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Verfahren zum Schweissen von Chrom- und Chrom-Nickelstählen und Flussmittel hiezu.
EMI1.1
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ferritischer Chrom-Nickel-Niobstähle zu verbessern und die Neigung von Chrom-Nickel-Niobstählen zum Verlust der Korrosionsbeständigkeit während des Schweissens und nach längerem Erhitzen auf erhöhte Temperaturen zu verringern.
Diese Zwecke werden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass man den genannten Legierungen eine wesentliche und wirksame Menge an Silizium zufügt. Die nachstehende Tabelle A von Prüfungsergebnissen zeigt die verbesserte Ausbeute an Niob, welche durch den Siliziumzusatz erzielt wird.
Die Schweissen dieser Proben wurden mit 2-8 mm (0-109 Zoll) Blechstärke unter Verwendung von Sehweissstäben mit 3-2 mm (# Zoll) Durchmesser durchgeführt, u. zw. sowohl mit der Sauerstoffacetylenflamme als auch mit dem elektrischen Lichtbogen. Es wurde ferner ein geeignetes Flussmittel, das kein freies, d. h. unverbundenes Metall enthielt, verwendet.
Tabelle A.
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<tb>
<tb>
Zusammensetzung <SEP> des <SEP> Schweissstabes <SEP> % <SEP> Nb
<tb> Schweiss- <SEP> im <SEP> abgesetzten
<tb> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Nb <SEP> % <SEP> Si <SEP> verfahren <SEP> Schweissmetall
<tb> 6-32-0-70 <SEP> 0-30 <SEP> (1) <SEP> 0-20
<tb> 6-63-0-76 <SEP> 043 <SEP> (1) <SEP> 0-25
<tb> 6#31 <SEP> - <SEP> 1#50 <SEP> 0#60 <SEP> (1) <SEP> 0-98
<tb> 6-36-1-49 <SEP> 1-12 <SEP> (1) <SEP> 1. <SEP> 23
<tb> 6#20 <SEP> - <SEP> 2#11 <SEP> 2#09 <SEP> (1) <SEP> 1. <SEP> 98
<tb> 18-39 <SEP> 8-95 <SEP> 0-72 <SEP> 0-17 <SEP> (1) <SEP> 0#39
<tb> 18-39 <SEP> 8-95 <SEP> 0-72 <SEP> 0-17 <SEP> (2) <SEP> 0-28
<tb> 18-63 <SEP> 9-27 <SEP> 1-21 <SEP> 0-33 <SEP> (2) <SEP> 0. <SEP> 86
<tb> 18. <SEP> 38 <SEP> 8. <SEP> 97 <SEP> 1. <SEP> 16 <SEP> 0. <SEP> 68. <SEP> (1) <SEP> 1-06
<tb> 18#38 <SEP> 8#97 <SEP> 1#16 <SEP> 0#68 <SEP> (2) <SEP> 1.
<SEP> 09
<tb> 18#68 <SEP> 9#27 <SEP> 1#63 <SEP> 0#91 <SEP> (1) <SEP> 1. <SEP> 65
<tb> 18#68 <SEP> 9#27 <SEP> 1#53 <SEP> 0#91 <SEP> (2) <SEP> 1016
<tb> 18#65 <SEP> 9#19 <SEP> 0#88 <SEP> 1#37 <SEP> (1) <SEP> 0-88
<tb> 18. <SEP> 65 <SEP> 9. <SEP> 19 <SEP> 0. <SEP> 88 <SEP> 1. <SEP> 37 <SEP> (2) <SEP> 0-74
<tb> 18#16 <SEP> 8#88 <SEP> 1#04 <SEP> 1#73 <SEP> (1) <SEP> 0. <SEP> 96
<tb> 18-16 <SEP> 8-88 <SEP> 1-04 <SEP> 1. <SEP> 73 <SEP> (2) <SEP> 0. <SEP> 91
<tb> 18-35 <SEP> 9-08 <SEP> 1. <SEP> 09 <SEP> 2-23 <SEP> (1) <SEP> 1. <SEP> 07
<tb> 18. <SEP> 35 <SEP> 9. <SEP> 08 <SEP> 1. <SEP> 09 <SEP> 2. <SEP> 23 <SEP> (2) <SEP> 0-93
<tb>
(1) Sauerstoffacetylenflammenschweissung.
(2) Elektrische Lichtbogenschweissung.
Es wurde auch gefunden, dass Silizium in wesentlichen Mengen dazu neigt, die Dehnbarkeit und Weichheit der mit ferritischen Chrom-Niobstählen hergestellten Schweissen zu verbessern. Diese Wirkung des Siliziums wird durch die in der nachstehenden Tabelle B mitgeteilten Versuchsergebnisse bewiesen, in welcher die Brinellhärtezahlen für gewisse Stahlzusammensetzungen mitgeteilt werden, wobei der Stahl in jedem Falle sich in gewalztem Zustand befand.
Tabelle B.
EMI2.2
<tb>
<tb>
Analyse <SEP> des <SEP> Stahles
<tb> %Cr <SEP> %0 <SEP> %Nb <SEP> % <SEP> Si <SEP> Brinellzahl
<tb> 5#62 <SEP> 0#09 <SEP> 1#04 <SEP> 0#41 <SEP> 208
<tb> 6#48 <SEP> 0-09 <SEP> 1-80 <SEP> 0-78 <SEP> 179
<tb> 6-36 <SEP> 0-07 <SEP> 1-49 <SEP> 1. <SEP> 12 <SEP> 166
<tb> 6#20 <SEP> 0#06 <SEP> 2#11 <SEP> 2#09 <SEP> 156
<tb>
Es wurde ferner gefunden, dass Silizium in wesentlichen Mengen eine Verbesserung bei gewissen Chrom-Nickel-Niobstählen bewirkt hinsichtlich des Verlustes an Korrosionsbeständigkeit während des Schweissens und nach länger dauerndem Erhitzen auf erhöhte Temperaturen.
Der Zusatz von Silizium verleiht manchen Stahlzusammensetzungen eine Beständigkeit gegen die interkristalline Korrosion (Zwischenkornangriff), welche Stähle wegen eines vergleichsweise hohen Kohlenstoffgehaltes oder eines etwas niedrigen Verhältnisses von. Niob zu Kohlenstoff sonst nicht völlig widerstandsfähig sind. Beispielsweise wurden Proben der in der nachstehenden Tabelle C mitgeteilten Stähle auf verschiedene Temperaturen zwischen 300 und 850 C gehalten während verschiedener Zeiten, wobei für jede Kombination von Temperatur und Zeitdauer eine gesonderte Probe benutzt wurde.
Nachdem eine Probe bei gegebener Temperatur während einer gegebenen Zeitdauer gehalten worden war, wurde sie in der üblichen angesäuerten Kupfersulfatlösung gekocht, um eine Zerstörung durch den Zwischenkornangriff herbeizuführen.
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TabelleC.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Stahl <SEP> Analyse
<tb> Nr. <SEP> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> Mn <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> Nb <SEP> % <SEP> Si
<tb> 1 <SEP> 1849 <SEP> 8-81 <SEP> 0#85 <SEP> 0#09 <SEP> 1#18 <SEP> 0#18
<tb> 2 <SEP> 19-45 <SEP> 8-80 <SEP> 0-57 <SEP> 0-12 <SEP> 1-14 <SEP> 0-35
<tb> 3 <SEP> 1846 <SEP> 8-89 <SEP> 0-57 <SEP> 0-09 <SEP> 1-25 <SEP> 044
<tb> 4 <SEP> 18#38 <SEP> 8#97 <SEP> 0#63 <SEP> 0#10 <SEP> 1-16 <SEP> 0-68
<tb>
Wurden die Stähle in der oben beschriebenen Weise behandelt, dann zeigten die Proben Nr. 1 und 2 eine Zerstörung nach zweiwöchiger Erhitzung auf 550 C und einer Kochdauer von 100 Stunden. Die Stahlproben Nr. 3 waren gesund und wurden nicht wesentlich angegriffen, nachdem sie während eines Monats auf Temperaturen von 300,400, 475, 550, 650,750 und 850 C gehalten und sodann während 100 Stunden gekocht wurden.
Die Proben des Stahles Nr. 4 waren gesund und nicht wesentlich angegriffen, nachdem sie während eines Monates auf Temperaturen von 300, 400,475, 550,650, 750 und 850 C gehalten und sodann während 1000 Stunden gekocht worden waren.
Das Silizium kann in die Schweissmetalle entweder als Bestandteil des Schweissstabes oder in Form eines siliziumhaltigen Flussmittels eingeführt werden. Ein derartiges Flussmittel, welches nicht über 60% Silizium in metallischer oder legierter Form, z. B. als Ferrosilizium, enthält, kann der Schweissstelle in Form eines Pulvers oder einer Paste zugeführt werden oder auch in Form eines Überzuges oder einer Hülle auf dem Schweissstab. Der Rest des Flussmittels besteht vorzugsweise in der Hauptsache aus schlackenbildenden Stoffen, wie z. B. Metalloxyden, Silikaten, Karbonaten, Boraten und Fluoriden.
Versuche haben die Wirksamkeit eines solchen siliziumhaltigen Flussmittels erwiesen. Beispielsweise wurden Schweissstäbe mit etwa 18% Chrom und etwa 8% Nickel, deren analytische Zusammensetzung 18. 39% Chrom, 8-95% Nickel, 0-72% Niob, 0'17% Silizium und 0-06% Kohlenstoff ergab, mit siliziumhaltigem Flussmittel überzogen und vermittels des elektrischen Lichtbogenschweissverfahrens auf die Schweissstellen aufgebracht. Das Schweissmetall wurde dann in jedem Falle auf Niob und Kohlenstoff analysiert.
Schweissstäbe von identischer Zusammensetzung, welche jedoch in ihren Flussmittelüberzügen kein Silizium aufweisen, wurden in ähnlicher Weise mit Hilfe der Lichtbogenschweissung auf die Schweissstelle niedergeschmolzen und das Schweissmetall zwecks Vergleichs analysiert. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle D aufgeführt, in welcher sich alle Angaben auf Gewichtsprozente beziehen.
Tabelle D.
EMI3.2
<tb>
<tb>
Zusammensetzung <SEP> des <SEP> Flussmittels.
<tb>
1 <SEP> 11 <SEP> 111
<tb> 30 <SEP> Teile <SEP> Feldspat <SEP> 30 <SEP> Teile <SEP> Feldspat <SEP> 75 <SEP> Teile <SEP> Ca-Mg-Silikat
<tb> 10 <SEP> Teile <SEP> CaO <SEP> 10 <SEP> Teile <SEP> CaO <SEP> 10 <SEP> Teile <SEP> Ton
<tb> 5 <SEP> Teile <SEP> Chromerz <SEP> 5 <SEP> Teile <SEP> Chromerz <SEP> 10 <SEP> Teile <SEP> Rutil <SEP> (TiO,)
<tb> 2 <SEP> Teile <SEP> Dextrin <SEP> 8% <SEP> Teile <SEP> Dextrin <SEP> 5 <SEP> Teile <SEP> Ferrosilizium <SEP> (75% <SEP> Si)
<tb> 2 <SEP> Teile <SEP> SiliziummetaJl
<tb> Schweissprüfungen
<tb> % <SEP> Nb <SEP> Flussmittel <SEP> % <SEP> Nb <SEP> Ausbeute
<tb> im <SEP> Schweissstab <SEP> Nr. <SEP> in <SEP> der <SEP> Schweisse <SEP> an <SEP> Niob
<tb> 0. <SEP> 72 <SEP> I <SEP> 0. <SEP> 35 <SEP> 49%
<tb> 0. <SEP> 72 <SEP> n <SEP> 0. <SEP> 49 <SEP> 68%
<tb> 0. <SEP> 72 <SEP> n <SEP> 0. <SEP> 55 <SEP> 76%
<tb> 0. <SEP> 72 <SEP> In <SEP> 0.
<SEP> 47 <SEP> 65%
<tb>
In ähnlicher Weise ist es möglich, das im niedergelegten Schweissmetall erwünschte Niob ganz oder teilweise dadurch zuzuführen, dass man Niob als Bestandteil des Flussmittels (Schweissmittels) wählt. Das Niob kann in Form von metallischem Niob oder einer Legierung verwendet werden, in welchem Falle etwa 2-40% Niob vorzugsweise dem Flussmittel zugefügt werden oder in Form einer oxydischen Niobverbindung, in welchem Falle etwa 25-75% Nioboxyd oder dessen Äquivalent verwendet werden. Benutzt man eine oxydische Verbindung, dann reduziert das vorhandene metallische Silizium jene oxydische Verbindung zu Metall.
Bei gewissen Versuchen wurde eine Ferro-Nioblegierung mit angenähert 62-5% Niob, 7% Silizium, 2% Mangan, 0. 33% Kohlenstoff, 1#64% Tantal, Rest im wesentlichen Eisen, gemahlen, bis zu einer Korngrösse, welche durch ein 100-Maschensieb (etwa 0. 15 mm Maschenweite) hindurchgeht, und mit schlackenbildenden Stoffen, welche Feldspat, Kalziumkarbonat und Chromerz enthielten, gemischt. Es wurden Mischungen hergestellt, die etwa 13 bzw. 22 bzw. 32-4 Gewichtsprozent an Niob auf etwa 30 Gewichtsteile Feldspat, 10 Gewichtsteile Kalziumkarbonat und 5 Gewichtsteile Chromerz enthielten, und als Überzüge auf Schweissstäbe aufgebracht, welche weniger als 0-5% Silizium enthielten.
Ein jeder so überzogene Schweissstab wurde dann vermittels elektrischer Lichtbogenschweissung als Zusatzmetall niedergeschmolzen und die Schweisse analysiert, worauf die Analyse mit jener eines Schweiss-
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drahtes verglichen wurde, der unter identischen Bedingungen, jedoch ohne Benutzung des niobhaltigen Flussmittels verwendet worden war. Die Ergebnisse dieser Vergleichsversuche sind in der nachstehenden Tabelle E enthalten :
TabeIle E.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Zusammensetzung <SEP> des <SEP> SChweissstabes <SEP> % <SEP> Niob
<tb> % <SEP> Niob <SEP> in <SEP> der
<tb> % <SEP> Cr <SEP> % <SEP> Ni <SEP> % <SEP> C <SEP> % <SEP> Nb <SEP> im <SEP> Flussmittel <SEP> Schwei5e
<tb> 6#34 <SEP> - <SEP> 0#07 <SEP> 1#55 <SEP> - <SEP> 0#95
<tb> 6#34 <SEP> - <SEP> 0#07 <SEP> 1#55 <SEP> 13#3 <SEP> 1#35
<tb> 6-34-0. <SEP> 07 <SEP> 1'55 <SEP> 21. <SEP> 9 <SEP> 1. <SEP> 89
<tb> 6-34-0-07 <SEP> 1. <SEP> 55 <SEP> ? <SEP> 4 <SEP> 2-30
<tb> 18-39 <SEP> 8-95. <SEP> 0-06 <SEP> 0. <SEP> 72-0-28
<tb> 18-39 <SEP> 8-95 <SEP> 0-06 <SEP> 0-72 <SEP> 13-3 <SEP> 0-64
<tb> 18#39 <SEP> 8#95 <SEP> 0#06 <SEP> 0#72 <SEP> 21#9 <SEP> 1#19
<tb> 18-39 <SEP> 8-95-0-06 <SEP> 0-72 <SEP> 32-4-2-17
<tb>
EMI4.2
von einem Schweissstab ausgeschmolzen, welcher folgende analytische Zusammensetzung aufwies :
17-87% Chrom, 8-95% Nickel, 0-74% Mangan, 0-10% Kohlenstoff, 0-88% Silizium und der Rest Eisen.
Ein Flussmittelüberzug wurde durch Eintauchen des erhitzten Schweissstabes in die nachstehende Mischung aufgebracht : Niobit (Columbit) 50%, Feldspat 20%, Calciumfluorid 15%, Borax 7%, Kieselsäure 2%. Der Niobit ergab bei der Analyse einen Gehalt von etwa 65% Ab203. Das niedergeschmolzene Schweissmetall zeigte bei der Analyse einen Gehalt von 0-65% bis 0-90% Niob, je nach der benutzten Menge an Flussmittel, sowie etwa 0-10% Kohlenstoff und etwa 0-5% Silizium. Bei andern Proben wurde ein mit siliziumhaltigem Flussmittel überzogener Schweissdraht von geringerem Siliziumgehalt verwendet. Die Ergebnisse waren ähnlich, ausgenommen, dass die Niobausbeute nicht ganz so hoch war.
Flussmittel, welche Sauerstoffverbindungen des Niobs enthalten und besonders empfehlenswert sind, zeigten etwa folgende Zusammensetzung :
EMI4.3
<tb>
<tb> Nioboxyd.................................... <SEP> 25-75%
<tb> Feldspat <SEP> 5-35%
<tb> Calciumfluorid <SEP> ........................... <SEP> 5-30%
<tb> Borax <SEP> .................................... <SEP> 1-15%
<tb> Kieselsäure <SEP> ........................... <SEP> 1-10%
<tb> Silizium <SEP> oder <SEP> Ferrosilizium <SEP> .......................... <SEP> 0-50%
<tb>
PATENT-ANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zum Schweissen von Chromstählen mit etwa 2 bis 30% Chrom, etwa 0. 1 bis 0. 5% Kohlenstoff unter Verwendung von Schweissstäben, dadurch gekennzeichnet, dass man der Schweisse während des Schweissens durch die verwendeten Schweissstäbe mehr als das Vierfache ihres Kohlenstoffgehaltes, jedoch nicht über etwa 5% an Niob und etwa 0. 5% bis 2#5% Silizium zuführt.