DE1808014A1 - Schweisselektrode,insbesondere zum Schweissen von haertbarem,korrosionsbestaendigem Stahl - Google Patents
Schweisselektrode,insbesondere zum Schweissen von haertbarem,korrosionsbestaendigem StahlInfo
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Description
Schweißelektrode, insbesondere zum Schweißen von härtbarem, korrosionsbeständigem Stahl.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schweißelektrode, insbesondere zum Schweißen von härtbarem,
korrosionsbeständigem Stahl, Sie bezieht sich vornehmlich auf einen Zusatzwerkstoff mit einer Zusammensetzung,
die es ermöglicht, derartige Stähle zu schweißen und Schweißverbände mit sehr hoher Zugfestigkeit
und guter Kerbzähigkeit zu erhalten.
PUr Einzelteile aus solchem Material, z.B. Wasserturbinenräder, bei denen eine Kombination von guten
mechanischen Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit erwünscht ist, hat man früher allgemein sogenannte
13-Chrom—Stähle benutzt, die martensitische oder ferrit«
9824/0
martensitische, Struktur aufweisen. Diese Stähle haben eine
verhältnismäßig gute Zugfestigkeit, ihre Schweißbarkeit
allerdings ist schlecht, was damit zusammenhängt, daß
eine spröde martensitische Übergangszone zu beiden Seiten
einer Schweißnaht gebildet wird. Aus diesem Grunde war es notwendig, komplizierte Operationen beim Schweißen
von 13-Chrom<-Stahl vorzunehmen, wie z.B. Vorwärmen vor
fc dem Schweißen und anschließendes Glühen des Werkstückes unmittelbar nach dem Schweißen.
Wenn man korrosionsbeständigen Stahl mit guter Schweißbarkeit wünscht, verwendet man oft sogenannten 18-8->Stahl
(18 % Chrom, 8 % Nickel), der Infolge austenitischer
Struktur ohne Vorwärmen geschweißt werden kann und ohne, daß ein Glühen nach dem Schweißen vorgenommen zu werden
braucht. Dieser Stahl hat jedoch eine schlechtere Zugfestigkeit als der i3«Chrom-»Stahl, weshalb dessen Anwendung
in vielen Fällen ausgeschlossen ist.
Vor kurzem ist ein korrosionsbeständiger Stahl erstellt
worden, der ausgesprochen gute Schweißbarkeit mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften in sich
vereinigt. Diese Eigenschaften werden durch Anwendung
einer spezifischen Legierungszusammensetzung in Verbindung mit einer spezifischen Wärmebehandlung erreicht.
Dieser Stahl wird in der deutschen Auslegeschrift 1 230 232 näher beschrieben.
909824/0974
18080H
Sie heinhaltet die Verwendung einer Stahllegierung,
bestehoid aus
| O | ,03 | - 0, | 25 | % Kohlenstoff, |
| 11 | - Ik | fo Chrom, | ||
| O | ,25 | — ώ, | 0 | % Mangan, |
| k | 8 | % Nickel, | ||
| O | ,10 | - 0, | 70 | % Silizium |
Rest Eisen,
wobei niedrigen Chromgehalten niedrige Kohlenstoffgehalte entsprechen, das Verhältnis zwischen dem Nickeläquivalent,
Derechnet als % Ni + 0,5 χ % Mn, und dem Chromäquivalent,
berechnet als (^ Cr - 15 x % C) + 1,5 x % Si, zwischen
0,4 und 1,0 liegt, und die Legierung bei 10000C
lösungsgeglüht, nach Abkühlung an Luft auf Raumtemperatur bei 575 bis 600°C angelassen und wieder '*
auf Raumtemperatur abgekühlt ist, als Werkstoff für gut schweißbare Gegenstände. Diesem Stahl kann zusatz— j
lieh bis zu 0,25 % Stickstoff zulegiert sein, sowie
0,05 - 0,25 fo Niob, Tantal, Zirkonium, Vanadin und/
oder Wolfram.
Der vorstehend genannte Stahl zeichnet sich durch ausgesprochen gute mechanische Eigenschaften aus. Seine
Zugbruchgrenze liegt bei ca. 90 kp/mm und seine Streckgrenze bei ca. 70 kp/mm . Ferner liegt seine Kerbzählg—
keit innerhalb des Bereiches von 6—12 kpm. Dieser Stahl hat eine außerordentlich gute Schweißbarkeit gezeigt,
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so daß man keine besonderen Maßnahmen in Form von Vorwärmung oder anschließender Wärmebehandlung zu ergreifen
braucht und trotzdem keine Gefahr einer Rißbildung läuft.
Die Erklärung für die Vereinigung guter mechanischer Eigenschaften und guter Schweißbarkeit des vorgenannten
Stahles liegt in der gewählten Legierungszusammensetzung und der gewählten Wärmebehandlung. Der Stahl ist nach
^ dem Härten rein martensitisch und erhält nach dem Anlassen in der Grundmasse einen gleichmäßig verteilten,
feinverstreuten Austenit, der beständig ist und bis zu 15 " ^O fo beträgt. In anderen Stählen kommen
Austenite in einer martensitischen Grundmasse in Form von Inseln und mithin nicht feinverteilt vor. Ein
solcher Austenit ist auch nicht stabil.
Im Zusammenhang mit dem Schweißen konnten allerdings die guten Eigenschaften des neuen Stahls insoweit nicht
ganz nutzbar gemacht werden als es bisher nicht möglich
P war, Schweißverbände herzustellen, deren mechanische Eigenschaften in gleicher Höhe mit denen des Grundwerkstoffes
lagen. Das Schweißen ist oft mit Elektroden aus Stahl des Typs 19Cr-9Ni-2,5Mo oder dergleichen ausgeführt
worden. Schweißungen, die mit Elektroden dieses Werkstoffes hergestellt wurden, sind ihrer Struktur nach austenitisch,
und das hat zur Folge, daß das Schweißgut die mechanischen Eigenschaften eines austenitischen Stahles erhält, was eine
beträchtlich schlechtere Zugfestigkeit als der Grundwerkstoff
bedingt (Streckgrenze ca. 40 kp/mm in der Schweißung
gegenüber ca. 70 kp/mm im Grundwerkstoff).
9098 24
p/mm im Grundw
9098 24/0 974
»Φ«:!! :■ :■■■■ ■■■.■· ιρ
18-08QH
„ 5 -
Ein anderer bekannter Typ einer Schweißelektrode gibt ein Sohweißgut von 13 % Cr mit martensitischer oder
ferrit—martensitiseher. Struktur. Beim Schweißen mit diesem
Elektrodentyp muß man die gleichen komplizierten Operationen wie beim Schweißen eines Grundwerkstoffes eines
martensitischen oder ferrit-martensitischen Typs vornehmen,
d.h. Schweißen bei einer Arbeitstemperatur von 200 - 3000C und anschließendes Glühen bei ca, 7000C.
Dabei erhält man jedoch keine höhere Festigkeit an der Schweißnaht als beim Schweißen mit der Elektrode vom
Typ 19Cr~9Ni-2,5Mo.
Bei Verwendung dieser beiden Schweißelektrodentypen kann man also nicht im gewünschten Ausmaß Vorteile aus
den besonderen Eigenschaften des neuen ¥erkstoffes ziehen.
Es dürfte naheliegen anzunehmen, daß man beim Schweißen mit Elektroden der gleichen Zusammensetzung
wie der vorstehend genannte martensitisch - austenitische Stähl ungefähr die gleichen Eigenschaften in der
Schweißung erhalten würde, die der Stahl selbst hat. Zwar erhält ein derartiges Schweißgut hohe Festigkeit,
aber dessen Kerbzähigkeit ist überraschend niedrig und völlig unzufriedenstellend.
Es wurde nun festgestellt, daß man Stahl der
vorstehend angedeuteten Art ohne Gefahr einer Rißbildung schweißen kann und dabei Schweißverbände erhält,
deren mechanische Eigenschaften im allgemeinen mit denen
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18080H
des Grundwerkstoffes übereinstimmen, und zwar ohne Vornähme
von Vorwärmung oder anschließender Wärmebehandlung, wenn man eine Schweißelektrode verwendet, die in
ihrer Zusammensetzung im hauptsächlichen mit der des vorstehend beschriebenen neuen Stahles übereinstimmt,
sich aber von ihm dadurch unterscheidet, daß sie einen
niedrigeren Kohlenstoffgehalt hat, nämlich 0,005-0,O:? % , ,
Kohlenstoff, wobei der Werkstoff zweckmäßigerweise eine
ψ hohe Schlaokenreinheit haben soll, und zwar entsprechend
der, die beim Vakuumschmelzen zu erhalten ist.
Demnach bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf eine Schweißelektrode aus einem Werkstoff, der aus 11 - Ik % Chrom, 3-8 % Nickel, 0,005 - 0,03 %
Kohlenstoff, vorzugsweise 0,01 - 0,025 f° Kohlenstoff,
0,25 ~ 2,00 % Mangan und dem Hest Eisen mit üblichen
Mengen Verunreinigungen besteht, wobei der Werkstoff zweckmäßig eine Schlackenreinheit hat, die der
k entspricht, die beim Vakuumschmelzen erzielt werden kann.
Das Schweißgut erhält in der Häuptsache die gleichen
Pestigkeitseigenschaften wie der Grundwerkstoff, d.h.
eine Zugbruchgrenze von 85 *- 95 kp/min und eine Streckgrenze
von 55—75 kp/mm sowie eine nahe der des Grundwerkstoffes
liegende Kerbzähigkeit in der Größenordnung von 6—10 kpm.
Wie bereits erwähnt, dürfte die Vermutung naheliegen,
daß diese Kombination von Eigenschaften durch Schweißen mit einer Elektrode der gleichen Zusammensetzung
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18Q80U
wie der des Grundwerkstoffes erreicht werden könnte. Es
hat sich jedoch überraschenderweise herausgestellt, daß dieses nicht der Fall ist. Insbesondere erhält man beim
Schweißen mit einer Elektrode gleicher Zusammensetzung
wie der Grundwerkstoff eine nicht ausreichende Kerb-»
Zähigkeit im Schweißgut, die weit unter der des Grundwerk«
stoffes liegt.
Der Schweißelektrodenwerkstoff kann erfindungsgemäß
bis zu 3,5 '% Molybdän enthalten, und zwar ganz besonders
dann, wenn es sich um das Schweißen von Molybdän enthaltendem Stahl, z.B. eines solchen nach der DAS
1 222 266, handelt, wobei das Sohweißgut die gleiche
wie
Korrosionsbeständigkeit/der Grundwerkstoff erhält.
Korrosionsbeständigkeit/der Grundwerkstoff erhält.
Natürlich kann eine molybdänhaltige Elektrode auch zum
Schweißen von nicht molybdänhaltigem Gut verwendet werden.
Vorzugsweise wird der Elektrodenwerkstoff einer Schmelzung im Vakuum unterworfen, da es sich gezeigt hat,
daß auch geringe Mengen Schlackenverunreinigungen nachteilig auf die Eigenschaften des Sohweißgutes einwirken
und das Vakuumschmelzen ein geeignetes Verfahren zur Erzielung der erforderlichen Schlackenreinheit ist.
Jedoch können auch andere Verfahren, die zu einer Schlackenreinheit von entsprechendem Grad führen, ange-»
wandt werden.
Das Schweißen kann, wie vorstehend genannt, in herkömmlicher Weise ohne Ergreifung von besonderen Vorsichtsmaßnahmen
durchgeführt werden.
9824/09
·— 8 —
Die Erfindung wird durch nachstehende Beispiele veranschaulicht,
die die beim Schweißen mit Elektroden nach der Erfindung erhaltenen Ergebnisse angeben und als Vergleich
die Ergebnisse vom Schweißen mit Elektroden einer annähernden Zusammensetzung.
In sämtlichen der in den Beispielen angegebenen Versuche ist das Schweißen mit 20 mm dickem Blech aus
Stahl eines vorstehend angeführten Typs durchgeführt worden, dessen Pestigkeitswerte folgende waren:
| Richtung | *0,2 2 kp/mm |
kp/mm | te | t | HB | Charpy V + kpm |
20°C |
| Längs Quer |
68,8 68,9 |
93,0 9^,2 |
20 18 |
61,6 54,2 |
288 285 |
9,1 8,0 |
Das Sohweißgut wurde in sämtlichen Fällen nach IIW
geprüft, d.ho die Zugprüfstäbe wurden ganz im Schweißgut so entnommen, daß die Achse mit der Aohse der Schweißfet
naht zusammenfiel, wohingegen die Kerbprüfstähle quer
zur Schweißnaht mit der Sollbruchstelle im Schweißgut senkrecht zur darüberliegenden Oberfläche entnommen
wurden.
Beispiel 1
Beispiel 1
Das Schweißen wurde mit einer Elektrode (a) nach vorliegender Erfindung einerseits und zum anderen mit
Elektroden (b) und (c) durchgeführt, die aus Werkstoff
mit hauptsächlich gleicher Zusammensetzung wie der Grundwerkstoff hergestellt waren. Die Zusammensetzungen gehen
aus nachstehender Tabelle hervori
909824/09 74
■'•ί !!Iff "-■-·■·. Ί >S
1.8P80U
Kerndraht
Schweißelektrode a
C 0,022
Si 0,46
Mn 0,50
P 0,007
S 0,015
Cr 12,2
Ni 6,0
Mo 1,66 "i^i ν,i^ g
Pe Rest Rest Rest
Die Schweißelektrode (a) war aus vakuumgeschmolzener
Legierung hergestellt.
Die Proben sind bei 59O0C spannungsfrei geglüht worden
und das Ergebnis ist ein Mittelwert aus Doppelversuchen.
Die erhaltenen Ergebnisse gehen aus nachstehenden Tabellen hervor:
| b | C |
| 0,043 | 0,043 |
| 0,68 | 0,76 |
| 0,54 | 0,58 |
| 0,009 | 0,009 |
| 0,019 | 0,018 |
| 12,7 | 13,5 |
| 5,4 | 4,4 |
| 0,57 | 0,79 |
| Rest | Rest |
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- 10 Tabelle I
Elektrode a. TIG-Schweißung Argon-Wolfram-Lichtbogenschweißung
| *Ό,2 kp/mm |
«Β kp/mm |
% |
Ψ
% |
HB | Charpy V + 200C kpm |
| 76,5 | 87,2 | 18 | 58,3 | 272 | 9,6 |
Elektrode a. MIG~Sohweißung
Argon—Metall—Lichtbogenschweißung
| 0*O 2 »ζ 2 kp/mm |
kp/mm | 1 | Ψ | 3 | HB | Charpy V + kpm |
20°C |
| 74,1 | 90,0 | 19 | 55, | 221 | 6,0 | ||
-11-
9824/0974
Aktiebolaget Bofors
- 11 -
Elektrode a. Metall'-Lichtbogensohweißung
mit belegter Elektrode
| ^0'2, 2 kp/mm |
(TV, / 2 kp/mm |
15,5 | 54,, | HB | Charpy | V + 20°C kpm |
| 79,6 | 93,0 | 292 | 6,2 | |||
Elektrode b. Metall—Lichtbogenschweißung
| r°>2, 2 kp/mm |
ι 2 kp/mm |
i | • | 5 | y | HB | Charpy | V + 200C kpm |
| 75,6 | 92,5 | 17, | 58,6 | 272 | 4,2 |
Elektrode c. Metall-Lichtbogenschweißung
| kp/mm | *■/«■ kp/mm |
1 | ¥· | ,8 | HB | Charpy | V + 200C kpm |
| 85,2 | 94,2 | 15 | 45 | 274 | 2,5 | ||
9098 24/0974
1 ■ ι ) I*
Ein Vergleich zwischen den Tabellen III , IV und V zeigt,
dass die Kerbzähigkeit markant schlechter mit den Elektroden (b) und (c) als mit de.r Elektrode (a) nach vorliegender Erfindung wird.
Die Schweissungen wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 mit Elektroden folgender Zusammensetzungen vorgenommen:
| Elektrode | 0 | C- | 0 | Si | Mn | P | 0 | S | Cr | I | 4 | Ni ' | 1 | Mo | 0 ß/t |
| d | 0 | ,016 | 0 | ,41 | 0,47 | 0,006 | 0 | ,015 | 12, | 5 | 5,9 | 1 | - | 550 | |
| e | 0 | ,017 | 0 | ,46- | 0,45 | 0,005 | 0 | ,012 | 12, | 6 | 7,1 | - | 400-' | ||
| f . | 0 | ,019 | • 0 | ,42 | 0,50 | 0,007 | 0 | ,012 | 12, | 6 | 6,8 | ,74- | 500 | ||
| ■ g | ,027 | 0,52 | •0,011 | ,012 | 12, | 7,9 | ,75 | 290 | |||||||
Das Ergebnis 1st der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen.
-13-
909824/0974
Aktiebolaget Bofors
- 13 -
| ^0',2 2 kp/mm |
/ 2 kp/mm |
«I | 61,8 | HB | Charpy V + 200C kpm |
|
| a | 68,2 | 79,1 | 20 | 58,6 | 256 | 7,2 |
| e | 66,2 | 86,6 | 21 | 56,1 | 271 | 5,5 |
| t | 72,6 | 89,1 | 20 | 58,6 | 275 | 5,5 |
| g | 61,7 | 84,6 | 24 | 257 | 4,9 | |
90 9824/0974
Claims (3)
1. Sehweißelektrode, insbesondere zum Schweißen von härtbarem, korrosionsbeständigem Stahl, dadurch
gekennzeichnet, daß sie aus einer Stahllegierung besteht, die 11 - Ik % Chrom, 3 - 8 % Nickel,
0,005 - 0,03 % Kohlenstoff, 0,25 - 2,00 % Mangan
und Rest Eisen mit üblichen Mengen an Verunreinigungen enthält.
2. Schweißelektrode nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Elektrodenwerkstoff eine Schlackenreinheit hat, die der entspricht, die
beim Vakuumsohmelzen erreicht wird.
3. Schweißelektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenwerkstoff
zusätzlich bis zu 3,5 % Molybdän enthält.
909824./0974
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