23 października 2017


Stale drobnoziarniste (stale niskostopowe ulepszone cieplnie) są nowoczesnymi stalami przeznaczonymi na konstrukcje spawane. Stale te charakteryzują duże wartości granicy plastyczności (Re 500 do 1500 Mpa), duża wartość udarności, niska przejściowa temperatura kruchości i dobra spawalność. Służą do wytwarzania dźwigów, mostów, zbiorników ciśnieniowych, rurociągów, części maszyn budowlanych i drogowych, elementów budynków, wież, platform morskich, kadłubów statków i okrętów, obudów górniczych itp.

Ryszard Jastrzębski

W 1977 r. Japonia była krajem najbardziej rozwiniętym w produkcji stali drobnoziarnistych o bardzo dużej wytrzymałości /3/. W tabeli 1 zestawiono parametry wytrzymałościowe stali japońskich, polskich, europejskich i amerykańskich.
W przypadku stali HT50 wytrzymałość zwiększa się przez dodatki stopowe i w wyniku normalizacji. Stal JIS SM 50 Y stabilizowana niobem jest w wielu krajach wykorzystywana w rurociągach i w konstrukcjach przybrzeżnych i morskich. W USA do produkcji statków i konstrukcji oceanicznych wykorzystuje się stal typu Vanity. Stale WT60H, Fortiweld i HSB 55C pomimo niskiej udarności i ryzyka powstawania karbu nadają się do obrabianych plastycznie na gorąco konstrukcji z grubych blach. Aby uzyskać dobrą spawalność i udarność, powyżej wytrzymałości na rozciąganie 637 MPa, należy zastosować stale ulepszane cieplnie typu HT60 i HT100. Stal HT60 to ulepszona cieplnie stal HT50 typu Mn-Si (hartowana w wodzie i odpuszczana w 600-650 °C). Dodając do czystej stali typu HT50 niewielkie ilości Ni, Mo, Cu, V, B można uzyskać stosowane w konstrukcjach budowlanych, w zbiornikach ciśnieniowych, magazynowych, mostach i konstrukcjach wielkogabarytowych stale HT70, HT80 i HT100.
Pionierską stalą wysokowytrzymałą ulepszaną cieplnie była stal amerykańska T1 (w Polsce stal 14HNMBCu produkowana do celów zbrojeniowych w Hucie Stalowa Wola). W Osace ze stali HT80 zbudowano most o rozpiętości pomiędzy filarami 510 m. Stal HY80 ze względu na bardzo dużą udarność w niskich temperaturach wykorzystywana jest w łodziach podwodnych /3/.
Stal N-TUF33, która ma udarność niskotemperaturową porównywalną ze stalą 2,2% Ni i ma tę zaletę, że jest bardzo dobrze spawalna i jest szeroko stosowana na zbiorniki LPG (-45 °C). Do zbiorników na ciekły gaz ziemny (-162ºC) musimy stosować stal 9% Ni lub stopy aluminium 5083.
tab1Obok stali drobnoziarnistych z obróbki cielnej i mikrostopowych huty szwedzkie produkują stale termoplastycznie walcowane typu WELDOX o znacznie niższym równoważniku węgla.
Skład chemiczny stali ma duży wpływ na temperaturę przejścia w stan kruchy. Temperaturę przejścia w stan kruchy zwiększają: C, P, Mo, V, N, O, S, a pierwiastkami zmniejszającymi temperaturę przejścia w stan kruchy są: Mn, Ni, Ti, Al, Nb; pierwiastki Si, Cu, Cr nie mają na nią wpływu. Jeżeli przy spawaniu ręcznym z zakosami w pozycji pionowej do góry stali HT80, podwyższymy energię liniową do poziomu takiego jak dla stali miękkich, czyli od 60-80 kJ/cm, to wartość udarności spadnie do poziomu 30 J. Dlatego należy wiernie przestrzegać ograniczeń dotyczących energii liniowej.
Temperaturę przejścia Tr15 dla linii wtopienia dla stali od HT50 do HT80 da się przedstawić następującym wzorem /3/:

 Tr15(o C) = 400Ceqv– ⁴/₅(m+¹/₂β)–50

Ceqv=C+¹/₄₀Mn–¹/₂₀ Ni + ¹/₂₀Cr+ ¹/₈Mo

m – to martenzyt (w %)
β – to dolny bainit (w%)


Aby w pełni wykorzystać wysokie własności wytrzymałościowe tej grupy stali, należy przestrzegać wytycznych producentów stali i norm przedmiotowych np.: SEW-088 począwszy od fazy konstruowania, poprzez dobór odpowiednich zabiegów technologicznych, do ścisłego ich wykonywania w warunkach produkcji. Zabiegi technologiczne, na które należy zwracać szczególną uwagę to: cięcie termiczne, przeróbka plastyczna na zimno i w podwyższonych temperaturach oraz proces spawania obejmujący podgrzewanie wstępne, sczepianie, spawanie i wygrzewanie po spawaniu. Grupa stali drobnoziarnistych jest wrażliwa na pękanie na zimno, w związku z czym musimy przy przeróbce tych stali stosować odpowiednie zabiegi, aby się przed tym zabezpieczyć.
Zabiegi technologiczne, które to zapewnią, to /5/:

  • po cięciu termicznym sprawdzić penetrantem czy nie ma rozwarstwień /5/
  • podgrzewanie osuszające w temperaturze 80 °C (propanem powyżej 100 °C) /5/
  • po każdym ściegu należy odczekać, aby temperatura międzyściegowa spadła poniżej 250 °C /5/
  • spoiny sczepne należy wykonać 2 ściegami o długości ~100 mm /5/
  • wytrzymałość stopiwa pierwszego ściegu powinna być niższa od wytrzymałości stopiwa pozostałych ściegów /5/
  • w spoiwie nie może być pierwiastków mikrostopowych występujących w stali: niobu, wanadu i tytanu. Powinien być molibden, nikiel, ewentualnie bor
  • spawanie elektrodami niskowodorowymi (pakowanymi próżniowo) ściegami prostymi o szerokości mniejszej od 12 mm, z ograniczeniem energii liniowej łuku do 1 000 J/cm na każdy mm grubości blachy (do 20 mm); w Japonii przy spawaniu stali HT80 dla grubości 6 do 12 mm energia liniowa nie powinna przekraczać 25 kJ/cm, dla grubości 13 do 19 mm nie powinna być większa od 35kJ/cm, a dla grubości 26 do 50 mm nie powinna przekraczać 48kJ/cm /3/
  • utrzymywanie temperatury międzyściegowej, do 25mm: od 150 °C, powyżej 25 mm: do 180 °C
  • wygrzewanie po spawaniu w temperaturze 200 – 280 °C, dla grubości powyżej 30 mm przez 2h, a w przypadku grubej blachy bezpośrednio po spawaniu zaizolować na szerokości 150 mm od ściegu w każdą stronę /5/