Mesec Janez, dipl. inž., Železarna Jesenice DK: 621.791.742.6 ASM/SLA: W, 29 h Nove elektrode EVB-Mo, EVB-CrMo in EVB-2 CrMo za varjenje jekel z garantiranimi mehanskimi lastnostmi pri višjih temperaturah V članku so podani rezultati preiskav elektrod EVB — Mo, EVB — CrMo, EVB — 2 CrMo proizvodnje Železarne Jesenice, namenjenih za varjenje jekel z garantiranimi mehanskimi lastnostmi pri povišani temperaturi. Istočasno je podan tudi pregled posameznih kvalitet teh jekel ter osnovni pojmi iz tehnologije varjenja. I. UVOD Splošna konstrukcijska jekla se pod obremenitvijo pri višji temperaturi deformirajo, kar končno privede do porušitve. Pri gradnji kotlov, posod, rezervoarjev, parovodov ter cevovodov, ki morajo obratovati pri višjih temperaturah, pa moramo uporabiti jekla, ki obdrže dobre mehanske lastnosti tudi pri teh temperaturah, to je, da pri določeni višji obratovalni temperaturi in pri določeni obremenitvi obdrže predpisano mehansko trdnost, oziroma mejo raztezanja. Istočasno pa se morajo ta jekla tudi dobro variti. S skupnim imenom nazivamo ta jekla — jekla z garantiranimi mehanskimi lastnostmi pri povišani temperaturi. Po namenu uporabe jih delimo v: 1. jekla za kotlovsko pločevino 2. jekla za izdelavo cevovodov — parovodov 3. jekla, ki so obstojna proti atmosferi vodika V spodnji razpredelnici so prikazane najvažnejše kvalitete teh jekel — od nelegiranih do vi-sokolegiranih, ki se uporabljajo za namene, ki so zgoraj našteti, in so zajeta v naslednjih DIN normah. 1. Kesselbleche: DIN 17155 2. Rohren Stahle: DIN 17175 3. Warmfeste Stahle: Stahl — Eisen — Werk-stoffblatt 610 — 63 4. Hochvvarmfeste Stahle: St. Eise. W. St. blatt 670 — 69 5. Druchwasserstoffbestandige Stahle: St. E. W. blatt 590 — 61 Po sestavi in z ozirom na varilne lastnosti jih delimo v: 1. Nelegirana-feritno-perlitna jekla, uporabna do maks. 350° C. Sem spadajo npr. H I—H IV, St 35.8, St 45.8 Kotlovska Jekla Jekla, odporna pločevina za cevi proti H2 H I—H IV St 35.8 25 CrMo 4 17 Mn 4 St 45.8 16 CrMo 7 19 Mn 5 15 Mo 3 24 CrMo 10 15 Mo 3 16 Mo 5 20 CrMo 9 16 Mo 5 14 Mo V 63 10 CrMo 11 13 CrMo 44 13 CrMo 44 17 CrMo V 10 10 CrMo 9.10 10 CrMo 9.10 20 CrMo V 13.5 10 CrSiMo V 7 10 CrSiMo V 7 12 CrMo 19.5 12 CrSiMo 9 X 12 CrMo 9.1 X 12 CrMo 9.1 X 19 CrMo 12.1 X 20 CrMo V 12.1 X 20 CrMo V 12.1 X 8 CrNiMoVNb 16.13 X 22 CrMo V 12.1 X 8 CrNiNb 16.13 X 8 CrNiMoNb 16.16 X 8 CrNiMoVNb 16.13 2. Nizkolegirana-feritno-perlitna Mn, Mo, MoV, CrMo in CrMoV legirana jekla, tipa: 1 % Mn npr. 17 Mn4, 19Mn5 (C 3133, C 3105) 0.5 %Mo npr. 15 Mo 3, 16Mo5 (C 7100) 1 % Cr, 0.5 % Mo npr. 13 CrMo 44 (C 7400) 2.5 % Cr, 1 % Mo npr. 10 CrMo 9.10 (C 7401) Uporabna so za temperaturno območje 350 do 550° C. 3 .Srednjelegirana-perlitno-martenzitna CrMo, CrMoV legirana jekla, tipa: 5 % Cr, 0.5 % Mo npr. 12 CrMo 19.5 9 % Cr, 1 % Mo npr. X 12 CrMo 9.1 12 % Cr, 1 % Mo npr. X 20 CrMo 12.1 Uporabna so za temperaturno območje 400 do 600° C. 4. Visokolegirana-avstenitna CrNi, CrNiMo in CrNiMoV legirana jekla, tipa: 16 % Cr, 13 % Ni — X 8 CrNiNb 16.13 16 % Cr, 16 % Ni, 1.5 % Mo— X 8 CrNiMoNb 16.16 16 % Cr, 13 % Ni — X 8 CrNiMoVNb 16.13 1.5 % Mo, 0.7 % V Uporabna so za temperaturno območje 600 do 800° C. Pregled posameznih jekel z ozirom na legiranje prikazuje naslednja razdelitev: Nelegirana feritno perlitna H I—H IV St 35.8 St 45.8 Nizkolegirana feritno perlitna 17 Mn 4 19 Mn 5 15 Mo 3 16 Mo 5 14 Mo V 63 13 CrMo 44 10 CrMo 9.10 17 Mo V 84 24 CrMo 5 21 CrMo V 5.11 Srednjelegirana perlitno martenzitna 12 CrMo 19.5 X 12 CrMo 9.1 X 20 CrMo 12.1 X 22 CrMo V 12.1 X 22 CrMo V 12.1 X 20 CrMoWV 12.1 Visokolegirana avstenitna X CrNiNb 16.13 X CrNiMoNb 16.16 X CrNiMoVNb 16.13 Orientacijska sestava, območje uporabe in potrebna temperatura predgrevanja nekaterih najvažnejših jekel iz teh skupin je naslednja (Tabela št. 1): Tabela št. 1 Jekla kot 15 Mo 3, 14 Mo V 63, 13 Cr Mo 44, 10 Cr Mo 9.10 se rabijo predvsem v gradnji kotlov in cevovodov, jekla kot 21 CrMo V 5.11 ter 5, 9 in 12 % Cr jekla pa za cevovode, razna ohišja in W.n DIN C Cr Ni Mo V Min. meja razt. Maks. upor. temp. Temp. predgr. 5415 15 Mo 3 0.15 — — 0.3 — 28 530 100—200 7335 13 CrMo 44 0.15 0.9 — 0.45 — 29 560 200—250 7380 10 CrMo 9.10 0.13 2.3 — 1.0 — 27 590 200—300 5406 17 Mo V 84 0.17 0.3 — 0.8 0.35 60 590 200—300 7258 24 CrMo 5 0.24 1.1 — 0.2 — 45 590 200—300 8070 21 CrMo V 5.11 0.21 1.4 — 1.1 0.3 55 590 200—300 7362 12 CrMo 19.5 0.12 5 — 0.5 — 40 600 250—350 4921 X 20 CrMo 12.1 0.15 11.5 — 1.0 — 50 600 350—450 4922 X22 CrMoV 12.1 0.20 11.5 0.4 1.0 0.3 60 600 350—450 4961 X 8 CrNiNb 16.13 0.06 16 13 + Nb 22 800 100—200 4981 X 8 CrNiMoNb 16.16 0.06 16 16.5 1.8 + Nb 23 800 100—200 turbine. Avstenitna jekla pa se predvsem uporabljajo za energetske naprave za proizvajanje energije z delovno temperaturo nad 600° C. Mnogo se uporabljajo tudi v industriji nafte, kjer se postavljajo velike zahteve po obstojnosti pri višjih temperaturah in obstojnosti proti oksidaciji. LASTNOSTI JEKEL 1. Feritno perlitna in perlitno martenzitna Cr-Mo jekla (nizko in srednje legirana jekla). To so Mn legirana jekla z dodatkom Cr, Mo, V. So kaljiva že na zraku. Zato je pri varjenju teh jekel potrebna še posebna pozornost. V prehodni coni in v zvaru nastanejo pri ohlajanju zaka-ljene — krhke cone izredno visoke trdote. Ta zakalitev je tesno povezana s pojavom razpok v osnovnem materialu (coni termičnega vpliva) in materialu zvara. Vpliv tega se ugodno odstrani s predhodnim predgrevanjem. Po varjenju pa je potrebno izvesti naknadno toplotno obdelavo. Občutljivost za termično obdelavo je zelo velika, iz česar sledi, da bo imel zvar različne mehanske vrednosti že pri majhni izmeni režima termične obdelave, kot npr. višine temperature, časa trajanja na tej temperaturi, temperature in časa na-puščanja ter pogojev hlajenja. Pri nizkolegiranih Cr Mo jeklih je predgrevanje 200—300°; odvisno je od dimenzije in kvalitete jekla. Temperaturo pred-grevanja je treba obdržati ves čas varjenja. Naknadna toplotna obdelava pa se izvrši pri 650—750° C in je ravno tako odvisna od dimenzije in kvalitete. Pri srednje legiranih jeklih (sem spadajo 5—12 % Cr jekla kot 12 Cr Mo 19.5, X 12 Cr Mo 9.1, X20CrMol2) je potrebno predgrevanje, odvisno od dimenzije in kvalitete, od 200—450° C. Tako je pri jeklih z 12 % Cr potrebno predgrevanje na 450° C. V vsakem primeru pa je potrebna naknad- na toplotna obdelava (napuščno žarjenje ali ponovno poboljšanje). Zelo škodljiva je tudi prevelika koncentracija »Si« v zvaru. Pri električnem obloč-nem varjenju mora biti čim nižja (Si 0.50%). Večji % Si posebno pri visokih kromovih jeklih povečuje krhkost. 3. Avstenitna-visokolegirana jekla so za zelo visoke temperature. Varijo se v hladnem z ohlajanjem vmesnih slojev zaradi nevarnosti nastopa toplotnih razpok. Samo pri varjenju korena je priporočljivo predgrevanje na 100—150° C, pri zelo debelih pločevinah pa na maks. 200 za zmanjšanje notranjih napetosti, ni pa nujno potrebno. Med varjenjem te temperature ne smemo povečati. Naknadna toplotna obdelava ni nujno potrebna. II. NIZKOLEGIRANA JEKLA Z GARANTIRANIMI MEHANSKIMI LASTNOSTMI PRI VIŠJI TEMPERATURI Nizkolegirana, Mn, Mo in CrMo jekla se uporabljajo predvsem kot kotlovska pločevina in za izdelavo cevovodov z uporabnostjo do maksim. temperature 590° C. V tabeli št. 2 so podani najbolj tipični začetni primeri iz števila teh jekel. Iz tabele je razvidno, da gre pri teh jeklih za feritno-perlitna jekla z naraščajočo vsebnostjo kroma in molibdena. Mehanske lastnosti pri posameznih temperaturah pa prikazuje tabela št. 3 Vpliv temperature na mehanske lastnosti zadnjih treh prikazuje grafično tudi diagram — meja raztezanja/temper. Jekla 17 Mn 4, 19Mn5, 15 Mo 3 so normalno žarjena, jekla 13 CrMo 44 in 10 CrMo 9.10 pa poboljšana na zraku. Način toplotne obdelave prikazuje tabela št. 4. Tabela št. 2 JUS DIN W-n C Si Mn Cr Mo C 3133 17 Mn 4 0844 0.14— 0.20 0.90 0.20 0.40 1.20 C 3105 19 Mn 5 0845 0.17— 0.40 1.0 0.23 0.60 1.30 C 7100 15 Mo 3 5415 0.12— 0.15— 0.50— — 0.25— 0.20 0.35 0.80 0.35 C 7400 13 CrMo 44 7335 0.10— 0.15— 0.40— 0.70— 0.40— 0.18 0.35 0.70 1.0 0.50 C 7401 10 CrMo 9.10 7380 0.15— 0.15— 0.40— 2.0— 0.90— 0.50 0.60 2.5 1.10 Temperatura Vpliv temperature na mehanske lastnosti Tabela št. 3 Kvaliteta Natezna Meja raztezanja pri temper. trdnost kp/mm2 kp/mm2 200 250 20» 20 300 350 400 450 500 °C 17 Mn 4 35- —56 28 25 23 21 18 16 14 19 Mn 5 52- -62 32 27 25 23 21 18 16 15 Mo 3 45- -55 29 26 24 21 19 18 17 15 13 Cr Mo 44 45- -56 30 28 26 24 22 21 20 18 10 Cr Mo 9.10 45- -60 27 25 24 23 22 21 20 19 Tabela št. 4 normaliz. poboljšanje (zračno) napetostno odžarenie kaljenje napušč. 17 Mn 4 i ) 19 Mn 5 f 880— -910 — — f 550- -620 15 Mo 3 910- -940 — — 650- -700 13 Cr Mo 44 910—940 650—720 650— -770 10 Cr Mo 9.10 900—960 680—780 730— -780 Podano temperaturo je treba doseči čez ves presek. Ko je to doseženo, nadaljno zadrževanje pri normalizaciji in kaljenju na tej temperaturi ni potrebno. Pri napuščnem žarjenju, žarjenju za odpravo napetosti ali žarjenju po varjenju je potreb- no na navedeni temperaturi držati 1—2 minuti za vsak 1 mm debeline preseka, a minimalno 20 minut, računano od dosežene spodnje temperature dalje. Po varjenju pri kvalitetah 17 Mn 4, 19 Mn 5, 15 Mo 3 do dimenzije 10 mm ni potrebno žarjenje, pri večjih pa se priporoča. Pri Cr legiranih (13 Cr Mo 44 in 10 CrMo 9.10) je potrebno žarjenje po varjenju v vsakem primeru. Pri teh dveh kvalitetah je potrebno pri varjenju predgrevanje 200 do 300° ves čas varjenja. Za ostale ni nujno potrebno. Kot je bilo omenjeno že na začetku, so jekla, legirana s kromom na zraku, kaljiva. Kar pomeni, da se zaradi pregretja pri varjenju in nato pri počasnem ohlajanju tvorijo v prehodni coni in zvaru kaljene cone, ki dosežejo npr. pri 13 Cr Mo 44 in 10 Cr Mo 9.10 trdoto tudi do 400 Vickersa, to je ca. 130 kg/mm2. Zato se zgodi, da že pri samem varjenju teh jekel nastopijo razpoke v prehodni coni in v zvaru. To preprečimo z izbiro pravilne elektrode in pravilno toplotno obdelavo. Za varjenje Mn legiranih jekel uporabljamo elektrode EVB50 (17 Mn 4) in EVB 60 (19Mn5). Za Mo in Cr Mo jekla pa nove elektrode EVB Mo (15Mo3), EVB Cr Mo (13CrMo44) in EVB2CrMo (10 Cr Mo 9.10). DODAJNI MATERIAL Dodaj ni material za varjenje jekel z garanti-ranimi mehanskimi lastnostmi pri povišani temperaturi mora imeti enake lastnosti kot jekla. Na splošno so vrednosti čistega vara pri raznih temperaturah nekoliko višje kot vrednosti odgovarjajočih jekel. Za varjenje Mo in Cr Mo jekel z ga-rantiranimi mehanskimi lastnostmi pri višji temperaturi pridejo v poštev rutilne in bazične elektrode. Oba tipa imata svoje prednosti in pomanjkljivosti. Pri medsebojni primerjavi imajo rutilne elektrode boljše varilno tehnične lastnosti, to je lepše varijo, a dajo slabše mehanske vrednosti, medtem ko dajo bazične elektrode bolj ugodne mehanske rezultate. Do sedaj smo rutilnim elektrodam dajali prednost, predvsem zaradi njenih boljših varilno tehničnih lastnosti. Vendar pa je čisti var pri rutilnih elektrodah predvsem v pogledu raztezka in žilavosti mnogo bolj neugoden. Iz tega sledi, da je potrebno predhodno toplotno obdelavo izvesti izredno natančno in pazljivo, če hočemo preprečiti razpoke. To je še posebno važno pri debelejših pločevinah, n. pr. pri kvalitetah z večjo vsebnostjo legirnih elementov. To pa je na montaži dostikrat zelo težko izvedljivo. V takem slučaju ni nastanek razpok nobena redkost, oziroma nastopa zelo rad in pogosto. Te bojazni pa pri uporabi bazičnih elektrod nimamo, in to celo takrat ne, če predhodna toplotna obdelava ni izvršena zelo natančno po predpisih. Poleg tega je vsebnost vodika pri rutilnih elektrodah mnogo večja kot pri bazičnih, kajti iz srednje legiranih jekel zelo počasi difundira, ker legi-rani elementi zavirajo njegovo difuzijsko hitrost. Združeno z ostalimi zunanjimi vplivi kot je n. pr. hitra ohladitev tvori tudi vodik pri varjenju z rutilnimi elektrodami resno nevarnost za nastanek razpok v zvarjenih spojih, zato se rutilne elek- trode ne priporoča uporabljati za varjenje teh jekel. V kolikor jih že uporabljamo, potem naj se uporabijo samo do vsebnosti 5 % Cr in 12 mm debeline, sicer pa se priporoča varjenje z bazičnimi elektrodami. Poleg tega je tudi izkoristek pri bazičnih elektr. večji, saj znaša ca. 115 °/o, medtem ko pri rutilnih ca. 95 % računamo na bazo osnovne žice. III. NOVE ELEKTRODE EVB — Mo, EVB — Cr Mc, EVB — 2 Cr Mo Z razvojem novih elektrod EVB — Mo, EVB — Cr Mo, EVB — 2 Cr Mo je bil razširjen in izpopolnjen program elektrod želzearne Jesenice. Elektrode so bazičnega tipa z naslednjo orientacijsko sestavo: C Si Mn Cr Mo EVB — Mo 0,08 0,50 0,8 — 0,50 EVB — Cr Mo 0,08 0,45 0,8 1,20 0,50 EVB — 2 CrMo 0,08 0,45 0,7 2,30 1,0 Iz tabele je razvidno, da se ime samih elektrod nanaša na oba glavna elementa Cr in Mo. Pripadajoča številka pove, % Cr koliko vsebuje čisti var. Analiza čistega vara posameznih elektrod je tako prirejena, da odgovarja jeklom 15 Mo 3, 13 Cr Mo 44 in 10CrMo9.10. Mehanske lastnosti čistega vara pa so podane pri zaključku. Rezultati preiskav EVB —Mo, EVB — CrMo, EVB — 2 Cr Mo 1. EVB — Mo Pri elektrodi EVB — Mo pridejo v poštev naslednje preiskave: 1. mehanske lastnosti čistega vara pri normalni temp. (20° C) s predhodno toplotno obdelavo: a. nežarjeno — to je v stanju varjenja b. žarjenje za odpravo napetosti: 30 minut pri temp. 600—650° (ohlajanje na zraku) c. normalizirano: žarjenje pri temperaturi 910—940° C 2. Mehanske lastnosti pri povišani temperaturi z isto predhodno toplotno obdelavo Od števila teh preiskav smo na elektrodi EVB Mo izvršili naslednje: 1. analizo čistega vara 2. mehanske lastnosti čistega vara pri normalni temperaturi (20°) 3. mehanske lastnosti čistega vara pri povišani temperaturi 4. mehanske lastnosti zvarnega spoja na kvaliteti 15 Mo 3 — Č 7100 Cisti vari so bili varjeni po JUS C. H3.011 v pločevino C 0400, debeline 20 mm, širine 120 in dol- žine 500 mm. Kot robov žleba je bil 75°, odprtina spodaj 16—18 mm, odprtina zgoraj 20 mm. Varjenje se je vršilo z ohlajanjem vmesnih slojev na 150° C. Rezultati, ki so bili doseženi, so naslednji: 1. Analiza čistega vara: C Si Mn Mo P S 0,06 0,49 0,99 0,58 0,05 0,38 0,80 0,48 0,07 0,42 0,88 0,45 2. Mehanske lastnosti čistega vara pri normalni temperaturi (200C) (nežarjeno stanje — v stanju varjenja) meja raztezka kp/mm2 trdnost kp/mm2 raztezek L = 5 d % kontrak-cija % trdota (BH) 43.7 53.8 26.0 63.6 42.0 52.8 31.0 63.8 51.0 60.5 24.0 63.0 53.0 61.9 24.0 73.0 183 52.3 61.2 24 68.0 183 57.3 63.2 22.0 61.6 179 51.8 62.2 23.0 66.7 183 54.6 62.7 22.0 64.2 179 48.0 56.0 > 25.0 63.0 183 47.0 55.0 26.0 63.5 182 44—54 54—64 min. 22 65 182 žilavost: V-notch pri temperaturah (kpm/cm2) 20» C: 15, 16, 15.5, 16.5, 12.5, 12.5, 14.8, 13.0, 15.5, 16,3, 17,5, 18,5, 16,0, 14,4, 15.2, 14.7 = 12—18 0°C: 11,6, 13.8, 13.3, 14.5, 14.3, 9.5 = 9—14 — 20° C: 8.75, 10.25, 11.0, 12.5, 13.5, 13.1, 11, 7.5, 8.7, 12,5, 9.7, 11 = 7 — 12 — 40» C: 6, 10.4, 8.2, 8.5, 6.75, 6,75, 6.9 = 5 — 10 3. Mehanske lastnosti čistega vara pri normalni temperaturi (200), normalizirano stanje ^ Trdnost j^f, Kontrak- žilavost raztez. kp/mm2 L a cija % kpm/cm2 kp/mm2 39.5 49.0 33.0 75 22.2, 23,25 37 49 34 75 24.6,23 4. Mehanske lastnosti čistega vara pri povišani temperaturi (nežarjeno stanje) Temp. °C Meja (0.2) kp/mm2 Meja raztezka kp/mm2 Trdnost kp/mm2 200 48.5 52.8 61.3 55 57.6 66.2 300 50 53.5 65.9 — 40.4 57.7 — 38.4 57.2 400 45.7 46.8 55.5 45.6 47.4 58.8 — 39.6 56.2 — 37.8 52.2 — 46.7 58.5 — 46.3 57.1 — 52.7 62.4 — 51.4 59.6 450 36 40.2 52.1 — 33.2 47.7 500 29.3 37.3 44.0 35.6 42.5 47.5 — 29.3 40.7 — 28.8 40.2 — 41.2 50.8 — 40.4 48.4 — 40.5 47.6 — 41.2 48.3 5. Mehanske lastnosti zvarnih spojev Zvarni spoji so bili izdelani na pločevini, dolžine 350 mm, debeline 20 mm. Pri V zvaru je bil kot 60 — 70°. Osnovni material je bil predgret na 250° C, kvaliteta C 7100 (15Mo3) Me]a , Trdnost raztezka , , , kp/mm2 kp/mm Upogib Upogib (teme) (koren) ai (stop) a2 (stop) Mesto loma 37 35.7 51.3 48.3 180° 180° 180° 180° v osnov. mat. v osnov. mat. Žilavost zvarnih spojev — V notch (kpm/cm?) a) zvar: 20°: 13.1, 15.6, 17.5, 15, 16.9, 13.7 — 20°: 12.2, 11.0, 11.2, 7.7, 6.5, 6.5 b) Toplotno vplivana cona: + 20: 14.2, 22.2, 15.2, 17.5 — 20: 14.2, 16.0, 10.6, 22 Meritev trdot zvarnih spojev: Rezultati meritev trdot zvarnih spojev so podani na diagramu št. 1 skupno z makroposnetki posameznih spojev in mikroposnetki struktur zvarov. 220 200 3- 10 180 O -s 160 ht- 140 120 1 S \ \ J v S K s j r' v 1 k v 20 16 12 8 4 0 4 8 12 16 20 Oddaljenost od sredine zvara v mm Trdota po preseku zvara Struktura zvara (100:1) EVB — Cr Mo Pri elektrodah, tipa CrMo, preiskujemo naslednje: A) Cisti var: 1. Mehanske lastnosti pri normalni temperaturi (20°) a) napuščeno b) poboljšano 2. Mehanske lastnosti pri povišani temperaturi (200 —550° C) a) napuščeno b) poboljšano B) Zvarni spoj: 1. Mehanske lastnosti pri normalni temperaturi (20») a) napuščeno b) poboljšano Postopek toplotne obdelave 1. Napuščanje: ogrevanje na temp. 700 — 720° C zadrževanje na temp. 30 minut — ohlajanje na mirujočem zraku Linija spajanja (100:1) 2. Poboljšan je: a) kaljenje: ogrevanje na temp. 900—920° zadrževanje na temp. 30 minut — ohlajanje na mirujočem zraku b) napuščanje: ogrevanje na temp. 700—720° zadrževanje na temp. 30 minut — ohlajanje na mirujočem zraku Preiskave, ki smo jih izvršili na elektrodi EVB CrMo, so dale naslednje rezultate: 1. Analiza čistega vara C Si Mn Cr Mo 0.04 0.58 0.97 1.11 0.50 0.05 0.47 0.83 1.13 0.54 0.06 0.44 0.66 1.30 0.61 0.06 0.36 0.64 1.25 0.61 0.05 0.40 0.86 1.15 0.60 0.05 0.42 0.78 1.25 0.67 0.06 0.38 0.72 1.10 0.45 0.07 0.45 0.80 1.20 0.5 2. Mehanske lastnosti čistega vara pri temperaturi (20°) Toplotna obdelava: napuščeno žarjenje: 720° C/30 minut — zrak Meja raztezka kp/mm2 Trdnost kp/mm2 Raztezek L = 5 d % Kontrak-cija % Trdota (HB) 57.8 66.9 22 66.9 217 229 56.5 67.5 22 67.1 217 229 48 58.1 20 68 223 229 65 72 20 64 223 223 51.7 61.0 21 65 217 217 51.1 61.2 22.0 53.7 217 223 58 66 22 66.4 217 — 227 56.8 64.2 22 72.2 57.4 65.1 22.0 69.3 54.6 62.3 22 66.0 56.7 64.8 22 68.7 55.7 63.6 22 67.3 Žilavost V-notch pri temp. 20 C° (kpm/cm2) 20°: 8.86, 7,75, 6.5, 11.25, 14, 16, 17, 17, 11.75, 16 16.4, 16.6, 17.2, 17.4, 6.2, 7,0, 7.8, 9.1, 14.8, 16, 17, 16, 17.5, 16.3, 15.6, 17.6, 16.0, 11.8, 11.0, 10,8, 10.5, 10, 10.8 (12—18) a) Mehanske lastnosti čistega vara pri temp. (20°) (poboljšano) Meja raztezka kp/mm2 Trdnost kp/mm2 Raztezek Kontrak- % *ja,o VNotch^ 51.5 51.5 59.5 60.5 26 30 69 71 21, 21.8, 21, 22 20, 21.9, 20.4 19.5, 22, 20 3. Mehanske lastnosti pri povišani temperaturi a) napuščeno Temp. »C Meja 0.2 kp/mm2 Meja raztez. kp/mm2 Trdnost ^aztef,k kp/mm2 L a 200 52.0 51.9 52.8 52.6 59.6 — 58.4 — 49.2 62.0 — 50.2 62.3 — 45.0 55.8 — 44.8 57.1 — 50.7 59.4 20.5 49.7 59.3 21.0 50.2 59.4 20.0 49.5 57.8 20.5 49.6 58.8 21.0 49.6 58.3 21.0 500 38.4 39.1 41.1 36.2 39.5 44.1 36.5 — 38.0 — 42.6 25,0 42.6 22,0 42.6 23.5 43,0 23.0 41.5 22.0 42.6 22.5 b) poboljšano Temper. °C Meja 0.2 kp/mm2 Meja raztez. kp/mm2 Trdnost kp/mm2 500 24.8 26.3 42.2 25.1 27.3 42,0 550 19.7 21.5 29.8 19.4 20.8 26.9 4. Mehanske lastnosti zvarnega spoja Za izdelavo zvarnega spoja je bila uporabljena pločevina kvalitete C 7400 (13 CrMo 44). Dolžina 350 mm, debelina 20 mm. Osnovni material je bil predgret na 250° C. Varjenje se je vršilo pri temp. ca. 250° C ves čas varjenja. Oblika zvara »V«. Kot 60—70°. 4. Mehanske lastnosti zvarnega spoja Meja raztezka kp/mm2 Trdnost kp/mm2 Upogib (teme) (stop) Upogib (koren) (stop) Mesto loma 35.2 50.4 140 140 v osnovi 37.8 51.3 140 140 v osnovi Žilavost zvarnih spojev V notch — kpm/cm2 a) zvar: 20°: 15, 16.2, 13, 14.7, 11.5, 11, 11, 11.2 b) toplotno vplivana cona: 20°: 16,7, 17, 15, 16.8, 17, 16, 16.2, 16, 16.1 5. Meritev trdot zvarnih spojev s podani na diagramu št. 2 EVB — 2 Cr Mo Pri elektrodah, tipa 2CrMo preiskujemo naslednje: Cisti var 1. mehanske lastnosti pri normalni temperaturi (20°) a) napuščeno b) poboljšano 300 46.0 47.0 400° 43.8 43.7 550 27.9 28.1 33.0 35.5 36.9 36.9 36.9 36,0 36.0 36.0 220 200 -T 180 H S 160 t! it KO 120 ✓ / / \ \ \ \ > / k \ S / J \ \ 20 16 12 8 4 0 4 8 12 16 20 Oddaljenost od sredine zvara v mm sm ■ ' V. -; ""EpC ' |lfc . V r •>r "jfj.. HI—«f v. '-t ..V. v 1 ■ ■■■ i^UlHEKSEi«' Struktura zvara (100:1) 2. Mehanske lastnosti pri povišani temperaturi (200—550°) a) napuščeno b) poboljšano Zvarni spoj 1. Mehanske lastnosti pri normalni temperaturi (20°) a) napuščeno b) poboljšano Postopek toplotne obdelave 1. Napuščanje: ogrevanje na temp. 700—760° C zadrževanje na temp. 30 minut, ohlajanje na 400—450 v peči, nato na mirujočem zraku 2. Poboljšanje: a) Kaljenje: ogrevanje na temp. 940—960° C zadrževanje na temp. 30 minut — ohlajanje na mirujočem zraku b) napuščanje: ogrevanje na temp. 740—760° C zadrževanje na temp. 30 minut — ohlajanje na 400—450° v peči in nato na mirujočem zraku. Linija spajanja (100:1) Rezultati izvršenih preiskav na elektrodi EVB 2 Cr Mo 1. Cisti var 1. Analiza čistega vara C Si Mn Cr Mo 0.04 0.57 0.86 2.30 0.94 0.09 0.40 0.70 2.25 1.0 0.06 0.23 0.67 2.85 1.02 0.07 0.43 0.86 2.65 1.08 0.07 0.40 0.78 2.53 1.15 0.08 0.38 0.87 2.55 0.94 0.07 0.49 0.88 2.80 1.24 0.08 0.40 0.81 2.33 0.89 2. Mehanske lastnosti čistega vara pri temperaturi 20° Toplotna obdelava: napuščeno 30 min — 760° C Meja raztezka kp/mm2 Trdnost kp/mm2 Raztezek % Kontrak-cija % Trdota (HB) 56.0 66.2 23.0 65.3 217 223 54.5 64.5 24,0 68.6 217 217 59.9 70.0 21.0 67.5 217 217 56.6 67.0 26,0 69.4 223 217 57.1 68.3 25.0 68.5 217 217 48.4 65.0 21.0 65.2 217 217 52.5 63.5 21.0 67.0 50.4 64.3 21.0 66.1 žilavost V-notch pri temp. 20° kpm/cm2 18.25, 18.25, 18.8, 15,0, 15.1 10.35, 16,0, 14,0, 12,0 17.9, 19, 18, 19.5 16.9, 18.5, 15.1, 10 2. Mehanske lastnosti čistega vara pri normalni temperaturi (20°) Toplotna obdelava: poboljšana 30'/960 in 30'/760 Meja raztezka kp/mm2 Trdnost kp/mm2 Raztezek % Kontrak-cija % 45,0 57 22 68 47 59 23 60 53 65 24 62 44 56 22 63 55 67 23 65 žilavost V-notch pri temp. 20° kpm/cm2: 20.4, 20.4, 22 20,0, 19.9, 16.0 16.7, 17.7, 19,1 Mehanske lastnosti čistega vara pri povišani temperaturi (200—550° C) a) toplotna obdelava: napuščeno Tempe °C Meja 0.2 kp/mm2 Meja raztezka kp/mm2 Trdnost kp/mm2 Raztezek % 200 45.1 47.0 45.7 48.0 53.2 56.0 18 300 41.5 47.2 43.3 48.1 51.4 54.6 400 41.4 42.0 43.2 43.5 50 52.0 — 43.5 51.4 18 — 43 51.3 18 51.4 18 53.3 18.5 54.0 18.5 53.7 18.5 57.6 16.0 55.4 19.0 54.1 17.0 59.4 20.0 60.0 18.0 500 29.5 35.6 40.0 28.5 34.0 39.0 32.0 38.0 41.5 35.0 37.6 36.0 38.1 35.5 37.9 34.7 37.6 34.5 38.7 34.6 38.2 600 11.2 12.8 10.0 15.9 17.1 19.1 23.5 24.5 26.5 — b. Toplotna obdelava: poboljšano Temp. Meja 0.2 kp/mm2 Meja raztez. kp/mm2 Trdnost kp/mm2 500 22.3 23.0 24.6 24.5 27.2 29.3 33.4 34.8 34.0 600 10.5 10.7 13.2 14.2 21.5 20.9 Mehanske lastnosti zvarnega spoja Pločevina: C 7401, (10Cr9.10) dolžina 350 mm, debelina 20 mm Oblika zvara: V« zvar kot 60—70° Osnovni material je bil predgret na 250° C. Varili smo pri temperaturi 250°. Meja raztezka kp/mm2 Trdnost kp/mm2 Upogib (teme) stop Upogib (koren) stop Mesto loma 43.2 44.3 42.1 41.2 ' 48.8 48.3 47.7 47.7 140° 140° 140° 140° 140° 140° 140° 140° v osnovi v osnovi v osnovi v osnovi žilavost zvarnih spojev V-notch pri temp. 20° (kpm/cm2) a) zvar: 14.7, 11.7, 8.7, 11.7 7.5, 5.6, 5,6, 6.5 43.3 44.2 44.4 44.3 46.2 38.2 41.2 49.0 45.0 550 28.0 27.0 300 260 Jr UQ O 220 -S »t 180 140 — s > ( S 4 / i \ \ — / f i i \ \ \ — V / v \ \ / / \ \ / / i— 20 16 12 8 4 0 4 8 12 16 20 Oddaljenost od sredine zvara v mm Struktura zvara (500:1) b) toplotna, vplivana cona: 16.5, 17.2, 20, 17.9 17,5, 18.7, 19.4, 18.2 Meritev trdot zvarnih spojev je podana na diagramu št. 3. Na osnovi izvršenih preiskav so lastnosti čistega vara za omenjene elektrode sledeče: EVB — Mo — lastnosti čistega vara 1. Orientacijska analiza C Si Mn Mo 0,08 0,50 0,08 0,50 2. Mehanske lastnosti pri temperaturi 20° Toplotna obdelava Meja raztez. kp/mm2 Trdnost kp/mm2 Raztezek % Kontrak-cija % nežarjeno 44—54 54—64 min. 22 ca. 65 normaliz. 32—40 45—53 min. 30 ca. 70 Linija spajanja (200:1) 3. žilavost — V notch nežarjeno: 20°: 12—18 kpm/cm2 0°: 9—14 kpm/cm2 ■ 20°: 7—12 kpm/cm2 ■40°: 5—10 kpm/cm2 4. Mehanske lastnosti pri višji temperaturi (nežarjeno) Temper. »C Meja raztez. (0.2) kp/mm2 Meja raztez. kp/mm2 Trdnost kp/mm2 200 min. 41 min. 43 min. 53 300 min. 39 min. 41 min. 51 350 min. 37 min. 39 min. 49 400 min. 34 min. 36 min. 46 450 min. 29 min. 31 min. 41 500 min. 24 min. 26 min. 36 Vrednosti se nanašajo na čisti var brez predhodne toplotne obdelave (nežarjeno) in predstavljajo minimalne vrednosti. Povprečne vrednosti so za 3—5 kp/mm2 višje. Namen uporabe: 1. Č 1206, Č 1207, Č 3133, Č 3105 (H III, H III A, 17 Mn 4, 19Mn5, H IV) 2. C 7100, ČL 7130 (15 Mo 3), GS 22 Mo 4 3. Visokotrdna jekla trdnosti do 65 kp/mm2 EVB — CrMo — Lastnosti čistega vara 1. Orientacijska analiza Si Mn Cr Mo 0,08 0,45 0,80 1,20 0,5 2. Mehanske lastnosti pri temperaturi 20° C Toplotna obdelava Meja raztez. kp/mm2 Trdnost Raztezek kp/mm2 % Zilavost V Notch kpm/cm2 napuščeno 48—58 58- -68 min. 20 12—18 poboljšano 38—48 48- —58 min. 25 15—22 3. Mehanske lastnosti pri višji temperaturi napuščeno: Temper. °C Meja raztez. (0.2) kp/mm2 Meja raztez. kp/mm2 Trdnost kp/mm2 200 min. 44 min. 46 min. 56 300 min. 42 min. 44 min. 54 400 min. 39 min. 41 min. 50 500 min. 34 min. 36 min. 44 550 min.26 min. 30 min. 37 poboljšano: 400 min. 25 min.28 min. 40 500 min. 22 min. 24 min. 34 550 min. 18 min. 20 min. 27 Vrednosti so minimalne. Povprečne vrednosti so ca. 3—5 kp/mm2 višje. Napuščanje: ogrevanje na temp. 720° — z zadrževanjem na temp. 30 minut, ohlajati na mirujočem zraku Poboljšanje: ogrevanje na temp. 930° — z zadrževanjem na temp. 30 minut, ohlajati na mirujočem zraku, ponovno ogrevati na temperaturi 720° — 30 minut in ohladiti na mirujočem zraku. Namen uporabe: 1. Jekla z garantiranimi mehanskimi lastnostmi pri višji temperaturi za izdelavo kotlov in cevi kakor tudi enake in sorodne jeklo litine, katerih obratovalna temperatura znaša do 530° C. N. pr. č 7400 (13 CrMo 44). 2. Za nizkolegirana jekla za poboljšanje in cementacijo. EVB 2 Cr Mo — Lastnosti čistega vara 1. Orientacijska analiza C Si Mn Cr Mo 0,08 0,45 0,70 2.3 1.0 2. Mehanske lastnosti pri temperaturi 20° C Toplotna ^ obdelava kp/mm2 Trdnost kp/mm2 Raztezek % Zilavost V notch kpm/cm2 napuščeno: 53—63 poboljšano: 43—53 63—73 54—64 min. 18 min. 20 min. 12 min. 15 3. Mehanske lastnosti pri višjih temperaturah (200—550°) a. napusceno Temp. Meja raztez. (0.2) kp/mm2 Meja raztez. kp/mm2 Trdnost kp/mm1 200° C min. 45 min. 47 min. 57 300 min. 42 min. 44 min. 54 400 min. 38 min. 40 min. 50 500 min. 32 min. 35 min. 43 550 min. 24 min. 28 min. 35 600 min. 12 min. 15 min. 25 b. poboljšano: 500 min.20 min. 25 min. 33 600 min. 10 min. 13 min. 21 Vrednosti so minimalne. Povprečne vrednosti so za 3—5 kp/mm2 višje. Napuščanje: ogrevanje na temperaturi 760° C z zadrževanjem na temperaturi 30 minut, ohlajati do temp. 400° v peči in nato na mirujočem zraku. Poboljšanje: ogrevanje na temp. 960° C in zadrževati na tej temperaturi 30 minut, ohladiti na zraku, ponovno žariti na temp. 760° z zadrževanjem na temp. 30 minut, ohlajati do temperature 400° v peči in nato na mirujočem zraku. Namen: Za jekla z garantiranimi mehanskimi lastnostmi pri višji temperaturi in jekla, odporna proti atmosferi vodika, za delovne temperature do 550° C. N. pr. C 7401 (10 Cr Mo 9.10). čisti var je tudi odporen proti tvorbi škaje in slabo oksidira-joči atmosferi do 600° C. 2. Za paro vode. 3. Za jeklolitine, enake in sorodne sestave. PREDPIS TOPLOTNE OBDELAVE PRI VARJENJU Z EVB — Cr Mo IN EVB 2 Cr Mo 1. Predgrevanje: je odvisno od debeline pločevine in od vsebnosti kroma. Pri dimenziji do 12 mm predgrevamo do 200° C. Z naraščanjem dimenzije nad 12 mm ali z naraščanjem vsebnosti kroma je treba dvigniti temperaturo predgrevanja na 300—350° C. Izbrana temperatura predgrevanja mora ostati ista ves čas varjenja in se ne sme zmanjšati. ne sme biti cona, ki je podvržena toplotni obdelavi, ožja od 50 mm. Po napuščanju je potrebno material zelo počasi ohladiti na 450° C na mirujočem zraku, v peči ali pokriti z azbestom in nato na mirujočem zraku. Zaključek: Podani so bili rezultati preiskav čistega vara in zvarnih spojev elektrod EVB-Mo, EVB-CrMo in EVB 2 CrMo proizvodnje železarne Jesenice, namenjene za varjenje jekel, ki se uporabljajo za delovne temperature do 600° C. Iz rezultatov je razvidno, da elektrode popolnoma odgovarjajo svojemu namenu. Elektrode imajo tudi dobre varilnotehnične lastnosti in jih je mogoče uporabljati za vse položaje varjenja, razen od zgoraj navzdol. Preizkušene so bile tudi pri Zavodu za varjenje v Ljubljani in pri klasifikacijskem društvu LR— Toplotna obdelava po varjenju Možno jo je izvesti takoj po varjenju. Na splošno se uporablja napuščno žarjenje, in to za CrMo jekla z 1.5 % Cr pri 720°C, za jekla z 2—5 % Cr pa pri 760° C. Čas napuščanja je odvisen od dimenzije in je ca. 1—1.5 h za vsakih 25 mm debeline. Širina napuščne cone, to je cone za toplotno obdelavo, mora znašati minimalno 6 x debelina pločevine na obe strani zvara. Vendar pa Literatura Seferjanov: Secheron: DIN-norme: DIN-norme: Thyssenrohr: Dtisseldorf Stahl-Eisen: Metalurgija zavarivanja Fachblatt fiir den Schvveisser 1963/X 4 Teil A — 1967 Schweisstechnische Normen 1969 Stahl fiir die Chemie Werkstoffblatt 590—61 Primerjava z drugimi proizvajalci Jesenice EVB Mo EVB-CrMo EVB-2CrMo Oerlikon Molykord Kb Cromokord-Kb Cromokord II Bohler FOX DMO-Kb FOX-DCMS-Kb FOX-CM 2 Kb Arcos Ductilend Mo Chromend L-l Chromend L 2 Kestra Kb-Mo Kb-Cromo Kb-Cromo 2 Phonix SH-Schwarz 3 K SH-Kupfer 1 SH-Chromo 2KS Philips-Peng KV-2 KV-5 KV-3 Esab OK-D2 OK-V1 OK-V2 Smit SL-12 SL-19 SL-20 Messer Gr. N-1K N-2K N-3K Secheron Molytherme Cromotherme 1 Cromotherme 2 ZUSAMMENFASSUNG Fiir das Schvveissen vvarmfester Stahle werden solche Elektroden vervvendet, bei denen die Zusammensetzung des Schweissgutes ahnlich der des Stahles ist. Es werden sowohl die rutilsaueren als auch die basischen Elektroden verwendet. Die Anwendung der rutilen Elektroden wird jedoch wegen der schlechteren mechanischen Eigenschaf-ten und wegen dem hoheren Wasserstoffgehalt im Schvveissgut nicht empfohlen. Wenn aber diese schon angevvendet werden, dann sind dem Gebrauch bestimmte Grenzen gesetzt. Es vverden sonst nur basische Elektroden gebraucht. In der Elektrodenfabrik der Hiittenwerke Jesenice wurden fiir das Schvveissen vvarmfester Stahle drei neue Elektroden EVB Mo, EVB CrMo und EVB 2 CrMo entwickelt und in den Produktionsprogramm eingefiihrt. Die Elektroden sind basisch mit einem Ausbringen von ca 115 °/o. Im Artikel sind die Ergebnisse der Untersuchungen am Schweissgut und der Schweissnaht dieser Elektroden bei 20° C und bei den Temperaturen von 200 bis 550° C angegeben. Auch der Zvveck der Anwendung ist angegeben. Zusatzlich ist zu den Untersuchungen der Elektroden auch die Technologie des Schweissens der warmfesten Stahle bei hoheren Temperaturen beschrieben. Auch eine Ubersicht iiber die Stahlsorten der vvarmfester Stahle ist angegeben. SUMMARY Electrodes which gave similar composition of the weld as it is of the basic steel are used for vvelding steels vvith guaranteed mechanical properties at higher tempe-ratures. Basic or rutile electrodes are used for these purposes. But rutile electrodes are not recommended due to poorer mechanical properties and higher hydrogen content in the weld. If they are used there are certain restrictions. Only basic electrodes are really recommended for vvelding such steels. Three new electrodes EVB Mo, EVB CrMo, and EVB 2 CrMo were introduced into the production program of Jesenice ironvvorks for welding steels vvith guaranted mechanical properties at higher temperatures. They are basic electrodes vvith about 115 % yield. In the paper investigation results of pure weld and junctions of these electrodes at 20° C and 200 to 550°C are given. Also their applicability is given. As a supplement to the electrode investigations the vvelding technology of steels vvith guaranteed mechanical properties at higher temperatures, and the review of single steel qualities are described. 3AKAIOTEHHE AA3 CBapKH CTaAH C rapaHTHpOBaHHhIMH MeXaHH