Lassen van hoge rekgrens staalsoorten - · PDF fileUnion K 52 (S) Union K 52 Ni Union MoNi...

10/22/2015

1

voestalpine Böhler Weldingwww.voestalpine.com/welding

voestalpine Böhler Welding

Lassen van hoge rekgrensstaalsoorten

S.Mueller


1. Wat is hoge rekgrens staal + toepassingen2. Verschillende soorten en vervaardiging3. Lassen

1. Invloed van lassen 2. Lastoevoegmateriaal3. Voorwarmen t.b.v. voorkomen van waterstofscheuren4. Mechanische eigenschappen las en WBZ5. Praktische tips

4. Conclusie

Onderwerpen




4. Conclusie

Onderwerpen

10/22/2015

2


“Hogerekgrens staal”

Indien ……………….

Hoge rekgrens staalsoorten


de rekgrens (MSYS) > 355 MPa, dus vanaf 420MPa

MSYS = “Minimum Specified Yield Strength“ “Yield Strength” = rekgrens = Re, Rp0,2




10/22/2015

3


Rp0,2zonder vloeigedrag

Reh (<500MPa)met vloeigedrag




Gebruikte benamingen op de markt

Groep 1 Hoge rekgrens staalsoorten Staalsoorten met verhoogde rekgrens Staalsoorten met verhoogde sterkte

Groep 2 Fijnkorrel staalsoorten Genormaliseerde staalsoorten QT- staalsoorten TM- staalsoorten

Distributor training implementation plan 05.20158



Typische eigenschappen van hoge rekgrens staalsoorten;

Hoge rekgrens en treksterkte Word verkregen door Fijne korrelstructuur Toegevoegde legeringselementen Vervaardigings methode

Goede taaiheid Goede lasbaarheid


10/22/2015

4



Voordeel

Functionele aspecten sterkte/gewicht verhouding (mobiele kranen) Economische aspecten Gewicht reductie Lagere transportkosten Minder materiaal Reductie van fabricage kosten

Lasnaad inhoud

Let op: Om de economische voordelen te kunnen incasseren, dient ontwerp en verwerking correct te geschieden.




22.10.2015 Welding of high strength steels11

Hoe hoger de sterkte van het basis- en lasmetaal hoe meer de beproefde procedure moet worden gevolgd

NadeelHoe hoger de sterkte van het materiaal hoe hoger het risico voor

“koud”scheuren hoe gevoeliger het

materiaal is voor afwijkende warmte inbreng



Economische aspecten

Kostprijs lasconstructie mobiele kraan

10/22/2015

5



Toepassingen Mobiele werktuigen

Draagvermoger 800 tonHefhoogte 134 mtrReikwijdte 104 mtr

Draagvermoger 1200 tonHefhoogte 100 mtrIncl Jib 191 mtr



Toepassingen

Mobiele werktuigen Hydraulische graafmachine Voertuig voor grondtransport



Toepassingen

Civiele constructies Erasmusbrug Millau Frankrijk

10/22/2015

6



Toepassingen

Vrachtwagen kranen



Toepassingen

Water turbine



Toepassingen

Offshore

10/22/2015

7



Toepassingen

Some World Records

LIEBHERR LR 13000

Height: 270 m

Max. Load: 3000 ton




4. Conclusie

Onderwerpen


Belangrijkste productie/vervaardigingsmethode;

1. Normaalgloeien2. Q&T staalsoorten 3. TMCP


10/22/2015

8


Walsprocessen en warmtevoering1. Normaalgegloeid fijnkorrelstaalsoorten Krijgen hun sterkte d.m.v. chemische analyse in

combinatie met normaal gloeiingof normaliserend gewalst

EN 10025-3Normaalgegloeid met Re 275 en 460 Mpa

S275 - S355 = gespecificeerd als ongelegeerdkwaliteitsstaal

S420 - S460 = gespecificeerd als gelegeerd speciaalstaal Kwaliteit N – kerfslagarbeid bij – 20°C Kwaliteit NL – Kerfslagarbeid bij - 50°C

Dikte tot +/- 300mm (is afhankelijk van type en productie methode, normaal gegloeid of normaliserend gewalst)


Microstuctuur fijne ferriet + fijne perliet


Walsprocessen en warmtevoering2. Gehard en ontlaten fijnkorrelstaalsoorten Quenced and Tempered (Q&T)

Re 460 - 1100 Mpa Afschrikken in water

fijnste korrel martensitisch / bainitisch

Ontlaten 450-650°C hardheid daalt taaiheid stijgt sterkte daalt iets

sterkte te regelen met deontlaattemperatuur

EN 10025-6Q&T staalsoorten met Re = 460 – 960 MPa Kwaliteit Q – kerfslagarbeid bij – 20°CKwaliteit QL – Kerfslagarbeid bij - 40°CKwaliteit QL1 – Kerfslagarbeid bij - 60°C


Microstuctuur, bainiet en/of martensiet


Walsprocessen en warmtevoering3. TMCP (t< 150 mm – afhankelijk van kwaliteit)

Thermo-Mechanically rolled Controlled Processing (TM)

Warmte behandeling tijdens walsproces Nauwkeurige temperatuurvoering Walsproces: lagere starttemperatuur

(austenietkorrelgrootte te beperken) Hoge walskrachten Toevoeging van o.a. Ti en Nb vertraagd de

rekristallisatie Wordt gekenmerkt door

Laag C- gehalte Fijne korrel structuur Goede lasbaarheid

EN 10025-4TMCP fijnkorrelstaal met Re 275 en 460 Mpa S275 – S460 = gespecificeerd als gelegeerd

speciaalstaal Kwaliteit M – kerfslagarbeid bij – 20°C Kwaliteit ML – Kerfslagarbeid bij - 50°C


10/22/2015

9


Warmband-variant tot ca.15 mm

Re = 355 – 1100MPa

Laag koolstof %

Laag gehalte aan legerings elementen

Uitstekende koudvervormbaarheid

Goede lasbaarheid

EN 10149Normaalgegloeid en TMCP (warmband) staal met hoge rekgrens bedoeld voor koudvervorming`: Normaalgegloeide typen met Re = 260 – 420 Mpa (NC) TMCP typen met Re = 315 – 700 Mpa (MC)

Walsprocessen en warmtevoering



Ontwikkeling verschillende soorten



Effect van korrelgrootte op mechanische eigenschappen

Hall–Petch – relatie: dkiy

Hoe meer korrelgrenzen per mm3

des te sterker en taaier het materiaal:

WalsenChemische

samenstelling

Warmtevoering


10/22/2015

10



1. Invloed van lassen2. Lastoevoegmateriaal3. Voorwarmen t.b.v. voorkomen van waterstofscheuren4. Mechanische eigenschappen las en WBZ5. Praktische tips

4. Conclusie

Onderwerpen


Basismateriaal is fijnkorrelig (mede) door zorgvuldig uitgevoerde

warmte- walsbehandeling

Lassen = afwijkende warmtebehandeling = verstoort basismateriaal => WBZ. lasmetaal bezit afwijkende samenstelling

Giet structuur

Invloed van het lassen



“dat de lasverbinding sterkte en taaiheidseigenschappen bezit die overeenkomenmet het basismateriaal

Eigenschappen WBZ en las zijn afhankelijk van: Basismateriaal (samenstelling, vervaardigingsmethode en structuur) Lastoevoegmateriaal (samenstelling) Lasprocedure (temperatuur-cyclus, laagdikte,

opmenging)

Doel:


10/22/2015

11


Typische waarden Re0,2 en Rm S690QL



Parent Composition

Weld Design

Welding Parameters

Wire Composition

Dilution

Micro Structure

mech. PropertiesToughness

Freedom of Imperfections

Shielding Gas Composition

Welding Parameters

Composition of Pure Weld Metal

Cooling Rate t ½

Annealing

Plate Thickness

Welding Process

Heat Input

Interlayer Temperature

Welding CurrentArc Voltage

Welding SpeedTorch Positioning

Skilled WeldersWeld Design

Welding ParametersFeeding Properties

Quality of Weld Seam

85

Weld Bead Composition

Invloed op laskwaliteit van MAG lassenHoge rekgrens staalsoorten




4. Conclusie

Onderwerpen

10/22/2015

12


De meeste toegepaste lasprocessen: MAG met massieve draad (GMAW) MAG met gevulde draad (FCAW) Beklede Elektrode (BMBE, SMAW) Onder Poederdek (OP, SAW)NB: TIG bezit grote spreiding in opmenging enwarmte-inbreng

Lasprocessen



Legerings concept voor toevoegmaterialen HRS

Minimum rekgrensMPa

Legerings concept

< 460 Mn (1,4 %) oder Mn (1,4 %) + Mo (0,4 %)

460 - 500 Mn (1,4 %), Ni (1 %)

550 Mn (1,4 %), Mo (0,4 %), Ni (1,7 %)

620 - 690 Mn (1,6 %), Cr (0,4 %), Mo (0,4 %), Ni (1,8 %)

890 Mn (1,4 %), Cr (0,8 %), Mo (0,5 %), Ni (2,2 %)

960 Mn (1,9 %), Cr (0,4 %), Mo (0,55 %), Ni (2,35 %)



Keuze lastoevoeg-materiaal


10/22/2015

13


43

Datasheets lastoevoegmateriaal

Datasheets => puur lasmetaal

gemiddelde lasparameters,

testplaat in PA

Praktijk => opmenging met basismateriaal

praktische parameters, position

Constructie (spanning)

Laagdikte, temperatuur, HI



Normering van massieve draad voor hoge rekgrens

NEN EN-ISO 16834 – G 69 6 M Mn4Ni1,5CrMo

G = Gas metal arc welding

69 = Yield strength and elongation;690 MPa min. yield strength

6 = Fracture toughness; min. 47 J at –60 °C)

M = Shielding gas; mixed gas

Mn4Ni1,5CrMo = code for chemical composition





4. Conclusie

Onderwerpen

10/22/2015

14


1. Aanwezigheid van waterstof Bekleding / poeder Kerndraad / lasdraad Atmosfeer Basismateriaal incl. oppervlakte vervuiling

2. Scheurgevoelige structuur Warmte-beinvloede zone (WBZ) Lasmetaal (LM) Door: Hoger C% en legeringselementen (CET) Snelle afkoeling van de las (T8/5 / harding)

3. Spanningen Hoge krimpkrachten (krimpverhindering) > dikte

Waterstofscheuren



4. Temperatuur <150°C Krimp en spanning Waterstof-oplosbaarheid neemt af Scheurvorming in scheurgevoelige structuur

Komen voor Mogelijk tot 3 dagen na het lassen Meestal in warmte-beïnvloede zone Kan ook in lasmetaal

Waterstofscheuren



1. Voorkom aanwezigheid van waterstof Voldoende voorverwarmen Laag waterstof lastoevoegmaterialen

Vacuum verpakking herdrogen

Geen vocht en roest in lasnaad Geen water in beschermgas Schone lasvoorbereiding (vet, krijt, primer) Gebruik aanbevolen warmte inbreng Eventueel soaken

Waterstofscheuren


10/22/2015

15


Voorwarmtemperatuur is gerelateerd aan Chemische samenstelling basismateriaal Type basismateriaal Waterstofgehalte lastoevoegmateriaal Dikte basismateriaal Chemische samenstelling lastoevoegmateriaal Warmte inbreng

Voorwarmen


Voorwarmtemperatuurvolgens EN 1011-2


Doel is om eventueel aanwezige waterstof uit te drijven (diffunderen), zodathet gevaar voor het optreden van waterstof geïnduceerde scheuren (koud) afneemt. Deze behandeling wordt aansluitend aan het lassen doorgevoerd op een temperatuur van 200 tot 250 ºC. De tijd dat deze temperatuur wordt aangehouden is ca. 2 uur. Door het toevoeren van de warmte zal de diffusiesnelheid van het waterstof toenemen, zodat deze gemakkelijker kan ontwijken uit het materiaal.

Waterstofarm gloeien (Soaking)



Diffusiesnelheidwaterstof

Voorwarmen op 120°C geeft 100x hogere

diffusiesnelheid (tov 20°C)

Diff

usie

snel

heid

ml/s

ec

Temperatuur °C

100x

20→120°C

10/22/2015

16


2. Voorkom scheurgevoelige structuur Basismateriaal met laag koolstof equivalent Gecontroleerde ∆t8/5 afhankelijk van:

Plaatdikte Voorwarm temperatuur Warmte inbreng Koolstof equivalent (CEV, CET)

Waterstof scheuren



Koolstofequivalent(en)

CEV= CE = C + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Ni + Cu)/15 is een maat voor de hardbaarheid (EN 1011, methode A)

CET = C + (Mn + Mo) / 10 + (Cr + Cu) / 20 + Ni / 40 IIW-Doc. IX-1630-91, EN 1011 (Methode B) is een maat voor de koudscheurgevoeligheid is afgeleid van koudscheurproeven geldigheidsgebied CET 0.18 to 0.45 %

C Si Mn Cr Cu Mo Nb Ni Ti V B

Min

Max

0.05

0.32

0

0.8

0.5

1.9

0

1.5

0

0.7

0

0.75

0

0.06

0

2.5

0

0.12

0

0.18

0

0.005


Tekkentest


Massieve draad: CE / CET ( typisch )

Shieldinggas: EN 439-M21

MAG-massieve draad

EN ISO 21952/14341/16834 CE CET

Union K 52 (S)

Union K 52 Ni

Union MoNi

Union NiMoCr

Union X 85

Union X 90

Union X 96

G 42 4 M G 3 Si 1

G 3 Ni1

G 62 5 M Mn3Ni1Mo

G 69 6 M Mn4Ni1,5CrMo


G 89 6 M Mn4Ni2CrMo


0.31

0.34

0.42

0.57

0.62

0.67

0.72

0.21

0.23

0.26

0.33

0.35

0.38

0.41


10/22/2015

17


3. Voorkom te hoge spanningen Beperk vooropening < 4 mm (minder spanningen) Gebruik lasmateriaal met lagere treksterkte voor hechten en grondlagen

(undermatching) Hechtlassen minimaal 50 mm lang Juiste las volgorde (vermijd waar

mogelijk starts en stops in hoeken)

Waterstof scheuren





4. Conclusie



Mechanische eigenschappen

Sterkte (Rp0,2 & Rm Mpa)

Rek A %

Taaiheid (KCV J)

Hardheid (HV)


10/22/2015

18


Mechanische eigenschappen zoals taaiheid, sterkte en hardheid worden beïnvloed door de warmte inbreng.

Warmte-inbreng (heat-input HI) =

Invloed op

Warmte beïnvloede zone basismateriaal

Basismateriaal is fijnkorrelig (mede) door zorgvuldig uitgevoerde warmtebehandeling in

de staalfabriek

Lassen is een verstorende warmte-behandeling tpv WBZ

Lasmetaal

Let op het verschil tussen “verbindingslas” en “overdund lasmetaal” door:

Opmenging met basismateriaal

Afhankelijk van temperatuur-cyclus tijdens het lassen


V x I x 60Q = x ------------ (kJ/cm)

v x 100


Steel producersComparison of materials

HAZ properties: maximum hardening

alform 700M vs. S690Q alform 900 x-treme vs. S890Q

Q

M

Q

M


Hardness profile comparisionfirst run on the second side

Balanced hardnessprofile across all areasof the welding joint

Balanced hardnessprofile across all areasof the welding joint

fusi

onlin

e

fusionline

10/22/2015

19


Steel producersComparison of materials


Processing companiesNon-harmonized welding consumable

Weld metal softening during welding of alform 700M dependent on t8/5 time


Systematic weld seam designHarmonized welding consumable

10/22/2015

20


Wat te voorkomen

Te lage sterkte

Te lage taaiheid

Te hoge hardheid

Hoe?

d.m.v.gecontroleerde ∆t8/5

Mechanische eigenschappen





t8/5 is afkoelsnelheid van 800 naar 500ºC


Afhankelijk van: Voorwarm temperatuur Warmte inbreng (Q = * 60 * U * I / (v * 100) ) Geometrie

Lasnaadvorm Dikte

Afkoelsnelheid van de las (t8/5)


Proces-nummer Proces Thermisch rendement (zie EN 1011-1)

121 OP 1,0

111 Beklede elektrode 0,8

131 MIG massief 0,8

135 MAG massief 0,8

114 Gasloze draad 0,8

136 MAG gevuld 0,8

138 MAG metaalgevuld 0,8

141 TIG-lassen 0,6

15 Plasma-lassen 0,6

10/22/2015

21



Lasnaadvorm Dikte

Afkoeltijd van de las (t8/5)




Lasnaadvorm Dikte




Invloed warmte inbreng


10/22/2015

22










10/22/2015

23



Lasnaadvorm Dikte




Invloed van lassnelheid op afkoelsnelheid bijtwee dimensionale afkoeling



Invloed van lassnelheid op afkoelsnelheid bijdrie dimensionale afkoeling


10/22/2015

24


Invloed van afkoeltijd op mechanischeeigenschappen

Higher hardness

Lower hardness



Invloed van afkoeltijd op mechanischeeigenschappen



Invloed afkoelsnelheid t8/5 op S690QL1

lasmetaal:

Re, Rm en rek

Hardheid

Kerfslagwaarde

WBZ

Hardheid, sterkte

Kerfslagwaarde


10/22/2015

25


t8/5 : te meten en te berekenen


= achteraf


Bepaling van de afkoelsnelheid t8/5

SEW 088

EN 1011-2



Berekenen


10/22/2015

26


Berekenen



Werkgebied bepalen

VariabelenWarmte-inbreng (vert)Voorwarmtemperatuur (hor)

Criteriamax t8/5 ivm korrelgroei (15 s)min t8/5 ivm hardheid voorkomen koudscheurenmax interpass-temperatuur.





4. Conclusie


10/22/2015

27


Schoon werken, bij hoeklassen primer verwijderen

Lasnaadvoorbereiding zoals bij C-staal maar

beperk naadinhoud/vooropening

Controleren naadflanken (visueel, PT, MT)

Slijpen: niet te hard duwen, vermijd verkleuring


Voorbereiding



Invloed van type vooropening



Lastoevoegmaterialen

Volg richtlijnen opslag en herdrogen van fabrikant Gebruik alleen laagwaterstof toevoegmaterialen Na opening beperkt bruikbaar

10/22/2015

28


Hechtlassen (voorwarmen) minimaal 50 mm lang dikte > 25 mm eventueel eerste twee lagen lassen met “undermatching”

toevoegmateriaal

Bij vullagen en meerlaagse hoeklassen geen tussentijdse afkoeling bij lasdikte < 0,33 * dikte



Meten voorwarmtemperatuur (EN-ISO 13916)


t ≤ 50 mm: A = 4 x t, max. 50 mm

t > 50 mm: A = min. 75 mm


Meten tussenlaagtemperatuur (EN-ISO 13916)


10/22/2015

29


Aanbevelingen ter voorkomingscheurvorming

Temperbead ca 1-2 mmvan basismateriaal.



vermijd kerfwerking in ontwerp en uitvoering

(geen vloeigedrag)

“Arc-strikes” verboden. Slijpen + lassen

Aanbevelingen ter voorkoming scheurvorming



Laagdikte

Dunne lagen

2-3 mm

Dunne lagen geven hogere taaiheid en sterkte

Vermijdt bolle rupsen => “licht zwaaien”


10/22/2015

30


Invloed zwaaien of snoeren



vermijd lassen op de zwaarstbelaste lokaties

Aanbevelingen ter voorkoming scheurvorming

Afb: RuschAfb: RuschKraantechniek BV



Onderwerpen

1. Toepasgebied en wat is hoge rekgrens staal2. Verschillende soorten en vervaardiging3. Lassen


4. Conclusie

10/22/2015

31


Conclusie


Conclusie


Literatuur

- SSAB- ThyssenKrupp Steel- EN 10025, 10027, 10149, EN1011- VM 125- voestalpine (www.voestalpine.com)

10/22/2015

32

voestalpine Böhler Weldingwww.voestalpine.com/welding


Bedankt voor uw aandacht!

Lassen van hoge rekgrens staalsoorten - · PDF fileUnion K 52 (S) Union K 52 Ni Union MoNi...

Documents

Transcript of Lassen van hoge rekgrens staalsoorten - · PDF fileUnion K 52 (S) Union K 52 Ni Union MoNi...