Lujien hitsattavien terästen käyttäytyminen -60 °C:ssa

Abstract

Opinnäytetyö on osa Arctic Materials Technologies Development -projektia, jonka tavoitteena on kehittää perusteita arktisten alueiden sovelluksiin suunnittelun ja valmistuksen kannalta. Arktisella alueella sijaitsee useita potentiaalisia öljy- ja maakaasuesiintymiä, joiden hyödyn-täminen tulee vuosi vuodelta kannattavammaksi ilmaston lämpenemisestä johtuvan merijään heikkenemisen vuoksi. Alin suunnittelulämpötila arktisilla alueilla on -60 °C, mikä aiheuttaa haasteita sekä materiaalinvalinnalle että hitsaukselle. Ferriittisillä teräksillä esiintyy lämpötilasta riippuvaa sitkeyden vaihtelua, jota kutsutaan transi-tiokäyttäytymiseksi. Lämpötilan laskiessa teräksen iskusitkeys sekä murtumissitkeys laske-vat. Arktisissa sovelluskohteissa käytetään yleisesti niukkaseosteisia, mikroseostettuja hie-noraeteräksiä, joille on ominaista erinomaiset sitkeys-, lujuus- sekä hitsattavuusominaisuudet vaativissakin olosuhteissa. Lujat termomekaanisesti valssatut ja nuorrutetut hienoraeteräkset kattavat myötölujuusluokat 355…700 MPa. Tutkimuksissa on saatu vaihtelevia tuloksia ma-teriaalien isku- ja murtumissitkeydestä -60 °C:ssa. Erityisesti sitkeysominaisuudet hitsiaineen ja muutosvyöhykkeen alueiden välillä ovat vaihtelevia. Pienemmällä lämmöntuonnilla ja seostetuilla lisäaineilla saavutetaan kuitenkin pääsääntöisesti parempia sitkeysarvoja. Asiku-laarinen ferriitti sekä alabainiitti ovat toivottavia mikrorakenteita liitoksessa, niiden pienen raekoon johdosta.

This thesis is part of the Arctic Materials Technologies Development project, which aims to develop guidelines for the design and production of applications in arctic areas. Considerable reserves of untapped oil and gas have been found in the Arctic. The utilization of these re-sources becomes more economical each year due to the thinning of sea ice caused by envi-ronmental changes. The minimum design temperature in the arctic is -60 °C, which challeng-es material selection and welding. Ferritic materials exhibit a temperature dependent change in the toughness properties, called transition behavior. In lower temperatures the impact toughness and fracture toughness of ferritic steels deteriorate. High strength steel is a common material of choice in arctic applica-tions. Microalloyed fine-grain steels guarantee excellent toughness, strength and welding properties. High-strength low-alloy steels, i.e. thermomechanically rolled or quenched and tempered steels, come in a yield strength range of 355…700 MPa. Existing studies show varying results on the impact and fracture toughness properties of HSLA steels in -60 °C. There is also considerable variation between the weld metal and the different HAZ areas. Lower heat input and high alloy consumables tend to produce tougher welds. Acicular ferrite and lower bainite are desirable microstructures due to their fine-grained structure.