Mil

N. Yurioka (Japan)

•TMCP CELICII NJIHOVa ZAVARIVANJE*

IIW IllS

1. UVOD

TMCP (terrnornehanicki kontrolisani proces),proces kontrolisanog toplog valjanja, pra6enogubrzanim hladenjem na istoj liniji, prvi put je primenjen uproizvodnji limova 1980. godine. Od tada, mnogi tipovi ioblici celika, ukljucujuci Iimove, profile i nerdaju6ecelike, proizvode se pornocu TMCP. Ubrzano hladenjeojacava celike i smanjuje upotrebu legiraju6ihelemenata za otvrdnjavanje, sto ima za rezultatsmanjenje sklonosti ka otvrdnjavanju i samim timpoboljsao]e zavarljivosti. Ipak, TMCP celici se ponekadrazlikuju u hemijskom sastavu od konvencionalnihcelika, i mogu biti osetljivi na neke tipove terrnickeobrade.

Razvijeni su razliciti novi pokazateiji zavarljivostiTMCP celika. Oni ukljucuju tvrdocu ZUT, omek5avanjeZUT, hladne prsline, zilavost ZUT, termicku obraduposle zavarivanja, zilavost metala sava i prsline priojacavanju. Sve ove osobine se vise iii manje odnose nasklonost ka otvrdnjavanju ZUT. Ovaj prikaz da]ediskusiju 0 ovim osobinama, sa glavnom temom:otvrdnjavanje ZUT. Zbog toga, namena ovog rada je dapomogne inzenjerirna zavarivanja da na pravi nacinodaberu tipove celika i uslove zavarivanja za odredenucelicnu konstrukciju.

2. TMCP CELICI

2.1. Istorijat TMCP

Na 51. 1 je data klasifikacija postupaka toplogvaljanja celicnih Iimova u odnosu na terrnicku istoriju.Kontrolisano valjanje (CR) je 1970-tih godina uglavnomkorisceno za proizvodnju limova od kojih se izradujucevi. Kod procesa CR topic valjanje se izvodi iskljucivona temperaturama na kojima ne dolazi do rekristalizacijeaustenita, odmah iznad temperature transformacije(Ar3) . Koncentrisanim valjanjem u ovom temperaturnompodrucju, koje je nize nego kod konvencionalnih celika,postize se rafinacija mikrostrukture topic valjanih limova.Neki mikrolegiraju6i elementi, kao 5tO su molibden,niobijum, vanadijum i titan, sire temperaturnu oblast ne­rekristalizovanog austenita. Sta vise, ovi elementi sunuzni u CR procesu, a od njih se najcesce upotrebljavaniobijum.

Poznato je da brzina hladenja tokomtransformacije utice na rnetalurske mikrostrukturetransformisanih celika. Ovaj koncept je prvi putrealizovan 1935. godine pri procesu ponovljenogkaljenja (RO) [1]. Dakle, ponovljeno kaljenje i otpustanje

(ROT) je omogu6ilo proizvodnju celika povisenecvrstoce sa odlicnorn zilavcscu. Tokom 1962. godine,ubrzano hladenje na valjaonicko] pruzi u kontinualnimtoplim valjaonicama Iimova, uspesno je primenjeno uUjedinjenom Kraljevstvu [2]. Ovo je bila originalnatehnologija ubrzanog hladenja na Iiniji toplog valjanja(AcC).

TMCP je kombinovana tehnologija CR i AcC. Ovatehnologija [e prvi put uvedena u industrijsku primenu uJapanu 1980. godine. TMCP omogu6ava istovremenukontrolu ne samo brzine hladenja, vee i pocetne izastojne temperature rashladne vode. Omogu6ava cak ikontrolu u zeljenom nivou odnosa sastava produkatatransformacije, kao sto su ferit, perl it, beinit i martenzit, iproizvodnju celicnih limova sa zelienorn ravnotezorncvrstoce i zilavosti. Zbog mogu6nosti proizvodnje celilcasa promenljivim izborom rnehanickih osobina, TMCP jeomogu6io proizvodnju celicnih traka, profila inerdaju6eg cehka, koji se razlikuju od obicnih limova.

2.2. Lim

TMCP procesom, jednim od AcC tipa, proizvedenisu limovi zatezne cvrstoce (Rm) klase 490 MPa i nekilimovi sa Rm590 MPa proizvedeni su ovim procesom.Klase celicnih limova sa Rm490 MPa se metaiursktsastoje od ferita-beinita iii ferita-perlita, ojacanihtransformacijom na nizo] temperaturi i ve6im sadrzajernrastvorenog ugljenika u feritnoj osnovi, zavisno odubrzanog hladenja. Sta vise, u TMCP celicirna legirajuCielementi mogu biti redukovani do sadrza]a kojiodgovara prirastu cvrstoce dobijenim pornocu TMCP.Kao sto je prikazano na sl. 2, u TMCP celicirnaekvivalent ugljenika se rnoze smanjiti za 0.04 do 0.08%od normalizovanih celika u klasi iste cvrstoce [3].

Metalurske strukture TMCP celika su veomarafinirane u poredenju sa konvencionalnim celicirna, kaosto je dato na sl. 3. Ovo rezultuje u znacajno pove6anjezilavosti osnovnog materijala. Na primer, kod celikaRm490 MPa proizvedenog TMCP za upotrebu naoffshore-konstrukcijama, prelazna temperatura krtogloma po Charpy-ju (VTrs) ide do -100DC. To jepoboiisanje u prelaznoj temperaturi za 60DC, u odnosuna normalizovani celik istog nivoa cvrstoce. Celici zaupotrebu na niskim temperaturama, kao sto je upotrebaza skladistenje tecnoq naftnog gasa (TNG), treba dazadrze odredeni kapacitet koji ce spreciti da krti 10mpropagira u osnovni materijal. Kao sto je pokazano nasl. 4 [4]. u rezuitatima ESSO ispitivanja JIS SLA360(ROT) i niobijumskog celika za lezajeve, TMCP (CR-

* IIS/IIW-1251-94 (ex doc. IX-1739-94) objavljen u Welding in the World VoL 35, No.6, pp. 375-390,1995.

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str. 37-54 37

MIZIIW IllS----8----RQ

----- AC l

noccaco'(3c(])

~~

AR(Valjano)

N(Normalizovano)

RQ-T(Ponovo zagrevano

- otpusteno)

CR CR AcC CR-DQ CR-DLQ

CR(Kontrolisano valjano)

CR-AcC(Kontrolisano valjano- ubrzano hiadeno)

DQ-T(Direktno kaljeno

- otpusteno)

DLQ-T(Lamelarno

kaljeno)

Slika 1. Istorija toplotne obrade procesa vru6eg valjan limova

Debljina lima 50 do 100 mm

600

550

C?a.. 5006CIl-00

450~>

>UCIlc 400N(])

;rs<'i 350'c(])

>U2c

30000-CIlz

250

.32 .36 .40 .44

CE =C+Mn/6+( Cr +Mo +V) 15 +(Ni + Cu ) 115

Slika 2. Odnos izmedu ekvivalenta ugljenika i cvrstoce TMCPcelika i konvencionalnih celika [8]

AcC) celika za skladisne rezervoare za TNG, TMCPpokazuju znacajno poboljsanje osobina vezanih zanastanak loma. Ovo je rezultat toga sto se rafinisanazrna transforrnisu iz izduzenih deformisanih zrna, usledtoplog valjanja na temperaturama ne-rekristalizovanogaustenita.

Kao sto 6e se kasnije diskutovati, kod celika zaizradu cevi znacajno se smanjuje sadrza] ugljenika,uglavnom radi izbegavanja nastanka prslina uslednaponske korozije u ZUT tokom eksploatacije. Uodnosu na ovo, upotreba TMCP je bitna za proizvodnjucelika za izradu cevi. Osim toga, vodonikom izazvaneprsline (HIC), razlicite od prslina u ZUT izazvanihnaponskom korozijom, se zapaZaju kod celika za cevikoje se eksploatisu u uslovima sa bogatim vlaZnim H2S(gas iii ulje). Sredina sa tecnirn H2S, omogu6ava ulazakvodonika u cellk, iniciraju6i HIC oko ukljucaka u cellku,HIC obicno propagiraju cuz segregacija, kao sto superlitne trake. Kao sto je prikazano na rnetalursko]strukturi sa sl. 3, TMCP celici se rnetalurski karakterisumalim brojem perlitnih traka. To je zbog smanjenjasamog ugljenika i sto ubrzano hladenje ne dajedovoljno vremena ugljeniku da se difunduje u oblikperlita. Oakle, osobina otpornosti na HIC je znacajnopoboljsana kod TMCP celika.

38 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str, 37-54

•MIZ IIW IllS

100

500

50

CRKontrolisano

valjano

\\\ \ CR-AcC\ \ Kontrolisano valjano\\\~ - ubrzano hladeno

\ \\ \~ \

\\\

\ \\\

6 7

Hectprocna vrednost apsolutne temperature, 1000/T (K"')

II 300<0

~ 200

J~ 100~.s"§CoOJ 50oc:(I)

'NeOJ:J<0as 20"0

'li5o~'N

Stika 4. Ugrozenost prslinama limova proizvedenihkonvencionalnim valjanjem i TMCP

dovode do povecanja cvrstoce celika u toku otpustanja(T) posle direktnog kaljenja (DO).

TMCP ornoqucava dobijanje celika sa niskimodnosom istezanja (YR): napon tecenja (Re) / zateznacvrstoca (Rm) . Gelici sa niskim YR se sastoje od feritne ibeinitne faze, stvorene pri DO iz feritno-austenitnedvofazne zone (izmedu Ar1 i Ar3 prelaznih temperatura).Ovaj tip DO naziva se DLO. Kod DLO cetlka, priispitivanju zatezanjem meka feritna faza se prva istezedok se napon tecenja smanjuje i tada se tvrda beinitnafaza suprotstavlja duktilnom prelomu, povecavajucuzateznu cvrstocu. Na taj nacin odnos istezanja (YR)postaje nizak. Ovakvi celicl se primenjuju kodkonstrukcijskih nosecih delova visokih gradevina uzemljama u kojima su cesti zemljotresi, upravo zato stoenergije zemljotresa mogu da budu apsorbovaneplasticnorn deformacijom elemenata cellka male granicetecenia [6].

Za proizvodnju posuda pod pritiskom odtoplopostojanih celika tipa 2.25Cr-1Mo i 3Cr-1Mo,proces normalizacije je zamenjen sa TMCP (DOT).Zadovoljavajucl cvrsti rastvor niobijuma se postlzevisokotemperaturnim zagrevanjem pri DO, pri cernu serastvaraju precipitati (talozi) niobijuma i fino dispergujutokom procesa terrnlcke obrade koja prati direktnokaljenje. DOT cellci sa precipitiranim niobijumomornoqucavaju pobolisan]e osobina otpornosti napuzanje (zamor) [7]. Takode, ornoqucena je proizvodnja9Cr-1 Mo postupkom TMCP, a taj cetik je jedan odnajznacajnijih feritnih toplopostojanih celika [8].

·-100 -150CC)

AR

CR

,CR-AcC

Slika 3. Mikrostrukture Iimova valjanih konvencionalnimpostupkom i TMCP

Mikrostrukture se sastoje od jedne martenzitnefaze iii rnesane beinitno-martenzitne faze, kada su celicina liniji ubrzanog hladenja sa velikim sadrzajernotvrdnjavajucih elemenata. To je sluca] direktnogkaljenja (DO). U poredenju sa konvencionalnimkaljenjem, pri ponovnom zagrevanju (RO) rnehanickeosobine CR-DO celika su poboljsane, cak i kada subrzine kaljenja iste za oba procesa. Ovo pobolisanje sepovecava zbog rafinacije martenzitne strukture posletransformacije nastale direktnim kaljenjem (DO) [6]. Stavise, talozno otvrdnjavanje preko bakra, molibdena,niobijuma i vanadijuma se rnoze izbeci u DO-T. DOzahteva da se celik sa visih temperatura nego pri RO,dovodi do toga da nema promena cvrstoq rastvora saovim elementima. Tada se rastvoreni elementi taloze i

0.1 mmAR - valjano CR - kontrolisano valjanoCR-AcC - kontrolisano valjano-ubrzano hladeno

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str, 37-54 39

MIZ.----IIW / ns

Vru6e valjano

Slika 5. Istorija toplotne obrade kontinualno vruce valjanihcelicnih traka

celika, U proeesu toplog valjanja TRIP celik se lzlazetemperaturama vislm od tacke Ms sa eiljem da seobezbedi dovoljno preostalog, odnosno zadrzanoqaustenita. TRIP cellci, uglavnom imaju visok sadrza]ugljenika koji stabilizuje austenit. Medutim,elektrootporsko tackasto zavarivanje nije primenljivokod visokouqljenlcnlh celika, U poslednje vremerazvijeni su celici sa zadrzanirn austenitom, sasmanjenim sadrzajern ugljenika i povecanim sadrzajernsilieijuma, koji se nalcesce zavaruju tackastimzavarivanjem [12].

2.4. Nerdajuci celici

Austenitni nerdaiuci celicl se izlazu terrnicko]obradi rastvaranja cvrstih karbida radi povecanja njihovekorozione otpornosti. Medutim, ova vrsta terrnickeobrade smanjuje cvrstocu celika i zato austenitni.nerdaiuci cellci nisu pogodni za upotrebu zakonstrukeijske elemente. TMCP tehnologija jenamenjena povecanju cvrstoce nerdaiucih celika, bezgubljenja osobina korozione otpornosti. Posto austenitninerdajuci celicl nemaju transformaeiju, postizanje vecihcvrstoca niskotemperaturnom transformaeijom ne trebaocekivati. Medutim, kontrolisano valjanje natemperaturama ispod rekristalizaeionih ornoqucavarafinaeiju zrna koja dovodi do povecanja cvrstoce celika.Sta vise, ubrzano hladenje smanjuje talozenje karbida,tako da na austenitnim nerdaiucirn cellcima obradacvrstoq rastvora rnoze biti zamenjena TMCP [13].

2.5. Celicni profili

Celicni profili, ukljucujuci sirok dijapazon nosaca islna, oblikovani su u ne tako proste oblike preseka, takoda je pri toplom valjanju i ubrzanom hladenju termickakontrola komplikovana. Medutim, TMCP je uveden i uproizvodnju celicnih profila [14]. Na primer, primenaTMCP je pozelina za pobolisan]e zilavostl slrokihnosecih prirubniea gde se prirubniea i rebro preseeaju.Pri konveneionalnom toplom valjanju, zbog visokihtemperatura valjanja izazvanih velikim debljinama,kristalna zrna ogrubljuju sto dovodi do smanjenjazllavostl u spoljasnjern delu, u kori.

Sine se uglavnom sastoje od perlitnemikrostrukture sa eutektoidnim sadrzajern od 0.8%ugljenika. Perlit se karakterise visokom otpornoscu naabraziju koja je i potrebna na gazecoj povrslnl sine.Posle toplog valjanja zahteva se kontrolisano hladenje,sa eiljem da se postigne potpuno perlitna struktura safinim lamelarnim rasporedom. U sustinl, brzo hladenjedovodi do stvaranja martenzita, a suprotno, sporohladenje do stvaranja zrnaste perlitne strukture. Razvijenje kontrolisan proees koji koristi latentnu toplotu top logvaljanja za proizvodnju sina [15]. Visoke temperature izlatentne toplote mogu se postici pre hladenja, za razlikuod zagrevanja i hladenja pri konvencionalnom toplomvaljanju. Korlscenjern hladenja na lieu mesta, na liniji savisokim temperaturama zagrevanja, dolazi do vecedubine otvrdnjavanja delova gazecih povrsina sina.

Hladenje

..-a+i

M,

Zavrsnatemperatura

U poslednje vreme su razvijene toplo valjane trakepovisene cvrstoce posebnog tipa, sa talozenjern bakra.Ovaj celik sadrzi bakra vise od 1%, tako sto je visakcvrstoq rastvora bakra ostvaren hladenjem na niskimtemperaturama u proeesu toplog valjanja, prikazano nasl. 5. Zbog vrlo malog sadrZaja ugljenika, ovaj celik sesastoji od jedne meke, feritne, faze. Medutim, njegovaobradivost pritiskom je odlicna. Potrebna visokacvrstoca je obezbedena talozenjern bakra, koje sepostize kratkotrajnom terrnickorn obradom posledeformaeije pritiskom [10].

Postupak transformaeijom indukovane plasticnosti(TRIP) je koriscen za proizvodnju topic valjanih trakavelike cvrstoce i velikog izduzenja [11]. Kada se celici sazadrzanorn austenitnom fazom lzloze plasticno]deformaeiji, austenitna faza se transtorrnise umartenzitnu. Transformisani tvrdi martenzit je otporan naprelom obezbedujuci veliku cvrstocu i izduzenje pri TRIP

Temperaturanamotavanja

2.3. Toplo valjane trake

Neke od topic valjanih traka se proizvodekontrolisanim valjanjem i postupkom ubrzanoghladenja. Na sl. 5 prikazana je terrnicka istorijadvofaznih topic valjanih traka. U ovom proeesu toplovaljanje se sprovodi iznad Ar3 prelazne temperature, aistovremeno je praceno ubrzanim hladenjem, na samimosloneima pri valjanju i namotavanju, na temperaturamanizirn od Ms temperature. Na taj nacin je izazvanamesana struktura (dvofazna) feritne i martenzitne faze[9]. Kao i celici sa malim YR, dvofazne trake imaju velikuzateznu cvrstocu i veliko izduzen]e, ave trake se,izmedu ostalog, koriste za cvrste elemente automobila.

40 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str, 37-54

Mil 8> IIW IllS

Pobotisanie osobina otpornosti na abraziju i zamor suprimarni zahtevi pri proizvodnji sina. Ali povecan]ezilavosti je posebno namenjeno sinarna koje sepostavljaju u zemljama sa hladnom klimom, a to sernoze postici kontrolisanim valjanjem u temperaturnimpodrucjirna nlzirn od austenitnog podru6ja [16].

3. OTVRDNJAVANJE U ZUT I VODONIKOMINDUKOVANE PRSLINE KOD TMCP CELIKA

3.1. Otvrdnjavanje ZUT

3.1.1. Ogranicenja tvrdo(;e ZUT

Posle 1983, tokom dye godine, japanskilstrazivacki brodarski komitet (the Japan ShipbuildingResearch Committee) (SR193) je ispitivao osobinezavarenih spojeva TMCP celika, koncentrisuci se na toda Ii se mogu koristiti za brodogradnju celicnl limoviklase Rm490 MPa [17]. Kao tvrdoeu ZUT, komitet SR193je razmatrao medusobni odnos maksimalne tvrdoceZUT i duzlne zavara. Na sl. 6 su prikazanieksperimentalni rezultati koji pokazuju da sasmanjenjem duzine zavara raste brzina hladenja i tadaraste tvrdoca ZUT. Tvrdoca u ZUT ima tendenciju daraste mnogo brze u celicima sa nlzlrn ekvivalentomugljenika, ali se njihova tvrdoca zadrzava na nizernnivou, nego kod celika sa visim ekvivalentom ugljenika.

Mn Cr+Mo+V Ni +CuCE=C+--+ +----

500 6 15

bude veca od HV 400 i nisu dopusteni prekidi luka, cak ipri koriscenju TMCP celika,

Pri izradi offshore-konstrukcija i ledolomaca, radisprecavanja hladnih prslina, tvrdoca ZUT se cestooqranicava na HV 300 iii HV 350. Maksimalnadopustena tvrcoca je 22 po Rockwell-ovoj C podeli(HRc 22), 8tO odgovara HV 248, kod ZUT zavarenogspoja na celiku cevi izlozene vlaZnom H2S, sa ciljem dase u toku rada izbegne nastanak prslina uslednaponske korozije. ZUT moze biti sa vecorn tvrdocornpri zavarivanju offshore-konstrukcija i cevovoda, zbogmale kotlclne unete toplote koja se ponekad ne rnozeizbe6i. Normalizovani celici tesko mogu da zadovoljeoqranicenja tvrdoce ZUT, tako da se TMCP celiclposebno koriste za offshore-konstrukcije i cevovode.

3.1.2. Otvrdnjavanje ZUT i procena tvrdo(;e

ZUT uglavnom otvrdnjava u zoni koja je zatvorenaprema granici stapanja gde austenitna zrna ogrubljuju, akao rezultat toga otvrdnjavajuce osobine rastu. Slika 7daje zavisnost maksimalne tvrdoce ZUT od brzinehladenja pri zavarivanju iii kao vreme hladenja izmedu800 i 500°C, t8/5. Sa porastom t8/5 tvrdoca ZUT blagoopada u svim feritnim celicirna ukljucuju6i TMCP, kao8tO je dato na sl. 7. ZUT postaje potpuno martenzitnestrukture i vrednosti tvrdoce postaju najvece kada jevreme hladenja t8/5 krace od onog potrebnog za tM(tacka M) na sl. 7.

I I

HM +-He HM-He-.~ /HV=-2-----uoarctan'x;

o ~Q) X=4 'og te 5- ~~_ 2

~O / log te - log tM

\0: Mereno na 0",_ B (to. He)liniji A516 Gr. 70 '-U u'0...__

600 e-

e-

500 -0

;l-I

t-=":> 400 e-Netl-o0 f-"E>I-

300 r-

t-

200

Slika 7. Promena tvrdoce ZUT u odnosu na vreme hladenja prizavarivanju [18]

1 5 10 50 100 500

Vreme hladenja izmedu 800 i 500 DC, t 8/5(5)

4000

>-I

of-o0"E~etlC

(ij 300E'iii.x:etl

:a:

200

Sklonost ka otvrdnjavanju se ne rnoze opisati kaoapsolutna vrednost tvrdoce kaljenih celika, alipredstavlja njihovu verovatnocu da budu martenzitni iiisklonost za oboqacenie na martenzitu. Prema tome,otvrdnjavanje ZUT rnoze biti oznaceno pornocu tM,najveceq vremena hladenja pri kojem je postignutpotpuni martenzit. Drugim recirna, 8tO je duze tM, ve6eje otvrdnjavanje ZUT. Izraz za tM je dat zapodeutektoidne cellke [18].

Duzina zavara (mm)

Slika 6. Odnos izmedu duzine navara i maksimalne tvrdoceZUT [17]

Zavari kra6i od 50 mm nisu oopusteni ubrodogradnji. Medutim, oni kraci od 50 mm, ali ne kra6iod 10 mm, prihvatljivi su ako se koriste TMCP celiciklase Rm490 MPa, sa CEIIW (IIW ekvivalent ugljenika)manjim od 0.36%. Tvrdoca je vee oqranicena da ne logr; =4.60CEI -2.08 (1)

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (t-2/200t), str. 37-54 41

IIW IllS 8) MIZ

(2)

za lezajeve [25]. Efekt ukljucaka na otvrdnjavanje ZUTtreba uzeti u obzir, iako je on komplikovan.

:§:

Laboratorijski topljeni celik 1.2 .~N

0.14 C - 0.4 Si -1.50 Mn c:1.1 CD

bez Nb, V t::al

1.0 E~ -.02 '1ft~ s.~ -.04 0CIl "0

l -06 J"0 CIl~ -.08

'1:0 CD

U; ~~ -.10 :l:&: CD

6 E-.12 ~

>0.1 0.2 0.3 0.4 0.5

Povrsina zahvacena ukljuecima (%)

gde su A i B konstante.Kada se stvori tacka odgovaraju6e velicine u

odnosu na debljinu lima, prelom (odvajanje materijala)pri ispitivanju na smicanje se desava izvan tacke ipredvidena TSS prema jedn. (3) se konstantno odvija.Ovaj nacin preloma se naziva "10m u obliku cepa'', Kodpoprecnoq ispitivanja zatezanjem, CTS odreden premajedn. (4) se takode primenjuje i tada se pojavljujeprelom u obliku cepa, Medutim, 10m se cesto pojavljujeunutar tacke, I u ovom slucaju CTS je mnogo nize negopredvideno prema jedn. (4), uz odgovaraju6e rasipanjevrednosti. Poznato je da mnogi faktori, ukfjucujucizavarivacke uslove i osobine celika, lose uticu narasipanje vrednosti CTS [35, 36, 37].

(13)

(14)

TSS = AdJO' [35]

CTS = Btdn [36]

Slika 8. Uticaj clstoce celika na otvrdnjavanje ZUT [24]

Prezicna formula za izracunavanje maksimalnetvrdoce ZUT je potrebna kada su odredeni uslovizavarivanja koji zadovoljavaju zahtevano oqranicen]etvrdoce iii kod projektovanja hemijskog sastava cetikada bude zavareno ispod oqranicenja tvrdoce. Mnogoformula je bilo predlozeno [26-31]. Autor je razmotrioformulu [18], koja je izvedena iz detaljnog istrazivanjaotvrdnjavanja ZUT, kao najpouzdaniju za sirokasortiman feritnih celika, Osim toga, ova formula rnozebiti prosirena za izracunavan]e tvrdoce ZUT posleterrnicke obrade nakon zavarivanja [32, 33] i tvrdoceZUT metala sava [34].

3.1.3. tvraoe« elektrootporskih tackastih spojeva

Elektrootporsko tackasto zavarivanje se cbicnokoristi kod zavarivanja automobilskih Iimova. Kaoprovera kvaliteta tackasto zavarenih spojeva izvodi seispitivanje smicanjem i/ili ispitivanje kruznirn zatezanjem.Cvrstoea na smicanje zatezanjem (TSS) i cvrstoca napoprecno zatezanje (CTS) su date kao funkcija t(debljina lima), o; (veliclne tacke) i o (zatezna cvrstocaosnovnog metala), na slede6i nacin:

Si Mn Cu NiCEI=C +-+-+-+-+

p 24 6 15 12

c-- (1-0. 16.[C;) Mo AU+ +-+un

8 4

c, =C(C:50.3%), c, =C.6+0.25(C>0.3%)

Izraz (2) je ekvivalent ugljenika koji opisujeotvrdnjavanje ZUT, gde M1 predstavlja porastotvrdnjavanja zavisno od sadrzaja bora i clstoce cellka,Bor znacalno utice na M1 pri vrlo malom sadrzaju.Saopsteno je da je efekt bora mnogo znacajni]i kodcelika sa nlzlrn sadrzajern azota [19]. TMCP celici, opsteuzevsl, imaju smanjen sadrza] azota za povecanjezilavosti ZUT. Postoji nekoliko cellka povisene cvrstocekod kojih se efikasno koristi bor, radi istovremenogpovecao]a cvrstoce i zilavosti ZUI. Kod ovih celikasmanjena je koliclna otvrdnjavajucih elemenata i stogase proracunorn ne oceku]e povecanle tvrdoce ZUT poduticajem bora.

TMCP cellci su poboljsani, ne samo po pitanjunjihove zavarljivosti, nego i osobina osnovnogmaterijala. Ovo poboljsan]e je vezano ne samo za razvojtehnologije procesa, vee i kontrole toplog valjanja ihladenja, a takode i kontrole proizvodnje celika, prekoprecizne kontrole dodavanja mikroelemenata. Uprincipu TMCP celici su vrlo cistl. Saopsteno je da cisticelici i celici sa izuzetno malim sadrzajern sumporaotvrdnjavaju u ZUT mnogo vise nego konvencionalnicelici [20-23]. Ova saopsten]a nisu zasnovana samo naeksperimentima, vee i na iskustvu. Uticaj cistoce celikana tvrdocu ZUT je ispitivan upotrebom laboratorijskipretopljenog celika sa razlicitirn sadrzajern sumpora ikiseonika [24]. Na sl. 8 su dati eksperimentalni rezultatikoji ukazuju na to da se efekt cistoce celika rnozeprepoznati u celicima bez niobijuma i vanadijuma, ali neu niobijumski celicirna za lezajeve, pri clstoci celika od0.1%. Potrebno je naglasiti da sadrza] od 0.1%necistoca predstavlja nedozvoljeni sadrza] kodkonstrukcijskih celika, Efekt cistoce celika na tvrdocuZUT (Mi) se smatra zanemarljivim kod normalnihkonstrukcijskih celika sa necistocarna manjim od 0.1%iii sa sadrzajern kiseonika ispod 50 ppm i sumporommanjim od 0.02%.

Neki ukljucci deluju kao mesta nukleacije feritatokom hladenja posle zavarivanja i smanjuju sklonost kaotvrdnjavanju ZUT. Specificno, ukliucak MnS igra vrlovaznu ulogu u nukleaciji ferita; MnS nastoji da se istalozina postojecern ukljucku i manganskim pracenjern sezapaza oko ukliucka, rezultujuci u promenu difuzijeugljenika i transformacije ferita oko ukljucka, Ovo jepretpostavljeni razlog sto celici sa vise sumpora manjeotvrdnjavaju u ZUI. Ponekad niobijum ima tendencijuda segregira zajedno sa manganom i da se zadrzava umanganom osirornaseno] zoni, ponistavajuci efektosirornasenja mangana. Iz toga proizilazi da nukleacijaferita nije pracena ukljuccirna na nioibijumskim celicirna

42 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2000, str, 37-54

•Mil IIW / us

Sledeca empirijska [ednacina tipa ugljenicnogekvivalenta daje prelaz iz loma oblika cepa na 10munutar tacks [37-40]:

Funkcija bakarne elektrode pri elektrootporskomzavarivanju je provodenje toplote. Tackasti zavarenispojevi se hlade brzo; tS/5 je vrlo kratko, oko 0.1 s zazavarivanje limova debljine 1 mm [41]. Brzo hladenjestvara u tacki i ZUT oko tacks potpuno martenzitnustrukturu cija je tvrdoca odredena samo sadrZajemugljenika. Medutim, u jedn. (5) pored ugljenika ukljucenisu i drugi elementi. Ovo navodi na zakliucak da jeprelazak sa modela loma tacks sa komplikovanimuticajem ne samo tvrdoce sava, vee i sirine ZUT(odredene pomocu otvrdnjavanja ZUT) i raspodeletvrdoca [42, 43]. Na sl. 9 je data raspodela tvrdocatackasto zavarenih spojeva razlicitlh tipova cellka [42,43].

redukovanog sadrzaja ugljenika na 0.20% [12].Naknadno zagrevanje tacke, koje zahteva dodatnosnabdevanje strujom posle zavarivanja, efektivna jemetoda otpustan]a otvrdnutog sava, tako da se osobineCTS mogu poboljsati.

Celik sa talozenjern bakra je bio razvijen pornocuTMCP, takode za cvrsee delove automobila. Ovaj celikima vrlo mali sadrza] ugljenika i odlicno pogodujezavarljivosti tacaka, Ovaj bakarni talozni celik je otvrdnutposle presovanja i zavarivanja, s obzirom na terrnickltretman za otvrdnjavanje talogom bakra koji se sastojiod zadrzavanja na otprilike 600°C x 60 s. Uglavnomzbog ujednacene raspodele tvrdoce sava celika kao stoje prikazano na sl. 10 [44], CTS se znacajno pobclisava.

3.2. Orneksavanle ZUT

Velika koliclna unete toplote, koja jekarakteristicna za postupke zavarivanja pod praskom,zavarivanja pod troskom, zavarivanja varnicenjern, mozedovesti do omeksavanja ZUT kod TMCP celika koji suotvrdnuti ubrzanim hladenjem, kao sto je dato na sl. 10[45]. Suceono zavarivanje varnicenjern se koristi kodradionickoq zavarivanja slna. Kod do sada razvijenihslna velike cvrstoce cija se glava ocvrscavakontrolisanim hladenjem, zapaza se omeksavan]e ZUTpri pomenutom postupku zavarivanja. Ovo orneksavanjernoze biti donekle ublazeno vazdusnirn ubrzanimhladenjem posle zavarivanja. Suceono zavarivanjevarnicenjern i jednosmerno kontaktno zavarivanje setakode koriste za proizvodnju obruca tockova kodautomobila. Suceono zavareni obrucl tockova su hladnooblikovani; obradivost na hladno je uqrozenaraspodelom tvrdoce, posebno sirinom omeksanoq ZUT[46]. Toplo valjani celicni limovi dvofaznog tipa setakode proizvode jednim od TMCP, a koriste se takodeza cvrste elemente automobila. Ovaj celik orneksava unjegovim ZUT, cak i pri tackastom zavarivanjupracenorn brzim hladenjem i ponekad cvrstocazavarenog spoja postaje mnogo manja nego cvrstocaosnovnog materijala [46].

(5)Si Mn

C+-+-+2P+4S 2::0.24%30 20

,0..P. I 'o...o-n...o

\ \'c::J.,d I Umeren C-MnV celik

I\I

Biagi celik \

~\ Niskouq I,,",'"I cellk sa Cu\ (873 K x 60 s)

&--l::.-..D.-i-!;},----tJ..-~· I I

~~~~o-~2-t._!;},Niskouqljenicni \:_•.D.

celik sa Cu(873 Kx 60 s)

0 .....0-0-0

500

400

; 300

J:oi

-00"C

~

200

Slika 9. Raspodela tvrdoce u elektrootporski zavarenimtackarna [42, 44]

Celik sa velikim sadrzajern preostalog (zadrzanoq)austenita se proizvodi TMCP. Ovaj celik je proizveden zacvrste elemente automobila. Normalno, ovaj tip celika zastabilizaciju austenita mora da ima visok sadrza]ugljenika. Medutim, unutar tacks sa niskim CTS semnogo cesce zapaza u tackastirn zavarenim spojevimasa vecirn sadrzajern ugljenika. Smanjenje sadrzajaugljenika je imperativ kod tackastoq zavarivanja.Proizveden je celik sa zadrzanim austenitom,

Uneta toplota13.9 kJ/mm

TMCP (25 mm debljine)CE llw = O.33

200

o 180

;>:r.; 160

0()o

"Q;;I- 140

Slika 10. Raspodela tvrdoce pri velikom unosu toplote TMCPcelika [45]

Rastojanje od linije stapanja (mm)

20 10 20

120 ~~~~r.-+- ZUT -+- Metal sava -+- ZUT -I-~~~~r.

I

ZUT - --~--- Osn. maier.I

Tacka +0.4 0.2 0 0.2 0.4 0.6 O.S 1.0 1.2

Raslojanje od linije stapania (mm)

100

ZAVARIVAN)E I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str, 37-5443

MIZ.~---

IIW IllS

CE = C+Mn/6+(Cr +Mo+V)/5 +(N, +Cu)/15

Slika 11. Rezultati velikog unosa toplote u zavarene spojeveTMCP celika

105

Zamorni Yak. NF (Hz)

Slika 12. Odnos izmedu kriticne temperature predgrevanjahladnih prslina i ekvivalenta ugljenika [51]

Ustanovljeni rezultat da je potrebna temperaturakod TMCP cellka niza za priblizno 100°C nego kod

Simbol Zavar. DebljinaTMCP Konvene. spoj lima (mm)

° • Sul!eoni 25

o • Sul!eoni 20'- '. t::>:<v • Ugaoni 25

,~, '0~ -, ~

'<Ji. ''0'. ~<>

'- ~'

"~l''0 , -~ <v ---,~~_._-

I I I I I I

g50{) Test sklonosli ka naslanku prslina sa Y-zljebom (t)

coC Kolil!ina lop/ole = 1.7 kJ/mm. 25-38 mm debljine~ Am je klase 500 MPa

200!! 450 I-OJ

.: TMCP celiei ~ NormaIizownoo--"C

!! 150Q.

f---~~e 400::l

TMCP(CR-AcC>----+1"" (X) 0«i 10{)C (__.."ovoljano /...Q.

350 -ubrzano hladeno) 0E!co 000 0 50e

-oo.-_-A-L.~ 300:=~

250

I

.25 .30 .36 .40 .45

Ii 500CL.:::E';; 400c::oQ.

~ 300CDoc::iije.~ 200c::Cll'C,;Q.E<

izvljanju [45]. Sa ciljem da se preduzmu mere zaorneksavan]e ZUT iz sastava celika, dodatak niobijumaje uticajan zbog njegovog taloznoq otvrdnjavanja tokomhladenja posle zavarivanja sa velikom unetomenergijom. U stvari, HV raste po 15 u orneksano] ZUT sadodatkom 0.017% niobijuma pri zavarivanju sa 23kJ/mm unete energije [50].

3.3. Hladne prsline

3.3.1. Osetljivost na hladne prsline TMCP celika

Osetljivost na hladne prsline, jedan tip vodonikomizazvanih prslina, je ispitivana koriscenjem testa sa Y­zljebom kod TMCP i normalizovanog celika Rm490 MPa.Ovim ispitivanjem se odreduje kritlcna temperaturapredgrevanja, koja je minimalna temperaturapredgrevanja potrebna za sprecavan]e hladnih prslina,kao parametar osetljivosti celika na stvaranje hladnihprslina. Ovako ustanovljena kritiena temperaturapredgrevanja predstavljena je nasuprot CEllw (IIW tipekvivalenta ugljenika) na sl. 12 [51].

lstrazivacka grupa SR193 japanskog instituta zabrodogradnju je proucavala uticaj orneksavanja ZUT nazateznu cvrstocu, zamornu cvrstocu, otpornost nasavijanje i cvrstocu na izvijanje zavarenih spojeva TMCPcelika klase Rm490 MPa za brodogradnju [45].Ustanovljeno je da zatezna cvrstoca zavarenog spojadostize 90% cvrstoce osnovnog materijala, a sirlnaorneksanoq ZUT nije bila veca od debljine lima poduslovom unete kolicine toplote od 14 kJ/mm (EPP sa trielektrode u tandemu) do 61 kJ/mm (elektrlcnozavarivanje pod troskom).

lstrazivacka grupa je sprovodila ispitivanjezatezanjem sirokih Iimova sa orneksanlrn ZUT, na sirinijednakoj debljini lima. Rezultati koji se odnose nasmanjenje zatezne cvrstoce izazvano orneksavanjemZUT, zbog efekta ukljestenja slrokoq lima nije bilomoquce prepoznati. Ispitivanja sirokog lima mnogouspesni]e reprezentuje prelom u stvarnoj eelienojkonstrukciji, nego ispitivanja zatezanjem na malimdimenzijama. Stoga je zakljuceno da orneksavan]e ZUTnema los uticaj u zavarenim konstrukcijama od TMCPcelika [45].

Razvijen je pristup iznad slueaja prelomazavarenih konstrukcija sa malim nivoom pojacanihdeformacija, zbog njihove koncentracije u ornsksanornZUT. Neki lstrazivaci zastupaju misljenje da je neki spojsa povecanlrn osobinama cvrstoce onaj kod kojeg jecvrstoca metala sava veca nego kod osnovnogmaterijala [47]. Sa ciljem istraZivanja uticaja ojacanjasava, sprovodi se analiza metodom konacnihelemenata, radi potvrdivanja ponasanja pri CTOD(pomeranje otvaranja vrha prsline) na povrslnskirnzarezima T-spojeva i suceonih spojeva lzlozenih velikojdeformaciji od 0.40% [48]. CTOD u ovoj analizi nijekriticna vrednost CTOD koja predstavlja rnetalurskuzilavost, vee rnehanicka vrednost kao sto je lzduzenje,

U slucaju suceonih spojeva, CTOD je 0.3 mm kodspojeva sa slabljenjem kad je stepen ojacanja (napontecenja metala sava / napon tecenja osnovnogmaterijala) 0.90 dok je CTOD bio 0.15 mm kod spojevasa ojacanjern kod kojih je stepen ojacanja 1.2. Ovoznaci da je pozelini]e ojacan]e. Medutim, pri analizi T­spojeva sa vecirn ukljestenjern nego sto je kod suceonihspojeva, ustanovljeno je da je CTOD 0.3 mm nezavisanod stepena ojacanja, Sta vise, saopsteno je da naCTOD ne deluje lose stepen ojacanja u opstem smislu,vee je on voden zilavoscu ZUT u slucaju krtog loma bezplasticne deformacije [49]. Mada uticaj stepena ojacanjanije posebno znacajan, neki stepen ojacanja je pozeljan,posebno kod suceonih spojeva.

Na sl. 11 su dati rezultati savova sa velikimkollcinarna unete toplote od TMCP celika,podrazurnevajuci da orneksavan]e ZUT izuzetno losedeluje na zamornu cvrstocu, Ovo je i pretpostavljenozbog toga sto je zamor uglavnom odreden faktoromkoncentracije napona u spoju, t.j. oblikom nadvisenlasava, Naknadno je utvrdeno to da orneksavan]e ZUTnema bitan uticaj na cvrstocu pri savijanju iii cvrstocu pri

44 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str. 37-54

•MIZ IIW IllS

Slika 13. Zavisnost nastajanja prslina u ugaonom spoju odekvivalenta ugljenika, vodonika u metali sava i debljine lima

[17]

0.60.5

HIIW=5 ml/100 9 depon.mater.Rm(metala sava) =400 MPa

0.4

Ekvivalent ugljenika, (CEN)

Uneta toplota=1.7 kJ/mm

QL-_---l__--'-__--L__...J-__...J--_---'

0.3

25

E.§.

'"E

Grupa Formula Lit.

CE (IIW) ~c +~n + Cul;Ni + Cr +~ +v 14

A CE (WES) =c +~~+~n +~ + ~r + ~o +* 15

CE CStout n) = C+~n +~-+~~- + ~~ +¥o~ 16

Pc .. =C +~ +~on + %6- +~ + §j- +~~ + 1~+ 58 17

B CE (GrBville) =C +~; -~~ +~; +~o + ~b +f 18

CE (Ourlln) = C + ~ +Wf' +if+ ~i + ~~ + ~oo +-% 19

CE (Stout I) = ll100'C'(~n_+ Cr 1~ Mo + ~J +Sj6~) 16

cCEN= C + ACC)' '*+ ~n +~ +~i..+ C~~f~o5+ Nb+ V + 58 I 6

gdeje A(C) = 0.75 + 0.25 tenhI20CC-0.12)}

Slika 14. Primer predvidene potrebne temperaturepredgrevenja [66]

Predtozene su mnoge metode sa odredivanjepotrebne temperature predgrevanja pri zavarivanjucelika [58-63]. Medutim, ostaju mnogi problemi prinjihovoj primeni u stvarnoj zavarivacko] praksi. Kaoprimer, lsto predgrevanje celika Rm490 MPa i Rm785MPa je dato preko metoda zasnovanih na Pw-t100 [58];CI-t100 [61] i AW8 01.1-90. Dodatak IX [64]kriterijumima, ako je njihov odqovarajuci ekvivalentugljenika isti. Predgrevanje dato prema gorepomenutom kriterijumu je previse konzervativno za celikklase Rm490 MPa, a nasuprot tome, rnoze izgledati kaonedovoljno iii previse rizicno kod cellka klase Rm785MPa. Celik 885135 [65] je uobicajen, jer je potrebnatemperatura data iz slika i tabela. Medutim, ova metoda

Tabela 1. Hazliciti tipovi ekvivalenta ugljenika za zavarljivosticelika

koji se odnosi na ugljenik kao vazni]i nego u prvoj grupi,i treca je CEN ekvivalent ugljenika kod kojeg znaca]leqirajucih elemenata varira zavisno od sadrzajaugljenika. Medu ovim grupama CEllw tip ekvivalentaugljenika je slican jedn. (2) i takode rnoze da opiseotvrdnjavanje ZUT.

125r-----,----r----r--...,......--,.----,

40302010

CE::;:.36 0 •

.36<CE~.43 6- 4

o

, .()l:>.

30 00 o 6-~

\~ ~ 0

o g;. 0t.

Ci ~~ 0025 o 0 6-

0.-

C;~ ,--§,'" o ~.pto 20 0 ~~ 8 4'c 00"'0 00> eOJ 40 15 6-c: Bez prslina c;:::-eo> .36<CES .430

"'0c:~"'0

10 0.CU' 00)~

"'0ell

en

5 CE(%)

normalizovanih celika, prevashodno je zbog smanjenjasadrzaja ugljenikovog ekvivalenta kod TMCP celika,Grupa 8R193 je istraZivala uticaj difundovanog vodonikau metalu sava i debljine lima na nastanak hladnih prslinau horizontalnim ugaonim savovirna sa jednim prolazom(zavarom). Rezultati su prikazani na sl. 13 [17]. Hladneprsline u jednoslojnom ugaonom spoju nisu iniciranepod uslovima sadrzaja difundovanog vodonika ispod 25ml/100 9 (glicerinska metoda), uz obezbedenje da CEllwi debljina lima nisu veci od 0.36% i 25 mm. Na osnovuovih rezultata, odobrena je upotreba visokovodonlcnihelektroda, uz uslov da CEllw celika nije veci od 0.36%.Ova elektroda sa visokim sadrzajern vodonika jenamenjena za velike brzine zavarivanja i obezbedujeuglavnom konkavne ugaone spojeve bez qresaka tipaprokapina. Medutim, nije dozvoljeno korlscenle ovogtipa elektrode za izvodenje ugaonih spojeva unadglavnom polozaju i viseslojno zavarivanje, zato stose one izvodi sa manjim unetim koliclnama toplote, stokasnije moze dovesti do stvaranja prslina u metalu sava.

3.3.2. Indeks osetljivosti na hladne prsline

Otkada su Dearden i O'Neil [52] objavili konceptekvivalenta ugljenika 1940. godine, postojali su mnoginaclni razvijanja osetljivosti prema hladnim prslinamacelika i saopsteni su, kao 8tO je dato u tab. 1. Oni sugrubo podeljeni u tri grupe: prva je CEllw tip koji nastajeiz Dearden-ovog ekvivalenta ugljenika, druga je Pcm tip

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str. 37-54 45

•IIW IllS MIZ

Osnovni materijal

Slika 15. Difuzija vodonika u zavarenim spojevima tokomzavarivanja [67]

Postoji nekoliko saopstenlh metoda zaodredivanje potrebne temperature predgrevanja zasprecavan]e prslina u metalu sava kod viseslojnoqzavarivanja [69-71]. Sledeca je jedna od njih [71]:

T, (0C) = 0.5240"B +27710g HGC - 482 (6)

(C)

50

-50

&00

••

50 100

Simulirani ZUTvr~na temperatura: 1623 K (1350 'C)

10

vreme hlac1enja spoja izmec1u 800 i 500 ·c, t,,, (5)

~_._--o

CY'" r--6/

//

6---t:!

•.12C- .30 Si -1.38 Mn - .02 Nb- .36CE IIW

o .08C- .25 Si - 1.39Mn- .32 CElIw

/:;. .06C-.28 Si -1.25Mn .15Cu- .20N,- .29CE lIw

3&0

metala sava) i ovaj efekt treba uzeti u obzir kao sto jepomenuto u izvestaju [69].

TMCP znacajno povecavaju zavarljivost celika,dok zavarljivost metala sava ostaje nepromenjena zatosto se cvrstoca i zllavost obezbeduju neterrnomehanlckorn kontrolom vee uslovima zavarivanja(ojacavania), Potrebno predgrevanje, zbog toga, trebaodrediti na osnovu ekvivalenta ugljenika metala savaradije nego kod celika, posebno kod zavarivanja celikapovisene [acine, Kao sto je odredeno iz jedn. 6, prslineu metalu sava se tesko zapazaju pri zavarivanju celikaRm490 MPa. Pri zavarivanju TMCP celika sa materijalomkoji ima nizak sadrza] vodonika, predgrevanje je caknepotrebno pri zavarivanju klase Rm490 MPa, izuzev uslucaju zavarivanja izuzetno debelih lirnova,

4. ZILAVOST ZUT TMCP CEUKA

Slika 16. Zavisnost prelazne temperature loma po Charpy-juod vremena hladenja pri zavarivanju [74]

4.1. ZUT jednoslojno zavarenog spoja

Mikrostruktura ZUT varira zavisno od hemijskogsastava celika i unete kollcine toplote i udarna zilavostZUT se menja u skladu sa promenama mikrostrukture.Na sl. 16 je data zavisnost prelazne temperature lomapo Charpy-ju (vTrs) od vremena hladenja zagruboznraste ZUT jednoslojnih savova pri testu terrnickesimulacije ZUT [72]. Pri malim kolicinama unete toplotepri zavarivanju i za odqovarajuce kratka vremenahladenja pri zavarivanju mikrostruktura se sastoji oddonjeg beinita (SJ i njegova zilavost je zadovoljavajucevisoka, tj. vTrs je vrlo niska. Zilavost ZUT najvisedegradira pri vremenu hladenja (tS/5) izmedu 10 i 30 s uslucaju klase celika Rm490 MPa. Sa ovim vremenimahladenja pri zavarivanju mikrostruktura se sastoji odgornjeg beinita (Su) i feritnih plocica.

,Metalsava,,

fl ,

H+'"

je zasnovana na CEIIW i cak rnoze biti neprihvatljiva zaniskouqljenlcne, niskolegirane celike. Kao uzrok oveCinjenice, 8S5135 je zasnovan na premisama zauqljenicne celike i ugljenicno-manganske cellke, ali neza niskolegirane celike. Nedavno je bio predlozenmetod dijagrama [66] koji je zasnovan na CENekvivalentu ugljenika. Ta metoda razmatra uticajesastava celika, vodonika u metalu sava, unetoj kolicinitoplote pri zavarivanju, debljine lima, cvrstocu metalasava i krutost spoja. Slika 14 je jedan primerpredvidenog potrebnog predgrevanja po toj metodi.

3.3.3. Prsline u viseslojnom metalu sava

Na sl. 15 demonstrirano je sernatski kako vodonikdifunduje iz metala sava u ZUT tokom zavarivanja [67].Ovo je sluca] za konvencionalne celike zato sto jesadrza] ugljenika uopsteno manji u metalu sava nego ucetiku i transformacija u ferit je brza kod metala savanego u ZUT, dovodeci do postojanja razlika u difuzijivodonika u feritnom metalu sava sa nizomrastvorljivoscu vodonika, do austenitnog ZUT sa vecornrastvorliivoscu. S druge strane, TMCP celicl se uopstenoproizvode sa niskom tvrdocorn ZUT, npr. njihov ZUTrnoze se transformisati iz austenita do ferita brze nego umetalu sava. Ova situacija je u suprotnosti sa slucajerndatim na sl. 15, i difuzija iz metala sava u ZUT je tadasmanjena [68]. Zbog toga, prsline u metalu sava mogubiti cesce kod TMCP celika nego sto bi se ocekivalo.

..

gde je as zatezna cvrstoca metala sava (MPa) i HGCkoliclna difundovanog vodonika odredenagashromatografijom (ml/100 g). Ova procedura se neodnosi na efekt visine metala sava (ukupna debljina

46 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str. 37-54

IIW IllS.----MIZ

.35.30.25

( C)

325 0 50

g \0 300 0 250

\ 00

I-U

0EE

0J.()N 275

0"-/ 000

<1JN

<1J:;roCD 250 - 25a.E

°2

°<1J 0c

~ID 225 - 50et

200 &;:;.-_---J. ..L..-__-J.. .l...-__ -75

unutrasnjosti ferita oko granica (GBF). Ponekad suzaceci ferita unutar zrna i tada nastaju tzv.intragranularni feriti. Postoje dva tipa intragranularnihferita: jedan je poligonalni ferit (IPF) a drugi je iglicastiacikularni (lAF). Kada se zavaruje celik visoke cvrstoceklase Rm785 MPa, dolazi do nukleacije BL, zbognjegovog izrazitog otvrdnjavanja. Medutim, kada priizvodenju zavarivanja uneta kolicina toplote predeodredeni nivo, mikrostruktura ZUT postaje sa gornjimbeinitom (Bu) i rezultira veliku degradaciju zilavosti.Oqranicen]e unete kolicine toplote (oko 4 kJ/mm) morase strogo odrzavati pri zavarivanju celika klase Rm785MPa.

Pri jednoslojnom zavarivanju, vTrs ZUT raste, tj.zilavost ZUT opada sa porastom unete koliclne toplote,kao sto je prikazano na 51. 16. Medutim, apsolutni nivozilavosti je uvek ve6i kod nizih ekvivalenata ugljenika. Nasl. 18 je dat odnos izmedu zilavosti ZUT u odnosu nakriticni CTOD i CEllw za celike Rm490 MPa. Ova relacijatakode ukljucuje to da nlskouqljenicni celici obezbedujuve6u zilavost ZUT, mada preterano smanjenje ugljenikarezultuje u odredenoj degradaciji zilavosti ZUT [74]. Nasl. 17 i 18 opisano je smanjenje ugljenika i/ili ekvivalentaugljenika koje dovodi do poboljsan]a u pove6anjuzilavosti ZUT i to je cak osnovno pri izradi TMCP kodkojih se rnoze smanjiti ekvivalent ugljenika iiiotvrdnjavanje, bez smanjenja cvrst06e celika.

350

IAF-acikularni ferit GBF-ferit aka gran ice zrna

IPF-paliganalni ferit FSP-feritne plccice

UB-garnji beinit

Slika 17. Oznacavan]e mikrostruktura ZUT [73]

Na sl. 17 dati su tipicni primeri mikrostruktura igrubozrnih ZUT pri zavarivanju sa velikom unetomkoliclnorn toplote [73]. Ferit oko granica zrna (GBF),talozi se uglavnom duz granica primarnih austenitnihzrna tako da feritne plocice (FSP) i Bu rastu prema

CE = C + Mn/6 + (Cu + Ni )/15 +( Cr+ Mo + V) /5

Slika 18. Odnos izmedu kriticne prelazne temperature CrODZUT i vremena hladenja pri zavarivanju

Na sl. 19 je prikazana zavisnost zilavosti ZUT (VTrs)od efektivnog precnika zrna mikrostrukture ZUT prisimulaciji terrnicke istorije celika Rm490 MPa [75].Efektivna velicina zrna, koja je data kao d na 51. 19,nazvana je jedinlcna ravan preloma tj, jedinicni korak

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str. 37-54 47

MIZIIW IllS----.propagacije krtog loma. Degradacija zllavosti izazvanastvaranjem Bu i FSP mikrostrukture je delirnicnouzrokovana okrupnjavanjem [edinicne ravni preloma.Posto je rastvorljivost ugljenika manja u feritu nego uaustenitu, ugljenik je isteran iz transformisanog feritatokom transformacije. Takav ugljenik nastoji dasegregira po granicama izmedu slojeva Bu iii FSP, iaustenitno-feritna transformacija izostaje po granicama.avo rezultuje u stvaranju rnesavine mikrostrukture kojase sastoji od ne-transformisanog austenita itransformisanog martenzita. Ova mikrostruktura se zoveMA (martenzitno-austenitni konstituent). MA je mnogotvrdi nego okruzujuca matrica i sta vise, dovodi donastajanja krtog loma i smanjenja zilavosti ZUT.Smanjenje ugljenika je najefektivniji nacin da se smanjiMA. Drugim recirna, ovo je takode osnovno priproizvodnji TMCP sa tacks gledista povecanja zilavostiZUT.

celici sa dispergovanim Ti-oksidom su odqovaraiuci zazavarivanje sa velikom kolicinorn unete toplote, kao stoje dato u eksperimentalnim rezultatima na sl. 21 [75].

Slika 20. Intergranularne feritne ploce zacete na Ti-oksidu [75]

- 20

- 0

- -20

- -60

- -40

I

I

1450( C)

I

1723

I

1

1400

I

1673

I

I

11---=:;,.........

I

1623

1350

180 f--

o Ti-O

300 - D. Ti-8

• Ti-N

280 f--

240 '-

220 -

ti-0 -o

"C~ 140-

~_-.l..._--_.-.._--_.-..----tCC)

- 40

o

>-J: 160-

iti 260-E.2al:JtaCDa.Esalc:Nal

£ 200 .....-......1.-----'------""----

-20

-40

FSPGBF

ta 5 = 130s

Efektivna velicina zrna, d (urn)

0.04

320 0 Ti -0 (C)

6, Ti-B 40

\ • T i - N( 10 ppm S )

300 - 0 Ti -N( 40ppm S)

IAF 20

280

220

<'ll 240c~~Q.

<'ll 260:5CiiCDa.Es

Slika 19. Odnos izmedu prelazne temperature po Charpy-ju iefektivne velicine zrna na mestu inicijacije loma [75]

Intragranularni acikularni ferit (IAF) se odlikujesvojim rafinisanim zrncima tako da je prelomnajedinlcna ravan uvek mala. Medutim, IAF zadrzavapoboljsanu udarnu zllavost. Neki tipovi ukljucaka seponasaju kao mesta nukleacije. ani mogu biti REMoksisulfidi + BN [76], MnS + TiN [77-79] i Ti-oksid [75­81]. Na sl. 20 je data mikrofotografija rasta IAF zacetoqna Ti-oksidima [81]. Titan oksid medu IAF nukleisanimukljuccirna je terrnicki stabilan i odrzava njegovumoqucnost nukleacije ferita u ZUT, zavrsenoq premaliniji stapanja iznad 1450°C tokom zavarivanja. S drugestrane, mesta nukleacije ferita, za razliku od drugihoksida, tope se ispod linije stapanja. Novije razvijeni

vrsna temperatura (K)

Slika 21. Uticaj vrsne temerature ZUT na prelaznu temperaturupo Charpy-ju i tvrdocu [75]

Vee je saopsteno kako ukljucci koji pogodujunukleaciji ferita takode efektno sprecavaiu ogrubljenjeaustenitnog zrna u ZUT [80,82]. avo je tzv. efekt "civije".Rafinacija austenitnih zrna dovodi do rafinacije FSP irasta Bu iz granica austenitnog zrna i posledicno dopovecanja zilavosti ZUT.

4.2. ZUT pri vlseslojnom zavarivanju

Mikrostruktura ogrubele ZUT kod viseslojnozavarenog spoja se menja od lokacije do lokacije,

48 ZAVARIVAN)E I ZAVARENE KONSTRUKCI)E (1-2/2001), str. 37-54

•MIZ IIW z ns

15 OmcHT490 0HT785 f:::. A

Prvi ciklus

0.01 '---~\~-_..I-__""'__..I-_-""'--

Vrsna temperatura prvog ciklusa: 1673 K

1.0(1400 'C)

E0.5 ~~~1

g @ /t \P' '" \t''''''' \A 00

~

6.---- .....C')co f:::..C\l

"§. 0.1 c:I-0I-o 0.05

vrsna temperatura drugog ciklusa (K)

Slika 23. Odnos izmedu vrsne temperature drugog sloja savasa kriticnirn CTOD ZUT [84]

otvrdnutoscu se sastoje od donjeg beinita (BJ i rede primalim kolicinama unete toplote. Medutim, ukoliko seZUT ponovno zagreje odmah iznad Ac3, nastajumikrostrukturne promene od BL do Bu, zato sto je slabootvrdnjavanje rezultat fine velicine zrna iz originalne BLstrukture [85].

4.2. ZUT pri vlseslojnom zavarivanju

Mikrostruktura ogrubele ZUT kod vlseslojnozavarenog spoja se menja od lokacije do lokacije,zavisno od stepena izlozenosti toploti, odnosno odrnultitermicke istorije. Na sl. 22 su date sistematskepromene ZUT, zavisno od terrnickoq uticaja naviseslojnorn spoju celika klase Rm490 MPa [83], cija jemikrostruktura grubozrna. Usled prve terrnicke istorijeprvi say se menja u razliCite strukture koje odgovarajuterrnlckirn istorijama, zavisno od odqovarajucih dodatnihzavarenih slojeva. Kada je vrsna temperatura drugogsloja pribllzno iznad Ac3 prelazne temperature,mikrostruktura se raflnlse usled takozvanog efektanormalizacije (sl. 22B). Medutim, kada je druga vrsnatemperatura manja od Ac1' ogrubljena ZUT je samo uzarenorn stanju. U slucaju zagrevanja izmedu Ac1 i Ac3(oblast dvofazne austenitno-feritne strukture) rastvorljiviugljenik se stvara rastvaranjem karbida koncentrisanih uaustenitu pri vrsnim temperaturama i otvrdnjavanje rasteu austenitu. Neki od visokouqljenicnih austenita sutransformisani u martenzit tokom hladenja i MA sestvara dispergovano iii poput ostrvaca duz prethodnihgranica austenitnog zrna (sl. 22C).

Na sl. 23 je prikazan odnos izmedu kriticnogeTOD i temperature ponovnog zagrevanja pri testovimasimulacije terrnicke istorije [84]. Kao sto je ispredopisano, kriticni eTOD je najgori u slucaju stvaranja MA(martenzit poput ostrvaca), za sluca] celika Rm490 MPakada se ponovo zagreva do dvofaznog podrucja oko800oe. Oblast ponovnog zagrevanja do dvofaznogpodrucja takode postoji priblizno 3 rnrn po strani odIinije stapanja prvog prolaza (sl. 22E). Ova oblast je josjedna lokalno otvrdnuta zona, zavisno od MA, druqacijaod onih otvrdnutih zona duz grubozrne ZUT.Mikrostrukture ZUT celika Rm785 MPa sa visokom

Grubozrna ZUT

(CGHAZ)

Finozrna ZUT

(FGHAZ)

Medukrilicno ponovnozagrejana grubozrna zrna

( IRCG)

Podkriticno ponovnozagrajana grubozrna zrna

(SRCG)

Slika 22. Mikrostrukture ZUT vtseslojnoq sava [83]

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCI)E (1-2/2000, str. 37-54 49

•liS IIIW

Na sl. 23 je prikazan odnos izmedu kriticnoq CTODi temperature ponovnog zagrevanja pri testovimasimulacije terrnicke istorije [84]. Kao sto je ispredopisano, kriticni CTOD je najgori u slu6aju stvaranja MA(martenzit poput ostrvaca), za sluca] celika Rm490 MPakada se ponovo zagreva do dvofaznog podru6ja oko800°C. Oblast ponovnog zagrevanja do dvofaznogpodru6ja takode postoji priblizno 3 mm po strani od linijestapanja prvog prolaza (sl. 22E). Ova oblast je jos jednalokalno otvrdnuta zona, zavisno od MA, druqaci]a odonih otvrdnutih zona duz grubozrne ZUT. MikrostruktureZUT 6elika Rm785 MPa sa visokom otvrdnutoscu sesastoje od donjeg beinita (BJ i rede pri malimkoli6inama unete toplote. Medutim, ukoliko se ZUTponovno zagreje odmah iznad Ac3' nastajumikrostrukturne promene od BL do Bu, zato sto je slabootvrdnjavanje rezultat fine veli6ine zrna iz originalne BLstrukture [85].

Krtost ZUT je uzrokovana ne samo efektivnimprecnikorn zrna (d), vee takode ukupnom zapreminomostrva martenzita (MA). Sledeei odnos pokazuje zilavostZUT (vTrs) kao funkciju zapremine MA i jedinice ravnipreloma uklju6ujuei i to da je uticaj MA mnogodominantniji [86]:

vr,,(°C) u dvofaznoj ponovo zagrevanoj zoni

=C +12[MA(%)]-14[d(mm)t12 (7)

LegirajuCi elementi kao sto su ugljenik, bor imolibden povecavaju otvrdnjavanje ZUT i pogodujustvaranju MA. Sta vise, ovi elementi su pozeljni zasmanjenje zilavosti ZUT [87]. MA se raspada do nekogudela tokom ponovnog zagrevanja ispod Ac3odgovarajuCim zavarima zbog njihovog efekta zarenja.Silicijum deluje povoljno na dekomponovanje MA, jerstabilizuje HA [87, 88]. Zbog toga, smanjenje silicijumadovodi do poboljsanja zllavosti viseslojne ZUT [80].

U zavisnosti od njihove fine velicine, acikularni ferit(AF) rnoze dispergovati zone koncentrisanog ugljenikaprilikom ponovnog zagrevanja i tada je stvaranje MAzaustavljeno [87]. Celici uspesno koriste uklju6ke kaosto su Ti-oksidi radi obezbedenja odqovarajuce visokezilavosti sa njihovim viseslojnirn zavarima zato sto senjegov ZUT uglavnom sastoji od finih IAF.

MA stvara lokalno otvrdnute zone i one su glavnirazlog rnestirnlcno vrlo niskih vrednosti tokom brojnihCTOD ispitivanja. Zapazeno je da TMCP cetici mogu bitiosetljivi na lokalnu krtost u njihovim ZUT. Ovo jesuprotno prethodno utvrdenom, zato sto su TMCP bilirazvijeni upravo kada i CTOD ispitivanje, 6ija je olaksanadetekcija lokalne krtosti bila opste prihvacena i CTODispitivanje je cak najvise i radeno na TMCP celicirna. UTMCP se mogu precizno kontrolisati promeneotvrdniavajucih elemenata i dekompozicija MA zadrzavaelemente na zeljenorn nivou, konkurentno se odnosecina cvrstocu i zilavost celika, Proizvodnja TMCP znacajnopovecava zilavost ZUT u odnosu na, ne samokarakteristike prema Charpy-ju, vee i kriti6ni CTOD.

MIZ

5. KARAKTERISTIKE TMCP CELIKA PRIPONOVNOM ZAGREVANJU

5.1. Starenje

Celici su cesto tzlozeni ponovnom zagrevanjuuklju6ujuCi i zagrevanje plamenom u proizvodnji poslehladnog oblikovanja od nekoliko procenata. Za to vremeosnovni celici degradiraju na zilavosti, sto je vezano zastarenje. Na sl. 24 su pokazane promene prelaznihtemperatura pri Charpy lomu kada je materijal lzlozendelovanju tretmana starenja, a to je 250°C x 3600 s posle5% hladne deformacije [3]. Stepen degradacije usledstarenja je 20°C iii priblizno toliko i ne razlikuje se odkonvencionalnih celika do TMCP celika. Medutim,apsolutni nivo je visi kod TMCP nego kodkonvencionalnih, zato sto se kod TMCP celikapobolisava zilavost osnovnog metala.

5.2. Karakteristike pri zagrevanju plamenom

Pri proizvodnji celtka, oni se obiikuju do zeljenogobiika koriscenjern lokalne plasticne deformacije iiitermi6kog skupljanja zbog linijskog iii tackastoqzagrevanja plamenom. Zavisno od primenjenogzagrevanja, u lokalno zagrevanim oblastimamikrostrukture se menjaju, tako da njihova zilavost icvrstoca takode variraju. Standardi kvaliteta japanskogregistra brodova (The Japan Shipbuilding QualityStandard) odreduju 600°C kao maksimalnu dozvoljenutemperaturu zagrevanja pri grejanju plamenom pracenuvodenim hladenjem. Medutim, rnoze se dozvolitizagrevanje do 900°C, ukoliko je praceno vazdusninhladenjem do 500°C, a potom vodenim hladenjem.

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 CC)

e CR-AcC

6. CR ('C)~ 340 0 AR 60~

t 32040ci

E(I) 300 +40K~ 20'lii (40t)(I)

280 /'iii0 /00

0c,eo 260 //e 0E -20..Q /eo /~ 240 /6. 1: 1 -40Cii / eCD / e~ 220 tt e 6. -60s / ~eo

200 /c:N /e 6., -80eo / 6.Qiet 180 6.

-100

180 200 220 240 260 280 300

Prelazna temperatura lorna, vT•• (K)

Slika 24. Promena zilavosti osnovnog materijala pod uslovimastarenja usled naprezanja [3]

50 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str. 37-54

IIW / nsMIZ----8>

Stika 25. Uporedenje osobina TMCP i konvencionalnog celikaposle termlcke obrade nakon zavarivanja [90, 91]

6. OSOBINE METALA SAVA PRI ZAVARIVANJUTMCP CEUKA

6.1. Zilavost metala sava

Materijali na bazi sistema Ti-B, koji se koriste prizavarivanju, zavaruju se sa velikom unetom koliclnorntoplote. Zilavost materijala koji se zavaruje poboljsava sekontrolom njegovog otvrdnjavanja unutar primenljivogopsega zavisnog od unosa toplote zavarivanja, tako dase njegova mikrostruktura uglavnom sastoji od finogiglicastog ferita (IAF) izdvojenog na Ti-oksidima, dok jeusporavanje talozenja ferita po granicama zrna (GBF) igornjeg beinita (Bu) svedeno na minimum. Zasprecavan]e nukleacije GBF potreban je odqovarajucisadrza] slobodnog bora. Kao sto je vee diskutovano, priotvrdnjvanju ZUT ponovno zagrevanog metala savasadrzaj potrebnog slobodnog bora varira zavisno odsadrzaja kiseonika, azota, aluminijuma i titana. Takode,sadrza] potrebnog Ti-oksida za nukleaciju IAF je odredenosetljivom ravnotezorn titana, kiseonika, aluminijuma,silicijuma i mangana. Sta vise, slabljenje osnovnogmaterijala u metalu sava postaje neoqraniceno pri velikojkolicini unete toplote pri zavarivanju, pri kojoj slabljenjebrzine moze biti do 50%. Hemijski sastav metala sava saTi-B je nernoquce odrzavati do zeljenog nivoa i dovodido slabih rezultata zilavosti metala sava,

Na sl. 26 je prikazana zavisnost cvrstoce i zilavostlmetala sava sa Ti-B od njihovih ekvivalenata ugljenika[93]. Pri malom ekvivalentu ugljenika mikrostruktura se

CC)o-20

-40

-60

-80

-100

Boot 2550C 2h

823K x 7200s 873K x 7200s

Z

Zavareno

avareno (( x x hI JI I IA-__1/ A} FL

-)

i- -0--..4' 0-

--0I -A___ )<,- _____________A} FL _

- O---~r-----.()--------.o +2mm-FL-linija stapanja

-

i- A~)--__It.

f-~~~ 0

0 TMCP>- \ ~ N(Norm.)

'<. rvII T -.H

250

600

-1 200

~Q.

~

J 550

~ 500Q.

~'c0c,ttlc:

<ii'iii0ttlN

0

Mehanicke osobine su ispitivane za normalizovane,kontrolisano valjane i TMCP celike kada su oni izlozenilokalnom zagrevanju sa razlicitirn maksimalnimtemperaturama zagrevanja i pocetnirn temperaturamavodenog hladenja [89]. Svi celici su do odredenogstepena ojacavali, a njihova zilavost se poqorsavala, dokse stepen zilavosti nije razlikovao od celika do celika, Svicelici su najvise degradirali pri zagrevanju dotemperature dvofazne oblasti (izmedu 600 i 700°C) ihladenju na vazduhu, zato sto su imali za rezultatoqrubljujuce rnesane mikrostrukture sa feritom, beinitomi ostrvcima martenzita. Kaljenje u vodi sa ovihtemperatura se mora izbegavati, a pravilo hladenja navazduhu do 500°C treba odrzavati. TMCP celici sutakode superiorni u odnosu na konvencionalne celike pokarakteristikama pri zagrevanju plamenom, zbog njihovebolje zilavosti osnovnog materijala.

5.3. Karakteristike termlcke obrade poslezavarivanja

Terrnicka obrada posle zavarivanja (PWHT)ukliucujuci normalizaciju (N), normalizaciju i otpustaje(NT) i kaljenje i otpustanje (QT) nisu dozvoljeni kodTMCP celika, koji ocvrseavaju ubrzanim hladenjem.Toplo oblikovanje takode nije dozvoljeno ali se rnozeoblikovanje na topic izvoditi uz primenu odqovarajucihmera predostroznosti, Zarenje radi smanjenja napona,kao termicka obrada posle zavarivanja je prihvatljiva kodTMCP celika JIS (japanskl standard), za celike od kojihse izraduju posude pod pritiskom cija je debljina 38 mm ivise se rnoze podvrgavati ovom tipu terrnicke obrade saciljem smanjenja zaostalih napona i poboljsan]a osobinamaterijala. Ovo je zasnovano na pretpostavci upotrebenormalizovanih cellka i valjanih celika, Za TMCP cellkesa pobolisanorn zilavoscu osnovnog materijala, terrnlckaobrada posle zavarivanja rnoze biti izvedena samo zanamenu smanjenja zaostalih napona.

Na sl. 25 su prikazani eksperimentalni rezultatiefekata terrnicke obrade posle zavarivanja na TMCPcelike [90, 91]. Vidljivo je da su zaostali naponi poslezavarivanja u zadovoljvajucern stepenu uklonjeniterrnickorn obradom posle zavarivanja na 550°C bezznacajnoq smanjenja njihove cvrstoce, umesto terrnickeobrade na 600°C. Ovaj rezultat navodi na to da usloviterrnlcke obrade posle zavarivanja mogu da buduizmedu 600°C i 550°C za TMCP celike. Dodatak malihkolicina niobijuma je veoma efektan zbog taloznoqotvrdnjavanja, nasuprot smanjenju cvrstoce usledterrnicke obrade. Medutim, obavezno se morajupreduzeti mere za sprecavan]e krtosti usled talozenjauzrokovanog prevelikom kolicinom niobijuma [92].

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str. 37-54 51

MIZ.----IIW / ns

uglavnom sastoji od GBF koja doprinosi gubitkuotvrdnjavanja, dok se ova sastoji od gornjeg beinita (BJu slucaju visokog ekvivalenta ugljenika. Njihova zllavostu obe oblasti je mala. U intermedijalnim oblastima,pozelino otvrdnjavanje je postignuto, rezultujuci umikrostrukturi ACF sa velikom zilavoscu. Nedostatakotvrdnjavanja u metalu sava Ti-B rnoze biti uzrokovanslabljenjem osnovnog materijala pri zavarivanju TMCPcelika sa ekvivalentom ugljenika (CEllw) ne vecirn od0.30%. U ovom slucaju, kao materijali koji se zavarujumoraju se koristiti oni cije je otvrdnjavanje pripremljenodo ponekad visokog nivoa.

arCo 800 f-

~

-rl 600-o'iii~ 400-

200 ~

2600 CC)

1.4Mn- .16Mo-T;-8 637) -20300 ppm O2

0 4.6 kJ/mm240

( ):Rm(MPa)(545)-40g

,~

ttiE -60~Cll (566):; 0'§ 200CD

-80a.E (588) 0s 0.-""""'" (598)ttlc: 180

120mmNCll"0 -100c::

.02 .04 .06 .08 .1

Sadrza] AI u celicnom limu (%)

! I I ! !

.003 .007 .012 .017 .021 .027 .032

Sadrza] AI u metalu sava (%)

25 .30 .35 .40 .45

CE = C+Si/24+Mn/6+Mo/4

Slika 26. Zavisnost zilavosti i cvrstoce Ti-B metala sava odnjegovog ekvivalenta ugljenika [93]

Mnogi elementi u osnovnom materijalu lose utlcu,kroz slabljenje, na cvrstocu i zilavost metala sava od Ti-Bcelika pri zavarivanju sa velikom kolicinorn unete toplote.Posebno, aluminijum ima veliki uticaj kao sto je dato nasl. 27 [94]. AI-oksidi nisu potencijalna mesta nukleacijepozeljne IAF, za razliku od Ti-oksida. Reakcijadezoksidacije u rastopljenom metalu sava se odvija zbogafiniteta prema kiseoniku, tj. aluminijum se prvi oksidujepotom titan, silicijum i onda mangan. Zato, zaostalikiseonik posle oksidacije aluminijum treba zadrzati naprihvatljivom nivou zavisno od sadrzaja aluminijuma uosnovnom metalu, radi stvaranja efektivnih Ti-oksida. Uoblastima visokog sadrzaja aluminijuma svi oksidi su AI­oksidi i ne stvaraju se Ti-oksidi. Kao rezultat, zilavostmetala sava znacajno pada. Nasuprot tome, izuzetnomali sadrzaj aluminijuma rezultuje u stvaranju ne samoTi-oksida, vee i nepozeljnih Si-oksida i Mn-oksida, azilavost se takode poqorsava,

50 I-

6.2. Prsline pri oevrscavanju metala sava

Koreni zavar na suceonorn spoju cevi sa V-zljebornje znacajno oslabljen U odnosu na osnovni materijalzbog jakog uvarivanja luka pri zavarivanju korena cak ikada je koliclna unete toplote mala. Dok je oqranlcen]eotvrdnjavanja ZUT, usko pri suceonorn zavarivanju cevi,kao sto je napred opisano, sadrzaj ugljenika se oblcnosmanjuje kod celika za cevi, proizvedenih TMCP.Poznato je da su visoki sadrza] ugljenika u metalu savaodgovorni za osetljivost na stvaranje prslina priocvrscavanju. Medutim, metal sava sa izuzetnosmanjenim sadrzajern ugljenika je takode osetljiv premaprslinama pri ocvrscavan]u [95].

Prsline pri ocvrscavaniu se cesce pojavljuju ukolikobrzina zavarivanja raste. Medutim, koreni zavar prisuceonorn zavarivanju cevi je veoma osetljiv na prslinepri ocvrscavanju zbog toga sto se koreni zavar izvodi upolozaju vertikalno-nanize velikom brzinom. Slika 28daje jedan primer prslina pri ocvrscavaniu oblasti saniskim ugljenikom pri zavarivanju ultra-niskouqlienicnlhTMCP celika za upotrebu kod cevovoda. Ovaj tip prslinapri ocvrscavanju se javlja kod V-zljeba i pri zavarivanjuceluloznim elektrodama i kada metal sava ima rnanje od0.05% ugljenika [96]. Smanjenje sadrzaja ugljenika uceliku do nivoa manje od 0.02% dovodi doneocekivanoq ogrubljenja austenitnih granica u ZUT.Zato, visoko kvalitetnii celici za cevovode sadrze 0.05%ugljenika iii priblizno toliko za konkurentni zakliucak 0

sprecavanju prslina pri ocvrscavanju i oqranlcenjutvrdoce ZUT.

Slika 27. Odnos izmedu prelazne temperature po Charpy-ju Ti­B metala sava i sadrzala aluminijuma [94]

- 5

- 10

... ..::;..~'0(j)c:Q)

:g 100 I­m>o.0

o<f)

a.-c

52 ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str. 37-54

MIZ ., IIW / us

7. ZAKLJUCAKBilo je rnoquce proizvesti visoko kvalitetne celike

preciznom kontrolom hemijskog sastava zajedno saizvodenjem TMCP. Kod celika TMCP nije dopustenoizlaganje termicklrn obradama kod kojih su temperaturevise od temperatura transformacijie. TMCP celici susuperiorni u odnosu na konvencionalne celike u pogleduotvrdnjavanja usled starenja, otvrdnjavanja usledzagrevanja plamenom, zilavosti posle terrnicke obradenakon zavarivanja, otvrdnjavanja ZUT, osetljivosti nahladne prsline i zllavosti ZUT. Medutim, postoje nekiproblemi koji se odnose na omeksavan]e ZUT, zilavostmetala sava i prsline pri ocvrscavaniu pri zavarivanjuTMCP celika,

2mmSlika 28. Solidifikacija prslina u suceonorn nosecern spoju cevi

od celika sa vrlo niskim sadrzajern ugljenika [96]

ZAHVALNOSTAutor se zahvaljuje dr S. Aihara, dr Y. Hagiwara, dr

H. Tamehiro, mr T. Saito, mr Y. Horii i dr M. Okumura izSteel Research Laboratories of Nippon Steel na njihovimstrucnirn savetima i asistenciji. Takode je zahvalan prof.De Meester sa Universite de Louvain i dr C. Shiga izKawasaki Steel na njihovim savetima u reviziji ovogrukopisa.

LITERATURA[1] G.F. Melloy, C.W. Roe and RD. Romeril: Industrial Heating,

Vol. 5. p. 896,1967.

[2] A.J. DeArdo: Proc. Int. Symp. on Accelerated Cooling of RolledSteel (Edited by G.E. Ruddle), ClM, Winnipeg, Canada, 1988.

[3] Morikawa, Moriyama, Itoh: 1. Jpn. Weld. Soc., Vol. 55, No.2,pp. 83-90, 1986 (in Japanese).

[4] Japan Iron & Steel Institute: Properties of TMCP Steels forPressure Vessels, 1986 (in Japanese).

[5] Terashima. Furukimi: J. Jpn. Weld. Soc., Vol. 55, No.7, pp. 411­418.1986 (in Japanese).

[6] Ohashi, Mochituki, Vamaguchi: Seitetsu Kenkyu, Vol. 334, pp.17-28, 1989 (m Japanese).

[7] Tsuchida, Yamaba, Yamaguchi: CAMP, Vol. 2. pp. 1724-1727.1989 (inJapanese).

[8] Matuszaki, Saito, Shiga: CAMP. Vol. 2. pp. 1728-1731, 1989 (inJapanese).

[9] Takechi: Tetsu-to-Hagane, Vol. 68, No.9, pp. 1244-1255, 1982(in Japanese).

[10] Ikenaga, Takita, Mizui: CAMP, Vol. 2, p. 759, 1989 (inJapanese).

[11] V.E Zackay, E.R Parker, D. Fahr, R. Bush: Trans. Am. Soc. Met.,Vol. 60, pp. 252-259,1967.

[12] Tsukaya, Kamei, Sakai: CAMP, Vol. 1, No.3, p. 945,1988.

[13] Yamamoto, Kobayashi, Hondda: CAMP, Vol. 2, No.5, p. 1732,1989 (in Japanese).

[14] Ida, Takeshima, Fujimoto: CAMP, Vol. 1, No.5, p. 1509, 1988(in Japanese).

[15] Kageyama, Sugino, Fukuda: Seitetsu Kenkyu, Vol. 329, pp. 2-14,1988 (in Japanese).

[16] Wada, Fukuda: Tetsu-to-Hagane, Vol. 73, No.9, pp. 1162-1169,1989 (in Japanese).

[17] Japan Shipbuilding Research Association: Report No. 100,Research on HT50 High Strength Steels by New Process, 1985(in Japanese).

[18] N. Yurioka, M. Okumura, T. Kasuya: Metal Const., Vol. 19, No.4, pp. 217R-223R, 1987.

[19] N. Yurioka: Advances in Welding Metallurgy, pp. 51-64, AWS­JWS-JWES, 1990.

[20] N. Smith, B.1. Bagnall: Metal Const., Vol. 1, No.2, pp.17-23,1969.

[21] E.J. Ridal: Metal Const., Vol. 3, No. 11, pp. 413-417,1972.

[22] D. McKeown, P. Judson, R.L. Apps: Metal Const., Vol. 15, No.11,pp.667-673,1983.

[23] P. Hart: Metal Const., Vol. 18, No. 10, pp. 610-616, 1986.

[24] Okumura, Kasuya, Yurioka: Quarterly J. Jpn. Weld. Soc., Vol. 6,No.1, pp. 144-150, 1988 (in Japanese).

[25] Yamamoto, Haze, Matsuda, Chijiiwa: CAMP, Vol. 1, No.3, p.776, 1988 (in Japanese).

[26] M. Beckert, R. Holz: Schweisstechnik, Vol. 23, No.8, pp.344­346,1973.

[27] N. Yurioka, S. Ohshita, Tamehiro: Symp. Pipeline Welding in the80's, AWRA, Melbourne, Australia, 1981.

[28] C. Duren: IIW Doc. IX-1356-85.

[29] P.J. Boothby: Metal Const., Vol. 17, No.6, pp. 363-366,1985.

[30] Suzuki: Quarterly 1. Jpn. Weld. Soc., Vol. 4, No.1, pp. 90-95,1986 (in Japanese).

[31] Terasaki, Nomura, Kitada: Quarterly J. Jpn. Weld. Soc., Vol. 6,No.1, pp. 139-143, 1988 (in Japanese).

[32] M. Okumura, N. Yurioka, T. Kasuya, H.J.U. Cotton: Proc. onStress Relieving Heat Treatment of Welded Steel Construction,1987, Sofia, pp. 61-68. Pergamon Press, Oxford.

[33] Yurioka, Okumura: 1. Jpn. Weld. Soc., Vol. 59, No.2, pp. 6-9,1990 (in Japanese).

[34] K. Shinada, Y. Horii, N. Yurioka: Weld. J., Vol. 71, No.7, pp.253s-262s, 1992.

[35] Nakata, Saji, Fukuda, Saito: JWS Resistance Welding Research,RWS-54C-82, 1982 (in Japanese).

[36] Nakata, Saji, Fukuda. Saito: JWS Resistance Welding Research,RWS-54D-82, 1982 (in Japanese).

[37] Nishi, Saito, Yamada, Takahashi: Seitetsu Kenkyu, No. 307, p.56, 1982 (in Japanese).

[38] Nose. Tanaka, Sato: JWS Resistance Welding Research, RW­149-78,1978 (in Japanese).

[39] Yamauchi, Koh: JWS Resistance Welding Research, RW-166­79,1979 (in Japanese).

[40] J.W. Michell: Symp. on Micro-Alloying, 75, 94,1975.

ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1-2/2001), str. 37-54 53

•liS IIIW

[41] Bessho: 1. Sumitomo Metal, Vol. 26, No.2, p. 182, 1974 (inJapanese).

[42] Tanaka, Nomura, Kokubo: Tetsu-to-Hagane, Vol. 68, No.9, p.1437,1982 (in Japanese).

[43] Nakata, Nishikawa, Ohsawa: JWS Resistance Welding Research,RW-153-78, 1979 (in Japanese).

[44] Ikenaga, Takita, Mizui, Kishida: CAMP, Vol. 2, p. 759, 1989 (inJapanese).

[45] Yajima: Symp. on Welding Metallurgy of TMCP Steels, JWS,pp. 140-150, 1985 (in Japanese).

[46] Shinozaki: 128th Nishiya Memorial Lecture, pp. 111-153, 1989(in Japanese).

[47] R Denys: Proc. IntI. Conf. on Evaluation of MaterialsPerformance in Severe Environments, ISH, Kobe, pp. 1013-1027,1989.

[48] S. Machida, Y. Hagiwara: 8th OMAE, vol. III, 1989.

[49] Kubo, Nakano: CAMP, Vol. 4, p. 919,1991 (in Japanese).

[50] Amano, Shiga, Tanaka: Symp, on Welding Metallurgy of TMCPSteels, JWS, pp. 101-110, 1985 (in Japanese).

[51] Kobayashi: Symp. On Welding Metallurgy of TMCP Steels,JWS, pp, 177-184, 1985 (in Japanese).

[52] J. Dearden, H. O'Neil: Trans. lnst. Weld., Vol. 3, No. 10, pp. 203­214,1940.

[53] H. Suzuki, H. Tamura: llW Doc. lX-285-61.

[54] R.D. Stout, R. Vasudevan, AW. Pence: Weld. 1., Vol. 55, No.4,pp. 89s-94s, 1976.

[55] Ito, Bessho: J. Jpn. Weld. Soc., Vol. 37, No.9, pp. 983-991, 1968(in Japanese).

[56] B.A Graville: Conf. Welding of HSLA Structural Steels,ASM/AIM, Rome, Italy, 1976.

[57] K. Lorenz, C. Duren: Conf. on Steels for Linepipe and PipelineFittings, TMS, London, pp. 322-332, 1983.

[58] Ito, Bessho: 1. Jpn. Weld. so«. Vol. 38, No. 10, pp. 1134-1144,1969 (in Japanese).

[59] S. Matsui, M. Inagaki: llW Doc. IX-970-76.

[60] V. Pavaskar, J.S. Kirkaldy: Scand. J. Metall., Vol. 11, pp. 256­262,1982.

[61] N. Yurioka, H. Suzuki, S. Ohshita: Weld. J., Vol. 62, No.6, pp.147s-153s, 1983.

[62] RAJ Karppi, 1. Runsila, M. Toyoda, K. Varitiainen: Scand. 1.Metall., Vol. 13, pp. 66-74, 1984.

[63] C. Duren, K. Niederhoff: Proc. 3rd Int. Conf. on Welding andPerformance of Pipelines, TWI, London, 1986.

[64] AWS Dl.l-90, Structural Steel Code, Appendix XI, 1990.

[65] British Standards Institute: Specification for process of arcwelding of carbon and carbon manganese steels, BS5135, 1987.

[66] N. Vurioka, T. Kasuya: llW Doc. lX-1740-94.

[67] HJ. Granjon: IlW Doc. lX-830-73,.

[68] J. Defourny: IIW Doc. lX-1649-91.

[69] Yatake, Yurioka, Kataoka: 1. Jpn. Weld. Soc., Vol. 50, No.3, pp.291-296,1981 (in Japanese).

[70] P.H.M. Hart: Weld. J., Vol. 65, No.1, pp. 14s-22s, 1986.

[71] N. Okuda, y. Ogata, Y. Nishiyama: Weld. J., Vol. 66, No.5, pp.141s-147s, 1987.

[72] Tanaka: 128th Nishiyama Memorial Lecture, JISI, pp. 77-105,1989 (in Japanese).

[73] Horii: 128th Nishiyama Memorial Lecture, JISI, pp. 39-76, 1989(in Japanese).

Mil

[74] Nakanishi, Komizo, Fukada: Quarterly J. Jpn. Weld. Soc., Vol. 4,No.2, pp. 447-452, 1986 (in Japanese).

[75] K. Yamamoto, S. Matsuda, T. Haze, R. Chijiiwa: Proc. Symp. onResidual and Unspecified Elements in Steel, ASTM STPI042,pp. 266-284, 1987.

[76] Funakoshi: Tetsu-to-Hagane, Vol. 63, No.2, pp. 105-114, 1977(in Japanese).

[77] Ohno: CAMP, Vol. 73, No.8, pp. 94-101. 1987 (in Japanese).

[78] Chou, Kim: JWS Annual Meeting, Vol. 43, p. 311, 1988.

[79] Furusawa: 1. Sumitomo Metal, Vol. 40, No.1, pp. 29-48,1988 (inJapanese).

[80] C. Chiga: Proc. Pre-Assembly Symp. IIW onWeldinglJoiningiCoatmg and Surface Modification, llW,Darlian, Vol. I, pp. 207-212,1974.

[81] Y. Terada, R Chijiiwa, H. Tamehiro: 2nd IntI. Conf. on HSLASteels, Beijing, pp. 519-524,1990.

[82] C. Chiga, Y. Saito: 1st Jpn-US Symp. on Advances in WeldingMetallurgy, AWS-JWS-JWES, pp. 295-324, 1990.

[83] Haze: Seitetsu Kenkyu, No. 326, pp. 36-44, 1987 (in Japanese).

[84] T. Haze, S. Aihara: llW Doc. lX-1432-86.

[85] Nakao, Ohsato, Noi, Nishi: Quarterly J. Jpn. Weld. Soc., Vol. 5,No.3, pp. 410-422,1987 (in Japanese).

[86] K. Uchino, Y. Ohno: Proc. IntI. Conf. 7th OMAE, Vol. 3, pp.159-165,1987.

[87] S. Aihara, K. Okamoto: Proc. IntI. Conf. on the Metallurgy,Welding and Qualification of Microalloyed Steel Weldments,AWS, Houston, pp. 401-425,1990.

[88] SJ. Barnard: Advances in Physical Metallurgy and Application ofSteels, TMS, pp. 33-37, 1981.

[89] Watanabe: NKK Tech. 1., No. 112, pp. 63-68, 1986 (in Japanese).

[90] Tanaka, Shikauchi: CAMP, Vol. 3, No.6, p. 1971, 1990 (inJapanese).

[91] Tanaka, Ohnishi: CAMP, Vol. 3, No.6, p. 1972, 1990 (inJananese).

[92] Sato, Takeda, Kanaya: Quarterly J. Jpn. Weld. Soc., Vol. 2, No.4, pp. 691-699,1984 (in Japanese).

[93] Okuda, Wada, Tanaka: Symp. of Welding Metallurgy of TMCPSteels, JWS, pp. 200-209,1985 (in Japanese).

[94] Y. Horii, S. Ohkita, M. Wakabaysahi: Int. Trends in WeldingResearch, ASM, Tennessee, USA, pp. 413-417,1986.

[95] Masumoto, Ozaki: 1. Jpn. Weld. Soc., Vol. 42, No.7, pp. 674­684,1973 (in Japanese).

[96] S. Ohshita, N. Yurioka, T. Kimura: Weld. J., Vol. 62, No.5, pp.129s-136s, 1983.

Prevod M. Antic

Durmitorska 3 lok.S. Beograd

54 ZAVARIVAN)E I ZAVARENE KONSTRUKCI)E (1-2/2001), str. 37-54