Thành phần hóa học và cơ tính của kết cấu

Kết cấu đƣợc làm từ vật liệu thép carbon API 5L Gr.X52 có thành phần hóa học và cơ tính nhƣ bảng dƣới:

C, max% Mn, max% P, max% S, max% Nb+V+Ti, max%

0.28 1.4 0.03 0.03 0.15

Bảng 3.1. Thành phần hóa học thép API 5L Gr.X52 theo [5]

Ứng suất chảy, MPa Giới hạn bền, MPa Độ giãn dài, %

359-531 455-758 24

Bảng 3.2. Bảng cơ tính của thép API 5L Gr.X52 theo [5]

Các đặc tính hàn của vật liệu API 5L Gr.X52:

a) Đánh giá khả năng nứt nóng của liên kết hàn: Thông số nhạy cảm với nứt

nóng HCS (Hot Cracking Susceptibility) dùng để đánh giá nứt nóng thiên tích ở vùng ảnh hƣởng nhiệt của thép cacbon và thép hợp kim thấp. Nếu HCS ≥ 4 thì thép dễ bị nứt nóng. 0, 03 0, 03 25 100 1000. . 1000.0, 28. 4 (2.1) 3 3.1, 4 Si Ni S P HCS C Mn Cr Mo V          

34

b) Đánh giá khả năng nứt nguội của liên kết hàn: Để đánh giá khả năng nứt nguội trong thép, có thể thử mẫu hoặc tính toán để đánh giá mức độ nhạy cảm của thép với nứt nguội. Cách đánh giá đơn giản nhất là thông qua đƣơng lƣợng cacbon theo cách tính của Viện hàn Quốc tế IIW (đối với thép cacbon và thép cacbon hợp kim thấp có thành phần C ≥ 0.16%). Nếu CE ≥ 0.45 thì thép dễ bị đứt nguội.   ( ) (2.2) 6 5 15 E Ni Cu Mn Cr Mo V C C        1, 4 0, 28 0,513 0, 45 6 E C     Các biện pháp hạn chế nứt nguội: - Lƣợng hydro khuếch tán;

- Tổ chức kim loại nhạy cảm; - Sự tồn tại của ứng suất kéo; - Nhiệt độ thấp.

Có thể giảm bớt hoặc loại bỏ hoàn toàn nứt nguội thông qua các biện pháp kiểm soát các điều kiện hình thành nứt nguội

Kiểm soát nồng độ Hydro : Giảm mạnh lƣợng hydro trong kim loại mối hàn thông qua sử dụng vật liệu thích hợp. Cần sử dụng que hàn, thuốc hàn thuộc hệ xỉ bazơ đƣợc xấy kỹ (ở 300 – 3500

C). Bề mặt đƣợc làm sạch cẩn thận kết hợp với sử dụng công nghệ hàn thích hợp (chọn que bazơ, thuốc hàn hệ bazơ...). Sử dụng các quá trình hàn trong môi trƣờng khí bảo vệ bằng điện cực nóng chảy và điện cực không nóng chảy thay cho hàn bằng quá trình hồ quang tay. Nung nóng sơ bộ trƣớc khi hàn để tạo điều kiện cho hydro khuếch tán...

35

Kiểm soát tổ chức tế vi: Giảm tốc độ nguội thông qua việc sử dụng năng lƣợng đƣờng cao, hàn 2 điện cực,...Sử dụng chế độ hàn nhiều lớp đảm bảo cho vùng ảnh hƣởng nhiệt của lớp hàn trƣớc đƣợc nhiệt của lớp hàn sau nhiệt luyện....

Kiểm soát độ cứng vững: Độ cứng vững của các liên kết hàn thƣờng là các yếu tố khó kiểm soát, trong một số trƣờng hợp có thể thay đổi góc rãnh hàn (nên áp dụng các tiêu chuẩn để đạt đƣợc kết quả tối ƣu).

Kiểm soát nhiệt độ: Nứt nguội dễ xảy ra nhất trong dải 1000C vì vậy cần thiết việc sử dụng nhiệt nung nóng sơ bộ và nhiệt độ giữa các đƣờng hàn để thúc đẩy hydro khuếch tán và giảm nguy cơ nứt nguội.

c) Đánh giá khả năng nứt tầng của liên kết hàn

Đánh giá khả năng nứt tầng theo công thức: 60 6 (2.3)

D L CM H P P   S Nếu PL 40 thì thép dễ bị nứt tầng. Trong đó:

+ PCM - hệ số đặc trƣng cho sự giòn vùng ảnh hƣởng nhiệt do chuyển biến pha và đƣợc cho bởi công thức sau ( tài liệu [1] )

1, 4 5 0, 28 0,35 (2.4) 30 20 60 10 15 20 CM Si Mn Cr Cu Ni V Mo P  C        B  

+ HD - lƣợng hidro khuếch tán tính bằng ml/100g kim loại đắp

0, 78. 1, 4

D IIW

H  H 

36

IIW

H - lƣợng hidro khuếch tán tính bằng mm/100g kim loại đắp , đo theo phƣơng pháp sử dụng thủy ngân của viện hàn quốc tế, với que hàn vỏ bọc bazo sấy ở

0

100 150 C ta có HIIW  6 12 Lƣợng hydro khuếch tán trong kim loại đắp 4] . 0, 78. 1, 4 0, 78.10 1, 4 6, 4 D w H H       6, 4 6 0, 35 6.0, 03 0, 64 40 60 60 D L CM H P P   S    

Vậy thép API 5L X52 không bị nứt tầng. d) Đánh giá nứt do ram mối hàn

 Nứt trong vùng 200÷3000

C

Thƣờng là các vết nứt dọc, kích thƣớc lớn nằm ở vùng ảnh hƣởng nhiệt và song song với đƣờng chảy, xuất hiện do tốc độ nung quá cao, có sự chênh lệch về nhiệt độ và gây ứng suất nhiệt.

- Trong quá trình hàn đã có mầm nứt nóng (do xảy ra phá hủy cục bộ hạt austenit sơ cấp) khuyết tật này phát triển thành nứt khi ram sau quá trình hàn .

- Khắc phục:

Dùng tốc độ nung nhỏ ( chủ yếu trong giai đoạn đầu ) khi ram tới 3000

C. Với các vật hàn lớn hoặc có hình dạng phức tạp, tốc độ nung vào khoảng

Khống chế nhiệt giữa các đƣờng hàn hoặc nung bổ sung ngay sau khi hàn sao cho vật hàn chỉ nguội đến nhiệt độ giữa các lớp hàn rồi tiến hành ram ngay lập tức .

 Nứt tại vùng nhiệt của vùng ảnh hƣởng nhiệt

Đánh giá độ nhạy cảm đối với nứt do ram tại vùng quá nhiệt của vùng ảnh hƣởng nhiệt theo Nakamura :  G 10CCr3,3Mo8,1V 2 (2.6)

2

G

37

Ta có:  G 10CCr3,3Mo8,1V  2 10.0, 22 2 0, 22 vậy thép không bị nứt do ram mối hàn .

e) Chú ý đặc điểm khi hàn vật liệu đã chọn

Thép API 5L X52 có hàm lƣợng các bon thấp với hàm lƣợng ( 0,25 ~ 0,28% ) kết hợp với hàm lƣợng Mn cao (1,4% ) có tính hàn tốt, nhƣng hàm lƣợng một hoặc một vài nguyên tố hợp kim ở ngƣỡng trên, có thể xảy ra nứt nguội đặc biệt với mối hàn góc. Trong trƣờng hợp nhƣ vậy có thể giảm cƣờng độ dòng hàn và tốc độ hàn.

Chủ yếu là không cần nung nóng sơ bộ, với chiều dày trên 50 mm và những liên kết có độ cững vững cao cần đƣợc nung nóng sơ bộ. Sử dụng quá trình hàn ít hydro có thể giảm nhiệt độ nung nóng sơ bộ

Gá lắp trƣớc khi hàn để đảm bảo độ lớn cần thiết của khe hở đáy, có thể dùng đồ gá hàn hoặc hàn đính.

Tiết diện ngang mối hàn đính thƣờng bằng 1/3 mối hàn ngang nhƣng phải có độ lớn tối đa 25 – 30 mm2 và chiều dài khoảng 20 – 50 mm, cách nhau khoảng 500 – 800 mm

Hàn đính có thể dùng que thuốc bọc dày hoặc hàn bán tự động trong môi trƣờng khí bảo vệ CO2

Khi hàn một lớp, nên hàn đính từ phía đối diện mối hàn

Khi hàn nhiều lớp, mối hàn đính đƣợc đặt ở lớp thứ nhất, và nung chảy hoàn toàn mối hàn đính khi thực hiện mối hàn nối ( mối hàn chính)

Trƣớc khi hàn phải làm sạch bề mặt khỏi dầu, mỡ, hơi nƣớc, bụi bẩn….trong phạm vi 30 mm về mỗi phía mối hàn, trên toàn bộ chiều dài đƣờng hàn và theo chiều rộng của mối hàn .

38