DE2335270C3 - Zusatzmaterial zum Schweiöen austenitischer rostfreier Stähle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Zusatzmaterial zum Schweißen austenitischer rostfreier Stähle mit einer so abgestimmten Materialzusammensetzung, daß sich ein Metallniederschlag ergibt, der nicht mehr als 0,15% C, 15,0 bis 30,0% Cr, 8,0 bis 40,0% Ni, 2,5% Mn, 1,5% Si, 3,0% Mo, 4,0% Cu, 0,045% P, 0,030% S und 0,3 % Nb und ferner nicht mehr als 5 % Ferrit enthält.

Neuerdings versucht man die Bedingungen, unter denen austenitische rostfreie Stähle in Diensi gestellt werden, härter als je zu machen, insbesondere in bezug auf Korrosionsfestigkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen. Um dem nachzukommen, ist es theoretisch notwendig, ein Stahlmaterial zu verwenden, das einen Metallniederschlag beim Schweißen ergibt, der eine austenitische Struktur mit nicht mehr als 5% Ferrit aufweist und ferner ein karbidformendes Element, z. B. Niobium enthält, so daß ein Niederschlag mit besserer Korrosionsfestigkeit und höherer Temperaturfestigkeit erzielt werden kann. Tatsächlich besitzt

das niedergeschlagene Material mit 5% oder weniger 5° Metall in die Größe sehr feinen Korns. Folglich besitzt

Aus der DT-AS 12 13 623 ist ein Stahl bekannt, der gegen Lochfraßkorrosion in Meerwasser beständig ist.

Die Korrosionsbeständigkeit wird hierbei durch einen Zusatz zahlreicher Elemente wie W, No/Ta, Ti, V, Cu und B zu einem austenitischen Cr-Ni-N₂-Stahl erreicht.

Aus der Literaturstelle »Schweißtechnik« (Heft 11, 1959, S. 411 bis 415) ist ferner die Zugabe von Nb/Ta bekannt, um die Bildung von Chromkarbiden zu vermeiden.

Der Zusatz einer Kombination von Nb/Ta ist schließlich auch aus der CH-PS 3 64 682 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde — unter Berücksichtigung der eingangs gemachten Ausführungen — die Korrosionsbeständigkeit der Schweißnaht und die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern und die Entstehung von Schweißrissen zu vermeiden.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Menge Ta im Zusatzmaterial so gewählt ist, daß der Metallniederschlag von 0,40 bis 3,0% Ta enthält.

Wird das Zusatzmaterial in Form einer ummantelten Elektrode für abgeschirmtes Leuchtbogenschweißen verwendet, so wird das Ta mindestens entweder dem Kerndraht oder der Elektrodenbeschichtung so zugesetzt, daß der sich ergebende Metallniederschlag 0,40 bis 3,0% Ta enthält.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der Kerndraht 0,45 bis 5,0% Ta enthalten.

Tantal, das gemäß der Erfindung zugesetzt wird, besitzt eine so enge Affinität für Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff, daß es mit Sauerstoff und Stickstoff beim Lichtbogenschweißen reagiert und Tantaloxid und Tantalnitrid ergibt. Wegen der hohen Schmelzpunkte ergeben die Reaktionsprodukte (TaO, Schmelzpunkt über 3000⁰C, und TaN, Schmelzpunkt 3100⁰C) Kristallkerne, wenn das geschmolzene Metall zu erstarren beginnt, und bringt das niedergeschlagene

Ferrit und mit Nb-Zusatz den Nachteil häufiger Risse beim Schweißen infolge lokalisierter Segregation von Unreinheiten mit niedrigem Schmelzpunkt wegen der Anwesenheit von Nb. Um die Schweißrisse zu vermeiden, ist es oft unvermeidlich, ein Schweißmaterial zu verwenden, das in seiner chemischen Zusammensetzung so abgestimmt ist, daß es einen Metallniederschlag mit mehr als 5 bis 15% Ferrit ergibt und somit eine kleinere schädliche Wirkung von Nb aufweist. Der Versuch hat sich als nachteilig erwiesen, weil bei 6 der Benutzung des Metallniederschlags mit mehr als 5% Ferrit bei höheren Temperaturen oder beim Entspannen des Niederschlags durch Anlassen nach dem Schweißen das Ferrit im Metall einer Umwandlung in

einer Sigmaphase mit der Folge unterliegt, daß der 65 bindungen (TaO und TaN) mit hohen Schmelzpunkten, sich ergebende Niederschlag eine geringe Korrosions- die wiederum eine Kornverfeinerung des Mctallniederbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit und be- Schlages bewirken und daduich das Gesamtvolumen sonders eine unzulässige Bruchfestigkeit besitzt. der Korngrenzen erhöhen und die Konzentration der

der Niederschlag mikrokristallinisches Korn und ist vollständig gegen Risse geschützt, die sich sonst aus dem °chweißen ergeben würden.

D.w niedrige Rißempfindlichkeit des MetPllniederschlages mit verfeinertem Korn wird, wie folgt, erläutert.

Im allgemeinen ist der Schweißriß im austenitischem rostfreiem Stahl ein heißer Riß, der bei einer Temperatur kurz vor dem Erstarrungspunkt auftritt. Dies ist durch das Öffnen infolge der Kontraktionsbeanspruchung bei der Erstarrung nach dem Schweißen der Unreinheiten mit niedrigem Schmelzpunkt bedingt, die sich an den Korngrenzen des Niederschlages abgesetzt haben. Die Zugabe von Tantal ergibt Ta-Ver-

Fremdsf.offe niedrigen Schmelzpunktes an den Rändern so herabsetzen, daß die Möglichkeit von Schweißrissen beseitigt ist.

Tantal besitzt also eine höhere Affinität für Kohlenstoff als Chrom und Eisen. Deshalb ist das durch die Hitze des Lichtbogens geschmolzene Metall in einer Hälfte geschmolzen und erzeugt im Hochtemperaturzustand im Laufe seiner Erstarrung ein Tantalkarbid und bindet Kohlenstoff. Dies verringert die Menge des freien Kohlenstoffs auf einen sehr kleinen Wert und unterdrückt das Ausbilden von schädlichen Karbiden wie Chromkarbid während des Abkühlens und Wiederaufheizens über 600³C. Demnach wird die Korrosionsbeständigkeit im Betrieb unbeeinflußt gehalten. Darüber hinaus ergibt das Tantalkarbid mit einem hohen Schmelzpunkt (3S27°C) Kristallkerne auf dieselbe Weise wie das Oxid und das Nitrid das Korn des Metallniederschlages verfeinern und Schweißrisse verhindern.

Während nichtreagiertes Tantal in den Metallniederschlag gebracht wird, macht es der hohe Schmelzpunkt (2996"C) unmöglich, Fremdstoffe mit einem niedrigen Schmelzpunkt zu bilden, was die Gefahr von Schweißrissen beseitigt. Außerdem verstärkt Tantal, das in den Niederschlag gebracht wird, die austenitische Struktur und die feste Lösung und somit den Metallniederschlag selbst. Ein weiterer Vorteil ist der, daß die feinen Abscheidungen von Tantal u. dgl. eine solche Aggregationsgeschwindigkeit zeigen, wenn sie auf hohe Temperaturen aufgeheizt werden, daß sie die Hochtemperaturfestigkeit des Mctallniederschlages wesentlich verbessern.

Die Zugabe von Tantal zu einer Zusammensetzung, die den Metallniederschlag mit nicht mehr als 5 % Ferrit ergibt, ist somit vorteilhaft beim Vermeiden von Schweißrissen und beim Verbessern von Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturtestigkeit des Metalls. Da der Ferritgchalt des Metallniedcrschlages für das Ausbilden der Sigmaphase während des Aufheizens auf hohe Temperaturen zu gering ist, kann ein guter Niederschlag ohne Aufgabe der Korrosionsbeständigkeit oder Hochtemperaturfestigkeit infolge Ausfall der Sigmaphase erhalten werden.

Gemäß der Erfindung wird die Menge von zuzusetzendem Tantal so begrenzt, daß es für 0,4 bis 3,0% des Metallniederschlages berechnet ist. Die untere Grenze von 0,4% ist aus dem Grund gesetzt, der jetzt beschrieben wird. Die kleinste Tantalmcnge für die Stabilisierung von Kohlenstoff und zum Erzeugen von Tantalkarbid'ist C% · 15. Somit ist C% · 20 oder mehr notwendig, weil Tantal mit Stickstoff und Sauerstoff reagiert, und demnach nimmt die Menge von Tantal ab, die sich mit Kohlenstoff verbindet. Da der kleinste Kohlenstoffgehalt etwa 0,02% ist, folgt, daß der kleinste Tantalgehalt 0,02 %'· 20 = 0,4 % sein soll. Die obere Grenze ist auf 3,0% festgesetzt, weil ein höherer Prozentsatz von Tantal die brüchige intermetallische Verbindung TaFe ergeben würde, die wiederum den Metallüberzug brüchig machen und die Rißempfindlichkeit des Niederschlages erhöhen würde. Der Niobiumgehalt im Metallniederschlag ist auf 0,3 % oder weniger aus folgendem Grund begrenzt. Bei dem tantalhaltigen Metallniederschlag von 0,3% oder weniger kann Niobium mit Scheißrissen nichts zu tun haben, da aber Nb sehr schwer von Ta zu trennen ist, gewinnt dieses Eingang als unreines Element in den Niederschlag, und der Zusatz von mehr als 0,3% Nb würde zum Ausbilden von Nb-basicrenden, niedrigschmelzenden Fremdstoffen führen und den Niederschlag wegen der Schweißwärrne reißen iassen.

Aus diesen Gründen enthält der gemäß der Erfindung gebildete Metallniederschlag Tantal vorzugsweise im Bereich zwischen 0,4 und 3%. Auf der Basis dieses Gehalts müssen auch die Bereiche der anderen Zugaben festgelegt werden. Tantal wird bei der Zugabe zu mindestens entweder einem Füllmetall oder einem Fluß nicht vollständig in den Metallniederschlag gebracht, weil es oxidiert ist und während des Schweißens mit teilweiser Überführung in Asche verbracht wird. Diese möglichen Verluste müssen beim Festlegen der zuzusetzenden Tantalmenge in Rechnung gestellt werden. Gewöhnlich hängt der Gesamtverlust eines wirksamen Zusatzelementes beim Schweißen von der Art des Trägers ab, dem es zugesetzt wird, (d. h. in dem Füllmetall oder dem Fluß) und dem gewählten Schweißverfahren ab. Stehen diese Bedingungen einmal fest, so tritt im Verlust praktisch keine Änderung mehr auf.

Laborversuche haben die folgenden Werte ergeben. Bei dieser beschichteten Elektrode beim Lichtbogenschweißen und bei dem Schweißmaterial hierfür wird dem Füllmetall zugesetztes Tantal allein in den Metallniederschlag in einem Bereich von etwa 40 bis 70% gebracht und dort belassen, während das dem Fluß allein zugesetzte Tantal einen Ertrag von etwa 10 bis 50% ergibt. Wenn das Element dem Füllmetall für eine Lichtbogenschweißung in inertem Gas zugesetzt wird, ist der Ertrag 60 bis 90%. Hieraus werden die folgenden Schlüsse gezogen:

1. Bei beschichteter Elektrode für abgeschirmtes Lichtbogenschweißen:

a) Wenn es dem Füllmetall (Kerndraht) allein zugesetzt wird, soll Ta im Bereich von 0,5 bis 7,5% liegen;

b) wenn es dem Fluß (Überzug) allein zugesetzt wird, soll Ta im Bereich von 0,8 bis 30,0% liegen;

c) wenn es sowohl dem Füllmetall als auch dem Fluß zugesetzt wird, soll Ta in einer Menge verwendet werden, die die Werte a und b entsprechend vereinigt.

Bei der Zugabe von Ta in der Menge für einen der angegebenen Fälle wird ein wünschenswerter Metallniederschlag erhalten.

Ta-Anteile, die den angegebenen ähnlich sind, können das Schweißmaterial zum Lichtbogenschweißen Niederschläge bilden lassen, wie sie beim Lichtbogenschweißen erwünscht sind.

2. Bei einem Füllmetall für durch inertes Gas abgeschirmtes Lichtbogenschweißen:

Ta, zugesetzt in einer Menge von 0,4 bis 5% zum Füllmetall, macht die Ausbildung des gewünschten Niederschlages möglich.

Die Gründe, bei denen die Zusammensetzung des Metallniederschlages wie oben angegeben ist und die Zusammensetzung des Schweißdrahtes so gewählt ist, daß der besondere Niederschlag nach der Erfirdung erhalten wird, wird in Verbindung mit Beispielen erläutert.

Zunächst wird das Schweißen einer heiß gewalzten rostfreien Stahlplatte »347« (SVS34HP entsprechend JlS G4304) auf einer Niobium enthaltenden Basis an Hand eines Beispiels erläutert. Die chemische Zusammensetzung des Füllmetalls ist für diesen Zweck gewöhnlich so abgestimmt, daß der Metallniederschlag

mehr als 5 bis 15% Ferrit enthält, um Schweißrisse zu verhindern. Dies ergibt den schwerwiegenden Nachteil niederer Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit infolge der Umwandlung des Ferrits in die Signiaphase beim Aufheizen oder während des Betriebes bei erhöhten Temperaturen. Im Gegensatz hierzu ergibt sich ein ferritfreier, rißloser Metallniederschlag mit guter Hochtempeiaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus dem Schweißen gemäß der Erfindung, d. h. durch die Verwendung einer Ta enthaltenden Elektrode, und auf die Weise, daß der sich ergebende Niederschlag nicht mehr als 5% Ferrit enthält. Durch Darstellen der Zusammensetzungen der niedergeschlagenen Metalle in der Forn handelsüblicher Elektroden und durch eine Elektrodi nach der Erfindung wird in der Tabelle 1 verglichen Die Riß-Raten und mechanischen Eigenschaften dei Niederschläge, sind durch die Verfahren des Typs C Restraint Welding Crack Test (JIS Z 3155) in dei Tabelle 2 angegeben.

Aus der Tabelle 2 ist zu ersehen, daß die Elektrode nach der Erfindung einen Metallniederschlag mit einei niedrigen Reißempfindlichkeit und besserer Hoch temperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit er gibt als die der Niederschläge, die mit handelsüblicher Elektroden erzielt werden.

Tabelle 1

Elektrode

Element (%)
C Si

Ferrit-Anteil

Mn

Cr Ni

Nb

Ta

Nach Erfindung	0,040	0,54	1,62	17,75	10,82	0,10
Handelsüblich
(D	0,040	0,54	1,60	17,71	10,52	0,50
(2)	0,042	0,51	1,67	18,35	9,84	0,57

1,12

7,5 bis 10

Tabelle 2

Elektrode

Reißrate

Korrosionstest bei 650° C und 100 Stunden
Huey-Test Cu-Strauss-Test

(65% HNO₃) (interkristallinische

cm/Monat Korrosion)

Dauer-Bruchfestigkeit
(kg/mm²)

650³C-1000 Std.

Der Erfindung	2 (im Krater)	0,0042	gut	25
Handelsüblich
(D	71	0,0093	mittel bis schlecht	19
(2)	3 (im Krater)	0,0121	mittel bis schlecht	13

Beim Zusetzen von Tantal zu einem Füllmetall muß zum Vermeiden von Aggregation Sorgfalt beachtet werden. Bei der Zugabe zu einem Fluß muß das Element in so feiner Korngröße wie möglich und im Fluß gleichmäßig verteilt sein.

Bei der Herstellung einer Elektrode nach der Erfindung wird eine Mischung aus elektrolytischem Eisen Ferrochrom, Nickeleisen, Manganeisen, Siliziumeisen und Tantal in den jeweiligen Zweck entsprechenden Proportionen in Luft oder in evakuierter Atmosphäre in einem Hüchfrequenzschmelzofen geschmolzen. Die sich ergebende Stahllegierung wird durch eine Form in Drahtform gezogen und auf einen bestimmten Durchmesser gebracht. Der so hergestellte Draht wird

Tabelle 3

Schweißprüfungen mit verschiedenen Füllmetallen bei Lichtbogenschweißen mit inertem Gas

in entsprechende Längen geschnitten und als blankes Füllmetall für Gasschweißen oder als beschichtete Elektrode mit einem für den Zweck geeigneten Überzug verwendet.

Einzelne Beispiele des Schweißens, die experimentell mit Füllrnetallen durchgeführt werden, werden mit den üblichen Füllm:tallen in den Tabellen 3 und 4 verglichen. Beschichtete Elektroden gemäß der Erfindung werden durch Anlagen eines Überzuges hergestellt, die hinsichtlich d;r Art des Füllmaterials oder der Schweißbedingungen, die bei dem Füllm;tall auftreten, entsprechend behandelt und dann wird der Überzug gehärtet.

Füllmetall

Chemische Zusammensetzung des Füllmetalls (%) C Si Mn Cr Ni

Nb

Ta

Chemische Zusammensetzung
des Mctallniederschlags (%)
C Si Mn

1 Übliches Füll- 0,045 0,54 1,60 18,51 10,55 0,72 — 0,031 0,52 1,58

0,047 0,52 1,66 18,52 10,71 0,02 0,39 0,032 0,50 1,59

0,048 0,51 1,62 18,81 10,72 0,03 5,12 0,033 0,50 1,52

0,042 0,53 1,59 18,71 10,77 0,05 0,82 0,030 0,51 1,52

0,045 0,52 1,62 18,52 10,75 0,12 3,92 0,032 0,50 1,53

0,042 0.52 1.62 18.51 10.74 0.42 0.99 0.031 0.48 1.52

2 Mit Ta-Zusatz
weniger als hier
beansprucht

3 Mit Ta-Zusatz
mehr als hier
beansprucht

4 Füllmetall nach
der Erfindung

r.

Tabelle 3 (Fortsetzung)

Füllmetall

Chemische Zusammensetzung des Metallniederschlags (%)

Cr

Ni

Nb Ta

Ferrit- Reißrate Korrosionstest nach Bruchfestigkeit

anteil Aufheizen (kg/mm*)

65O⁰C-100 Std. 650° C ·

Hueytest Cu-Strauss 1000 Std.

(interkrist. % % Korrosion)

Übliches Füll- 17,92 10,52 0,52 metall

MitTa-Zusatz 17,98 10,62 0,01 weniger als hier beansprucht

mitTa-Zusatz 18,52 10,68 0,01 mehr als hier beansprucht

Füllmetall nach 18,71 10,69 0,02 der Erfindung

17,98 10,63 0,08

18,21 10,58 0,29 *) Im Krater

—

0,35

3,51

0,53

80 0,009 gut

30 0,007

19

2*) 0,012 schwach 19

gut

2*) 0,004 gut

21

22

2,91	0	2·)	0,002	gut	23
0,82	0	2*)	0,001	gut	22

Tabelle 4

S:hweißprüfungen mit verschieden beschichteten Elektroden für Lichtbogenschweißung

Beschichtete Elektrode

Chemische Zusammensetzung der Elektiode (%)

Si

Mn Cr

Nb Ta

Beschich-	Chemische Zu
tungsart	sammensetzung des
	Nicdcrschlagmstalls
	CA)
	C Si
A	0,041 0,61
A	0,040 0,62

übliche Elektrode 0,032 0,62

mit Ta-Zusatz 0,031 0,62 mehr als beanansprucht (Überzug)

mitTa-Zusatz 0,032 0,64 weniger als beansprucht (Drahtkern)

mit Ta-Zusatz 0,032 0,63 mehr als beansprucht (Kerndraht)

Elektrode der 0,031 0,62 Erfindung (mit Ta zum Kerndraht)

Elektrode nach 0,032 0,65 Erfindung (mit Ta zur Beschichtung) 1,68 18,91 10,59 1,21 —
1,71 18,92 10,58 0,01 0,38

1,71 18,95 10,57 0,02 0,01 B 0,039 0,61

1,65 18,92 10,68 0,02 8,21 A 0,041 0,61

1,68 18,92 10,59 0,05 2,41 A 0,039 0,61

1,70 18,96 10,62 0,02 0,02 C 0,041 0,63

ίο

Tabelle 4 (Fortsetzung)

Beschichtete	Chemische Zusammensetzung	ücs Nicderschlag-	Ferrit	Reißrate Koirosionstest	Bruch
Elektrode	metalls (%)		anteil	nach Aufheizen	festigkeit
				65O0C 100 Std.	(kg/mm»)
				Hueytest Cu-	650° C-
				(cm/ Strauss	1000 Std.
				Monat) (inter-
				krist.
				Korro-
	Mn Cr Ni	Nb Ta		(%) sion)

1 übliche Elektrode 1,65

2 mit Ta-Zusatz 1,65
mehr als
beansprucht
(Überzug)

18,65 10,57 0,81 18,71 10,51 0,01

—

0,20

3 mit Ta-Zusatz
weniger als
beansprucht
(Drahtkern)

4 mit Ta-Zusatz
mehr als
beansprucht
(Kerndraht)

1,67 18,75 10,56 0,01 0,10

7,5 0,012 gut 18,5

2*) 0,011 etwas 19,0
schwach

2*) 0,015 schwach 18,2

1,62 18,72 10,59 0,01 3,50 0 22 0,009 gut 21,0

18,72 10,57 0,02 1,51

18,75 10,59 0,01 2,50

5 Elektrode der 1,64
Erfindung (mil Ta
zum Kerndraht)

6 Elektrode nach 1,65
Erfindung

(mit Ta zur
Beschichtung)

*) Im Krater

Wo nur wenige Schweißdrähte nach der Erfindung benötigt werden, kann das Ende durch Beschichtung erhalten werden. Die notwendige Zahl von Kerndraht :n aus gewöhnlichem austenitischem rostfreiem Stahl aas einem zusätzlichen Element mit einer Schichtzusam-

Tabelle 5

Beispiele von Beschichtungszusammensetzungen

2*) 0,008 gut 22,0

2*) 0,007 gut 22,5

mensetzung wird so bearbeitet, daß es Tantal in dem oben angegebenen Verhältnis enthält.
Wenige Beispiele von Beschichtungszusammensetzungen, mit denen die Schweißexperimente durchgeführt werden, sind in Tabelle 5 angegeben.

	CaCO,	TiO2	CaF2	Metall	Metall	Metall	Fe-Si	Metall	Bemerkungen
	35	25	25	Mn	Cr	Ni	2	Ta
A				5	5	3			übliche
	34,5	25	25				2		Beschichtung
B				5	5	3		0,5	mit ungenügend
	32	25	25				2		Ta
C				5	5	3		3,0	Schichtung nach
							Erfindung

Zu beachten:

1. »Fe—Si« enthält 80% Si.

2. Eine wäßrige Lösung aus Natriumsilikat wird als Binder verwendet.

Die Beschichtungen werden gesondert mit einer wäßrigen Lösung aus Natriumsilikat geknetet, und die Mischung wird auf das Füllmetall (Kerndraht) der Elektrodenzusammensetzungen nach Tabelle 4 aufgebracht, wobei jede einen Durchmesser von 4 mm und eine Länge von 250 mm aufweist, um eine Schicht von 2 mm Dicke zu ergeben. Die Beschichtungen werden bei Raumtemperatur drei Tage lang gehärtet und dann auf 250 bis 300⁰C 6 Stunden lang erhitzt. Es werden also beschichtete Elektroden hergestellt. Mit diesen Elektroden wurden 6 mm dicke heißgewalzte rostfreie Stahlplatten (Klasse SVS347HP entsprechend JIS G 4304) mit einem Strom von 140 A lichtbogengeschweißt. Die hierbei erhaltenen Metallniederschläge werden der Elementaranalyse und mehreren Schweißprüfungen unterworfen. Aus der Tafel wird entnommen, daß die

Elektroden mit Zusammensetzungen, denen Tantal in einer Menge in angegebenen Bereich zugesetzt ist, Niederschläge erzeugen, die rißfester und korrosionsfester sind und bessere Hochtemperatureigenschaften aufweisen als eine herkömmliche Elektrode und daß die Zusammensetzungen mit Ta-Antcilen, die außerhalb des gegebenen Bereichs liegen, in der Reißfestigkeit und Korrosionsfestigkeit schlechtere Niederschläge ergeben.

Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse einiger Schweiß-Prüfungen in inertem Gas, die mit Ta enthaltenden Füllmetallen durchgeführt worden sind. Bei den Prüfungen wurde 10 l/min Argon als inertes Gas und eine Thorium enthaltende Wolframstange mit einem Durchmesser von 3,2 mm als Elektrode verwendet. Es wurden mit einem Gleichstrom-Lichtbogen von 250 A roitfreie Stahlplatten von 6 mm Dicke (SVS347HP von JIS G 4304) geschweißt. Die Tabellen 3 und 4 zeigen, daß die Tantal enthaltenden Füllmetalle in Mengen innerhalb des angegebenen Bereichs Metallniederschläge erzeugen, die eine hohe Reißfestigkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Hochtemperaturfestigkeit aufweisen.

Das Schweißmaterial nach der Erfindung ergibt somit einen nicht mehr als 5% Ferrit aufweisenden Metallniederschlag mit ausgezeichneter Reiß- und Korrosionsfestigkeit und hoher Festigkeit bei erhöhten Temperaturen.

Bei anderen Experimenten wurden Füllmetalle nach der Erfindung beim Schweißen von Stahl nach DIN4505 (entsprechend DIN 17007 der deutschen Normen) für schwefelsäurefesten Gebrauch verwendet. Füllmetalle nach DIN 4507 (DIN 17007), die gewöhnlich hierfür verwendet werden, enthalten kein Ferrit, jedoch Niobium in Mengen von mehr als C% · 10 und haben natürlich Nachteile häufigen Reißens beim Schweißen. Die Eigenschaften der Metallniederschläge aus Füllmetallen nach der Erfindung wurden mit denen üblicher Füllmetalle verglichen. Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse der Eiementaranalyse von Metallniederschlägen, die durch von inertem Gas abgeschirmtes Lichtbogenschweißen mit Ta enthaltenden Füllmetallen nach der Erfindung und mit gewöhnlichen Ta-freien hergestellt sind. Die Tabelle 7 zeigt die Prüfungsergebnisse, die durch das Verfahren Type C Restraint Welding Crack Test (JIS Z 3155) und durch die Verfahren der Copper-Containing Sulfuric Acid-Copper Sulfate Intercristalline Corrosion Test (JIS) erhalten werden und vergleichl die mechanischen Eigenschaften der so erhaltener Metallniederschläge.

Wie aus den Tabellen zu entnehmen ist, wird somil ein Lichtbogen-Schweißen in einer Abschirmung von inertem Gas mit| einem Füllmetall, das den Metallniederschlag Tantal enthalten läßt, einen Niederschlag mit besserer Reißfestigkeit und interkristallinischer Korrosion und mit hoher Zugfestigkeit erzeugen.

Die Zugabe von weniger als 0,40% Ta ist nicht von Vorteil beim Verbessern Widerstandsfähigkeit der interkristallinen Korrosion und mehr als 3,0% ergibt die schädliche Wirkung auf die mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Dehnung des niedergeschlagenen Metalls. Aus diesen Gründen soll die Zugabe von Ta innerhalb des Bereiches von 0,40 bis 3,0% begrenzt sein. Zusätze von Nb von weniger als 0,30% haben keinen Einfluß auf die Reißfestigkeit.

Gemäß der Erfindung wird somit ein Schweißmaterial geschaffen, bei dem Tantal in einer Menge von 0,4 bis 3,0% enthalten ist. Das Element bleibt im niedergeschlagenen Metall, das beim Schweißen von austenitischen rostfreien Stählen entsteht. Das Material wird mindestens entweder jedem Füllmetall (einschließlich dem Kerndraht für das abgeschirmte Lichtbogenschweißen) oder dem Fluß zugesetzt und dann erfolgt das Abschirmen des Lichtbogens, durch das inerte Gas, das das Eintauchen in den Lichtbogen zum Erzeugen eines Metallniederschlages mit hervorragender Reißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen. Die Erfindung hat somit industrielle Vorteile.

Zusammenf assu ng

Die Erfindung bezieht sich auf Schweißmaterial mit einer so abgestimmten chemischen Zusammensetzung, daß ein Metallniederschlag nicht mehr als 0,15% C, 15,0 bis 30,0% Cr, 8,0 bis40% Ni, 2,5% Mn, 1,5% Si, 3,0% Mo, 4,0% Cu, 0,045% P, 0,030% S, 0,30% Nb und nicht mehr als 5% Ferrit enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Menge Ta so gewählt ist, daß das Niederschlagsmetall 0,40 bis 3,0% Ta enthält und die Mischung mindestens entweder dem Füllmetall (einschließlich dem Kerndraht für abgeschirmtes Lichtbogenschweißen) oder dem Fluß zugesetzt wird.

Tabelle 6

Analytische Werte von niedergeschlagenen Metallen durch Lichtbogenschweißung im inerten Gas

Füllmetall	C	Si	Mn	P	Cr	Ni	Mo	Cu	Nb	Ta
Vom Handel
(D	0,035	0,35	1,51	0,013	20,05	20,60	1,90	2,05	0,45	—
(2)	0,055	0,42	1,35	0,015	20,13	20,12	2,55	2,03	0,72	—
(3)	0,052	0,38	1,72	0,017	20,15	20,18	2,62	2,05	0,30	—
Nach der
Erfindung
(1)	0,052	0,50	1,55	0,014	20,14	19,95	1,56	2,12	0,25	2,50
(2)	0,038	0,42	1,42	0,022	20,15	19,25	2,33	2,35	0,15	1,21
(3)	0,045	0,42	1,38	0,024	20,17	20,15	2,15	2,14	0,05	1,50
(4)	0,024	0,48	1,25	0,015	19,99	20,22	2,25	2,35	0,01	0,64

Tabelle 7

Eigenschaften der Metallniederschläge

Füllmetall	Rcißtest/Reißralc	Intcikiistallinischer	Korrosionstest	Spannfestigkeitstest	(%)
		geschweißt	hitzebchandelt	Spannfestigkeit	Dehnung
			(65O°C-2Std. W)
	Γ/ο)			(kg/mm2)	r/o)
Vom Handel
(D	45,5	nein	nein	59,5	48,5
(2)	65,4	nein	nein	60,0	47,3
(3)	3*)	nein	ja	58,3	49,9
Nach der Erfindung
(1)	2*)	nein	nein	61,2	45,5
(2)	2*)	nein	nein	60,5	47,8
(3)	1*)	nein	nein	61,3	48,3
(4)	2*)	nein	nein	60,7	49,9

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Zusatzmaterial zum Schweißen austenitischer rostfreier Stähle mit einer so abgestimmten Materialzusammensetzung, daß sich ein Metallniederschlag ergibt, der nicht mehr als 0,15% C, 15,0 bis 30,0% Cr, 8,0 bis 40,0% Ni, 2,5% Mn, 1,5% Si, 3,0% Mo, 4,0% Cu, 0,045% P, 0,030% S und Niedergeschlagenes Metall mit nicht mehr als 5% Ferrit kann dagegen eine lange Benutzung bei erhöhter Temperatur oder eine Entspannung durch Anlassen ohne Aufgabe seiner Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturfestigkeit und anderer wünschenswerter Eigenschaften erfahren. Die Begrenzung des Ferritanteils ist somit für die Verbesserung verschiedener Eigenschaften des Metallniederschlags durch Schweißen austenitischer rostfreier Stähle wich-

0,3% Nb und ferner nicht mehr als 5 % Ferrit ent- io tig.

hält, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge Ta im Zusatzmaterial so gewählt ist, daß der Metallniederschlag von 0,40 bis 3,0% Ta enthält.

2. Zusatzmaterial nach Anspruch 1 in Form einer ummantelten Elektrode für abgeschirmtes Lichtbogenschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß Ta mindestens entweder dem Kerndraht oder der Elektrodenbeschichtung so zugesetzt wird, daß der sich ergebende Metallniedei schlag 0,40 bis 3,0% Ta enthält.

3. Zusatzmaterial in Form einer Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht 0,45 bis 5,0% Ta enthält.