no no no

1. PRAKSA PRACTICE
ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1/2004), str. 23-28
23
A. Živković
WELDOX I HARDOX ČELICI
Osobine, preporuke za rezanje i zavarivanje
Adresa autora / Author's addres
Aleksandar Živković, dipl.ing. EWE,
GOŠA – Fabrika opreme i mašina,
Smederevska Palanka
Sve veći zahtevi ekonomičnosti izrade zavarenih čeličnih konstrukcija uslovljavaju primenu savremenih kvalitetnih i
specijalnih čelika. Nesumnjivo, takvi čelični proizvodi su i švedske korporacije SSAB Oxelősund AB, sa lepezom čelika
komercijalnog naziva Weldox i Hardox čelici. Zahvaljujući velikoj otpornosti na habanje (Hardox), visokoj granici napona
tečenja, od 290 do 1100 MPa, i žilavosti i na -60 ºC (Weldox), ovi čelici mogu da zadovolje zahteve projektovanja i
ekonomičnosti izrade zavarenih čeličnih konstrukcija u mašinogradnji, građevinarstvu i procesnoj opremi.
*izlagano na Međunarodnoj konferenciji "Zavarivanje 2003", Beograd septembra 2003
1.UVOD
Standardizovani finozrni konstrukcioni čelici u području
pljosnatih proizvoda, u odnosu na osobine i namenu
razvrstani su na čelike za noseće čelične konstrukcije
(S), za posude pod pritiskom (P) i čelike za gradnju
cevovoda (L). Isporučuju se kao normalizirajuće valjani
(N) i termomehanički valjani (M) ili poboljšani(Q).
Osnova za razvoj finozrnih čelika je potpuno umireni
konstrukcioni čelik (S355) u normalizovanom stanju
koji, osim Al sadrži i elemente Ti, Nb, V, Mo koji grade
nitride i karbonitride, kao centre kristalizacije za
stvaranje finozrne strukture. Kontrolisanim završetkom
valjanja u području normalizirajućeg žarenja i
kontrolisanom brzinom hlađenja proizvedeni su čelici
normalizirajuće valjanog stanja isporuke, povećanog
napona tečenja i žilavosti. Uvođenjem
termomehaničkog valjanja, sa modifikacijama
temperaturskog područja završetka valjanja i
kontrolisanog ubrzanog hlađenja, omogućeno je dalje
smanjivanje kristalnog zrna i taložno ojačavanje, čime
su dobijeni čelici koji se odlikuju visokim naponom
tečenja, dobrom žilavošću i na niskim temperaturama,
dobrom otpornošću na naponsku koroziju,
ravnomernim osobinama po debljini i dobrom
zavarljivošću.
Razlikuju se tri grupe finozrnih konstrukcionih čelika:
1. Normalizaciono žareni (mikrolegirani) čelici napona
tečenja od 255 do 500 N/mm2
;
2. Poboljšani (vodom hlađeni) čelici napona tečenja
do 950 N/mm2
i čelici visoke tvrdoće (400HV,
500HV i 600HV otporni na habanje);
3. Termomehanički valjani čelici napona tečenja od
700 N/mm2
.
Za dalje povećanje zateznih osobina termomehanički
valjani finozrni čelici, osim prisustva mikrolegirajućih
elemenata, sadrže i legirajuće elemente, prevashodno
Cr, Mo, V, a stanje isporuke je kaljeno i otpušteno (Q).
Weldoks i Hardoks čelici, načinom proizvodnje (sl.1) i
osobinama značajnim za dalju obradu (deformacijom,
zavarivanjem...) i primenu, obuhvataju kvalitetne čelike,
stanja isporuke N, M i Q, za širok dijapazon primene.
HARDOX čelični limovi su namenjeni za velika
opterećenja na habanje što im omogućava visoka
tvdoća, velika čvrstoća i odlična žilavost. Primenjuju se
za opremu koja se koristi u rukovanju rudama, i koja je
izložena različitim vrstama naprezanja na habanje –
klizanju i udarnom opterećenju, često kombinovano sa
velikom deformacijom. Hardox čelici mogu imati
tvrdoću 400 ili 500 HB i podneti sva ova naprezanja, uz
pet do deset puta duži radni vek od klasičnih čelika iste
namene.
WELDOX čelici predstavljaju kvalitetne čelike sa
naponom tečenja od 355 MPa do 1100MPa, zateznom
čvstoćom od 460MPa do 1500Mpa i imaju garantovanu
žilavost i na temperaturama i do – 60 °C. Ovi čelici,
pored niskog sadržaja C, imaju i nizak sadržaj
legirajućih elemenata, i prema tome i nizak ekvivalent
ugljenika, što omogućava odličnu zavarljivost, bez
primene posebnih mera opreza.[1]
2. PROIZVODNJA HARDOX I WELDOX
ČELIKA
Hardox i Weldox čelici se proizvode livenjem u ingote.
Pre valjanja ingoti se zagrevaju na približno 1200°C, a
zatim progresivno valjaju do zahtevanog konačnog
oblika, tj. ploča ili profila.
Za Hardox čelike kontrolisano valjanje završava se u
austenitnom području. Temperature zagrevanja
slabova obično su niže u poređenju sa uobičajenim
valjanjem. Prvi deo valjanja obavlja se u području
rekristalizovanog austenita, (iznad 950 o
C), gde se
rekristalizacija vrši već pri valjanju, dok se austenitno
zrno smanjuje redukcijom debljine uloška. Valjanje se
zatim nastavlja u području metastabilnog austenita
(između Ar3 i Ar1), gde dolazi do hladne deformacije, a
austenitna zrna ostaju deformisana. U ovoj fazi ne dolazi
do rekristalizacije, ili ne do potpune rekristalizacije.
Tokom transformacije svako deformisano austenitno
zrno daje mnoge feritne začetke po kristalnim
granicama i deformacijskim pojasevima koji nastaju u
unutrašnjosti kristalnih zrna. Posle završene
transformacije stvara se veliki broj feritnih zrna koji
poboljšavaju čvrstoću i žilavost[5].

2. PRACTICE PRAKSA
24
ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1/2004), str. 23-28
Kod Weldox čelika, radi efikasnijeg kontrolisanog
valjanja legiranje se vrši sa manjim količinama Nb. Ovaj
element podiže područje rekristalizovanog austenita ka
višim temperaturama, što omogućava izvođenje većih
plastičnih deformacija austenita prilikom valjanja.
Za različite tipove Weldox čelika pri kontrolisanom
valjanju primenjuje se i hlađenje vodom. Pri tom se
koriste tri mogućnosti:
a) za Weldox 355, 420, 460 - hlađenje vodom do
sobne temperature, što daje vrlo dobre osobine
zavarljivosti, sa niskim tvrdoćama u ZUT. Ovi čelici
su otporni na naponsku koroziju.
b) za Weldox 500 - hlađenje vodom ispod Ar1, a zatim
hlađenje na vazduhu što daje odlične vrednosti
žilavosti čelika, uz malo povećanje čvrstoće.
Primenjuju se za niske temperature, za posude pod
pritiskom, cevovode, brodove. Moguća je primena
žarenja za smanjenje napona usled zavarivanja,
bez štetnih posledica.
c) za Weldox 700 -1100, kao i deblji Weldox 460-500,
- hlađenje vodom (kod 900 °C ) do sobne
temperature, a zatim otpuštanje na 580-650 °C, što
daje dobre vrednosti žilavosti pri niskim
temperaturama, a kod debelih limova i visoke
čvrstoće.
Efekti hlađenja vodom omogućavaju smanjenje
legiranosti. Lim, koji treba da bude poboljšan, mora da
bude hlađen vazduhom [1].
3. REZANJE WELDOX I HARDOX LIMOVA
Weldox i Hardox limovi se mogu rezati svim poznatim
postupcima (tab.1). Kako ovi kvaliteti čelika dobijaju
svoja svojstva kroz procese posebne toplotne obrade,
u obzir treba da se uzme i količina toplotne energije za
rezanje, zavisne od metode rezanja. Zato posebnu
pažnju treba obratiti na uticaj primenjene metode na
ZUT.
Slika 1. Šematski prikaz tipova čelika koji se dobijaju promenom uslova valjanja i hlađenja.
Abrazivno rezanje vodenim mlazom je najbolja metoda
kada postoji rizik od pojave prslina pri rezanju, i zato se
preporučuje za debele limove Hardoks čelika. Ova
metoda može da se koristi za rezanje većine materijala.
Površina rezanja je vrlo visokog kvaliteta.
Rezanje laserom, sa opremom koja je danas dostupna,
primenjuje se za limove debljine do 20 mm.
Rezanje plazmom može da se koristi za limove debljine
do 40 mm. Površina rezanja je dobrog kvaliteta, ali
ivice imaju tendenciju skošenja. ZUT je obično širine 5
mm.
Gasno rezanje (gorivi gas, zemni gas ili acetilen) se
najčešće koristi, i ima široko polje primene. Može da se
primeni za limove svih debljina.
Rizik od nastanka prslina pri gasnom rezanju se
povećava sa debljinom i tvrdoćom lima. Za sprečavanje
nastanka prslina preporučivo je primeniti predgrevanje
ili smanjenje brzina rezanja.
Tabela 1. Primenjeni postupci rezanja i parametri
Postupak rezanja
Debljina
(mm)
Brzina rezanja
(mm/min)
Širina reza
(mm)
Tolerancija
(mm)
Širina ZUT
(mm)
Abrazivno vodenim
mlazom
4 - 150 8 - 150 1 - 3 ±0,2 0
laserom 4 - 20 600 - 2200 <1 ±0,2 0,4 - 3
plazmom 4 - 40 1200 - 6000 2 - 4 ±1,0 2 - 5
gasno 4 - 150 150 - 700 4 - 10 ±2,0 4 - 10
Širina zone predgrevanja je najmanje 100 mm sa svake
strane planiranog reza, pre početka, i održavanje
preporučene temperature predgrevanja do završetka
rezanja (tab.2.). Rizik od nastanka prslina usled rezanja
se smanjuje regulisanim hlađenjem, za šta je pogodna
upotreba elektrootpornog grejanja. Takođe,
predgrevanje može da se vrši pomoću gasnog plamena
za rezanje [1,3]. Vreme predgrevanja treba da bude
minimim 5 minuta po mm debljine lima, ali ne manje od
jednog časa. Smanjenje brzine rezanja (20%), takođe
potpomaže predgrevanju zone reza i smanjuje rizik od
nastanka prslina. Temperatura predgrevanja se
proverava merenjem sa suprotne strane lima.

3. PRAKSA PRACTICE
ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1/2004), str. 23-28
25
Tabela 2. Preporučene temperature predgrevanja kod
gasnog rezanja
Radni materijal Debljina (mm) Temperatura (°C )
Hardox 400 30 ÷ 50 75 ÷ 100
Hardox 400 51 ÷ 80 100 ÷ 150
Hardox 400 81 ÷ 130 150 ÷ 200
Hardox 500 10 ÷ 40 70 ÷ 100
Hardox 500 41 ÷ 80 100 ÷ 150
Rezanje pod vodom može da se primeni i kod
postupaka plazmom i gasnog rezanja. U oba slučaja,
širina ZUT se smanjuje. Voda deluje kao rashladno
sredstvo i obezbeđuje ujednačeniju temperaturu lima,
što smanjuje kretanje lima po stolu za rezanje.
4. ZAVARIVANJE WELDOX I HARDOX
ČELIKA
Hardox i Weldox čelici, s obzirom na klasu čvrstoće,
imaju relativno male vrednosti ekvivalenta ugljenika.
Uobičajene vrednosti date su u tabeli 3. (S355 u tabeli
je dat radi poređenja).
Tabela 3. Vrednosti CEV Weldox i Hardox čelika
Oznaka čelika
Debljina
(mm)
CEV (IIW)
S355 5 -100 0,39–0,43
Weldox355 8 - 25 0,34–0,37
Weldox420 6 - 80 0,37–0,39
Weldox460 6 - 80 0,37–0,42
Weldox500 8 - 80 0,37–0,42
Weldox700 4–130 0,39–0,64
Weldox900 4 - 80 0,56
Weldox960 4 - 50 0,56–0,64
Weldox1100 5 - 40 0,68–0,72
Hardox400 4–130 0,36–0,70
Hardox450 4 - 80 0,41–0,62
Hardox500 5 - 80 0,58–0,68
Za zavarivanje ovih materijala mogu se koristiti svi
konvencionalni elektrolučni postupci zavarivanja uz
primenu standardnih dodatnih materijala, uzimajući u
obzir sve faktore koji utiču na mehaničke karakteristike
zavarenog spoja:
¾ kvalitet materijala,
¾ vrsta dodatnog materijala,
¾ temperatura predgrevanja,
¾ energija zavarivanja i
¾ međuslojna temperatura.
Takođe, na ovim materijalima je moguće i zavarivanje
bolcni [1,4].
Kod zavarivanja Hardox čelika potrebno je očuvati
tvrdoću i žilavost u ZUT.
Kod zavarivanja WELDOX čelika potrebno je
obezbediti prihvatljivu tvrdoću i žilavost u ZUT, u
odnosu na osobine osnovnog materijala.
Kod svih kvaliteta, za smanjenje rizika od hladnih
prslina potrebno je preduzimanje mera za sprečavanje
unosa vodonika u zonu zavarivanja.
Smanjenje rizika od hladnih prslina
Kod zavarivanja ovih čelika važno je minimalizovati
rizike od nastajanja hladnih prslina. Pojava vodonika uz
prisustvo napona u zavarenom spoju predstavlja glavni
razlog za nastajanje hladnih prslina.
Rizik od nastanka hladnih prslina može da se
minimalizuje uz pomoć:
- predgrevanja pre zavarivanja;
- primenom bazičnog niskovodoničnog dodatnog
materijala, odnosno praška (EPP zavarivanje).
- minimalizovanja napona od skupljanja, dobrim
podešavanjem između radnih komada i dobro
isplaniranim redosledom zavarivanja.
Temperatura predgrevanja zavisi od količine unete
toplote pri zavarivanju, veličine ekvivalenta ugljenika
(hemijski sastav) i odvođenja toplote preko osnovnog
materijala (debljina i pravci odvođenja toplote). Način
odvođenja toplote preko debljine i mesto merenja
temperature prikazan je na slici 2. Preporučene
temperature predgrevanja i međuslojne temperature za
Weldox i Hardox čelike, pri određenoj količini unete
toplote pri zavarivanju date su na slici 3. S obzirom na
niski ekvivalent ugljenika, kod manjih debljina
zavarivanje se može izvesti i bez predgrevanja.
Granična debljina kada se ne primenjuje predgrevanje
zavisi od napona tečenja osnovnog materijala.
Slika 2. Debljine elemenata spoja i odvođenje toplote; mesto merenja temperature
Posebnu pažnju treba obratiti na predgrevanje kod
zavarivanja pripoja (heftova) i kod zavarivanja korenog
zavara.
Ako je vlažnost okoline veća i/ili je temperatura ispod
+5°C, vrednost prikazana u tabelama se povećava za

4. PRACTICE PRAKSA
26
ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1/2004), str. 23-28
25°C. U skladu sa tim, temperatura treba da se poveća
i ako je radni komad koji se zavaruje kruto uklješten.
Naknadno zagrevanje zavarenog spoja odmah nakon
zavarivanja, takođe omogućava lakše oslobađanje
vodonika iz zavarenog spoja. Temperatura za
naknadno zagrevanje treba da bude ista kao
temperatura za predgrevanje. Vreme zadržavanja treba
da bude najmanje 5 min. po mm debljine lima, ali ne
manje od jednog časa.[6]
Slika 3. Preporučene temperature predgrevanja i međuslojne temperature kod zavarivanja Hardox i Weldox čelika kod energije
zavarivanja od 1,7kJ/mm i sadržaja vodonika < 5ml /100g metala šava.
Termička obrada nakon zavarivanja (PWHT) se vrši da
bi se smanjili zaostali naponi nakon zavarivanja. Čelici
visokog napona tečenja skloni su pojavi prslina usled
naknadne termičke obrade posle zavarivanja, posebno
u prisustvu agresivnog medija.
Weldox čelici treba da se termički tretiraju nakon
zavarivanja samo ako je to zahtevano projektom, vodeći
računa o visini temperature i vremenu žarenja, da se ne
bi narušilo polazno strukturno stanje osnovnog
materijala.
Hardox čelici i Weldox 1100 ne smeju da se
podvrgavaju naknadnoj termičkoj obradi PWHT.
Kontrolisan unos toplotne energije pri
zavarivanju
Pri zavarivanju Hardox ili Weldox čelika potrebno je
voditi računa o ograničenom unosu toplotne energije,
kao najvažnijeg faktora za kontrolisano hlađenje ZUT,
za očuvanje strukturnog stanja i osobina postignutih
kontrolisanim valjanjem i hlađenjem (koncept t8/5). U
tom smislu date su preporuke (sl.4) za količinu unete
toplote, zavisno od kvaliteta materijala i ukupne
debljine, a za postizanje zadovoljavajuće kombinacije
žilavosti i čvrstoće (Weldox čelika), ili i očuvanje
tvrdoće (Hardox čelika) u ZUT.
Za izračunavanje količine unete toplotne korišćena je
formula:
1000
60
⋅
⋅
⋅
⋅
=
V
I
U
Q
η
gde je:
Q - energija zavarivanja (kJ/mm);
U - napon luka (V);
I - struja zavarivanja(A);
V - brzina zavarivanja (mm/min);
ŋ - koeficijent korisnog dejstva luka (tab. 4.).
Tabela 4. Koeficijenat iskorišćenja toplote kod različitih
postupaka zavarivanja
Postupak zavarivanja
Koeficijenat iskorišćenja
toplote ( η)
E (111) 0,8
MIG/MAG (135/136) 0,8 -0,9
MAG punjenom žicom 0,9
EPP (121) 1,0
TIG (141) 0,7
Ilustracija tvrdoće po preseku zavarenog spoja pri
variranju unete toplote zavarivanja, pri ostalim istim
uslovima za čelik Hardox 400 prikazana je na slici 5.

5. PRAKSA PRACTICE
ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1/2004), str. 23-28
27
[mm]
[mm]
Slika 4. Preporučene maksimalne količine unete toplote, zavisno od kvaliteta materijala i ukupne debljine
Slika 5. Tvrdoća po preseku zavarenog spoja pri variranju unete toplote zavarivanja, pri ostalim istim uslovima

6. PRACTICE PRAKSA
28
ZAVARIVANJE I ZAVARENE KONSTRUKCIJE (1/2004), str. 23-28
Izbor dodatnog materijala za zavarivanje
Izbor dodatnog materijala za zavarivanje je u skladu sa
mehaničkim svojstvima osnovnog materijala. Kod
primene ručnog elektrolučnog zavarivanja obloženim
elektrodama (E postupak), preporuke su da se koriste
niskovodonične bazične elektrode koje imaju sadržaj
vodonika ≤ 5ml/100g metala šava.
U principu, kada se izbor dodatnog materijala bazira na
vrednostima zatezne čvrstoće osnovnog materijala
moguća su tri pristupa:
1. da metal šava ima manju zateznu čvrstoću od
osnovnog materijala;
2. da metal šava ima zateznu čvrstoću u granicama
osnovnog materijala;
3. da metal šava ima veću zateznu čvrstoću od
osnovnog materijala.
Kod zavarivanja Weldox 700 do Weldox 1100,
preporučljivo je da se vrši kombinovanje, na primer za
korene zavare primenjivati dodatne materijale čistog
metala šava veće žilavosti, a za zavare popune
dodatne materijale čistog metala šava veće čvrstoće.
Kod čelika čvrstoće na zatezanje veće od 500 N/mm2
primenom dodatnog materijala manje čvrstoće postiže
se veća sposobnost deformabilnosti metala šava, te
smanjenje osetljivosti na hladne prsline.
Za ugaone šavove je uvek preporučljivo da se odabere
materijal za zavarivanje koji ima manju zateznu
čvrstoću od osnovnog materijala.
Kod zavarivanja Hardox čelike treba koristiti dodatne
materijale koji imaju povećanu žilavost, tj. zateznu
čvrstoću ispod 500N/mm2
. Ako je šav izložen
intenzivnijem habanju, za završni sloj popune mogu da
se koriste elektrode za tvrdo navarivanje.
Hardox čelici mogu da se zavaruju sa austenitnim
dodatnim materijalima u sledećim slučajevima:
- ako je radni komad kruto uklješten;
- ako se ne može primeniti predgrevanje;
- ako je debljina lima veća od 60mm.
Dodatni materijal treba da se skladišti i pre upotrebe
suši, u skladu sa preporukama proizvođača. Načelno,
dodatni materijal se skladišti na +20 ºC uz maksimalnu
relativnu vlažnost vazduha od 40%. Ako se skladištenje
vrši u nekontrolisanim uslovima, obavezno se
primenjuje sušenje na 350 ºC u trajanju od 2h, uz
održavanje temperature od 150 ºC. Izuzeta elektroda
se drži u tobolcima na 70 ºC najduže 8h, a nakon isteka
tog vremena vraća se na ponovno sušenje.[1,6]
Zavarivanje lima sa osnovnim premazom
boje
Pre isporuke, Hardox i Weldox limovi se peskiraju do
osnovnog kvaliteta SA 2,5 (ISO 8501-1), i zaštićuju
cinksilikatnim prajmerom sa malim sadržajem cinka.
Zavarivanje lima premazanog sa antikorozivnom
osnovnom bojom može da dovede do pojave
poroznosti. Poroznost se minimalizuje odabirom tipa i
debljine osnovnog premaza boje, i primenom
odgovarajućih parametara za zavarivanje. U tom
slučaju zavarivanje se izvodi bez ograničenja koje
propisuju relevantni standardi, i bez potrebe za
uklanjanjem osnovnog premaza.
Ako je lim premazan antikorozivnom bojom sa PVB
(polivinil butiralom) ili epoksi osnovnim premazom, boja
treba da se ukloni pre zavarivanja. Zavarivanjem preko
zaštitnog premaza u zaštiti Ar luk je stabilan, ali je
visoka poroznost metala šava. Zavarivanjem u zaštiti
CO2 poroznost u metalu šava je mala, ali luk nije
stabilan i dolazi znatnog rasprskavanja dodatnog
materijala, a time i do začepljenja mlaznice.
Zavarivanje u zaštiti Ar/CO2 predstavlja kompromis.
Postupak Punjenom žicom MAG E
topitelj
zaštitni gas
nagib elektrode
pozicija zavarivanja
pravac zavarivanja
bazična
75%Ar / 25%CO2
75°
1F, PA
u levo
-
75%Ar / 25%CO2
75°
1F, PA
u levo
bazična
-
60-90°
1F, PA
u desno
Slika 6. Preporuke za zavarivanje limova zaštićenih premazom sa malim sadržajem cink silikata
Na slici 6. date su preporuke za zavarivanje Hardox i
Weldox čelika zaštićenih premazom sa malim
sadržajem cinksilikata.
Kod zavarivanja i brušenja lima sa osnovnim
premazom potrebno je da radni prostor ima dobru
ventilaciju.
LITERATURA
[1] Helin information, 2002.god, Handbook on Welding of Hardox and
Weldox steel, Osterbergs&Sörmalandstryck;Sweden
[2] M.P.Braun, 1982, Mikrolegirovanie Stali, Naumkova Dumka, Kiev.
[3] Hrivnjak I., 1982, Zavarljivost čelika, Gradjevinska knjiga Beograd.
[4] A.Radović,N.Bajić,V.Grabulov, 1996, Specifičnosti metala šava
zavarenih spojeva finozrnih mikrolegiranih čelika,Medjunarodno
savetovanje Zavarivanje 96 – Zavarivanje u energetici, Beograd.
[5] Dave Smith,1986,Welding and technology,Mc Graw-Hill International
Editions
[6] G.M.Evans,1993, The Effect of microalloying elements in C-Mn steel
weld metal, IIW II A-1211-93.