NO841312L - Langstrakt metallelement som er motstandsdyktig mot sprekk-korrosjon, samt fremgangsmaate og apparat for aa bevirke slik motstandsdyktighet - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte som gjør

det mulig å øke motstandsevnen mot sprekk- eller risskorrosjon i langstrakte elementer, spesielt langstrakte metall-elemente.r dannet ved kald-trekning, såvel som produkter oppnådd ved hjelp av denne fremgangsmåte.

Det er kjent at visse metaller er følsomme for sprekk-korrosjon når de utsettes for visse korroderende vandige om-givelser, spesielt i vannmiljø inneholdende hydrogensulfid sam-tidig som metallet blir utsatt for strekkpåkjenninger, er sårbar-heten for sprekk-korrosjon desto høyere jo større disse påkjenninger er.

Spesielt opptrer denne type korrosjon i karbonstål som

er kaldtrukket, hvor hårdheten etter trekning overskrider verdien 22 Rockwell C, hvilket er tilfelle ved stål med høyt karbon-innhold .

På den annen side er stål med lavere hårdhet enn den grense-verdi som er angitt ovenfor, ikke følsomme for sprekk-korrosjon i vandig miljø inneholdende hydrogensulfid.

En typisk sammensetning av stål som er tilbøyelig til å

være utsatt for denne type korrosjon er f.eks.: C = 0,84%;

Mn = 0,575%; Si = 0,174%; S = 0,008%; P = 0,017%.

Slike stålkvaliteter blir underkastet en hårdhetsbehandling betegnet som "patentering" og blir deretter trukket og tilformet i kald tilstand.

Et eksempel på mekaniske egenskaper som blir oppnådd på

denne måten er som følger: strekkfasthet 1360 MPa, elastisitetsgrense ved 0,2% - 1280 MPa.

En viktig, men ikke den eneste anvendelsen av oppfinnelsen gjelder beskyttelsen mot sprekk-korrosjon i langstrakte metallelementer beregnet til å oppvikles i skruelinjeform slik at de danner armering på fleksible ledninger eller kabler.

Erfaringen viser at under visse bruksbetingelser, spesielt

ved kontakt med aggressive miljøer, såsom sjøvann, kan disse armeringer bli ødelagt ved sprekk-korrosjon, hvilket fører til brudd i den fleksible ledning eller kabel.

Spesielt fra Fransk patent nr. 1 426 113, Britisk patent

nr. 1 054 979 og Tysk patent nr. 1 227 491 er det allerede kjent metoder til å forbedre motstandsevnen mot korrosjon i metaller, idet disse metaller underkastes mekaniske overflatebehandlinger i kald tilstand, så som sandblåsing, stålsandblåsning, valsing.

pregning, hamring og polering. Den således oppnådde forbedring skyldes at metallet settes i kompresjon i nærheten av overflaten (spenningshårdhet). Imidlertid vil den dybden av metallet som påvirkes av disse behandlinger, være liten, vanligvis begrenset til 0,1 mm (med en intens stålsandblåsning kan det bli oppnådd en tykkelse på 0,2 mm).

Andre fremgangsmåter og anordninger for planering eller valsing er f.eks. beskrevet i tysk patent 98 121, US patent 3 269 007, fransk patent 2 061 698 samt britiske patenter 420 469 og 1 343 812.

Den behandlingsdybde som blir oppnådd ved hjelp av tidligere kjente metoder er ikke tilstrekkelig, fordi den frembragte motstandsevne mot sprekk-korrosjon i en liten tykkelse, ikke hindrer den generelle korrosjon av metallet. Denne vil litt etter litt ødelegge det overflatelag som er satt i kompresjonstilstand ved den tidligere behandling, og metallets sårbarhet overfor sprekk-korrosjon vil igjen vende tilbake.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en beskyttelse av metaller mot sprekk-korrosjon i en tykkelse som er klart større enn den som blir oppnådd med tidligere kjente metoder.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som tillater økning

av et langstrakt elements motstandsevne mot sprekk-korrosjon,

erkarakterisert vedat i det minste hovedflatene på hvert parti av det langstrakte element som utsettes for korrosjon og før dette element blir tatt i bruk, underkastes en rekke bøyninger som er resultatet av suksessive trinn med oppvikling og avvikling som foretas vekselvis, eller ved suksessive trinn med oppvikling i den ene retning vekselvis i den annen retning.

Ifølge en spesielt fordelaktig utførelsesform av oppfinnelsen bevirkes den nevnte rekke bøyninger ved suksessivt å oppvikle det langstrakte element på tromler som er anordnet i rekke og har rotasjonsretninger som er motsatt av en følgende trommel, hvilke tromler omfatter i det minste to suksessive tromler med diameter mellom 100 og 1000 mm.

Oppfinnelsen omfatter videre de produkter som er frembragt

på denne måte, særlig et langstrakt metallelement som er motstandsdyktig overfor sprekk-korrosjon og som har en fordeling av indre spenninger slik at i en retning vinkelrett på elementets vegg eller i det minste en av hovedveggene svarende til den største

dimensjon av tverrsnittet, oppviser metallet suksessivt en sone i komprimert tilstand, en nøytral sone og deretter en sone med strekkspenning,karakterisert vedat elementet på forhånd er behandlet ved en rekke oppviklingstrinn og avviklingstrinn utført vekselvis, eller ved en rekke trinn med oppvikling i den ene retning og vekselvis i den annen retning, slik at tykkelsen av kompresjonssonen er i det minste lik en tredjedel av avstanden mellom veggen og elementets akse.

Oppfinnelsen omhandler også et armert fleksibelt element,

så som en fleksibel ledning eller kabelkarakterisert vedat det omfatter forsterknings- eller armeringselementer hvorav i det minste noen består av langstrakte metallelementer som er motstandsdyktige overfor sprekk-korrosjon, slik som angitt ovenfor.

Endelig omfatter oppfinnelsen et apparat for utførelse

av fremgangsmåten,karakterisert vedat det fra inngangen til utgangen omfatter en rekke roterbare tromler med diametre som ikke avtar, hvilke diametre ligger mellom 100 og 1000 mm, og at rotasjonsretningen er omvendt fra den ene trommel til den følgende. Apparatet kan mellom inngangen og utgangen omfatte i det minste to tromler hvis diametre henholdsvis <Z>\og 02ligger mellom 100 og 500 mm, efterfulgt av i det minste to tromler hvis diametre Ø3og Ø4ligger mellom 300 og 1000 mm.

Utførelses-eksempler på oppfinnelsen skal i det følgende beskrives under henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 viser forsøksresultater oppnådd uten bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen,

figur 2 viser en anordning som muliggjør utførelse av behandlingen ifølge oppfinnelsen,

figur 3 viser resultater oppnådd etter bruk av denne mekaniske

forbehandling,

figurene 4 og 5 viser henholdsvis ved sammenligning resultater oppnådd med et annet forsøk hvor tråder underkastet behandling innbefattet vekselvise bøyninger med liten krumningsradius, og tråder som er blitt utsatt for

en enkel stålsandblåsning, og

figur 6 viser ved sammenligning fordelingen av spenninger over tykkelsen av en ubehandlet tråd og over tykkelsen av en tråd som er blitt underkastet forskjellige mekaniske behandlinger.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen oppvikles elementet

1 vekselvis i den ene retning og i den annen retning på tromler på slik måte at det frembringes kompresjonspåkjenninger i de to overflater av elementet.

Man arbeider ved omgivelsestemperatur og det anvendes en trekk-kraft som i det minste er lik 50% av elastisitetsgrensen på 0,2% slik at man søker ikke å deformere det langstrakte element, heller ikke å forlenge dette og heller ikke å redusere dettes tykkelse.

Figur 2 illustrerer skjematisk de vekselvise oppviklings-tromler som kan brukes i praksis. Man kan eventuelt begynne med opprulling nedenfra på den første trommel 2a.

Mer spesielt kan forbehandlingen ifølge oppfinnelsen utføres ved først å oppvikle det langstrakte element i en retning på

en første trommel 2a med diameter ®\og deretter i den annen retning på en annen trommel 2b med diameter 02slik at 100 mm ^02. Øl ^ 500 mm-

Det er en fordel å velge dimensjonene slik at 140 mm ^ 02,

Øl 300 mm. Diametrene <b\og 02kan ha samme størrelse eller de kan være forskjellige.

Ved utgangen fra den annen trommel blir elementet oppviklet

i en retning på en tredje trommel 2c med diameter 300 mm ^ Ø3 ^ 1000 mm, og deretter eventuelt på en fjerde trommel 2d med diameter 300 mm ^ Ø4^ 1000 mm og slik at Ø4 , 03^0^, 02- Diametrene Ø3og Ø4kan ha samme størrelse eller de kan være forskjellige.

Det er en fordel å velge diametrene slik at 500 mm Ø4,

03^ 800 mm.

Dersom det er nødvendig kan man foreta flere suksessive oppviklinger på tromlene.

Det langstrakte metallelements følsomhet eller sårbarhet

for sprekk-korrosjon blir bedømt på følgende måte: det langstrakte element anbringes slik at det hviler på to faste anleggspunkter, mens et tredje anleggspunkt plassert mellom de to først-nevnte, kan forskyves gradvis for å bevirke en nedbøyning eller krumning av det langstrakte element. Den konvekse side eller flate av det således nedbøyde element befinner seg da under strekkpåkjenning.

Strekkspenningen blir ikke målt i virkeligheten eller direkte, men det foretas en måling av den nedbøyning f som det langstrakte element får. Denne nedbøyning uttrykkes i mm idet de to ytre

anleggspunkter f.eks. har en innbyrdes avstand på 100 mm.

Idet elementet på denne måte er satt under strekk blir

det neddykket i syntetisk luftfritt sjøvann tillaget i henhold til normen ASTM D 1141 og mettet med hydrogensulfid. Temperaturen er 16 - 20°C og man noterer den tid t i timer som forløper inntil det oppstår en sprekk.

Forsøk nr. 1

Dette forsøk blir utført på elementer som ikke er blitt underkastet en behandling ifølge oppfinnelsen (ubehandlede tråder). Disse elementer er flate ståltråder hvis tverrsnitt er rektangu-lært med dimensjoner 6x3 mm.

Figur 1 viser de oppnådde resultater: de fylte eller sorte sirkler svarer til ubehandlede tråder med brudd og de andre sirkler til ubehandlede tråder som ikke har brudd.

For nedbøyninger større enn 7 mm oppstår det sprekker i elementene i løpet av noen timer. For mindre nedbøyninger øker levetiden hurtig og det bemerkes at for nedbøyninger på 5 mm er elementene ikke blitt utsatt for brudd ved slutten av en periode på 100 timer. Den ubestemte levetid synes å foreligge ved nedbøyninger som er litt mindre enn 5 mm. Det dreier seg her om en stålkvalitet med 0,78% karbon hvis egenskaper er som følger: bruddstyrke 1485 MPa, elastisitetsgrense ved 0,2% er 1280 MPa. Nedbøyningen 5 mm svarer nesten til 74% av elastisitetsgrensen. Den ubestemte levetid blir således oppnådd henimot 70% av elastisitetsgrensen.

Forsøk nr. 2

Langstrakte elementer identiske med dem som ble anvendt

i forsøk nr. 1, ble ført gjennom et apparat hvor de utsettes for en oppvikling på fire tromler i rekke, slik som illustrert på figur 2 { <Z>\ = 02= 200 mm og Ø3= Ø4= 500 mm). Disse langstrakte elementer utsettes for en trekk-kraft F lik 600 MPa.

Under denne behandling er de langstrakte elementer 1 orientert slik at deres hovedflater, som svarer til den største dimensjon i deres tverrsnitt, befinner seg i berøring med rullene.

Etter denne behandling er motstandsevnen for de langstrakte elementer klart høyere, slik det fremgår av figur 3 hvor de fylte sorte sirkler representerer tråder med brudd og de andre sirkler tråder som ikke har brudd.

Den ubestemte levetid blir bibeholdt for nedbøyninger som går opp i nesten 10 mm, hvilket svarer til en påkjenning nærmest lik 100% av elastisitetsgrensen.

Forsøk nr. 3

Figur 4 viser de resultater som ble oppnådd med et element som er identisk med dem som ble brukt under forsøkene nr. 1

og nr. 2, etter passasje gjennom en anordning som beskrevet under forsøk nr. 2, men med tromler utført slik at Q)\= 02=

600 mm og 03=04= 1100 mm. Det bemerkes en svak forbedring 1 forhold til forsøk nr. 1. Den ubestemte eller ubegrensede levetid blir bibeholdt for nedbøyninger som nærmer seg 6 mm, hvilket er meget lavere enn det som ble oppnådd under forsøk nr 2 .

Det konstateres videre at hvis trommeldiametrene Øj og

02er mindre enn 100 mm påføres det langstrakte element en irre-versibel deformasjon som har sammenheng med at elastisitetsgrensen overskrides.

Forsøk nr. 4

Figur 5 gir resultater oppnådd for et element identisk

med det som var gjenstand for forsøk nr. 1, men etter å være utsatt for en stålsandblåsning med intensitet 12 Almen A på

de to hovedflater. Det bemerkes en svak forbedring i forhold til forsøk nr. 1, idet den ubestemte levetid blir bibeholdt som ved forsøk nr. 3, for nedbøyninger som går opp i omkring 6 mm, dvs. meget mindre enn det som ble oppnådd ifølge forsøk nr. 2.

Figur 6 viser en sammenligning av fordelingen av spenninger over tykkelsen av en ubehandlet tråd, av en tråd utsatt for enkel stålsandblåsning og av tråder som er underkastet en behandling med vekselvise bøyninger ifølge figur 2.

En flat ståltråd med 0,84% karbon (tverrsnittsdimensjoner 6x3 mm) ble preparert med patentering (spesiell hårdhetsbehandling) av maskintråd.

Spenningene i tråden bestemmes som funksjon av avstanden til trådoverflaten, spenningsstørrelsen S som blir målt uttrykkes i Megapascal og avmerket langs ordinaten på diagrammet (positiv verdi for en strekkpåkjenning og negativ for en trykkpåkjenning), og abcissen D representerer dybden i metallet (i mm) regnet

fra trådoverflaten, mot dennes langsgående symmetriakse X'X.

Den metode som brukes til å bestemme spenningene i tråden er betegnet som "nedbøynings"-metoden eller "krumnings"-metoden og denne er velkjent for metallurgi-spesialister og er f.eks. beskrevet i nr. 31 av September 1977 på side 12 og følgende,

av publikasjonen "Les Mémoires techniques du C.E.T.I.M.", utgitt av Centre Technique des Industries Mécaniques".

Kurven 3 på figur 6 viser at i en ubehandlet tråd er over-flatelaget under strekkspenning, mens kompresjonsspenningene eller -påkjenningene opptrer i det indre.

Denne samme tråd underkastes en stålsandblåsning med intensitet 12 Almen A på de to hovedflater. Det fremgår av figur 6 (kurve 4) at kompresjonsspenninger er blitt innført i metallet til en dybde på 0,15 mm fra den ytre overflate.

Det er likeledes på en annen prøve av den samme tråd fore-tatt en mekanisk behandling i det apparat som er vist på figur 2 ved utførelse av en oppvikling under de betingelser som er angitt for forsøk nr. 2, dvs. 0^= Q>2 = 200 mm og 03 = 04 =

500 mm.

Kurven 5 på figur 6 viser at behandlingen ifølge oppfinnelsen har gjort det mulig å frembringe kompresjonsspenninger i metallet i en tykkelse på nær 0,7 mm, ut fra hver overflate av denne flate tråd med 3 mm tykkelse, dvs. i en sone som representerer mer enn 2/5 av tykkelsen av tråden, idet strekkspenningene er overført til det indre eller midtpartiet.

Tråden som på denne måte er behandlet i henhold til oppfinnelsen, oppviser stor motstandsevne mot sprekk-korrosjon.

En annen prøve av samme tråd ble utsatt for en mekanisk behandling i det apparat som er vist på figur 2, men ved å foreta en oppvikling under de betingelser som er angitt for forsøk nr. 3, dvs. 0^=02= 600 mm og 03=04=1100 mm.

Kurven 6 på figur 6 viser at denne behandling bare har gjort det mulig å frembringe kompresjonsspenninger på en tykkelse lik 0,2 mm ut fra denne flate tråd med tykkelse 3 mm.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte til å øke motstandevnen mot sprekk-korrosjon i et langstrakt element, karakterisert ved at i det minste hovedflatene på hvert parti av det langstrakte element som utsettes for korrusjon, før dette tas i bruk underkastes en rekke bøyninger som følge av suksessive oppviklingstrinn og avvekslende avviklingstrinn, eller suksessive oppviklingstrinn i en retning og vekselvis i den annen retning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det langstrakte element oppvikles i det minste en gang suksessivt i en retning og i den annen retning på en første og på en annen trommel hvis diametre { Q>\, 02 ) ligger mellom 100 og 500 mm.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at diametrene (0^ og 02 ) av tromlene ligger mellom 140 og 300 mm.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at efter utgangen fra de nevnte tromler oppvikles det langstrakte element i det minste en gang sukessivt i en retning og derefter i den annen retning på en tredje og en fjerde trommel hvis rotasjonsretninger er motsatte og hvis diametre ligger mellom 300 og 1000 mm.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at diametrene av tromlene ligger mellom 500 og 800 mm.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det langstrakte element oppvikles i det minste en gang suksessivt i en retning på en første trommel og i den annen retning på en annen trommel som har i det vesentlige samme diameter som den første (0^ = 02 )-

7. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det langstrakte element oppvikles i det minste en gang i en retning på en tredje trommel med diameter Ø3 og eventuelt i den annen retning på en fjerde trommel med diameter Ø4 , hvor Ø3 og 04 ^ Q>\ og 02 .

8. Langstrakt metallelement som er motstandsdyktig overfor sprekk-korresjon og oppviser en slik fordeling av indre spenninger at i en retning vinkelrett på elementets vegg eller i det minste på hovedveggene svarende til den største dimensjon av elementets tverrsnitt, oppviser metallet suksessivt en sone i komprimert tilstand, en nøytral sone og så en sone under strekk, karakterisert ved at elementet er blitt behandlet med en rekke vekselvise oppviklingstrinn og avviklingstrinn eller med en rekke oppviklingstrinn i den ene retning og vekselvis den annen retning på slik måte at tykkelsen av kompresjonssonen er i det minste lik en tredjedel av avstanden mellom veggen og elementets akse.

9. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at det fra inngangen til utgangen omfatter en rekke roterbare tromler med diametre som ikke avtar, at disse diametre ligger mellom 100 og 1000 mm og at tromlenes rotasjonsretning er omvendt fra en trommel til den følgende.

10. Apparat ifølge krav 9, karakterisert ved at det fra inngangen til utgangen omfatter i det minste to tromler hvis diametre <&\ og 02 ligger mellom 100 og 500 mm, efterfulgt av i det minste to tromler hvis diametre Ø3 og Ø4 ligger mellom 300 og 1000 mm.

11. Fleksibelt armert element, så som en fleksibel ledning eller kabel, karakterisert ved at det omfatter forsterknings- eller armeringselementer hvorav i det minste noen består av langstrakte metallelementer som er motstandsdyktige overfor sprekk-korrosjon, i overensstemmelse med krav 8.