ITMI962284A1

ITMI962284A1 - Metallo di saldatura per acciai al cr-mo ad alta resistenza e metodo di saldatura ad arco sommerso

Info

Publication number: ITMI962284A1
Application number: IT96MI002284A
Authority: IT
Inventors: Hitoshi Hatano; Hiroyuki Morimoto; Akinobu Gotoh; Takeshi Nakagawa
Original assignee: Kobe Seiko Sho Pur E Nota Come
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1996-11-04
Publication date: 1998-05-04
Also published as: IT1286080B1; KR970025815A; FR2740715B1; KR100237320B1; FR2740715A1; JP3283763B2; JPH09192881A

Description

Descrizione dei brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

"Metallo di saldatura per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza e metodo di saldatura ad arco sommerso"

GENERALIT?' DELL'INVENZIONE

1- Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un metallo di saldatura per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza e ad un metodo di saldatura ad arco sommerso, il quale metallo di saldatura viene impiegato per la saldatura di acciai al Cr-Mo ad alta resistenza (un contenuto di Cr compreso fra il 2,00 ed il 3,25 percento in peso ed un contenuto di Mo compreso fra lo 0,90 e l'l,20 percento in peso), contiene V come pure Cr e Mo, come componenti essenziali e contiene Nb, Ti, B, Ca e simili a seconda delle esigenze.

2. Descrizione della tecnica relativa

Poich? l'acciaio al 2,25-3% di Cr - 1% di Mo presenta eccellenti caratteristiche ad alta temperatura, ? stato largamente impiegato come materiale che pu? essere utilizzato in atmosfere ad alta temperatura e ad alta pressione, ad esempio caldaie e reattori chimici. Poich? tali strutture sono in generale di grandi dimensioni e di elevato spessore, in un processo di saldatura di tali strutture si impiega la saldatura ad arco sommerso a causa della sua elevata efficienza operativa. In tali strutture, la tendenza delle condizioni operative ? verso temperature e pressioni pi? elevate per operare con alta efficienza. Quando si costruiscono strutture con materiali di acciaio tradizionale, lo spessore di queste strutture deve essere ulteriormente aumentato sino a livelli poco pratici. Sono stati pertanto sviluppati acciai al Cr-Mo ad alta resistenza in cui viene aggiunto V ed acciai al Cr-Mo ad alta resistenza in cui vengono aggiunti V e Nb, allo scopo di eliminare la tendenza all'aumento di spessore nell'uso di queste strutture, in condizioni di temperatura elevata e di pressione elevata.

I materiali di saldatura richiedono pertanto il miglioramento di caratteristiche quali resistenza a temperature ambiente ed elevate, tenacit?, resistenza allo scorrimento viscoso, resistenza all'infragilimento da tempra (infragilimento a nudo nell'uso in condizioni di temperature elevate), resistenza alla criccatura a caldo (criccatura a nudo in corrispondenza della solidificazione), resistenza alla criccatura a freddo (distruzione ritardata a nudo mediante idrogeno) e resistenza alla frattura da coazioni termiche (stress relief (SR) o annullamento delle tensioni) (frattura intercristallina a nudo dovuta ad invecchiamento con precipitazione). In particolare, la ricottura di SR ? essenziale per strutture saldate di acciai al Cr-Mo e le sollecitazioni residue aumentano assieme alla tendenza all'aumento delle condizioni di scala/aumento di spessore di strutture saldate di acciai al Cr-Mo ad alta resistenza. Pertanto, la frattura intercristallina dovuta ad invecchiamento con precipitazione o frattura da SR ? un grave problema da risolvere.

Fra le caratteristiche richieste ai metalli di saldatura per strutture saldate di acciai al Cr-Mo ad alta resistenza, la tenacit? e la resistenza all'infragilimento da tempra dopo ricottura di SR possono essere migliorate facendo diminuire il contenuto di ossigeno dei metalli di saldatura. Ad esempio, il brevetto giapponese non esaminato No. 61-71196 rende noto che la tenacit? viene migliorata facendo diminuire il contenuto di ossigeno quando il tenore di Si nel metallo di saldatura ? lo 0,10 percento in peso o pi?.

Quando il tenore di ossigeno viene ridotto a 300 ppm in peso o meno in un metallo di saldatura, possono essere notevolmente migliorate vE (tenacit? dopo un breve trattamento di SR) e vE+SC (tenacit? dopo un trattamento termico per infragilimento accelerato), come descritto nei brevetti giapponesi non esaminati No. 1-210193 e 1-271096.

Inoltre, il brevetto giapponese non esaminato No.

2-182378 rende noto che l'ossigeno in un metallo di saldatura pu? essere controllato ad un tenore basso e che la tenacit? pu? essere migliorata mediante l'impiego di un fondente legato avente una basicit? BL di 2,3 o pi?, dove BL ? espressa dalla seguente equazione:

rappresentano le percentuali in peso di

Inoltre, quando vengono usati un filo metallico pieno ed un fondente legato aventi una specifica composizione, il contenuto di ossigeno in un metallo di saldatura pu? essere ridotto allo 0,030 percento in peso o meno e pertanto il metallo di saldatura presenta una eccellente tenacit?, come descritto nel brevetto giapponese esaminato 4-79752.

Come precedentemente indicato, un contenuto di ossigeno ridotto nel metallo di saldatura pu? migliorare in modo evidente tenacit? e resistenza all 'infragilimento da tempra dopo ricottura di SR. Tuttavia, i metalli di saldatura formati in tal modo presentano basse resistenze di criccatura da SR.

D?altra parte, un metallo di saldatura che presenti una resistenza alla criccatura da SR pi? alta rispetto a quella di un metallo di saldatura a basso tenore di ossigeno viene proposto nel brevetto giapponese non eaminato 6-328292, in cui microstrutture fini precipitano lungo i confini dei grani e pertanto l'area dei confini dei grani aumenta per effetto dell'aumento del contenuto di ossigeno in un metallo di saldatura, nel caso di acciai al Cr-Mo ad alta resistenza. In particolare, la resistenza alla criccatura da SR viene migliorata controllando il contenuto di ossigeno entro l?intervallo dallo 0,030 allo 0,060 percento in peso e la diminuzione di tenacit? legata all'aumentato contenuto di ossigeno viene risolta mediante la ottimizzazione dei contenuti di carbonio e manganese nel metallo di saldatura.

Tuttavia, quando il tenore di ossigeno viene controllato entro lo 0,030-0,060 percento in peso in un metallo di saldatura per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza, la tenacit? ? occasionalmente instabile a seguito della fluttuazione delle condizioni di saldatura e simili. Inoltre, la resistenza alla criccatura da SR pu? essere insoddisfacente in strutture saldate di maggiori dimensioni e di maggior spessore. Il miglioramento contemporaneo di tenacit? e di resistenza alla criccatura da SR non pu? essere realizzato in alcun metallo di saldatura, per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza, esclusivamente mediante la ottimizzazione del contenuto di ossigeno nel metallo di saldatura. Quando il contenuto di ossigeno ? inferiore allo 0,030 percento in peso, la resistenza alla criccatura da SR diminuisce in modo significativo bench? la tenacit? venga migliorata, come precedentemente indicato, e pertanto non si forma alcun metallo di saldatura che sia pratico.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE

Costituisce uno scopo della presente invenzione il realizzare un metallo di saldatura ed un metodo di saldatura ad arco sommerso per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza, il quale metallo di saldatura presenti una tenacit? stabile ed eccellente ed una eccellente resistenza alla criccatura da SR.

In accordo con la presente invenzione, un metallo di saldatura per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza, formato mediante saldatura ad arco sommerso, con una combinazione di un filo metallico pieno e di un fondente legato, comprende: dallo 0,04 allo 0,14 percento in peso di C, dallo 0,05 allo 0,40 percento in peso di Si, dallo 0,50 all'1,30 percento in peso di Mn, dal 2,00 al 3,25 percento in peso di Cr, dallo 0,90 all'1,20 percento in peso di Mo, dallo 0,05 all'1,00 percento in peso di V, lo 0,015 percento in peso o meno di N e per il resto Fe ed impurezze secondarie; in cui le impurezze secondarie contengono lo 0,010 percento in peso o meno di P, lo 0,40 percento in peso o meno di Ni, lo 0,018 percento in peso di Al Ti, lo 0,010 percento in peso o meno di S, lo 0,010 percento in peso o meno di Sn, lo 0,010 percento in peso o meno di As, lo 0,010 percento in peso o meno di Sb e meno dello 0,045 percento in peso di 0; un residuo, raccolto mediante estrazione elettrolitica solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura, dopo ricottura di annullamento delle tensioni, ad una temperatura di 625?C per 10 ore, contiene il 65 percento in peso o meno di V; ed il rapporto contenuto di Fe/contenuto di Cr nel residuo ? di 2,0 o meno.

Di preferenza, il residuo contiene il 35 percento in peso o meno di Fe ed il 10 percento in peso o pi? di V. Di preferenza, il metallo di saldatura comprende inoltre almeno un elemento scelto dall'insieme costituito dallo 0,035 percento in peso o meno di Nb, dal 2,00 percento in peso o meno di W e dall11,00 percento in peso o pi? di Co. Il metallo di saldatura comprende inoltre almeno un elemento scelto dall'insieme costituito dallo 0,035 percento in peso o meno di Zr, dallo 0,070 percento in peso o meno di Hf e dallo 0,070 percento in peso o meno di Ta. Il metallo di saldatura comprende inoltre dallo 0,001 allo 0,015 percento in peso di B.

Quando i contenuti di C, Si, Mn, P, 0, V e Cr sono espressi rispettivamente come [C], [Si], [Mn], [P], [O], [V] e [Cr], il valore di PN calcolato mediante la seguente equazione ? di preferenza compreso fra 5,0 e 10,0:

In accordo con la presente invenzione, un metodo di saldatura ad arco sommerso per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza, mediante la combinazione di un filo metallico pieno e di un fondente legato, comprende: il filo metallico pieno contenente dallo 0,05 allo 0,15 percento in peso di C, dallo 0,70 all'1,60 percento in peso di Mn, dal 2,00 al 3,80 percento in peso di Cr, dallo 0,90 all'1,20 percento in peso di Mo e lo 0,40 percento in peso o meno di Si; il fondente legato contenente dal 5 al 20 percento in peso di Si02, dal 20 al 40 percento in peso di MgO, dal 5 al 25 percento in peso di AI2O3, dal 2,4 al 12 percento in peso di F (come contenuto ridotto da fluoruro metallico) e dal 3 al 12 percento in peso di C02 (come contenuto ridotto da carbonato metallico) ed il formare un metallo di saldatura descritto in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, mediante saldatura ad arco sommerso con un input di calore di saldatura compreso fra 20 e 50 kJ/cm.

Di preferenza, le temperature di preriscaldamento e quelle minime tra i cicli di saldatura sono comprese fra 225 e 350?C.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La figura 1 ? una vista schematica in sezione trasversale che illustra una forma di un metallo base di saldatura utilizzato negli esempi;

la figura 2 ? un grafico che illustra la condizione SR in cui l'asse verticale rappresenta la temperatura e l'asse orizzontale rappresenta il tempo; la figura 3 ? una vista schematica in sezione trasversale che illustra una sezione di campionamento di un provino per analisi EDX ottenuto dal metallo di saldatura ;

la figura 4 ? un grafico che illustra la condizione SR per prove meccaniche, in cui l'asse verticale rappresenta la temperatura e l'asse orizzontale rappresenta il tempo;

la figura 5 ? un grafico che illustra una condizione di raffreddamento a gradini, in cui l'asse verticale rappresenta la temperatura e l'asse orizzontale rappresenta il tempo e

la figura 6A ? una vista in sezione trasversale che illustra il sito di campionamento e la direzione di un provino cilindrico ottenuto dal metallo di saldatura, la figura 6B ? una vista laterale che illustra la forma del provino cilindrico, la figura 6C ? una vista in sezione trasversale del provino, la figura 6D ? una vista in sezione trasversale ingrandita della sezione A con intaglio della figura 6C e la figura 6E ? una sezione trasversale schematica che illustra un metodo di prova di rottura su anello impiegando il provino cilindrico.

DESCRIZIONE DELLE FORME RALIZZATIVE PREFERITE

Gli inventori della presente invenzione hanno svolto studi approfonditi per risolvere i problemi precedentemente esposti ed hanno trovato un metallo di saldatura per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza, che presenta una eccellente compatibilit? di tenacit? elevata e di elevata resistenza alla criccatura da SR, specificando la composizione del metallo di saldatura ed ottimizzando la microstruttura nel metallo di saldatura mediante una condizione di SR corretta, senza aumento del contenuto di ossigeno nel metallo di saldatura.

Gli inventori della presente invenzione hanno dapprima studiato la causa della criccatura da SR. Nei primi grani austenitici precipitano carburi MC fini che irrobustiscono l'interno dei grani, dove carburo MC rappresenta carburo (C) di metallo (M) ed il componente principale del metallo ? il vanadio (V). D'altra parte, la tenacit? e la resistenza in corrispondenza del primo confine dei grani austenitici, vengono fatte diminuire da precipitazione di cementite con una forma a reticolo in corrispondenza del confine dei primi grani austenitici. Si ? trovato che la criccatura da SR si verifica a seguito della differenza delle resistenze fra l'interno ed il confine o periferia dei grani provocata durante il trattamento di SR.

Conseguentemente, la resistenza alla criccatura da SR diminuisce quando una grande quantit? di cementiti precipita in corrispondenza del confine dei primi grani austenitici nel metallo di saldatura o una grande quantit? di carburi MC precipita nel grano. In altre parole, la resistenza alla criccatura da SR ? determinata dall'equilibrio fra la quantit? di cementite in corrispondenza del confine dei grani e la quantit? di carburo MC nel grano. Pertanto, se la quantit? di cementite che precipita in corrispondenza del confine dei primi grani austenitici pu? essere diminuita senza aumento dei carburi MC nel primo grano austenitico, la resistenza alla criccatura da SR pu? migliorare. Quando una microstruttura comprendente il confine dei primi grani austenitici che contiene una minore quantit? di cementite, viene formata in un metallo di saldatura con un minor contenuto di ossigeno, vale a dire con una tenacit? di livello eievato, il metallo di saldatura presenta una tenacit? eccellente e stabile ed una eccellente resistenza alla criccatura da SK per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza.

Successivamente, gli inventori della presente invenzione hanno esaminato un metodo per produrre un metallo di saldatura contenente primi grani austenitici con una minor precipitazione di cementite durante il trattamento di SR. Si ? trovato, come risultato, che in corrispondenza di una condizione costante di trattamento di SR, la quantit? di cementite formata dipende dalla attivit? di Cr e dalla attivit? di C nel metallo di saldatura, vale a dire che la formazione di cementite durante il trattamento di SR pu? essere soppressa con una attivit? aumentata di Cr e con una attivit? diminuita di C. Si ? inoltre trovato che V, Nb, W, Zr, Hf e Ta possono provocare un aumento di attivit? di Cr ed una diminuzione di attivit? di C senza diminuzione di altre propriet? meccaniche. Tuttavia, un contenuto eccessivo di V provoca una minore tenacit? poich? la resistenza dell'interno dei grani aumenta per effetto di una precipitazione accelerata di carburi MC ed aumenta cosi la differenza fra la resistenza al confine dei grani e la resistenza all'interno dei grani.

Gli inventori della presente invenzione hanno contemporaneamente trovato che la formazione di cementite non ? necessariamente determinata solo dai componenti del metallo di saldatura. La formazione di cementite pu? venire ridotta elevando la temperatura del trattamento di SR in corrispondenza di una composizione costante del metallo di saldatura.

Gli inventori della presente invenzione hanno successivamente esaminato la espressione quantitativa della microstruttura del metallo di saldatura che presenta una eccellente resistenza alla criccatura da SR. I carburi che precipitano nel metallo di saldatura dopo il trattamento di SR comprendono carburi metallici, cementite, M7C3 e M23C6- Fra questi, cementite, M7C3 e M23C5 sono principalmente composti da Fe e Cr. A seguito dell'esame delle frazioni di Fe e Cr nei carburi, si ? trovato che la cementite contiene Fe in una frazione relativamente pi? alta e M7C3 e M23C6 contiene Cr in una frazione relativamente pi? alta. Pertanto, la precipitazione critica della cementite per ottenere una soddisfacente resistenza alla criccatura da SR, pu? essere determinata quantitativamente mediante la estrazione, con estrazione elettrolitica, dei carburi presenti come residuo nel metallo di saldatura e regolando il rapporto fra i contenuti di Fe e Cr nel residuo. In particolare, la quantit? di cementite in tutti i carburi che precipitano nel metallo di saldatura dopo il trattamento di SR, pu? essere espressa mediante il rapporto fra i contenuti di Fe e Cr nel residuo, come carburi estratti dal metallo di saldatura con la estrazione elettrolitica.

Conseguentemente, la microstruttura del metallo di saldatura che presenta una scarsa resistenza alla criccatura da SR contiene una grande quantit? dei precipitati di cementite e la microstruttura del metallo di saldatura che presenta una eccellente resistenza alla criccatura da SR contiene una grande quantit? dei precipitati di M7C3 e M23C6. Pertanto, con un pi? basso rapporto Fe/Cr nel residuo dell'estratto, si riesce ad ottenere un metallo di saldatura che presenta una eccellente resistenza alla criccatura da SR. Inoltre, controllando la quantit? di Fe come componente principale della cementite, si riesce ad ottenere un metallo di saldatura che presenta una eccellente resistenza alla criccatura.

D'altra parte, la resistenza alla criccatura da SR diminuisce quando i carburi MC precipitano in misura eccessiva oppure precipitano in modo scarso. La entit? della precipitazione dei carburi MC pu? essere controllata in base al contenuto di vanadio (V) presente nel residuo estratto, poich? i carburi MC sono essenzialmente composti da V. Pertanto, la quantit? di MC che rinforza l'interno dei grani pu? essere determinata in base al contenuto di V presente nel residuo estratto.

Gli inventori della presente invenzione hanno inoltre trovato che la resistenza del metallo di saldatura alla criccatura da SR pu? essere migliorata ottimizzando la composizione chimica del filo metallico pieno e del fondente legato utilizzati per la saldatura ad arco sommerso ed i contenuti di carbonio e di vanadio presenti nel metallo di saldatura ed ottimizzando l'input termico di saldatura e le temperature di preriscaldamento e quelle minime fra i cicli di saldatura.

Verranno ora illustrati i criteri circa la limitazione dei contenuti dei componenti specificati nel metallo di saldatura.

Contenuto di carbonio nel metallo di saldatura; da 0.04 a 0,14 percento in peso

Bench? il carbonio (C) influenzi in modo significativo la temprabilit?, la resistenza a temperatura ambiente, la resistenza ad alta temperatura e la tenacit? del metallo di saldatura, quando il tenore di carbonio nel metallo di saldatura ? inferiore allo 0,04 percento in peso, la resistenza diminuisce. D?altra parte, quando il tenore di carbonio supera lo 0,14 percento in peso, la resistenza aumenta in misura eccessiva dando luogo ad una diminuzione di tenacit?. Pertanto, il contenuto di carbonio nel metallo di saldatura viene determinato essere compreso fra lo 0,04 e lo 0,14 percento in peso e di preferenza fra lo 0,07 e lo 0,11 percento in peso.

Contenuto di silicio (Si ) nel metallo di saldatura: da 0,05 a 0,40 percento in peso

Il silicio (Si) presenta l'effetto della disossidazione o deossidazione e controlla il contenuto di ossigeno. Un contenuto di Si inferiore allo 0,05 percento in peso ha uno scarso effetto sulla deossidazione. D?altra parte, un contenuto di Si superiore allo 0,40 percento in peso, fa diminuire la resistenza all'infragi-limento da tempra e la resistenza alla criccatura da SR e d? luogo ad una diminuzione di tenacit? a causa della resistenza eccessivamente elevata. Pertanto, il contenuto di Si nel metallo di saldatura viene determinato essere compreso fra lo 0,05 e lo 0,40 percento in peso e preferibilmente fra 0,10 e 0,30 percento in peso.

Contenuta di manganese (Mn) nel metallo di saldatura: da 0,50 a 1,30 percento in peso

Anche il manganese (Mn), come il carbonio, provoca il miglioramento della tenacit? e della resistenza ad alta temperatura. Esso controlla contemporaneamente il contenuto di ossigeno. Quando il tenore di Mn nel metallo di saldatura ? inferiore allo 0,50 percento in peso, la resistenza e la tenacit? hanno livelli insoddisfacenti. D'altra parte, quando il tenore di Mn supera l'l,30 percento in peso, diminuiscono la resistenza allo scorrimento viscoso, la resistenza all 'infragilimento da tempra e la resistenza alla criccatura da SR. Pertanto, il tenore di Mn nel metallo di saldatura viene determinato essere compreso fra lo 0,50 e l?l,30 percento in peso e preferibilmente fra lo 0,90 e l'l,20 percento in peso.

Contenuto di cromo (Cr) nel metallo di saldatura: da 2,00 a 3,25 percento in peso e contenuto di molibdeno fMo ) nel metallo di saldatura: da 0,90 ad 1,20 percento in peso

Il cromo (Cr) ed il molibdeno (Mo) sono componenti fondamentali di un acciaio al 2,25-3% di Cr - 1% di Mo, ad alta resistenza. Bench? gli effetti della presente invenzione abbiano luogo anche al di fuori degli intervalli precedentemente indicati, il metallo di base, al di fuori degli intervalli precedentemente fissati, non viene utilizzato nelle condizioni di temperatura elevata impiegate nella presente invenzione. Pertanto, il tenore di Cr nel metallo di saldatura viene determinato essere compreso fra il 2,00 ed il 3,25 percento in peso e preferibilmente fra il 2,30 ed il 3,25 percento in peso ed il tenore di Mo nel metallo di saldatura viene determinato essere compreso fra lo 0,90 e l'l,20 percento in peso e preferibilmente fra lo 0,95 e l'l,10 percento in peso. Contenuto di vanadio (Vi nel metallo di saldatura: da 0,05 ad 1,00 percento in peso

Il vanadio (V) elimina la precipitazione della cementite come fattore per far aumentare l'attivit? del Cr e per far diminuire l'attivit? del C. Tuttavia, un tenore eccessivo di V provoca in larga misura la precipitazione di carburi MC e una tenacit? minore. Un contenuto estremamente basso di V fa diminuire la resistenza allo scorrimento viscoso. Quando il contenuto di V nel metallo di saldatura ? inferiore allo 0,05 percento in peso, la resistenza allo scorrimento viscoso diminuisce. D'altra parte, quando il contenuto di V supera ?'?,?? percento in peso, precipitano grandi quantit? di carburi MC e viene pertanto fatta diminuire la tenacit? del metallo di saldatura, a seconda della regolazione relativa ad altri componenti ed alla condizione del trattamento di SR. Pertanto, il contenuto di V nel metallo di saldatura viene determinato essere compreso fra lo 0,05 e ?'?,?? percento in peso e preferibilmente fra lo 0,25 e lo 0,70 percento in peso.

Contenuto di azoto (N1) nel metallo di saldatura: 0,015 percento in peso o meno

L'azoto (N) migliora la resistenza allo scorrimento viscoso del metallo di saldatura. Tuttavia, quando il contenuto di N supera lo 0,015 percento in peso, la tenacit? diminuisce. Pertanto, il contenuto di N nel metallo di saldatura viene limitato allo 0,015 percento in peso o meno ed ? preferibilmente compreso fra lo 0,003 e lo 0,010 percento in peso.

Contenuto di fosforo (P) nel metallo di saldatura; 0,010 percento in peso o meno

Il fosforo (P) si separa al confine dei grani nel metallo di saldatura facendo diminuire la resistenza del confine dei grani. Quando il contenuto di P nel metallo di saldatura supera lo 0,010 percento in peso, la resistenza al confine dei grani pu? diminuire e pu? provocare criccatura da SR. Inoltre, a seguito della segregazione di P al confine dei grani, diminuisce la resistenza all*infragilimento da tempra.

Pertanto, il contenuto di P ? limitato allo 0,010 percento in peso o meno ed ? preferibilmente pari allo 0,005 percento in peso o meno.

Contenuto di ossigeno (0) nel metallo di saldatura: 0,045 percento in peso o meno

L'ossigeno (0) fa diminuire la temprabilit? e causa il miglioramento della resistenza alla criccatura da SR. Tuttavia, quando il contenuto di 0 nel metallo di saldatura supera lo 0,045 percento in peso, la tenacit? del metallo di saldatura diviene instabile. In particolare, nel metallo di saldatura a cui sia stato intenzionalmente aggiunto V, l'effetto di stabilizzazione della tenacit? viene aumentato per effetto della diminuzione del contenuto di 0. Pertanto, il contenuto di O ? limitato allo 0,045 percento in peso o meno ed ? di preferenza compreso fra lo 0,020 e lo 0,035 percento in peso.

Contenuto di zolfo nel metallo di saldatura: 0,010 percento in peso o meno, contenuto di stagno (Sn) nel metallo di saldatura: 0,010 percento in peso o meno, contenuto di arsenico (As) nel metallo di saldatura: 0,010 percento in peso o meno e contenuto di antimonio (Sb) nel metallo di saldatura: 0.010 percento in peso o meno

Fra gli elementi contenuti marginalmente nel metallo di saldatura, ricordiamo: S, Sn, As e Sb, come pure P, Ni, Al, Ti, O indicati in precedenza. Quando il metallo di saldatura contiene questi elementi in tenori elevati, si possono verificare criccature da SR ed infragilimento da tempra. Pertanto, ciascun tenore di S, Sn, As e Sb come impurezze secondarie, ? limitato allo 0,010 percento in peso o meno e preferibilmente allo 0,005 percento in peso.

Contenuto di nichel (Ni^ nel metallo di saldatura: 0,40 percento in peso o meno

Il nichel (Ni) accelera 11infragilimento da tempra. Quando il contenuto di Ni nel metallo di saldatura supera lo 0,40 percento in peso, viene ulteriormente accelerato 11infragilimento da tempra. Pertanto, il contenuto di Ni nel metallo di saldatura viene controllato in modo che sia pari allo 0,40 percento in peso o meno e preferibilmente pari allo 0,10 percento in peso o meno.

Contenuto di alluminio (Al? titanio (Ti^ nel metallo di saldatura: 0,018 percento in peso o meno L'alluminio (Al) ed il titanio (Ti) fanno diminuire la tenacit?. Quando la somma del tenore di Al e del tenore di Ti supera lo 0,018 percento in peso, la diminuzione di tenacit? viene accelerata. Pertanto, il contenuto totale di Al e Ti ? limitato allo 0,018 percento in peso o meno e preferibilmente allo 0,010 percento in peso o meno.

Rapporto fra ferro (Fe? e cromo (Cr nel residuo ottenuto mediante estratto elettrolitico solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura, dopo il trattamento di SR a 625?C per 10 ore, vale a dire Fe)/(Cr1: 2,0 o meno

La limitazione del rapporto ponderale, (Fe)/(cr) di Fe su Cr, nel residuo ottenuto mediante estrazione elettrolitica dalla zona non influenzata del metallo di saldatura, dopo il trattamento di SR, costituisce il fattore pi? importante della presente invenzione. Il rapporto (Fe)/(Cr) dipende dai componenti presenti nel metallo di saldatura e dalle condizioni del trattamento di SR. Nella presente invenzione, il rapporto (Fe)/(Cr) viene determinato in base al contenuto di Fe (Fe) ed al contenuto di Cr (Cr) nel residuo ottenuto mediante estrazione elettrolitica di un campione costituito solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura che viene sottoposto al trattamento di SR a 625?C per 10 ore. Quando il rapporto (Fe)/(Cr) ? inferiore a 2,0, la resistenza alle criccature da SR viene migliorata poich? precipita meno cementite in corrispondenza del precedente confine dei grani austenitici e pertanto non viene alterata in modo significativo la tenacit? in corrispondenza del precedente confine dei grani austenitici. D'altra parte, quando il rapporto (Fe)/(Cr) supera 2,0, la resistenza alle criccature da SR diminuisce poich? una grande quantit? di cementite precipita in corrispondenza del precedente confine dei grani austenitici e pertanto diminuisce in modo significativo la resistenza in corrispondenza del precedente confine dei grani austenitici. Pertanto, il rapporto (Fe)/(Cr) nel residuo ottenuto mediante estrazione elettrolitica di un campione costituito solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura che viene sottoposto al trattamento di SR a 625?C per 10 ore, viene fissato a 2,0 o meno e preferibilmente ad un valore compreso fra 0,5 ed 1,0.

Contenuto di V nel residuo ottenuto mediante estratto elettrolitico solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura dopo il trattamento di SR a 625?C per 10 ore: 65 percento in peso o meno

La limitazione del contenuto di V nel residuo ottenuto mediante estrazione elettrolitica dalla zona non influenzata del metallo di saldatura, dopo il trattamento di SR, costituisce anch'essa un importante fattore nella presente invenzione. Le condizioni per il trattamento di SR sono eguali a quelle relative alla determinazione del rapporto (Fe)/(Cr) precedentemente indicate. Il contenuto di V nel residuo rappresenta la quantit? della precipitazione dei carburi MC e la resistenza dell'interno dei grani aumenta all'aumentare della precipitazione dei carburi MC. Quando il contenuto di V oltrepassa il 65 percento in peso, la resistenza alle criccature da SR e la tenacit? diminuiscono poich? aumenta in misura significativa la resistenza dell'interno dei grani. Pertanto, il contenuto di V nel residuo ottenuto mediante estrazione elettrolitica di un campione costituito solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura che viene sottoposto al trattamento di SR a 625 ?C per 10 ore, viene fissato essere il 65 percento in peso o meno rispetto al peso totale del residuo dell 'estratto.

Contenuto di Fe nel residuo ottenuto mediante estratto elettrolitico solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura, dopo il trattamento di SR a 625?C per 10 ore: 35 percento in peso o meno, e contenuto di V: 10 percento in peso o pi?

Come precedentemente indicato, la resistenza alle criccature da SR e la tenacit? possono essere migliorate limitando il rapporto (Fe)/(Cr) ed il contenuto di V nel residuo ottenuto mediante estrazione elettrolitica di un campione costituito solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura che viene sottoposto al trattamento di SR a 625?C per 10 ore. Tali effetti vengono ulteriormente migliorati quando il contenuto di Fe ? limitato al 35 percento in peso o meno ed il contenuto di V ? limitato al 10 percento in peso o pi? nelle medesime condizioni. Poich? il Fe ? un componente principale nella precipitazione della cementite che provoca le criccature da SR, tale limitazione del contenuto di Fe pu? eliminare la precipitazione della cementite. Quando il contenuto di Fe nel residuo dell'estratto supera il 35 percento in peso rispetto al peso totale del residuo dell'estratto, la precipitazione della cementite non pu? essere eliminata. Pertanto, il contenuto di Fe nel residuo ottenuto mediante estrazione elettrolitica di un campione costituito solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura che viene sottoposto al trattamento di SR a 625?C per 10 ore, viene fissato al 35 percento in peso o meno rispetto al peso totale del residuo dell'estratto.

Come precedentemente indicato, il V precipita come carburi MC nel grano, dando luogo ad una maggiore resistenza interna dei grani. Quando il contenuto di V diminuisce, il carbonio (C) residuo che non ? fissato con V provoca l'aumento di precipitazione della cementite. Quando il contenuto di V nel residuo dell'estratto ? inferiore al 10% in peso rispetto al peso totale del residuo dell'estratto, la precipitazione della cementite aumenta e la resistenza alle criccature da SR diminuisce. Pertanto, il contenuto di V nel residuo ottenuto mediante estrazione elettrolitica di un campione costituito solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura che viene sottoposto al trattamento di SR a 625?C per 10 ore, viene fissato al 10 percento in peso o pi? rispetto al peso totale del residuo dell'estratto.

Contenuto di niobio (Nb) nel metallo di saldatura: 0,035 percento in peso o meno, contenuto di tungsteno (W): 2,00 percento in peso o meno e contenuto di cobalto (Co): 1,00 percento in peso o meno

Quando al metallo di saldatura viene aggiunto almeno un elemento fra niobio (Nb), tungsteno (W) e cobalto (Co), vengono ulteriormente migliorate le resistenze a temperatura ambiente ed a temperatura elevata e la resistenza allo scorrimento viscoso, a confronto con l'aggiunta del solo V. Tuttavia, la tenacit? diminuisce a causa dell'aumento della resistenza quando il contenuto di Nb oltrepassa lo 0,035 percento in peso, il contenuto di W oltrepassa il 2,00 percento in peso o il Co oltrepassa ?'?,?? percento in peso. Pertanto, ? preferibile che il Nb venga aggiunto al metallo di saldatura in una quantit? dello 0,035 percento in peso o meno, W venga aggiunto in una quantit? del 2,00 percento in peso o meno ed il Co venga aggiunto in una quantit? dell'1,00 percento in peso o meno. Pi? preferibilmnete, i contenuti di questi elementi sono compresi fra lo 0,005 e lo 0,020 percento in peso per il Nb, fra lo 0,05 e ?'?,?? percento in peso per il W e fra lo 0,01 e lo 0,50 percento in peso per il Co.

Contenuto di zirconio (Zr) nel metallo di saldatura: 0,035 percento in peso o meno, contenuto di afnio (Hf): 0,070 percento in peso o meno e contenuto di tantalio (Ta): 0,070 percento in peso o meno

Quando al metallo di saldatura viene aggiunto almeno un elemento fra zirconio (Zr), afnio (Hf) e tantalio (Ta), viene ulteriormente migliorata la resistenza alle criccature da SR, a confronto con l'aggiunta di solo V. Poich? questi elementi fanno aumentare la attivit? del Cr e fanno diminuire l'attivit? del C, viene eliminata in modo significativo la precipitazione della cementite e viene migliorata la resistenza alle criccature da SR. Tuttavia, la tenacit? diminuisce a causa dell'eccessivo aumento della resistenza quando il contenuto di Zr oltrepassa lo 0,035 percento in peso, il contenuto di Hf oltrepassa lo 0,070 percento in peso o il contenuto di Ta oltrepassa lo 0,070 percento in peso. Pertanto, di preferenza, lo Zr viene aggiunto al metallo di saldatura in una quantit? dello 0,035 percento in peso o meno, 1'Hf viene aggiunto in una quantit? dello 0,070 percento in peso o meno ed il Ta viene aggiunto in una quantit? dello 0,070 percento in peso o meno. Pi? preferibilmente, i contenuti di questi elementi sono compresi fra lo 0,01 e lo 0,02 percento in peso per Zr, fra lo 0,01 e lo 0,02 percento in peso per Hf e fra lo 0,02 e lo 0,04 percento in peso per Ta.

Contenuto di boro (B ) nel metallo di saldatura: dallo 0,001 allo 0,015 percento in peso

Il boro (B) stabilizza la tenacit? del metallo di saldatura. Quando il contenuto di B nel metallo di saldatura ? inferiore allo 0,001 percento in peso, tale effetto non viene ottenuto. D'altra parte, quando il contenuto di B oltrepassa lo 0,015 percento in peso, la tenacit? diminuisce a causa della resistenza eccessivamente elevata e la sensibilit? alle criccature a caldo nel processo di saldatura ? troppo elevata. Pertanto, il contenuto di boro nel metallo di saldatura viene determinato come compreso fra lo 0,001 e lo 0,015 percento in peso e preferibilmente fra lo 0,003 e lo 0,010 percento in peso.

PN calcolato dal componente specificato (percento in peso) nel metallo di saldatura: da 5.0 a 10,0 Quando il valore di PN, calcolato con la seguente equazione (1) dai contenuti di C, Si, Mn, P, O, V e Cr nel metallo di saldatura rientra nell'intervallo da 5,0 a 10,0, la resistenza e la tenacit? dopo il trattamento di SR e la resistenza alle criccature da SR vengono migliorati con un buon equilibrio ed ottenimento di un eccellente metallo di saldatura:

in cui [A], ad esempio, rappresenta la percentuale in peso del componente A nel metallo di saldatura.

Verranno successivamente spiegati i fondamenti relativi alla limitazione dei componenti nel filo metlalico pieno e nel fondente legato nel metodo di saldatura ad arco sommerso di acciai al Cr-Mo ad alta resistenza, in accordo con la presente invenzione.

Contenuto di carbonio C) nel filo metallico pieno: dallo 0,05 allo 0,15 percento in peso

Il carbonio viene aggiunto per mantenere le resistenze a temperatura ambiente e a temperatura elevata, la resistenza allo scorrimento viscoso e la tenacit? del metallo di saldatura, come precedentemente indicato, ed il contenuto di C nel filo metallico pieno deve essere limitato in modo tale che il contenuto di C nel metallo di saldatura sia compreso nell'intervallo dallo 0,04 allo 0,14 percento in peso. Pertanto, il contenuto di C nel filo metlalico pieno viene controllato in modo che sia compreso fra lo 0,05 e lo 0,15 percento in peso e preferibilmente fra lo 0,08 e lo 0,13 percento in peso.

Contenuto di silicio (Si nel filo metlalico pieno: 0,40 percento in peso o meno

Poich? il silicio ha un effetto deossidante, come precedentemente indicato, il contenuto di Si nel metallo di saldatura deve essere controllato in modo che risulti compreso fra lo 0,05 e lo 0,40 percento in peso. Pertanto, il contenuto di Si nel filo metallico pieno viene controllato in modo che sia pari allo 0,40 percento in peso o meno e preferibilmente compreso fra lo 0,10 e lo 0,30 percento in peso.

Contenuto di manganese (Mn) nel filo metlalico pieno: dallo 0,70 all'1,60 percento in peso

Poich? anche il manganese ha un effetto di deossidazione e migliora la tenacit? e la resistenza a temperatura elevata, come precedentemente indicato, il contenuto di Mn nel metallo di saldatura deve essere controllato in modo che risulti compreso fra lo 0,50 e l'l,30 percento in peso. Pertanto, il contenuto di Mn nel filo metallico pieno viene controllato in modo che risulti compreso fra lo 0,70 e l'l,60 percento in peso e preferibilmente fra ?'?,?? e l'l,40 percento in peso, in considerazione della resa nel metallo di saldatura.

Contenuto di cromo (Cr? nel filo metallico pieno: da 2.00 a 3,80 percento in peso e contenuto di molibdeno (Mo nel filo metallico pieno: da 0,90 ad 1.20 percento in peso

Poich? il cromo (Cr) e il molibdeno (Mo) sono componenti fondamentali di un acciaio ad alta resistenza al 2,25-3% di Cr - 1% di Mo, ciascun componente deve essere aggiunto in quantit? predeterminata mediante il filo metallico pieno. Bench? gli effetti nella presente invenzione abbiano luogo anche al di fuori degli intervalli precedentemente indicati, il metallo di base al di fuori degli intervalli precedentemente esposti, non viene impiegato nelle condizioni di temperatura elevate adottate nella presente invenzione. Pertanto, il contenuto di Cr nel filo metallico pieno viene determinato come compreso fra il 2.00 ed il 3,80 percento in peso e preferibilmente fra il 2,40 ed il 3,50 percento in peso ed il contenuto di Mo nel metallo di saldatura viene determinato come compreso fra lo 0,90 e l'l,20 percento in peso e preferibilmente fra lo 0,95 e l'l,10 percento in peso.

Contenuto di diossido di silicio (SiO2 nel fondente legato: dal 5 al 20 percento in peso

Il diossido di silicio (Si02) migliora la fluidit? della scoria e rende uniforme la sagoma del cordone di saldatura. Un contenuto di Si02 nel fondente legato inferiore al 5 percento in peso ha scarso effetto su tali miglioramenti. D'altra parte, un contenuto di Si02 che superi il 20 percento in peso, provoca una diminuzione di tenacit? a causa dell'aumentato tenore di ossigeno nel metallo di saldatura e una diminuzione di lavorabilit? a causa della facile inclusione di scoria. Pertanto, il contenuto di Si02 nel fondente legato viene controllato in modo che sia compreso fra il 5 ed il 20 percento in peso e preferibilmente fra l'8 ed il 15 percento in peso.

Contenuto di ossido di magnesio (MCTCM nel fondente legato: dal 20 al 40 percento in peso

L'ossido di magnesio (MgO) elimina la fluidit? della scoria e rende uniforme la sagoma del cordone di saldatura. Esso controlla inoltre il contenuto di ossigeno. Un contenuto di MgO nel fondente legato inferiore al 20 percento in peso fa diminuire il contenuto di ossigeno e la tenacit?. D'altra parte, un contenuto di MgO superiore al 40 percento in peso, provoca instabilit? dell'arco, una forma scadente del cordone di saldatura ed una scarsa eliminazione della scoria. Pertanto, il contenuto di MgO nel fondente legato viene controllato in modo che sia compreso fra il 20 ed il 40 percento in peso e preferibilmente fra il 25 ed il 35 percento in peso. Il contenuto di MgO comprende la quantit? di MgO formatasi per decomposizione di MgC03?

Contenuto di ossido di alluminio (Al2CO3 nel fondente legato: dal 5 al 25 percento in peso

L'ossido di alluminio (AI2O3) migliora la fluidit? della scoria e rende uniforme la sagoma del cordone di saldatura. Un contenuto di AI2O3 nel fondente legato inferiore al 5 percento in peso ha scarso effetto su tali miglioramenti. D'altra parte, un contenuto di AI2O3 superiore al 25 percento in peso provoca una diminuzione di tenacit? a causa di un aumentato tenore di ossigeno nel metallo di saldatura ed una diminuzione di lavorabilit? a causa della facile inclusione di scoria. Pertanto, il contenuto di AI2O3 nel fondente legato viene controllato in modo che risulti compreso fra il 5 ed il 25 percento in peso e preferibilmente fra il 10 ed il 20 percento in peso.

Contenuto di fluoro nel fondente legato (tenore di F ridotto da fluoruri metallici da 2,4 a 12 percento in peso

Anche i fluoruri metallici rendono uniforme la sagoma del cordone di saldatura e controllano le quantit? di idrogeno ed ossigeno diffusibili nel metallo di saldatura. Quando il tenore (contenuto) di F ridotto da fluoruri metallici ? inferiore al 2,4 percento in peso, la tenacit? diminuisce a causa dell 'aumentato contenuto di ossigeno nel metallo di saldatura. D'altra parte, quando il tenore di F ridotto supera il 12 percento in peso, l'arco ? instabile, la forma del cordone ? scarsa e l'eliminazione della scoria ? scadente. Pertanto, il contenuto di F, come tenore di F ridotto da fluoruri metallici nel fondente legato, viene controllato in modo che sia compreso fra il 2,4 ed il 12 percento in peso e preferibilmente fra il 5 e il 10 percento in peso. I fluoruri metallici comprendono: CaF2, AlF3, BaF2, Na3AlFg, MgF2, NaF e simili e gli effetti precedentemente indicati sono eguali a quelli dello stesso tenore di F ridotto ottenuto da differenti fluoruri metallici.

Contenuto di diossido di carbonio (CO2) in fondente legato (tenore di CO2 ridotto ottenuto da carbonati metallici) dal 3 al 12 percento in peso

I carbonati metallici fanno diminuire la quantit? di idrogeno diffusibile, migliorano la resistenza alle criccature a freddo e controllano il contenuto di ossigeno nel metallo di saldatura. Quando il tenore (contenuto) di CO2 ridotto, ottenuto da carbonati metallici, ? inferiore al 3 percento in peso, questi effetti non si riescono a notare. D?altra parte, quando il tenore di C02 ridotto supera il 12 percento in peso, la tenacit? diminuisce a causa del maggior contenuto di ossigeno nel metallo di saldatura. Pertanto, il contenuto di C02 come tenore di C02 ridotto da carbonati metallici nel fondente legato, viene controllato in modo che risulti compreso fra il 3 ed il 12 percento in peso e preferibilmente fra il 5 ed il 10 percento in peso. I carbonati metallici comprendono: CaC03, BaCC>3, MgC03 e simili e gli effetti precedentemente indicati sono eguali a quelli del medesimo tenore di C02 ridotto ottenuto da carbonati metallici differenti.

Se necessario, il fondente legato pu? includere altri componenti, ad esempio: Na2Q, K20, Li2Q, BaO, T1O2 e Zr02- E' preferibile che la quantit? di ciascun componente sia il 10 percento in peso o meno.

Inoltre, il fondente legato pu? contenere Si e Mn allo scopo di controllare i contenuti di Si e Mn nel metallo di saldatura.

Qui di seguito, vengono chiariti i criteri relativi alla limitazione delle condizioni di saldatura nel metodo di saldatura ad arco sommerso per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza, in accordo con la presente invenzione.

Input termico di saldatura: da 20 a 50 kJ/cm

Gli inventori della presente invenzione hanno trovato che, mediante un adatto input termico di saldatura nella saldatura ad arco sommerso, utilizzando una combinazione di filo metallico pieno e di fondente legato, si riesce a preparare un metallo di saldatura avente propriet? ben equilibrate, ad esempio resistenza, caratteristiche di tempra, resistenza alla criccatura a caldo e resistenza alla criccatura a freddo. Quando l'input termico di saldatura ? inferiore a 20 kJ/cm, la resistenza migliora a causa della aumentata temprabilit?, mentre la tenacit? e la resistenza alla criccatura da SR diminuiscono. D'altra parte, quando l'input termico di saldatura supera i 50 kJ/cm, il contenuto di ossigeno nel metallo di saldatura aumenta con diminuita temprabilit?, conseguente microstruttura grossolana e diminuzione di resistenza e tenacit?, nonch? infragilimento da tempra. Pertanto l'input termico di saldatura viene determinato come compreso fra 20 e 50 kJ/cm. Nella saldatura pratica, la resistenza alla criccatura da SR pu? essere ulteriormente migliorata mediante saldatura con un basso input termico compreso fra 20 e 30 kJ e con un maggior numero di passate, a causa della diminuita frazione di grana grossolana contenente un confine di grani austenitici precedente. Il numero di elettrodi durante la saldatura non ? limitato .

Temperature di preriscaldamento e temperature minime fra i cicli di saldatura: da 225 a 350?C

Nella saldatura pratica, le temperature di preriscaldamento e quelle minime tra i cicli di saldatura sono in generale comprese fra 200 e 250?C. Quando si saldano strutture di grandi dimensioni, queste temperature vengono portate a 200?C o pi? ed il limite superiore della temperatura viene spesso fissato contemporaneamente a 225?C. Quando le temperature di preriscaldamento e quelle minime fra i cicli di saldatura vengono regolate a valori superiori variabili da 225 a 350?C, l'indesiderabile aumento di resistenza nel metallo di saldatura pu? essere eliminato e pertanto migliora ulteriormente la resistenza alla criccatura da SR. In corrispondenza di temperature di preriscaldamento e di temperature minime fra i cicli di saldatura superiori a 350?C, la temprabilit? diminuisce e la microstruttura diviene grossolana con la conseguenza di resistenza e tenacit? insufficienti. Pertanto, le temperature di preriscaldamento e quelle minime fra i cicli di saldatura vengono di preferenza regolate fra 225 e 350?C.

ESEMPI

Il metallo di saldatura per acciai al Cr-Mo ad alta resistenza, in accordo con la presente invenzione, verr? ora illustrato con riferimento agli esempi, come pure agli esempi comparativi.

La figura 1 ? una vista schematica in sezione trasversale che illustra una sagoma di un metallo base di saldatura utilizzato negli esempi. Il metallo base di saldatura 1 costituito da acciai ad alta resistenza al Cr-Mo, ha una scanalatura sagomata a v e, in corrispondenza della sezione inferiore della scanalatura sagomata a V, ? prevista una striscia 2 di supporto avente la medesima composizione chimica del metallo base di saldatura. Negli esempi in accordo con la presente invenzione, l'angolo della scanalatura viene fissato a 10 gradi e la larghezza dell'intervallo della sezione in corrispondenza della quale ? prevista la striscia di supporto, viene fissata a 25 mm. La tabella 1 mostra la composizione chimica del metallo base di saldatura 1.

Negli esempi e negli esempi comparativi, un metallo base di saldatura 1 costituito da acciai al Cr-Mo, avente una scanalatura con la sagoma rappresentata nella figura 1, viene sottoposto a saldatura ad arco sommerso con una combinazione di fili metallici pieni aventi le composizioni chimiche riportate nelle tabelle da 3 ad 8 e fondenti legati aventi le composizioni chimiche mostrate nelle tabelle 9 e 10, in modo da formare un metallo di saldatura. Nella tabella 2, i codici Y3 e Y5 si riferiscono a saldatura singola, i codici Yl, Y2, Y4 e Y6 si riferiscono a saldatura in tandem. Nelle tabelle da 11 a 20 sono riportate le composizioni chimiche dei metalli di saldatura ottenuti.

I metalli di saldatura ottenuti vengono sottoposti ad un trattamento di SR. La figura 2 ? un grafico che illustra il controllo della temperatura nel trattamento di SR, in cui l'asse verticale rappresenta la temperatura e l'asse orizzontale rappresenta il tempo. La temperatura di mantenimento nel trattamento di SR ? di 625?C. Quando la temperatura del metallo di saldatura raggiunge i 300?C, le condizioni di riscaldmento vengono regolate in modo tale che la velocit? di riscaldamento sia di 25?C/ora o meno. Successivamente il metallo di saldatura viene tenuto alla temperatura di mantenimento (625?C) per 10 ore e viene poi raffreddato a 300?C o meno, ad una vleocit? di raffreddamento di 25?C/ora. Le velocit? di riscaldamento e di raffreddamento non sono limitate entro intervalli al di sotto di 300?C.

Il residuo viene estratto da ciascun metallo di saldatura, dopo il trattamento di SR, mediante estrazione elettrolitica per analisi EDX (analisi con rivelatore a raggi X a dispersione di energia). La figura 3 ? una vista schematica in sezione trasversale che illustra una sezione di campionamento di un provino per analisi EDX ottenuto dal metallo di saldatura. Dalla zona 8 non influenzata del cordone finale di saldatura nel metallo 3 di saldatura formato in corrispondenza della scanalatura del metallo 1 di base e della striscia 2 di supporto, viene campionato un provino 9 prismatico da 5 mm per 5 mm per 40 mm. Il provino 9 viene disciolto nelle condizioni riportate nella tabella 21, per estrarre il precipitato o residuo per analisi EDX. I risultati dell'analisi EDX sono riportati nelle tabelle 22 e 23.

Negli esempi da 1 a 5, da 7 a 12 e da 14 a 16, la presente invenzione viene applicata ad acciaio al 2,25% Cr - 1% Mo ad alta resistenza e negli esempi 6 e 13, la presente invenzione viene applicata ad acciaio al 3% Cr - 1% Mo ad alta resistenza. Tutte le composizioni chimiche sono espresse nelle tabelle come percentuali in peso.

Tbll 1

Successivamente dal metallo di saldatura vengono preparati provini per varie prove meccaniche. Le prove meccaniche comprendono prove di trazione a temperatura ambiente ed a temperatura elevata, prova di urto Charpy, prova di infragilimento da tempra e prova di rottura da scorrimento viscoso. Questi provini hanno le forme indicate nella tabella 24 e vengono preparati dalla parte centrale dello spessore del metallo di saldatura che viene sottoposto al trattamento termico di SR come mostrato nella tabella 24.

La figura 4 ? un grafico che illustra la condizione di SR per le prove meccaniche, in cui l'asse verticale rappresenta la temperatura e l?asse orizzontale rappresenta il tempo. Quando la temperatura del metallo di saldatura raggiunge i 300?C, le condizioni di riscaldamento vengono regolate in modo che la velocit? di riscaldamento sia di 55?C/ora o meno.

Il metallo di saldatura viene poi conservato alla temperatura di mantenimento (700?C) per 7 o 26 ore e viene quindi raffreddato a 300?C o meno, ad una velocit? di raffreddamento di 55?C/ora. Le velocit? di riscaldamento e raffreddamento non sono limitate nel campo al di sotto di 300?C.

Inoltre, in aggiunta al trattamento di SR, nella prova di infragilimento da tempra viene effettuato un trattamento di raffreddamento a gradini.

La figura 5 ? un grafico che illustra un trattamento di raffreddamento a gradini in cui l'asse verticale rappresenta la temperatura e l'asse orizzontale rappresenta il tempo. Nel trattamento di SR la temperatura di mantenimento ? di 625?C. Quando la temperatura del metallo di saldatura raggiunge i 300?C, le condizioni di riscaldamento vengono regolate in modo tale che la velocit? di riscaldamento sia di 50?C/ora o meno. Successivamente il metallo di saldatura viene tenuto per 1 ora alla temperatura di mantenimento di 593?C. Il campione viene inoltre tenuto alla temperatura di mantenimento di 538?C per 15 ore, a 524?C per 24 ore ed a 496?C per 60 ore. In corrispondenza dello stadio di raffreddamento fra queste temperature, la velocit? di raffreddamento del provino viene fissata a 5,6?C/ora. Il provino mantenuto a 496?C viene raffreddato a 468?C ad una velocit? di raffreddamento di 2,8?C/ora e viene mantenuto a questa temperatura per 100 ore. Il provino viene infine raffreddato a 300 ?C o meno ad una velocit? di raffreddamento di 28?C/ora. Le velocit? di riscaldamento e raffreddamento non sono limitate nel campo al di sotto di 300?C, analogamente al trattamento di SR.

Da ciascun metallo di saldatura precedentemente indicato viene preparato un provino cilindrico per la prova di criccatura ad anello. La figura 6A ? una vista in sezione trasversale che illustra il sito di campionamento e la direzione di un provino cilindrico ottenuto dal metallo di saldatura, la figura 6B ? una vista laterale che illustra la forma del provino cilindrico, la figura 6C ? una vista in sezione trasversale del provino, la figura 6D ? una vista in sezione trasversale ingrandita della sezione A con intaglio della figura 6C e la figura 6E ? una sezione trasversale schematica che illustra un metodo di prova di criccatura ad anello che impiega un provino cilindrico .

Un provino cilindrico 4 con intaglio e fenditura viene preparato dalla parte superiore del cordone finale del metallo di saldatura 3 formato in corrispondenza della scanalatura sul metallo 1 di base e sulla striscia di supporto 2, in modo tale che l'intaglio 5 rappresentato nella figura 6C risulti situato sul lato superiore della zona non influenzata nel metallo 3 di saldatura e la fenditura 6 sia cos? situata sul lato inferiore. Il provino cilindrico 4 ha una lunghezza longitudinale di 20 mm, un diametro esterno di 10 mm ed un diametro interno di 5 mm, come mostrato nella figura 6B. Inoltre, il provino cilindrico 4 ha una fenditura 6 avente una larghezza di 0,5 mm, che raggiunge la cavit? interna ed un intaglio 5 che si estende nella direzione longitudinale del provino, previsto sulla superficie esterna opposta alla fenditura. L'intaglio 5 ? una scanalatura sagomata ad U avente una profondit? di 0,5 mm, una larghezza di 0,4 mm ed un raggio di curvatura in corrispondenza del fondo di 0,2 mm, come mostrato nella figura 6D. Questo provino serve per la prova di criccatura ad anello.

La prova di criccatura ad anello valuta nel modo seguente la resistenza alla criccatura da SR; sulla base di "Study on cracking after stress-eliminating annealing" (Naiki et al., Journal of th? Japan Welding Society, voi. 33, No. 9 (1964), pag. 718), al provino cilindrico viene applicata una forza di flessione nella direzione della freccia come mostrato nella figura 6E, la fenditura 6 del provino 4 viene sottoposta a saldatura TIG (a tungsteno in gas inerte) senza metallo di apporto, il provino viene sottoposto a trattamento termico in uno stato tale per cui al fondo della scanalatura a forma di U venga applicata una sollecitazione residua di allungamento e si osservano poi le conseguenti criccature da SR in corrispondenza del fondo sagomato ad U. Le condizioni del trattamento termico per la prova di criccatura ad anello sono eguali a quelle di SR per il residuo dell'estratto elettrolitico riportate nella figura 2, vale a dire 625?C per 10 ore.

Nella valutazione delle criccature a caldo, durante la saldatura vengono osservate visivamente grandi criccature e criccature leggere vengono osservate con una prova di trasmittanza a raggi X immediatamente dopo la saldatura. Nella valutazione delle criccature a freddo, il provino viene lasciato per 3 giorni, una prova di trasmittanza di raggi X individua una sezione difettosa e vengono osservate criccature con un microscopio ottico e con un microscopio elettronico a scansione. Inoltre, su alcuni dei provini, viene identificata una precipitazione con un microscopio elettronico a scansione e con un microscopio elettronico a trasmissione.

Vengono ora spiegati gli standard per valutare i risultati delle prove meccaniche precedentemente indicate.

Nella prova di resistenza a trazione, un campione avente una resistenza a trazione a temperatura ambiente di 600 N/mm o pi? ed una resistenza a trazione ad alta temperatura a 454?C di 507 N/mm o pi?, viene valutato come "buono". In una prova di urto Charpy, un campione avente vTr55 (una temperatura di transizione Charpy che mostra 55 J) di -60?C o meno e AvTr55 (uno spostamento della temperatura di transizione di vTr55 dopo raffreddamento a gradini: vTr?55-vTr55) di 20?C o meno, viene valutato come "buono". Nella prova di resistenza allo scorrimento viscoso, un campione avente una resistenza allo scorrimento viscoso di 210 N/mm2 o pi? a 550?C per 1000 ore, viene valutato come "buono". Nelle prove di criccatura a caldo ed a freddo, un campione che non presenti criccature viene valutato come 0(buono) ed un campione avente criccature viene valutato come X(non buono). Nella prova di criccatura su anello per la valutazione della resistenza alla criccatura da SR, un campione che non presenti criccature al fondo della scanalatura sagomata ad U, dopo il trattamento di SR, viene valutato come 0(buono) ed un campione che presenti criccature viene valutato come X(non buono). I risultati di queste valutazioni sono riepilogati, unitamente alla lavorabilit? di saldatura, nelle tabelle da 25 a 30.

Come mostrato nelle tabelle da 1 a 30, ciascun campione degli esempi da 1 a 16 che abbia una composizione chimica del metallo di saldatura ed una estrazione elettrolitica compresi nell'intervallo della presente invenzione, presenta una elevata tenacit? e resistenza alle criccature da SR.

Per contro, nell'esempio comparativo 17 in cui nel metallo di saldatura sono contenuti S, Sn, Sb ed As in quantit? superiori all'intervallo della presente invenzione, non si riesce ad effettuare le prove meccaniche a causa della formazione di criccature a caldo. Nell'esempio comparativo 18 in cui nel metallo di saldatura sono contenuti Sb ed As in quantit? superiori all'intervallo della presente invenzione, la resistenza alle criccature da SR diminuisce bench? non si riscontrino criccature a caldo. Nell'esempio comparativo 19 in cui il contenuto di V supera l'intervallo della presente invenzione nel residuo di estrazione elettrolitica, la resistenza alle criccature da SR diminuisce. Nell'esempio comparativo 20, dove il rapporto (Fe)/(Cr) supera l'intervallo della presente invenzione nel residuo di estrazione, la resistenza alle criccature da SR diminuisce. Nell'esempio comparativo 21, la resistenza allo scorrimento viscoso e la resistenza ad alta temperatura diminuiscono a causa di un contenuto di V nel metallo di saldatura che ? pi? basso del limite inferiore dell'intervallo della presente invenzione.

Negli esempi comparativi da 22 a 25, ogni composizione chimica del filo metallico pieno ? senza intervallo. Fra di essi, nell'esempio comparativo 22, la resistenza a temperatura ambiente e la resistenza allo scorrimento viscoso diminuiscono a causa dei contenuti di C, Si e Mn pi? bassi rispetto al limite inferiore dell'intervallo della presente invenzione ed anche la tenacit? diminuisce a causa del contenuto di O nel metallo di saldatura al di sopra dell'intervallo della presente invenzione. Negli esempi comparativi 23 e 24, il contenuto di V nel residuo dell'estrazione elettrolitica supera l'intervallo della presente invenzione. Inoltre, nell?esempio comparativo 23, i contenuti di C, Al e Ti del metallo di saldatura oltrepassano l'intervallo della presente invenzione e nell'esempio comparativo 24, i contenuti di C e N del metallo di saldatura superano l'intervallo della presente invenzione. In questi campioni la resistenza alla criccatura da SR diminuisce. Anche nell'esempio comparativo 25, la resistenza alla criccatura da SR diminuisce m quanto il rapporto (Fe)/(Cr) nel residuo della estrazione elettrolitica supera l'intervallo della presente invenzione ed i contenuti di Si, Mn, P e Ni del metallo di saldatura superano l'intervallo della presente invenzione.

Negli esempi comparativi da 26 a 29 della composizione del fondente senza l'intervallo della presente invenzione, le prove meccaniche non si riescono ad eseguire a causa della scarsa lavorabilit? di saldatura. Negli esempi comparativi 26 e 28, poich? il contenuto di Mn nel metallo di saldatura ? al di fuori dell'intervallo della presente invenzione, il contenuto di 0 nel metallo di saldatura ? al di fuori dell'intervallo della presente invenzione. Negli esempi comparativi 30 e 31, poich? le condizioni di saldatura sono al di fuori dell'intervallo della presente invenzione, il contenuto di Mn o O nel metallo di saldatura ? al di fuori dell'intervallo della presente invenzione e non vengono pertanto ottenute propriet? meccaniche soddisfacenti.

Come precedentemente indicato, in accordo con la presente invenzione, si pu? ottenere un metallo di saldatura che presenti una tenacit? stabilmente eccellente ed una eccellente resistenza alle criccature da SR, poich? le composizioni chimiche del metallo di saldatura e del residuo preparato mediante estrazione elettrolitica dalla sezione del metallo di saldatura, dopo il trattamento di SR, sono limitate agli intervalli specificati, le composizioni chimiche del filo metallico pieno e del fondente legato utilizzati nella saldatura ad arco sommerso sono limitate agli intervalli specificati e le condizioni di saldatura sono limitate all'intervallo specificato- La resistenza a temperatura ambiente e ad alta temperatura dopo il trattamento di SR, la tenacit?, la resistenza allo scorrimento viscoso, l'infragilimento da tempra, la resistenza alla criccatura a caldo, la resistenza alla criccatura a freddo e la resistenza alla criccatura da SR vengono ulteriormente migliorati fissando la composizione chimica del metallo di saldatura entro un intervallo preferito e scegliendo le condizioni di saldatura.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un metallo di saldatura per acciai ad alta resistenza al Cr-Mo, formato mediante saldatura ad arco sommerso con una combinazione di un filo metallico pieno e di un fondente legato, comprendente: dallo 0,04 allo 0,14 percento in peso di C, dallo 0,05 allo 0,40 percento in peso di Si, dallo 0,50 all'1,30 percento in peso di Mn, dal 2,00 al 3,25 percento in peso di Cr, dallo 0,90 all'1,20 percento in peso di Mo, dallo 0,05 all'1,00 percento in peso di V, lo 0,015 percento in peso o meno di N e per il resto Fe ed impurezze secondarie; in cui dette impurezze secondarie contengono lo 0,010 percento in peso o meno di P, lo 0,40 percento in peso o meno di Ni, lo 0,018 percento in peso o meno di Al Ti, lo 0,010 percento in peso o meno di S, lo 0,010 percento in peso o meno di Sn, lo 0,010 percento in peso o meno di As, lo 0,010 percento in peso o meno di Sb e meno dello 0,045 percento in peso di O; un residuo, raccolto mediante estrazione elettrolitica solamente dalla zona non influenzata del metallo di saldatura, dopo ricottura per scarico delle tensioni ad una temperatura di 625?C per 10 ore, contiene il 65 percento in peso o meno di V e il rapporto contenuto di Fe/contenuto di Cr in detto residuo ? di 2,0 o meno.
2. Un metallo di saldatura per acciai ad alta resistenza al Cr-Mo, secondo la rivendicazione 1, in cui detto residuo contiene il 35 percento in peso o meno di Fe ed il 10 percento in peso o pi? di V.
3. Un metallo di saldatura per acciai ad alta resistenza al Cr-Mo, secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detto metallo di saldatura comprende inoltre almeno un elemento scelto dall?insieme costituito dallo 0,035 percento in peso o meno di Nb, dal 2,00 percento in peso o meno di W e dall' 1,00 percento in peso o pi? di Co.
4. Un metallo di saldatura per acciai ad alta resistenza al Cr-Mo, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto metallo di saldatura comprende inoltre almeno un elemento scelto dall'insieme costituito dallo 0,035 percento in peso o meno di Zr, dallo 0,070 percento in peso o meno di Hf e dallo 0,070 percento in peso o meno di Ta.
5. Un metallo di saldatura per acciai ad alta resistenza al Cr-Mo, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto metallo di saldatura comprende inoltre dallo 0,001 allo 0,015 percento in peso di B.
6. Un metallo di saldatura per acciai ad alta resistenza al Cr-Mo, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui, quando i contenuti di C, Si, Mn, P, 0, V e Cr sono espressi rispettivamente come [C], [Si], [Mn], [P], [O], [V] e [Cr], il valore di PN calcolato mediante la seguente equazione, varia da 5,0 a 10,0:
7. Un metodo di saldatura ad arco sommerso per acciai ad alta resistenza al Cr-Mo, mediante la combinazione di un filo metallico pieno e di un fondente legato, comprendente: detto filo metallico pieno contenente dallo 0,05 allo 0,15 percento in peso di C, dallo 0,70 all'1,60 percento in peso di Mn, dal 2,00 al 3,80 percento in peso di Cr, dallo 0,90 all'1,20 percento in peso di Mo e lo 0,40 percento in peso o meno di Si; detto fondente legato contenente dal 5 al 20 percento in peso di Si02, dal 20 al 40 percento in peso di MgO, dal 5 al 25 percento in peso di AI2O3, dal 2,4 al 12 percento in peso di F (come contenuto ridotto dal fluoruro metallico) e dal 3 al 12 percento in peso di C02 (come contenuto ridotto dal carbonato metallico) e il formare un metallo di saldatura descritto in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, mediante saldatura ad arco sommerso con un input termico di saldatura compreso fra 20 e 50 kJ/cm.
8. Un metodo di saldatura ad arco sommerso per acciai ad alta resistenza al Cr-Mo, secondo la rivendicazione 7, in cui le temperature di preriscaldamento e le temperature minime fra i cicli di saldatura sono comprese fra 225 e 350?C.