Erikoisterästen aihiokäsittelyt ja niiden vaikutus lopputuotteen ominaisuuksiin

Abstract

Tämän työn tarkoituksena oli tutkia kokeellisesti, miten erilaiset hehkutuspraktiikat vaikuttavat erikoisterästen vedynpoistoon, mikrorakennemuutoksiin aihiokäsittelyjen aikana ja lopputuotteen ominaisuuksiin. Työn kokeellisessa osiossa tutkittiin eräiden erikoisterästen valuaihioiden jäähdytyksen ja jäähdytyksen jälkeisissä hehkutuksissa tapahtuvien mikrorakennemuutosten vaikutusta lopputuotteiden ominaisuuksille. Kokeellisen osion tulosten perusteella tutkimuksessa käsitellyille erikoisteräksille valittiin niin sanottu ”hyvä” ja ”huono” hehkutusreitti ennen valssausta. Tämän jälkeen teräksille suoritettiin hehkutukset valittujen reittien mukaisesti ja hehkutusten jälkeen teräkset valssattiin TMCP-valssauksella ja DQ-jäähdytettiin Oulun yliopistolla. Valssatuille teräksille suoritettiin mikrorakennetarkastelut ja iskusitkeyskokeet.

Tehokkain ja luotettavin hehkutuspraktiikka teräslajeille 0.3C-0.5Mn-1.96Ni-0.5Mo ja 0.36C-0.4Mn-0.98Ni-0.3Mo vedynpoistohehkutuksen ja lopputuotteen ominaisuuksien kannalta oli hehkutuspraktiikka 2., jossa aihio jäähdytetään valulämpötilasta 100 °C lämpötilaan. Aihiota hehkutetaan kyseisessä lämpötilassa, niin kauan että lämpötila on homogenisoitunut rakenteessa. Tämän jälkeen suoritetaan kuumennus vedynpoistohehkutuslämpötilaan, joka on 580 °C. Vedynpoistohehkutuksen jälkeen teräs ilmajäähdytetään huoneen lämpötilaan, ja teräksen lämpötilan tasaantuessa suoritetaan austenointihehkutus 1280 °C lämpötilassa. Teräkset ovat mikrorakenteeltaan ferriittisiä hehkutuspraktiikalla 2., jolloin vedyn diffuusio on huomattavasti nopeampaa vedynpoistohehkutuksessa. Huonoin hehkutuspraktiikka lopputuotteiden ominaisuuksien kannalta kyseisille teräslajeille on hehkutuspraktiikka 1., jossa valettu aihio jäähdytetään suoraan vedynpoistohehkutuslämpötilaan. Tällöin teräksen mikrorakenne on austeniittinen 0.3C-0.5Mn-1.96Ni-0.5Mo -lajilla, jolloin vedyn diffuusio on huomattavasti hitaampaa kuin ferriittispohjaisessa mikrorakenteessa. Tällöin myös alttius vetyhauraudelle kasvaa. Teräslajeilla 0.32C-1.2Mn-0.08Ni-0.02Mo ja 0.25C-1.0Mn-0.4Ni-0.2Mo ei havaittu hehkutuspraktiikoiden ja lopputuotteen ominaisuuksien välillä merkittäviä eroavaisuuksia.

The objective of this study was to investigate the effects of slab heat treatments on hydrogen removal, microstructure transformations and properties of final product. In the experimental part of the study was researched the effect of cooling and annealing of cast slab on microstructure transformations and properties of final product. The results of experimental part of the study was choosen the best and the worst slab treatments of each special steels which were concerned in this study. Special steel slabs annealed according to these chosen treatments. Then the steels TMCP rolled and DQ cooled same way at the University of Oulu. Microstructure analyses and impact toughness tests were carried out to these rolled steels.

The most effective and reliable slab treatment for hydrogen removal annealing and properties was slab treatment number 2. for steels 0.3C-0.5Mn-1.96Ni-0.5Mo and 0.36C-0.4Mn-0.98Ni-0.3Mo. A casted slab is cooled from cast temperature to temperature of 100 °C and is heated to hydrogen removal annealing temperature of 580 °C. Hydrogen removal annealing takes 14 hours then slab is air cooled to room temperature. Then the slab is heated to an austenising temperature of 1280 °C. The microstructures of steels are ferritic within slab treatment number 2. Thus diffusion of hydrogen is the fastest compared to other slab treatments. The worst slab treatment for properties of final product was slab treatment number 1. In this case casted slab was cooled to hydrogen removal annealing temperature. Thus the microstructure of steel 0.3C-0.5Mn-1.96Ni-0.5Mo is austenitic and diffusion of hydrogen is significantly slower. Hydrogen fracture is relevant in this case. The correlations between different slab treatments and better properties of final product were not observed in steels 0.32C-1.2Mn-0.08Ni-0.02Mo and 0.25C-1.0Mn-0.4Ni-0.2Mo.