FI112381B - Ultralujia kaksifaasiteräksiä, joilla on erinomainen kryogeenisen lämpötilan sitkeys - Google Patents

Description

1 11238!

Ultralujia kaksifaasiteräksiä, joilla on erinomainen kryogeeni-sen lämpötilan sitkeys

Keksinnön ala Tämä keksintö koskee ultralujia, hitsattavia, niukasti seostettuja kak-5 sifaasiteräslevyjä, joilla on erinomainen kryogeenisen lämpötilan sitkeys sekä peruslevyssä että lämpövaikutusvyöhykkeellä (HAZ) niitä hitsattaessa. Lisäksi tämä keksintö koskee menetelmää tällaisten teräslevyjen valmistamiseksi.

Keksinnön tausta

Eri termit määritellään seuraavassa patenttimäärityksessä. Selvyy-10 den vuoksi tähän on liitetty termien sanasto välittömästi ennen patenttivaatimuksia.

Usein esiintyy tarvetta varastoida ja kuljettaa paineistettuja, haihtuvia nesteitä kryogeenisissä lämpötiloissa, ts. alle noin -40 °C:n (-40 °F) lämpötiloissa. Tarvitaan esimerkiksi säiliöitä, joissa varastoidaan ja kuljetetaan 15 nesteytettyä luonnonkaasua (PLNG) laajalla painealueella välillä noin 1 035 -7 590 kPa (150 - 1 100 psia) ja lämpötila-alueella välillä noin -123...-62 °C (-190...-80 °F). Tarvitaan myös säiliöitä, joissa varastoidaan ja kuljetetaan turvallisesti ja taloudellisesti kryogeenisissä lämpötiloissa muita haihtuvia nesteitä, joilla on korkea höyrynpaine, kuten metaania, etaania ja propaania. Jotta 20 tällaisia säiliöitä voitaisiin valmistaa hitsatusta teräksestä, teräksellä on oltava ’ riittävä lujuus kestääkseen nesteen paineen ja riittävä sitkeys estääkseen hal- ,· keaman syntymisen, ts. murtumistapahtuman käyttöolosuhteissa sekä perus- ; · teräksessä että HAZ-alueella.

Muutoslämpötila sitkeästä hauraaksi (DBTT) hahmottelee kaksi mur-,···, 25 tumistapaa rakenneteräksessä. Lämpötiloissa DBTT-pisteen alapuolella mur- . ’ * i, tuma teräksessä pyrkii tapahtumaan pienienergisen halkeamisen (hauraana)

* I

murtumana, kun taas lämpötiloissa DBTT-pisteen yläpuolella murtuma teräksessä pyrkii tapahtumaan suurienergisenä sitkeänä murtumana. Hitsatuilla te-: räksillä, joita käytetään varastointi- ja kuljetussäiliöiden valmistuksessa edellä ‘: 30 mainittuja kryogeenisen lämpötilan sovellutuksia varten ja muuhun kuormitusta kestävään, kryogeenisen lämpötilan käyttöön, on oltava DBTT-arvot, jotka ovat .**·. selvästi käyttölämpötilan alapuolella sekä perusteräksessä että HAZ-alueella, _ ’ * [ jotta vältyttäisiin murtumiselta pienienergisenä halkeamismurtumana.

: ·' Nikkeliä sisältävillä teräksillä, joita käytetään tavanomaisesti kryo- 35 geenisen lämpötilan rakennesovellutuksiin, esim. teräksillä, joiden nikkelipitoi- 2 112381 suudet ovat yli noin 3 paino-%, on alhaiset DBTT-arvot, mutta myös suhteellisen pienet vetolujuudet. Tyypillisesti kaupallisesti saatavilla 3,5 paino-% Ni, 5,5 paino-% Ni ja 9 paino-% Ni sisältävillä teräksillä on samassa järjestyksessä DBTT-arvot noin -100 °C (-150 °F), -155 °C (-250 °F) ja -175 °C (-280 °F) ja 5 samassa järjestyksessä vetolujuudet korkeintaan noin 485 MPa (70 ksi), 620 MPa (90 ksi) ja 830 MPa (120 ksi). Näiden lujuus-ja sitkeysyhdistelmien saavuttamiseksi nämä teräkset käyvät yleensä läpi kalliin prosessoinnin, esim. kaksoishehkutuskäsittelyn. Kryogeenisen lämpötilan sovellutusten kyseessä ollessa teollisuudessa nykyään käytetään näitä kaupallisia nikkeliä sisältäviä 10 teräksiä johtuen niiden hyvästä sitkeydestä alhaisissa lämpötiloissa, mutta suunnittelu on tehtävä niiden suhteellisen pienet vetolujuudet huomioon ottaen. Rakenteet vaativat yleensä tarpeettoman suuria teräksen paksuuksia kuormitusta kestäviin, kryogeenisen lämpötilan sovellutuksiin. Näin ollen näiden nikkeliä sisältävien terästen käyttö kuormitusta kestävissä, kryogeenisen lämpöti-15 lan sovellutuksissa pyrkii olemaan kallista johtuen teräksen korkeasta hinnasta yhdistettynä vaadittuihin teräksen paksuuksiin.

Toisaalta useilla kaupallisesti saatavilla, nykytekniikan mukaisilla, vähän ja kohtuullisessa määrin hiiltä sisältävillä, erikoislujilla, niukasti seostetuilla (HSLA) teräksillä, esimerkiksi AISI 4320- tai 4330-teräksillä on mahdolli-20 suus tarjota erinomaisia vetolujuuksia [esim. yli noin 830 MPa (120 ksi)] ja alhaiset kustannukset, mutta ne kärsivät suhteellisen korkeista DBTT-arvoista y-leensä ja erityisesti hitsauslämmön vaikutusvyöhykkeellä (HAZ). Yleensä näillä teräksillä hitsattavuus ja alhaisen lämpötilan sitkeys pyrkivät laskemaan, kun ..!* vetolujuus kasvaa. Tästä syystä nykyisin kaupallisesti saatavia, nykytekniikan 25 mukaisia HSLA-teräksiä ei yleensä harkita käytettäväksi kryogeenisen lämpöti-” ": lan sovellutuksiin. HAZ-alueen korkea DBTT-arvo näillä teräksillä johtuu yleen- sä epämieluisten mikrorakenteiden muodostumisesta, jotka ovat seurausta hit-sauksen lämpöjaksoista karkearakeisilla ja kriittisellä välialueella uudelleen-kuumennetuilla HAZ-alueilla, ts. HAZ-alueilla, jotka on kuumennettu lämpöti-30 laan, joka on suunnilleen Aci-muutoslämpötilasta suunnilleen Ac3-muutosläm- * · j..! potilaan. (Acr ja Ac3-muutoslämpötilojen määritelmien suhteen katso sanas- ;* to.) DBTT-arvo kasvaa merkittävästi raekoon kasvaessa ja haurastuttavien I * * mikrorakenteisten aineosien, kuten martensiitti-austeniitti (MA)-saarekkeiden lisääntyessä HAZ-alueella. Esimerkiksi HAZ-alueen DBTT-arvo nykytekniikan : v. 35 mukaisessa HSLA-teräksessä, öljyn ja kaasun siirtoon tarkoitetussa X100-joh- ’..! toputkessa on yli noin -50 °C (-60 °F). Energian varastointi- ja siirtosektoreilla » ♦ * 3 112381 on merkittäviä kannustimia uusien terästen kehittämiselle, joissa edellä mainittujen kaupallisten nikkeliä sisältävien terästen alhaisen lämpötilan sitkeysomi-naisuuksiin yhdistyvät HSLA-terästen suuren lujuuden ja alhaisten kustannusten tunnusmerkit, samalla kun ne aikaansaavat myös erinomaisen hitsattavuu-5 den ja halutun kyvyn valmistaa paksuja poikkileikkauksia, ts. oleellisesti yhtenäisen mikrorakenteen ja ominaisuudet (esim. lujuuden ja sitkeyden) yli noin 2,5 cm:n (1 in) paksuuksilla.

Johtuen siitä, että ei-kryogeenisissä sovellutuksissa useimmilla kaupallisesti saatavilla, nykytekniikan mukaisilla, vähän ja kohtuullisessa määrin 10 hiiltä sisältävillä HSLA-teräksillä on suhteellisen alhainen sitkeys suurilla lujuuksilla, ne joko suunnitellaan murto-osaan niiden lujuuksista tai vaihtoehtoisesti ne prosessoidaan alempiin lujuuksiin hyväksyttävän sitkeyden saavuttamiseksi. Teknisissä sovellutuksissa nämä lähestymistavat johtavat kasvaneeseen poikkileikkauksen paksuuteen ja siten suurempiin komponentin painoihin 15 ja lopulta korkeampiin kustannuksiin kuin jos HSLA-terästen suuren lujuuden potentiaali voitaisiin täysin käyttää hyväksi. Joissakin kriittisissä sovellutuksissa, kuten korkean suorituskyvyn hammaspyörissä, käytetään teräksiä, jotka sisältävät yli noin 3 paino-% Ni:ä (kuten AISI 48XX, SÄE 93XX jne), riittävän sitkeyden ylläpitämiseksi. Tämä lähestymistapa johtaa huomattaviin kustan-20 nusrasituksiin erikoislujien HSLA-terästen saavuttamisessa. Standardi kaupallisten HSLA-terästen käytössä esiintyvä lisäongelma on vetyhalkeilu HAZ-alueella erityisesti, kun käytetään alhaisen lämmönsyötön hitsausta.

! · » *

On olemassa merkittäviä taloudellisia kannustimia ja selvä tekninen > tarve sitkeyden parantamiselle alhaisin kustannuksin erikois- ja ultrasuurilla lu- . 25 juuksilla niukasti seostetuilla teräksillä. Erityisesti on olemassa tarve kohtuuhin taiselle teräkselle, jolla on ultrasuuri lujuus, esim. vetolujuus yli noin 830 MPa (120 ksi) ja erinomainen kryogeenisen lämpötilan sitkeys, esim. DBTT-arvo al-le noin -73 °C (-100 °F) sekä peruslevyssä että HAZ-alueella, sen käyttämisek- t|| si kaupallisissa kryogeenisen lämpötilan sovellutuksissa.

;v, 30 Näin ollen esillä olevan keksinnön, jonka yleistä tekniikan tasoa ’··«. edustaa julkaisu US 5545270, päätavoitteina on parantaa nykytekniikan mu- kaista HSLA-terästeknologiaa sen soveltamiseksi kryogeenisissä lämpötiloissa : kolmella avainalueella: (i) DBTT-arvon alentamisessa alle noin -73 °C:seen (- 100 °F) perusteräksessä ja hitsauksen HAZ-alueella, (ii) yli 830 MPa:n (120 :v. 35 ksi) vetolujuuden saavuttamisessa ja (iii) erinomaisen hitsattavuuden aikaan- saamisessa. Muina esillä olevan keksinnön tavoitteina on saavuttaa edellä , 112381 mainitut HSLA-teräkset, joilla on oleellisesti yhtenäiset, paksuuden läpi ulottuvat mikrorakenteet ja ominaisuudet yli noin 2,5 cm:n (1 in) paksuuksilla ja tehdä se käyttäen nykyisiä kaupallisesti saatavia prosessointitekniikoita siten, että näiden terästen käyttö kaupallisissa kryogeenisen lämpötilan prosesseissa on 5 taloudellisesti mahdollista.

Keksinnön yhteenveto

Edellä mainittujen, esillä olevan keksinnön tavoitteiden mukaisesti aikaansaadaan prosessointimenettely, jossa kemiallisesti haluttu niukasti seostettu teräslaatta kuumennetaan uudelleen sopivaan lämpötilaan, kuumavalssa-10 taan sitten teräslevyn muodostamiseksi ja jäähdytetään nopeasti kuumavals-sauksen lopussa sammuttamalla se sopivalla nesteellä, kuten vedellä, sopivaan sammutuksen pysäytyslämpötilaan (QST) kaksifaasisen mikrorakenteen tuottamiseksi, joka sisältää edullisesti noin 10-40 til.-% ferriittifaasia ja noin 60 - 90 til.-% toista faasia, joka on pääasiassa hienorakeista sälemartensiittia, 15 hienorakeista alempaa bainiittia tai niiden seoksia. Esillä olevan keksinnön kuvauksessa käytettynä sammutus viittaa kiihdytettyyn jäähdytykseen millä tahansa keinolla, jossa käytetään nestettä, joka on valittu ottaen huomioon sen taipumus nostaa teräksen jäähtymisnopeutta, sen sijaan että teräs ilmajäähdy-tettäisiin ympäristön lämpötilaan. Tämän keksinnön eräässä toteutusmuodos-20 sa teräslevy ilmajäähdytetään ympäristön lämpötilaan, sen jälkeen kun sammutus on lopetettu.

• Oheistetussa patenttivaatimuksessa 1 on määritelty keksinnön mu kaiselle menetelmälle tunnusomaiset piirteet. Menetelmän suositeltavat suori-;. tusmuodot on esitetty patenttivaatimuksissa 2-14.

25 Oheistetussa patenttivaatimuksessa 21 on määritelty keksinnön I » ... mukainen menetelmä teräslevyn halkeaman etenemisen vastustuskyvyn pa- ;;: rantamiseksi ja patenttivaatimuksessa 22 menetelmän edullinen suoritusmuo- ’ · · ·' to.

Oheistetussa patenttivaatimuksessa 15 on määritelty keksinnön : V 30 mukainen kaksifaasinen teräslevy, ja patenttivaatimuksissa 16-20 sen suo- ;: siteltavia suoritusmuotoja.

: · l Samoin edellä mainittujen, esillä olevan keksinnön tavoitteiden mu- ’ · · ·. kaisesti esillä olevan keksinnön mukaisesti prosessoidut teräkset ovat erityisen T sopivia moniin kryogeenisen lämpötilan sovellutuksiin, koska teräksillä on seu- : 35 raavat ominaisuudet, edullisesti noin 2,5 cm:n (1 in) ja suuremmilla teräslevyn paksuuksilla: (i) DBTT-arvo alle noin -73 °C (-100 °F) perusteräksessä ja hit- 5 112381 sauksen HAZ-alueella, (ii) vetolujuus yli 830 MPa (120 ksi), edullisesti yli noin 860 MPa (125 ksi) ja vielä edullisemmin yli noin 900 MPa (130 ksi), (iii) erinomainen hitsattavuus, (iv) oleellisesti yhtenäinen, läpi paksuuden ulottuva mikrorakenne ja ominaisuudet ja (v) parantunut sitkeys verrattuna standardi kau-5 pallisesti saataviin HSLA-teräksiin. Näiden terästen vetolujuus voi olla yli noin 930 MPa (135 ksi) tai yli noin 965 MPa (140 ksi) tai yli noin 1 000 MPa (145 ksi).

Piirustusten kuvaus

Esillä olevan keksinnön edut ovat paremmin ymmärrettävissä viit-10 taamalla seuraavaan yksityiskohtaiseen kuvaukseen ja oheisiin piirustuksiin, joissa:

Kuvio 1 on kaavamainen kuvaus kiemurtelevasta murtumaurasta tämän keksinnön terästen kaksifaasisessa mikrokomposiittirakenteessa;

Kuvio 2A on kaavamainen kuvaus austeniitin raekoosta teräslaatas-15 sa esillä olevan keksinnön mukaisen uudelleenkuumennuksen jälkeen;

Kuvio 2B on kaavamainen kuvaus esiausteniitin raekoosta (ks. sanasto) teräslaatassa kuumavalssauksen jälkeen lämpötila-alueella, jolla auste-niitti kiteytyy uudelleen, mutta ennen kuumavalssausta lämpötila-alueella, jolla austeniitti ei kiteydy uudelleen, esillä olevan keksinnön mukaisesti; ja 20 Kuvio 2C on kaavamainen kuvaus pitkänomaisesta, pannukakku- raerakenteesta austeniitissa, jossa on hyvin hieno tehollinen raekoko paksuuden läpi olevassa suunnassa, teräslevyssä esillä olevan keksinnön mukaisen '· TMCP-käsittelyn päätyttyä.

:· Vaikka esillä olevaa keksintöä kuvataan sen edullisten toteutus- 25 muotojen yhteydessä, on ymmärrettävä, ettei keksintö rajoitu niihin. Sitä vas-, toin keksinnön on tarkoitettu kattavan kaikki vaihtoehdot, muunnokset ja vas- taavuudet, jotka voidaan sisällyttää keksinnön suojapiirin henkeen, joka suoja-piiri määritellään oheisilla patenttivaatimuksilla.

’: Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus :,,,: 30 Esillä oleva keksintö koskee uusien HSLA-terästen kehittämistä, jot- \ ka täyttävät edellä kuvatut tavoitteet, tuottamalla ultrahienorakeisen, kaksifaa- S > sisen rakenteen. Tällainen kaksifaasinen mikrokomposiittirakenne koostuu edullisesti pehmeästä ferriittifaasista ja vahvasta toisesta faasista, joka on »» » : pääasiassa hienorakeista sälemartensiittia, hienorakeista alempaa bainiittia tai 35 niiden seoksia. Tämä keksintö perustuu uuteen teräskemian ja -prosessoinnin . 112381 6 yhdistelmään, joka aikaansaa sekä luontaista että mikrorakenteista sitkistymis-tä alemmalla DBTT-arvolla samoin kuin parantaa sitkeyttä suurilla lujuuksilla. Luontainen sitkistyminen saavutetaan hyvin harkitulla kriittisten seostusalkuai-neiden tasapainolla teräksessä, kuten tässä patenttimäärityksessä yksityiskoh-5 taisesti kuvataan. Mikrorakenteinen sitkistyminen on seurausta hyvin hienon tehollisen raekoon saavuttamisesta samoin kuin lujittavan faasin hyvin hienojakoisen dispersion tuottamisesta samanaikaisesti, kun pienennetään tehollista raekokoa ("keskimääräinen liukuetäisyys”) pehmeän faasin ferriitissä. Toisen faasin dispersio optimoidaan murtumisuran kiemurtelevuuden oleelliseksi 10 maksimoimiseksi, mikä parantaa murtuman etenemisen vastustuskykyä mikro-komposiittiteräksessä.

Edellä esitetyn mukaisesti aikaansaadaan menetelmä ultralujan, kak-sifaasisen teräslevyn valmistamiseksi, jolla on mikrorakenne, joka sisältää noin 10-40 til.-% ensimmäistä faasia, joka on oleellisesti 100 til.-% ferriittiä (”olen-15 naisesti”), ja noin 60 - 90 til.-% toista faasia, joka on pääasiassa hienorakeista sälemartensiittia, hienorakeista alempaa bainiittia tai niiden seoksia, joka menetelmä käsittää vaiheet, joissa (a) kuumennetaan teräslaatta uudelleenkuu-mennuslämpötilaan, joka on riittävän korkea (i) teräslaatan oleelliseksi homo-genoimiseksi, (ii) oleellisesti kaikkien teräslaatassa olevien niobin ja vanadiinin 20 karbidien ja karbonitridien liuottamiseksi ja (iii) hienojakoisten alkuausteniittira-keiden aikaansaamiseksi teräslaattaan; (b) ohennetaan teräslaattaa teräsle-, vyn muodostamiseksi yhdellä tai useammilla kuumavalssauskerroilla ensim mäisellä lämpötila-alueella, jolla austeniitti kiteytyy uudelleen; (c) ohennetaan e->·· delleen teräslevyä yhdellä tai useammilla kuumavalssauskerroilla toisella läm- 25 pötila-alueella suunnilleen Tnrlämpötilan alapuolella ja suunnilleen Ar3-muu- toslämpötilan yläpuolella; (d) ohennetaan edelleen mainittua teräslevyä yhdel-lä tai useammilla kuumavalssauskerroilla kolmannella lämpötila-alueella suun-nilleen Ar3-muutoslämpötilan alapuolella ja suunnilleen Ari-muutoslämpötilan yläpuolella (ts. kriittisellä välilämpötila-alueella); (e) sammutetaan mainittu te-30 räslevy jäähdytysnopeudella noin 10-40 °C/s (18-72 °F/s) sammutuksen py-|··ί, säytyslämpötilaan (QST), joka on edullisesti suunnilleen Ms-muutoslämpötilan t i plus 200 °C (360 °F) alapuolella; ja (f) pysäytetään mainittu sammutus. Tämän *« : keksinnön toisessa toteutusmuodossa QST on edullisesti suunnilleen Ms-muu- toslämpötilan plus 100 °C (180 °F) alapuolella ja on edullisemmin alle noin :v. 35 350 °C (662 °F). Eräässä tämän keksinnön toteutusmuodossa teräslevyn an- netaan jäähtyä ilmassa ympäristön lämpötilaan vaiheen (f) jälkeen. Tämä pro- 1 I t 7 112381 sessointi helpottaa teräslevyn mikrorakenteen muuttumista noin 10 - 40-tila-vuusprosenttisesti ensimmäiseksi ferriittifaasiksi ja noin 60 - 90-tilavuuspro-senttisesti toiseksi faasiksi, joka on pääasiassa hienorakeista sälemartensiittia, hienorakeista alempaa bainiittia tai niiden seoksia. (Tnrlämpötilan ja Ar3- ja 5 Ari-muutoslämpötilojen määritelmien suhteen katso sanasto.)

Ympäristön ja kryogeenisen lämpötilan sitkeyden varmistamiseksi toisen faasin mikrorakenne tämän keksinnön teräksissä sisältää pääasiassa hienorakeista alempaa bainiittia, hienorakeista sälemartensiittia tai niiden seoksia. On edullista minimoida oleellisesti haurastuttavien aineosien, kuten ylem-10 män bainiitin, yhteenkasvaneen martensiitin ja MA:n muodostuminen toisessa faasissa. Esillä olevan keksinnön kuvauksessa ja patenttivaatimuksissa käytettynä "pääasiassa” tarkoittaa vähintään noin 50 tilavuusprosenttia. Loppuosa toisen faasin mikrorakenteesta voi sisältää lisää hienojakoista alempaa bainiittia, lisää hienojakoista sälemartensiittia tai ferriittiä. Edullisemmin toisen faasin 15 mikrorakenne sisältää vähintään noin 60 - 80 tilavuusprosenttia hienorakeista alempaa bainiittia, hienorakeista sälemartensiittia tai niiden seoksia. Vielä edullisemmin toisen faasin mikrorakenne sisältää vähintään noin 90 tilavuusprosenttia hienorakeista alempaa bainiittia, hienorakeista sälemartensiittia tai niiden seoksia.

20 Tämän keksinnön mukaisesti prosessoitu teräslaatta valmistetaan tavanomaiseen tapaan ja eräässä toteutumuodossa se sisältää rautaa ja seu-raavia seostusalkuaineita edullisesti seuraavassa taulukossa I esitetyillä painoalueilla:

Taulukko I

: : Seostusalkuaine__Alue (paino-%)_ : Hiili (C) 0,04 - 0,12, edullisemmin 0,04 - 0,07

Mangaani (Mn) 0,5 - 2,5, edullisemmin 1,0 -1,8

Nikkeli (Ni) 1,0- 3,0, edullisemmin 1,5- 2,5 .. . Niobi (Nb) 0,02 - 0,1, edullisemmin 0,02 - 0,05

Titaani (Ti) 0,008 - 0,03, edullisemmin 0,01 - 0,02 * : * Alumiini (AI) 0,001 - 0,05, edullisemmin 0,005 - 0,03

Typpi (N)__0,002 - 0,005, edullisemmin 0,002 - 0,003 25

Kromia (Cr) lisätään toisinaan teräkseen, edullisesti korkeintaan '.,; noin 1,0 paino-% ja edullisemmin noin 0,2 - 0,6 paino-%.

112381 8

Molybdeeniä (Mo) lisätään toisinaan teräkseen, edullisesti korkeintaan noin 0,8 paino-% ja edullisemmin noin 0,1 - 0,3 paino-%.

Piitä (Si) lisätään toisinaan teräkseen, edullisesti korkeintaan noin 0,5 paino-%, edullisemmin noin 0,01 - 0,5 paino-% ja vielä edullisemmin noin 5 0,05 - 0,1 paino-%.

Kuparia (Cu) lisätään toisinaan teräkseen, edullisesti noin 0,1-1,0 paino-%, edullisemmin noin 0,2 - 0,4 paino-%.

Booria (B) lisätään toisinaan teräkseen, edullisesti korkeintaan noin 0,0020 paino-% ja edullisemmin noin 0,0006 - 0,0010 paino-%.

10 Teräs sisältää edullisesti vähintään noin 1 paino-%:n nikkeliä. Te räksen nikkelipitoisuus voidaan nostaa yli noin 3 paino-%:n, jos halutaan parantaa suorituskykyä hitsauksen jälkeen. Jokaisen 1 painoprosentin nikkelili-säyksen odotetaan alentavan teräksen DBTT-arvoa noin 10 °C (18 °F). Nikkelipitoisuus on edullisesti alle 9 paino-%, edullisemmin alle noin 6 paino-%. Nik-15 kelipitoisuus on edullista minimoida teräksen kustannusten minimoimiseksi. Jos nikkelipitoisuus nostetaan yli noin 3 painoprosentin, mangaanipitoisuus voidaan laskea alle noin 0,5 painoprosentin aina 0,0 painoprosenttiin asti.

Lisäksi jäämät on edullista oleellisesti minimoida teräksessä. Fosforin (P) pitoisuus on edullisesti alle noin 0,01 paino-%. Rikin (S) pitoisuus on 20 edullisesti alle noin 0,004 paino-%. Hapen (O) pitoisuus on edullisesti alle noin 0,002 paino-%.

• »

Teräs laatan prosessointi • «· · (1) DBTT-arvon alentaminen • *«»

Alhaisen DBTT-arvon, esim. alle noin -73 °C (-100 °F) saavuttami- .···, 25 nen on avainvaatimus uusien HSLA-terästen kehittämisessä kryogeenisen • · lämpötilan sovellutuksiin. Tekninen vaatimus on ylläpitää/lisätä lujuutta nykyisessä HSLA-teknologiassa, samalla kun alennetaan DBTT-arvoa, erityisesti HAZ-alueella. Esillä olevassa keksinnössä käytetään hyväksi seostuksen ja * * » : prosessoinnin yhdistelmää sekä luontaisten että mikrorakenteisten myötävai- 30 kutusten muuttamiseksi murtumiskestoon tavalla, joka tuottaa niukasti seostet-tua terästä, jolla on erinomaiset kryogeenisen lämpötilan ominaisuudet perus-. ’1 ·. levyssä ja HAZ-alueella, kuten jäljempänä kuvataan.

Tässä keksinnössä mikrorakenteista sitkeyttäniistä hyödynnetään » « _ ’·· perusteräksen DBTT-arvon alentamiseen. Tämän mikrorakenteisen sitkeyttä- 35 misen avainkomponentti koostuu esiausteniittisen raekoon pienentämisestä, g 112381 raemorfologian modifioinnista termomekaanisella, hallitulla valssausproses-soinnilla (TMCP) ja kaksifaasidispersion tuottamisesta hienojakoisiin rakeisiin, mikä kaikki tähtää suurikuimaisten raerajojen rajapinta-alueen suurentamiseen yksikkötilavuutta kohti teräslevyssä. Kuten alaan perehtyneille on tuttua, ”rae” 5 tarkoittaa tässä käytettynä yksittäistä kidettä monikiteisessä materiaalissa ja nraerajan tarkoittaa tässä käytettynä kapeaa vyöhykettä metallissa, joka vastaa siirtymistä yhdestä kristallografisesta suuntautumisesta toiseen, mikä erottaa yhden rakeen toisesta. Tässä käytettynä "suurikulmainen raeraja” on raeraja, joka erottaa toisistaan kaksi vierekkäistä raetta, joiden kristallografinen suun-10 tautuminen eroaa toisistaan yli noin 8°. Samoin tässä käytettynä "suurikul-mainen raeraja tai rajapinta" on raja tai rajapinta, joka toimii tehokkaasti suuri-kulmaisena raerajana, ts. pyrkii poikkeuttamaan halkeamaa tai murtumaa ja aiheuttaa siten mutkittelua murtumisuraan.

TMCP.sta saatu myötävaikutus suurikuimaisten raerajojen koko-15 naisrajapinta-alueeseen yksikkötilavuutta kohti Sv, määritellään seuraavalla yhtälöllä:

Sv = + R + + 0.63(r - 30) 20 jossa: d on keskimääräinen austeniitin raekoko kuumavalssatussa teräsle-: vyssä ennen valssausta lämpötila-alueella, jolla austeniitti ei kiteydy uudelleen (esiausteniittinen raekoko); R on ohennussuhde (alkuperäisen teräslaatan paksuus / lopullisen 25 teräslevyn paksuus); ja r on kuumavalssauksesta johtuva teräksen paksuuden oheneminen : prosenteissa lämpötila-alueella, jolla austeniitti ei kiteydy uudelleen.

Alalla on hyvin tunnettua, että kun teräksen Sv kasvaa, DBTT-arvo laskee johtuen halkeaman poikkeuttamisesta ja siihen liittyvästä murtumisuran 30 mutkittelusta suurikulmaisilla raerajoilla. Kaupallisessa TMCP-käytännössä R:n arvo on kiinteä annetulla levyn paksuudella ja r:n arvon yläraja on tyypillisesti 75. R:n ja r:n arvojen ollessa kiinteät Sv:n arvoa voidaan oleellisesti nostaa vain laskemalla d:n arvoa, kuten edellä olevasta yhtälöstä ilmenee. Parametrin *·;.* d laskemiseksi esillä olevan keksinnön mukaisissa teräksissä käytetään Ti-Nb- 35 mikroseostusta yhdessä optimoidun TMCP-käytännön kanssa. Samalla ohen-: ‘ * *; nuksen kokonaismäärällä kuumavalssauksen/deformoinnin aikana teräs, jossa 10 1 12381 on alunperin hienompi keskimääräinen austeniitin raekoko, johtaa hienompaan lopulliseen keskimääräiseen austeniitin raekokoon. Tämän vuoksi tässä keksinnössä Ti-Nb-lisäysten määrä optimoidaan alhaisen uudelleenkuumennuk-sen käytäntöä varten, samalla kun aikaansaadaan haluttu austeniitin raekoon 5 kasvun ehkäisy TMCP-käsittelyn aikana. Viitaten kuvioon 2A siinä käytetään suhteellisen alhaista uudelleenkuumennuksen lämpötilaa, edullisesti välillä noin 955 - 1 065 °C (1 750 - 1 950 °F) keskimääräisen austeniitin raekoon D’ saamiseksi alussa, joka on alle noin 120 mikronia uudelleenkuumennetussa teräs-laatassa 20’ ennen kuumadeformointia. Tämän keksinnön mukaisella proses-10 soinnilla vältetään liiallinen austeniitin raekoon kasvu, joka on seurausta korkeampien uudelleenkuumennuslämpötilojen, ts. yli noin 1 095 °C:n (2 000 °F) käytöstä tavanomaisessa TMCP-käsittelyssä. Dynaamisen uudelleenkiteytyksen aiheuttaman rakeen pienennyksen edistämiseksi voimakkaita yli noin 10 %:n o-hennuksia valssauskertaa kohti käytetään kuumavalssauksen aikana lämpöti-15 la-alueella, jolla austeniitti kiteytyy uudelleen. Viitaten nyt kuvioon 2B tämän keksinnön mukainen prosessointi saa aikaan keskimääräisen esiausteniitin raekoon D” (ts. d), joka on alle noin 30 mikronia, edullisesti alle noin 20 mikronia ja vielä edullisemmin alle noin 10 mikronia teräslaatassa 20” kuumavalssauksen (deformointi) jälkeen lämpötila-alueella, jolla austeniitti kiteytyy uudel-20 leen, mutta ennen kuumavalssausta lämpötila-alueella, jolla austeniitti ei kiteydy uudelleen. Lisäksi tehokkaan raekoon pienennyksen aikaansaamiseksi paksuuden läpi ulottuvassa suunnassa suoritetaan voimakkaita ohennuksia, jotka ylittävät kumulatiivisesti edullisesti noin 70 %, lämpötila-alueella, joka on Tnrlämpötilan alapuolella, mutta suunnilleen Ar3-muutoslämpötilan yläpuolella, i* 25 Viitaten nyt kuvioon 2C tämän keksinnön mukainen TMCP johtaa pitkänomai- : sen pannukakkurakenteen muodostumiseen austeniittiin lopullisessa valssa- tussa teräslevyssä 20’” ja hyvin hienoon teholliseen raekokoon D’” paksuuden ‘läpi ulottuvassa suunnassa, esim. teholliseen raekokoon D’”, joka on alle noin 10 mikronia, edullisesti alle noin 8 mikronia ja vielä edullisemmin alle noin 5 mik-:v. 30 ronia, mikä suurentaa suurikulmaisten raerajojen rajapinta-aluetta, esim. 21 yksikkötilavuutta kohti teräslevyssä 20’”, kuten alaan perehtyneet oivaltavat. Loppuvalssaus kriittisellä välilämpötila-alueella aiheuttaa myös "pannukakun : '· muodostusta” ferriitissä, jota muodostuu austeniitin hajoamisesta kriittiselle :välilämpötilalle altistuksen aikana, mikä puolestaan johtaa sen tehollisen rae- iv, 35 koon (’’keskimääräinen liukuetäisyys”) pienenemiseen paksuuden läpi ulottu- » * vassa suunnassa. Ferriitillä, jota muodostuu austeniitin hajoamisesta kriittiselle I * n 112381 välilämpötilalle altistuksen aikana, on suuri määrä deformaatioaiusrakennetta mukaan lukien suuri dislokaatiotiheys (esim. noin 108 tai useampia dislokaati-oita/cm2), sen lujuuden lisäämiseksi. Tämän keksinnön teräkset on suunniteltu hyötymään pienennetystä ferriitistä lujuuden ja sitkeyden samanaikaiseksi pa-5 rantamiseksi.

Jonkin verran yksityiskohtaisemmin, tämän keksinnön mukainen teräs valmistetaan muodostamalla laatta, jolla on tässä esitetty haluttu koostumus; kuumennetaan laatta lämpötilaan noin 955 - 1 065 °C (1 750 - 1 950 °F); kuumavalssataan laatta teräslevyn muodostamiseksi yhdellä tai useammilla 10 ajokerroilla, mikä aikaansaa noin 30 - 70 prosentin ohennuksen, ensimmäisellä lämpötila-alueella, jolla austeniitti kiteytyy uudelleen, ts. suunnilleen Tnr-läm-pötilan yläpuolella, kuumavalssataan edelleen teräslevyä yhdellä tai useammilla ajokerroilla, mikä aikaansaa noin 40 - 80 prosentin ohennuksen, toisella lämpötila-alueella suunnilleen Tnr-lämpötilan alapuolella ja suunnilleen Ar3-muu-15 toslämpötilan yläpuolella, ja viimeistelyvalssataan teräslevyä yhdellä tai useammilla ajokerroilla, mikä aikaansaa noin 15-50 prosentin ohennuksen, kriittisellä välilämpötila-alueella suunnilleen Ar3-muutoslämpötilan alapuolella ja suunnilleen Ar1-muutoslämpötilan yläpuolella. Kuumavalssattu teräslevy sammutetaan sitten jäähdytysnopeudella noin 10-40 °C/s (18-72 °F/s) sopivaan 20 sammutuksen pysäytyslämpötilaan (QST), joka on edullisesti suunnilleen Ms-muutoslämpötilan plus 200 °C (360 °F) alapuolella, jolloin sammutus lopete-. taan. Tämän keksinnön toisessa toteutusmuodossa QST on edullisesti suun nilleen Ms-muutoslämpötilan plus 100 °C (180 °F) alapuolella ja on edullisemmin alle noin 350 °C (662 °F). Eräässä tämän keksinnön toteutusmuodossa ·- 25 teräslevyn annetaan jäähtyä ilmassa ympäristön lämpötilaan sammutuksen i : päätyttyä.

:,lt: Kuten alaan perehtyneet oivaltavat, tässä käytettynä "prosentin ohennus” paksuudessa viittaa ohennusprosenttiin teräslaatan tai -levyn paksuudessa ennen mainittua ohentamista. Ainoastaan selitystarkoituksessa ja jv. 30 rajoittamatta siten tätä keksintöä paksuudeltaan noin 25,4 cm:n (10 in) teräs- • t laattaa voidaan ohentaa noin 30 % (30 prosentin ohennus) ensimmäisellä » · lämpötila-alueella noin 17,8 cm:n (7 in) paksuuteen, ohentaa sitten noin 80 % ’* (80 prosentin ohennus) toisella lämpötila-alueella noin 3,6 cm:n (1,4 in) pak- suuteen ja ohentaa sitten noin 30 % (30 prosentin ohennus) kolmannella 35 lämpötila-alueella noin 2,5 cm:n (1 in) paksuuteen. Tässä käytettynä "laatta” ! , tarkoittaa terästä, jolla on mitkä tahansa dimensiot.

* · * 12 112381

Teräs laatta on edullista kuumentaa sopivalla keinolla oleellisesti koko laatan, edullisesti koko laatan lämpötilan kohottamiseksi haluttuun uudel-leenkuumennuslämpötilaan, esim. sijoittamalla laatta uuniin tietyksi ajaksi. Alaan perehtynyt henkilö voi helposti määrittää kulloisenkin uudelleenkuumennus-5 lämpötilan, jota tulee käyttää mille tahansa esillä olevan keksinnön alueella olevalle teräskoostumukselle, joko kokeellisesti tai laskemalla käyttäen sopivia malleja. Lisäksi alaan perehtynyt henkilö voi helposti määrittää uunin lämpötilan ja uudelleenkuumennusajan, jotka tarvitaan oleellisesti koko laatan lämpötilan kohottamiseen haluttuun uudelleenkuumennuslämpötilaan tukeutuen stan-10 darditeollisuusjulkaisuihin.

Uudelleenkuumennuslämpötilaa lukuun ottamatta, joka koskee oleellisesti koko laattaa, seuraavat lämpötilat, joihin viitataan kuvattaessa tämän keksinnön prosessointimenetelmää, ovat lämpötiloja, jotka mitataan teräksen pinnalta. Teräksen pintalämpötila voidaan mitata käyttäen esimerkiksi optista 15 pyrometriä tai millä tahansa muulla laitteella, joka soveltuu teräksen pintalämpötilan mittaamiseen. Tässä mainitut jäähdytysnopeudet ovat levyn paksuuden keskellä tai oleellisesti keskellä olevia nopeuksia; ja sammutuksen pysäy-tyslämpötila (QST) on korkein tai oleellisesti korkein lämpötila, joka saavutetaan levyn pinnalla sammutuksen lopettamisen jälkeen johtuen levyn paksuu-20 den keskeltä siirtyneestä lämmöstä. Esimerkiksi tämän keksinnön mukaisen teräskoostumuksen koe-erien prosessoinnin aikana termopari asetetaan teräs-, levyn paksuuden keskelle tai oleellisesti keskelle keskiosan lämpötilan mit- t tausta varten, kun taas pintalämpötila mitataan käyttäen optista pyrometriä.

»

Korrelaatio keskiosan lämpötilan ja pintalämpötilan välillä kehitetään käytettä-, ’ 25 väksi saman tai oleellisesti saman teräskoostumuksen myöhemmän proses- i soinnin aikana niin, että keskiosan lämpötila voidaan määrittää suoralla pinta-: lämpötilan mittauksella. Samoin alaan perehtynyt voi määrittää jäähdytysnes- : ” ; teen vaaditun lämpötilan ja virtausnopeuden tukeutuen standarditeollisuusjul- kaisuihin.

:', . 30 Millä tahansa esillä olevan keksinnön mukaisella teräskoostumuk- * t ’ * · ’, sella lämpötila, joka määrittelee rajan uudelleenkiteytymisalueen ja uudelleen-

I I

Γ kiteytymättömyysalueen välillä, Tnr-lämpötila, riippuu teräksen kemiallisesta

I I

i * koostumuksesta, erityisesti hiilipitoisuudesta ja niobipitoisuudesta, uudelleen- !,, ('· kuumennuslämpötilasta ennen valssausta ja valssauskerroilla suoritetun ohen- ; v, 35 nuksen määrästä. Alaan perehtyneet voivat määrittää tämän lämpötilan kulloi- '..! _ sellekin tämän keksinnön mukaiselle teräkselle joko kokeellisesti tai mallilas- t · 13 1 12381 kennalla. Samoin alaan perehtyneet henkilöt voivat määrittää tässä mainitut Arr, ΑΓ3- ja Ms-muutoslämpötilat mille tahansa tämän keksinnön mukaiselle teräkselle joko kokeellisesti tai mallilaskennalla.

Näin kuvattu TMCP-käytäntö johtaa korkeaan Sv-arvoon. Lisäksi 5 nopean jäähdytyksen tuottama kaksifaasinen mikrorakenne kasvattaa edelleen rajapinta-alaa aikaansaamalla lukuisia suurikulmaisia rajapintoja ja rajoja, ts. ferriittifaasin ja toisen faasin rajapintoja ja martensiitin ja alemman bainiitin pakettirajoja, kuten seuraavassa tarkemmin selostetaan. Tiivis rakenne, joka on seurausta voimakkaasta valssauksesta kriittisellä välilämpötila-alueella, saa 10 aikaan kerros- tai laminaattirakenteen paksuuden läpi ulottuvassa suunnassa, joka rakenne koostuu vuorottaisista pehmeän faasin ferriitin ja vahvan toisen faasin levyistä. Tämä konfiguraatio, joka on kaavamaisesti esitetty kuviossa 1, johtaa halkeaman 12 uran merkittävään mutkitteluun paksuuden läpi ulottuvassa suunnassa. Tämä johtuu siitä, että halkeama 12, joka on saanut alkun-15 sa esimerkiksi pehmeän faasin ferriitistä 14, muuttaa tasojaan, ts. muuttaa suuntiaan suurikulmaisella rajapinnalla 18 ferriittifaasin 14 ja toisen faasin 16 välillä johtuen lohkeamis- ja liukutasojen erilaisista suuntautumisista näissä kahdessa faasissa. Rajapinnalla 18 on erinomainen rajapinnan sidoslujuus ja tämä pakottaa halkeaman 12 suunnasta poikkeamiseen rajapinnan sidoksen 20 katkeamisen sijasta. Lisäksi, kun halkeama 12 tulee kerran toiseen faasiin 16, halkeaman 12 eteneminen estyy edelleen seuraavassa kuvatulla tavalla. Toisessa faasissa 16 oleva sälemartensiitti / alempi bainiitti esiintyy paketteina, t : joiden välillä on suurikulmaiset rajat. Yhden pannukakun sisälle muodostuu useita paketteja. Tämä saa aikaan rakennejalostuksen lisäasteen, mikä johtaa ( ' 25 parantuneeseen halkeaman 12 etenemisen mutkittelevuuteen pannukakussa : i olevan toisen faasin 16 läpi. Lopputuloksena on, että halkeaman 12 etenemi- . *". sen vastustuskyky paranee merkittävästi esillä olevan keksinnön terästen kak- sifaasirakenteessa johtuen sellaisten tekijöiden yhdistelmästä kuten: laminaatin rakenne, halkeamistason hajaantuminen faasien välisillä rajapinnoilla ja .. . 30 halkeaman suunnan muuttuminen toisessa faasissa. Tämä johtaa oleelliseen :,,; * Sv-arvon kasvuun ja sen seurauksena DBTT-arvon alenemiseen.

’·;· Vaikka edellä kuvatut mikrorakenteelliset lähestymistavat ovat hyö- dyllisiä DBTT-arvon alentamisessa perusteräslevyssä, ne eivät ole täysin te-hokkaita riittävän alhaisen DBTT-arvon ylläpitämisessä hitsauksen HAZ-35 sauman karkearakeisilla alueilla. Näin ollen esillä oleva keksintö saa aikaan menetelmän riittävän alhaisen DBTT-arvon ylläpitämiseksi hitsauksen HAZ- 14 1 12381 vyöhykkeen karkearakeisilla alueilla käyttämällä seostusalkuaineiden luontaisia vaikutuksia, kuten seuraavassa esitetään.

Johtavat kryogeenisen lämpötilan f e rri ittite rä kset perustuvat sisäpis-tekeskeiseen kuutiokidehilaan (BCC). Vaikka tämä kidesysteemi tarjoaa mah-5 dollisuuden aikaansaada suuria lujuuksia pienin kustannuksin, se kärsii jyrkästä muuttumisesta sitkeästä hauraaseen murtumakäyttäytymiseen, kun lämpötilaa lasketaan. Tämän voidaan periaatteessa laskea johtuvan kriittisen hajaantuneen leikkausrasituksen (CRSS) (määritellään tässä) voimakkaasta herkkyydestä lämpötilalle BCC-systeemeissä, jolloin CRSS kohoaa jyrkästi 10 lämpötilan laskiessa, mikä tekee leikkausprosessit ja niin ollen sitkeän murtumisen vaikeammaksi. Toisaalta kriittinen rasitus hauraan murtumisen prosesseille, kuten lohkeamiselle, on vähemmän herkkä lämpötilalle. Tämän vuoksi, kun lämpötilaa lasketaan, lohkeamisesta tulee ensisijainen murtumistapa, mikä johtaa pienienergisen hauraan murtuman alkamiseen. CRSS on teräksen 15 luontainen ominaisuus ja se on herkkä sille helppoudelle, jolla dislokaatiot voivat liukua ristiin deformaatiossa; toisin sanoen teräksellä, jossa ristiin liukuminen on helpompaa, on myös alhainen CRSS-arvo ja siten alhainen DBTT-ar-vo. Joidenkin keskuspistepintaisen kuutiohilan (FCC) stabilisaattoreiden, kuten Ni:n, tiedetään edistävän ristiin liukumista, kun taas BCC:a stabiloivat seostus-20 alkuaineet, kuten Si, AI, Mo, Nb ja V ehkäisevät ristiin liukumista. Esillä olevassa keksinnössä FCC:a stabiloivien seostusalkuaineiden, kuten Niin, pitoisuus on edullista optimoida ottaen huomioon kustannusseikat ja edullinen DBTT-ar-von alentamisvaikutus käyttäen Ni-seostusta, joka on edullisesti vähintään ·· noin 1,0 paino-% ja edullisemmin vähintään noin 1,5 paino-%; ja BCCia stabi- ... f 25 loivien seostusalkuaineiden pitoisuus teräksessä minimoidaan oleellisesti.

* i : Tuloksena luontaisesta ja mikrorakenteellisesta sitkeyttämisestä, jo- ka on seurausta tämän keksinnön mukaisten terästen kemiallisen koostumuk- •» > sen ja prosessoinnin ainutlaatuisesta yhdistelmästä, teräksillä on erinomainen kryogeenisen lämpötilan sitkeys sekä peruslevyssä että HAZ-alueella hitsauk-30 sen jälkeen. DBTT-arvot sekä peruslevyssä että HAZ-alueella näiden terästen • ·

’ · -, hitsauksen jälkeen ovat alle noin -73 °C (-100 °F) ja voivat olla alle noin -107 °C

*·:·’ (-160 °F).

* · (2) Yli 830 MPa:n (120 ksi) vetolujuus ja mikrorakenteen ja ominaisuuksien yhtenäisyys paksuuden läpi 35 Kaksifaasisten mikrokomposiittirakenteiden lujuus määräytyy osa- ’*·** faasien tilavuusjakeen ja lujuuden mukaan. Toisen faasin (martensiitti / alempi 15 1 12381 bainiitti) lujuus riippuu pääasiassa sen hiilipitoisuudesta. Esillä olevassa keksinnössä tehdään harkittu yritys saada haluttu lujuus säätämällä ensisijaisesti toisen faasin tilavuusjaetta niin, että lujuus saadaan suhteellisen pienellä hiili-pitoisuudella, mihin liittyy etuja hitsattavuudessa ja erinomainen sitkeys sekä 5 perusteräksessä että HAZ-alueella. Yli 830 MPa:n (120 ksi) ja sitä suurempien vetolujuuksien saavuttamiseksi toisen faasin tilavuusjae on edullisesti välillä noin 60 - 90 til.-%. Tämä saavutetaan valitsemalla sopiva viimeistelyvalssauk-sen lämpötila kriittisen välilämpötila-alueen valssaukseen. Noin 0,04 painoprosentin minimi C-pitoisuus on edullinen koko lejeeringissä vähintään noin 1 000 10 MPa:n (145 ksi) vetolujuuden saavuttamiseksi.

Vaikka muut seostusalkuaineet kuin C ovat tämän keksinnön mukaisissa teräksissä oleellisesti vaikutuksettomia mitä tulee teräksessä saavutettavaan maksimilujuuteen, nämä alkuaineet ovat toivottavia mikrorakenteen ja lujuuden vaaditun yhtenäisyyden aikaansaamiseksi paksuuden läpi yli noin 15 2,5 cm:n (1 in) levypaksuudella ja niiden jäähdytysnopeuksien alueella, jotka ovat toivottavia prosessoinnin joustavuuden kannalta. Tämä on tärkeää, koska todellinen jäähtymisnopeus paksun levyn keskiosassa on pienempi kuin pinnalla. Pinnan ja keskiosan mikrorakenne voi täten olla aivan erilainen, ellei terästä ole suunniteltu eliminoimaan herkkyyttään jäähdytysnopeuden erolle le-20 vyn pinnan ja keskiosan välillä. Tässä suhteessa Mn-ja Mo-seostusainelisäyk-set ja erityisesti Mo:n ja B:n yhdistetyt lisäykset ovat erityisen tehokkaita. Esillä olevassa keksinnössä nämä lisäykset optimoidaan karkaistavuuden, hitsattavuuden, alhaisen DBTT-arvon ja kustannusseikkojen suhteen. Kuten tässä pa-tenttimäärityksessä aikaisemmin mainittiin, DBTT-arvon alentamisen kannalta 25 on olennaista, että BCC-seostuksen kokonaislisäykset pidetään minimissä.

': Edulliset kemikaalitavoitteet ja -alueet asetetaan niin, että nämä ja muut tämän ’: keksinnön vaatimukset täytetään.

» (3) Erinomainen hitsattavuus pienen lämmönsyötön hitsauksella Tämän keksinnön teräkset on suunniteltu erinomaista hitsattavuutta » · 30 silmällä pitäen. Tärkein huolenaihe erityisesti pienen lämmönsyötön hitsauk-·;’ sessa on kylmähalkeilu tai vetyhalkeilu karkearakeisella HAZ-alueella. On ha- vaittu, että esillä olevan keksinnön teräksillä kylmähalkeiluherkkyyteen vaikut-tavat kriittisesti hiilipitoisuus ja HAZ-mikrorakenteen tyyppi, eivät kovuus ja hii-liekvivalentti, joiden on alalla katsottu olevan kriittisiä parametreja. Jotta vältet-:>t;’ 35 täisiin kylmähalkeilu, kun teräs on määrä hitsata ilman esilämmitystä olevissa ’··’ tai pienen esilämmityksen [alle noin 100 °C (212 °F)] hitsausolosuhteissa, ie 1 12381 edullinen hiililisäyksen yläraja on noin 0,1 paino-%. Tässä käytettynä ja rajoittamatta tätä keksintöä millään tavoin ’’pienen lämmönsyötön hitsaus” tarkoittaa hitsausta korkeintaan noin 2,5 kilojoulen kaarienergioilla millimeträ kohti (kJ/mm) (7,6 kJ/in).

5 Alemman bainiitin tai itsenuorrutetun sälemartensiitin mikrora kenteet tarjoavat erinomaisen kylmähalkeilun vastustuskyvyn. Muut seostusal-kuaineet tämän keksinnön teräksissä tasapainotetaan huolellisesti oikeassa suhteessa karkaistavuus- ja lujuusvaatimuksiin näiden haluttujen mikrorakenteiden muodostumisen varmistamiseksi karkearakeisella HAZ-alueella.

10 Teräslaatassa olevien seostusalkuaineiden rooli

Eri seostusalkuaineiden rooli ja niiden pitoisuuksien edulliset rajat esillä olevassa keksinnössä esitetään seuraavassa:

Hiili (C) on eräs tehokkaimmista lujittavista alkuaineista teräksessä. Se liittyy myös vahvoihin karbidinmuodostajiin, kuten Tiliin, Nb:iin ja V:iin ai-15 kaansaaden rakeiden kasvun ehkäisyä ja erkanemislujittumista. Hiili parantaa myös karkaistavuutta, ts. kykyä muodostaa kovempia ja vahvempia mikrorakenteita teräksessä jäähdytyksen aikana. Jos hiilipitoisuus on alle noin 0,04 pai-no-%, se ei yleensä ole riittävä aikaansaadakseen haluttua lujittumista, nimittäin yli noin 830 MPa:n (120 ksi) vetolujuutta teräkselle. Jos hiilipitoisuus on yli 20 noin 0,12 paino-%, teräs on yleensä herkkä kylmähalkeilulle hitsauksen aikana ja sitkeys pienenee teräslevyssä ja sen HAZ-alueella hitsauksessa. Hiilipitoi-: suus välillä noin 0,04 - 0,12 on edullinen haluttujen HAZ-mikrorakenteiden, ni- mittäin itsenuorrutetun sälemartensiitin ja alemman bainiitin, tuottamiselle. Vie-lä edullisemmin hiilipitoisuuden yläraja on noin 0,07 paino-%.

• 25 Mangaani (Mn) on matriisin lujittaja teräksissä ja se myötävaikuttaa :myös voimakkaasti karkaistavuuteen. 0,5 painoprosentin minimimäärä Mn:a on edullinen halutun suuren lujuuden saavuttamiseksi levyn paksuuksilla, jotka ovat yli noin 2,5 cm (1 in) ja vähintään noin 1,0 painoprosentin minimimäärä .. . Mn:a on vielä edullisempi. Kuitenkin liian suuri määrä Mn:a voi olla haitallinen 30 sitkeydelle, joten Mn:n noin 2,5 painoprosentin yläraja on edullinen esillä ole-**;·' vassa keksinnössä. Tämä yläraja on edullinen myös keskiviivakasautumisen oleelliseksi minimoimiseksi, jota kasautumista pyrkii tapahtumaan runsaasti Mn:a sisältävissä ja jatkuvavaletuissa teräksissä, ja siitä seuraavan, paksuuden läpi ulottuvan mikrorakenteen ja ominaisuuksien epäyhtenäisyyden 35 minimoimiseksi. Edullisemmin Mn-pitoisuuden yläraja on noin 1,8 paino-%. '*··' Jos nikkelipitoisuus nostetaan yli noin 3 painoprosentin, haluttu suuri lujuus 17 1 12381 voidaan saavuttaa lisäämättä mangaania. Tämän vuoksi laajasti ottaen korkeintaan noin 2,5 paino-% mangaania on edullinen.

Piitä (Si) lisätään teräkseen hapenpoistotarkoituksessa ja noin 0,01 painoprosentin minimimäärä on edullinen tähän tarkoitukseen. Si on kuitenkin 5 voimakas BCC-stabilisaattori ja se nostaa siten DBTT-arvoa ja sillä on myös haitallinen vaikutus sitkeyteen. Näistä syistä, kun Si:a lisätään, noin 0,5 painoprosentin yläraja on edullinen. Edullisemmin yläraja Si-pitoisuudelle on noin 0,1 paino-%. Piitä ei aina tarvita hapenpoistoon, sillä alumiini tai titaani voivat suorittaa saman tehtävän.

10 Niobia (Nb) lisätään teräksen valssatun mikrorakenteen rakeiden pienentämisen edistämiseksi, mikä parantaa sekä lujuutta että sitkeyttä. Niobi-karbidierkautuminen kuumavalssauksen aikana toimii hidastaen uudelleenki-teytymistä ja ehkäisten rakeiden kasvua saaden siten aikaan keinon austeniit-tirakeiden pienentämiselle. Näistä syistä vähintään noin 0,02 painoprosentin 15 Nb-pitoisuus on edullinen. Nb on kuitenkin voimakas BCC-stabilisaattori ja se nostaa siten DBTT-arvoa. Liian suuri määrä Nb:a voi olla haitallinen hitsattavuudelle ja HAZ-alueen sitkeydelle, joten noin 0,1 painoprosentin maksimi-pitoisuus on edullinen. Edullisemmin yläraja Nb-pitoisuudelle on noin 0,05 paino-%.

20 Titaani ΠΊΤ kun sitä lisätään pieni määrä, on tehokas hienojakois ten titaaninitridin (TiN) hiukkasten muodostamisessa, jotka pienentävät raekokoa sekä teräksen valssatussa rakenteessa että HAZ-alueella. Näin ollen te-: ’': räksen sitkeys paranee. Ti:a lisätään sellainen määrä, että Ti/N-painosuhde on ;l· edullisesti noin 3,4. Ti on voimakas BCC-stabilisaattori ja nostaa siten DBTT- • · · 25 arvoa. Liian suuri määrä Tiia pyrkii heikentämään teräksen sitkeyttä muodos- tamalla karkeampia TiNin tai titaanikarbidin (TiC) hiukkasia. Alle noin 0,008 ,···, painoprosentin Ti-pitoisuus ei yleensä kykene aikaansaamaan riittävän hienoa raekokoa tai sitomaan teräksessä olevaa N:a TiN.na, kun taas yli noin 0,03 paino-% voi aiheuttaa sitkeyden heikkenemistä. Edullisemmin teräs sisältää 30 vähintään noin 0,01 paino-% Tiia ja korkeintaan noin 0,02 paino-% Tiia.

: Alumiinia (AD lisätään tämän keksinnön teräksiin hapenpoistotarkoi- tuksessa. Vähintään noin 0,002 paino-% Alia on edullinen tähän tarkoitukseen ja vähintään noin 0,01 paino-% Alia on vielä edullisempi. AI sitoo HAZ-alueelle . · · . liuennutta typpeä. AI on kuitenkin voimakas BCC-stabilisaattori ja se nostaa si- ' ·” 35 ten DBTT-arvoa. Jos Al-pitoisuus on liian korkea, ts. yli noin 0,05 paino-%, sillä i on taipumus muodostaa alumiinioksidin (AI2O3) tyyppisiä sulkeumia, joilla on 18 112381 taipumus olla haitallisia teräksen ja sen HAZ-alueen sitkeydelle. Vielä edullisemmin yläraja Al-pitoisuudelle on noin 0,03 paino-%.

Molybdeeni (Mo) parantaa teräksen karkaistavuutta suoralla sammutuksella, erityisesti boorin ja niobin yhteydessä. Mo on kuitenkin voimakas 5 BCC-stabilisaattori ja se nostaa siten DBTT-arvoa. Liian suuri Mo-määrä auttaa aiheuttamaan kylmähalkeilua hitsauksessa ja se pyrkii myös heikentämään teräksen ja HAZ-alueen sitkeyttä, joten kun Mo:ä lisätään, noin 0,8 painoprosentin maksimimäärä on edullinen. Edullisemmin, kun Mo:ä lisätään, teräs sisältää vähintään noin 0,1 paino-% Mo:ä ja korkeintaan noin 0,3 paino-% 10 Mo:ä.

Kromi (Cr) pyrkii parantamaan teräksen karkaistavuutta suoralla sammutuksella. Cr parantaa myös korroosionkestoa ja vedyn aiheuttaman halkeilun (HIC) kestoa. Samoin kuin Mo:n yhteydessä liian suuri Cr-määrä pyrkii aiheuttamaan kylmähalkeilua hitsisaumoissa ja pyrkii heikentämään teräksen 15 ja sen HAZ-alueen sitkeyttä, joten kun Cr:a lisätään, noin 1,0 painoprosentin maksimimäärä on edullinen. Edullisemmin, kun Cr:a lisätään, Cr-pitoisuus on noin 0,2 - 0,6 paino-%.

Nikkeli (Ni) on tärkeä seostuslisä esillä olevan keksinnön teräksiin halutun DBTT-arvon saavuttamiseksi erityisesti HAZ-alueella. Se on eräs voi-20 makkaimmista FCC-stabilisaattoreista teräksessä. Ni-lisäys teräkseen parantaa ristiliukumaa ja alentaa siten DBTT-arvoa. Vaikkei samassa määrin kuin , Mn- ja Mo-lisäykset, Ni-lisäys teräkseen edistää myös karkaistavuutta ja siten paksuuden läpi ulottuvaa yhtenäisyyttä mikrorakenteessa ja ominaisuuksissa paksuissa poikkileikkauksissa [ts. paksummissa kuin noin 2,5 cm (1 in)]. Halu-• 25 tun DBTT-arvon saavuttamiseksi hitsauksen HAZ-alueella minimi Ni-pitoisuus on edullisesti noin 1,0 paino-%, edullisemmin noin 1,5 paino-%. Koska Ni on >,,,· kallis seostusalkuaine, teräksen Ni-pitoisuus on edullisesti alle noin 3,0 paino- %, edullisemmin alle noin 2,5 paino-%, vielä edullisemmin alle noin 2,0 paino-% ja vieläkin edullisemmin alle noin 1,8 paino-%, teräksen kustannusten oleel-30 liseksi minimoimiseksi.

•, Kupari (Cu) on FCC-stabilisaattori teräksessä ja se voi myötävaikut- ·’ taa DBTT-arvon alentamiseen pieninä määrinä. Cu on myös edullinen korroo sion- ja HlC-keston kannalta. Suurempina määrinä Cu aiheuttaa liiallista erka-nemakovenemista ε-kuparierkanemien kautta. Jos tätä erkanemista ei sopi-v. 35 vasti hallita, se voi huonontaa sitkeyttä ja nostaa DBTT-arvoa sekä peruss yyssä että HAZ-alueella. Suurempi Cu-määrä voi myös aiheuttaa haurautta 112381 19 laatan valun ja kuumavalssauksen aikana, mikä vaatii Ni:n keralisäyksiä tämän lieventämiseksi. Edellä mainituista syistä, kun kuparia lisätään tämän keksinnön teräksiin, Cu:n noin 1,0 painoprosentin yläraja on edullinen ja Cu:n noin 0,4 painoprosentin yläraja on vielä edullisempi.

5 Boori (B) voi pieninä määrinä parantaa suuresti teräksen karkaista- vuutta ja edistää sälemartensiittia, alempaa bainiittia ja ferriittiä olevien teräksen mikrorakenteiden muodostumista hillitsemällä ylemmän bainiitin muodostumista sekä peruslevyssä että karkearakeisella HAZ-alueella. Yleensä vähintään noin 0,0004 paino-% B:a tarvitaan tähän tarkoitukseen. Kun booria lisä-10 tään tämän keksinnön teräksiin, noin 0,0006 - 0,0020 painoprosentin määrä on edullinen ja noin 0,0010 painoprosentin yläraja on vielä edullisempi. Boori ei kuitenkaan mahdollisesti ole välttämätön lisäaine, jos muu seostus teräksessä saa aikaan riittävän karkaistavuuden ja halutun mikrorakenteen.

(4) Edullinen teräskoostumus, kun vaaditaan hitsauksen jälkeistä lämpö-15 käsittelyä (PWHT) PWHT suoritetaan normaalisti korkeissa lämpötiloissa, esim. yli noin 540 °C:ssa (1000 °F). PVVHT-käsittelystä aiheutuva terminen altistus voi johtaa lujuuden menetykseen peruslevyssä ja hitsauksen HAZ-alueella johtuen mikrorakenteen pehmenemisestä yhdessä aluerakenteen palautumisen (ts. 20 prosessointietujen menetyksen) ja rautakarbidihiukkasten karkenemisen kans-*; ·: sa. Tämän välttämiseksi edellä kuvattua perusteräksen kemiallista koostumus- !· ta on edullista modifioida lisäämällä pieni määrä vanadiinia. Vanadiinia lisä- tään erkanemalujittumisen aikaansaamiseksi muodostamalla hienojakoisia va-nadiinikarbidin (VC) hiukkasia perusteräkseen ja HAZ-alueelle PWHT-käsitte- * · 25 lyssä. Tämän lujittumisen on suunniteltu korvaavan oleellisesti lujuuden mene-;;; tyksen PVVHT-käsittelyssä. Kuitenkin liiallista VC-lujittumista on vältettävä, ’···’ koska se voi huonontaa sitkeyttä ja nostaa DBTT-arvoa sekä peruslevyssä et tä HAZ-alueella. Esillä olevassa keksinnössä noin 0,1 painoprosentin yläraja : V:lle on edullinen näistä syistä. Alaraja on edullisesti noin 0,02 paino-%. Edul- *»» :: 30 lisemmin noin 0,03 - 0,05 paino-% V:a lisätään teräkseen.

Tämä ainutlaatuinen ominaisuuksien yhdistelmä esillä olevan kek- ,···, sinnön teräksissä saa aikaan kustannuksiltaan alhaisen toteutusteknologian ♦ » tietyille kryogeenisen lämpötilan operaatioille, esimerkiksi luonnonkaasun va-: rastoinnille ja kuljetukselle alhaisissa lämpötiloissa. Nämä uudet teräkset voi- 35 vat saada aikaan merkittäviä materiaalikustannussäästöjä kryogeenisen lämpötilan sovellutuksiin verrattuna nykytekniikan mukaisiin kaupallisiin teräksiin, 20 1 12381 jotka vaativat yleensä paljon suurempia nikkelipitoisuuksia (jopa noin 9 pai-no-%) ja joilla on paljon pienemmät lujuudet [alle noin 830 MPa (120 ksi)]. Kemiallisen koostumuksen ja mikrorakenteen suunnittelua käytetään DBTT-ar-von alentamiseen ja yhtenäisten mekaanisten ominaisuuksien aikaansaami-5 seen paksuuden läpi yli noin 2,5 cm:n (1 in) poikkileikkauspaksuuksilla. Näiden uusien terästen nikkelipitoisuudet ovat edullisesti alle noin 3 paino-%, vetolujuus yli 830 MPa (120 ksi), edullisesti yli noin 860 MPa (125 ksi) ja edullisemmin yli noin 900 MPa (130 ksi), muutoslämpötilat sitkeästä hauraaseen muotoon (DBTT-arvot) alle noin -73 °C (-100 °F) ja ne tarjoavat erinomaisen sit-10 keyden DBTT-lämpötilassa. Näiden uusien terästen vetolujuus voi olla yli noin 930 MPa (135 ksi) tai yli noin 965 MPa (140 ksi) tai yli noin 1 000 MPa (145 ksi). Näiden terästen nikkelipitoisuus voidaan nostaa yli noin 3 painoprosentin, jos halutaan parantaa suorituskykyä hitsauksen jälkeen. Jokaisen 1 painoprosentin nikkelilisäyksen odotetaan alentavan teräksen DBTT-arvoa noin 10 15 °C:lla (18 °F). Nikkelipitoisuus on edullisesti alle 9 paino-% ja edullisemmin alle noin 6 paino-%. Nikkelipitoisuus on edullista minimoida teräksen kustannusten minimoimiseksi.

Vaikka edellä esitettyä keksintöä on kuvattu yhden tai useampien toteutusmuotojen suhteen, on ymmärrettävä, että muita muunnoksia voidaan 20 tehdä poikkeamatta keksinnön suojapiiristä, joka esitetään seuraavissa patenttivaatimuksissa.

I 1 t > I 1 * « » * » » f » 21 1 12381

Termisanasto

Aci-muutoslämpötila: lämpötila, jossa austeniittia alkaa muodostua kuumennuksen aikana;

Ac3-muutoslämpötila: lämpötila, jossa muutos ferriitistä austeniitiksi 5 on mennyt loppuun kuumennuksen aikana; AI2O3: alumiinioksidi;

An-muutoslämpötila: lämpötila, jossa muutos austeniitista ferriitiksi tai ferriitiksi plus rautakarbidiksi on mennyt loppuun jäähdytyksen aikana;

Ar3-muutoslämpötila: lämpötila, jossa austeniitti alkaa muuttua ferrii-10 tiksi jäähdytyksen aikana; BCC: sisäkeskuspisteinen kuutiohila; jäähtymisnopeus: jäähtymisnopeus levyn paksuuden keskellä tai oleellisesti keskellä; CRSS (kriittinen hajaantunut leikkausrasitus): teräksen luontainen 15 ominaisuus, joka on herkkä sille helppoudelle, jolla dislokaatiot voivat liukua ristiin deformaatiossa, ts. teräksellä, jossa ristiin liukuminen on helpompaa, on myös alhainen CRSS ja siten alhainen DBTT; kryogeeninen lämpötila: mikä tahansa alle -40 °C:n (-40 °F) lämpötila; 20 DBTT (muutoslämpötila sitkeästä hauraaksi): hahmottelee kaksi mur- tumistapaa rakenneteräksissä; alle DBTT:n lämpötiloissa murtuminen pyrkii : tapahtumaan pienienergisen lohkeamisen (hauraana) murtumana, kun taas yli DBTT:n lämpötiloissa murtuminen pyrkii tapahtumaan suurienergisenä sitkeänä murtumana; :' * 25 olennaisesti: oleellisesti 100 til.-%; ’ · ’. FCC: keskuspistepintainen kuutiohila; , · · ·, rae: yksittäinen kide monikiteisessä materiaalissa; raeraja: kapea vyöhyke metallissa, joka vastaa muutosta kristallo-. grafisesta suuntauksesta toiseen, mikä erottaa yhden rakeen toisesta; t * * :t>;’ 30 HAZ: lämpövaikutusvyöhyke; 1 *;· ‘ HIC: vedyn aiheuttama halkeilu; suurikulmainen raja tai jakopinta: raja tai jakopinta, joka käyttäytyy tehokkaasti suurikulmaisena raerajana, ts. pyrkii poikkeuttamaan etenevän hal-,, *, keaman tai murtuman ja aiheuttaa siten mutkittelevuutta murtumauraan; : ' 35 suurikulmainen raeraja: raeraja, joka erottaa kahta vierekkäistä raet- ' · > *: ta, joiden kristallografiset suuntaukset eroavat toisistaan yli noin 8 °; 22 1 12 3 81 HSLA: erittäin luja, niukasti seostettu; kriittisellä välialueella uudelleenkuumennettu: kuumennettu (tai uu-delleenkuumennettu) lämpötilaan, joka on noin Aci-muutoslämpötilasta noin Ac3-muutoslämpötilaan; 5 kriittinen välilämpötila-alue: noin Aci-muutoslämpötilasta noin AC3- muutoslämpötilaan kuumennuksessa, ja noin Ar3-muutoslämpötilasta noin An-muutoslämpötilaan jäähdytyksessä; niukasti seostettu teräs: teräs, joka sisältää rautaa ja kaikkiaan alle noin 10 paino-% seostuslisäaineita; 10 pienen lämmönsyötön hitsaus: hitsaus korkeintaan noin 2,5 kj/mm:n (7,6 kJ/in) kaarienergioilla; MA: martensiitti-austeniitti; liukuman keskietäisyys: tehollinen raekoko;

Ms-muutoslämpötila: lämpötila, jossa austeniitin muuttuminen mar-15 tensiitiksi alkaa jäähdytyksen aikana; pääasiassa: esillä olevaa keksintöä kuvattaessa käytettynä tarkoittaa vähintään noin 50 tilavuusprosenttia; esiausteniittinen raekoko: keskimääräinen austeniitin raekoko kuu-mavalssatussa teräslevyssä ennen valssausta lämpötila-alueella, jolla auste-20 niitti ei kiteydy uudelleen; sammutus: esillä olevaa keksintöä kuvattaessa käytettynä kiihdytetty jäähdytys millä tahansa keinolla, jolla käytetään nestettä, joka on valittu sen : : taipumuksen perusteella nostaa teräksen jäähtymisnopeutta verrattuna ilma- :. jäähdytykseen; 25 sammutuksen pysäytyslämpötila (QST): korkein tai oleellisesti kor- . kein levyn pinnalla saavutettu lämpötila sammutuksen lopettamisen jälkeen ,,, johtuen levyn paksuuden keskeltä siirtyneestä lämmöstä; ‘* laatta: teräskappale, jolla on mitkä tahansa dimensiot;

Sv: suurikulmaisten rajojen kokonaisjakopinta-ala tilavuusyksikköä 30 kohti teräslevyssä; vetolujuus: vetokokeessa maksimikuorman suhde alkuperäiseen poikkipinta-alaan;

TiC: titaanikarbidi; : ” TiN: titaaninitridi; ..,: 35 Tnrlämpötila: lämpötila, jonka alapuolella austeniitti ei kiteydy uudel- :v. Ieen;ja , , TMCP: termomekaaninen hallittu valssausprosessointi.

Claims (22)

23 112381

1. Menetelmä kaksifaasisen teräslevyn valmistamiseksi, jonka DBTT-arvo on alle noin -73 °C (-100 °F) sekä mainitussa teräslevyssä että sen HAZ-alueella ja jonka mikrorakenne sisältää noin 10-40 til.-% olennaisesti ferriittiä 5 olevaa ensimmäistä faasia ja noin 60 - 90 til.-% pääasiassa hienorakeista sä-lemartensiittia, hienorakeista alempaa bainiittia tai niiden seoksia olevaa toista faasia, joka menetelmä käsittää vaiheet, joissa: (a) kuumennetaan teräslaatta uudelleenkuumennuslämpötilaan, joka on (i) riittävän korkea mainitun teräslaatan oleelliseksi homogenisoimiseksi 10 ja oleellisesti kaikkien mainitussa teräslaatassa olevien niobin ja vanadiinin karbidien ja karbonitridien liuottamiseksi ja (m) tarpeeksi alhainen hienojakoisten alkuausteniittirakeiden aikaansaamiseksi mainittuun teräslaattaan; (b) ohennetaan mainittua teräslaattaa teräslevyn muodostamiseksi yhdellä tai useammilla kuumavalssauskerroilla ensimmäisellä lämpötila-alueel- 15 la, jolla austeniitti kiteytyy uudelleen; (c) ohennetaan edelleen mainittua teräslevyä yhdellä tai useammilla kuumavalssauskerroilla toisella lämpötila-alueella, joka on suunnilleen Tnr-läm-pötilan alapuolella ja suunnilleen Ar3-muutoslämpötilan yläpuolella; (d) ohennetaan edelleen mainittua teräslevyä yhdellä tai useam-20 millä kuumavalssauskerroilla kolmannella lämpötila-alueella, joka on suunnilleen Ar3-muutoslämpötilan ja suunnilleen Arrmuutoslämpötilan välillä; (e) sammutetaan mainittu teräslevy jäähdytysnopeudella noin 10 -40 °C/s (18-72 °F/s) sammutuksen pysäytyslämpötilaan, joka on suunnilleen !; ’ Ms-muutoslämpötilan plus 200 °C (360 °F) alapuolella; ja 25 (f) lopetetaan mainittu sammutus mainitun teräslevyn mainitun mik- rorakenteen muuttumisen helpottamiseksi noin 10-40 tilavuusprosentiksi fer-: " riittiä olevaa ensimmäistä faasia ja noin 60 - 90 tilavuusprosentiksi pääasiassa hienorakeista sälemartensiittia, hienorakeista alempaa bainiittia tai niiden seok-: v. siä olevaa toista faasia. [***, 30

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainittu vai- heen (a) uudelleenkuumennuslämpötila on välillä noin 955 - 1 065 °C (1 750 -i *· 1 950 °F).

•\, .·' 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainittujen vai- heen (a) hienojakoisten alkuausteniittirakeiden raekoko on alle noin 120 mik-,*··, 35 ronia. 24 1 12381

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainitun teräslaatan paksuuden noin 30 - 70 %:n ohennus tapahtuu vaiheessa (b).

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainitun teräslevyn paksuuden noin 40 - 80 %:n ohennus tapahtuu vaiheessa (c).

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainitun teräslevyn paksuuden noin 15-50 %:n ohennus tapahtuu vaiheessa (d).

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, joka käsittää lisäksi vaiheen, jossa annetaan mainitun teräslevyn jäähtyä ilmassa ympäristön lämpötilaan mainitun sammutuksen lopettamisen jälkeen vaiheessa (f).

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainittu vaiheen (a) teräslaatta sisältää lisäksi rautaa ja seuraavia seostusalkuaineita mainitut painoprosentit: noin 0,04 - 0,12 % C:tä, vähintään noin 1 % Ni:ä tai korkeintaan noin 9 % Ni:ä, 15 noin 0,02 - 0,1 % Nb:a, noin 0,008 - 0,03 % Ti:a ja noin 0,001 - 0,05 % Alia ja noin 0,002 - 0,005 % N:ä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, jossa mainittu 20 teräslaatta sisältää alle noin 6 paino-% Ni:ä.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, jossa mainittu . teräslaatta sisältää alle noin 3 paino-% Ni:ä ja sisältää lisäksi noin 0,5 - 2,5 paino-% Mn:a.

11. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, jossa mainittu : 25 teräslaatta sisältää lisäksi ainakin yhtä lisäainetta, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu (i) korkeintaan noin 1,0 paino-% Cr:a, (ii) korkeintaan noin 0,8 paino-% Mo:ä, (iii) korkeintaan noin 0,5 paino-% Si:tä, (iv) noin 0,02 - 0,10 paino-% V:a, (v) noin 0,1-1,0 paino-% Cu:a ja korkeintaan noin 2,5 paino-% Mn:a.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, jossa mainittu . · · ·. teräslaatta sisältää lisäksi noin 0,0004 - 0,0020 paino-% B:a. « ·

13. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa vaiheen (f) ’·· jälkeen mainitun teräslevyn vetolujuus on yli 830 MPa (120 ksi).

14. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, jossa mainittu . ·. 35 ensimmäinen faasi sisältää noin 10-40 til.-% deformoitunutta ferriittiä. 112381 25

15. Kaksifaasinen teräslevy, jonka mikrorakenne sisältää noin 10 -40 til.-% olennaisesti ferriittiä olevaa ensimmäistä faasia ja noin 60 - 90 til.-% pääasiassa hienorakeista sälemartensiittia, hienorakeista alempaa bainiittia tai niiden seoksia olevaa toista faasia, jonka teräslevyn vetolujuus on yli 830 MPa 5 (120 ksi) ja jonka DBTT-arvo on alle -73 °C (-100 °F) sekä mainitussa teräslevyssä että sen HAZ-alueella, ja joka teräslevy on valmistettu uudelleenkuu-mennetusta teräslaatasta, joka sisältää rautaa ja seuraavia seostusalkuaineita mainitut painoprosentit: noin 0,04 - 0,12 % C:tä, 10 vähintään noin 1 % Ni:ä ja korkeintaan noin 9 % Ni:ä, noin 0,02 - 0,1 % Nb:a, noin 0,008 - 0,03 % Ti:a, noin 0,001 - 0,05 % Al:a ja noin 0,002 - 0,005 % N:ä.

16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen teräslevy, jossa mainittu te- räslaatta sisältää alle noin 6 paino-% Ni:ä.

17. Patenttivaatimuksen 15 mukainen teräslevy, jossa mainittu te-räslaatta sisältää alle noin 3 paino-% Ni:ä ja lisäksi sisältää noin 0,5 - 2,5 paino-% Mn:a.

18. Patenttivaatimuksen 15 mukainen teräslevy, joka sisältää lisäksi ainakin yhtä lisäainetta, joka on valittu ryhmästä, johon kuuluu (i) korkeintaan : noin 1,0 paino-% Cr:a, (ii) korkeintaan noin 0,8 paino-% Mo:ä, (iii) korkeintaan noin 0,5 paino-% Siitä, (iv) noin 0,02 - 0,10 paino-% V:a, (v) noin 0,1 -1,0 paino-% Cu:a ja (vi) korkeintaan noin 2,5 paino-% Mn:a. >· \ 25

19. Patenttivaatimuksen 15 mukainen teräslevy, joka sisältää lisäksi ‘ noin 0,0004 - 0,0020 paino-% B:a.

...: 20. Patenttivaatimuksen 15 mukainen teräslevy, jossa mainittu mik- :: rorakenne on optimoitu halkeamauran mutkittelevuuden oleelliseksi maksimoi miseksi termomekaanisella hallitulla valssausprosessoinnilla, joka aikaansaa 30 lukuisia suurikulmaisia jakopintoja mainitun olennaisesti ferriittiä olevan ensim-: ’ “: mäisen faasin ja mainitun pääasiassa hienorakeista sälemartensiittia, hienora keista alempaa bainiittia tai niiden seoksia olevan toisen faasin välille.

21. Menetelmä teräslevyn halkeaman etenemisen vastustuskyvyn * parantamiseksi, joka levy sisältää vähintään noin 1 paino-%n Ni:ä ja korkein- ·*: 35 taan noin 9 paino-% Ni:ä, jossa menetelmässä prosessoidaan mainittua teräs- levyä mikrorakenteen tuottamiseksi, joka sisältää noin 10-40 til.-% olennai- 112381 26 sesti ferriittiä olevaa ensimmäistä faasia ja noin 60 - 90 til.-% pääasiassa hie-norakeista sälemartensiittia, hienorakeista alempaa bainiittia tai niiden seoksia olevaa toista faasia, joka mikrorakenne optimoidaan halkeamauran mutkittele-vuuden oleelliseksi maksimoimiseksi termomekaanisella hallitulla valssauspro-5 sessoinnilla, joka aikaansaa lukuisia suurikulmaisia jakopintoja mainitun olennaisesti ferriittiä olevan ensimmäisen faasin ja mainitun pääasiassa hienorakeista sälemartensiittia, hienorakeista alempaa bainiittia tai niiden seoksia olevan toisen faasin välille.

22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen menetelmä, jossa mainitun te-10 räslevyn mainittua halkeaman etenemisen vastustuskykyä parannetaan edelleen ja mainitun teräslevyn HAZ-alueen halkeaman etenemisen vastustuskykyä hitsattuna parannetaan lisäämällä vähintään noin 1,0 paino-% Ni:ä ja minimoimalla oleellisesti BCC:a stabiloivien alkuaineiden lisäysmäärä. > · = » * · I < I t i • i i · 27 112381