STALE NISKOSTOPOWE DO PRACY W
BARDZO NISKICH TEMPERATURACH
IWE III
4 godz.
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 1
Normalne temperatury eksploatacji w strefie umiarkowanej do  40oC.
W pewnych obszarach konstrukcje pracują w temperaturze do  60oC.
Niektóre konstrukcje mają kontakt z zimnymi mediami, których temperatura jest
znacznie niższa.
Spośród różnych materiałów (stopy miedzi, aluminium, itp. najszersze zastosowanie
znalazła stal.
Podstawowe kryterium przydatności do pracy w niskiej temperaturze jest:
-temperaturą przejścia w stan kruchy, mierzona różnymi parametrami:
- udarność -KV,
- parametry mechaniki pękania - K, CTOD, J.
Temperatura przejścia w stan kruchy jest charakterystyczna dla struktury ferrytycznej.
Nie wykazuje tego struktura austenityczna, lub wykazuje w bardzo małym stopniu.
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 2
Konstrukcje narażone na niskie temperatury:
1. eksploatowane w warunkach arktycznych: lodołamacze, koparki, dz
wigi
2. statki do przewozu ciekłych gazów skroplonych: LPG (-50oC), LNG (-160oC)
3. Zbiorniki do magazynowania ciekłych, skroplonych gazów,
4. Cysterny przewożące gazy skroplone,
5. Elementy instalacji chłodzących lub odgazowujących.
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 3
Wpływ podstawowych składników na temperaturę przejściową stali
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 4
Grupy stali przeznaczonych do zastosowań niskotemperaturowych:
1. Stale niskowęglowe uspokojone, drobnoziarniste odmiany plastyczności E
wg towarzystw Klasyfikacyjnych (min. 27J w  30oC)
2. Stale mikrostopowe z Nb stosowane do budowy zbiorników na gazy płynne
oraz na konstrukcje pracujące w warunkach arktycznych (15G2ANb)
3. Stale ulepszane cieplnie niskostopowe i wysokostopowe o różnym zakresie
temperatur przejścia w stan kruchy
4. Stale niklowe o zawartości 2,5% Ni  stosowane na zbiorniki ciekłego
propanu (-42 st.C)
5. Stale o zawartości 3,5% Ni  na zbiorniki CO2 (-78oC) i etanu (-89oC)
6. Stale o zawartości 9% Ni  zbiorniki etylenu (-104oC) oraz azot (-196oC)
7. Stale austenityczne 18%Cr-8%Ni w zależności od stabilizacji austenitu  do
temperatury  253oC (wodór), -270oC (hel)
8. Stopy żelazo-nikiel typu Inwar, gdy wymagana jest duża stabilność
wymiarowa
9. Stopy Al+4,5Mg
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 5
Typowe zakresy zastosowań niskotemperaturowych:
-stale do pracy przy temp. obniżonych, do około  60oC
-Stale niskotemperaturowe, do około  100oC
-Stale i stopy kriogeniczne, pracujące poniżej  100oC.
-Zastosowania na zbiorniki skroplonych gazów:
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 6
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 7
Wpływ niklu na ciągliwość stali:
80J  udarność zadawalająca
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 8
Dla stali 9%Ni zastosowanie obróbki cieplnej daje możliwość stosowania do  200oC
Obróbka cieplna:
1.
-normalizowanie 900oC
-Normalizowanie 790oC (niezupełne przekrystalizowanie- ferryt+austenit  powolny spadek udarności z
temp.)
-Wyżarzanie 565oC, min. 2 godz.
2.
Dwukrotne hartowanie + odpuszczanie (jeszcze lepsza ciągliwość).
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 9
Wpływ austenitu szczątkowego na udarność stali 9%Ni w niskich temperaturach
Im większa zawartość austenitu szczątkowego,
międzylistwowego, tym wyższa udarność.
Płytkowy austenit powstały w czasie
wygrzewania w 790oC istnieje między listwami
martenzytu. W czasie odpuszczania austenit ulega
częściowej sferoidyzacji  polepsza się udarność,
lecz może być niekorzystna, gdy istnieje
narażenie na działanie wodoru (powoduje to
spadek udarności). W takim przypadku stosuje
się nagrzewanie wielocykliczne szybkie  np.
przy spawaniu TIG.
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 10
Spawalność stali do pracy w niskich temperaturach
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 11
Stale te zawierają mało zanieczyszczeń, mało węgla, posiadają niski równoważnik węgla.
Nie występuje tu problem pękania na zimno.
Problemem jest uzyskanie odpowiedniej udarności w określonej temperaturze.
-Należy zastosować specjalne materiały dodatkowe dające metal spoiny o odpowiedniej
udarności.
-Należy stosować odpowiednią technologię spawania, zapewniającą spełnienie wymagania
j.w w spoinie i SWC.
Np. spawanie stali 15G2ANb  prowadzi się:
-techniką wielościegową,
-mała energia liniowa spawania.
Daje to drobnoziarnistą strukturę wyżarzoną kolejnymi ściegami.
Dla ograniczenia skłonności do pękania na gorąco należy ograniczyć temperaturę
międzyściegową do około 150oC
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 12
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 13
Przykład
zastosowania stali
NV 2-4 na
zbiorniki LPG
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 14
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 15
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 16
Spawanie stali 2,5 i 3,5%Ni
-MMA, prąd stały +
-MIG (argon, mieszanki)
-Materiały dodatkowe-skład jak MR
-Stale 3,5%Ni  skłonność do pękania zimnego dla
dużych grubości  konieczne podgrzewanie wstępne,
utrzymanie min. Temp. międzyściegowej, elektrody
niskowodorowe, suszone.
Spawanie stali 5-9%Ni
 wszystkie metody spawania,
-materiały dodatkowe o składzie chem. MR, lub na
bazie Ni albo Cr-Ni lecz trudno osiągnąć
Re>530MPa,
-specjalne materiały dodatkowe  0,05%C,
12,25%Mn, 18,2%Cr, 2,6%Mo, 12,8%Ni, 0,15%N.
-Do g=35mm odprężanie nie jest wymagane, gdyż
może wywoływać kruchość odpuszczania,
-energia liniowa<3kJ/mm, temp. podgrz.
wstępnego< 100-150oC.
- zauważa się nieznaczny wzrost HV w SWC
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 17
Dwa zbiorniki kuliste na etylen- firma Tissot S.A.
Francja 1999r. Grubość ścianek 32,7mm
Elektrody OK92.55 fi 3,25; 4mm;
Warunki spawania:
J=100-140A, U=20-23V, v=4-12cm/min, Tmax<100oC.
Ukosowanie X niesymetryczne kąty rowka 50o, 65o,
ilość ściegów 18
KTMM i Spawalnictwa P.G Materiały i ich zachowanie przy spawaniu dr inż. Tomasz Kozak IWE III 2_13 18