Razvoj jekel za ladijske verige Legat Franc, Veriga Lesce Uvod Ladijske sidme verige morajo v praksi zagotavljati zanesljivo varnost ljudi in premoženja, zato je njihova izdelava posebno skrbno kontrolirana. Proizvodnja sidrnih verig teče po predpisih zavarovalnih ladijskih registrov, njihov prevzem pa po strogih kriterijih. Večina kupcev zahteva, da dosegajo ladijske sidme verige naslednje mehanske lastnosti: - trdnost Rm > 690 N/mnr - raztezek A > 17 r/< - žilavost K V > 59 J. pri temperaturi T=0°C Po svetu izdelujejo težke sidrne verige v širokem dimenzijskem asortimanu: - od debeline členov 34 mm do 180 mm Večina verig je izdelana iz jekla Č 8330 (St 52 V), legirane-ga z vanadijem, občasno tudi z niobijem. Pri prevzemih sidrnih verig so proizvajalci občasno ugotavljali. da nekatere mehanske lastnosti, predvsem žilavost preko zvarnega spoja, niso dosegale zahtevanih vrednosti, ki jih predpisujejo zavarovalni ladijski registri. V predhodnih nalogah smo zato preverjali nekatere dejavnike, ki bi lahko vplivali na takšna odstopanja. Začeli smo razmišl jati o drugih vrstah jekel za ladijske sidrne verige, s katerimi bi bolj zanesljivo dosegali zahtevane lastnosti in žilavost v normaliziranem stanju: - opravili smo preizkus jekla 27MnSiVS6 - ugotavljali možnost izboljšanja jekla Č 8330 - iskali novo jeklo za verige s stopnjo U4. Eksperimentalne taline niso imele željene sestave, odstopala je predvsem količina mangana v jeklu, zato nismo uspeli doseči trdnostnih lastnosti, zahtevanih za sidrne verige stopnje 3. Vedno pa smo dosegali boljše rezultate pri talinah, z dolegiranim vanadijem. Žilavost je bila pri vseh talinah pri navadni temperaturi zelo dobra, pri temperaturah med -35°C in -50°C pa je padla pod SOJ. Bistvene razlike med talinami so se pokazale v poboljšanem stanju. Vse taline z dodanim vanadijem so imele dosti višje trdnostne lastnosti kot taline brez vanadija pri enakih vsebnostih mangana. Vanadij torej bistveno vpliva na kaljivost in trdnostne lastnosti v poboljšanem stanju. Pri normalizaciji so bile razlike v trdnosti med talinami brez in z vanadijem največ 120 N/mnr. po poboijšanju pa skoraj 200 N/mm" Zaradi zelo dobre žilavosti dosežene v poboljšanem stanju, bi bilo takšno jeklo, z vsebnostjo mangana med 1,1-1,3 %, povsem primerno tudi za izdelavo sidrnih verig kakovostnega razreda 4. Preizkusi izdelave verig kakovosti U4 V zadnjem času verige kakovosti U3 vedno bolj nadomeščajo z verigami kakovosti U4. Skupaj z Univerzo UPSALLA, ki pomaga pri razvoju jekel za verige U4 za švedske tovarne (Ljusna), smo izdelali nekaj študij, na osnovi katerih so bila razvita nova jekla za obe kakovosti verig. Oznake jekel in zahtevane lastnosti so navedene v tabeli. Mehanske lastnosti jekel za verige: Mehanske lastnosti NVK 3 RIG (U3) NVK4R1G(U4) Napetost tečenja R,, Trdnost R,„ min. 690 Raztezek A5% min. 17 Kontrakcija Z % min. 50 Razmerje R,/R„, max. 0,92 Žilavost (povprečno) J min. 40 Posamezne vrednosti J min. 30 Temp. preizkušanja °C -15 Z naraščanjem trdnosti se žilavost, raztezek in kontrakcija slabšajo. Pri tem pa ima pomembno vlogo tudi velikost kristalnega zrna. Pri drobnozrnatih jeklih dosegamo dobro žilavost tudi pri višjih trdnostih. Predpisano razmerje Re/Rm dosežemo le s poboljšanjem verig. Razlika v lastnostih maloogljičnega jekla in jekla v poboljšanem stanju je lepo razvidna iz Hookovega diagrama na sliki i. Pri maloogljičnem jeklu ne moremo doseči visokega razmerja R„/Rm. Da bi dosegli višje razmerje Rc/Rm. mora jeklo vsebovati večji delež ogljika, ki najbolj povečuje trdnost in trdoto po poboijšanju in dodatek legirnih elementov, ki izboljšujejo prekaljivost. Za verige razreda U4 moramo za dosego zahtevanih lastnosti uporabiti legirano jeklo v poboljšanem stanju. raztezek % (xi Slika 1: Hookov diagram za maloogljična jekla in poboljšano jeklo Za preizkuse smo izbrali tri tipe jekel, ki so bili izdelani v švedski jeklarni za univerzo v UPSALLI. Celoten projekt je tekel v verigami LJUSNA in s sodelovanjem firme ESAB, ki je opravljala varjenje členov. Jekla so imela naslednje sestave (v %): C Mn Si Ni Cr Mo B QC-jeklo 0,30 0,65 0,25 0,5 1,0 0,20 LC-jeklo 0,04 2.3 0,25 1.2 1.5 0,25 B -jeklo 0,30 1,3 0,25 0,6 0,2 0,0025 QC-jeklo za poboljšanje; LC-maloogljično jeklo; B -jeklo legirano z borom min. 580 min. 860 min. 12 min. 50 max. 0.92 min. 40 min. 30 -20 Toplotna obdelava jekel QT in B je vrisana v diagramu na sliki 2, toplotna obdelava maloogljičnega jekla pa v diagramu na sliki 3. o. S [2 1 • a qt-jeklo in b-jeklo a3 / \ a + y • a a + Fe 3 C Slika 2: Temperatura kaljenja in popuščanja /a jekli QT in B LC-NIZKO OGLJIČNO JEKLO a + y U f- a + Fe 3 C Slika Temperatura prvega (A) in drugega (B) kaljenja maloogl jičnega jekla Mehanske lastnosti v odvisnosti od temperature popuščanja so razvidne s slik 4, 5 in 6. Izvedba preizkusov Iz vsake vrste jekla smo izdelali 20 preizkusnih palic in preizkus ponovili dvakrat. V tovarni verig LJUSNA na Švedskem smo opravili še preizkus verižnih členov. Rezultati so vrisani na diagramih 4, 5 in 6. 1. Jeklo QC Preizkušanci so bili kaljeni s temperaturo 900°C in nato po-puščeni. Dosežene mehanske lastnosti v odvisnosti od temperature popuščanja so razvidne s slike 4. 2. Jeklo LC Prvo kaljenje v vodi z 900°C in drugo s temp. 800°C (točka B v diagramu Fe-Fe3C) iz področja u+-y. Mehanske lastnosti v odvisnosti od druge temperature kaljenja s točke B so razvidni s slike 5. Kp0.2 ^n MPa 1000 900 800 700 Z A % o 60 Rpo.2 - KV t i KV J 200 100 500 600 700 Slika 4: Mehanske lastnosti za QC - jeklo: 0.30 c/c C. 0,65% Mn. 0,5 % Ni. 1 Ve Cr. 0.20 Mo RpO.2 v MPa 675 750 825 Slika 5: Mehanske lastnosti za LC - jeklo: 0,04 ' i C. 2.3% Mn. 0,25 7, Si. 1.2 % Ni. 1.5 rš Cr. 0,25 c/c Mo J. Jeklo B Kaljenje s temperature 890°C in popuščano. To jeklo je najcenejše, vendar dokaj občutljivo na točno temperaturo popuščanja. ker krivulje precej strmo padajo. Toplotne obdelave so potekale v kontinuirnih pečeh, tako da je kaljenju takoj sledilo popuščanje. Ohlajanje v vodi po popuščanju je dalo boljše rezultate, kot ohlajanje na zraku. Pri določenih temperaturah popuščanja, doseže žilavost svoj minimum, ki je za navadna in legirana jekla razv iden s slik 7 in 8. Rezultati preiskav Če hočemo doseči dobre žilavosti verig razreda U4, je nujno verige poboljšati. 500 600 700 Slika 6: Mehanske lastnosti za B - jeklo: 0,30 % C, 1,3 % Mn, 0,25 % Si. 0.6 % Cr. 0,2 % Mo, 0.0025 % B Slika 8: Krivulja trdote in žilavosti za navadna in legirana jekla Toplotno obdelavo je priporočljivo izvajati v kontinuirni peči navpične ali horizontalne izvedbe, da kaljenju takoj sledi tudi popuščanje. Ohlajanje po popuščanju naj bo v vodi. Najcenejše je jeklo tipa B. ki je precej podobno našemu St 52 V, vendar ima višjo vsebnost ogljika ter dolegiran bor in molibden. Bor naj ne presega meje 0,003 %. Vsa ta jekla so predvidena za obžigalno varjenje, zato dodatki legirnih elementov ne predstavljajo ovire za tehnologijo varjenja. Ta jekla se dokaj dobro obnašajo tudi pri trajnih nizkih temperaturah v severnem morju. Literatura 1 S. J. Engineer. H. Gulden. H. W. Klein. V. Schuller: : Entvvicklung von mikrolegierten perlitischen Edelbaustahlen mit verbesserten Zahigkeitseigenschaften. StaliI und Eisen, 108, 1989, 19 3 M. Ueki. S. Horie. T. Nakamura: High Temperature Deformation and Thermomechanical Treatment of Lovv Carbon Steel and Vanadium-Niobium Microalloyed Steel. Transactions IS!J, 27, 1987 4 F. Legat: Jeklo za sidrne verige višjih kvalitet. Železarski zbornik, 23, 1989, 3 F. Legat, J. Zvokelj: Normalizacijsko žarjenje verig. Železarski zbornik, 23, 1989.4