Janez Žvokelj, dipl. inž. Metalurški inštitut, Ljubljana DK 669.15 — 194 : 669.24 9 °lo nikljevo jeklo za nizke temperature Rezervoarji in cisterne, namenjeni shranjevanju in prevozu utekočinjenega zemeljskega plina, so večinoma izdelani iz nizkoogljičnega 9 odstotnega nikljevega jekla. Prikazan je razvoj tega jekla in strukturne posebnosti, ki nastajajo med termično obdelavo, s katero šele pridobimo jeklu njegove prednostne mehanske lastnosti, zlasti odlično žila-vost tja do temperature tekočega dušika. Jeklo je tudi dobro varivo, kar omogoča gradnjo velikih objektov. Pokažejo pa se tudi ekonomske prednosti uporabe 9 % nikljevega jekla za konstrukcije, ki so izpostavljene zelo nizkim temperaturam. 1. Del.: RAZVOJ IN TERMIČNA OBDELAVA 9 »/o Ni JEKLA Uvod Ko so pred približno dvanajstimi leti odkrili v Sahari velike rezerve zemeljskega plina, so se francoski strokovnjaki takoj lotili projekta za transport tega naravnega bogastva v Francijo. V Franciji sami imajo sicer na jugozahodnem delu ob Biskajskem zalivu lasten izvir zemeljskega plina in precej razširjeno omrežje plinovodov, vendar predvidene rezerve ne dovoljujejo večje ekspanzije v potrošnji. S saharskim plinom pa bi bilo možno kriti celo evropske potrebe. Za transport plina iz Alžira v Evropo sta bili izdelani najprej dve varianti direktnih prekmor-skih plinovodov. Po prvi bi ga bilo treba položiti po dnu Sredozemskega morja iz Alžira do francoske južne obale, po drugi pa podvodni del le preko Gibraltarske ožine, vendar bi zato suhozem-ski plinovod potekal dodatno prek Maroka in Španije. Izdelava podvodnih plinovodov odpira večje tehnične probleme, po drugi varianti pa so nastale tudi politične težave, zato ni bilo pričakovati kmalu uresničitve. Variantama se je pridružil zaradi tega še tretji projekt, sprva zamišljen bolj kot začasna rešitev, ki bi omogočila izkoriščanje saharskega plina pred realizacijo direktnega plinovoda. Zemeljski plin naj bi v alžirskem pristanišču utekočinili in ga prepeljavali v takem stanju s posebnimi ladjami — cisternami v evropska pristanišča. Odtod naprej pa bi plin spet normalno oddajali potrošnikom po plinovodih. Za takšno rešitev so se začele zanimati poleg Francije tudi druge države, zlasti Anglija, in v ti dve deželi že nekaj let prihaja saharski plin utekočinjen v alžirskem pristanišču Arzew. Tudi naše gospodarstvo se zanima za rabo saharskega zemeljskega plina. Nekatera naša prista- nišča se živahno potegujejo, da bi postala izkrce-valne luke za transportni utekočinjeni plin, ki bi ga nato pošiljala v notranjost dežele in druge srednjeevropske države v našem zaledju. Po kopnem je najenostavneje in najekonomič-neje transportirati pline na velike daljave po plinovodih, zato v zadnjem času omenjajo pri nas in v sosednjih deželah kot resno konkurenco alžirskemu plinu plin iz Ukrajine. Zahodnoevropskim državam pa postaja dostopnejši novo odkriti plin nahajališč v Holandiji. Čeprav je zaenkrat možno prevažati alžirski plin v Evropo le v tekočem stanju, je na evropski celini še vedno konkurenčen. Medtem se je namreč strokovnjakom posrečilo dokazati, da niso pretirano velike investicije za objekte, kot so suho-zemski rezervoarji in cisterne na ladjah tankerjih. Shranjevanje in transport utekočinjenega zemeljskega plina sta bistveno drugačna kot pri drugih gorilnih plinih. Ti imajo kritično točko večinoma nad navadno temperaturo, zato jih lahko obdržimo v tekočem stanju pri tej temperaturi pod visokim pritiskom v primernih tlačnih posodah. Za zemeljski plin s kritično temperaturo nekako pri —80° C pa pride v poštev le shranjevanje v utekočinjenem stanju pod atmosferskim pritiskom, pri tem so pa posode ohlajene kar na —160° C. Pri tej temperaturi le še malo kovinskih materialov žilavih. Vendar imajo austenitna jekla, baker in aluminijske zlitine, ki se največkrat uporabljajo v ta namen, sorazmerno nizke vrednosti meje plastičnosti in trdnosti ali elastičnega modula, kar omejuje njihovo uporabo. Posrečilo se je najti ustreznejši konstrukcijski material, ki ga je mogoče uporabiti za gradnjo tako velikih objektov za transport in shranjevanje utekočinjenega zemeljskega plina, kakršni so potrebni za nemoteno oskrbo gospodarsko razvitih evropskih dežel s plinom. To je devet odstotno nikljevo jeklo (9 o/o Ni jeklo). Razvoj nikljevih jekel za nizke temperature Z razvojem nikljevih jekel za nizke temperature so se ukvarjali predvsem v ZDA. Za konstrukcije do temperature —100° C so do konca vojne uspešno uporabljali nizkoogljično 3,5 °/o nikljevo jeklo v poboljšanem stanju1. Po vojni so pa začeli razvijati jekla s še večjim odstotkom niklja, ki ostanejo žilava pri še nižjih temperaturah. Slika 1 nam kaže temperaturne krivulje žilavosti (pre-skušanci z zarezo »ključ« po Charpyju) za jekla z različno vsebnostjo niklja. Rastoči dodatek niklja v jeklu očitno močno potiska njegovo pre- Slika 1 Temperaturna zavisnost žilavosti za jekla z različno vsebnostjo niklja (žilavostni preizkušanci z zarezo »ključ« po po Charpy-ju) (2) hodno temperaturo žilavosti proti čedalje nižjim temperaturam2. Jeklo prehaja hkrati zelo postopoma in v vedno širšem temperaturnem intervalu v krhko stanje. Že jeklo z 9 °/o niklja pa ostane pri temperaturi tekočega dušika popolnoma žilavo. Vrednosti so tako ugodne, da s povečanjem vsebnosti niklja na 11 ali 13 °/o praktično ne dosežemo takšnih bistvenih izboljšanj, ki bi opravičevala višjo ceno tako legiranega jekla. Jeklo z 9 %> niklja in 0,1 o/o C je novi material za konstrukcije, izpostavljene temperaturam tja do temperature tekočega dušika. Vendar poraba novega jekla ni bila posebno velika. Vzrok je bil tale: 1. 1944 je v Clevelandu eksplodiral s krhkim lomom rezervoar, napolnjen z utekočinjenim gorilnim plinom. Za posledicami eksplozije in požara, ki je nastal neposredno za tem, je izgubilo življenje 128 ljudi. Ugotovili so, da rezervoar iz 3,5 nikljevega jekla po varjenju ni bil napetostno žarjen, kar naj bi bil eden izmed vzrokov krhkega porušenja konstrukcije pri nizki temperaturi. Od tedaj zahtevajo ameriški predpisi obvezno napetostno žarjenje vseh varjenih posod za utekočinjene pline. Zaradi tega se je omejila možnost izdelave objektov večjih dimenzij. Za tako majhne rezervoarje uporaba 9 %> nikljevega jekla v primerjavi z zlitinami Ali ne kaže ne ekonomskih ne tehničnih prednosti. Ko so francoski strokovnjaki proučili za realizacijo projekta prevoza utekočinjenega saharskega zemeljskega plina možnost uporabe 9 '°/o Ni jekla za gradnjo večjih kopenskih rezervoarjev in cistern na ladjah3, so ugotovili, da lahko brez škode opustijo napetostno žarenje varjenih konstrukcij iz 9% Ni jekla. Sicer pa francoska zakonodaja niti ne predpisuje obveznega napetostnega žarjenja konstrukcij za shranjevanje utekočinjenih plinov. Tako je v letu 1960 v Nantesu zgrajen rezervoar za 500 im3 utekočinjenega saharskega zemeljskega plina prvi zvarjeni rezervoar iz 9 °/o Ni jekla, na katerem ni bilo izvedeno napetostno žarjenje; enako je s cisternami na prvem tankerju za prevoz plina »Beauvais«. Konstrukciji sta odlično prestali preskušnjo. Omeniti je treba, da je tudi začetna ohladitev na nizko delovno temperaturo eden od problemov tovrstnih konstrukcij. Zaradi krčenja pri ohlajevanju lahko nastanejo v materialu napetosti, ki utegnejo biti celo večje kot je vrednost meje plastičnosti. V takem primeru nastanejo v konstrukciji trajne deformacije. Ker ima 9°/o Ni jeklo normalen temperaturni razteznosti koeficient in visoko mejo plastičnosti, pa se tega ni bati. L. 1960 so v ZDA zainteresirana podjetja izvedla vzporedno obširno akcijo, da bi pokazala z utemeljevanjem, da se v primeru uporabe 9 % Ni jekla za posode za shranjevanje utekočinjenih plinov res lahko opusti napetostno žarjenje po varjenju4. S tem namenom so izdelali več posod iz 9 % Ni jekla. Nekatere so po varjenju napetostno žarili, drugih pa ne. Posode so napolnili s tekočim dušikom (—196° C in izpostavili udarcu padajoče mase ali pa so jih tesno zaprli, da se je s postopnim izparevanjem plina večal notranji pritisk do porušitve. Ta serija poskusov imenovana »Operacija CRYOGENICS«, je pokazala, da so tako napetostno žarjene kot nežarjene posode dobro prestale udarce in so se porušile pri praktično enakem notranjem pritisku. Pri analizi zunanjega videza preloma pa so odkrili, da je bil prelom pri nežar-jenih posodah povsem žilav, medtem ko je bil prelom pri napetostno žarjenih celo že delno kri-slaliničen. Rezultati »Operacije CRYOGENICS« so omogočili, da so se ameriški predpisi za gradnjo posod za shranjevanje in prevoz utekočinjenih plinov izjemoma spremenili in v primeru uporabe 9 °/o Ni jekla ni več predpisano napetostno žarjenje konstrukcij. Število večjih konstrukcij iz 9 % Ni jekla se je v zadnjih letih zelo povečalo. Naj omenimo, da ima novi francoski tanker za prevoz metana »Ju-les Verne« 6 cistern po 4000 m3. V alžirskem pristanišču Arzew pa so izdelani kopenski rezervoarji s prostornino 11000 m3. (Slika 2). številne podatke o teh realizacijah dobimo v strokovni, zlasti varilski literaturi (5—8). Termična obdelava 9 °/o Ni jekla Razlage, zakaj lahko obdrži 9 °/o Ni jeklo z nizkim ogljikom odlično žilavost do tako nizkih temperatur, se še ne ujemajo. Postopek termične obdelave, s katerim dobi jeklo svoje prednostne karakteristike, je pa dognan in se dopolnjuje le z malenkostnimi spremembami. V sistemu Fe-Ni razširja nikelj območje y tako, da so zlitine z nad 30 % niklja že brez premene do navadne temperature. Slika 2 Francoski tanker za prevoz utekočinjenega zemeljskega plina »Jules Verne« Premenske točke pri ohlajanju in segrevanju pa so podvržene izredno močni histerezi, kar se pokaže tudi na realnem diagramu sistema Fe-Ni po Hansenu (slika 3). Posebnost premene y->a je, da se vrši v popolni odsotnosti difuzij skih procesov in da je pri zlitinah z nad 4 °/o Ni po mehanizmu podobna martenzitni transformaciji. Zato imenujemo to strukturo nikljev martenzit in jo označujemo kot aa ferit. Kolikor soglašajo avtorji o mehanizmu transformacije pri ohlajanju (y -> a«) toliko si nasprotujejo v razlagi mehanizma premene pri ogrevanju (a.2-» y). Nekateri menijo, da nastopi v območju a + r razmešanje v fazi z različno vsebnostjo niklja, drugi pa trdijo, da je difuzija prepočasna in je premena brez koncentracijskih razlik. V primeru kontinuirnega ogrevanja prek dvofaznega področja je verjetnejše mnenje slednjih, ki ga ponazarja tudi Hansenov fazni diagram. Pri daljšem zadrževanju v dvofaznem področju pa res lahko nastane razmešanje. To nam potrjujejo nekatere metalografske študije9, čeprav v sistemu Fe-Ni resničnega ravnotežja ni mogoče vzpostaviti. (Slika 4 a in b) Utežni % Ni Slika 3 Realni fazni diagram sistema Fe-Ni po Hansenu Razmešanje faz Fe-Ni zlitin po žarjenju v dvofaznem območju (9) Navzočnost ogljika spremeni sistem Fe-Ni. Imamo tudi trifazno področje (a + y + C). Pri hitrem ohlajanju iz austenitnega področja pa do- Slika 4 a) Fe-Ni zlitine s 4,9% Ni, žarjenja lh pri 740° C, 500:1 bimo tudi pravi martenzit. Vpliv ogljika nam najlepše ilustrira primerjava dveh TTT diagramov za kontinuirno ohlajanje za 9 °/o Ni jeklo in sicer prvega z 0,025 «/o C in drugega z 0,095 °/o C (slika 5)10. Premenske točke, ki jih dobimo pri počasnem ohlajanju prvega jekla, lahko vskladimo s faznim b) Fe + Ni zlitina z 9 % Ni, dolgotrajno žarjena pri 650° C, 1500:1 diagramom Fe-Ni na sliki 3. Le pri zelo hitrem ohlajanju dobimo bainit in pravi martenzit, kar se odraža tudi v povečanju trdote. Pri jeklu z Jeklo Z 03 N9 C % Mn% Si% S % P% Ni % Cr % Mo% Cu% Al h Imin 2min 15min Ih 2h 4h 8h 24h b) z 0,095 % C Zato dovoljujejo predpisi za termično obdelavo 9 o/o nikljevega jekla poleg kaljenja v vodi in olju tudi normalizacijo, vendar dvakratno. Pri prvi austenitizaciji lh na 900° naj bi se austenit homo-geniziral, z drugo normalizacijo 790 1/2 h/zrak pa dobimo drobno zrno, ki je izredno pomembno za mehanske lastnosti, zlasti za žilavost jekla pri nizkih temperaturah. Postopek dvakratne normalizacije je ugoden za termično obdelavo pločevin. Pri debelejših profilih pa ohlajanje na zraku ne da popolne martenzitne strukture in je hitrejše ohlajanje nenadomestljivo. Po kaljenju oz. normalizaciji popuščamo jeklo nekaj ur med 540—580° C. Prav po tem postopku pridobimo 9o/0 nikljevemu jeklu izredno ugodne lastnosti pri nizkih temperaturah. Brophy in Miller11 sta prva opazila, da prične pri jeklu z 9 o/o Ni nastajati v strukturi austenit že pod točko Aci, ki se ugotovi na konvencionalni način, npr. dilatometrično, (slika 6). JU v N V N O o: / / Aci/ /\ /A c 1 konv. / \ / \ / v 1 f /Aci prava a / b/ Temperatura C -- Slika 6 Dilatometrske krivulje pri ogrevanju a) navadnega jekla b) 9 % nikljevega jekla Austenit v strukturi se pokaže v obliki prav majhnih otočkov in ga je možno opazovati le z elektronskim mikroskopom. Temperaturna razlika med konvencionalno določeno točko Act in temperaturo, pri kateri se tvori prvi austenit — imenovala sta jo »pravo točko Aci« — je za jeklo do 5«/0 minimalno, pač pa naraste pri jeklih z nad 7% Ni (slika 7). Najpomembnejša je njuna ugotovitev, da je prisotnost austenita, ki ga dobimo s popuščanjem v območju med »pravo« in »konvencionalno« točko Aci, bistvenega pomena za ugodne lastnosti in uporabnost 9 o/o Ni jekla pri nizkih temperaturah. Količina med popuščanjem nastalega austenita je odvisna od temperature popuščanja in hkrati od časa popuščanja (slika 8). 600 °C 585°C 2 3 U 5" 10 15 ure Čas popuščanja Slika 8 Nastajanje austenita v odvisnosti od časa in temperature popuščanja (3) Bastien in sodelavci3 označujejo kinetiko nastajanja austenita s parametrom P, ki zajema oba faktorja, temperaturo in čas popuščanja v obliki Austenit. hO o tO o Slika 9 Odnos med količino austenita in parametrom P (3) krivulja 1 — austenit nastal med popuščanjem 2 — stabilen po ohladitvi na navad, temperaturo 3 — stabilen po ohladitvi v tekočem dušiku Slika 7 Razlike med konvencionalno in pravo Aci temperaturo v odvisnosti od % niklja v jeklu (11) —575°C to I <-n to CD logaritemske formule, kakršno sta uvedla Hollo-mon in Jaffe za odvisnost trdote od temperature in časa popuščanja. V formuli: P = T (log t + C) pomeni T temperaturo popuščanja v °K, t čas popuščanja in C konstanto, za katero so avtorji dognali vrednost 40. Odnos med parametrom P in količino austenita, pa ni linearen (slika 9). Po njihovih rezultatih izgublja austenit stabilnost nad določeno vrednostjo parametra P. Še obširneje so raziskali oblikovanje austenita Marschall, Hehemann in Troiano1-. Krivulje na sliki 10 kažejo količine stabilnega austenita pri 2 5 10 2 5 tO2? 5 io> 10' 2 Čas popuifanja - minute Slika 10 Količina austenita stabilnega pri navadni temperaturi (polne črte) in temperaturi tekočega dušika (črtkane črte) v odvisnosti od temperature in časa popuščanja (12) navadni temperaturi in po ohladitvi v tekočem dušiku v odvisnosti od temperature in časa popuščanja. Iz njih se vidi, da austenit, ki nastaja pri višjih temperaturah popuščanja, ni več stabilen. Na sliki 11 kažemo odvisnost mehanskih lastnosti 9 °/o nikljevega jekla od temperature popuščanja. Diagram je izdelal Bastien s sodelavci3 za jeklo, ki je bilo po austenitizaciji ohlajeno v 70 Skn 80 ° E 060 L 50 10 (JIM 0 F ic t cn JJ i/i -I o o. > 1 dm ___^ \ a ' N "o E o C o a_. . s (f < ?2K v \ / 20 15 N l/ D cr >N 400 450 500 550 600 °C Temperatura popuščanja (2h) Slika 11 Mehanske vrednosti 9 % nikljevega jekla v odvisnosti od temperature popuščanja (2 uri) (3) zračnem pišu in popuščeno 2 uri pri navedenih temperaturah. Do temperature popuščanja 580° C padata natezna trdnost in meja plastičnosti, dalje pa se trdnost povečuje. Zarezna žilavost Ch — V pri temperaturi —196° C doseže maksimum vrednosti pri popuščanju v intervalu med 550 in 580° C. Mehanske vrednosti so odvisne od navzočnosti avstenita v strukturi in od njegove stabilnosti. Praktično prične nastajati v 9 o/o mikljevem jeklu avstenit pri temperaturah popuščanja nad 500° C. Pri temperaturi 580° C dobimo že 15—20 «/0 avstenita, ki ostane ves stabilen pri ohlajanju do temperature tekočega dušika. Pri višjih temperaturah popuščanja nastali avstenit pa ni več tako stabilen in se pri ohlajanju pretvori v martenzit. Tako dobimo maksimum vrednosti žilavosti pri popuščanju v območju, kjer nastane največ stabilnega avstenita. Trdnost in meja plastičnosti pa se zaradi navzočnosti te mehkejše faze zmanjšujeta. Če pa se avstenit delno ali v celoti spremeni v martenzit, kar se zgodi pri vseh popuščanjih nad 580° C, se žilavost spet poslabša, povečata se pa natezna trdnost in trdota. Marschall je s sodelavci1- skušal ugotoviti medsebojno odvisnost žilavosti od količine avstenita. Vendar direktnega odnosa ni mogel vzpostaviti. Po mnenju istih avtorjev ohrani jeklo tako veliko žilavost pri nizkih temperaturah zato, ker se zberejo ves ogljik in druge nečistoče v avstenitu in se tako feritna osnova očisti intersticijsko raztopljenih atomov. Pri fraktografskih študijah IRSIDa10 se je pokazalo, da avstenitni otočki na mešanih prelomih žilavostnih preizkušancev ne ovirajo transkri-stalinega preloma kristalnih zrn. Zato na podlagi ocene vrednosti žilavosti zlitin Fe-Ni z malo ogljika in z rastočo vsebnostjo niklja do 9 °/o, sklepajo avtorji, da je za žilavost pri nizkih temperaturah primarnega pomena navzočnost niklja v feritni matici. Varjenje 9 °/o Ni jekla Sestava in čistoča sta pomembna faktorja, ki zagotavljata 9 »/o Ni jeklu dobro metalurško vari-vost. Zaradi nizkega odstotka ogljika — po ameriških predpisih C < 0,13 %>, po francoskih priporočilih C <0,11 »/o — ni pričakovati v prehodni coni visokih trdnostnih konic z neugodnimi posledicami. Zato ni potrebno predgretje. Tudi občutljivost za nastajanja podvarkovnih razpok ni velika. Ta se seveda še zmanjša v primerih, ko uporabljamo dodajalni material, ki daje avstenitno strukturo zvara. Čeprav bi 9 °/o Ni jeklo lahko varili z normalnimi postopki in z normalnimi elektrodami, nastajajo vendar pri izbiri dodajalnega materiala problemi, ki še niso povsem rešeni. Zaenkrat se namreč še ni posrečilo dobiti dodajalni material, ki bi imel v vsakem pogledu enake lastnosti kot osnovni mterial. Karakteristika 9fl/o Ni jekla je odlična žilavost pri —196° C, tega pa v zvaru ne moremo doseči z nobeno normalno elektrodo, ki daje feritne zvare. Po drugi strani pa ima jeklo povečano trdnost in mejo plastičnosti, temu je težko ustreči pri uporabi avstenitnih elektrod. Raziskave, ki bi bile primerne za rešitev tega problema, so bile dokaj redke. V ZDA namreč skoraj že od vsega začetka z uspehom uporabljajo za varjenje 9 ^/o Ni jekla elektrode tipa Inconel. Za normalno obločno varjenje je v rabi elektroda Inco-Weld A, za druge vrste varjenja pa so manjše modifikacije v sestavi dodajalnega materiala.1'''. 14 Inco-Weld A je oplaščena elektroda, namenjena zlasti za varjenje Ni-Cr zlitin z drugimi avsteonit-nimi jekli. V plašču vsebuje malo vodika, zato je uporabna za varjenje jekel z izrazito različnimi sestavami. Približna sestava elektrode je max. 0,15, Mn 2,5%, Cr 15%, Fe 8'%>, Mo 0,5—2,0 »/o Al 1,0—3,0 »/o, ostalo Ni 70 »/o- Številni poskusi potrjujejo dobre lastnosti, katere dosežemo v zvarjenih spojih 9 «/o Ni jekla uporabo te elektrode. Predvsem velja to za žilavost pri —196° C. Tudi trdnost se približuje vrednostim osnovnega materiala, medtem ko je meja plastičnosti precej nižja. Tabela I — Mehanske vrednosti in razpokljivost elektrod, primernih za varjenje 9 »/o Ni jekla Vrsta elektrode (Ty kp/mm3 Mehanske cm kp/mm1 vrednosti 5 % T "o 2ilavost kpm/cm2 pri —196° C ,(i P Nagnjen k razpoki 15 Cr/70 Ni Zlitine 42—47 bi—12 30—34 30—40 7 9—12 znatna 15 Cr/60 Ni tipa Inconel 36 56 20 34 7,6 10 znatna Nizek C normalen Mn 37 59 37 35 — 5,1 znatna 25 Cr/20 Ni Nizek C visok Mn 45 58 30 — 5,2 — znatna Nizek C 4 - Mo 40 63 26 32 — 0,5—3 znatna 17 Cr/40 Ni Nizek C normalen Mn Nizek C visok Mn 36—45 43—61 14—21 14 — 6,5—7,7 znatna 34 50 35 43 6,5 51 — 10—20 "/o ferita 57 73 30 43 3,7 2,0 razpok brez 18 Cr/ 10 Ni/ 2 Mo 5 % ferita Mn 2 o/o 5o/o ferita Mn 2 o/0 40—51 46-49 58—62 62—64 23—36 35 28—54 50 4,6 5,0—5,6 3,7—4,7 3,9—4,6 brez razpok brez razpok Omenili smo že, da so mogli izdelovati v ZDA zaradi ameriških predpisov o obveznem napetostnem žarjenju varjenih posod samo konstrukcije manjših dimenzij. Zaradi tega tudi pomanjkljivosti omenjene elektrode niso prišle prav do izraza. Uporaba elektrod Inco-Weld A zahteva namreč kontrolo termičnega režima varjenja, da bi se preprečile razpoke v zvaru. Pri manjših konstrukcijah pa je možno uporabiti tehnološke postopke varjenja in ukrepe, ki zahtevajo delavniško delo in skrbnost, medtem ko so takšni načini dela teže izvedljivi pri varjenju večjih objektov neposredno na gradbišču. Pri manjših dimenzijah konstrukcij tudi cena uporabljenih elektrod ne pride toliko do izraza, kakor postane pomembnejša pri velikih zvarjenih konstrukcijah, izdelanih iz 9 % Ni jekla, pri katerih je poraba elektrod velika. Elektrode Inconel so zaradi visoke vsebnosti Ni občutno dražje od drugih. Za manj obremenjene dele so preskušali tudi austenitni elektrodi tipa 25 Cr/20 Ni in 17 Cr/40 Ni. Obe imata zelo nizko mejo plastičnosti, obenem pa visok temperaturni razteznostni koeficient, kar je neugodno za njihovo uporabnost. Kot vse auste-nitne elektrode so občutljive tudi za razpoke v zvaru. Bastien je s sodelavci3 razvil dodajalni material austenitnega tipa 18 Cr/8 Ni z dodatkom 2 0/oMo. Ta prispeva zvaru navzočnost cca 10% ferita delta, kar zmanjšuje občutljivost za razpoke v zvaru. Meja plastičnosti pa je še vedno nizka kot je razvidno iz tabele I. Elektroda Niloid 1, o kateri poroča A. B. Fildhouse15 ima elektrodno žico iz čistega Ni, v oplaščenju pa poleg Ni še 13 ®/o Cr in nekaj Mn, Mo in Nb. Začetni poskusi, da bi varili 9 «/o Ni jeklo z do-dajalnim materialom, ki bi imel približno enako sestavo kot osnovni material, niso bili zadovoljivi. Šele Witherell in Peck16 poročata v novejšem času o prvih uspehih. Z dodaj alnim materialom z 12,5 «Vo Ni sta pri varjenju v zaščitni atmosferi dosegla zvare brez razpok, ki pa imajo tudi odlično žilavost pri —196° C. Ugotovila sta, da elektrodna žica ne sme vsebovati Si, pač pa mora biti skrbno dezoksidirana z Al. V tem primeru tudi nečistoče, predvsem žveplo, ki pride v zvar iz raz-taljene cone zvara, ni škodljivo glede na razpoklji-vost. Mehanske lastnosti in žilavost zvara pri —196° C so zelo dobre. Pri obločnem varjenju pa takšne elektrode niso dale zadovoljivih rezultatov. Težko je namreč preprečiti, da bi bilo več silicija in kisika v zvaru. Vse kaže, da vpliva dodatek titana v dodajalnem materialu ugodno na zmanjšanje občutljivosti za razpokljivost in povečuje hkrati žilavost. Problem primernega dodajalnega materiala za varjenje 9 °/o Ni jekla ostaja vsekakor še vedno aktualen, ker ni pomembna samo cena elektrod, ampak tudi enostavnost varilnega postopka, katerega omogoči ta ali ona izbrana elektroda. Pri primerjalni analizi ekonomičnosti uporabe 9,0/o Ni jekla ali drugih kovinskih materialov za konstrukcije, namenjene shranjevanju in trans-portiranju utekočinjenih plinov moramo upoštevati številne faktorje, če menimo, da imajo tako 9 % Ni jeklo kot austenitna jekla, aluminijeve in bakrove zlitine pri nizkih temperaturah zadovoljivo žilavost, se primerjava lahko izvrši na podlagi drugih mehanskih in tehnoloških lastnosti. Iz tabele II je razvidno, da prekaša 9 % Ni jeklo druge materiale po trdnosti in meji plastičnosti ter po elastičnem modulu. Na podlagi podatkov, ki jih navaja Lejay3 pokaže račun faktorja vrednosti (f) po formuli: cena X spec. teža f = trdnost najugodnejše razmerje za 9 °/o Ni jeklo (f = 0,42). Zelo blizu pa mu je tudi aluminijeva zlitina Al + + 5% Mg (f=0,50). Če pa vzamemo kot kvalitetni kriterij mejo plastičnosti ali modul elastičnosti, je pa razmerje faktorjev 1:2 v korist 9°/o Ni jekla. Vendar pri vsem nismo upoštevali, da je modul elastičnosti izredno pomemben faktor za stabilnost konstrukcij in je zaradi tega mogoče graditi iz 9 °/o Ni jekla vitkejše konstrukcije, kar pomeni ponoven prihranek materiala in s tem še dodatne ekonomske prednosti pri uporabi tega jekla v konstrukcijah. Težje hladno oblikovanje 9 0/0 Ni jekla pa je njegova resna pomanjkljivost; za kompliciranejše oblike je treba uporabiti le vroče oblikovanje. Zato ima 9 °/o Ni jeklo prednost le pri gradnji velikih konstrukcij enostavnih oblik. Omenili smo že, da ima 9 °/o Ni jeklo tudi zadovoljivo nizek temperaturni razteznostni koeficient zaradi visoke meje plastičnosti, hkrati se ni bati, da bi nastale trajne deformacije pri termičnem šoku, kot ponavadi imenujemo ohladitev celotne konstrukcije na nizko delovno temperaturo. Tabela II — Mehanske vrednosti različnih kovinskih materialov, primernih za konstrukcije pri nizkih temperaturah. Material Modul elastičn. E2 kp/"mm2 kp/mm3 kp/mrrv Napetosti , pri ohladitvi na —160° C jeklo 9 "/o Ni 20.000 50 65 30 jeklo 18/8 19.600 22 50 50 Al + 5 «/0 Mg zlitina 6.600 13 25 25 zlitina baker-aluminij 11.000 40 21 Za manjše konstrukcije kompliciranejših oblik po dosedanjih mnenjih ni bistvenih ekonomskih razlik glede izbire materialov. Uporaba jekla 9 0/0 Ni za gradnjo večjih konstrukcijskih objektov za transport in shranjevanje utekočinjenih plinov pa je nesporno ekonomsko ugodnejša. Literatura 1. ARMSTRONG T. N. in A. P. GAGNEBIN »Impact Properties of some lovv Alloy Nickel Steel at Temperatures down to —200° C« Transactions ASM, 28, (1940) 2. ARMSTRONG T. N. in G. R. BROPHY »Some properties of low carbon 8 V2 per cent nickel steel« National Conference on Petroleum Mechanical Engineering ASME, Houston, Texas, 5—8 okt. 1947 3. BASTIEN P., C. ROOUES, J. DOLLET, H. RAP-PENNE in J. PITAUD »L'acier a 9 °/o de nickel pour le stockage du gaz natural Liquefie« Revue de Metallurgie, 1963, str. 59—90 4. »Operation CRYOGENICS« Revue du nickel (1961), str. 72—79 5. LEJAY H. »L'acier a 9 % de nickel et le probleme du stockage des gaz liquefies« Metallurgie, 94 (1962), str. 1007—1017 6. PITAUD J. »Possibilites d'emploi de 1'acier a 9 % de niekel pour la realisation de reservoirs soudes de-stines au stockage et au transport des gaz liquefies«. Chaudronerie-Tolerie (1962), str. 11—19 7. HERBIET H. »Proprietes de l'acier a 9 % de niekel au cours de sa mise en oevre«. Revue de la Soudure (belge) 19 (1963), str. 17—23 8. »L'acier a 9 °/o de niekel pour basses tem-peratures« Revue du niekel, 29 (1963), str. 105—109 9. ALLEN N. P. in C. C. EARLY »The Transformation a —> y and y a in Iron Rich Binary Iron - Niekel Alloys« Journal of the Iron and Steel Institute, 166 (1950), str. 281—288 10. KRON M., A. CONSTANT, A. CLERC, J. PLA-TEAU, G. HENRY, M. ROBERT in C. CRUS-SARD »Contributions a 1'etude du mode d'action du iiickel (jusqu'a 9'%) sur les proprietes mecani-ques des aciers a basse temperature« Memoires Scientif'iques de la Revue de Metal-lurgie 58 (1961), str. 901—914 11. BROPHY G. R. in A. J. MILLER »The Metallography and Heat Treatment of 8 to 10 per cent Niekel Steel« Transaction ASM (1949), str. 1185—1203 12. MARSCHALL C. W., R. F. HEHEMANN in A. R. TROIANO »The characteristies of 9 o/o Niekel low Carbon Steel« Transaction of the ASM 55 (1962), str. 135— 148 13. ARMSTRONG T. N., J. H. GROSS in R. E. BRIEN »Properties Affecting Suitability of 9 per cent Niekel Steel for low-Temperature Service« Welding Journal Research Supplement, (1959), str. 57s—70s 14. »Etude du soudage de l'acier a 9°/o niokel au moyen d'electrodes au de fil du type Inconel« Revue du niekel, 28 (1962), str. 131—147 15. FILDHOUSE A. B. »Nilo'd 1: a New Electrode for Welding 9% Niekel Steel«, Welding and Metal Fabrication 32 (1964), str. 149—160 16. WITHERELL C. E. in J. V. PECH »Progress in Welding 9 °/o Niekel Steel« Welding Research Supplement, 43 (1964), str. 4735—4800. ZUSAMMENFASSUNG I. Teil. Reservoire und Zisternen, die zur Lagerung und Transport von fliissigem Erdgas bestimmt sind, vverden jetzt grosstenteils aus niedriggekohltem 9°/crigen Nickelstahl er-zeugt. Es ist die Entvvicklung dieses Stahls dargestellt. Seine besonderen mechanischen Eigenschaften gewinnt der 9%-ige Nickelstahl erst durch die richtige thermisehe Be-handlung. Nach Hartung oder zweifacher Normalisierung lassen wir den Stahl an im Temperaturbereich, der eigen-tlich tiefer liegt als die Temperatur des Punktes ACi, die durch konventionelle Methoden bestimmt ist, jedoch be-kommen wir in der Struktur die teilvveise Umwandlung in Austenit schon wahrend der Dauer des Anlassens. Die Anvvesenheit des Austenits in der Struktur ist wichtig, damit der Stahl bis zur Temperatur des fliissigen Stick-stoffes zah bleibt, jedoch sind die Auslegungen iiber den tatsachlichen Einfluss von Austenit auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls noch nicht einheitlich. Neben der vorztiglichen Kerbzahigkeit bei niedrigen Temperaturen hat der 9%-ige Nickelstahl entsprechende hohe Werte der Plastizitat und der Festigkeit. Da sich der Stahl auch gut schvveissen liisst, vvenngleich noch nicht alle Probleme des Zugabematerials gelost sind, ermogli-chen diese Tatsachen den Bau grosser Objekte. Eben bei diesen Bauten zeigen sich die Vorteile der Verwendung von 9%-igem Nickelstahl gegeniiber anderen Materialen, die zwar auch fiir Konstruktionen, welche niedrigen Temperaturen ausgesetzt sind, vervvendet werden. SUMMARY Part I. Resorvoars and tanks for storing and transportation of liquified gas are now in most cases made out of lo\v carbon 9 % Ni Steel. The development of this steel is shown. Its special mechanical properties the 9% Ni steel gets only after proper heat treatment. After quenching or double normalizing steel is tempered in temperature area vvhich is lovver than temperature point Aci determined by con-ventional methods. During the period when steel is being tempered the partial change to austenit is being observed. Presence of austenit in a strueture is important since steel remains to have good impact strength down to the tem-peratures of liquefied nitrogen. Nevertheless the explana-tions about real influence of austenit on mechanical properties are not yet uniform. Besides excellent impact strength at low temperatures 9°/„ Ni steel has comparably high values for yield strength and fraeture strength. Since steel can be vvelded well, inspite of unsolved problems of added material, deseribed facts make it possible to build big objeets. Advantages of 9% Ni steel comparatively to other materials which are also used for constructions desposed to lo\v temperatures are especially shoivn at sueh errections.