenjem. Zbog toga je kod proučavanja stukturnih promena u zavarenom spoju, interesovanje istraživača tesno povezano sa parametrima zavarivanja t.j. količinom unete toplote. Kao najznačajniji problemi koji se javljaju u toku zavarivanja su pojava neravnotežnih struktura, pre svega gornjeg beinita, okrupnjavanje zrna i taloženje čestica mikrolegirnih elemenata po granicama zrna. Za poboljšanje osobina zavarenih spojeva [8-11] veoma je bitna termička obrada nakon zavarivanja, zbog relaksacije zaostalih napona, poboljšanja mikrostrukture, smanjenja opasnosti od krtog loma, smanjenja koncentracije difundovanog vodonika i postizanja dimenzionalne stabilnosti. Medjutim, pokazalo se da termička obrada posle zavarivanja može dovesti do pogoršanja osobina zavarenog spoja [12-13].
54 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2004), str. 53-60
EKSPERIMENT Materijal Predmet istraživanja je mikrolegirani Mn-Ni-V čelik. Od navedenog materijala, kao uzorak, pripremljene su ploče dimenzija 1200x330x25mm. Ivice ploča su mašinski obradjene u simetrični X-žljeb, čije su dimenzije prikazane na slici 1a. Za zavarivanje eksperimentalnih ploča korišćena je žica EPP 2 Ni u kombinaciji sa praškom OP121 TT (Železara Jesenice). Prašak je sušen na temperaturi od 300 00C/2h.
Zavarivanje Zavarivanje je izvedeno na uredjaju za elektrolučno zavarivanje pod prahom. Uticaj brzine hladjenja na osobine zavarenog spoja je praćen preko količine unete toplote pri zavarivanju. U tom cilju izvedene su tri serije zavarivanja:
I serija: zavarivanje sa količinom unete toplote od 2 kJ/mm;
II serija: zavarivanje pod istim uslovima kao u prvoj seriji, ali sa predgrevanjem na temperaturi od 150 00C/2h; III serija: zavarivanje sa količinom unete toplote od 3 kJ/mm.
Zavarivanje je izvedeno sa 6 prolaza, po tri sa svake strane. Redosled zavarivanja prikazan je na slici 1b. Količina linijski unete toplote je odredjena izrazom:
Q = U*I*60/v
gde je:
Q – količina linijski unete toplote, kJ/mm; U – napon luka, V; I – jačina struje zavarivanja, A; v – brzina zavarivanja, cm/s.
Parametri zavarivanja su prikazani u tabelama 1 i 2. Nakon zavarivanja jedan deo uzoraka je termički tretiran na temperaturi od 580 0C/2h (SR), a ostalo je ispitivano u polaznom stanju (AW).
Slika 1 Oblik i dimenzije žljeba a) i redosled nanošenja slojeva b)
Tabela 1 Parametri zavarivanja za seriju I i II
Parametri zavarivanja Broj prolaza
I II III i IV V i VI
U – napon luka, V 26 26 31 30
I – jačina struje zavarivanja, A 610 650 600 600
v – brzina zavarivanja, cm/s 55 55 52 50
Q – količina unete toplote, kJ/mm 1.75 1.84 2.14 2.16
ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2004), str. 53-60 55
REZULTATI ISPITIVANJA Odredjivanje hemijskog sastava Odredjivanje hemijskog sastava osnovnog materijala (OM) - mikrolegiranog čelika i metala šava (MŠ) su izvedena na emisionom spektrometru tipa “SPECTRO”, a dobijeni rezultati su dati u tabeli 3.
Ispitivanje zateznih karakteristika Za ispitivanje zateznih karakteristika OM korišćene su standardne epruvete isečene paralelno sa pravcem valjanja i poprečno na pravac valjanja. Dobijeni rezultati su prikazani u tabeli 4.
Ispitivanje udarne žilavosti Ispitivanjem udarne žilavosti obuhvaćeni su OM, zona pod uticajem toplote (ZUT) i simulirani uzorci od OM. U tom cilju pripremljene su standardne CVN epruvete. Ispitivanje udarne žilavosti OM izvedeno je na epruvetama sa zarezom lociranim u pravcu valjanja i
poprečno na pravac valjanja, kako u polaznom stanju tako i nakon termičke obrade. Ispitivanja su izvedena na +20, 0, –20, -40 i –60 0C. Rezultati ispitivanja su prikazani na slikama 2 i 3.
Ispitivanje žilavosti ZUT je izvedeno na realnim i simuliranim uzorcima. Kod realnih uzoraka zarez je lociran u krupnozrnom području ZUT što je prikazano na slici 4, a ispitivanje je izvedeno na temperaturi od +20 i –60 0C. Rezultati ispitivanja su prikazani u tabeli 5. Simulirani uzorci od OM su tretirani na simulatoru za zavarivanje tipa “SMITWELD LS 1402”. Pri tome, namera je bila da se sagledaju mehaničke i mikrostrukturne osobine krupnozrnog područja u ZUT, u zavisnosti od brzine hladjenja. Odabrana je temperatura austenitizacije od 1350 0C, a vremena hladjenja u intervalu ∆t8/5 su 5, 15 i 25 s. Kod ovih uzoraka vršeno je razdvajanje ukupne energije žilavosti na energiju za stvaranje i energiju za širenje prsline. Rezultati ovih ispitivanja su prikazani u tabeli 6.
Slika 2 Udarna žilavost osnovnog materijala u AW i SR stanju (zarez normalan na pravac valjanja)
Slika 3 Udarna žilavost osnovnog materijala u AW i SR stanju (zarez paralelan sa pravcem valjanja)
Tabela 3 Hemijski sastav osnovnog materijala i metala šava (mas.%)
56 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2004), str. 53-60
Slika 4 Lokacija epruveta za ispitivanje udarne žilavosti ZUT
na realnim uzorcima
Tabela 5 Rezultati ispitivanja udarne žilavosti na realnim zavarenim spojevima
ZUT KV350/2 (J)
Tisp, 0C +20 -60
Serija I AW
Serija I SR
171
180
91
85
Serija II AW
Serija II SR
168
176
80
88
Serija III AW
Serija III SR
133
139
71
75
Tabela 6 Udarna žilavost simuliranih uzoraka
Udarna žilavost KV350/2 (J) Taust., 0C ∆t8/5, s
+20 0C -20 0C -60 0C
KVU KVS KVš KVU KVS KVš KVU KVS KVš
1350 25 26 15 11 20 15 5 10 6 4
1350 15 36 17 19 27 15 12 16 9 7
1350 5 51 25 26 39 24 15 20 14 6
Merenje mikrotvrdoće
Merenje mikrotvrdoće zavarenog spoja je izvedeno na metalografskim uzorcima. Merenja su vršena pomoću optičkog metalografskog mikroskopa pri uvećanju od x500. Primenjena je Vikersova metoda, tj. mereno je HV1, i to 2 mm ispod površine zavarenog spoja na uzorcima u AW i SR stanju. Rezultati merenja su prikazani na slici 5.
Izvršena su merenja tvrdoće i na simuliranim uzorcima, pripremljenim za metalografska ispitivanja, a izmerene vrednosti su prikazani u tabeli 7.
Makro i mikrostrukturna ispitivanja Na slici 6 (a i b) su prikazane makrofotogragfije prelomljenih Šarpi epruveta sa zarezom u ZUT ispitanih na +20 i –600C. Pomoću ovih fotogragfija utvrdjena je putanja širenja prsline od vrha zareza do loma epruvete. Zapaža se da nezavisno od temperature ispitivanja, prslina se ne zadržava u krupnozrnom području već preko sitnozrnog i interkritičnog područja prelazi u osnovni materijal.
Na slici 7 je prikazana mikrostruktura OM, mikrolegiranog Mn-Ni-V čelika, dok su karakteristična područja ZUT-a prikazana na slici 8 (a-c). Mikrostruktura nastala simulacijom osnovnog materijala na temperaturi od 1350 0C i sa vremenom hlađena t8/5 od 5, 15 i 25 s je prikazana na slikama 9 a)-c).
Slika 5 Mikrotvrdoća zavarenog spoja u polaznom (AW) i termički obradjenom (SR) stanju, (serija I)
Tabela 7 Mikrotvrdoća simuliranih uzoraka
Taus, 0C Vreme ∆t8/5, s Tvrdoća Z HV0.01 Sred. vrednost
ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2004), str. 53-60 57
Elektronska mikroskopija obuhvata ispitivanja na transmisionom elektronskom mikroskopu (TEM), tipa JEOL 7A, gde je za pripremu uzoraka korišćena tehnika grafitnih replika i na skening elektronskom mikroskopu (SEM), tipa JEOL 733.
Mikrostruktura OM u polaznom stanju je prikazana na slikama 10 a) i b), a mikrostruktura OM nakon termičke obrade na slici 10 c).
TEM fotografije interkritičnog i krupnozrnog područja je prikazana na slikama 11 a) i b).
TEM mikrofotografije simuliranog krupnozrnog područja ZUT za vreme hladjenja t8/5 od 5 i 25 prikazana je na slikama 12 a) i b), a istaloženi karbidi kod uzorka sa t8/5 od 25 s, sa slike 12 b) mogu se videti na slici 12 c). Razlike u tipu preloma kod ova dva simulirana uzorka mogu se videti na slikama 13 a) i c).
a) b)
Slika 6 Makrofotografije prelomljenih Šarpi epruveta sa zarezom u ZUT a) tisp +20 0C b) tisp -60 0C
Slika 7 Mikrostruktura osnovnog materijala mikrolegiranog Mn-Ni-V
čelika, uvećanje 500X
a) b) c) Slika 8 Karakteristična područja ZUT: a) interkritično, b) sitnozrno, c) krpunozrno, uvećanje 500X
a) b) c)
Slika 9 Simulirano krupnozrno područje ZUT Taus = 1350 0C, a) ∆t8/5 = 5 s, b) ∆t8/5 = 15 s, c) ∆t8/5 = 25 s, uvećanje 500X
a) b) c) Slika 10 Mikrostruktura osnovnog materijala a) u polaznom (AW) stanju, TEM, uvećanje 20000X, b) istaložene vanadijumove
čestice u feritu, TEM uvećanje 5000 X, c) termički tretirano (SR) stanje, TEM uvećanje 20000X
58 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2004), str. 53-60
a) b)
Slika 11 Mikrostruktura sa TEM a) interkritičnog područja ZUT, b) krupnozrnog područja ZUT, uvećanje 5000X
DISKUSIJA
Iz tabele 3 se može videti da je OM mikrolegirani vanadijumov čelik sa sadržajem 0.15% V i 0.15%C. Prisustvo mangana od 1.5% doprinosi izrazito trakastoj feritno-perlitnoj mikrostrukturi OM, slika 7. Prethodna saznanja ukazuju da mangan u prisustvu veće koncentracije sumpora stvara mangan sulfidne uključke koji su veoma plastični i koji se lako izdužuju u pravcu valjanja [14]. Medjutim, zbog slabe veze na granici uključak/matrica lako dolazi do stvaranja prslina, što se može videti i na prelomnoj površini, slici 14 a). Takodje, sa mikrofotografije (slika 14 b) se vidi da duž samih traka veoma lako dolazi do cepanja u OM, što doprinosi sniženju energije za plastičnu deformaciju OM. U ovom slučaju nije se došlo do takvih saznanja, verovatno zbog mnogo veće čistoće ispitivanog čelika u pogledu sumpora. Drugi način za rešavanje ovog problema je vezivanje sumpora u obliku sferičnih uključaka.
Treba istaći da nije zapažen uticaj pravca valjanja kao i termičke obrade nakon zavarivanja na zatezne karakteristike OM. Pri ispitivanju udarne žilavosti OM, u skladu sa očekivanjima, veće vrednosti su dobijene kod epruveta sa zarezom normalnim na pravac valjanja, jer je u ovakvim slučajevima širenje prsline praćeno većim utroškom energije. Sa dijagrama (sl.2 i 3) se može videti i pozitivan uticaj termičke obrade nakon zavarivanja na žilavost osnovnog materijala. U prilog tome pokazuju i TEM mikrofotografije, slika 10 a) i 110c). Analizom mikrofotografija dolazi se do sledeće konstatacije: Mikrostuktura OM u AW stanju (sl. 10 a) je feritno perlitna.
Jasno se vide feritna zrna i perlitne kolonije, koje su veoma dobro oformljene sa pravilno poredjanim cementitnim lamelama. Prisustvo karbida i drugih faza po α/α granicama zrna je vrlo malo. Sa slike 10 b) se vidi da se u osnovnom materijalu u AW stanju zapaža prisustvo fino dispergovanih čestica u feritnoj osnovi, najverovatnije vanadijumovih, jer je ovaj mikrolegirni element prisutan u OM. Za razliku od niobijuma i titana, kod povoljnih brzina hladjenja vanadijum se taloži u feritnoj osnovi u obliku fino dispergovanih koherentnih čestica koje povećavaju čvrstoću OM.
Usled termičke obrade (sl.10 c) dolazi do delimičnog raspada perlita. Pravilnost lamela je narušena, a zapaža se njihovo skraćenje i sferoidizacija. Prečnik kolonija je smanjen, što je verovatno i osnovni razlog za poboljšanje žilavosti osnovnog materijala. Zapaža se i veće prisustvo sekundarnih faza po α/α granicama, od kojih je jedan deo verovatno rezultat raspada perlitnih kolonija. Drugi zaključak koji se nameće je da je smanjeno prisustvo vanadijumovih čestica najverovatnije rezultat njihovog delimičnog rastvaranja usled termičke obrade.
Generalni zaključak koji proizilazi iz ispitivanja žilavosti ZUT na realnim epruvetama je da su dobijene veoma visoke vrednosti, čak i na temperaturi ispitivanja od –60 0C. Najviše vrednosti su dobijene kod serije I t.j. kod zavarivanja sa manjom količinom unete toplote. Medjutim, nije zapažen uticaj temperature predgrevanja na žilavost ZUT. Može se uočiti pozitivan uticaj termičke obrade nakon zavarivanja koji je izraženiji na temperaturi ispitivanja od +20 0C. Kao što se može videti iz dijagrama na slici 5, termička obrada doprinosi sniženju tvrdoće zavarenog spoja u celini, a najviše ZUT.
a) b) c)
Slika 12 Mikrostruktura simuliranog krupnozrnog područija ZUT, Taus = 1350 0C, a) ∆t8/5 = 5 s, uvećanje 5000 X, b) ∆t8/5 = 25 s, uvećanje 5000 X, c) istaloženi karbidi, ∆t8/5 = 25 s, uvećanje 20000X
ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2004), str. 53-60 59
a) b)
Slika 13 Prelom Šarpi epruvete simulirane na Taus = 1350 0C, a) ∆t8/5 = 5 s, b) ∆t8/5 = 25 s, uvećanje 1000X
Dobijene vrednosti za žilavost ZUT na temperaturi ispitivanja od -60 0C su veoma bliske vrednostima dobijenim kod ispitivanja žilavosti OM. Na prvi pogled su možda dobijene vrednosti iznenadjujuće. Medjutim, sasvim logično objašnjenje daju makrostrukturne fotografije kod kojih se vidi da i pored toga što se vrh zareza nalazi u krupnozrnom području, prslina veoma brzo prelazi preko sitnozrnog i interkritičnog područja u OM. Drugim rečima, kod ispitivanja žilavosti ZUT na realnim epruvetama praktično dobijamo neku srednju vrednost za žilavost svih područja kroz koje prolazi prslina, a ne samo krupnozrnog u kome je lociran vrh zareza.
Ako uporedimo vrednosti za žilavost ZUT na realnim i simuliranim uzorcima zapaža se da se kod simuliranih uzoraka uvek dobija niža žilavost, što je u skladu sa literaturnim saznanjima, jer u ovom slučaju postoji čisto homogeno mikrostrukturno područje, što nije slučaj sa realnim uzorcima [15-18]. Razdvajanje ukupne žilavosti energije ukazuje da je potrebna veća energija za stvaranje prsline, u odnosu na energiju za njeno širenje.
Na optičkom mikroskopu su identifikovana karakteristična područja ZUT na realnom zavarenom spoju iz serije I. Najbliže OM je interkritično područje (sl.8a) ili područje nepotpune γ/α transformacije, u kome se OM zagreva izmedju A1 i A3 temperatura. Kao rezultat nepotpune transformacije, perlit i deo ferita se transformišu u sitnozrni austenit. Usled naknadnog hladjenja ferit ostaje nepromenjen, dok se austenit transformiše u sitnozrni perlit [19]. To se veoma lepo vidi i na TEM mikrografiji na slici 11b). Sledeće je sitnozrno područje koje se sastoji od sitnih ekviosnih zrna beinitnog ferita i nešto malo perlita.
Najbliže granici topljenja je krupnozrno područje sa glavnom feritno-beinitnom i Widmanstaten-ovom strukturom. Na TEM fotografiji (sl.11b) je prikazan deo krupnozrnog područja. Zapaža se da u mikrostrukturi dominira ferit koji je u obliku zrna i iglica. U feritu se zapaža mali broj relativno krupnih vanadijumovih čestica. Može se reći da je ovo područje bilo zagrejano nešto ispod 1050 0C, jer se smatra da su iznad ove temperature vanadijumove čestice praktično potpuno rastvorene u feritu.
Na slikama 9a) - 9c) je prikazana mikrostruktura simuliranih uzoraka hladjenih različitim brzinama. Iako je u svim slučajevima u pitanju igličasta mikrostruktura, postoji razlika u prisutnim mikrokonstituentima. Tako, kod uzorka (sl.9a) hladjenog sa najvećom brzinom (∆t8/5 = 5 s) martenzit je grupisan u vidu paketa sa različitom orijentacijom. Ovaj uzorak se karakteriše i najvećom tvrdoćom. Kod uzorka (sl. 9c) hladjenog sa najmanjom brzinom (∆t8/5 = 25 s) došlo je do izrazitog okrupnjavanja primarnog austenitnog zrna, a dominantni mikrokonstituent je gornji beinit, što je osnovni faktor sniženja žilavosti [20 i 21]. Ovaj uzorak ima najnižu tvrdoću i, kako se vidi sa slike, zapaženo je izdvajanje usmerenih karbida dužine oko 1000 i širine oko 100 nm (sl.12c). U prilog tome govore TEM mikrofotografije na slikama 12 a) i b). Ako uporedimo prelomljene Šarpi epruvete ovih uzoraka može se uočiti velika razlika u tipu preloma. Naime, kod uzorka hladjenog većom brzinom (sl. 13a) je tipičan kvazikristalni krti lom, koji se karakteriše boljom žilavošću u odnosu na uzorak hladjen manjom brzinom, gde je dominantan cepanjem transkristalni krti lom (sl. 13b).
a) b)
Slika 14 Prelom sa Šarpi epruvete (SEM) osnovnog materijala sa izduženim uključkom a) i širenje prsline u osnovnom materijalu b); [14]
60 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (2/2004), str. 53-60
ZAKLJUČCI
Generalni zaključak ispitivanja žilavosti ZUT na realnim epruvetama je da su dobijene veoma visoke vrednosti, čak i na temperaturi ispitivanja od -60 0C. Najviše vrednosti se dobijaju kod serije I t.j. pri zavarivanju sa najmanjom količinom unete toplote (2 kJ/mm).
Temperatura predgrevanja od 150 0C (serija II) ne pokazuje uticaj na žilavost ZUT.
Ispitivanja žilavosti na simuliranim uzorcima su takodje pokazala da se bolje vrednosti za krupnozrnu zonu ZUT dobijaju pri manjoj količini unete toplote t.j. većim brzinama hladjenja ∆t8/5 = 5s. Dobijene vrednosti za udarnu žilavost su dosta niže od onih na realnim zavarenim spojevima, zbog toga što se simuliranjem obrazuje sintetička homogena struktura što nije slučaj kod ZUT kod realnih zavarenih spojeva.
Makrofotografije prelomljenih Šarpi epruveta sa zarezom u ZUT pokazuju da se prslina prostire od krupnozrnog područja, preko sitnozrnog područja u osnovni materijal, što bi značilo da se dobija neka srednja vrednost za žilavost svih područja kroz koje prolazi prslina.
Termička obrada nakon zavarivanja ima pozitivan uticaj na žilavost kako osnovnog materijala, tako i ZUT.
LITERATURA
[1] Michael Korchynsky: New trends in Science and Technology of Microalloyed Steels, UMETCO Mineral Corporation Pitsburg PA, USA
[2] W. Roberts: Recent Inovations in Alloy Design and Processing of Microalloying Steels, ASM HSLA steels technollogy and applications Conference, Philadelphia, 1983
[3] J. H. Gross, R. D. Stout, E. J. Czyryca: Thermomechanical Properties of HY130 Steel, Welding Journal, April 1995
[4] P. L. Threadgill: The Influence of Steel Development on Weld Properties and Weldability, 567-579
[5] N. Yurioka: TMCP Steels and their Welding, IIW Doc IX -1739-94
[6] J. R. Paules and S. Fisher: Production and Properties of Low Carbon Steel with Ferrite-Pearlite Structure, JISI Vol. 2011963, p 944
[7] R. C. Cohrane, B. Mintz, J. L. Ward: Influence of Prior on Normalising Response of C-Mn-Al-Nb Steel after Controlled Rolling, Material Science and Technollogy, 1989, Vol. 5, 20-28
[8] Subcomitte on pressure vessel steels (The Japan preassure vessels research council): Characterisation of PWHT Behaviour of 500 N/mm2 class TMCP steels, IIW Doc IX-1689-92
[9] Czechoslovak delegation: Recommendation for PWHT of Welded Joints in Steel Pressure Vessels and other heavy duty Constructions, IIW Doc IX-1618-90, (IX-1581-89)
[10] H. Reynaldo, M. Costa, I. de S. Bott. C, R. Ouro: Evaluation of the Effect of Multiple PWHT on the Microstructure and Mechanical Properties of a Ferritic Weld metal, IIW Doc IIA-933-94
[11] Influence of a Welding Technology on Reduction of PWHT for Cr-Mo-V steels, IIW Doc IX-1617-90
[12] Th. Nitscke-Pegel, H. Wohlfarht: The Generation of Ressidual Stresses due the Joining processes, IIW Doc X-1275-93
[13] A. Dhooge, A. Vinkier: Reheat Cracking - a review of recent studies, IIW DocIX -1373-85
[14] S. Cvetkovski: Uticaj mikrostrukture na mehaničke osobine mikrolegiranog Mn-Ni-V čelika, Magistarska teza, Beograd, Maj 1993
[15] A. Imamovic: Uticaj termičkog zavarivačkog ciklusa na pojavu krtih područja u zoni uticaja toplote visokočvrstih čelika, Doktorska disertacija, Mostar, 1990
[16] A. Imamovic, V. Semjan: Simulacija toplinskih zavarivačkih ciklusa kao metoda za istraživanje zavarljivosti, Zavarivanje 34 (1991) 1/2 21-28
[17] M.Klipatrick: The application of thermal simulation techniques to properties of HAZ in high yield steels, A Research aplication Seminar, London, April 1972
[18] Dolby R. E., Widgery M. A.: The simulation of HAZ microstuctures, A Research aplication Seminar, London, April 1972
[19] ELEKTRODA - Zagreb: Priručnik za zavarivanje, Zagreb 1987
[20] R. Jamaba: Metallurgical Factors controlling HAZ Toughness in HT 80 steel, IIW Doc IX-1422-86
[21] P.Nevesmaa: Evaluation of HAZ toughness in low-carbon low impurity HT-50 and DQT HT80 TMCP Steel Weldments; IIW Doc IX-1769-94
![predavanje 5 2014-151].pdf · Reaktori s vrtložnim slojem katalizatora (eng. Fluidized-bed reactor) Katalizator je dispergiran u struji plina dimenzija zrna katalizatora: 0,01-1](https://static.documents.pub/doc/80x56/5e20b2abd7b18831856d349c/predavanje-5-2014-15-1pdf-reaktori-s-vrtlonim-slojem-katalizatora-eng-fluidized-bed.jpg)
