Schweisskonstruktion Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schweisskonstruktion, die hohen Temperaturen aus gesetzt ist.
Wenn die Temperatur des Materials an einer Konstruktion, die mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt wird, über ungefähr 600 C hinausgeht, ist oft die Warmfestigkeit eines ferritischen Mate rials nicht genügend, so dass dieser Teil der Kon struktion, der den hohen Temperaturen ausgesetzt ist, aus einem stabilisierten, austenitischen Stahl auf gebaut werden muss, der eine wesentlich höhere Warmfestigkeit als die ferritischen Materialien be sitzt. Als Beispiel können Überhitzerrohre erwähnt werden, für die austenitische Materialien in späterer Zeit verwendet worden sind.
Es ist von grosser öko nomischer Bedeutung, dass das kostspielige, auste- nitische Material nur an Stellen verwendet wird, wo besonders hohe Temperaturen dies notwendig ma chen, während sonst ferritisches Material zur An wendung kommt. Bisher ist die Entwicklung dieses Gebietes durch die Schwierigkeit aufgehalten worden, eine Zusammenschweissung des ferritischen und auste- nitischen Materials in solcher Weise herzustellen, dass die Schweissung im Betrieb den hohen Tempe raturen und Beanspruchungen standhält, denen es ausgesetzt wird.
Besonders zwei Faktoren verursa chen in diesem Falle Schwierigkeiten: Erstens neigt der Kohlenstoff im ferritischen Material zur Diffusion in das austenitische Material mit der Folge, dass das ferritische Material bei der Schweissstelle entkohlt und schwächer als dasselbe Material im Anfangs zustande wird, während gleichzeitig das austenitische Material aufgekohlt wird, so dass Korngrenzenkarbide gebildet werden und das Risiko von Versprödung auftritt. Die zweite Schwierigkeit ist die, dass ferri- tische und austenitische Stähle verschiedene Län genausdehnungskoeffizienten besitzen.
Infolgedessen treten relativ hohe innere Spannungen in der Schweiss verbindung während der Erhitzung und der Abküh lung auf, die Rissbildungen verursachen, besonders wenn das Material wegen Kohlenstoffdiffusion schwä cher und spröder geworden ist.
Es ist schon bekannt, bei der Herstellung von Überhitzerrohren ein Zwischenstück aus niobstabi lisiertem, ferritischem Material zwischen .einem auste- nitischen und einem ferritischen Rohre einzuschwei ssen. Auf diese Weise kann man Kohlenstoffdiffusion und die Schwächung, die dadurch in der Schweiss verbindung entsteht, verhindern. Dagegen bleiben die hohen Beanspruchungen bestehen, die während der Erhitzung und Abkühlung wegen der verschiedenen Längenausdehnungskoeffizienten des austenitischen und ferritischen Materials auftreten.
Dazu ist be kannt, dass ein stabilisiertes, ferritisches Material schlechtere Warmfestigkeit als ein nichtstabilisiertes Material besitzt.
Nach einem anderen Verfahren werden das auste- nitische Rohr auf der Aussenseite und das ferritische auf der Innenseite zusammengestossen, so dass eine lange Überlappung erhalten wird. Zwischen dem austenitischen und dem ferritischen Material, die dann zusammengeschweisst werden, wird eine Nickel schicht angebracht, um Kohlenstoffdiffusion zwischen dem Ferrit und dem Austenit zu verhindern. Auch diese Methode hat mehrere Nachteile. So ist die Herstellung von solchen Verbindungen beschwerlich und teuer und gleichzeitig kann man die Schwierig keiten mit dien verschiedenen Ausdehnungskoeffizien ten der Materialien nicht vermeiden.
Durch die Schweisskonstruktion nach der Erfin dung werden die oben erwähnten Nachteile elimi niert, so dass eine unter hoher Temperatur feste Ver bindung erhalten wird, die gleichzeitig einfach und billig in der Herstellung ist. Die erfindungsgemässe Schweisskonstruktion, .die hohen Temperaturen ausgesetzt ist und die einen ferritischen und einen austenitischen Teil durch ein dazwischenliegendes Verbindungsstück mit einem Ausdehnungskoeffizienten verbindet, der höher als der des ferritischen Teiles, aber niedriger als der des austenitischen Teiles ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der ferritische Teil bis zu 15111a Chrom enthält und dass das Verbindungsstück bis zu<B>15019</B> Chrom,
30-95% Nickel sowie wenigstens ein karbidbilden des Element aufweist.
Das Verbindungsstück soll also aus einer Legie rung mit relativ hohem Nickelgehalt bestehen, welche zweckmässigerweise ungefähr ebensoviel Chrom wie das ferritische Material enthält.
Dem Verbindungsstück beigemengter Kohlenstoff, gewöhnlich weniger als 0,150/o und vorzugsweise weniger als 0,10%, soll vorzugsweise mittels Niob und/oder anderen karbidbildenden Materialien ganz stabilisiert sein. Für die Stabilisierung wird am besten so viel Niob benutzt, dass aller Kohlenstoff in Form von Niobkarbiden gebunden wird, z. B.: Niob = 10 X C-Gehalt, der, wie erwähnt, vorzugs weise weniger als 0,1% sein soll. Anstatt oder zu sammen mit Niob kann z. B. mindestens eines der Legierungselemente Tantal, Titan, Bor oder Vanadin benutzt werden.
Der Nickelgehalt des Verbindungsstückes variiert zwischen 30 und 950;0, eventuell kann bis zu 300/o Mangan vorhanden sein. Der Chromgehalt des Ver bindungsstückes variiert schliesslich vorzugsweise zwi schen 0,5 und<B>1514,</B> ebenso wie der Chromgehalt des ferritischen Teiles.
Ein erfindungsgemäss zusammengesetztes Verbin dungsstück enthält beispielsweise bei einem Chrom gehalt von 2-10% des ferritischen Teiles 0,05 bis 0,1% C, 2-10% Cr, 65-90% Ni, 0,6-1,5% Nb und \'oder andere karbidbildende Elemente und Fe. Der ferritische Teil kann 0,08-0,16% C, 2-10% Cr, 0,5-2% Mo und Fe enthalten.
Der austenitische Teil weist vorzugsweise hohe Gehalte an Chrom, z. B. zwischen 15 und 25 %, und Nickel, z. B. zwischen 10 und 20 %, auf, während der Kohlenstoffgehalt, der meistens weniger als 0,15% und am besten weniger als 0,10% beträgt, gewöhnlich durch ein oder mehrere karbidbildende Elemente wie Niob und; oder Tantal stabilisiert ist.
Zur Schweissung zwischen dem ferritischen Teil und dem Verbindungsstück soll am besten als Zu satzmaterial entweder Draht aus dem ferritischen Material selbst, das vorzugsweise mit Niob stabi lisiert ist, oder Draht, hauptsächlich aus Nickel, am besten mit derselben Zusammensetzung wie das Verbindungsstück, benutzt werden. Weiter soll am besten zur Schweissung des ferritischen Materials die Schweissstelle vorgewärmt und ausgeglüht werden. Als Zusatzmaterial für die Schweissung zwischen dem Verbindungsstück und dem austenitschen Teil kann entweder Draht von der Zusammensetzung des auste- nitischen Teiles, das heisst stabilisiertes, austenitisches Material, oder Draht, der hauptsächlich aus Nickel besteht, am besten mit derselben Zusammensetzung wie das Verbindungsstück, benutzt werden.
Das hochlegierte Verbindungsstück hat einen Längenausdehnungskoeffizienten, der zwischen den jenigen des austenitischen und ferritischen Materials liegt; die Wärmespannungen in der Schweissfuge werden also nur etwa halb so gross sein, wie wenn die austenitischen und ferritischen Teile direkt anein- andergeschweisst würden.
Weiter hat das Verbindungsstück eine sehr hohe Warmfestigkeit und verhindert gleichzeitig die schäd liche Kohlenstoffdiffusion zwischen Ferrit und Auste nit. Von wesentlicher Bedeutung für die Verhinde rung von Kohlenstoffdiffusion ist, dass die Chrom gehalte im ferritischen Teil und im Verbindungs stück etwa gleich hoch sind und der Kohlenstoff gehalt des Verbindungsstückes durch karbidbildendes Material stabilisiert wird.
Die beschriebene Schweisskonstruktion entspricht hohen Anforderungen und eignet sich unter anderem für Überhitzerrohre und andere Rohre, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind. Gleichzeitig ist sie einfach und billig in der Herstellung. Folgendes Ausführungsbeispiel kann angegeben werden: Ein ferritisches Überhitzerrohr, das ausser Eisen und die darin beigemengten Legierungsbestandteile 0,1% Kohlenstoff, 2,25 % Chrom und 1% Molybdän enthält, soll mit einem austenitischen Überhitzerrohr, das ausser Eisen und Verunreinigungen 0,07% Koh lenstoff, 16,5 % Chrom, 13 % Nickel und 0,8 % Niob enthält, zusammengeschweisst werden. Ein rohrför- miges Zwischenstück wird zwischen die Rohrenden eingebracht und an diesen angeschweisst.
Das Zwi schenstück besteht aus einer Legierung, die 0,06% Kohlenstoff, 2,25% Chrom, 80% Nickel, 0,8% Niob und einen Rest von Eisen und Verunreinigungen enthält.