191191. lajstromszámú szabadalom • Nagyszilárdságú, szívós, hegeszthető szerkezeti acél
1 191 191 2 A jelen találmány tárgya nagyszilárdságú, szívós és hegeszthető szerkezeti acél, amely melegen és hidegen alakítható és amely mangán, molibdén és króm ötvözőket, valamint alumínium és niobium mikroötvözöket tartalmaz. Az utóbbi időben fémszerkezetek, különösen tartályok csővezetékek anyagaival szemben nagy mértékben megnőttek a szilárdsági követelmények, elsősorban a súlycsökkentés érdekében. A vegyipar, kőolajipar és energiaipar berendezései, különböző csarnokszerkezetek, jármüvek általában hegesztéssel készülnek, kovácsolt vagy hengerelt rúd, idom- és icmezanyagokból. Az ilyen berendezésekkel szemben a teherbírás, merevség és tartósság alapvető követelmény. A teherbírás és tartósság növelésével, megfelelő képlékeny alakvállozó képesség mellett, a szerkezet könnyebbé tehető. További követelmény a törési biz tonság, amely a megfelelő törési szívósság biztosításával érhető el. Manapság azonban még az anyag kivá lasztásánál a törési biztonságot általában nem veszik figyelembe. A tervezési anyagjellemző statikus igénybevételnél a folyási határ biztonsági tényezővel csök kentett értéke. Ezen biztonsági tényező azonban, ma már tudjuk, nem megfelelő és nem elegendő a szerke zcl törési biztonságának meghatározásához. A törési biztonságot a feltételezett legkedvezőtlenebb helyzetű és méretű hiba - repedés, össze nem hegedt gázhólyag, zárványsor stb. - és az anyag kvázistatikus törési szívóssága alapján számítják. Terjedőképes repedést feltételezve, a törésmegállás biztosítása hasonló módon, de a dinamikus törési szívósság alapján történik Az anyag tulajdonságát törésmechanikai jellemzőkké! is megadják. A műszaki gyakorlatban alkalmazott szerkezeti anyagok fontos tulajdonsága a gazdasági mutató, amely a megengedett feszültségek és az egységár hányadosa. Nyilvánvaló, hogy ez a mutató úgy növelhető, ha nagy lolyáshalárú acélt olcsón tudunk előállítani. Természetesen a gazdaságosság meghatározásához további tényezőket is figyelembe kel! venni. Ilyenek például a szállítási és technológiai költségek, amelyekben a súlycsökkentés ugyancsak fontos szerepet játszik. A fenti követelmények legalábbis részbeni kielégítésére számos acélfajtát dolgoztak ki. Ezek az acélok tartalmaznak mangánt és szilíciumot, továbbá számos egyéb ötvözőt, amelyek összeválogatása a kívánt cél alapján történik. Ilyen acélokat ismertet például a 2 157 305., 2 320 185. és 2 407 338. számú NSZK-beli, valamint 4 137 104. számú egyesült királyságbeli és 1 491 729. számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírása. Ezek az acélok a felsorolt tulajdonságok elérése érdekében általában tartalmaznak még rezet, és/vagy nikkelt is a felsorolt ötvözőelemeken kívül. A felsorolt követelményrendszer bonyolultsága cs az egyes feltételek viszonylagos ellentmondása azonban eddig nem tette lehetővé valamennyi követelmény egyidejű teljesítését. A szilárdság és a szívósság egyidejű növelése ezidáig csak korlátozottan sikerült, az anyagok hegesztés után gyakran repedtek és a sok ötvözöclcm miatt általában meglehetősen költségesek. A jelen találmánnyal olyan nagyszilárdságú hegeszthető szerkezeti acél kialakítása a célunk, amelynek mind szilárdsága, mind szívóssága nagyobb a hasonló célra szokásosan használt szerkezeti acélokénál, továbbá mind hideg, mind meleg alakítási eljárásokkal jól megmunkálható, a mechanikai- és hőkifáradással, valamint a légköri korrózióval szemben ellenálló és általában előmelegítés nélkül hegeszthető. A feladat megoldását azon felismerés alapján végeztük, hogy a szilárdság növelése a vas alapú ötvözeteknél a kristályrács elcsúszását megakadályozó hatásokkal, például szilárdoldat-képzcssel, hidegalakítás sál. a diszlokáció sűrűség növelésével vagy az alapmátrixban történő intcrmctallikus fázis képzésével oldható meg. Ugyanakkor az alakváltozó képesség s szemcseméret csökkentésével, az elcsúszási sikok számának növelésével, az alak változóképes szemcsehatárok biztosításával, valamint nagyméretű rideg fázisok kiválásának megakadályozásával befolyásolható. Ily módon egy adót! ötvözet kedvező tulajdonsága il az egyes ölvözőclcmck mennyiségének optimális megválasztásával lehet biztosítani. A jelen esetben a kitűzött feladatot úgy oldottuk meg, hogy a találmány szerinti ötvözet 0,003-0,07 tömegszázalék szenet, 1,5 - 2,0 tömegszázalék man gánt, legfeljebb 0,35 tömcgszázalék szilíciumot, legfel jebb 0,015 tömegszázalék foszfort, 0,01 tömegszázalék kenet, 0,08-0,12 tömegszázalék niobiumot, 0-2 tömegszázalék krómot, legfeljebb 0,12 tömegszázalék alumíniumot, 0,3 - 0,5 tömegszázalék molibtíént, leg feljebb 0,018 tömegszázalék nitrogént és a maradék részben, vasat tartalmaz. Az így kialakított ötvözet kielégíti a fent említeti feltételeket: egyidejűleg nagy szilárdsággal és szívós ságga! rendelkezik, mind melegen, mind hidegen a la kítható és különleges méretektől eltekintve előmelegi tés nélkül hegeszthető. Ezen túlmenően a légköri korrózióval szemben is ellenálló. A találmány további részleteit kiviteli példák segít ségévcl ismertetjük. Négy k ülönbözö adagban állítottuk elő a találmány szerinti összetételű acélt. Ezek kémiai összetételét az 1. táblázat mutatja Összehasonlításképpen az 1. táblázatban feltüntettünk több hagyományos, illetve szabványos acélt is ugyanebben a kategóriában. A találmány szerinti acélnak az 1, táblázatban be mutatott változataiból mechanikai vizsgálathoz próbatesteket készítettünk. A mechanikai vizsgálatok eredményeit a 2,3, és 4. táblázatban mutatjuk be. A táblázatokban feltüntettük az 1. táblzatban bemutatott, hasonló célra szabványosított anyagok megfelelő tulajdonságait a mclcgszilárdsági vizsgálatok kivétel, minthogy ilyen vizsgálat^ eredményeket más acélokra vonatkozóan nem ismerünk. 5 10 IS 20 2F„ 3C 3B 4G 45 50 5b 2
