189130. lajstromszámú szabadalom • Eljárás javított tulajdonságú szerkezeti, bányászati és nagyszilárdságú csőként egyaránt felhasználható csőfeéleségek előállítására kombinált mikroötvözésű acélokból
1 ,189 130 2 A találmány tárgya eljárás javított tulajdonságú, nagy folyáshatárú, jól hegeszthető és növelt korrózióállóságú, szerkezeti, bányászati és nagyszilárdságú csőként egyaránt felhasználható csőféleségek előállítására kombinált mikroötvözésű acélokból. A technika jelenlegi állása szerint több olyan eljárás ismert acéllemez vagy kovácsolt termék előállítására, amely mikroötvözést és szabályozott hengerlést alkalmaz. (A mikroötvözésnél 0,001-0,3 s%-nyi olyan ötvözőt használnak, amely az N, O, S és részben a C megkötésével fejti ki hatását.) Az is ismert, hogy a varrat nélküli acél csőgyártás (lyukasztás és meleghengerlés) és a lemezhengerlés, illetvé kovácsolás között olyan alapvetően eltérőek a melegalakítási viszonyok és folyamatok, hogy a lemezhengerlés terén szerzett ismeretek, illetve alkalmazott technikák lényeges változtatás nélkül nem jöhetnek számításba csövek gyártásakor. A szabályozott hengerlés célja egyrészt az, hogy a hengerlés folyamán az újrakristályosodási és kristályszemcse-növekedési folyamatok megfelelő szabályozása útján a lehető legfinomabb ferrit-szemcse legyen előállítható, másrészt hogy a kiválási folyamatok befolyásolása révén fokozható legyen a kiválásos keményedés. Az utóbbi hatás a nióbium ötvözőelem azon tulajdonságán alapszik, hogy egészen kis koncentráció-értékek mellett is jelentős mértékben képes megváltoztatni az ausztenit újrakristályosodási viselkedését [Humbert et al., Archív für das Eisenhüttenwesen, 52, 359-366 (1981)]. Ezzel is magyarázható, hogy a legelterjedtebben a Nb-ot egyedül alkalmazzák mikroötvözőként, de alkalmazzák Ti-nal, V-mal, illetve Al-mal kombinálva is. A 4 124 412. sz. USA-beli szabadalmi leírás részletes vizsgálat tárgyává teszi a Nb hatásmechanizmusát és kimutatja, hogy csak bonyolult követelmény-rendszer kielégítő Nb-mennyiség befolyásolja kedvezően az acél tulajdoságait. A kívánt Nb-tartalom beállítása azonban az ötvözés időszakában megkívánja az egyébként ismert C-tartalom mellett az ossz N- és a savoldható Al-tartalom meghatározását. Ez egyrészt bonyolult és drága berendezéseket igénylő feladat, másrészt ilyen adatok a szükséges időpontban nem is állnak rendelkezésre, mert pl. üstmetallurgia esetén a N-tartalom a 10-15 percig tartó kezelés vége felé erősebben növekedik, és a mintegy 5 percnyi elemzési idő után jelenlevő N-mennyiség már teljesen más, mint a próbavételkor. A Nb-megoszlás ismerete viszont lényeges, mert az optimumtól való eltérés a Nb egyébként előnyös hatásait kedvezőtlenné változtatja. A Nb mikroötvözésű acél szívóssága nagymértékben függ a melegalakítás befejezési hőmérsékletétől, amely így kritikus hőmérséklet jellegű, és számszerű értéke függ az acélösszetételtől, az utolsó melegalakítás mértékétől és hőmérsékletétől, valamint az ausztenit újrakristályosodás állapotától. A Nb 1175-1200 "C-ig nem oldódik, és ezáltal gátolja az ausztenit szemcsedurvulását. Az oldódás szempontjából kritikus hőmérséklet túllépésekor a részecskék gyorsan feloldódnak, és ezáltal nagyságrendekkel nő az ausztenit szemcsehatár elmozdulási sebessége, ami az ausztenit másodlagos újrakristályosodására vezet. Ekkor nagyon durva, egyenlőtlen szemcsenagyságú kristályok képződnek, amelyek kristályhatára az allotrópan átalakult ferrites szövetben különösen hajlamos az átöröklődésre; ez a szakirodalomban „stress relief cracking” elnevezéssel ismert repedésre teszi hajlamossá az acélt. A Nb-mikroötvözés korrózióállóság szempontjából nem kedvező. A Nb-mal és V-mal mikroötvözött acél levegő-korrózióállósága megegyezik a szénacélokéval. A H2S- és H-feszültségi korrózió szempontjából a „stress relief cracking”-hez hasonlóan az egykori ausztenit-kristályok határain levő kiválások hátrányosak, és könnyen vezetnek korróziós repedések képződésére. Olyan olaj- vagy gázlelőhelyeken, ahol a szokásosnál nagyobb a H2S-tartalom, és azt víz, NaCl és C02 is kíséri, a H2S-feszültségi korrózió miatt a hagyományos módon gyártott, növelt vagy nagy szilárdságú acélcsöveket nem lehet használni. E hátrányos tulajdonságok miatt a Nb-mikroötvözés előnyeit nem lehet kellően kihasználni. A Nb mellett ötvözött V és Al, de a Ti és Zr sem képes megszüntetni a nehézségeket, sőt ezek az ötvözök újabb bonyodalmakat okozhatnak. Ugyanis az Al, a Ti és a Zr az acél kéntartalmával kristályhatármenti szulfidokat alkot, így megakadályozza az ausztenit-szemcse finomoldását, és egyben ridegíti is az acélt. Az acél szilárdságának és átmeneti hőmérsékletének javítására a 4 124 412. sz. USA-beli szabadalmi leírás szerint Ni-t is ötvöznek a mikroötvözött acélba; ez azonban melegalakításkor melegtörékenységet okoz, ha az Al mennyisége meghaladja a 0,05%-ot. A felsorolt nehézségek miatt a Nb vagy Nb + V és/vagy Ti + Al mikroötvözési eljárások már nem felelnek meg a mai technika által támasztott követelményeknek javított tulajdonságú acélcsövek gyártásakor. A 2 392 121. sz. francia szabadalmi leírás a Nb helyett, illetve mellett B-ral mikroötvözött anyagból állít elő csövet szabályozott hengerléssel és hozzákapcsolt edző-megeresztő hőkezeléssel. A B mikroötvözőként teljesen más hatásmechanizmusú, mit a Nb, Ti és V. Ez utóbbiak karbonitrideket, illetve nitrideket képeznek, amelyek a ferritausztenit átalakulási hőmérséklet (Ac3) felett oldatba mennek, majd lehűléskor az ausztenitet túltelítik, és főleg az ausztenit-ferrit átalakulás befejeződési hőmérséklete (Ar^ környékén igen finom kiválásokat képeznek, ezzel jelentősen javítva a mechanikai jellemzőket. A B ezzel szemben Fe2B intermetallikus vegyületként válik ki. Ellentétben a Nb, V és Ti ötvözőkkel, amelyek mellett a N jelenléte előnyös, a B-mikroötvözéskor a N nagyon káros, mert a B-tartalom egy részét hatástalanítja. A B hegesztéskor elősegíti a feszültségi repedés - képződését az átmeneti zónában, és erősen növeli a hegeszthetőségre jellemző Ce karbon-egyenértéket. A 753 924. sz. szovjet szabadalmi leírás a 0,15 s% és 0,35 s% közötti nagy szén tartalmú, vagyis az edződő acélok csoportjába tartozó acélféleséget ismertet, amely 0,15 s%-nál több (0,15-1,0 s%) szilíciumot, valamint nióbiumot és alumíniumot is tar5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
