Erikoislujat rakenneteräkset ratkaisu kohteisiin, joissa rakenteiden omalla painolla on huomattava vaikutus niiden hyötykuormaan ja siten myös taloudellisuuteen. Erikoislujien terästen käyttö rakenteissa mahdollistaa ohuempien levypaksuuksien hyödyntämisen ja siten kevyemmät rakennelmat, mikä johtaa alentuneisiin materiaali-, valmistus- ja käyttökustannuksiin.
Erikoislujille rakenneteräksille on ominaista erinomainen pinnanlaatu ja tiukat toleranssit. Erikoislujien teräslevyjen valmistuksessa käytetään seosaineita (esim. kromia tai molybdeeniä) ja ne lämpökäsitellään karkaisemalla, jolloin saadaan aikaan hyvä myötölujuuden, väsymislujuuden ja sitkeyden yhdistelmä jopa erityisen alhaisissa lämpötiloissa. Karkaistut teräslevyt valmistetaan alle 0,4 mm paksuustoleransseilla.
Erikoislujat rakenneteräkset soveltuvat ominaisuuksiensa ansiosta keventämään rakenteiden painoa. Esimerkiksi tiukemmat paksuustoleranssit mahdollistavat puomirakenteissa 5 % pienemmän kokonaispainon. Painonkevennys on erityisen tärkeää ajoneuvo- ja nostokurkirakenteissa. Rakenteiden keveys edistää laajemmin koko alan ympäristöystävällisyyttä parantamalla kaluston hyötykuormaa.
Suuresta lujuudestaan huolimatta erikoislujilla rakenneteräksillä on erinomaiset sitkeys- ja kylmämuovausominaisuudet. Terästen työstö on siten ongelmatonta ja ne ovat hyviä hitsattavuudeltaan.
S690QL rakenneteräksessä yhdistyy korkea myötöraja, joka on vähintään 690 MPa, sekä erittäin luja sitkeys jopa -60 °c asteen lämpötiloissa. Perinteiseen rakenneteräkseen verrattuna voidaan levyn paksuudessa säästää jopa 50 %.
S460ML on puolestaan oikea valinta erittäin kylmiin olosuhteisiin.
- Mitat
- Hitsaus
- Koneistus
- Särmäys
- Lisätietoja
Yleisimmät varastomittamme erikoislujissa rakenneteräksissä ovat:
| Laatu | Paksuus (mm) | Leveys x pituus (mm) |
|---|---|---|
| S690QL | 6–30 12–70 80 100–120 | 2500 x 6000 2500 x 8000 2500 x 6000 2000 x 6000 |
| S460ML | 10–40 | 2500 x 6000 |
Erikoislujat rakenneteräkset ovat hitsattavissa kaikilla yleisillä hitsausmenetelmillä. Hitsauksessa tulee kuitenkin kiinnittää huomiota kylmähalkeamien ehkäisemiseen ja hitsausliitoksen mekaanisiin ominaisuuksiin. Keskeistä on oikea työlämpötila sekä pintojen puhtaus.
Hitsausolosuhteet vaikuttavat ratkaisevasti hitsausliitosten ominaisuuksiin. Hitsauksen lämpövaikutukset eivät saisi heikentää teräksen ominaisuuksia siten, etteivät ne enää täyttäisi rakenteelle asetettuja vaatimuksia. On huolehdittava, että vaaditut mekaaniset ominaisuudet saavutetaan sekä hitsiaineessa että muutosvyöhykkeessä (HAZ).
Kylmähalkeilutaipumuksella on olennainen vaikutus hitsauskustannuksiin. Kylmähalkeilualttiutta voidaan arvioida teräksen kemiallisen seostuksen, erityisesti hiiliekvivalentin (CET), perusteella.
CET = C + (Mn+Mo)/10 + (Cr+Cu)/20 +Ni/40
Erikoislujille rakenneteräksille on ominaista alhainen hiiliekvivalenttiarvo:
| Paksuus (mm) | < 20 | 20 – 40 |
|---|---|---|
| S690QL | 0,31 % | 0,33 % |
Käytännössä kylmähalkeilun riski hitsausaineessa on suurimmillaan silloin, kun hitsiaineen hiiliekvivalentti on yhtä suuri tai suurempi kuin perusaineella. Laskennallisesti tämä tarkoittaa sitä, että hiiliekvivalentin arvo määrittää pitkälti teräslaadun esikuumennuslämpötilan.
Esikuumennus optimaalisessa lämpötilassa estää kylmähalkeamien syntymisen. Esikuumennus hidastaa hitsauskohdan jäähtymistä ja edesauttaa vedyn poistumista. Esikuumennus vähentää myös liitosten jännityksiä. Hitsaustavasta riippuen levypaksuudet 20 mm saakka voidaan hitsata ilman esilämmitystä. Ohuemman levypaksuuden ansiosta erikoislujien rakenneterästen esikuumennuskustannukset alenevat perinteiseen rakenneteräkseen verrattuna.
Kylmähalkeilun kannalta on otettava huomioon, että hitsiaineen vetypitoisuus on mahdollisimman matala. Hitsiaineen kemialliseen koostumukseen vaikuttavat teräksen ja lisäaineen seostukset. Pohjapaloissa ja yksipalkopienahitseissä tapahtuu perusaineen seostumista hitsiaineeseen. Tämän hitsiaineen myötölujuus ja murtolujuus nousevat verrattuna lisäaineen ”puhtaaseen hitsiaineeseen”. Tästä syystä lujilla rakenneteräksillä, joiden myötölujuus on yli 500 MPa, käytetään pohjapalkoihin ja yksipalkopienahitseihin yleensä vähemmän seostettuja lisäaineista kuin täyttö- ja pintapalkoihin.
Lämpötilan vaihtelu ja siihen käytetty aika voivat aiheuttaa muutoksia teräksen ominaisuuksissa etenkin muutosvyöhykkeellä (HAZ). Optimaalista jäähdytysaikaa kuvaa parametri t8/5, joka ilmaisee tarvittavan ajan, jossa lämpötila laskee 800 °c:sta 500 °c:een.
Liian nopea jäähtyminen johtaa liitoksen kovettumiseen, jolloin kylmähalkeilun riski kasvaa rasituksessa, esimerkiksi taivutettaessa. Liian hidas jäähtyminen johtaa puolestaan siihen, että hitsausaineen lujuusominaisuudet eivät enää vastaa perusaineen ominaisuuksia. Lisäksi muutosvyöhykkeen sitkeys saattaa madaltua.
Erikoislujien rakenneterästen jäähdytysajat hitsaustekniikasta riippuen:
| Jäähdytysaika t8/5 | |
|---|---|
| MIG- / MAG-hitsaus | 5–15 s |
| puikkohitsaus | 8–20 s |
| jauhekaarihitsaus | 10–25 s |
Lue lisää Hitsaustekniikan artikkelista: Hitsaussuositukset lujien terästen hitsaukseen
Erikoislujia rakenneteräksiä voidaan koneistaa kaikilla menetelmillä, kuten sorvaamalla, jyrsimällä, höyläämällä ja poraamalla. Lujuutensa takia lastun poistoarvot ovat kuitenkin matalammat kuin rakenneteräksissä.
Porattaessa värähtelyn määrä tulisi minimoida seuraavilla toimenpiteillä:
- kiinnittämällä työkappale mahdollisimman lähelle poraa
- sijoittamalla työkappale ja poranterä mahdollisimman lähelle laitteen runkoa
- käyttämällä lyhyttä poraa ja karaa
Erikoislujan teräksen koneistuksen ohjearvot:
| Leikkausnopeus (m/min) | D = 6 mm Rpm / mm/R | D = 8 mm Rpm / mm/R | D = 10 mm Rpm / mm/R | D = 12 mm Rpm / mm/R |
|
|---|---|---|---|---|---|
| S690QL | 3–5 | 210/0,05 | 160/0,08 | 130/0,10 | 100/0,15 |
Erikoislujia rakenneteräksiä muovataan pääsääntöisesti kylmänä. Vallitsevia tekniikoita ovat kylmämuovaus mankelissa ja särmäyspuristimessa. Särmätessä tulee huomioida, että mitä korkeampi myötölujuus, sitä suurempaa voimaa tarvitaan, jolloin myös takaisinjoustovoima on suurempi. Lisäksi teräksen muovattavuusmahdollisuudet vähenevät myötölujuuden kasvaessa. Mankeloinnissa käytetään tämän vuoksi suurempia taivutussäteitä ja tukirullien välejä, kun taas särmäyspuristimessa kasvatetaan aukon leveyttä. Jännityksenpoistohehkutusta pidetään tehokkaana keinona, mikäli kylmämuovauksen jälkeen halutaan vähentää jännityksiä ja parantaa lujuusominaisuuksia.
Erikoislujien terästen minimisärmäyssäteet sekä vastinkappaleiden ja rullien leveydet levyn paksuuteen (t) verrattuna:
| Levyn paksuus (mm) | Särmäyssäde tai vastinkappale (mm) | Rullien minimiväli (mm) | ||
|---|---|---|---|---|
| I | II | |||
| S690QL | t ≤ 6 6 < t ≤ 16 | 2 t 2 t | 2,5 t 3 t | 11 t 12 t |
I = taivutus poikittain valssaussuuntaan nähden
II = taivutus valssaussuuntaan
Särmättäessä perusoletuksena on, että särmättävän alueen reunat ovat suorat ja leikkauksessa kovettuneet reunat on poistettu. Annetut vähimmäistaivutussäteet ovat voimassa, kun särmätään valssaussuunnan mukaisesti. Jos särmäys tapahtuu poikittain valssaussuuntaan nähden, voidaan minimisädettä pienentää.
