Mangaaniseosteisen duplex-teräksen hitsattavuus

Abstract

Diplomityön tavoitteena oli selvittää mangaaniseosteisen LDX2101 duplex-teräksen ja LDX2101 hitsauslisäaineiden hitsausparametrit puikkohitsaus-, MAG-täytelankahitsaus- ja plasmahitsausprosessilla. Toisena tavoitteena oli selvittää lämmöntuonnin vaikutuksia hit-sausliitosten mekaanisiin ominaisuuksiin, iskusitkeyteen (-40 °C) ja ferriitti- / austeniittipitoi-suuksien jakaantumiseen. Tutkittavat hitsit olivat päittäishitsejä ja koelevyjen aineenpaksuus oli 6 mm. Koetulosten perusteella tehtiin hitsausohjeet kyseisille hitsausprosesseille.

Työn kirjallisessa osassa on selvitetty yleisesti duplex-terästen käyttökohteita, mekaanisia ja kemiallisia ominaisuuksia sekä duplex-terästen korroosio-ominaisuuksia. Lisäksi on käsitelty eri hitsausprosesseja ja duplex-terästen hitsattavuutta, jossa selvitetään mm. terästen jähmet-tymistä, erkaumia ja faaseja, lämmöntuonnin vaikutuksia ja hitsausliitosten korroosionkestä-vyyttä. Teoriaosassa on kerrottu myös hitsausliitosten tarkastuksesta ja hitsiluokista.

Työn kokeellisessa osassa esitellään kokeiden suoritus sekä ainetta rikkova ja ainetta rikko-maton tarkastus. Liitoksille suoritettava koestusohjelma noudatti pääosin menetelmäkoestan-dardin SFS-EN 15614-1 ohjetta. Hitseille tehtiin ainetta rikkomaton tarkastus, joka käsittää silmämääräisen tarkastuksen, pintatarkastuksen ja röntgentarkastuksen. Rikkovaa aineen-koetusta tehtiin sisältäen kovuusmittaukset, vetokokeet, taivutuskokeet jaiskusitkeyskokeet. Lisäksi valmistettiin metallografiset hieet, joita tutkimalla selvitettiin hitsausliitoksen metal-lurgiaa ja määriteltiin ferriitti- ja austeniittipitoisuudet. Kokeiden perusteella on laadittu hit-sausohjeet kullekin hitsausprosessille. Lisäksi kokeellisessa osassa on esitelty tulokset syö-pymäkokeesta, jossa selvitettiin eri materiaalien syöpymiskestävyyttä valkolipeäliuoksessa.

Tutkimustuloksien perusteella LDX2102 duplex-materiaali onhyvin hitsattavaa laajalla hit-sausparametrialueella. Mekaaniset ominaisuudet, kuten lujuus- ja iskusitkeysarvot täyttävät materiaalistandardin SFS-EN10028-7 niille asettamat vaatimukset. Taivutussitkeys ja murto-venymät jäivät kuitenkin osalla koekappaleista vaatimustasoa alhaisemmiksi. Austeniitti- ja ferriittipitoisuudet vastaavat materiaalistandardin vaatimuksia.

The primary aim of the study was to determine the welding parameters for manganese alloyed LDX2102 duplex steel and LDX2101 filler metals for metal arc weldingwith covered elec-trode, MAG-welding for flux-cored electrode, and plasma arc welding process. The secondary objective was to study the effects of heat input on the mechanical properties, impact tough-ness (-40 °C) and distribution of ferrite and austenite concentrations in welded joints. All ex-amined welds were buttjoints and the test plates were 6 mm thick. Test results were used to establishwelding instructions for the welding processes at issue.

Thetheoretical part of the study outlines typical applications of duplex steel, aswell as its mechanical and chemical properties and corrosion-resistance features. Furthermore, it deals with various types of welding processes and examines the weldability of duplex steel, includ-ing solidification of steels, precipitations and phases, the effects of heat input, and the corro-sion resistance of welded joints. The theoretical part also describes different welding classes and howwelded joints can be tested.

The practical part of the work focuses on the execution of tests and on the testing procedures, i.e. non-destructive and destructive testing. The testing process used for the welded joints complies mainly with the welding procedure test standard SFS-EN 15614-1. The welded joints underwent a non-destructive test, including a visual examination, surface inspection and radiographic testing. The welds also underwent a destructivetest, including hardness tests, tensile tests, bending tests and impact energy tests. In addition, the process included the manufacturing of metallographic microsections, which were then studied to determine the metallurgy of welded jointsand to define the ferrite and austenite concentrations. The test re-sults were used as a basis for establishing new welding instructions for each welding process. The practical part also presents the results of the corrosion test, which was used to establish the corrosion resistance of different welded materials in white liquor solution.

This study showed that LDX2102 duplex material has excellent weldability in a broad range of welding parameters. Its mechanical properties, such as strength and impact toughness meet the requirements set for them in SFS-EN10028-7 material standard. The bending toughness and ultimate elongation of some test pieces remained, however, below the requirements. The austenite and ferrite concentrations met the requirements set forth in the material standard.