Cheminė sudėtisS690QL(Gesintas ir grūdintas, 690 MPa min. išeiga, atsparumas žemai{1}}temperatūrai) yra kruopščiai sukurtas, kad būtų pasiektas didžiulis stiprumo{2}}tvirtumo derinys. Tačiau ši kompozicija sukuria unikalias ir sudėtingas suvirinimo sąlygas, kuriose kiekvienas elementas atlieka lemiamą vaidmenį nustatant suvirinto jungties veikimą, vientisumą ir galutines savybes.
Čia pateikiama išsami analizė, kaip pagrindiniai S690QL sudėtiniai elementai tiesiogiai veikia jo suvirinimo našumą.
1. Pagrindinis principas: suvirinimo paradoksas
S690QL sukurtas taip, kad būtų labai kietas (kad būtų pasiektas 690 MPa stiprumas storose pjūviuose su mažu -anglies pagrindu) ir didelis kietumas žemoje temperatūroje. Dėl tokio pat kietėjimo karščio{4}}paveikta zona (HAZ) yra ypač jautri suvirinimo terminiam ciklui, todėl kyla pagrindinis iššūkis.
2. Elementas-pagal-Elemento poveikis suvirinimo našumui
Anglis (C)
Žemas (~0.15 - 0.18 % maks.) Pagrindinis kietėjimo ir jautrumo įtrūkimams reguliatorius. Mažas anglies kiekis yra vienintelis svarbiausias veiksnys, leidžiantis suvirinti S690QL. Tai sumažina anglies ekvivalentą (CEV) ir polinkį susidaryti kietą, trapų martensitą HAZ. Nauda: drastiškai sumažina vandenilio{5}}sukelto šaltojo krekingo (HICC) riziką.
Kompetencija-: sumažina vidinį kietumą, kompensuojamą kitais elementais (B, Mn). Manganas (Mn) Didelis (~1.0 - 1.7%) Stiprus kietėjimo stipriklis ir kieto tirpalo stiprintuvas. Padidina kietumą, užtikrindama martensitinę transformaciją HAZ net esant vidutiniam aušinimo greičiui. Rizika: Didelis Mn kartu su C reikšmingai prisideda prie CEV. Skatina visiškai martensitinio HAZ susidarymą, jei aušinimas per greitas.
Sušvelninimas: kontroliuoja aušinimo greitį per išankstinį-šildymą, kad būtų galima automatiškai{1}}šlifuoti šį martensitą. Silicio (Si) vidutinio stiprumo (0.15 - 0.60%) deoksidatorius ir kieto tirpalo stiprintuvas. Padidina suvirinimo baseino sklandumą, tačiau šlake gali susidaryti trapūs silikatai. Paprastai naudinga suvirinimo baseino valdymui. Jo pagrindinis suvirinimo poveikis yra netiesioginis, nes jis prisideda prie stiprumo. Mikro-Lydiniai (Nb, V, Ti) Tikslūs priedai (kiekvienas<0.10%) Grain Refiners & Precipitation Strengtheners. In the base metal, they provide strength and toughness via fine grains and precipitates. Major Welding Impact: These elements form stable carbonitrides that pin grain boundaries. During the weld thermal cycle:
• Sub{0}}Critical HAZ: nuosėdos gali sukietėti ir sumažinti stiprumą.
• Grūduose{0}}Stirpus HAZ (GC-HAZ): jie iš dalies ištirpsta, todėl pernelyg daug auga austenito grūdeliai. Greitai atvėsus, susidaro stambiagrūdė martensitinė/baininė mikrostruktūra, kuri yra trapiausia sritis ir puiki vieta plyšių atsiradimui. Tai yra pagrindinis suvirinimo procedūrų kūrimo akcentas. Boro (B) pėdsakas (0.0005 - 0.003%) – didžiausias kietumo daugiklis. Nedidelis kiekis žymiai padidina kietėjimą, nes atsiskiria iki grūdelių ribų, uždelsdamas minkštojo ferito susidarymą. Kritinė reikšmė: Boro poveikis yra labai jautrus šiluminiam ciklui. Intercritical HAZ boras gali vėl{10}}atskirti, todėl gali susidaryti vietinė trapi zona (LBZ), kurios kietumas yra mažesnis. Suvirinimo procedūros turi valdyti aukščiausią temperatūrą ir aušinimo greitį šiame regione. Nikelis (Ni) Dažnai pridedamas (iki ~2%) Premier Toughness Enhancer. Pagerina netauriųjų metalų ir, svarbiausia, suvirinimo metalo bei HAZ tvirtumą. Tai sumažina plastiškumo{16}}trapus perėjimo temperatūrą. Privalumai suvirinimui: svarbiausias legiravimo elementas, užtikrinantis tinkamą suvirintos jungties atsparumą plyšimui, ypač tokiam pagrindui kaip S690QL1 (-60 laipsnių). Dėl to HAZ mikrostruktūra tampa tolerantiškesnė. Chromas (Cr) ir molibdenas (Mo) Kontroliuojami priedai Kietumas ir atsparumas temperatūroms. Grūdinimo metu padidinkite stiprumą ir sulėtinkite minkštėjimą. Padidinkite CEV ir skatinkite martensito susidarymą. Mo ypač padeda sumažinti HAZ sutrupėjimo riziką po{28}}suvirinimo terminio apdorojimo. Priemaišos (P, S) Ultra-Mažas (P Mažiau arba lygus 0,020%, S Mažiau arba lygus 0,010%) Trapūs elementai. Labai svarbu suvirinimo vientisumui: Mažas fosforo kiekis sumažina suvirinimo metalo jautrumą kietėjimo įtrūkimams. Itin mažas sieros kiekis yra būtinas norint išvengti karštojo įtrūkimų ir, dar svarbiau, sumažinti storų, suvaržytų suvirinimo siūlių plokščių plyšimo riziką (tokioms reikmėms reikalingas Z kokybės plienas).
3. Sintezė: pagrindiniai suvirinimo našumo reiškiniai, kuriuos lemia sudėtis
A. Šilumos{1}}paveiktos zonos (HAZ) minkštėjimas ir trapumas
Mechanizmas: Suvirinimo terminis ciklas sukuria mikrostruktūrų gradientą. Kritiškiausios zonos yra:
Virš-grūdinta zona (600 laipsnių - Ac₁): stiprumas gali sumažėti iki ~550–600 MPa.
Interkritinės ir{0}}grūdėtos zonos: kur sutrinka mikro-lydinio nuosėdos ir vyksta grūdelių augimas, todėl galimi vietiniai kietumo minimumai.
Konstrukcijos poveikis: Suminkštintas HAZ tampa silpnąja grandimi statiškai apkrautoje, suvirintoje jungtyje. Jungties stiprumą riboja ši zona, o ne 690 MPa netauriųjų metalų.
B. Vandenilio -Sukelto šaltojo krekingo (HICC) jautrumas
Formulė: rizikai=jautri mikrostruktūra (martensitas) + vandenilis + tempimo įtempis
S690QL profilis: mažas anglies kiekis yra pagrindinė apsauga, mažinanti susidariusio martensito kietumą (taigi ir jautrumą). Tačiau didelis kietumas (nuo B, Mn) reiškia, kad HAZ susidarys martensitas, jei aušinimas nebus ribojamas.
Prevencijos strategija: privalomas ultra-mažo vandenilio procesų (GMAW, SAW su kaitintu srautu), išankstinio-kaitinimo (80-150 laipsnių pagal storį / CEV) naudojimas, siekiant sulėtinti aušinimą, ir laikymas po suvirinimo, kad būtų užtikrinta vandenilio difuzija.
C. Suvirinimo metalų derinimas ir vandenilio valdymas
Eksploatacinių medžiagų pasirinkimas: tikslas yra suderinti stiprumą su puikiu tvirtumu. Tai sunku. Dažnai naudojamos šiek tiek mažiau-atitinkančios eksploatacinės medžiagos (pvz., našumas ~620 MPa), nes užtikrinamas didesnis tvirtumas ir mažesnis jautrumas įtrūkimams. Suvirinimo metalas taip pat turi turėti labai mažą vandenilio potencialą.
Vandenilio iššūkis: Net ir taikant tobulas procedūras, suvirinimo metalas sukietėja kaip liejimo struktūra, savaime sulaikydama daugiau vandenilio. Jo pasklidimas į netoliese esantį kietą, įtemptą HAZ yra pagrindinė įtrūkimų rizika.
4. Chemijos padiktuoti suvirinimo procedūros pagrindai
Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, patikima S690QL suvirinimo procedūra turi apimti:
Mažas šilumos suvartojimas: siekiant sumažinti HAZ plotį ir grūdų augimo mastą. Tikslas: 0.5 - 1.5 kJ/mm.
Griežtas išankstinis{0}}šildymas ir temperatūros valdymas: aušinimo greičiui valdyti, martensito susidarymo prevencijai ir vandenilio pašalinimui. Temperatūra pagrįsta faktiniu CEV ir storiu.
Post-Weld Heat Treatment (PWHT) Consideration: For thick sections (>30 mm) arba labai suvaržytos jungtys, PWHT ~ 550-580 laipsnių temperatūroje naudojamas žalingiems liekamiesiems įtempiams sumažinti ir HAZ martensitui grūdinti, tačiau jis dar labiau suminkštins per-temptą zoną. Tai yra esminis dizaino kompromisas.
Privalomas po{0}}suvirinimo pagerinimas: didelio
Išvada: kompoziciškai sukurtas kompromisas
S690QL cheminė sudėtis yra metalurginio kompromiso šedevras, todėl jis iš principo yra suvirinamas, bet reikalaujantis praktiškai.
Low Carbon & Nickel yra suvirintojo sąjungininkai, užtikrinantys atsparumą įtrūkimams ir tvirtumą.
Daug mangano, boro ir mikro{0}}lydinių yra priešai, sukuriantys HAZ, kuri iš prigimties yra kieta, lokaliai trapi ir suminkštėjusi.
Itin-Mažas priemaišų kiekis yra esminis veiksnys, užkertantis kelią katastrofiškiems gedimams, pvz., plokščių plyšimui.
Todėl sėkmingai suvirinti S690QL – tai ne tik procedūros atlikimas; Tai reiškia, kad reikia suprasti ir gerbti chemines jėgas, slepiančias jos elgesį. Procedūra turi būti pritaikyta specifiniam cheminiam plokštės profiliui, skirta valdyti terminį ciklą taip, kad būtų sumažintas medžiagos kietumas ir išsaugomas jos kietumas.