Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie

stali konstrukcyjnych

i wysokowytrzymałych

2.11

opracował:

dr inż. Piotr Sędek

Nowelizacja materiału: 03. 2012 r.

2

1. Wytwarzanie stali wysokowytrzymałych

Podstawowe stale konstrukcyjne s

ą

powszechnie stosowane we wszystkich

asortymentach wyrobów. Charakteryzuj

ą

si

ę

niskimi własno

ś

ciami wytrzymało

ś

cio-

wymi ale za to bardzo dobrymi własno

ś

ciami spawalniczymi. Norm

ą

, w której ze-

stawiono wymagania techniczne to PN EN 10025-2 [1]. Stale konstrukcyjne s

ą

tanie i

z tego wzgl

ę

du maj

ą

najszersze zastosowanie tam, gdzie własno

ś

ci wytrzymało-

ś

ciowe nie s

ą

głównym czynnikiem decyduj

ą

cym o ich zastosowaniu. Tam gdzie wy-

st

ę

puj

ą

obci

ąż

enia

ś

ciskaj

ą

ce (konstrukcje budowlane) i decyduje kryterium statecz-

no

ś

ci stale konstrukcyjne niestopowe zdaj

ą

egzamin bardzo dobrze. Przyj

ę

to,

ż

e sta-

le konstrukcyjne s

ą

to stale o granicy plastyczno

ś

ci

e

R

≤

355 MPa. W wielu zastoso-

waniach stale wysokowytrzymałe (HSS) powi

ę

kszaj

ą

swój udział. Stal S355 uwa

ż

ana

jako HSS trzydzie

ś

ci lat temu jest konsekwentnie w wielu przypadkach zast

ę

powana

gatunkami S420 i S460 (wytwarzanymi najcz

ęś

ciej jako walcowane termomecha-

nicznie lub normalizowane). Mo

ż

liwo

ś

ci produkcyjne stali ulepszanych cieplnie osi

ą

-

gaj

ą

ju

ż

gatunki S1300, chocia

ż

w normach istniej

ą

ce jeszcze stale o najwy

ż

szych

własno

ś

ciach to S960.

Normy techniczne zestawiaj

ą

ce wymagania dla stali konstrukcyjnych s

ą

zgru-

powane w trzech kategoriach: stale konstrukcyjne dla budownictwa i budowy d

ź

wi-

gnic [1…6], stale do budowy urz

ą

dze

ń

ci

ś

nieniowych [7…12] i stale o podwy

ż

szo-

nych własno

ś

ciach przeznaczone do kształtowania na zimno [13, 14 i15]. Wa

ż

n

ą

ce-

ch

ą

handlow

ą

HSS to mniejsza progresja cenowa ni

ż

wzrost własno

ś

ci wytrzymało-

ś

ciowych. Wi

ę

kszy zatem jest zysk ze stosowania HSS je

ś

li w konstrukcjach, w któ-

rych o masie decyduj

ą

własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowe (

e

R

). W wielu konstrukcjach

najwa

ż

niejszym czynnikiem jest zmniejszenie masy wyrobu. Tak jest przypadkach:

przewo

ź

nych zbiorników ci

ś

nieniowych, pojazdów mechanicznych, mostów, d

ź

wignic

i wielu innych. Nie wolno zapomina

ć

o korzy

ś

ciach

ś

rodowiskowych. Na wytworzenie

jednostki masy konstrukcyjnej stali niestopowej i HSS potrzeba zbli

ż

onej ilo

ść

ener-

gii. Z okre

ś

lonej masy HSS mo

ż

na wytworzy

ć

wi

ę

cej wyrobów ni

ż

z konstrukcyjnych

stali niestopowych.

Zasady projektowania dotycz

ą

mi

ę

dzy innymi optymalnego wykorzystania ma-

teriału konstrukcyjnego. Wyrazem tego musz

ą

by

ć

konstrukcje l

ż

ejsze, trwalsze i

wymagaj

ą

ce mniejszych nakładów do ich wytwarzania. Wymóg ten niew

ą

tpliwie

spełniaj

ą

materiały o coraz to wi

ę

kszej wytrzymało

ś

ci. Niestety wraz ze zwi

ę

ksza-

niem si

ę

własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowych obni

ż

aj

ą

si

ę

własno

ś

ci spawalnicze tych ma-

teriałów. Wraz ze wzrostem granicy plastyczno

ś

ci

e

R

malej

ą

własno

ś

ci plastyczne co

wydatnie utrudnia spawanie. Powstawanie napr

ęż

e

ń

spawalniczych przy ni

ż

szych

własno

ś

ciach plastycznych zwi

ę

ksza niebezpiecze

ń

stwo powstawania p

ę

kni

ęć

. Wy-

magane jest zatem stosowanie ró

ż

nych zabiegów, które zapobiegaj

ą

tworzeniu si

ę

p

ę

kni

ęć

. Na rys.1 pokazano diagram, który dobrze ilustruje zale

ż

no

ść

własno

ś

ci

spawalniczych od własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowych ró

ż

nych materiałów konstrukcyj-

nych.
Poszczególne grupy materiałowe na rys. 1 zostały oznaczone nast

ę

puj

ą

co: N – gru-

pa stali normalizowanych lub walcowanych normalizuj

ą

co, M – grupa stali walcowa-

nych termomechanicznie, M(A+T) – grupa stali walcowanych normalizuj

ą

co z przy-

spieszonym chłodzeniem, Q- grupa stali ulepszanych cieplnie. Równowa

ż

nik w

ę

glo-

wy

e

C

(1) okre

ś

la wpływ poszczególnych pierwiastków stopowych przede wszystkim

na własno

ś

ci hartownicze stali czyli podatno

ść

na tworzenie si

ę

struktury martenzy-

tycznej. Im jego wi

ę

ksza warto

ść

tym podatno

ść

na zahartowanie wi

ę

ksza. W przy-

padku stali grupy termomechanicznie umacnianych (M) i M(T+M) wida

ć

znaczn

ą

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 1

3

ró

ż

nic

ę

warto

ś

ci

e

C

ze stalami ulepszanymi cieplnie (Q) przy tych samych własno-

ś

ciach wytrzymało

ś

ciowych. Ma te du

ż

e znaczenie technologiczne.

15

5

6

Ni

Cu

V

Mo

Cr

Mn

C

C

e

++++

++++

++++

++++

++++

++++

====

(1)

Warto zwróci

ć

uwag

ę

na produkcj

ę

stali ulepszanych cieplnie. Proces produkcji jest

bardziej skomplikowany od procesu produkcji tradycyjnych stali niestopowych lub ni-
skostopowych normalizowanych. Schemat produkcji pokazano na rys.2. Na ogół

Rys.1 Zale

ż

no

ść

własno

ś

ci materiałów od grup materiałowych

wsad jest wytwarzany w procesie elektrycznym by jeszcze przed rozlaniem do wlew-
ków by

ć

poddany odgazowaniu w celu otrzymania maksymalnej czysto

ś

ci metalur-

gicznej. Nast

ę

pnie wlewki poddawane s

ą

procesowi walcowania. Po walcowaniu

poddawane s

ą

kontroli defektoskopowej na obecno

ść

wad walcowniczych. Jest to

niezwykle wa

ż

ne poniewa

ż

surowiec przed obróbk

ą

ciepln

ą

musi by

ć

pozbawiony

wad walcowniczych

Rys.2 Schemat procesu produkcji stali ulepszanych cieplnie

Wytapianie

Odgazowa-

nie pró

ż

nio-

we

Rozle-

wanie

Walcowa-

nie

Kontrola ultra-

d

ź

wi

ę

kowa

Austenityzowanie

Hartowanie

Odpuszczanie

Prostowa-

nie

Badanie

Ci

ę

cie

900

800

700

600

500

400

300

200

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 C

e

Równowa

ż

nik w

ę

glowy

G

ra

n

ic

a

p

la

s

ty

c

z

n

o

ś

c

i

R

e

[

M

P

a

]

S690Q


S620Q
S550Q

S500Q


S460N


S355N

S275N

S960Q

S700MC

S650MC
S550MC
X80
X70

S500M
S460M

S355M

N

Q

M

M(A+T)

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 2

4

Niezwykle wa

ż

na jest czysto

ś

ci metalurgiczna wsadu. Ze wzgl

ę

du na wysok

ą

wra

ż

-

liwo

ść

stali ulepszanych cieplnie na działanie karbu nale

ż

y ju

ż

na etapie produkcji

wsadu nale

ż

y zwraca

ć

uwag

ę

na ilo

ść

i nawet kształt wtr

ą

ce

ń

niemetalicznych (za-

nieczyszcze

ń

). Obni

ż

enie zawarto

ś

ci siarki i fosforu poni

ż

ej 0,001% oraz kontrola

kształtu wydziele

ń

siarczkowych (kształt kulisty) mo

ż

liwe jest przy zastosowaniu do-

datkowych zabiegów metalurgicznych takich jak powtórne oczyszczanie stali przez
przedmuchiwanie ciekłej stali argonem z dodatkiem sproszkowanych topników,
wapnia lub stopów ziem rzadkich (cer lub lantan). Proces powtórnego oczyszczania
pozwala na uzyskanie stali o zawarto

ś

ci zanieczyszcze

ń

siark

ą

i fosforem poni

ż

ej

0,001%(rys.3).

Rys. 3 Wpływ dodatku zwi

ą

zków wapnia na zanieczyszczenia siarczkowe.

Obni

ż

enie ilo

ś

ci zanieczyszcze

ń

siarczkowych i modyfikacja ich kształtu do zbli

ż

o-

nego do kulistego, wpływa na przew

ęż

enie i dalej na własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowe na

grubo

ś

ci blachy co oznacza odporno

ść

na rozwarstwienia i nie zwi

ę

ksza i tak du

ż

ej

wra

ż

liwo

ś

ci na działanie karbu. Własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowe stali uzyskuje si

ę

po

odpuszczeniu uprzednie zahartowanej stali. W wyniku odpuszczania stal posiada:
drobnoziarnist

ą

struktur

ę

z dyspersyjnymi w

ę

glikami, wysok

ą

granic

ę

plastyczno

ś

ci,

wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie i wysok

ą

udarno

ść

. Za pomoc

ą

wysoko

ś

ci temperatury

odpuszczania mo

ż

na regulowa

ć

granic

ę

plastyczno

ś

ci i udarno

ść

stali, co ilustruje

przykład zamieszczony na rys.4.

Rys.4 Wpływ temperatury odpuszczania na własno

ś

ci stali ulepszanych cieplnie

80

60

40

20

0

Ś

re

d

n

ie

p

rz

e

w

ę

ż

e

n

ie

n

a

g

ru

b

o

ś

c

i

b

la

c

h

y

Z

[

%

]

Zawarto

ść

siarki [%x10

-3

]

0 10 20 30 40

Z dodatkiem Ca
Bez dodatku Ca

S355Q

1100

1000

900

800

700

600

500

G

ra

n

ic

a

p

la

s

ty

c

z

n

o

ś

c

i

R

e

[

M

Pa

]

KV

-60

[J]

250

200

150

100

50

0

600 620 640 660 680 700

600 620 640 660 680 700

Temperatura odpuszczania [

0

C]

S890Q

S690Q

S500Q

CrMoNiV

CrMo

MnMoNi

Gatunek stali

S890Q

S690Q

S500Q

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 3

5

2. Gatunki i własno

ś

ci stali wysokowytrzymałych

Aktualnie stale ulepszane cieplnie produkowane s

ą

wg kilku norm europej-

skich[6,12]. W normie [6] podano jedynie maksymalne zawarto

ś

ci składników stopo-

wych (tablica 1). Dla uzyskania wymaganych własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowych i tech-

nologicznych skład chemiczny oraz parametry obróbki cieplnej dobiera wytwórca.

Tablica 1 Zestawienie zawarto

ś

ci składników stopowych [% max] wg PN-EN 10025-6

Wszyst-
kie

ga-

tunki

C

Si

Mn

P

S

N

B

Cr

Cu

Mo

Nb

Ni

Ti

V

Zr

Q
QL
QL1

0,2

0,8

1,7

0,025
0,020
0,020

0,015
0,010
0,010

0,015

0,005

1,5

0,5

0,7

0,06 2,0 0,05

0,12 0,15

Własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowe i technologiczne stali produkowanych wg tej normy ze-

stawiono w tablicy 2.

Tablica 2 Własno

ś

ci mechaniczne stali produkowanych wg PN EN 10025-6

Granica plastycz-

no

ś

ci

R

eH

[MPa]

Wytrzymało

ść

R

m

[MPa]

Równowa

ż

nik w

ę

glowy

CEV [%]

Gatunek

t

≤

50

50

<

t

≤

100

100

<

t

≤

150

t

≤

50

50

<

t

≤

100

100

<

t

≤

150

Wydłu-

ż

enie

A

5

[%]

t

≤

50

50

<

t

≤

100

100

<

t

≤

150

S460Q

460

440

400

550 – 720

max 670

17

0,47

0,48

0,50

S500Q

500

480

440

590 – 770

max 720

17

0,47

0,70

0,70

S550Q

550

530

490

640 – 820

max 770

16

0,65

0,77

0,83

S620Q

620

580

560

700 – 890

max 830

15

0,65

0,77

0,83

S690Q

690

650

630

max 940

max 930 max 900

14

0,65

0,77

0,83

S890Q

890

830

-

max 1100 max 1100

-

11

0,72

0,82

-

S960Q

960

-

-

max 1150

-

-

10

0,72

-

-

Wymagania odno

ś

nie odporno

ś

ci na kruche p

ę

kanie zestawiono w tablicy 3

Tablica 3 Wymagania odno

ś

nie odporno

ś

ci na kruche p

ę

kanie wg PN-EN 10025-6

Minimalna praca łamania [J] w temperaturze [

0

C]

Oznaczenie

0

-20

-40

-60

Dla próbek pobranych wzdłu

ż

kierunku walcowania

Q

40

30

-

-

QL

50

40

30

-

QL1

1)

60

50

40

30

Dla próbek pobranych w poprzek kierunku walcowania

Q

30

27

-

-

QL

35

30

27

-

QL1

1)

40

35

30

27

1)

za wyj

ą

tkiem stali S960Q

Wg wymaga

ń

normy [12] dla poszczególnych gatunków stali ustalono składy che-

miczne (tablica 4) .

Tablica 4. Zestawienie zawarto

ś

ci składników stopowych wg PN-EN 10028-6

Maksymalna zawarto

ść

składników stopowych [%]

Gatunek

C

Si

Mn

P

1)

S

2)

N

B

Cr

Mo

Cu

Nb

Ni

Ti

V

Zr

P355Q

0,16

0,4

1,5

0,025

0,015 0,015 0,005

0,3

0,25

0,3

0,05

0,5

0,03

0,06

0,05

P460Q

0,18

0,5

1,7

0,025

0,015 0,015 0,005

0,5

0,50

0,3

0,05

1,0

0,03

0,08

0,05

P500Q

0,18

0,6

1,7

0,025

0,015 0,015 0,005

1,0

0,70

0,3

0,05

1,5

0,05

0,08

0,15

P690Q

0,20

0,8

1,7

0,0,25

0,015 0,015 0,005

1,5

0,70

0,3

0,06

2,5

0,05

0,12

0,15

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 4

6

1)

W przypadku stali o odporno

ś

ci na kruche p

ę

kanie L1 i L2 zawarto

ść

P

max

=0,02

2)

W przypadku stali o odporno

ś

ci na kruche p

ę

kanie L1 i L2 zawarto

ść

S

max

=0,01

Własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowe stali wg wymaga

ń

normy PN-EN 10028-6 zestawiono

w tablicy 5.

Tablica 5 Własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowe stali wg normy PN-EN 10028-6

R

eH

[MPa]

R

m

[MPa]

R

p 0,2

[MPa]

w podwy

ż

szonej temperaturze [

0

C]

1)

Gatunek

t

≤

50

50

<

t

≤

100

100

<

t

≤

150

t

≤

100

100

<

t

≤

150

A [%]

50

0

C 100

0

C 150

0

C 200

0

C 250

0

C 300

0

C

P355Q

355

335

315

630

590

22

340

310

285

260

235

215

P460Q

460

440

400

720

670

19

445

425

405

380

360

340

P500Q

500

480

440

770

720

17

490

490

450

420

400

380

P690Q

690

670

630

940

900

14

670

670

615

595

575

570

1)

Dane dotycz

ą

tylko stali w grupie odporno

ś

ci nas kruche p

ę

kanie QH

Wymagania odno

ś

nie odporno

ś

ci na kruche p

ę

kanie zestawiono w tablicy 6

Tablica 6 Wymagania odporno

ś

ci na kruche p

ę

kanie wg normy PN-EN 10028-6

Praca łamania min. KV [J] w temperaturze [

0

C]

Grupa odpor-

no

ś

ci na kru-

che p

ę

kanie

-60

-40

-20

0

20

P…Q

-

-

27

40

60

P…QH

-

-

27

40

60

P…QL1

-

27

40

60

-

P…QL2

27

40

60

80

-

Stale ulepszane cieplnie maj

ą

ni

ż

sze własno

ś

ci plastyczne i jest to ich cech

ą

charakterystyczn

ą

. S

ą

równie

ż

wra

ż

liwe na działanie karbu. Wymagaj

ą

zatem bar-

dziej skomplikowanych zabiegów dodatkowych co komplikuje technologi

ę

i wpływa

na koszty. Niemniej maj

ą

du

żą

odporno

ść

na kruche p

ę

kanie co stawia je w szeregu

materiałów stosowanych przy budowie konstrukcji przeznaczonych do pracy w trud-
nych warunkach eksploatacji (niskie temperatury, obci

ąż

enia dynamiczne itp.). Stale

te wymagaj

ą

specjalnych zasad projektowania, które wynikaj

ą

z ich specyficznych

warunków wytwarzanie, własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowych i wymaga

ń

technologicz-

nych.
- Poł

ą

czenia spawane powinny by

ć

rozmieszczone w miejscach (w miar

ę

mo

ż

liwo

ś

ci)

mało wyt

ęż

onych.

- Nale

ż

y unika

ć

skomplikowanych kształtów w

ę

złów spawanych (minimalizowa

ć

obecno

ść

karbów geometrycznych).

- W miar

ę

mo

ż

liwo

ś

ci unika

ć

spoin pachwinowych, a w szczególno

ś

ci spoin pachwi-

nowych no

ś

nych.

- Nie stosowa

ć

spoin otworowych.

- Nie stosowa

ć

nakładek, poł

ą

cze

ń

zakładkowych lub naro

ż

nych.

- Zakłada

ć

wysok

ą

jako

ść

spoin szczególnie w odniesieniu do wad zewn

ę

trznych.

- Zakłada

ć

obróbk

ę

nadlewów spoin.

- Tak konstruowa

ć

elementy, aby materiały ze stali wysokowytrzymałych stosowa

ć

na elementy rozci

ą

gane.

- Nie stosowa

ć

stali wysokowytrzymałych na elementy

ś

ciskane.

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 5

7

- W przypadku elementów zginanych (belek) na pasy stosowa

ć

stale wysokowytrzy-

małe, a na

ś

rodniki stale niestopowe.

- Nie stosowa

ć

stali wysokowytrzymałych na konstrukcje obliczanych na trwał

ą

wy-

trzymało

ść

zm

ę

czeniow

ą

przy obci

ąż

eniach wahadłowych.

- W przypadkach skomplikowanych w

ę

złów stosowa

ć

zł

ą

cza

ś

rubowe.

- Tak projektowa

ć

elementy by unika

ć

spawania w pozycjach przymusowych.

3. Mosty i d

ź

wignice

Mosty i d

ź

wignice w wi

ę

kszo

ś

ci przenosz

ą

siły poprzeczne oddziaływuj

ą

ce

punktowo lub w sposób rozło

ż

ony. Oddziaływania te wywołuj

ą

siły wewn

ę

trzne w po-

staci momentów gn

ą

cych. Elementem konstrukcyjnym najcz

ęś

ciej stosowanym do

przejmowania obci

ąż

e

ń

poprzecznych s

ą

belki zginane. Sił

ę

wewn

ę

trzn

ą

wywołuj

ą

c

ą

stan napr

ęż

e

ń

s

ą

: moment gn

ą

cy M i siła poprzeczna T (rys. 5). Stan napr

ęż

e

ń

od

momentu zginaj

ą

cego pokazano na rysunku. Napr

ęż

enie

σ

max

osi

ą

gnie swój stan

graniczny przy warto

ś

ci

d

f

(wytrzymało

ś

ci obliczeniowej stali). Warto przeanalizowa

ć

mo

ż

liwo

ś

ci zastosowania stali wysokowytrzymałych do produkcji belek. Takim przy-

kładem b

ę

d

ą

tzw. belki hybrydowe, w których pasy (nara

ż

one na najwy

ż

sze napr

ę

-

ż

enia) wykonywane s

ą

ze stali o wy

ż

szej wytrzymało

ś

ci ni

ż

ś

rodniki. Takim sposo-

bem mo

ż

na zmniejszy

ć

mas

ę

belki i koszt stali u

ż

ytej na jej wyprodukowanie. Na

przykładzie, mo

ż

na przeprowadzi

ć

analiz

ą

wytrzymało

ś

ciow

ą

i ekonomiczn

ą

. Rozpa-

trywana belka b

ę

dzie, na któr

ą

oddziaływuje moment gn

ą

cy o warto

ś

ci 3000 kNm.

Wg PN-B-03200:1990 wska

ź

nik wytrzymało

ś

ci przekroju wyniesie:

d

x

w

x

f

M

W

αααα

====

Wg [21] przyj

ę

to

w

αααα

- 1,5 dla przekroju klasy 4 (nie toleruje si

ę

utworzenia podczas

obci

ąż

ania przegubu plastycznego)

x

M

- moment gn

ą

cy

d

f

- wytrzymało

ść

obliczeniowa stali

W tablicy 7 zestawiono warto

ś

ci wska

ź

ników wytrzymało

ś

ci i przekroju dla ró

ż

nych

gatunków stali oraz koszty ró

ż

nych wersji materiałowych.

Tablica 7. Zestawienie kosztów elementów belki spawanej

Wymiary

przekroju [mm]

Gatunek

stali

f

d

[MPa]

W

x

obl.

[cm

3

]

W

x

kat.

[cm

3

]

IKS

h

g

b

t

Masa

ś

rodn.

[kg/m]

Masa

pasa (2x)

[kg/m]

Koszt

ś

rodn.

[zł/m]

1)

Koszt

pasa

S235

Koszt

pasa
rozc.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

S235

215

20930 21080 1700-6 1700 12 500 20 156

157

391

196

196

S355

305

14754 14855 1600-13 1600 12 400 16 148

101

369

126

140

S420

360

12500 12559 1600-12 1600 12 350 14 148

77

370

96

123

S460

380

11842 10567 1600-11 1600 12 300 12 148

57

371

71

98

S500

400

11250 11750 1600-7 1600 10 350 14 123

77

308

96

192

S550

440

10227 10941 1600-2 1600 8 350 14

99

77

246

96

212

1)

Wszystkie

ś

rodniki wykonano ze stali w gatunku S235

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 6

8

Rys. 5 Widok elementu belki zginanej

Analizuj

ą

c dane zestawione w tablicy wida

ć

ż

e, najwi

ę

ksz

ą

mas

ę

ma kształtownik ze

stali S235 (313 kg). Równie

ż

jego cena jest najwy

ż

sza i wynosi 783 zł. Nale

ż

y za-

uwa

ż

y

ć

,

ż

e ceny dotycz

ą

tylko surowców czyli czystej nie przetworzonej stali. Naj-

mniejsz

ą

mas

ę

176 kg ma kształtownik ze stali S550. Najmniejszy koszt materiału

jest w przypadku zastosowania stali S460. W przypadku zastosowania belek hybry-
dowych mo

ż

na tworzy

ć

kombinacje materiałowe

ś

rodnika, pasa rozci

ą

ganego i pasa

ś

ciskanego. We wszystkich kombinacjach nale

ż

y jeszcze starannie sprawdzi

ć

prze-

kroje na stateczno

ść

(wyboczenie) w płaszczy

ź

nie pionowej. Równie

ż

wg norm pro-

jektowych nale

ż

y sprawdzi

ć

pasy

ś

ciskane na utrat

ę

stateczno

ś

ci w płaszczy

ź

nie pa-

sa. W przypadku wyznaczania stateczno

ś

ci (odporno

ś

ci na wyboczenie) nie ma zna-

czenia warto

ść

granicy plastyczno

ś

ci materiału. W takich przypadkach zastosowania

stali S235 jest uzasadnione. Jak wida

ć

tylko od staranno

ś

ci projektanta zale

ż

y wyko-

rzystanie mo

ż

liwo

ś

ci racjonalnego stosowania stali wysokowytrzymałych.

4. Budynki

Stalowe konstrukcje budowlane cz

ę

sto s

ą

realizowane przy pomocy kratow-

nic. S

ą

konstrukcjami płaskimi lub przestrzennymi. Mog

ą

by

ć

elementami składowymi

słupów, wie

ż

, zadasze

ń

, d

ź

wignic, przykry

ć

budynków przemysłowych, hal, pawilo-

nów itp. Ich podstawowa zaleta to bardzo korzystna relacja pomi

ę

dzy no

ś

no

ś

ci

ą

a

ci

ęż

arem konstrukcji. Ich zastosowania jest zatem bardzo szerokie. Projektowanie

kratownic wymaga spełnienia pewnych zało

ż

e

ń

:

- pr

ę

ty w w

ę

złach poł

ą

czone s

ą

przegubowo,

- pr

ę

ty s

ą

wył

ą

cznie proste,

- pr

ę

ty s

ą

tylko rozci

ą

gane lub

ś

ciskane

- pr

ę

ty musz

ą

by

ć

tak rozmieszczane aby ich osie pokrywały si

ę

z osiami układu sta-

tycznego
- obci

ąż

enie s

ą

przyło

ż

one tylko w w

ę

złach

- osie poszczególnych pr

ę

tów musz

ą

przecina

ć

si

ę

w danym w

ęź

le w jednym punk-

cie
Na rys.6 przedstawiono przykład połowy kratownicy, w której osi

ą

symetrii jest o

ś

biegn

ą

ca wzdłu

ż

linii D

5

G

5

oraz rozwi

ą

zanie konstrukcyjne w

ę

zła. Elementy ze-

wn

ę

trzne kratownicy zwane s

ą

pasami górnym (G

0

G

5

) i dolnymi (D

0

D

5

), pr

ę

ty piono-

we – słupkami (np. D

1

G

1

) a pr

ę

ty uko

ś

ne (np. G

1

D

3

).

x

x

y

y

P

S

M

M

T

T

σ

max

t

b

h

g

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 7

9

Rys. 6 Schemat kratownicy i obci

ąż

e

ń

Przeprowadzono obliczenia, w których wyznaczono siły w pr

ę

tach oraz sprawdzenie

na wyboczenie w pr

ę

tach

ś

ciskanych. Zało

ż

ono kształtowniki z trzech gatunków ma-

teriałów: S235, S355 i S420N. W tablicy 8 zestawiono siły w pr

ę

tach, ich długo

ś

ci,

przekroje kształtowników oraz koszt materiałów. Zastosowanie stali o wy

ż

szej wy-

trzymało

ś

ci daje zmniejszenie masy konstrukcji i oszcz

ę

dno

ś

ci kosztu surowców.

Ka

ż

da jednak kratownica musi by

ć

starannie obliczona. Szczególnie nale

ż

y zwróci

ć

uwag

ę

na pr

ę

ty

ś

ciskane. Tutaj wytrzymało

ść

materiału odgrywa niewielka rol

ę

. Zja-

wisko wyboczenia nie zale

ż

y od własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowych i nie b

ę

dzie zatem

prostej zale

ż

no

ść

masy elementu od wytrzymało

ś

ci materiału. Pomimo dro

ż

szego

materiału o wy

ż

szych własno

ś

ciach wytrzymało

ś

ciowych zmniejszenie masy daje

oszcz

ę

dno

ś

ci finansowe.

5. Statki

Stale do budowy statków sklasyfikowane s

ą

w przepisach Polskiego Rejestru

Statków [19]. Sklasyfikowane zostały w jedenastu grupach:
- stale kadłubowe o zwykłej i o podwy

ż

szonej wytrzymało

ś

ci

- stale na konstrukcje pracuj

ą

ce w niskich temperaturach

- stale o okre

ś

lonych własno

ś

ciach w kierunku grubo

ś

ci materiału

- stale do budowy kotłów i zbiorników ci

ś

nieniowych

- stale w wysokiej wytrzymało

ś

ci, ulepszone cieplnie, na konstrukcje spawane

- stale odporne na korozj

ę

- stale platerowane
- rury stalowe
- stale walcowane do wyrobów ła

ń

cuchów kotwicznych

- odkuwki stalowe
- odlewy ze staliwa

D

0

D

1

D

2

D

3

D

4

D

5

G

0

G

1

G

2

G

3

G

4

G

5

16,8

29,55

28,1

28,1

28,1

28,1

29

55

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 8

10

Tablica 8. Zestawienie danych konstrukcyjnych dla ró

ż

nych wersji materiału

S235

S355

S420N

Pr

ę

t

Siła [kN]

Długo

ść

[m]

Kształtownik

Masa [kg]

D0D1

0

2,00

½ 240

½ 200

½ 180

D1D2

243,6

1,75

D2D3

395,5

1,75

D3D4

463,6

1,75

D4D5

493,5

1,75

162

118

99

G0D1

297,6

2,44

2 75x50x6

2 60x40x6

2 45x30x6

G1D2

199,6

2,35

G2D3

91,6

2,45

G3D4

44,9

2,55

G4D5

9,0

2,65

141

112

82

G0D0

0

1,40

2 45x30x4

2 45x30x4

2 45x30x4

G1D1

-170,6

1,57

G2D2

-98,4

1,71

G3D3

-61,7

1,86

G4D4

-31,7

2,00

G5D5

-48,5

2,15

48

48

48

G0G1

-243,6

2,00

½ 300

½ 200

½ 200

G1G2

-394,6

1,76

G2G3

-464,9

1,76

G3G4

-494,4

1,76

G4G5

-497,6

1,76

310

151

151

Razem masa [kg]

661

429

380

Koszt surowca [zł]

1625

1201

1254

Stale o zwykłej wytrzymało

ś

ci kategorii A, B, D i E posiadaj

ą

granic

ę

plastyczno

ś

ci

min

Re

= 235 MPa. W pierwszej wymienionej grupie wyst

ę

puj

ą

równie

ż

stale o wy

ż

-

szej wytrzymało

ś

ci przeznaczone do budowy kadłubów statków, których składy che-

miczne zestawiono w tablicy 9.

Tablica 9. Zawarto

ś

ci składników stopowych w stalach okr

ę

towych o wy

ż

szych wła-

sno

ś

ciach wytrzymało

ś

ciowych

Maksymalna zawarto

ść

składników stopowych [%]

Kategoria

C

Si

Mn

P

1)

S

2)

N

Al

met

Cr

Mo

Cu

Nb

Ni

Ti

V

AH32,36,40
DH32,36,40
EH32,36,40

0,18 0,5

1,6 0,035 0,035

-

0,015 0,2 0,08 0,35 0,05 0,4 0,02 0,1

FH32,36,40 0,16 0,5

1,6 0,025 0,025 0,009 0,015 0,2 0,08 0,35 0,05 0,8 0,02 0,1

Własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowe tych stali zestawiono w tablicy 10 .

Do budowy kadłubów okr

ę

towych stosowane SA równie

ż

stale o wysokiej wytrzyma-

ło

ś

ci ulepszane cieplnie. W zale

ż

no

ś

ci od warto

ś

ci granicy plastyczno

ś

ci stale te po-

dzielono na tzw. poziomy plastyczno

ś

ci, w których

e

R

wynosi odpowiednio: 420, 460,

500, 550, 620 i 690 MPa. Skład chemiczny tych stali okre

ś

la wytwórca na podstawie

analizy wytopowej. Wra

ż

liwo

ść

na p

ę

kanie zimne ustala si

ę

na podstawie wzoru(3).

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 9

11

Tablica 10. Zestawienie własno

ś

ci stali kadłubowych o wy

ż

szej wytrzymało

ś

ci

Próba udarno

ś

ci

Minimalna praca łamania [J]

t

≤

50

50

<

t

≤

70

70

<

t

≤

100

Kategoria

stali

min

e

R

[MPa]

m

R

[MPa]

5

A

[%]

Temp.

próby

[

0

C]

L

T

L

T

L

T

AH32

0

31

22

38

26

46

31

DH32

-20

31

22

38

26

46

31

EH32

-40

31

22

38

26

46

31

FH32

315

440
570

22

-60

31

22

Nie ma zastosowania

AH36

0

34

24

41

27

50

34

DH36

-20

34

24

41

27

50

34

EH36

-40

34

24

41

27

50

34

FH36

355

490
630

21

-60

34

24

AH40

0

41

27

DH40

-20

41

27

EH40

-40

41

27

FH40

390

510
660

20

-60

41

27

Nie ma zastosowania

L - próbka wzdłu

ż

na, T – próbka poprzeczna

B

V

Mo

Cr

Ni

Cu

Mn

Si

C

P

cm

5

10

15

20

60

20

20

30

++++

++++

++++

++++

++++

++++

++++

++++

====

[%]

(3)

Maksymalne zawarto

ś

ci podstawowych pierwiastków stopowych zestawiono w tabli-

cy 11.

Tablica 11. Zestawienie podstawowych pierwiastków stopowych dla stali o wysokiej
wytrzymało

ś

ci

Maksymalne zawarto

ś

ci pierwiastków podstawowych [%]

Kategoria stali

C

Si

Mn

P

S

N

A420-A690

0,21

0,55

1,70

0,035

0,035

0,020

D420-D690

E420-E690

0,20

0,55

1,70

0,030

0,030

0,020

F420-F690

0,18

0,55

1,70

0,025

0,025

0,020

Reszt

ę

pierwiastków: Cu, Ni, Cr, Mo, V i B dobiera producent stali. Wymienione stale

wysokowytrzymałe musz

ą

spełnia

ć

nast

ę

puj

ą

ce wymagania (tablica 11).

6. Ruroci

ą

gi

Stały wzrost zapotrzebowania na surowce energetyczne tworzy potrzeb

ę

bu-

dowania nowych coraz to wi

ę

kszych i wydajniejszych ruroci

ą

gów na gaz i rop

ę

naf-

tow

ą

. Z technologicznego punktu widzenia przesył ropy naftowej lub gazu przy po-

mocy ruroci

ą

gów nie sprawia wi

ę

kszych trudno

ś

ci. Głównym czynnikiem decyduj

ą

-

cym o wyborze rodzaju i wielko

ś

ci ruroci

ą

gu jest ekonomika jego transportu [17].

Głównymi parametrami przesyłu b

ę

dzie wydajno

ść

i ci

ś

nienie, gdzie wydajno

ść

prze-

kłada si

ę

na wymiar (

ś

rednic

ę

i pr

ę

dko

ść

przetłaczania). Do tego dochodz

ą

parame-

try okre

ś

laj

ą

ce stopie

ń

wykorzystania ruroci

ą

gu (współczynnik, obci

ąż

enia, stopie

ń

automatyzacji). Przykładowo koszt transportu 1 m

3

gazu ruroci

ą

giem o

ś

rednicy 900

mm jest o 40% mniejszy ni

ż

w przypadku ruroci

ą

gu o

ś

rednicy 600 mm. Zastosowa-

nie gazoci

ą

gu o

ś

rednicy 1020 mm w porównaniu ze

ś

rednic

ą

325 mm daje w rezul-

tacie sze

ś

ciokrotne zu

ż

ycie stali, ale pi

ę

ciokrotne obni

ż

enie kosztów eksploatacji,

czterokrotne obni

ż

enie nakładów inwestycyjnych i dwudziestotrzykrotne zwi

ę

kszenie

przepustowo

ś

ci. Równie

ż

odległo

ść

na jak

ą

projektuje si

ę

gazoci

ą

g ma istotne zna-

czenie i jest funkcj

ą

jego

ś

rednicy. I tak przy przesyle gazu na odległo

ść

4 – 5 tys. km

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 10

12

opłacalnym b

ę

dzie zastosowanie rur o

ś

rednicy 2 – 2,5 m. Przepustowo

ść

takiego ru-

roci

ą

gu pod ci

ś

nieniem 72 bary wyniesie 220 mld m

3

na rok [17]. Podstawowym su-

rowcem do budowy ruroci

ą

gów s

ą

rury stalowe wykonywane wg ró

ż

nych technologii i

z ró

ż

nych gatunków stali. Na rys.7 przedstawiono schemat podziału asortymentu rur

wg technologii ich wykonywania.

Tablica 12. Wymagania odno

ś

nie własno

ś

ci wytrzymało

ś

ciowych

Rozci

ą

ganie

Udarno

ść

Praca łamania [J]

Kategoria

stali

e

R

lub

2

,

0

R

[MPa]

m

R

[MPa]

5

A

[%]

Temp.

[

0

C]

L

T

A420

0

D420

-20

E420

-40

F420

420

530
680

18

-60

42

28

A460

0

D460

-20

E460

-40

F460

460

570
720

17

-60

46

31

A500

0

D500

-20

E500

-40

F500

500

610
770

16

-60

50

33

A550

0

D550

-20

E550

-40

F550

550

670
830

16

-60

55

37

A620

0

D620

-20

E620

-40

F620

620

720
890

15

-60

62

41

A690

0

D690

-20

E690

-40

F690

690

770
940

14

-60

69

46

Rys. 7 Podział rur stalowych ze wzgl

ę

du na technologie wytwarzania

Rury stalowe przewodowe

Rury bez szwu [S]

Rury ze szwem [W]

Rury zgrzewane elektrycznie

Rury spawane ŁK [SAW]

Rury spawane

Przetop ŁK

Wypełnienie ŁK [COW]

Rury zgrzewane indukcyjnie [EW]

Rury zgrzewane doczołowo [BW]

Rury wzdłu

ż

nie spawane ŁK [SAWL]

Rury spiralnie spawane ŁK [SAWH]

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 11

13

Procedura projektowania ruroci

ą

gu w pierwszym etapie obejmuje analiz

ę

ekono-

miczn

ą

, której celem b

ę

dzie minimalizacja kosztów budowy i eksploatacji. Podsta-

wowymi parametrami zało

ż

e

ń

projektowych s

ą

: wydajno

ść

[kg/godz] i odległo

ść

transportu. Do wst

ę

pnego i orientacyjnego obliczenia

ś

rednicy ruroci

ą

gu nale

ż

y sko-

rzysta

ć

ze wzoru (4).

max

128

,

1

V

W

d

wopt

≥≥≥≥

(4)

gdzie: W – wydajno

ść

ruroci

ą

gu [m

3

/s]

V

max

– maksymalna pr

ę

dko

ść

przesyłanego medium [ m/s]

Wzór jest efektem optymalizacji całkowitego kosztu eksploatacji w ci

ą

gu roku jako

sumy kosztów stałych i zmiennych w odniesieniu do

ś

rednicy (rys. 8 )

Rys. 8. Diagram optymalizacji wymiaru ruroci

ą

gu ze wzgl

ę

du na koszt

Kolejnym etapem tworzenia zało

ż

e

ń

jest dobór odpowiedniego materiału na rur

ę

.

Decyduj

ą

o tym nast

ę

puj

ą

ce czynniki:

- odpowiedni zapas wytrzymało

ś

ci stali (f

d

)

e

d

R

f

78

,

0

≅≅≅≅

(5)

- podatno

ść

na spawanie okre

ś

lona odpowiednim składem chemicznym

- mo

ż

liwo

ść

spawania i pracy w niskich temperaturach.

Stal na ruroci

ą

gi wg norm europejskich została scharakteryzowana w normach: EN

10208-1, EN 10208-2 i EN 10208-3 [17,18].
Klasa A [18] obejmuje gatunki stali dla rur o podstawowej jako

ś

ci wykonania. Klasa B

[19] obejmuje gatunki stali dla rur o wy

ż

szej jako

ś

ci wykonania, które podlegaj

ą

kon-

troli nieniszcz

ą

cej i kontroli ci

ą

gliwo

ś

ci i przeznaczone s

ą

do budowy ruroci

ą

gów da-

lekiego przesyłu. Klasa C obejmuje gatunki stali przeznaczonych do budowy ruroci

ą

-

gów dla paliw ciekłych i gazowych zawieraj

ą

cych podwy

ż

szone zawarto

ś

ci H

2

S.

W tablicy 13 zestawiono podstawowe wymagania dla stali wg tych norm.
Ruroci

ą

gi wymiarowane s

ą

wg dwóch stanów granicznych: 1 – stan graniczny no-

ś

no

ś

ci, dla którego wytrzymało

ść

obliczeniowa okre

ś

lona jest przez

dp

d

f

f

====

i 2 –

stan graniczny u

ż

ytkowania, dla którego

dn

d

f

f

====

.

Ś

rednica [m]

R

o

czn

y

ko

szt

t

ra

n

s

p

o

rt

u

Koszty stałe K

S

Koszty zmienne K

Z

Koszty całkowite K

C

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 12

14

n

m

m

dp

m

R

f

γγγγ

γγγγ

1

====

(6)

n

m

m

dn

m

R

f

γγγγ

γγγγ

2

====

(7)

gdzie:

m

R

- minimalna wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie

m

- 0,6 – 0,9 wsp. warunków pracy, zale

ż

y od kategorii ruroci

ą

gów , liczby

poł

ą

cze

ń

spawanych na monta

ż

u, zakresu NDT oraz wielko

ś

ci wst

ę

pnych

próbnych obci

ąż

e

ń

hydraulicznych.

Tablica 13 Zestawienie własno

ś

ci stali przeznaczonych na ruroci

ą

gi

Zawarto

ś

ci pierwiastków stopowych [%]

max

Kl.

Gatunek

R

t0,5

[MPa]

A

[%]

C

Si

Mn

P

S

V

Nb

Ti

C

*

e

/P

**

cm

L210GA

210

25 0,21

0,90

L235GA

235

23 0,16

1,20

L245GA

245

22 0,20

1,15

L290GA

290

21 0,20

0,40

1,40

A

L360GA

360

20 0,22 0,55 1,45

0,30

0,30

Nie okre

ś

la si

ę

L245NB

245

22 0,16

1,1

-

-

-

L290NB

290

21 0,17

0,40

1,2

0,05

0,42

*

L360NB

360

20 0,20

0,10

0,45

*

B

(N)

L415NB

415

18 0,21

0,45 1,6

0,025 0,020

0,15

0,05 0,04

Uzgadnia si

ę

L245MB

245

22

-

L290MB

290

21

1,5

0,04 0,04

-

0,04

*

L360MB

360

20

0,05

0,04

0,041

*

L415MB

415

18

0,08

0,042

*

L450MB

450

18

1,6

0,05

L485MB

485

18

1,7

0,043

*

B

(M)

L555MB

555

18

0,16 0,45

1,8

0,025 0,02

0,10

0,06

0,06

Uzgadnia si

ę

L360QB

360

20

1,4

0,05

0,42

*

L415QB

415

18

0,08

0,04

0,43

*

L450QB

450

18

1,6

0,09

L485QB

485

18

1,7

0,45

*

B

(Q)

L555QB

555

18

0,16 0,45

1,8

0,025 0,02

0,10

0,05

0,06

Uzgadnia si

ę

L245NC

245

22

-

-

-

L290NC

290

21

0,14 0,40 1,35

0,05

0,36

*

0,19

**

C

(N)

L360NC

360

20 0,16 0,45 1,65

0,020 0,01

0,10

0,05 0,04

0,43

*

0,22

**

L290QC

290

21 0,14 0,40 1,35

0,04 0,04

0,34

*

0,19

**

L360QC

360

20

0,07

0,39

*

0,20

**

L415QC

415

18

0,08

0,04

0,41

*

L450QC

450

18

0,16

1,65

0,09

0,22

**

L485QC

485

18

1,75

0,05

0,42

*

0,23

**

C

(Q)

L555QC

485

18

0,17

0,45

1,85

0,020 0,01

0,10

0,06

0,06

Uzgadnia si

ę

L290MC

290

21

0,40 1,35

0,04 0,04

0,34

*

0,19

**

L360MC

360

20

0,05 0,05

0,04

0,37

*

0,20

**

L415MC

415

18

0,08

0,38

*

0,21

**

L450MC

450

18

1,65

0,39

*

0,22

**

L485MC

485

18

0,12

1,75

0,41

*

0,23

**

C

(M)

L555MC

485

18 0,14

0,45

1,85

0,20

0,01

0,10

0,06 0,06

Uzg.

Uzg.

*

L245NCS

245

22

-

-

-

L290NCS

290

21

0,14 0,40 1,35

0,05

0,36

*

0,19

**

CS
(N)

L360NCS

360

20 0,16 0,45 1,65

0,20 0,003

0,10

0,05 0,04

0,43

*

0,22

**

L290QCS

290

21 0,14 0,40 1,35

0,04 0,04

0,34

*

0,19

**

L360QCS

360

20

0,07

0,39

*

0,20

**

L415QCS

415

18

0,08

0,04

0,41

*

CS

(Q)

L450QCS

450

18

0,16 0,45 1,65

0,20 0,003

0,09

0,05

0,06

0,42

*

0,22

**

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 13

15

L290MCS

290

21

0,40 1,25

0,04 0,04

0,34

*

0,19

**

L360MCS

360

20

0,05 0,05

0,04

0,37

*

0,20

**

L415MCS

415

18

1,45

0,08

0,38

*

0,21

**

L450MCS

450

18

0,10

0,39

*

0,22

**

CS

(M)

L485MCS

485

18

0,10

0,45

1,55

0,20 0,002

0,10

0,06 0,06

0,39

*

0,22

**

Legenda:

A – gatunki wg EN 10208-1
B - gatunki wg EN 10208-2
C - gatunki wg EN 10208-3 dla niekwa

ś

nego medium nie zawieraj

ą

cego H

2

S

CS - gatunki wg EN 10208-3 dla kwa

ś

nego medium zawieraj

ą

cego H

2

S

*)

-

15

5

6

Ni

Cu

V

Mo

Cr

Mn

C

C

e

++++

++++

++++

++++

++++

++++

====

(8)

**)

-

B

Ni

Si

Cu

Mo

Cr

Mn

V

C

P

cm

5

60

30

20

15

10

++++

++++

++++

++++

++++

++++

++++

++++

====

(9)

1

m

γγγγ

- 1,34 – 1,55 – wsp. gatunku stali, rodzaju rur i zjawisk losowych

2

m

γγγγ

- 1,1 – 1,2 - wsp. odchyłki parametrów wytrzymało

ś

ciowych i

geometrycznych uwzgl

ę

dniaj

ą

cy technologie produkcji i dokładno

ść

kontroli

n

γγγγ

- 1,0 – 1,1 wsp. konsekwencji zniszczenia

7. Zbiorniki ci

ś

nieniowe

W obrotowych naczyniach zamkni

ę

tych o kształtach kulistych lub walcowych

obci

ąż

onych ci

ś

nieniem wewn

ę

trznym w

ś

ciankach wyst

ę

puje bezmomentowy stan

napr

ęż

e

ń

, który okre

ś

lony jest warunkiem:

20

1

≤≤≤≤

r

g

(1

g – grubo

ść

ś

cianki

r – promie

ń

krzywizny powłoki

Rys.9. Bezmomentowy stan napr

ęż

e

ń

w powłoce obrotowej.

O

1

O

2

σ

2

σ

2

σ

1

σ

1

r

1

r

2

Element

powłoki

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 14

16

Według tej teorii stan napr

ęż

e

ń

opisany jest dwoma składowymi:

σ

1

- napr

ęż

anie o kierunku równoległym do osi (południkowym)

σ

2

- napr

ęż

anie obwodowe (równole

ż

nikowe)

Zale

ż

no

ś

ci te przedstawiaj

ą

si

ę

nast

ę

puj

ą

co:

g

r

p

2

2

1

====

σσσσ

(11)













−−−−

====

1

2

2

2

2

2

r

r

g

r

p

σσσσ

(12)

Napr

ęż

enia zredukowane zgodnie z hipotez

ą

Hubera wynosz

ą

:

2

1

2

2

2

1

σσσσ

σσσσ

σσσσ

σσσσ

σσσσ

−−−−

++++

====

R

(13)

po podstawianiu zale

ż

no

ś

ci (12) i (13) otrzymujemy:

((((

))))

2

2

2

1

1

1

2

3

2

r

r

r

r

r

g

r

p

R

++++

−−−−

====

σσσσ

(14)

Jest to przypadek ogólny. Dla zbiornika kulistego gdzie r

1

i r

2

s

ą

jednakowe napr

ę

-

ż

enie zast

ę

pcze wyniesie:

g

r

p

R

2

====

σσσσ

(15)

Dla zbiornika walcowego, gdzie r

1

=

∞

napr

ęż

enie zast

ę

pcze wyniesie:

g

r

p

R

2

3

====

σσσσ

(16)

Z zale

ż

no

ś

ci 15 i 16 mo

ż

na okre

ś

li

ć

grubo

ść

ś

cianki w zale

ż

no

ś

ci od napr

ęż

e

ń

za-

le

ż

nych od danego gatunku materiału. Wyznacznikiem napr

ęż

eniowym gatunku ma-

teriału b

ę

dzie w przypadku naczy

ń

ci

ś

nieniowych napr

ęż

enie dopuszczalne wg Wa-

runków Dozoru Technicznego WUDT-UC-WO-O.

65

,

1

/ t

e

R

k

====

(17)

gdzie: R

e/t

– granica plastyczno

ś

ci w danej temperaturze obliczeniowej ( dla celów

zadania przyj

ę

to temperatur

ę

20

o

C.

Dla zbiornika kulistego wzór na grubo

ść

ś

cianki wyniesie zatem:

k

r

p

g

2

====

(18)

a dla zbiornika walcowego odpowiednio:

k

r

p

g

2

3

====

(19)

W tablicy 14 zestawiono grubo

ś

ci

ś

cianki zbiorników dla ró

ż

nych materiałów

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 15

17

Tablica 14. Zestawienie kosztów dla ró

ż

nych wersji zbiornika

Zbiornik kulisty

Zbiornik walcowy

Gatunek

k

[MPa]

g

[mm]

masa

[kg/m]

%

masy

Cena

[zł/t]

Koszt

[zł/m

2

]

g

[mm]

masa

[kg/m

2

]

Cena

[zł/t]

%

masy

Koszt

[zł/m

2

]

P235GH

136

28

220

100

2500

550

-

-

-

-

-

P235GH

130

1)

-

-

-

-

-

50

393 2500 100

982

P355GH

215

18

141

64

2800

395

30

236 2800

60

661

P420M

255

15

118

54

5000

590

25

196 5000

50

980

P460N

278

14

110

50

3500

385

22

173 3500

44

606

P690Q

418

8

63

29

7600

479

15

118 7600

30

897

1)

Dla grubo

ś

ci powy

ż

ej 50 mm

W tablicy zestawiono równie

ż

koszty 1 m

2

stali na dany zbiornik. Porównanie wielko-

ś

ci pozwala zestawi

ć

nast

ę

puj

ą

ce wnioski:

- Zbiorniki tak kuliste jak i walcowe wykonane ze stali niestopowej w gatunku
P2355GH s

ą

najci

ęż

sze i najdro

ż

sze. W tablicy 14 zestawiono tylko koszt materiału.

Bior

ą

c pod uwag

ę

koszt przetwórstwa (kształtowanie, spawanie, materiały dodatko-

we, kontrola jako

ś

ci itp.), koszt zbiorników ze stali P235GH o najwi

ę

kszej grubo

ś

ci

wzro

ś

nie z niew

ą

tpliw

ą

progresj

ą

w porównaniu ze zbiornikami ze stali o wy

ż

szych

własno

ś

ciach wytrzymało

ś

ciowych.

- Zbiorniki ze stali wysokowytrzymałych s

ą

l

ż

ejsze i wymagaj

ą

mniejszej ilo

ś

ci stali.

Ma to równie

ż

znaczenie ekologiczne. Zu

ż

ycie energii w procesie metalurgicznym

stali i towarzysz

ą

ce temu procesowi zanieczyszczenie

ś

rodowiska b

ę

dzie wi

ę

ksze w

przypadku stali niestopowej (wi

ę

ksza masa wsadu hutniczego). W przypadku zbior-

ników przewo

ź

nych mniejsza masa zbiornika to mniejsze zu

ż

ycie materiałów p

ę

d-

nych i równie

ż

mniejsze zanieczyszczenie

ś

rodowiska i mniejszy koszt transportu.

8. Motoryzacja

Oszcz

ę

dno

ść

paliwa poprzez zmniejszenie masy pojazdu stała si

ę

głównym za-

daniem konstruktorów w przemy

ś

le samochodowym. Karoseria samochodowa sta-

nowi około 25-30 % całkowitej masy pojazdu

ś

redniej wielko

ś

ci i tam wła

ś

nie istniej

ą

realne mo

ż

liwo

ś

ci znacznego zmniejszenia masy całego pojazdu. Producenci sa-

mochodów wyró

ż

niaj

ą

pi

ęć

głównych obszarów, które trzeba wzi

ąć

pod uwag

ę

przy

doborze nowego materiału (rys.10):

-

koszt,

-

mo

ż

liwo

ś

ci przetwarzania,

-

mo

ż

liwo

ś

ci kształtowania,

-

własno

ś

ci fizyczne i jako

ść

,

-

wpływ na

ś

rodowisko.

Rys. 10. Wymagania stawiane materiałom w przemy

ś

le samochodowym

Materiał

Wpływ na

ś

rodowisko:

-

zu

ż

ycie energii,

-

mozliwo

ść

recy-

klingu

Koszt:

-

wytworze-
nia,

-

operacyjne,

-

konserwacji

Produkcja:

-

zdolno

ść

do odkształce

ń

plastycznych,

-

spawalno

ść

,

-

zdolno

ść

do nanoszenia powłok malarskich

Własno

ś

ci fizyczne i jako

ść

:

-

wytrzymało

ść

, sztywno

ść

, trwało

ść

,

-

odporno

ś

c na uszkodzenia w wypadkach,

-

stabilno

ść

wymiarowa

Kształtowanie:

-

mo

ż

liwo

ść

łatwego projektowania konstrukcji,

-

jako

ść

powierzchni,

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 16

18

Głównym materiałem stosowanym do chwili obecnej na karoserie samochodowe jest
stal, która jako materiał spełnia wszystkie warunki (tablica 15). Do zalet stali jako ma-
teriału konstrukcyjnego mo

ż

na zaliczy

ć

:

-

niski koszt w porównaniu do innych materiałów,

-

łatwo

ść

przetwarzania,

-

mo

ż

liwo

ść

zwi

ę

kszenia odporno

ś

ci na korozje poprzez stosowanie pokry

ć

ochronnych np. cynku

-

powszechna dost

ę

pno

ść

,

-

dobra spawalno

ść

i zgrzewalno

ść

,

-

łatwo

ść

poddania procesowi recyklingu,

-

dobre pochłanianie energii w trakcie zderzenia.

Do głównych wad zaliczy

ć

mo

ż

na:

-

wi

ę

ksza g

ę

sto

ść

w porównaniu do innych materiałów,

-

brak odporno

ś

ci na korozj

ę

.

W przemy

ś

le motoryzacyjnym stosowane s

ą

dwie podstawowe grupy stali:

a) stale konwencjonalne:

-

stale mi

ę

kkie, MS – ang. mild steel,

-

stale tłoczne bez atomów mi

ę

dzyw

ę

złowych, IF - ang. interstitial free,

-

stale tłoczne izotropowe, IS – ang. isotropic,

-

stale umacniane wydzieleniowe, BH – ang. bake hardenable,

-

stale CMn – w

ę

glowo-manganowe,

-

stale wysokowytrzymałe niskostopowe, HASLA – ang. high strength low alloy

b) stale o wysokiej wytrzymało

ś

ci

, AHSS – advanced high strength steel:

-

stale ferrytyczno-martenzytyczne, DP – ang. dual phase

-

stale typu TRIP – ang. transformation induced plasticity,

-

stale typu CP – ang. complex phase,

-

stale martenzytyczne, MART – ang. martensitic.

-

Stale typu TWPI - ang. twinning induced plasticity

Rys. 11 Porównanie wła

ś

ciwo

ś

ci mechanicznych stali stosowanych

w przemy

ś

le samochodowym

Stale podstawo-

we niestopowe

Stale o wysokiej wy-

trzymało

ś

ci

Stale ultra wysokiej wytrzymało

ś

ci

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 17

19

Rys. 12 Optymalne wykorzystanie stali na przykładzie

komory silnika samochodu osobowego

Zasadnicza ró

ż

nica pomi

ę

dzy konwencjonalnymi stalami HSS a nowymi sta-

lami AHSS wynika z rodzaju mikrostruktury, okre

ś

lonej składnikami fazowymi oraz

ilo

ś

ci

ą

i morfologi

ą

.

Nowoczesne stale AHSS o wysokie wytrzymało

ś

ci s

ą

wytwarzane w proce-

sach o kontrolowanych przebiegach chłodzenia, z zakresu wyst

ę

powania fazy auste-

nitycznej, austenityczno-ferrytycznej lub ferrytycznej. Schemat przebiegu procesu
chłodzenia oraz uzyskiwane struktury, na tle wykresu CTPc, przedstawiono na rys.
13. Struktura martenzytyczna w stali jest uzyskiwana poprzez szybkie zamra

ż

anie w

temperaturze przemiany martenzytycznej. Stale ferryto-martenzytyczne (DP) uzysku-
je si

ę

przez kontrolowane chłodzenie z fazy austenitycznej (wyroby walcowane na

gor

ą

co) lub z zakresu dwufazowego ferryt-austenit (dla wy

ż

arzania w linii ci

ą

głej i

pokrywanych ogniowo cynkiem blachach) do przemiany pewnej ilo

ś

ci austenitu na

ferryt, przed szybkim chłodzeniem do temperatury przemiany austenitu szcz

ą

tkowe-

go na martenzyt. Stale typu TRIP wymagaj

ą

zastosowania wytrzymania izotermicz-

nego w temperaturze po

ś

redniej, która pozwala uzyskiwa

ć

pewn

ą

ilo

ść

bainitu. Stale

z wysok

ą

zawarto

ś

ci

ą

krzemu i w

ę

gla wykazuj

ą

równie

ż

znacz

ą

zawarto

ść

austenitu

szcz

ą

tkowego w finalnej mikrostrukturze. Stale typu CP wymagaj

ą

zastosowania

przebiegu chłodzenia podobnego do stali TRIP, jednak odmienny skład chemiczny
jest tak dobrany,

ż

e otrzymujemy struktur

ę

składaj

ą

c

ą

si

ę

z mniejszej ilo

ś

ci austenitu

szcz

ą

tkowego oraz drobne wydzielenia umacniaj

ą

cych faz martenzytycznych i baini-

tycznych. Dodatki pierwiastków stopowych w postaci krzemu sprzyjaj

ą

wzbogaceniu

przechłodzonego austenitu w w

ę

giel, co w rezultacie powoduje zwi

ę

kszenie ilo

ś

ci

austenitu szcz

ą

tkowego w strukturze finalnej.

Wszystkie stale wysokowytrzymałe mog

ą

by

ć

otrzymywane zarówno w proce-

sie walcowania na gor

ą

co i chłodzenia na samotoku odprowadzaj

ą

cym, jak i w pó

ź

-

niejszym procesie walcowania na zimno. Dobór parametrów walcowania, takich jak
pr

ę

dko

ść

walcowania, temperatura pasma, rozkład gniotów na poszczególne prze-

pusty oraz kontrolowane chłodzenie wpływaj

ą

na optymaln

ą

wielko

ść

ziarna i mikro-

struktur

ę

wyrobu. Bardzo szybkie chłodzenie kr

ę

gów ta

ś

m walcowanych na gor

ą

co

prowadzi do uzyskania prawie w cało

ś

ci struktury martenzytycznej.

UHSS

16% Stal R

e

>>>>

900 MPa

(MART 950, MART 1250)

VHSS

59% Stal R

e

600 – 900 MPa

(CP700, DP700)

HSS

MS

AHSS

12% Stal R

e

300 – 600 MPa

(DP300, 350, 400, 500,TRIP 450)

13% Stal R

e

<<<<

300 MPa

(BH210, 260, DP 280)

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 18

20

Struktura blach wytworzonych metod

ą

obróbki cieplo-mechanicznej, wykazuje

drobnoziarnist

ą

budow

ę

(ziarna osi

ą

gaj

ą

wielko

ść

ś

rednio 4

µ

m) i równomierne roz-

mieszczenie w osnowie ziarn ferrytu (wynosz

ą

cy dla stali DP i TRIP ok. 45%) oraz

zwi

ę

kszaj

ą

cych wytrzymało

ść

ziarn martenzytu, bainitu oraz austenitu [20].

Rys. 13. Wykres CTPc z przedstawionymi ró

ż

nymi pr

ę

dko

ś

ciami chłodzenia

z ewolucj

ą

mikrostruktur

8.1 Wła

ś

ciwo

ś

ci stali typu DP

Mikrostruktura stali dwufazowych DP składa si

ę

z mi

ę

kkiej fazy ferrytycznej,

której znajduje si

ę

15 do 70% (obj

ę

to

ś

ciowo) oraz twardej fazy martenzytycznej

(mo

ż

liwy jest równie

ż

udział fazy bainitycznej). Mi

ę

kka faza ferrytyczna o znacznej

g

ę

sto

ś

ci dyslokacji w pobli

ż

u granic mi

ę

dzyfazowych stanowi ci

ą

gł

ą

osnow

ę

, w której

rozmieszczone s

ą

„wysepki” fazy martenzytycznej (rys. 14).

ferryt martenzyt
(szary) (jasny)

Rys. 14. Mikrostruktura stali ferrytyczno-martenzytycznej typu DP

W trakcie kształtowania plastycznego odkształcenie lokalizuje si

ę

w mi

ę

kkiej

fazie ferrytycznej, powoduj

ą

c szczególnie intensywne umacnianie, które odró

ż

nia t

ę

stal od zwykłych stali u

ż

ywanych na blachy tłoczne (rys. 14). Du

ż

a intensywno

ść

umocnienia, wykazywana równocze

ś

nie z du

ż

ym wydłu

ż

eniem całkowitym powodu-

je,

ż

e stale DP maj

ą

znacznie wy

ż

sz

ą

wytrzymało

ść

od stali konwencjonalnych, o

podobnej granicy plastyczno

ś

ci.

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 19

21

8.2 Wła

ś

ciwo

ś

ci stali typu TRIP

Mikrostruktura stali TRIP, których plastyczno

ść

jest wywołana przemian

ą

, ma

ci

ą

gł

ą

osnow

ę

ferrytyczn

ą

, wewn

ą

trz której znajduj

ą

si

ę

wydzielenia twardych faz

martenzytu i bainitu (rys. 15). Stale te zawieraj

ą

równie

ż

austenit szcz

ą

tkowy, w ilo

ś

ci

wi

ę

kszej ni

ż

5% zawarto

ś

ci obj

ę

to

ś

ciowej. Do produkcji elementów stalowych, wyko-

rzystuj

ą

cych efekt TRIP u

ż

ywa si

ę

stali o składzie chemicznym: 0,15

÷

0,3% C,

1,0

÷

2,0% Mn oraz ł

ą

czne st

ęż

enie Si+Al nie przekraczaj

ą

ce 1,7% . Stale te otrzy-

mywane s

ą

technologi

ą

„walcowania na gor

ą

co”, która w praktyce polega na kontro-

lowanym walcowaniu z wolnym chłodzeniem lub nawet przystankiem izotermicznym
w zakresie dwufazowym, pomi

ę

dzy temperaturami Ac

3

i Ac

1

, po którym nast

ę

puje

szybkie chłodzenie do temperatury 450

÷

300

°

C, a nast

ę

pnie wolne chłodzenie w zwi-

ni

ę

tych kr

ę

gach lub wytrzymanie izotermiczne przy tej temperaturze od 10 do 60 mi-

nut.

Ferryt


Marten-
zyt


Austenit
szcz

ą

t-

kowy

Rys. 15. Mikrostruktura stali typu TRIP

W trakcie procesu technologicznego nast

ę

puje tworzenie wtórnych twardych

faz w mi

ę

kkim ferrycie, które s

ą

nast

ę

pnie przyczyn

ą

intensywnego umocnienia od-

kształceniowego. Ponadto, podczas kształtowania plastycznego na zimno, w stalach
typu TRIP szcz

ą

tkowy austenit intensywnie przekształca si

ę

w martenzyt, powoduj

ą

c

tym samym wzrost stopnia umocnienia przy wi

ę

kszych odkształceniach. Du

ż

a inten-

sywno

ść

umocnienia, utrzymuj

ą

cego si

ę

dla stali TRIP przy du

ż

ych odkształceniach,

powoduje nieznaczn

ą

ich przewag

ę

w zakresie wła

ś

ciwo

ś

ci mechanicznych, w sto-

sunku do stali DP. Stal typu TRIP jest stosowana na elementy samochodów, prze-
znaczone do dynamicznych odkształce

ń

, jak np. zderzaki. Dodatki stopowe oraz

struktura stali zmniejszaj

ą

podatno

ść

jej do zgrzewania.

8.3 Wła

ś

ciwo

ś

ci stali CP

Stale CP nale

żą

do grupy stali o stosunkowo dobrej plastyczno

ś

ci, przy du

ż

ej

wytrzymało

ś

ci na rozci

ą

ganie [2,6]. Stale typu CP zawieraj

ą

zwykle 0,1

÷

0,2% C,

1,2

÷

1,6% Mn, 0,2

÷

0,6% Si oraz mikrododatki V, Vb i Ti, o ł

ą

cznym st

ęż

eniu do 0,1%.

Mikrostruktura tej stali składa si

ę

z bardzo drobnoziarnistego ferrytu z du

żą

zawarto-

ś

ci

ą

frakcji faz twardych, które powoduj

ą

umocnienie wydzieleniowe. Zawieraj

ą

one

wiele takich samych dodatków stopowych, jakie znajduj

ą

si

ę

w stalach DP i TRIP

oraz dodatkowo zawieraj

ą

nieznaczne ilo

ś

ci niobu oraz tytanu i wanadu lub jednego

z tych pierwiastków, powoduj

ą

c tworzenie drobnodyspersyjnych wydziele

ń

umacnia-

j

ą

cych. Stale CP osi

ą

gaj

ą

wytrzymało

ść

na rozci

ą

ganie dochodz

ą

c

ą

do 800 MPa.

Stale CP charakteryzuj

ą

si

ę

dobr

ą

odkształcalno

ś

ci

ą

i wysok

ą

zdolno

ś

ci

ą

pochłania-

nia energii w trakcie zderzenia. Dzi

ę

ki tym wła

ś

ciwo

ś

ciom stale te s

ą

wykorzystywa-

ne na elementy konstrukcyjne umieszczone w drzwiach samochodu, ochraniaj

ą

ce

przed uderzeniami bocznymi.

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 20

22

8.4 Wła

ś

ciwo

ś

ci stali MART

W stalach martenzytycznych austenit wyst

ę

puj

ą

cy w czasie walcowania na

gor

ą

co lub wy

ż

arzania, ulega w czasie szybkiego chłodzenia prawie całkowitej prze-

mianie w martenzyt na wybiegu walcowni lub w sekcji chłodzenia, w linii ci

ą

głej ob-

róbki cieplnej. Mikrostruktura stali martenzytycznej zawiera głównie martenzyt listko-
wy. Stal martenzytyczna wykazuje maksymaln

ą

wytrzymało

ść

1500 MPa. Stal mar-

tenzytyczna jest cz

ę

sto poddawana zabiegowi odpuszczania dla poprawy ci

ą

gliwo

ś

ci

i mo

ż

e wtedy wykazywa

ć

znaczn

ą

odkształcalno

ść

, nawet przy ekstremalnie nieko-

rzystnych obci

ąż

eniach. W

ę

giel w tych stalach jest dodawany dla podwy

ż

szenia har-

towno

ś

ci, jak równie

ż

roztworowego umocnienia w celu podniesienia wytrzymało

ś

ci

martenzytu. W tej stali magnez, krzem, chrom, molibden, bor, wanad, nikiel s

ą

u

ż

y-

wane w ró

ż

nych kombinacjach dla zwi

ę

kszenia hartowno

ś

ci.

8.5 Stale TWIP

S

ą

to stale z dodatkiem 15

÷

30% manganu. Stale te cechuje niska masa wła-

ś

ciwa (

ρ

=7,73 g/cm

3

), uzyskana poprzez zastosowanie dodatków krzemu i alumi-

nium. Dzi

ę

ki odpowiedniemu zaprojektowaniu składu chemicznego oraz dzi

ę

ki me-

chanizmowi odkształcenia plastycznego przez bli

ź

niakowanie, stale te wykazuj

ą

wy-

sok

ą

granic

ę

plastyczno

ś

ci, rz

ę

du 600

÷

1100 MPa i bardzo du

ż

e wydłu

ż

enie, równe

60

÷

95%. Powstanie w mikrostrukturze faz martenzytycznych zale

ż

y głównie od

energii bł

ę

du uło

ż

enia, temperatury i stopnia odkształcenia przetwarzanej stali.

Tablica 15. Zestawienie gatunków stali stosowanych

w przemy

ś

le motoryzacyjnym

Gatunek stali

Re

(MPa)

Rm

(MPa)

Wydłu

ż

enie

(%)

BH 210/340

210

340

34-39

BH 260/370

260

370

29-34

DP 280/600

280

600

30-34

IF 300/420

300

420

29-36

DP 300/500

300

500

30-34

HSLA 350/450

350

450

23-27

DP 350/600

350

600

24-30

DP 400/700

400

700

19-25

TRIP 450/800

450

800

26-32

DP 500/800

500

800

14-20

CP 700/800

700

800

10-15

DP 700/1000

700

1,000

12-17

Mart 950/1200

950

1,200

5-7

Mart 1250/1520

1,250

1,520

4-6

9. Literatura

1. PN EN 10025-1:2007 Wyroby walcowane na gor

ą

co ze stali konstrukcyjnych.

Cz

ęść

1: Ogólne warunki dostawy

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

2.11

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

AW 21

23

2. PN EN 10025-2 :2007 Wyroby walcowane na gor

ą

co ze stali konstrukcyjnych.

Cz

ęść

2: Warunki techniczne dostawy stali konstrukcyjnych niestopowych.

3. PN EN 10025-3:2007 Wyroby walcowane na gor

ą

co ze stali konstrukcyjnych.

Cz

ęść

3: Warunki dostawy stali konstrukcyjnych drobnoziarnistych spawalnych po

normalizowaniu lub walcowaniu normalizuj

ą

cym

4. PN EN 10025-4:2007 Wyroby walcowane na gor

ą

co ze stali konstrukcyjnych.

Cz

ęść

4: Warunki dostawy stali konstrukcyjnych drobnoziarnistych spawalnych po

walcowaniu termomechanicznym
5. PN EN 10025-5:2007 Wyroby walcowane na gor

ą

co ze stali konstrukcyjnych.

Cz

ęść

5: Warunki dostawy stali konstrukcyjnych trudno rdzewiej

ą

cych

6. PN EN 10025-3:2007 Wyroby walcowane na gor

ą

co ze stali konstrukcyjnych.

Cz

ęść

6: Warunki dostawy wyrobów płaskich o podwy

ż

szonej granicy plastycz-

no

ś

ci w stanie ulepszonym cieplnie.

7. PN EN 10028-1:2004 Wyroby płaskie na urz

ą

dzenia ci

ś

nieniowe. Cz

ęść

1.

Wymagania ogólne.
8. PN EN 10028-2:2005 Wyroby płaskie na urz

ą

dzenia ci

ś

nieniowe. Cz

ęść

2.

Stale niestopowe i stopowe o okre

ś

lonych własno

ś

ciach w podwy

ż

szonych tem-

peraturach
9. PN EN 10028-3: 2005 Wyroby płaskie na urz

ą

dzenia ci

ś

nieniowe. Cz

ęść

3.

Stale spawalne drobnoziarniste normalizowane
10. PN EN 10028-4:2005 Wyroby płaskie na urz

ą

dzenia ci

ś

nieniowe. Cz

ęść

4.

Stale stopowe niklowe o okre

ś

lonych własno

ś

ciach w niskich temperaturach.

11. PN EN 10028-5:2005 Wyroby płaskie na urz

ą

dzenia ci

ś

nieniowe. Cz

ęść

5.

Stale spawalne drobnoziarniste walcowane termomechanicznie
12. PN EN 10028-6:2005 Wyroby płaskie na urz

ą

dzenia ci

ś

nieniowe. Cz

ęść

6.

Stale spawalne drobnoziarniste ulepszane cieplnie
13. PN EN 10149-1:2000 Wyroby płaskie walcowane na gor

ą

co ze stali o pod-

wy

ż

szonej granicy plastyczno

ś

ci do obróbki plastycznej na zimno. Ogólne warun-

ki dostawy
14. PN EN 10149-2 Wyroby płaskie walcowane na gor

ą

co ze stali o podwy

ż

szo-

nej granicy plastyczno

ś

ci do obróbki plastycznej na zimno. Warunki dostawy wy-

robów walcowanych termomechanicznie
15. PN EN 10149-3 Wyroby płaskie walcowane na gor

ą

co ze stali o podwy

ż

szo-

nej granicy plastyczno

ś

ci do obróbki plastycznej na zimno. Warunki dostawy wy-

robów normalizowanych lub walcowanych normalizuj

ą

co.

16. W.S. Michałowski, S. Trzop, Ruroci

ą

gi dalekiego zasi

ę

gu. F. ODYSSEUM, W-

wa 2005, Wyd IV rozszerzone, ISBN 83-86101-13-4
17. PN EN 10208-1, Rury stalowe przewodowe dla mediów palnych. Rury o kla-
sie A
18. PN EN 10208-2, Rury stalowe przewodowe dla mediów palnych. Rury o kla-
sie B

19. PRS Przepisy Klasyfikacji i Budowy Statków Morskich, Cz

ęść

IX, Materiały i

Spawanie, Gda

ń

sk 2002

20.

Grosman F.: Nowoczesne blachy stalowe na elementy karoserii w

ś

wietle pro-

jektu ULSAB-AVC. Hutnik-wiadomo

ś

ci hutnicze, 2003, No 7.

KONIEC

Opracowanie Instytut Spawalnictwa - Gliwice.

Wszelkie prawa zastrze

żone. Powielanie lub rozpowszechnianie ca

ło

ści wzgl

ędnie

fragmentu w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób jest zabronione.

KURS MIĘDZYNARODOWEGO

INŻYNIERA / TECHNOLOGA / MISTRZA / INSTRUKTORA SPAWALNIKA

(IWE/IWT/IWS/IWP)

Zastosowanie stali konstrukcyjnych i wysokowytrzymałych

Instytut

Spawalnictwa

w Gliwicach

2.11

AW 22