Slagseghet hos kalldragna sömlösa rör

Fakulteten för teknik och naturvetenskap Avdelning Maskin och Materialteknik Slagseghet hos kalldragna sömlösa rör Kartläggning av olika parametrars påverkan Impact toughness of cold drawn seamless tubes Survey of different influencing parameters Materialteknik C-uppsats Datum/Termin: 07-06-14 / VT -07 Handledare: Göran Larsson Examinator: Jens Bergström Karlstads universitet 651 88 Karlstad Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60 Information@kau.se www.kau.se

FÖRORD Detta projektarbete görs som en del av Civilingenjörsprogrammet i maskin- och materialteknik vid Karlstads Universitet. Arbetet har utförts vid Structo Hydraulics AB under perioden 2007-01-22 2007-04-13. Målet är att erhålla omslagskurvor för slagsegheten och utvärdera dessa vid olika tillstånd för stålet. Detta skall ge en uppfattning om den varierande slagsegheten och vilka de avgörande parametrarna hos kalldragna sömlösa rör är. Jag vill tacka alla som har hjälpt till och bidragit på alla sätt, och speciellt vill jag tacka: - Min handledare på Structo Hydraulics AB, Göran Larsson. - Min examinator, Jens Bergström - Per-Erik Andersson och Marko Mäkeläinen, Lab Structo Hydraulics AB - Kjell Eriksson och Maria Pilz, Lab Outokumpu, Storfors. - Anna Persson, Karlstad Universitet, som varit till stor hjälp vid mikroskopering. / II

SAMMANFATTNING Slagsegheten hos stål är komplext beroende av ett antal olika parametrar, som i olika grad påverkar varandra. Många betydande och viktiga ledtrådar har hittats som förhoppningsvis kan ge en bredare förståelse varför slagsegheten varierar och varför den inte alltid uppnås i nuvarande process. Studien har utförts på kalldragna sömlösa rör, med stålsort EN 10305-1. Projektet innefattar ett antal olika produkt specifikationer med olika dimensioner, med lite olika kemiska sammansättning. På grund av slagseghetskraven på industriella produkter var det viktigt att utvärdera vilka parametrar som påverkar. En utvärdering gjordes dels av resultat från slagseghetsprovning efter påverkande processer, och dels från utvärdering av stålets mikrostruktur. Förutom dimension och kemisk sammansättning, varierar processlinjens faktorer. Den första processen som påverkar är kalldragningen som i denna studie har haft reduktioner mellan 15% och 31%. Avspänningsglödgningens temperatur påverkar även, där temperaturerna 525 o C, 575 o C och 600 o C är de som använts på produkterna i projektet. Vissa av projektets produkter har även normaliserats, och resultaten tyder på att detta är en mycket viktig process om man ser till slagseghet. Målsättningen var att får fram omslagskurvor vid olika tillstånd av stålet. Utifrån dessa tillsammans med utvärdering av stålets mikrostruktur och kemisk sammansättning kunde flera diskussioner föras. Den viktiga slutledningen som kunde dras var att inga faktorer är ensam avgörande för slagsegheten i den här studien. Den kemiska sammansättningen påverkar ihop med processlinjens olika faktorer. Man bör ligga på en temperatur för avspänningsglödgning över 550 o C. Projektet visar även på att större dimensioner påverkar slagsegheten negativt. Två viktiga felmarginaler kan ha påverkat resultaten i projektet, dels positionen för vart anvisningen görs på provstaven i förhållande till rören och dels användandet av en praxis som beräknar resultat från provning med reducerade provstavar. En undersökning av dessa felmarginaler gjordes, och resultaten var tydliga. En mer noggrann provuttagning bör göras, och man bör vara mer försiktig vid användandet av praxisen. II

INNEHÅLL Förord... II Sammanfattning... II Innehåll...III 1 Inledning...1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Problembeskrivning... 1 1.3 Syfte... 1 1.4 Mål... 1 1.5 Företagsbeskrivning... 2 1.6 Produktions- och processbeskrivning... 2 1.7 Slagseghet... 6 1.8 Påverkande faktorer... 7 1.9 Omslagstemperatur (Ductile Brittle Transition Temperature, DBTT). 8 1.10 Stålet och dess kemiska sammansättning... 12 2 Genomförande...14 2.1 Metod... 14 2.1.1 Avgränsningar... 15 2.2 Provade artiklar (produktspecifikationer)... 15 2.3 Provberedning Slagprovning... 17 2.4 Provberedning Dragprovning... 18 2.5 Praxis för reducerade provstavar... 19 2.6 Provberedning mikroskopbedömning inneslutningar... 20 2.7 Provberedning mikroskopbedömning kornstorlek... 21 3 Resultat...22 3.1 Slagprovning... 22 3.2 Omvandlingstemperaturer, DBTT... 23 3.3 Dragprovning... 24 3.4 Bedömning Inneslutningar... 25 3.5 Bedömning kornstorlek... 26 3.6 Olika temperatur för avspänningsglödgning... 27 3.7 Jämförelse standardprovstav reducerad provstav... 28 III

3.8 Jämförelse position för anvisning... 29 4 Diskussion...30 5 Slutsatser...39 6 Källförteckning...40 Appendix 1. Kemisk sammansättning hos provade artiklar. 2. Slagseghet, omvandlingsområde och omslagstemperatur för provade artiklar (produktspecifikationer): 2.1. VCE075 2.2. VAE081 2.3. VCE100 2.4. VCE127 2.5. VCE162 2.6. VCE182 2.7. VAE202 2.8. LIX081 2.9. LIX100 2.10. LIX127 2.11. LIX162 2.12. LIX182 2.13. LIX202 3. Resultat slagseghet med procentuella skillnader. 4. Diagram. Jämförelse ämnen och jämförelse färdigställning. 5. Resultat Mekaniska egenskaper med procentuella skillnader. 6. Omslagstemperatur, DBTT beroende av kemisk sammansättning med extremfall. 7. Praxis för reducerade provstavar; utdrag ur Standard EN 10216-3 8. Mikrostruktur. Bilder från Mikroskopering. 9. Brottutseende. Bilder på brottytor hos provade artiklar. 10. Inneslutningar. Bilder från mikroskopering. IV

1 Inledning 1.1 Bakgrund Nya krav på industriella produkter i Europa innebär bland annat att krav på en hög slagseghet måste erhållas på kalldragna rör i framtiden. Det stål Structo Hydaulics AB använder sig av för dessa produkter är EN 10305-1, som är i ett varmvalsat tillstånd innan rören går in i processlinjen på Structo. De produceras i ett antal olika dimensioner, och har efter produktion följande mekaniska egenskaper: sträckgräns minimum 525 MPa, brottgräns minimum 600 MPa och en brottförlängning på minst 15%. Standardkravet på slagseghet är 27 J vid slagseghetsprovning i -20 o C, vilket innebär att materialet ska hålla för en hastig last på 27 J vid -20 o C. Structo levererar idag dessa produkter i begränsad omfattning beroende på att detta krav inte alltid kan uppfyllas i nuvarande process. 1.2 Problembeskrivning På grund av kraven på slagseghet är det nödvändigt att utvärdera de parametrar som påverkar. Dessa parametrar är främst mikrostruktur, kemisk sammansättning (framförallt svavelhalt), och temperatur för avspänningsglödgning. Utvärdering genomförs på sömlösa kalldragna rör framtagna enligt en normal processväg, och slagseghetens förändring iakttas efter varje process i produktionen. 1.3 Syfte Projektets syfte är delvis att Structo Hydraulics AB skall kunna kan använda sig av de resultat som projektet alstrar, men även att fördjupa kunskapen om slagseghet och dess deformationsmekanismer. 1.4 Mål Uppsatsens mål är att kunna redovisa omslagskurvor för olika tillstånd hos materialet. Dessutom ska en utvärdering visa hur materialets mikrostruktur samt provernas brottstruktur påverkar produkternas slagseghet vid leverans. Structo Hydraulics AB Sid 1 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

1.5 Företagsbeskrivning I Storfors i Östra Värmland har man en över 400 år gammal erfarenhet av järn och stål, den första rörtillverkningen började redan 1592. År 1866 bildades Storfors Bruk AB, och i slutet av 1890-talet anlade man det första rördrageriet i Sverige. Redan då var detta en lyckad investering med export till exempelvis Ryssland. 1918 tog Uddeholm över verken i Storfors. Verksamheterna delades upp 1984 i tre företag, där Structo DOM Europé AB var ett av dem. År 1992 bildades Structo AB och man var då inriktade mest på kalldragna och skalade rullpolerade rör. Structo Hydraulics AB är idag marknadsledande i Europa på produkter till hydraulikindustrin. Produkterna består av kalldragna sömlösa rör, kalldragna svetsade rör, skalade rullpolerade cylinderrör, kallformade rör och komponenter. På företaget finns nu ca 160 anställda. Ungefär tre fjärdedelar av produkterna går på export och denna är främst till Europa, till länder som Tyskland, Frankrike, England, Irland och Belgien. Kunderna är främst tillverkare av entreprenadmaskiner och tillverkare av hydrulikcylindrar, exempel på kunder är Caterpillar och Volvo. 1.6 Produktions- och processbeskrivning Material för produktionen har ett flertal olika leverantörer; Ovako Steel AB (Hofors), Vallourec & Mannesmann (med verk i både Mülheim, Tyskland och Saint Saulve, Frankrike), ISMT Limited (Baramati, Indien) samt några andra leverantörer (de namngivna är de leverantörer vilkas material testats i detta projekt). Den normala processvägen för kalldragna sömlösa rör kan beskrivas enligt följande: Normalisering Slaggriktning Uttag Betning Kallspetsning Kalldragning Avspänningsglödgning Färdigställning Figur 1. Flödesschema: Processvägen för kalldragna sömlösa rör. Structo Hydraulics AB Sid 2 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

Normalisering är en värmebehandlingsprocess som görs för att erhålla en mer finkornig struktur. Ett grovkornigt stål som genomgår normalisering får en struktur med mindre korn, finare kristallstruktur och därmed blir materialet segare vilket till exempel ger en ökad slagseghet. Materialet får även en högre hållfasthet. Genom bearbetning när stålet produceras, i detta fall valsas, värms materialet till en temperatur ovanför undre gränsen för austenitområdet, och austenitkornen blir väldigt grova. När materialet svalnar så bildas en grov struktur av perlit och ferrit. Denna grova struktur är normalt inte önskad, då slagseghet och hållfasthet är relativt dålig. Normaliseringen sker genom att stålet värms upp till en temperatur motsvarande härdningstemperaturen, i detta fall 900 o C, där hålls det under 1-2 timmar och det bildas då små austenitkorn. Stålet får sedan svalna i luft och ferrit utskiljs ur austenitkornen, och efter detta utskiljs även perlit. Stålet har alltså en finkornig struktur av perlit och ferrit efter normalisering. Slaggriktning utförs i riktmaskin, men syftet är inte att får röret rakt utan att bryta bort slagg från ytan. Betning kallas den process där man löser och avlägsnar oxider och ytföroreningar från valsning och värmebehandling med hjälp av svavelsyra. Detta är en förbehandling främst för kalldragningen, då en finare yta ger mindre friktion i dragbänken. Materialet (ämnena) får ligga utomhus och korrodera efter leverans för att underlätta betningsprocessen. Då rören rostat och fått ett hydrooxidskikt, sker en lättare reaktion med svavelsyran. Betning är en behandling som också rengör svetsfogar, men detta är inte relevant då projektet endast involverar sömlösa produkter. Slaggriktningen och betningen påverkar i princip inte provning av slagsegheten i den här studien, då dessa förbättrar ytan av rören, och provuttag görs inte vid ytan av rören. Kallspetsning är den process som förbereder rören inför dragning. Genom att forma ena röränden så kan röret fästas i backarna i dragbänken. Structo Hydraulics AB Sid 3 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

I Kalldragningen träs röret på en stång med en dragplugg, och den spetsade änden av röret fästes i tångvagnens gripbackar. Tångvagnen drar sedan röret genom en dragskiva för att få den önskade tvärsektionen och godstjockleken. Se Figur 2. Storlek på dragskiva bestämmer ytterdiameter, medan dragpluggens storlek bestämmer innerdiameter. Förutom önskad dimension, så erhålls även ökade mekaniska egenskaper samt en finare yta. I och med denna process försämras slagsegheten beroende på reduktionen. Större reduktion ger en ökad dislokationstäthet i mikrostrukturen, som i sin tur ger en ökad hållfasthet med minskad duktilitet och minskad slagseghet. Varmvalsat rör Dragskiva Tångvagnens backar griper tag i den spetsade röränden Stång för dragpluggen Figur 2. Dragbänksprocessen. Dragplugg Reducerad diameter och godstjocklek Structo Hydraulics AB Sid 4 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

Avspänningsglödgning är en värmebehandling som utförs med avsikt att minska de negativa effekter som kallbearbetning medför. En negativ effekt är utvecklandet av inre spänningar, dessa inhomogena inre spänningar består av såväl drag- och tryckspänningar i olika delar av rören. En annan negativ effekt är den ökade dislokationstätheten. Dessa medför en minskning i slagseghet och en ökning i mekaniska egenskaper. Man får alltså ett relativt hårt material efter kalldragningen. Avspänningsglödgning är en process som görs för att materialet ska genomgå återhämtning av dislokationsstrukturern, med en minskad dislokationstäthet. Stålet värms till en temperatur som ligger under A 1. Structo Hydraulics produkter avspänningsglödgas normalt i temperaturerna 525 o C, 575 o C eller 600 o C, beroende på rörens reduktion och kraven för mekaniska egenskaper. Tiden för hur länge stålet värmebehandlas beror på godstjockleken på rören, med kortaste tid på ca. 45 minuter och längsta tid på ca. 2 timmar och 20 minuter. Stålet för sedan svalna i luft. Den vanliga kallbearbetade strukturen består av ett stort antal oordnade dislokationer. När man värmer stålet så tillåter den tillagda termiska energin att dislokationerna i stålet kan röra sig och bilda gränser av en subgrained struktur. När detta sker så reduceras eller elimineras de inre spänningarna. Då densiteten av dislokationer i stort inte ändras, kommer de mekaniska egenskaperna hos materialet vara någotsånär likadana som innan processen, förmodligen lite lägre. Figur 3. Temperaturer för olika värmebehandlingar. [Karleboserien 16. (1985) Stål och värmebehandling. Utgåva 2.] Structo Hydraulics AB Sid 5 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

I de sista processerna, färdigställningsprocesserna, sker en riktning av rören, mätning, ultraljudsprovning, kapning och vissa produkter rostskyddsbehandlas. Riktningen av rören är den process som kan påverka slagsegheten, då denna process medför en kalldeformation av materialet som ger en ökad inhomogen dislokationstäthet, som i sin tur ger inre spänningar i materialet. Vissa produkter bearbetas ytterligare med skalning/rullpolering (bearbetar rörens inneryta, t.ex. hydraulikprodukterna), kallformning, svetsning och svarvning. Förstörande provning av materialet sker i företagets laboratorium, där produkterna främst drag- och slagprovas. Andra kundanpassade prover som utförs är utvidgningprov, plattningsprov, hårdhetsprov (Brinell och Rockwell) ringdragsprov och ringvidgningsprov. 1.7 Slagseghet En tung pendelhejare, w svänger genom sin båge, med start vid höjd h 1, träffar och slår av en provstav, och når en lägre slutlig höjd h 2. Se figur 4. Ur dessa två höjder kan skillnaden i potentiell energi uträknas. Denna energi är den energi som provbiten absorberar under bristning, ty lagen för bevarande av energin. Slagsegheten är alltså det arbete (den förbrukade energin) som krävs för att slå av provstaven. Slagseghet är ett mått på materialets förmåga att motstå slag utan att brista. Figur 4. Illustration av slagprovning. [Hertzberg, Richard W. (1996) Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials. Uppl. 4.] Structo Hydraulics AB Sid 6 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

1.8 Påverkande faktorer De faktorer som kan påverka slagseghet, och som undersöks i projektet är följande: Kemisk sammansättning, med vikt på följande legeringselement: o C, Kol o S, Svavel o Mn, Mangan o Mo, Molybden o V, Vanadin Mikrostruktur inklusive kornstorlek och inneslutningar. Dimension, leverantör och valsningsmetod. Processernas olika faktorer: o Normalisering o Reduktion i kalldragning o Temperatur för avspänningsglödgning Structo Hydraulics AB Sid 7 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

1.9 Omslagstemperatur (Ductile Brittle Transition Temperature, DBTT) Slagsegheten hos ett material är temperaturberoende, och minskar med minskande temperatur. Ur slagseghetskurvan kan ett speciellt område utskiljas, nämligen omvandlingsområdet. Detta område visar vid vilken temperatur materialet går från att vara segt till sprött. Vid högre temperaturer ter sig slagsegheten vara konstant, vilket visar på att materialet vid dessa temperaturer är segt. Samma teori gäller för låga temperaturer som visar på spröda brott. Diagram 1 nedan visar hur slagsegheten teoretiskt beror av temperaturen. På de flesta produkter inom stålindustrin vill man ha så sega material som möjligt, samtidigt som man håller kraven på mekaniska egenskaper. Det är alltså önskat att ha ett omvandlingsområde så långt till vänster i diagrammet som är möjligt, alltså vid så låga temperaturer som är möjligt. Omvandlingsområde Segt brott KV (J) Sprött brott Temperatur ( o C) Diagram 1. Slagseghet beroende av temperatur. Ur omvandlingsområdet kan en särskild temperatur, varvid materialet ändras från att vara segt till att vara sprött, bestämmas. Denna temperatur är omvandlingstemperaturen för materialet och betecknas DBTT (Ductile Brittle Transition Temperature). Då ett segare material som sagt är mer önskvärt än ett sprött vill man självklart att omvandlingstemperaturen är så låg som möjligt. Denna temperatur kan bestämmas genom ett antal olika metoder. Vanligtvis måste man ta hänsyn till olika kriterier då slagsegheten inte ändras diskontinuerligt. Information som kan beaktas är: Absorberad energi under slagseghetsprovningen. Alltså det av maskinen uppmätta värdet på slagseghet. Brott utseende. Omslagsuppträdande kan urskiljas genom att analysera provbitarnas yta efter brott. Lateral expansion. Denna mäter provbitarnas deformation på bredden. Structo Hydraulics AB Sid 8 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

1.9.1 Absorberad energi Det av maskinen uppmätta värdet ger ett värde på den energi som krävs för att få materialet att brista. Detta är det värde som idag industriellt används för att testa slagseghet, men det ger bara en antydan av hur brottmekanismen för slagseghet egentligen fungerar. Standardkraven idag ligger på 27J vid -20 o C för standardprovstavar. Omvandlingstemperaturen kan fås genom slagseghetskurvan för ett antal provningar vid ett antal olika temperaturer. Omvandlingstemperaturen i föreliggande studie definieras enligt följande: DBTT = T ( KV 50 % ) KV 50% = KV MAX + KV MIN 2 KV, (J) KV MAX KV 50% KV MIN DBTT Temperatur,( o C) Diagram 2. Beskrivning av Definition DBTT Structo Hydraulics AB Sid 9 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

1.9.2 Brottytans utseende För att få en uppfattning om omslagstemperaturen kan man förutom att titta på de slagseghetsvärden som slagprovningen ger, även titta på hur brottet ser ut. Detta kan göras genom två metoder, antingen så tittar man på brottytan i elektronmikroskop, eller så görs en uppskattning genom visuell bedömning. Vad man först och främst kan titta på med blotta ögat är hur brottytan ser ut, och avgöra huruvida brottet ter sig att vara segt eller sprött. Ett sprött utseende har en glittrig kristallin yta, och är i stort sett odeformerad om man ser till provets yta och kanter. Se Figur 5 för ett tydligt exempel. Ett segt brott å andra sidan har en mer deformerad yta, ibland lite gropig, och även provbitens bredd och höjd i anslutning till brottytan kan ha en deformation. Exempel på segt brott i Figur 6. Figur 5. Exempel sprött brott. VCE075 Ämne, slagprovat vid -60 o C Figur 6. Exempel segt brott. LIX127 Ämne, slagprovat vid 20 o C Ett annat sätt att analysera brottytor är att titta på så kallade skjuvläppar (shear lip), som på ett sätt är en vidare analys av ovannämnda teori. Skjuvläppar bestämmer hur stor procentuell del av brottytan som innehar ett utseende för segt brott. Antingen kan man använda nedanstående formel för beräkning av skjuvläppar, eller så kan dessa approximeras genom jämförelse med t.ex. ASTM Designation: E23 93a. Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials. (Figure 15). AB xy % shear lip = 100 AB Figur 7. Beräkning av skjuvläppar. [Hertzberg, Richard W. (1996) Deformation and Fracture Mechanics of Engineering Materials. Uppl. 4.] Structo Hydraulics AB Sid 10 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

1.9.3 Lateral Expansion Lateral Expansion är ett mått på provstavens deformation i sidled. Som med de andra metoderna visar även denna på en omslagskurva. Måttet kommer visa på små deformationer vid låga temperaturer, samt högre deformationer vid högre temperaturer. Figur 8. Metod för beräkning av lateral expansion. [ASTM Designation: E 23 93a, Standard Test Methods for Notched Bar Impact Testing of Metallic Materials.] Detta är mycket svårt att mäta, då felmarginalerna är stora vid visuell mätning, och det finns idag speciell teknik och mjukvara för både denna mätning och även för mätning av skjuvläppar. Structo Hydraulics AB Sid 11 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

1.10 Stålet och dess kemiska sammansättning Den kemiska sammansättningen i stålet påverkar självklart stålets egenskaper. Det stål som detta projekt har utförts på är STR525 (Structos beteckning), EN 10305-1. Det har en struktur av ferrit och perlit, med lite varierande kemisk sammansättning. Gränserna för legeringarna som finns med i detta stål och några av deras egenskaper är; C kol 0,15-0,20 % Kolhalten i stål ökar draghållfastheten och hårdheten stiger. Men den sänker duktiliteten, maskinbearbetningförmågan och segheten. S svavel 0,010-0,035% Svavel har en stor anknytning till mangan, och tillsammans bildar de mangan sulfider, MnS. Dessa har en negativ påverkan på slagsegheten, speciellt i rörens tvärriktning. Svavelhalten bestämmer vanligtvis mängden sulfider i stålet. Svavlet har en positiv inverkan på skärbarheten, och det är delvis därför denna legering finns närvarande i detta stål. Si kisel 0,15-0,50 % Kisel ökar stålets hållfasthet, och kan tillsammans med andra passande legeringar även öka segheten. Mn Mangan 1,25-1,60 % Mangan är en annan legering som ökar hållfastheten och hårdheten och även förbättrar härdbarheten. Som redan nämnts binder mangan effektivt svavel i stålet som inneslutningen Mangansulfid, MnS. Inneslutningen är mycket vanligt förekommande i olika mängder. Mangansulfiderna är ljusgråa och mycket mjuka. Det är därför mycket trovärdigt att Mangan tillsammans med svavel minskar slagsegheten, och därmed ökar omvandlingstemperaturen. Sulfider har även goda egenskaper, som till exempel en förbättrad skärbarhet. Ni Nickel 0,0-0,3 % Nickel förbättrar hårdhet utan att minska segheten hos materialet. Denna legering förbättrar härdbarheten. Cr Krom 0,0-0,3 % Krom påverkar många egenskaper positivt; hårdhet, seghet, slitstyrka, korrosionsmotstånd och ger en förbättrad härdbarhet. Mo Molybden 0,0-0,1 % Molybden är känt för att gynna bildandet av en finkornig struktur. Minskar hastigheten för svalning och förbättrar hårdhet och seghet i stålet. Även Molybden är en legering som ökar härdbarheten. Cu Koppar 0,0-0,3 % Koppar tillsätts ofta för att öka stålets motstånd mot atmosfärisk korrosion. Al Aluminium 0,015-0,05 % Små mängder, som i detta fall, hjälper till att bilda en finkornig struktur. V Vanadin 0,00-0,03 % Vanadin är en relativt viktig legering som kontrollerar korntillväxt under värmebehandling. Genom detta förbättras både hållfastheten och segheten. Structo Hydraulics AB Sid 12 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

Nb/Cb Niob/Columbium 0,00-0,05% Kan sänka DBTT en aning och hjälper till att bilda en finkornig struktur. N Kväve 0,00-0,014 % Denna legering är vanligtvis ej önskad i stål med en ferritisk perlitisk struktur, då den förekommer som en parasit och kan minska seghet genom utskiljning. P Fosfor 0,000-0,035 % Fosfor kan göra stålet sprött vid normal temperatur. Sn Tenn 0,00-0,08 % Ti Titan 0-36 PPM Ca Kalcium 0,00-0,0019 % 1003 0,00-0,41 % Kolekvivalent är max 0,52 för undersökta ståltyper. Mingränserna för mekaniska egenskaper på färdigställda produkter är: - Sträckgräns Rp0.2 min 525 MPa - Brottgräns Rm min 600 MPa - Brottförlängning A min 15% Slagsegheten för detta stål är varierad och beror förutom på legeringselementen även på produkternas dimensioner och på de olika processerna. Förteckning över de kemiska sammansättningarna för provade artiklar i projektet finnes i Appendix 1. Structo Hydraulics AB Sid 13 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

2 Genomförande Projektet omfattar en av de fem produkterna som tillverkas vid Structo, nämligen kalldragna sömlösa rör, och genomförs på produkter tillverkade enligt normal processväg där slagseghetens förändring följs i processtegen. Undersökningen omfattade i planeringen 3 olika tillverkningsposter men utökas under projektets gång. Handledare från Karlstad Universitet är professor Jens Bergström, och handledare hos företaget är Göran Larsson, kvalitetschef. 2.1 Metod Ett antal artiklar (produktspecifikationer) med olika dimensioner och chargenummer (olika kemisk sammansättning) slagprovas. Artiklarna dragprovas även för att erhålla de mekaniska egenskaperna hos materialet. Artiklarna som provas har gått lika processväg förutom en stor skillnad, nästan hälften av de provade artiklarna är normaliserade (LIXxxx) Hälften har haft en processväg utan normalisering, varvid två olika sorters artiklar används; VCExxx och VAExxx. Skillnaden på de två är att VCExxx rören genomgår en invändig skalning och rullpolering. Denna skillnad kommer dock inte påverka materialet i sig då det endast är en ytbehandling. De tre siffrorna, xxx, i artikelnamnen beskriver rörens dimension (till exempel; LIX100 har en innerdiameter på 100 mm). Slagproverna genomförs vid olika temperaturer för att sedan kunna visa resultat i form av omslagskurvor för de olika artiklarna. Provbitar av de provade materialen provbearbetas för att undersöka mikrostruktur, kornstorlek och inneslutningar. En annan artikel, BAE150, avspänningsglödgas i laborationsugn, för att få en uppfattning om skillnaden mellan olika temperaturer för denna värmebehandling. En undersökning av positionen av provstavarnas anvisning görs, för att se om detta kan vara en orsak till så stora varierande slagseghetsvärden. Den praxis för beräkning av resultat från reducerade provstavar undersöks genom jämförelse av samma material med två provstavar med olika bredd. Structo Hydraulics AB Sid 14 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

2.1.1 Avgränsningar Bestämning av kornstorlek och inneslutningar i materialet genomförs ej på alla provade artiklar och tillstånd på grund av tidsbrist. Istället förs en diskussion utifrån de resultat som fås av de undersökta proverna. Av de tre tidigare beskrivna metoderna för att bestämma omslagstemperatur, DBTT står den absorberande energin som huvudmetod, och en kortare visuell analys av brottytorna görs även. På grund av projektets tidsbegränsning och storlek mäts varken skjuvläppar eller lateral expansion. 2.2 Provade artiklar (produktspecifikationer) Tabell 1 nedan visar vilka artiklar som projektet innefattar, samt efter vilka processer slagprov utförs. På grund av missad provuttagning, kan slagprovning eller dragprovning efter vissa av processerna tyvärr inte genomföras (dessa är markerade med grått i tabellen). Dragprovning sker i mån av provmaterial, vid brist av material utförs först och främst slagprovning. Uttag är processen för att plocka ut rören ur lager, det är alltså ingen process som förändrar rören på något sätt. Fortsättningsvis i rapporten kommer därför denna process kallas Ämne, och hänvisar till leverantörernas kvalitet på rören. BK är förkortningen för kalldragningsprocessen, SRA för avspänningsglödgningen och FS för färdigställningen. Artikel Slagprov och dragprov utförs efter process Chargenr. VCE075 Uttag BK SRA FS 44764-V VAE081 Uttag BK SRA FS 42764-M VCE100 Uttag BK SRA FS 43464-V VCE127 Uttag BK SRA FS 43061-M VCE162 Uttag BK SRA FS Z8291-H VCE182 Uttag BK SRA FS 1423E-I VAE202 Uttag BK SRA FS 0509E-I LIX081 Uttag Norm. BK SRA FS 42764-M LIX100 Uttag Norm. BK SRA FS 43464-V LIX127 Uttag Norm. BK SRA FS 43061-M LIX162 Uttag Norm. BK SRA FS Z8281-H LIX182 Uttag Norm. BK SRA FS 1423E-I LIX202 Uttag Norm. BK SRA FS 0762E-I Tabell 1. Förteckning över provade artiklar Structo Hydraulics AB Sid 15 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

Förutom dimension och charge (kemisk sammansättning) så skiljer sig artiklarna genom två processfaktorer, nämligen rörens reduktion i kalldragning och temperaturen för avspänningsglödgningen. Dessa finns angivna i Tabell 2 nedan. Normalisering för LIX-artiklarna sker vid samma temperatur, 900 o C. Artikel BK reduktion SRA Temp. VCE075 23 % 525 o C VAE081 30 % 575 o C VCE100 30 % 575 o C VCE127 31 % 575 o C VCE162 19 % 600 o C VCE182 12 % + 14 % 575 o C VAE202 9 % + 8 % 525 o C LIX081 30 % 575 o C LIX100 30 % 575 o C LIX127 31 % 575 o C LIX162 19 % 575 o C LIX182 12 % + 13 % 575 o C LIX202 9 % + 8 % 525 o C Tabell 2. Reduktion kalldragning och temperaturer för avspänningsglödgning för artiklar. Structo Hydraulics AB Sid 16 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

2.3 Provberedning Slagprovning Slagproven genomförs enligt standard SS-EN 10 045-1 på Structo Hydraulics AB i deras Wolpert maskin. Standardprovstaven är 55 mm lång med bredd och tjocklek 10 mm. Se Figur 9. På mitten av provstaven skall en anvisning finnas, denna skall vara V- formad med 45 o, 2 mm djup och ha en krökningsradie i botten på 0,25 mm. De slagprov som görs med en V-anvisning kallas för Charpy-V. (Det går även att ha en U-anvisning med ett djup på 5mm och 1 mm krökningsradie, men i detta projekt används enbart provstavar med V-anvisning). Alla artiklar tillåter inte uttagning av provstavar med de standardiserade måtten, därför är det tillåtet att använda provstavar med reducerad tvärsektion, d.v.s. med bredden 5 mm eller 7,5 mm. I detta projekt används alla tre måtten. Provstavarna maskinbearbetas; fräses, kapas och anvisningsmärkes på ett sådant sätt att materialet inte genomgår någon större plastisk deformation. Inga märkningar av provbitarna får göras på ett sådant sätt att dessa är i kontakt med maskinens stöd. Provbitarna placeras i ett kärl med aceton. Därefter används kolsyresnö som kylmedium. Provbitarna skall ligga i sitt kylmedium minst 5 minuter för genomkylning. Provbitarna tas upp ur kylmedium med en tång, för en så liten temperaturökning som möjligt. Tiden från det att provstaven tas upp ur kylmedium tills det att den slås av får inte överstiga 5 sekunder. Figur 9. Provstav enligt Charpy-V. Hur slagsegheten påverkas av reducerade provstavar undersöks genom uttagning av standardprovstavar och reducerade provstavar med bredd 5 mm, som sedan slagtestas i -20 o C och 20 o C. Materialet som används till denna undersökning är LIX182, To. 43215 charge 2303E-I. Structo Hydraulics AB Sid 17 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

Då påverkan av anvisningarnas position undersöks används samma material, (LIX182 To. 43215 charge 2303E-I), men med anvisningar på olika sidor av standardprovstavar. Genom kallbearbetning så finns det som innan nämnts både dragoch tryckspänningar i rören. Utifrån spänningarna tas provbitar ut på tre olika sätt enligt figur 10, och slagtestas sedan i -20 o C och 20 o C. Figur 10. Provuttagning för undersökning av påverkan av anvisningens position. 2.4 Provberedning Dragprovning Dragproverna utförs i dragprovsmaskinen Zwick Z250 på Structo Hydraulics. Proverna bearbetas genom utsågning och fräsning. Provstaven sågas ut på samma sätt som provstavarna för slagseghetprovning, de är dock mycket längre. Provstaven sågas något smalare på mitten, se figur 11. Provstavens geometri varierar på grund av rörens dimensioner, detta påverkar ingenting då provstavens mått läggs in i mjukvaran för provningen. Testresultat fås direkt ur data från dragprov i form av sträckgräns, Rp 0.2 (MPa), brottgräns, Rm (MPa) och brottförlängning, A (%). Figur 11. Provstav för dragprovning sedd från sidan Structo Hydraulics AB Sid 18 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

2.5 Praxis för reducerade provstavar Eftersom både standardprovstavar och provstavar med reducerad bredd använts i provningen så måste resultaten räknas om för att kunna jämföras. Detta har gjorts enligt standard EN 10216-3, se Appendix 7. Om bredden (W) av provstaven är mindre än 10 mm, så konverteras den uppmätta slagenergin till en kalkylerad slagenergi enligt följande: KV C KV = 10 W P, där KV C = Kalkylerad slagenergi. KV P = Uppmätt slagenergi. W = Bredd på provstav. Structo Hydraulics AB Sid 19 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

2.6 Provberedning mikroskopbedömning inneslutningar Undersökningar av inneslutningar utförs på tre prover; I. LIX100 To. 42481 efter process: BK II. VCE127 To. 42333 efter process: FS III. LIX182 To. 42485 efter process: FS Denna undersökning utförs i laboratorium på Karlstad Universitet. Provberedning går till på följande vis: 1. Provbitarna ingjutes för att underlätta fortsatt provberedning. Detta görs i Struers Predopress, och processen tar 20 minuter. 2. Sedan tvättas provbitarna med sprit i ultraljud ca 10 minuter. 3. Då stålet är relativt mjukt används slipskiva Allegro 6µm med blå lubrikant (smörjmedelsvätska) och diamantpasta-spray. Provbitarna slipas i 5 minuter med 20N tryck. Maskinen som används heter Struers Rotopol-21. 4. Provbitarna tvättas återigen med sprit i ultraljud i 10 minuter, samtidigt som maskinen rengörs noggrant för att undvika smuts som kan påverka provbitarnas yta. 5. Poleringsduk Mol 3µm används i första poleringssteget med röd lubrikant och diamantpasta-stick. Provbitarna poleras i 4 minuter med 25N tryck. 6. En bedömning av provbitarnas repor bekräftar att poleringsprocessen måste fortsätta ytterligare ett steg. Så provbitarna tvättas återigen i ultraljud i 10 minuter. 7. Den andra poleringsduken som används är Plus3µm med grön lubrikant och diamantpasta-stick. Proverna poleras i 3 minuter med 25N tryck. Efter denna polering bedöms proverna vara så pass fina att poleringsprocessen kan avslutas. 8. Provbitarna tvättas slutligen i ultraljud i 30 minuter. Structo Hydraulics AB Sid 20 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

2.7 Provberedning mikroskopbedömning kornstorlek Bestämning av kornstorlek utförs på Karlstads Universitets materiallaboratorium. Provberedning görs på Structo Hydraulics och på Outokumpu, Storfors enligt följande: 1. Provbitarna slipas med slippapper, storlek: 180, 220, 500 och 1000. Detta görs för hand. 2. Provbitarna poleras för hand på Outokumpu i Struers Rotopol. Poleringsduk DP- Plus 3 µm med blå lubrikant används. 3. Till sist etsas provbitarna med NITAL (3% HNO 3 och etanol). Mellan varje steg tvättas provbitarna noggrant med sprit. Vid beräkning av kornstorlek används mjukvara Leica med intercept-metoden med tre cirklar. Därefter kontrolleras resultat med standard, SS 11 11 01. Structo Hydraulics AB Sid 21 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

3 Resultat 3.1 Slagprovning Artikel Provning efter Temperaturer -60 o C -50 o C -40 o C -30 o C -20 o C -10 o C 0 o C 10 o C 20 o C VCE075 Ämne 11 20 56 87 115 BK 6 7 10 21 43 SRA --- --- --- --- --- FS 17 35 43 41 67 VAE081 Ämne 45 77 96 147 146 BK --- --- --- --- --- SRA 7 10 14 25 60 FS 7 12 10 26 52 VCE100 Ämne 15 51 56 67 93 111 144 BK --- --- --- --- --- --- --- SRA --- --- --- --- --- --- --- FS 34 32 38 38 42 54 70 VCE127 Ämne 65 81 73 93 131 138 170 BK --- --- --- --- --- --- --- SRA --- --- --- --- --- --- --- FS 19 13 9 13 16 41 VCE162 Ämne 9 22 31 47 62 BK 6 7 11 9 16 SRA --- --- --- --- --- FS 8 13 22 21 49 VCE182 Ämne 42 42 56 84 90 124 121 BK --- --- --- --- --- --- --- SRA --- --- --- --- --- --- --- FS 36 39 58 50 96 92 102 VAE202 Ämne 31 42 59 85 125 BK --- --- --- --- --- SRA 7 15 18 27 46 FS 9 8 24 26 52 LIX081 Ämne 34 56 110 116 144 Norm. 144 169 184 180 179 BK 13 26 51 88 92 SRA 58 106 117 132 128 FS 69 85 126 132 140 LIX100 Ämne 15 51 56 67 93 111 144 Norm. 173 187 171 179 BK 36 72 68 80 82 86 82 86 SRA 88 80 94 112 116 106 108 112 FS 92 92 100 106 108 108 106 LIX127 Ämne 65 81 73 93 131 138 170 Norm. 131 160 180 175 BK 34 33 110 70 65 97 99 SRA --- --- --- --- --- --- --- FS 40 83 81 100 93 97 103 LIX162 Ämne 27 34 58 68 116 Norm. 77 100 132 153 157 BK 14 27 41 44 98 SRA 30 42 68 138 135 FS 24 46 54 108 112 Structo Hydraulics AB Sid 22 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

-60 o C -50 o C -40 o C -30 o C -20 o C -10 o C 0 o C 10 o C 20 o C LIX182 Ämne 42 42 56 84 90 124 121 Norm. 82 122 148 156 BK --- --- --- --- --- --- --- SRA --- --- --- --- --- --- --- FS 22 14 30 22 30 22 66 LIX202 Ämne 27 38 51 69 85 Norm. 43 44 72 95 120 BK --- --- --- --- --- SRA 19 36 41 52 92 FS 21 30 36 70 71 Se Appendix 2 för sammanfattade diagram inklusive omslagsområden för de olika artiklarna. Se Appendix 3 för procentuella skillnader mellan de lika processerna. 3.2 Omvandlingstemperaturer, DBTT Resultat beräknade enligt definitionen för DBTT = T(KV 50% ) Artikel Provning efter DBTT ( C) KV(DBTT) (J) LIX081 Ämne -27,8 89J Norm. -44 164J BK -19,2 52,5J SRA -44,6 95J FS -30,5 104,5J LIX100 Ämne -5,2 79,5J Norm. -30 180J BK -43,1 61J SRA -27,8 98J FS -20 100J LIX127 Ämne -3,6 117,5J Norm. -23,1 155,5J BK 0,5 66,5J SRA --- --- FS -32,7 71,5J LIX162 Ämne 1,5 71,5J Norm. -29,4 117J BK 4,4 56J SRA -15,4 84J FS -14,8 68J LIX182 Ämne -10,4 83J Norm. -21,5 119J BK --- --- SRA --- --- FS 14,1 40J LIX202 Ämne -14,4 56J Norm. -11,7 81,5J BK --- --- SRA 1,8 55,5J FS -14,1 46J Artikel Provning efter DBTT ( o C) KV(DBTT) (J) VCE075 Ämne -15,5 63J BK 3,2 24,5J SRA --- --- FS 0,8 42J VAE081 Ämne -20 96J BK --- --- SRA 4,9 33,5J FS 2,7 29,5J VCE100 Ämne -5,2 79,5J BK --- --- SRA --- --- FS 7,5 51J VCE127 Ämne -3,6 117,5J BK --- --- SRA --- --- FS 13,6 25J VCE162 Ämne -14,4 35,5J BK 5,7 11J SRA --- --- FS 5,4 28,5J VCE182 Ämne -10,4 83J BK --- --- SRA --- --- FS -5,9 69J VAE202 Ämne -5,4 78J BK --- --- SRA -1,1 26,5J FS 3,1 30J Se Appendix 2 för diagram med de olika omvandlingsområdena. Structo Hydraulics AB Sid 23 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

3.3 Dragprovning Artikel Provning efter Rp 0.2 (MPa) Rm (MPa) A (%) VCE075 Ämne 311 524 28,18 BK 709 719 10,35 SRA --- --- --- FS 613 682 16,38 VAE081 Ämne 359 530 29,15 BK --- --- --- SRA 596 664 16,86 FS 592 666 15,66 VCE100 Ämne 325 502 28,19 BK --- --- --- SRA --- --- --- FS 626 711 15,17 VCE127 Ämne 332 505 29,56 BK --- --- --- SRA --- --- --- FS 596 681 13,22 VCE162 Ämne 340 525 21,23 BK 695 719 10,17 SRA --- --- --- FS 609 696 15,99 VCE182 Ämne 326 493 26,07 BK --- --- --- SRA --- --- --- FS 542 636 18,45 VAE202 Ämne --- --- --- Utfördes ej pga brist av provmaterial BK --- --- --- SRA 543 638 17,67 FS 544 641 17,02 LIX081 Ämne 342 503 27,72 Norm. 359 507 29,52 BK 662 679 11,24 SRA 526 600 19,9 FS 564 641 18,01 LIX100 Ämne 325 502 28,19 Norm. --- --- --- Utfördes ej pga brist av provmaterial BK 692 712 11,6 SRA 522 600 21 FS 554 627 21 LIX127 Ämne 332 505 29,56 Norm. --- --- --- Utfördes ej pga brist av provmaterial BK 658 684 12,11 SRA --- --- --- FS 542 622 19 LIX162 Ämne 331 502 25,95 Norm. 353 489 28,91 BK 635 654 11,19 SRA 503 591 20,41 FS 514 602 18,31 LIX182 Ämne 326 493 26,07 Norm. --- --- --- Utfördes ej pga brist av provmaterial BK --- --- --- SRA --- --- --- FS 557 651 16,83 LIX202 Ämne --- --- --- Utfördes ej pga brist av provmaterial Norm. 342 513 28,02 BK --- --- --- SRA 579 678 18,22 FS 566 671 18,05 Se Appendix 5 för procentuella skillnader mellan processerna. Structo Hydraulics AB Sid 24 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

3.4 Bedömning Inneslutningar 3.4.1 Oxider Undersökning av oxider gav inga mätbara resultat, då de få oxider som fanns var för små för att mätas enligt standarder. 3.4.2 Mangansulfider Resultaten är medelvärden från 3 olika punkter på provbiten. Mangansulfider Prov 1 Prov 2 Prov 2 LIX100 VCE127 LIX182 Grupp (SS 11 11 11) 0-1 1 2,5 Tjocklek sulfider (µm) 0,73 1,32 1,56 För bilder av mangansulfiderna, se Appendix 10. Structo Hydraulics AB Sid 25 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

3.5 Bedömning kornstorlek Medelvärde tas från 3 olika punkter på provbit. Artikel Efter process Punkt Antal korn Medelintercept ASTM VAE081 Ämne 1 102 24,8 7,4 2 79 28,2 7 3 86 29,8 6,8 Medel 89 27,6 7,1 VAE081 FS 1 87 29,4 6,9 2 96 27,9 7 3 95 27,5 7,1 Medel 92,7 28,3 7 LIX081 Ämne 1 89 28,7 7 2 171 29,9 6,8 3 72 31,7 6,7 Medel 110,7 30,1 6,8 LIX081 Norm. 1 82 15,8 8,7 2 96 14,5 8,9 3 106 13,6 9,1 Medel 94,7 14,6 8,9 LIX162 Ämne 1 58 22,5 7,7 2 97 16,7 8,5 3 97 13,2 9,2 Medel 84,0 17,5 8,5 Se bilder av mikrostruktur i Appendix 9. Structo Hydraulics AB Sid 26 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

3.6 Olika temperatur för avspänningsglödgning Slagseghet BAE150 Temp. ( o C) -40-30 -20-10 0 10 20 500 o C 19 9 10 8 9 16 12 550 o C 7 8 8 10 10 13 15 600 o C 5 10 9 14 19 42 33 KV (J) Slagseghet beroende av temperatur efter avspänningsglödgning 50 40 30 20 10 0-50 -40-30 -20-10 0 10 20 30 Temp. (C) 500 550 600 Diagram 3. Slagseghet beroende av temperatur för avspänningsglödgning. Dragprovning Rp 0.2 (Mpa) Rm (Mpa) A (%) 500 o C 683 735 13,17 550 o C 658 723 13,87 600 o C 600 678 15,38 Mekaniska egenskaper beroende på temperatur för avspänningsglödgning MPa 800 600 400 200 0 500 550 600 Temp. avspänningsglödgning 16 15,5 15 14,5 14 13,5 13 12,5 12 % Rp 0.2 (Mpa) Rm (Mpa) A (%) Diagram 4. Mekaniska egenskaper beroende av temperatur för avspänningsglödgning. Structo Hydraulics AB Sid 27 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

3.7 Jämförelse standardprovstav reducerad provstav Standardprovstav jämförd med reducerad provstav (5x10mm) -20 o C 20 o C 10x10mm 74 133 71 114 85 148 Medel 77 132 5x10 mm uppmätt 45 54 37 51 40 52 Medel 41 52 5x10 mm beräknad efter praxis (Se kap. 2.5) 81 105 Standardprovstav jämförd med reducerad provstav (5x10 mm) KV (J) 140 120 100 80 60 40 20 0-20 20 Temp. (C) 10x10mm 5x10 mm uppmätt 5x10 mm beräknad Diagram 5. Standardprovstav jämförd med reducerad provstav. Structo Hydraulics AB Sid 28 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

3.8 Jämförelse position för anvisning Jämförelse slagseghet beroende av position för anvisning -20 o C 20 o C Vid yttervägg 72 142 65 140 91 136 Medel 76 139 Vid innervägg 53 126 47 132 45 135 Medel 48 131 Anvisningen placerad vid rörets yttervägg Anvisningen placerad vid rörets innervägg Mitten av vägg 57 108 60 121 83 124 Medel 67 118 Anvisningen placerad vid mitten av rörets vägg Jämförelse slagseghet beroende av position för anvisning KV (J) 160 140 120 100 80 60 40 20-20 20 Temp. (C) Vid yttervägg Vid innervägg Mitten av vägg Diagram 6. Jämförelse slagseghet beroende av position för anvisning. Structo Hydraulics AB Sid 29 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

4 Diskussion En fullständig analys och jämförelse av alla artiklar i alla tillstånd gick tyvärr inte att utföra på grund av missad provuttagning vid ett flertal tillfällen. Mycket mer tid än planerat gick åt till praktiska moment, vilket kunde ha planerats mer effektivt. Trots detta gav resultaten ett bra underlag för diskussioner. Resultaten från provningen efter färdigställning för artikel LIX182 blev mycket dåliga. Omslagstemperatur för denna artikel beräknades till 14,1 o C, som är mycket högre än för övriga provade LIX-artiklar, som har en högsta DBTT på -14,1 o C. Vid den något senare utförda slagseghetsprovningen på samma order, som görs i produktionslinjen, så visade dessa resultat på ett medelvärde på 46 J vid -20 o C (jämför med 30 J vid -20 o C). Med tanke på detta kan man konstatera att provresultaten för denna artikel efter färdigställning är felaktiga. Detta kan ha hänt antingen genom felaktig provberedning eller också genom felaktig provuttagning. Hur som helst kommer dessa resultat att bortses från i vidare diskussion. DBTT Omslagstemperaturen ger en relativt klar bild av stålets slagseghetsegenskaper. Detta är dock ett beräknat värde, och man måste komma ihåg att teorin inte alltid överensstämmer med verkligheten till 100 procent. Omslagskurvorna är baserade på ett fåtal olika temperaturer med ganska stort avstånd mellan temperaturerna, vilket gör att man erhåller större omslagsområden än vid slagprovning som skett med mindre avstånd mellan slagtemperaturer. Det var dock inte tidsmässigt genomförbart att göra tester vid fler temperaturer än vad som gjorts. LIX-artiklarna har omslagstemperaturer som sträcker sig från -14,1 o C till -32,7 o C i färdigställt tillstånd, vilket kan vara ett godkänt område då kravet ligger vid -20 o C. DBTT sjunker betydligt under normalisering för alla artiklar utom LIX202 som höjs med 2,7 o C, men denna artikel har en ökad slagseghet vid alla provade temperaturer, så DBTT borde i teorin sjunka. Därför kan man ana att den beräknade DBTT inte stämmer överens med verkligheten för denna artikel. Genom kalldragningen höjs DBTT normalt, med undantag för LIX100. Minskningen i DBTT för LIX100 under kalldragning kan enkelt förklaras genom att titta på omslagskurvan för normaliserat tillstånd. Man kan där anta att kurvan för de provade temperaturerna inte når sitt omslagsområde, och att man befinner sig i den övre delen av kurvan som beskriver ett segt brott för alla provade temperaturer. Se Appendix 2. Artikel LIX100. Under avspänningsglödgning borde DBTT sjunka, men resultaten visar på både minskning och ökning, detta kan förklaras genom att en för låg temperatur för denna process har använts, detta tas upp ytterligare i senare del av diskussionen. Det kan även bero på omräknade värden för reducerade provstavar eller positionen för anvisningen, och detta diskuteras under Provuttagning och Reducerade provstavar. Detsamma gäller för resultaten på DBTT under färdigställningsprocessen. Structo Hydraulics AB Sid 30 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

Mikrostruktur Kravet på ämnenas kornstorlek är 7 eller finare (ASTM), och detta uppnås för två av de tre beräknade ämnena. Ämne på LIX081 (leverantör Vallourec & Mannesmann, Mülheim) ligger något under med 6,8. Detta är en liten skillnad som kan bero på felberäkning. Men om detta resultat stämmer så kan man ana att detta är en av faktorerna som medverkar till att Mülheim-material ofta är mer opålitligt, i hänseenden till slagseghetsresultat, än material från övriga leverantörer. I resultaten från kornstorleksberäkningen, 3.5 Bedömning kornstorlek, ser man dock en stor skillnad på ämne för LIX162. Denna har en kornstorlek som är relativt mycket mindre än de andra två. Ämnet kommer från Ovako Steel AB, Hofors. Om man jämför denna med LIX081, så har de ungefär lika legeringshalter förutom att man kan se större skillnader i mindre mangan, mindre fosfor och mer kisel i LIX162. Inget av dessa ämnen kännetecknas för att vara legeringar som medverkar till en finkornig struktur med små korn. Det är därför antagligen själva valsningen som har en avgörande roll för just detta ämne. För att sedan gå vidare på de två LIX-artiklarna kan det konstateras att även om LIX162 har en mikrostruktur med mindre korn, har denna inte bättre slagseghet, varken i ämnestillstånd eller färdigställt tillstånd. Att kornstorleken för VAE081 är nästan densamma vid ämne som efter färdigställningen, är ingen överraskning. VCE- och VAE-artiklar genomgår ingen värmebehandling som förändrar kornstorleken i stålet. Förändringen efter normalisering på LIX081 är också väntad, kornstorleken minskar från 6.8 till 8.9 (ASTM-skala). Det hade varit intressant att kartlägga kornstorleken för alla artiklar efter påverkande processer, men detta hade tyvärr blivit för tidskrävande. Från bilder tagna vid mikroskoperig kan man tydligt se ett samband mellan skillnader på kornstorlek och resultat från slagseghetsprover. Vid färdigställt tillstånd har de artiklar med bättre slagseghet mindre korn än de med sämre slagseghet. LIXartiklarnas bilder innan och efter normalisering fastställer de procentuella skillnaderna. Man kan dock inte helt koppla ihop slagsegheten med kornstorlek, LIX127 har betydligt mindre korn än LIX081, dock har LIX081 bättre slagseghet. DBTT för LIX081 ligger på -44 o C, medan LIX127 har en DBTT på -23,1 o C. Sambanden kan påverkas av att LIX081 provats med reducerade provstavar, läs mer om denna felmarginal i senare del av diskussionen. Structo Hydraulics AB Sid 31 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet

Diagram 7, nedan, visar slagsegheten beroende av kornstorlek för de artiklar som kornstorleken bestämts. Slagseghetsvärden i diagrammet är de resultat som erhållits vid slagseghetsprovning i -20 o C. Den rosa linjen i diagrammet hänvisar till de artiklar som kornstorlek bestämts vid ämnestillstånd, alltså innan materialet genomgått några produktionsprocesser. På dessa resultat ser man tydligt att slagsegheten inte beror på kornstorleken. Om slagsegheten hade varit beroende av kornstorleken hade ett högre ASTM-värde (mindre kornstorlek) gett högre slagseghet, alltså den rosa linjen hade haft en lutning åt andra hållet. Utifrån detta kan det konstateras att kornstorleken inte är ensam avgörande för slagsegheten. Slagseghet beroende av kornstorlek 200 150 KV (J) 100 50 0 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 Kornstorlek (ASTM) KV(ASTM) Ämnestillstånd Diagram 7. Slagseghet beroende av kornstorlek. Jämför man VCE- eller VAE-artiklar med LIX-artiklar ser vi att LIX-artiklarna har en mycket finare struktur med betydligt mindre korn. Om man tar hänsyn till kalldragningens reduktion, temperatur för avpänningsglödgning och procentuella skillnader för processerna vid jämförelse av dessa kan man konstatera att skillnaden är så pass stor att VCE- och VAE-artiklarna inte kommer att kunna komma i närheten av den mindre kornstorleken utan att dessa normaliseras. Därmed kommer VCE-VAE artiklarna med stor sannolikhet aldrig uppnå den slagseghet LIX-artiklarna har. Stålet har en mikrostruktur innehållande en mer eller mindre tydlig bandad struktur. Den bandade strukturen är ej önskad, men finns i samtliga provade artiklar och den påverkas av kolhalten i stålet. Den bandade strukturen blir mer tydlig vid högre kolhalt, och detta beror på att diffusionen inte skett lika effektivt som i de artiklarna med lägre kolhalter. Denna kan påverka slagsegheten negativt, men utan hårdhetsprover kan man inte konstatera att den bandade strukturen är hårdare än omgivande struktur. Ingen ordentlig jämförelse för detta har gjorts, men bilder av mikrostruktur tyder på att detta stämmer för de provade artiklarna och dess slagseghet. Structo Hydraulics AB Sid 32 (40) 2007-06-28 Karlstad Universitet