Metallenes mikrostruktur og egenskaper: Øving 7 - Stål VI

Oppgave 1

Oppgave 1a - Absorbert energi vs. temperatur

Basert på hva du vet om evnen ulike typer materialer har til å absorbere energi, bestem hvilken graf som tilhører de ulike materialene i grafen under.

A: BCC-metaller (med lav styrke)

B: FCC-metaller

C: Materialer med høy styrke

  • A
  • B
  • C

Oppgave 1b - Omslagstemperatur

  • Heksagonale metaller er utsatt for omslagstemperatur.
  • I BCC-metaller vil skruedislokasjonenes friksjonsspenning synke med synkende temperatur, noe som fører til sprøhet på lave temperaturer.
  • Sprøbrudd som skyldes lav temperatur kommer av immobilisering av skruedislokasjons-komponentene.
  • Karbon-innholdet til stålet vil påvirke omslagstemperaturen.
  • Innhold av atomært løst nitrogen vil senke omslagstemperaturen.
Hva er riktig om omslagstemperatur?

Oppgave 1c - Omslagstemperatur og kornstørrelse

  • Flere dislokasjoner vil kunne stables opp foran korngrensene i større korn enn i små korn, som dermed vil lettere kimdanne sprekker.
  • Normalisering er en god metode for å redusere omslagstemperaturen.
  • Kornstørrelsesleddet i den empiriske formelen for omslagstemperaturen er avhengi av det inverse kvadratet av kornstørrelsen.

Under er det en figur som viser sammenhengen mellom kornstørrelse og omslagstemperatur. Den viser at store korn vil gi høyere omslagstemperatur enn små korn.

Hva er riktig om kornstørrelse i forhold til omslagstemperatur?

Oppgave 1d - Beregning av omslagstemperatur

Omslagstemperaturen til ferrittiske stål er gitt ved

T_{o}(^{\circ}C)=-19+44(Si)+700\sqrt{(N)}+2,2(perlitt)-11,5\frac{1}{\sqrt{L}}der (Si), (N) og (perlitt) er gitt i vektprosent, og L er kornstørrelsen i mm.

Et lavkarbonstål med kornstørrelse 30 μm har omslagstemperatur 0 °C. Hva blir stålets omslagstemperatur hvis kornstørelsen reduseres til det halve? Oppgi svaret med én desimal, f.eks. -20,3 hvis du mener det er riktig svar.

Svar: °C

Oppgave 2

Oppgave 2a - Normalisering

  • Vekst av korn skyldes dislokasjoner til stede.
  • Det finnes en nedre grense for ferrittkornstørrelsen under avkjølingen.
  • Det finnes en nedre grense for austenittkornstørrelsen under austenittiseringen.
Normalisering gir kornforfining i stål. Hva er det som setter nedre grense for den kornstørrelsen man kan oppnå ved gjenntatte normaliseringer?

Oppgave 2b - Stålegenskaper

  • 5,0
  • 12,5
  • 22,5

I oppgave d skal du beregne omslagstemperaturen for et normalisert lavkarbonstål med 0,1 % C, men noen verdier må først bestemmes.

Anslå først hvor stor prosentandel det er av perlitt i strukturen (ved hjelp av fasediagram).

Oppgave 2c - Tetting

I oppgave d skal du beregne omslagstemperaturen for et normalisert lavkarbonstål med 0,1 % C, men noen verdier må først bestemmes.

Stålet er fulltettet ved hjelp av silisium. I følge kompendiet, hvor mye silisium er det da i stålet (oppgi begge verdier med to desimaler bak komma)?

Maksimum mengde silisium: %

Minimum mengde silisium: %

Oppgave 2d - Beregning av omslagstemperatur

Beregn omslagstemperaturen for et normalisert lavkarbonstål med 0,1 % C og kornstørrelse 30 μm. Stålet er fulltettet vha. silisium og fersket i en LD-konverter slik at nitrogeninnholdet bare er 0,002 %. Hvis du ikke fikk til beregningene i forrige oppgave, trykk først en gang på svar uten å svare for å få tall som kan brukes i oppgaven. I formelen under er (Si), (N) og (perlitt) gitt i vektprosent, og L i mm.

T_{o}(^{\circ}C)=-19+44(Si)+700\sqrt{(N)}+2,2(perlitt)-11,5\frac{1}{\sqrt{L}}

 

Beregn omslagstemperaturen for maksimalt og minimalt innhold av silisium for det fulltettede stålet. Oppgi til nærmeste hele grad (f. eks. 5).

Omslagstemperatur med maksimalt innhold Si: °C

Omslagstemperatur med minimalt innhold Si:  °C

Oppgave 2e - Bruk i arktiske strøk?

  • Ja
  • Nei
  • Bare hvis stålet har den minimale mengden med silisium
  • Bare hvis stålet har den maksimale mengden med silisium
Basert på de beregnede omslagstemperaturene i oppgave d, vil stålet kunne bli brukt i arktiske strøk?

Oppgave 2f - Mangans påvirkning på omslagstemperaturen

Mangan, som er et viktig legeringselement i stål, inngår ikke direkte i formelen for omslagstemperaturen, men inngår indirekte i to av leddene.

T_{o}(^{\circ}C)=-19+44(Si)+700\sqrt{(N)}+2,2(perlitt)-11,5\frac{1}{\sqrt{L}}

1) Vil mangan heve eller senke omslagstemperaturen med tanke på perlitt-leddet?

Svar:  

2) Vil mangan heve eller senke omslagstemperaturen med tanke på kornstørrelses-leddet?

Svar:  

Oppgave 3

Oppgave 3a - Mikrolegerte stål

  • Mikrolegerte stål inneholder 0,5-1,5 % Mn
  • Mikroelementene (Nb, V, Ti, Al, N) danner karbider, nitrider og karbonitrider som felles ut under valsing på lav temperatur.
  • Under kontrollert valsing er det ingen valsing i temeperaturintervallet ca. 950-850 °C.
  • Mikroelementene (Nb, V, Ti, Al, N) danner karbider, nitrider og karbonitrider som felles ut under valsing på høy temperatur.
  • Økt styrke oppnås gjennom partikkelherding.
  • Vanadium virker bremsende på rekrystallisasjon.

Hva er riktig angående mikrolegerte stål? Halvparten av alternativene er korrekt.

Oppgave 3b - Mikrolegerte stål

  • Mikrolegerte stål kan inneholde 0,5-1,5 % Mn
  • Omslagstemperaturen kan bli lav nok til bruk i arktiske strøk.
  • Når finvalsingen fortsetter under A3-temperaturen blir det dannet subkorn i ferrittkornene.
  • Det hadde vært positivt for styrken til materialet om det hadde blitt kontinuerlig valset fra 1200 °C til 700 °C.
  • Stålet oppnår høy seighet grunnet lavt C-innhold.
  • Mikrolegerte stål er vanligvis ikke sveisbare.

Hva er riktig angående mikrolegerte stål? Det er fire av alternativene som er korrekt.

Oppgave 3c - Mikrolegeringselementene vanadium og niob

Mikrolegerte stål inneholder små mengder niob, vanadium og titan, hver for seg eller i kombinasjon. De produseres ved en kontrollert valseprosess etter først å ha blitt homogenisert ved høy temperatur, typisk 1250 °C. Olje- og skipsindustrien benytter mikrolegerte stål i stor utstrekning.

De to elementene niob og vanadium danner partikler av typen NbC og VC. Den ene av disse partikkeltypene er spesielt effektiv i å hindre kornvekst og rekrystallisasjon under varmvalsing  på 1150-800 °C, mens den andre gir svært høy partikkelherding etter å ha blitt utfelt i ferritten under avkjøling etter endt varmvalsing. Ved hjelp av figure under skal du finne ut av hvilken partikkeltype som er knyttet til hver av disse to effektene. Figuren viser skjematisk hvordan løseligheten av de tre elementene niob, vanadium og titan varierer med temperaturen i austenitt (for et stål med gitt sammensetning). (Ferritt løser mindre av legeringselementene enn austenitt gjør).

Partikkel som fungerer som partikkelherding :  

Partikkel som hindrer kornvekst og rekrystallisasjon:  

Oppgave 3d - Mikrolegeringselementet titan

  • TiN vil være utfelt som partikler på høy temperatur
  • TiN vil være utfelt som partikler på lav temperatur
  • TiN løses opp under løsningsglødingen.
  • TiN hindrer kornvekst under sveising.

Virkningen av TiN er noe forskjellig fra virkningen av NbC og VC. Bruk figuren til å resonnere deg frem til hvilken funksjon TiN-partikler har i forbindelse med produksjon av disse stålene.

Oppgave 3e - Omslagstemperatur til mikrolegerte stål.

  • Niob
  • Vanadium
  • Titan
  • Aluminium
Mikrolegerte stål har vanligvis lav omslagstemperatur fordi den resulterende mikrostrukturen inneholder små ferrittkorn, og det lave karboninnholdet gir liten mengde perlitt. Dette gir lav omslagstemperatur. Derimot er det et av elementene som vanligvis tilsettes som gir et plussbidrag til omslagstemperaturen. Kan du tenke deg hvilket element dette er?