NLMK DanSteel. FMV - Temadag og stålværksbesøg hos. Torsdag den 23 November Stig Rubæk. Metal-Consult

Transkript

1 FMV - Temadag og stålværksbesøg hos NLMK DanSteel Torsdag den 23 November 2017 Generelt om Varmvalsning af konstruktionsstål i et kvartovalseværk med fokus på: Metallurgiske aspekter vs. Mekaniske egenskaber af stål leveret iht.: - DS/EN : (ovn)normaliserede & valsede normaliserede svejselige finkornskonstruktionsstål ( N Stål) - DS/EN : Termomekanisk valsede svejselige finkornskonstruktionsstål ( M Stål) Stig Rubæk Metal-Consult

2 Stål Produktion Ref: Jernkontorets Årsberättelse 2015

3 Kvartovalseværk

4 Kvartovalseværk / Four High Rolling Mill

5 Work Roll Bending

6 CVC Continuously Variable Crown

7 Bredbåndsvalseværk / Hot Strip Mill Steckel Valseværk

8 1970-erne - Kontrolleret valsning AS/NZS 3678 : 1996 : Structural steel Hot-rolled plates, floorplates and slabs Controlled rolled hot rolling with control of both temperature and rolling reduction to achieve the desired mechanical properties and microstructure. Kontrolleret valsning varmvalsning med styring af både temperatur og tykkelses - reduktion for at opnå de ønskede mekaniske egenskaber og mikrostrukturer (manipulation af mikrostrukturen) Epokegørende / Forudsætning : Udviklingen af mikrolegerede finkornsstål - Nb/Cb, V og Ti som konstruktionstålet St 52-3, skibsbygningsstålet EH36 og pipeline stålene X60-X80 Thermomekanisk valsning Valseproces, hvor den sidst del af deformationen udføres i et bestemt temperaturområde. Dette giver en materialetilstand, hvor visse egenskaber ikke kan opnås eller genvindes ved en varmebehandling alene.

9 1980- erne - ACC-stål (TMCP)

10 1990- erne Standardiserede termer Definitioner DS/EN Normaliserende valsning - En valseproces, (som fører til leveringstilstanden N ), hvor den sidste del af deformationen udføres i et bestemt temperaturområde. Dette medfører, at materialetilstanden er ligeværdig med den, som opnås efter (ovn)normalisering, således at de foreskrevne værdier for de mekaniske egenskaber bibeholdes efter en eventuel (ovn)normalisering. NOTE: I internationale publikationer anvendes udtrykket "kontrolleret valsning" (Controlled Rolling) for både normaliserende valsning og termomekanisk valsning (TM). Alt efter anvendelsen af produkterne, har det imidlertid været nødvendigt at skelne imellem disse forskellige udtryk. DS/EN Thermomekanisk valsning En valseproces, hvor den sidst del af deformationen udføres i et bestemt temperaturområde. Dette giver en materialetilstand, hvor visse egenskaber ikke kan opnås eller genvindes ved en varmebehandling alene. NOTE 1: Efterfølgende opvarmning over 580 C kan nedsætte styrkeværdierne. Hvis temperaturer over 580 C er nødvendige, skal der henvises til leverandøren. NOTE 2: Termomekanisk valsning, som fører til leveringstilstanden M, kan omfatte processer med en accelereret køling med eller uden anløbning, herunder selv-anløbning, men uden direkte hærdning samt hærdning og anløbning. NOTE 3: I visse publikationer anvendes også termen TMCP (Thermomechanical Control Process)

11 2000-erne 2010-erne Magtfuld computerkraft muliggøre simuleringer af valseprocesserne og man kan holde styr på slabsens energitilgang og afgang Tykkere plader kan valses som N (+N & N) og M (TM, TCMP & ACC) kvaliteter, såvel produktivitetsmæssigt som kvalitetsmæssigt.

12 Recirkulering DS/EN Bæredygtighed S960Q (S1100Q/S1300Q) Livscyklus S690Q S460M/ML S355N/NL S235JR+AR

13 DS/EN del 3 - S275 N/NL, S355N/NL, S420N/NL, S460N/NL - DS/EN S355NL

14

15

16

17 DS/EN del 4 Svejsekonferencen 2005 Vingsted Centeret - S275M/ML, S355M/ML, S420M/ML -, S460M/ML - DS/EN S420ML

18

19

20

21 Styrkeøgning Dislokation Plastisk deformation Elastisk deformation Dislokationbarierer/-bremser udvidelse af det elastiske område Styrkeøgning: - Fremmedatomer (fx C og Mn) - Korngrænser (ved kornforfining) - Dislokationsforøgelse (deformationshærdning) - Fremmede faser (udskillelses hærdning) - Ordnede faser

22 Blokstøbning Ingot - /Mould Casting FMV 2017

23 Stålværkets hjerte

24 FMV 2017

25 Soft reduction

26

27 Varmvalsning Slabs temperatur Valse temperatur område Max. kulstof(carbon) indhold for svejselige konstruktionsstål i overensstemmelse med DS/EN 10025: C max = 0,24 %

28 Hvad foregår der imellem valserne?

29 Valseprocesser SDU Bredde valsning Konventionel varmvalsning / As-Rolled (+AR) Kvarto- valseværk CR / Normaliserende valsning (+N eller N) CR/TM /TMCP Termomekanisk valsning (M) TMCP+ ACC (M) ACC-udstyr

30 Valseprocesser til kreering af: Egenskaber Breddevalsning Konventionel valsning/ As-Rolled (+AR) Normaliserende valsning (+N or N) TM (M) TMCP/ ACC (M)

31

32 Egenskaber frembragt ved en valseproces. Varmvalsning I) Konventionel varmvalsning (Leveringstilstand as-rolled (+ AR)) En evt. breddevalsning udføres umiddelbart efter, at slabsen/blokken er udtaget af slabs/blokovnen. Slabs/bloktemperaturen er typisk 1250 C. Herefter vendes den breddevalsede slabs/blok, og længdevalsningen påbegyndes umiddelbart. Længderetningen på pladen omtales som hovedvalseretningen Det varmvalsede ståls struktur er relativt grovkornet (ASTM-kornstørrelse omkring 5-6, alt efter pladedimension). II) Kontrolleret (styret) valsning (CR-valsning = Çontrolled RoIling) Siden 30 erne er der udviklet kontrollerede (styrede) valseprocesser, som går under fællesbetegnelsen»kontrolleret valsning, forkortet CR (Controlled Rolling). CR-processerne omfatter en række processer, der som fælleskendetegn har det ene, at de sidste 20 % s deformation foregår under nøje temperaturkontrol, dvs. i et bestemt temperaturinterval.

33 DS/EN li.a) Normaliserende valsning ( + N eller N ) Valsningen udføres næsten som beskrevet under varmvalsning, men de sidste stik (tykkelsesreduktionen) udføres i det temperaturinterval, hvor stålet normalt (ovn)normaliseres, altså lige over A 3. De resulterende mekaniske egenskaber skal modsvare det (ovn)normaliserede produkt. Det er væsentligt at påpege, at stålstandarderne ikke skelner imellem de to processer. Dette betyder derfor, at en forbruger ikke i certifikatet, uanset type, kan få oplyst, hvilken type normaliseret stål forbrugeren har modtaget. li.b) TMCP-stål (Thermo Mechanical controlled Process) TMCP-valsning dækker over et antal forskellige valseprocesser. For de fleste af disse processer findes flere betegnelser, hvilket fra et forbrugersynspunkt kan være meget forvirrende. II.b.1) TM-stål (Thermo Mechanical Rolling) ( M ) Startvalsetemperaturen er normalt, men ikke nødvendigvis, en del lavere end for varmvalsning. Endvidere udføres slutvalsningen ved så lave temperaturer, at austenitten ikke rekrystalliserer, dvs, ved en temperatur lige over A 3 eller i tofaseområdet imellem A 3 /A 1, og der dannes derfor en finkornet struktur. I sidstnævnte tilfælde kan de højeste styrkeegenskaber opnås, idet der lidt populært sker en form for»kolddeformation» af de enkelte korn, som sammen med den finkornede struktur giver en mærkbar styrkeforøgelse, samt en god sejhed. ll.b.2) ACC-stål (Accelerated Controlled Cooling) (M ) En japansk udviklet proces til fremstilling af højstyrkestål med særdeles gode egenskaber, hvad angår lav kulstofækvivalent (CEV), omslagstemperatur mm. Udgangspunktet er et normaliseret valset/tm-stål. Den endnu varme plade føres igennem et langt køleanlæg (typisk m), hvori pladen afkøles styret fra ca. 800 C til ca. 600 C, alt efter ønskede egenskaber. Derefter afkøling i luft. Strukturen en ferritisk/finperlitisk/bainitisk

34 Egenskaber frembragt ved varmebehandling I) (Ovn) Normalisering (+ N eller N) ) Processen udføres ved at opvarme emnet til temperaturen over A 3 -linien (til austenitområdet) i en ovn. Efter en kort holdetid, afkøling i luft. Den opnåede struktur er finkornet ferritisk/perlitisk (ASTM-kornstørrelse 9-11, alt efter pladedimension). Man opnår herved en forbedring af flydespændingen såvel som en sænkning af omslagstem peraturen (en forbedring af slagsejhedsegenskaberne). De opnåede egenskaber er ækvivalente med egenskaber opnået ved normaliserende valsning. li) Q/T-stål (Quench/Tempering = (Martensit)hærdning/anløbning) På dansk er betegnelsen sejhærdning. Som den engelske forkortelse antyder, er der her tale om to varmebehandlingsprocesser. En hærdning til martensit (quenching) efterfulgt af en anløbning (tempering). Hærdningen udføres ved at opvarme et varmvalset produkt til en temperatur over A 3 -linien (til austenitområdet). Efter en kort holdetid sendes pladen igennem et hærdeanlæg, hvor selve brat-kølin gen og dermed martensitdannelsen finder sted. Vær opmærksom på, at martensithårdheden udelukkende er et spørgsmål om kulstofindholdet, hvilket indebærer, at stærkere stål har et højere kulstof indhold Anløbningen udføres fx i en normaliseringsovn, og temperaturintervallet imellem 600 C og 660 C. Forbrugeren bør være opmærksom på, at producenten normalt angiver anløbningstemperaturen i certifikatet, idet en overskridelse af denne temperatur fx i forbindelse med en varmbearbejdning kan føre til en reduktion af stålets styrkeegenskaber.

35 Varmebehandling (Ovn) Normalisereng og sejhærdning Austenitisering Hærdning(Q) A C3 A C1 Anløbning(T) Luftafkøling Normalisering (N) Fin kornet perlit/ferrit Luftafkøling (N) Hærdet (Q) Martensit Basis materiale: Varmvalset produkt (As-rolled) Roll quenching udstyr Sejhærdet (Q/T) Anløbet martensit

36 ACC-treatment ( alloying with water ) Accelereted Continuous/Controlled Cooling DS/EN S420M TM-valset lavt legeret stål Ferritisk/bainitisk struktur DS/EN S460ML TM/ACC - behandlet u-legeret stål

37 Niob-udskillelser i hver trin af TMCP og deres effekt på forfinelsen af ferritkornene og udskilles-hærdning

38

39 Stahleisen : Progress in the development of production of heavy plates S355-S460ML up to 100 mm at NLMK DanSteel By Eugene GOLI-OGLU, Zibrandt GREISEN, Yuriy BOKACHEV Denmark, DK-3300, Frederiksvaerk, Havnevej, 33 At the end of 2012 a new 4200 mm rolling mill was put into service at NLMK DanSteel. Since then the company has focused on production of heavy plates for construction, offshore, shipbuilding and boiler purposes, i.e. steel plates with higher mechanical properties. The company is constantly expanding its product programme with regards to and grades. As an example of this, the company at the end of 2014 expanded the range of thermomechanical rolled heavy plates, of structural steel of strength category S355ML, S420ML, S460ML up to 100 mm and received the achieved the approval for CE-marking of these grades. The article presents slab quality requirements, some features of production technology for specified quality and thickness categories as well as enhanced mechanical test results, including evaluation of the anisotropy of the hardness gradient and toughness up to -80 C, showing the actual level of low temperature impact toughness properties. Keywords: structural steel, heavy plate, thermomechanical processing, low temperature impact toughness, the anisotropy of mechanical properties Uddrag: Production processes The plates are being rolled according to an intensive mode of 3-staged thermomechanical rolling. This process makes it possible to obtain the required level of yield strength ( 410 MPa), sufficient impact energy at - 60 C in the longitudinal rolling direction, shift of Т critical to lower temperatures ( C) as well as increased homogeneity of properties over the thickness of plates. Lad os som eksempel tage produktionen af valsede plader i kvalitet S460ML. For at sikre det krævede høje niveau af slagsejhedsenergi i mm tykke plader med en minimum flydespænding på 410 N / mm2, skal nogle forudsætninger være til stede. En forbedret kvalitet af de strengstøbte slabs, snævrere tolerancer på legeringssammensætningen samt effektive former for termomekaniske processer. Således skal der gennem optimale temperatur og deformationsbetingelser sikres en maksimal kornforfining, optimal størrelse og fordeling af udskillelser samt en øget ensartethed af den endelige mikrostruktur gennem tykkelsen References:. Nan L. Study on the Section Inhomogeneity of VN Microalloyed Heavy Plate during Controlled Rolling // Materials Science Forum P Goli-Oglu, E.A., Éfron, L.I., Morozov, Yu.D. Effect of deformation regime on main stages of controlled rolling on pipe steel microstructure // Metal Science and Heat Treatment. Vol. 55, Issue 5-6, September 2013, P

40 Dansk Svejseteknisk Landsforening (DSL) Lydhastighed ved ultra-lyd i hhv. TMCP stål og alm. Stål v/ Anne-Marie Thommesen Force Technology

41 Altid godt og sjovt at gå lidt i dybden Men husk, når man fremstiller N - eller M-stål Så er det Egenskaberne det drejer sig om -ikke om det hedder CR, TMCP, N etc. T k for jeres opmærksomhed

42 Kulstofækvivalenten

43

44 = C+ Mn / 6 + (Cr+Mo+V) / 5 + (Ni+Cu) / 15

45 EN 1011-serien Retningslinjer for svejsning af metalliske materialer. DS/EN Del 1: Generel vejledning for lysbuesvejsning DS/EN Del 2 : Lysbuesvejsning af ferritiske stål

46 EN Anneks C.2 Forholdsregler mod hydrogenrevner Maks. kulstofækvivalent iflg.stålstandard Mn Cr Mo V Ni Cu CE C i %

47 EN Anneks C.2 Forholdsregler mod hydrogenrevner Maks. kulstofækvivalent iflg.stålstandard Mn Cr Mo V Ni Cu CE C i %

48 Bestem den kombinerede tykkelse

49 Bestem svejseprocedure og bestem hydrogenklassen samt evt. varmeinput Diffusibelt hydrogen ml/100 g i nedsmeltet svejsemetal Hydrogenklasse > 15 A B 5-10 C 3-5 D <3 E

50 Den anbefalede forvarmetemperatur eller den mindste varmeinput uden forvarmning kan bestemmes ud fra graferne. 1: Kombineret tykkelse 2: Varmeinput 3: Forvarmetemperatur 4: Hydrogenklasse 5: Kulstofækvivalent

51