Residual Stress, Microstructure and Cracking Characteristics of Flame Cut Thick Steel Plates : Towards Optimized Flame Cutting Practices
Jokiaho, Tuomas (2019)
Jokiaho, Tuomas
Tampere University
2019
Teknisten tieteiden tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2019-11-15
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1319-7
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1319-7
Tiivistelmä
Paksuilta kulutuskestäviltä teräksiltä vaaditaan korkeaa kovuutta, lujuutta ja sitkeyttä. Näiden ominaisuuksien saavuttaminen vaatii erityistä huomiota levyjen valmistuksessa. Valmistusvaiheisiin kuuluu levyjen leikkaaminen, jossa usein käytetään polttoleikkausta. Se on yleisimmin teollisuudessa käytetty menetelmä paksujen teräslevyjen leikkaukseen. Polttoleikkauksessa levy leikataan käyttäen kontrolloitua lämmitysliekkiä sekä happisuihkua. Leikkauksessa tapahtuvan eksotermisen reaktion vuoksi menetelmä soveltuu hyvin paksuille levyille sekä suuriin valmistusmääriin. Polttoleikkaus aiheuttaa kuitenkin myös ongelmia. Suuren lämmöntuonnin vuoksi leikkausreunaan syntyy lämpövaikutusalue, jossa tapahtuu mikrorakennemuutoksia sekä kovuusvaihtelua. Lisäksi leikkausreunaan muodostuu korkeita jäännösjännityksiä ja pahimmassa tapauksessa säröjä.
Tutkimuksen päätavoite on tunnistaa paksujen levyjen polttoleikkauksen yhteydessä tapahtuvan säröilyn päätekijät. Tavoitteena on myös antaa ohjeet entistä tehokkaampaan polttoleikkausprosessiin ja määrittää polttoleikkauksen kannalta suotuisimmat mikrorakenteelliset ominaisuudet paksuille levyille. Tutkimusta varten valmistettiin koesarja paksuja kulutuskestäviä teräslevyjä. Levyt leikattiin eri leikkausparametreja käyttäen ja leikkausreunan jäännösjännitystila määritettiin röntgendiffraktiolla. Lisäksi sekä polttoleikatut että leikkaamattomat perusmateriaalinäytteet karakterisoitiin elektronimikroskoopeilla ja mekaanisilla testeillä.
Tutkimuksen tulokset osoittivat, että jäännösjännitysten muodostumista leikkausreunaan voidaan kontrolloida polttoleikkausparametrien avulla. Esilämmitys ennen leikkausta ja hidas leikkausnopeus tuottivat parhaan jännitystilan: enemmän puristusjännitystä ja alhaisemman vetojännityksen. Lisäksi havaittiin, että levyjen halkeilu lisääntyi, kun levyissä olevien suotaumien määrä kasvoi. Rakenteessa olevat pitkät horisontaaliset alkuperäisen austeniitin raerajat muodostavat suotuisia paikkoja särön muodostumiselle sekä etenemiselle. Näistä syistä on suositeltavaa, että levyjen valmistamisessa tähdätään pienikokoiseen ja tasa-aksiaaliseen primääriausteniittiin. Lisäksi valmistuksen tulisi minimoida rakenteessa olevien suotaumien määrää sekä pyrkiä heikentämään niiden pitoisuutta.
Tutkimuksen päätavoite on tunnistaa paksujen levyjen polttoleikkauksen yhteydessä tapahtuvan säröilyn päätekijät. Tavoitteena on myös antaa ohjeet entistä tehokkaampaan polttoleikkausprosessiin ja määrittää polttoleikkauksen kannalta suotuisimmat mikrorakenteelliset ominaisuudet paksuille levyille. Tutkimusta varten valmistettiin koesarja paksuja kulutuskestäviä teräslevyjä. Levyt leikattiin eri leikkausparametreja käyttäen ja leikkausreunan jäännösjännitystila määritettiin röntgendiffraktiolla. Lisäksi sekä polttoleikatut että leikkaamattomat perusmateriaalinäytteet karakterisoitiin elektronimikroskoopeilla ja mekaanisilla testeillä.
Tutkimuksen tulokset osoittivat, että jäännösjännitysten muodostumista leikkausreunaan voidaan kontrolloida polttoleikkausparametrien avulla. Esilämmitys ennen leikkausta ja hidas leikkausnopeus tuottivat parhaan jännitystilan: enemmän puristusjännitystä ja alhaisemman vetojännityksen. Lisäksi havaittiin, että levyjen halkeilu lisääntyi, kun levyissä olevien suotaumien määrä kasvoi. Rakenteessa olevat pitkät horisontaaliset alkuperäisen austeniitin raerajat muodostavat suotuisia paikkoja särön muodostumiselle sekä etenemiselle. Näistä syistä on suositeltavaa, että levyjen valmistamisessa tähdätään pienikokoiseen ja tasa-aksiaaliseen primääriausteniittiin. Lisäksi valmistuksen tulisi minimoida rakenteessa olevien suotaumien määrää sekä pyrkiä heikentämään niiden pitoisuutta.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4891]