DE112013006287B4 - Höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweissverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit, und Schweissdraht zu ihrer Herstellung - Google Patents

Höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweissverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit, und Schweissdraht zu ihrer Herstellung Download PDF

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Abstract

Höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit, Folgendes aufweisend:0,01 Gew. % bis 0,06 Gew.% an Kohlenstoff (C); 0,1 Gew.% bis 0,5 Gew. % an Silizium (Si); 1,5 Gew. % bis 3,0 Gew. % an Mangan (Mn); 2,5 Gew. % bis 3,5 Gew. % an Nickel (Ni); 0,5 Gew.% bis 1,0 Gew.% an Molybdän (Mo); 0,4 Gew.% bis 1,0 Gew. % an Kupfer (Cu); 0,4 Gew.% bis 1,0 Gew.% an Chrom (Cr); 0,01 Gew. % bis 0,1 Gew. % an Titan (Ti); 0,003 Gew.% bis 0,007 Gew.% an Bor (B); 0,001 Gew.% bis 0,006 Gew.% an Stickstoff (N); 0,02 Gew.% (nicht 0) oder weniger an Phosphor (P); 0,01 Gew.% (nicht 0) oder weniger an Schwefel (S); 0,03 Gew.% bis 0,07 Gew.% an Sauerstoff (O); und verbleibend Eisen (Fe) sowie unvermeidliche Verunreinigungen,ferner aufweisend eine Mikrostruktur mit einer Mischstruktur, die 50 Flächen-% oder mehr an nadelförmigem Ferrit und 40-50% an Bainit und Martensit in Flächenanteilen enthält.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung, die durch Fülldraht-Lichtbogenschweißen (engl. flux-cored arc welding, FCAW) von hochfestem Stahl erhalten wird und bei Offshore-Konstruktionen, Baukonstruktion, Brückenbau, Schiffbau und Ähnlichem genutzt wird, und auf einen Lichtbogenschweiß-Fülldraht zu ihrer Herstellung.
  • [Hintergrund]
  • In letzter Zeit wurden die Abmessungen von Frachtschiffen, Hochbauten, Offshore-Konstruktionen und dergleichen vergrößert, um deren Wert zu erhöhen. Da derartige Strukturen und Fahrzeuge bei einem einzelnen Unfall katastrophale Umweltschäden, Todesopfer und Vermögensschäden verursachen können, müssen bei der Konstruktion solcher Strukturen und Fahrzeuge Stahltypen mit einem hohen Grad an Festigkeit, mit hoher Dicke und großer Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen verwendet werden.
  • Zur effizienten Entwicklung solcher Stahlsorten werden geeignete Schweißverfahren benötigt, und die meistverbreitete Schweißtechnik zum Schweißen derartigen Stahls ist die Fülldraht-Lichtbogenschweißtechnik (FCAW).
  • Die Sicherung der Stabilität in geschweißten Strukturen, die mit der oben genannten Schweißtechnik erhalten werden, ist ein wichtiger Gesichtspunkt, und in dieser Hinsicht ist es essentiell, Zugfestigkeit und Schlagzähigkeit in Schweißnähten sicherzustellen. Außerdem ist es unerlässlich, den Gehalt an diffusiblem Wasserstoff in Schweißmaterialien zu senken, um Niedertemperaturrisse in einer Schweißverbindung während eines Fülldraht-Lichtbogenschweißvorgangs zu vermeiden. Beispielsweise offenbart die WO 2012/ 105 617 A1 ein Schweißmetall, dessen Wasserstoffversprödungsbeständigkeit durch die Bildung von Austenitpartikeln verbessert wird, die als Fangstellen für diffusiblen Wasserstoff dienen.
  • Im Allgemeinen kann eine Schweißverbindung, die während eines Schweißvorgangs gebildet wird, eine grobe säulenartige Struktur ausbilden, wenn ein Teil des Stahls geschmolzen wird um ein Schmelzbad zu bilden, während Schweißmaterialien geschmolzen werden, und das Schmelzbad anschließend aushärtet. Die so entstehende Struktur kann je nach Wahl der Schweißmaterialien und der Menge an eingebrachter Wärme während des Schweißens geändert werden. Da Bestandteile aus grobem Korngrenzenferrit, Ferrit in Widmanstättenscher Anordnung, Martensit und Martensit-Austenit (M-A) in groben Austenitkorngrenzen einer Schweißverbindung gebildet werden können, kann deren Schlagzähigkeit signifikant verschlechtert sein.
  • Daher wurden bei Metallen von Offshore-Strukturen und dergleichen Verbesserungen in deren Metallstrukturen angestrebt, indem Komplex-Zugaben von legierenden Elementen wie Nickel, (Ni), Titan (Ti), Bor (B) und dergleichen zusammen mit einer Beigabe von desoxidierenden, denitrifizierenden oder dehydrierenden Elementen vorgenommen wurden, um eine Niedertemperatur-Schlagzähigkeit sicherzustellen. Beispiele für Schweißmetalle dieser Art finden sich in DE 42 28 249 A1 , WO 02/ 012 581 A1 , KR 10 2010 0 074 940 A und US 2009/ 0 261 085 A1 .
  • Ein Mechanismus zur strukturellen Verbesserung aufgrund der Komplex-Zugabe von Ti-B-Ni kann feines Ferrit in Austenitkörnern durch Matrixverfestigung aufgrund von Ni und durch die hemmende Wirkung von pro-eutektoider Ferritbildung aufgrund von voriger Austenitkorngrenzen-Segregation von gelöstem B, und Ti, B, Oxiden und Nitriden, erzeugen.
  • Wie oben beschrieben besteht ein Bedarf, die Schlagzähigkeit in Schweißnähten durch Kontrollieren der Mikrostruktur der Schweißnähte sicherzustellen, um die Stabilität einer geschweißten Struktur zu erhalten.
  • Im verwandten Stand der Technik stellt Patentdokument 1 Technologie bereit, die sich auf eine Technik zur Regulierung von Zusammensetzung und Mikrostruktur einer Schweißverbindung bezieht, wobei eine höchstfeste SAW Schweißverbindung mit einem Grad größer oder gleich als 950MPa beschrieben wird, die eine exzellente Niedertemperatur-Zähigkeit hat und 0,7 bis 0,8 Gew. % Kohlenstoff enthält, sowie eine Mikrostruktur eines Schweißmaterials, das 10-20% an unterem Bainit und Martensit enthält, und 60 Flächen-% oder mehr an Ferrit.
  • Weiter beziehen sich Patentdokument 2 und Patentdokument 3 auf ein höchstfestes Stahlrohr mit einer Schweißnaht mit exzellenter Kaltriss-Beständigkeit und auf deren Herstellungsmethoden. Die exzellente Kaltriss-Beständigkeit kann hier durch Einschluss von 1% oder mehr an Restaustenit im Schweißnahtbereich gesichert werden, aber die Schlagzähigkeit des geschweißten Metallbereichs kann ungenügend sein.
  • Es kann schwierig sein, bei Schweißmaterialien einen ausreichenden Grad an Schweißverbindungs-Zähigkeit zu erhalten, da Bestandteile des Schweißmaterials nicht direkt die Mikrostruktur, Partikelgröße und dergleichen in einer Schweißverbindung steuern.
  • Andererseits kann ein Gehalt an diffusiblem Wasserstoff so niedrig wie möglich gehalten werden, um die Bildung von Niedertemperatur-Rissen in hochfesten Schweißverbindungen zu verhindern.
  • Im Falle eines herkömmlichen Rutil-basierten Fülldrahts liegt ein diffusibler Wasserstoffgehalt eines geschweißten Bereichs in einem Bereich von 8-10ml/100g. Wenn aber dicker, hochfester Stahl mit solch einem Fülldraht geschweißt wird, wird zur Vermeidung von Niedertemperaturrissen ein Vorwärmungs-Vorgang benötigt, was zu zusätzlichen Betriebskosten führen kann.
  • Ein Rutil-basierter Fülldraht wird im Allgemeinen bei einer Fülldraht-Lichtbogenschweißtechnik verwendet, und wird hergestellt, indem ein Draht so gezogen wird, dass ein Durchmesser des Drahts einen zum Schweißen geeigneten Durchmesser hat, nachdem der Draht mit Flussmittel gefüllt wurde, das hohe Mengen an Kristallwasser und gebundenem Wasser enthält, die als Quelle für diffusiblen Wasserstoff während eines Schweißvorgangs dienen. Beim Ziehen des Drahts können allerdings angehaftete und verbleibende organische Bestandteile von Schmiermitteln den diffusiblen Wasserstoffgehalt einer Schweißzone während des Schweißens erhöhen.
  • Zur Lösung des oben beschriebenen Problems schlägt Patentdokument 4 eine Technik vor, die sich auf eine Hochtemperatur-Behandlung eines schlauchförmigen Drahts bei 600-800°C bezieht. Die Kommerzialisierung einer solchen Technik kann jedoch schwierig sein, da die Hochtemperatur-Behandlung die Bearbeitungsgeschwindigkeit reduziert und durch die Hochtemperatur-Behandlung erhöhte Kosten entstehen.
  • Weiter schlägt Patentdokument 5 einen Fülldraht für hochfesten Stahl mit 490Mpa oder mehr ohne Vorheizen vor, der 0,5% bis 4,5% eines Lichtbogenstabilisators und eines Schlackenbildners enthält, und 1,0% bis 4,0% eines Desoxidationsmittels, basierend auf 0,05% bis 0,25% an Vanadium (V), und es wird das Einschließen von diffusiblem Wasserstoff durch VC-Bildung beschrieben, indem V zugegeben wird, sowie ein Kohlenstofffixierungs-Effekt. Es kann jedoch schwierig sein, stabile Lichtbogeneigenschaften sicherzustellen, da der Effekt der Reduktion von diffusiblem Wasserstoff durch V während des Schweißens unbedeutend sein kann, und die Gesamtmenge eines Fluorgehalts (F) in Alkalimetall- oder Erdalkalimetallbasierten Fluoriden hoch ist, beispielsweise 1,0% bis 2,0% beträgt.
  • Patentdokument 6 beschreibt eine Technologie zur Bereitstellung eines Flussmittels, das 4,0% bis 8,0% an Titandioxid (TiO2), 0,02% bis 0,4% an Alkalimetallfluorid (Fluor-Äquivalent), und 0,02% bis 0,4% an Polytetrafluorethylen (PTFE) (Fluor-Äquivalent) enthält, gemessen am Gesamtgewicht des Drahts; wobei die Menge an Fluor-Äquivalent in Alkalimetall-Fluorid auf 0,01% oder weniger gehalten wird; und das Verhältnis (Fluor-Äquivalent in Alkalimetall-Fluorid + 0,35)/(Fluor-Äquivalent in PTFE) auf 1 oder mehr gehalten wird. Die Kommerzialisierung eines solchen Drahts kann jedoch erschwert sein, aufgrund einer geringen Dichte von PTFE im Vergleich zu der von Fluorid im mineralischen Zustand, was die Drahtfüllung und Oberflächenanwendung erschwert, und aufgrund relativ hoher Kosten.
  • Es besteht daher ein Bedarf, Schweißmaterialien zu entwickeln, die zu einer Verbesserung der Schlagzähigkeit einer Schweißverbindung und einer Reduzierung von diffusiblem Wasserstoff während des Schweißens führen.
    • (D1) KR 10 2009 0 016 854 A
    • (D2) JP 2000 - 256 779 A
    • (D3) JP 2002 - 115 032 A
    • (D4) KR 10 1998 0 068 561 A
    • (D5) JP H08 - 257 785 A
    • (D6) KR 10 2007 0 035 996 A
  • [Offenbarung]
  • [Technisches Problem]
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schweißverbindung bereitgestellt, die eine exzellente Schlagzähigkeit in einer geschweißten Struktur aufweist, die durch Schweißen von höchstfestem Stahl mit einer Zugfestigkeit von 900MPa oder mehr gebildet ist.
  • Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Schweißmaterial bereitgestellt, genauer, ein Lichtbogenschweiß-Fülldraht, mit dem eine Schweißverbindung mit exzellenter Schlagfähigkeit bei Fülldraht-Lichtbogenschweißen von höchstfestem Stahl erhalten werden kann, und der diffusible Wasserstoffgehalt gesenkt werden kann.
  • [Lösung des Problems]
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit 0,01 Gew. % bis 0,06 Gew.% an Kohlenstoff (C); 0,1 Gew.% bis 0,5 Gew.% an Silizium (Si); 1,5 Gew.% bis 3,0 Gew. % an Mangan (Mn); 2,5 Gew. % bis 3,5 Gew.% an Nickel (Ni); 0,5 Gew.% bis 1,0 Gew.% an Molybdän (Mo); 0,4 Gew.% bis 1,0 Gew.% an Kupfer (Cu); 0,4 Gew.% bis 1,0 Gew.% an Chrom (Cr); 0,01 Gew.% bis 0,1 Gew.% an Titan (Ti); 0,003 Gew. % bis 0,007 Gew. % an Bor (B); 0,001 Gew.% bis 0,006 Gew.% an Stickstoff (N); 0,02 Gew.% (nicht 0) oder weniger an Phosphor (P); 0,01 Gew.% (nicht 0) oder weniger an Schwefel (S); 0,03 Gew. % bis 0,07 Gew. % an Sauerstoff (O); und verbleibendes Eisen (Fe) als auch unvermeidliche Verunreinigungen,
    wobei die Mikrostruktur eine gemischte Struktur umfasst, die 50 Flächen-% oder mehr an nadelförmigem Ferrit und 40-50% an Bainit und Martensit in Flächenanteilen enthält.
  • Vorzugsweise liegt ein Kohlenstoff-Äquivalentwert (Ceq) gemäß der untenstehenden Gleichung 1 im Bereich 0,73-0,85%:
    <Gleichung 1> Ceg = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14.
    Figure DE112013006287B4_0001
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein hochfester Lichtbogenschweiß-Fülldraht, in Gewichtsanteilen bezogen auf den Gesamtgewichtsanteil des Drahts, 0,03% bis 0,12% an Kohlenstoff (C), 0,3% bis 1,4% an Silizium (Si), 1,5% bis 3,5% an Mangan (Mn), 2,5% bis 3,5% an Nickel (Ni), 0,3% bis 1,0% an Molybdän (Mo), 0,3% bis 1,0% an Chrom (Cr), 0,4% bis 1,0% an Kupfer (Cu), 0,001% bis 0,020% an Bor (B), 0,02 bis 1,5% an Titan (Ti) + Magnesium (Mg), und verbleibendes Eisen (Fe) als auch unvermeidliche Verunreinigungen; und
  • 4,5% bis 9,0% an Titandioxid (TiO2), 0,2% bis 2,0% von einem oder zwei von Siliziumdioxid (SiO2) und Zirconiumdioxid (ZrO2), 0,1% bis 1,0% an Calciumcarbonat (CaCO3), 0,10% bis 1,5% von einem oder zwei oder mehr von K, Na, Li-basierten Alkalimetalloxiden; und Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-basierte Fluoride mit einem Fluorgehalt von 0,025 bis 0,5%.
  • [Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden eine höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit, sowie hochfesten physikalischen Eigenschaften, bereitgestellt. Außerdem wird ein Lichtbogenschweiß-Fülldraht bereitgestellt, der in der Lage ist, effizient einen diffusiblen Wasserstoffgehalt zu reduzieren, und die Schweißverbindung kann auch unter Verwendung des Lichtbogenschweiß-Fülldrahts hergestellt werden.
  • [Beschreibung der Zeichnung]
  • 1 ist eine Mikrophotographie, die Mikrostrukturen des erfindungsgemäßen Beispiels 2 zeigt, und ist unter Verwendung eines optischen Mikroskops aufgenommen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • [Beschreibung der Ausführungsbeispiele]
  • Im Folgenden werden eine höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung und ein Lichtbogenschweiß-Fülldraht zu ihrer Herstellung gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Die Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden und sollte nicht als auf die im Folgenden beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele limitiert verstanden werden. Diese Ausführungsbeispiele sind vielmehr dazu vorgesehen, die Offenbarung ausführlich und komplett zu gestalten, und einem Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig zu vermitteln.
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail beschrieben.
  • Nach gründlicher Erforschung eines Verfahrens zur Bereitstellung einer höchstfesten Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit einer Zugfestigkeit von 900 MPa und mehr und exzellenter Schlagzähigkeit, haben die Erfinder die vorliegende Erfindung auf der Grundlage gemacht, eine optimale strukturelle Zusammensetzung zu ermitteln, um ein Gleichgewicht zwischen Hochfestigkeit und einem hohen Grad an Zähigkeit zu gewährleisten, und es wurde neu entdeckt, dass sowohl eine Zugfestigkeit von 900 MPa oder mehr als auch die Schlagzähigkeit in einer Schweißverbindung sichergestellt werden können, wenn die Schweißmetall-Bestandteile und ein Bereich der KohlenstoffÄquivalent-Gleichung angemessen gesteuert werden, um solch eine strukturelle Aufteilung sicherzustellen.
  • Außerdem war es nach intensiver Forschung nach einem Weg, diffusiblen Wasserstoff, der Niedertemperatur-Risse in einer Schweißzone verursacht, effektiv zu reduzieren, ein Ziel der Erfinder, ein Material zu erhalten, das effizient eine Dehydrierung in einem Lichtbogenschweiß-Fülldraht hervorruft.
  • Zunächst wird eine höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine exzellente Schlagzähigkeit aufweist, im Detail beschrieben.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung enthält eine höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit 0,01 Gew.% bis 0,06 Gew.% an Kohlenstoff (C); 0,1 Gew.% bis 0,5 Gew.% an Silizium (Si); 1,5 Gew.% bis 3,0 Gew.% an Mangan (Mn); 2,5 Gew.% bis 3,5 Gew.% an Nickel (Ni); 0,5 Gew.% bis 1,0 Gew.% an Molybdän (Mo); 0,4 Gew.% bis 1,0 Gew.% an Kupfer (Cu); 0,4 Gew.% bis 1,0 Gew.% an Chrom (Cr); 0,01 Gew.% bis 0,1 Gew.% an Titan (Ti); 0,003 Gew.% bis 0,007 Gew.% an Bor (B); 0,001 Gew.% bis 0,006 Gew.% an Stickstoff (N); 0,02 Gew.% (nicht 0) oder weniger an Phosphor (P); 0,01 Gew.% (nicht 0) oder weniger an Schwefel (S); 0,03 Gew.% bis 0,07 Gew.% an Sauerstoff (O); und verbleibendes Eisen (Fe) als auch unvermeidliche Verunreinigungen.
  • Im Folgenden werden Gründe für die Grenzen der obigen Zusammensetzungen im Detail beschrieben. Die Bestandteile sind dabei in Gewichtsprozent angegeben.
  • C: 0,01-0,06%
  • Kohlenstoff (C) ist ein Element, das dazu beiträgt, die Festigkeit und Härtbarkeit eines geschweißten Materials sicherzustellen. Zu diesem Zweck kann die Menge an C 0,01% oder mehr betragen. Wenn der Gehalt desselben jedoch 0,06% übersteigt, kann die Schlagzähigkeit einer Schweißverbindung aufgrund von Niedertemperatur-Rissen, die in der Schweißzone während eines Schweißvorgangs entstehen, stark herabgesetzt sein. Daher kann der C-Gehalt nach oben auf 0,06% begrenzt sein.
  • Si: 0,1-0,5%
  • Silizium (Si) ist ein Element, das zur Erzielung eines desoxidierenden Effekts enthalten ist. Beträgt der Gehalt von Si weniger als 0,1%, kann der desoxidierende Effekt im Schweißmetall ungenügend sein und die Fluidität des Schweißmetalls kann herabgesetzt sein. Wenn der Gehalt 0,5% übersteigt, kann die Umwandlung von Martensit-Austenit (M-A) Bestandteilen im Schweißmetall gefördert werden, was zu einer Herabsetzung der Niedertemperatur-Schlagzähigkeit führt und sich nachteilig auf die Schweißrissanfälligkeit auswirkt. Daher kann der Gehalt von Si auf einen Bereich von 0,1-0,5% beschränkt sein.
  • Mn: 1,5-3,0%
  • Mangan (Mn) ist ein essentielles Element zur Verbesserung der Desoxidierung und der Festigkeit, und kann als MnS an TiO-Oxiden ausgefällt werden, um die Bildung von nadelförmigem Ferrit zu fördern, was vorteilhaft für die Verbesserung der Festigkeit durch Ti-haltige Oxide ist. Außerdem kann Mn die Festigkeit und Zähigkeit sicherstellen, indem es einen substitutionale feste Lösung in einer Matrix-Struktur ausbildet und die feste Lösung die Matrix festigt, und daher kann Mn zu 1,5% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt jedoch 3,0% übersteigt, kann die Zähigkeit aufgrund der Ausbildung einer Niedertemperatur-Übergangsstruktur sinken. Daher kann der Mn-Gehalt nach oben auf 3,0% beschränkt sein.
  • Ni: 2,5-3,5%
  • Nickel (Ni) ist ein essentielles Element zur Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit einer Matrix durch Mischkristallverfestigung. Daher kann Ni in einer Menge von 2,5% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt jedoch 3,5% übersteigt und übermäßig wird, kann die Härtbarkeit stark erhöht werden und es können Hochtemperatur-Risse hervorgerufen werden. Daher kann der Gehalt von Ni auf einen Bereich von 2,5%-3,5% begrenzt sein.
  • Mo: 0,5-1,0%
  • Molybdän (Mo) ist ein Element, das die Festigkeit einer Matrix verbessert. Daher kann Mo in einer Menge von 0,5% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt jedoch 1,0% übersteigt, kann der hervorgerufene Effekt gesättigt werden und die Schweiß-Härtbarkeit kann stark erhöht werden, womit eine martensitische Umwandlung gefördert wird. Dadurch können Niedertemperatur-Risse erzeugt werden und die Zähigkeit abnehmen. Daher kann der Gehalt von Mo auf einen Bereich von 0,5% bis 1,0% begrenzt sein.
  • Cu: 0,4-1,0%
  • Kupfer (Cu) ist ein Element, das zur Sicherstellung der Festigkeit und Zähigkeit mittels Mischkristallbildung beiträgt, indem es in eine Matrix eingebaut wird. Daher kann Cu in einer Menge von 0,4% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt jedoch 1,0% übersteigt, kann die Härtbarkeit erhöht werden und die Zähigkeit in einer Schweißverbindung abnehmen. Daher kann der Gehalt von Cu auf einen Bereich von 0,4% bis 1,0% begrenzt sein.
  • Weiterhin kann im Falle einer komplexen Beigabe (engl. complex addition) von Cu und Ni die Gesamtmenge der beiden Inhaltsstoffe auf 3,5% oder weniger begrenzt sein. Das rührt daher, dass, wenn die Menge der beiden Elemente 3,5% übersteigt, die Härtbarkeit stark ansteigen und sich negativ auf die Zähigkeit und Schweißbarkeit auswirken kann.
  • Cr: 0,4-1,0%
  • Chrom (Cr) ist ein essentielles Element zur Verbesserung der Festigkeit und Härtbarkeit, indem es mittels Mischkristallbildung in eine Matrix eingebaut wird. Zu diesem Zweck kann Cr in einer Menge von 0,4% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt aber 1,0% übersteigt, kann die Härtbarkeit erhöht und die Zähigkeit in einer Schweißverbindung herabgesetzt werden. Daher kann der Gehalt von Cr auf einen Bereich von 0,4% bis 1,0% begrenzt sein.
  • Ti: 0,01-0,1%
  • Titan (Ti) bildet feine Ti-Oxide aus, indem es sich mit Sauerstoff (O) verbindet und ist ein Element, dass die Festigkeit und Zähigkeit verbessert, indem es die Bildung von nadelförmigem Ferrit fördert, indem es feine TiN-Ausscheidungen bildet. Aus diesem Grund kann Ti in einer Menge von 0,01% oder mehr enthalten sein, um den Effekt des Ausscheidens von TiO Oxiden und TiN Komplexen zu erreichen. Wenn der Gehalt jedoch zu hoch ist, können sich grobe Ti-Oxide und grobe TiN Ausscheidungen bilden und die Zähigkeit sinken. Daher kann der Ti-Gehalt nach oben auf 0,1% begrenzt sein.
  • B: 0,003-0,007%
  • Bor (B) ist ein Element, das die Härtbarkeit verbessert, und das die Transformation von Korngrenzenferrit hemmt, indem es auf Korngrenzen segregiert. Das heißt, neben der Sicherung der Härtbarkeit zur Verbesserung der Festigkeit einer Schweißverbindung hemmt gelöstes B die Transformation von Korngrenzenferrit, indem es zu niedrigerer Korngrenzenergie in Korngrenzen diffundiert, und fördert die Umwandlung zu nadelförmigem Ferrit. Daher kann B in einer Menge von 0,003% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt jedoch 0,007% übersteigt, kann der hervorgerufene Effekt sättigen, die Schweißhärtbarkeit stark erhöht werden, und eine Niedertemperatur-Übergangsphase begünstigt werden, wodurch das Auftreten von Niedertemperatur-Rissen und ein Absinken der Zähigkeit hervorgerufen werden. Daher kann der Gehalt von B auf einen Bereich von 0,003% bis 0,007% begrenzt sein.
  • N: 0,001-0,006%
  • Stickstoff (N) ist ein essentielles Element zur Bildung von TiN- und VN-Ausscheidungen, wobei eine Erhöhung der Menge von Ni zu einer Erhöhung der Menge von feinen TiN- und VN-Ausscheidungen führt. Genauer gesagt, da N merkliche Auswirkungen auf die Größe der TiN-Ausscheidungen, den Abstand zwischen Ausscheidungen, die Verteilung von Ausscheidungen, die Häufigkeit von Mischausscheidungen mit Oxiden, die Hochtemperatur-Selbststabilität von Ausscheidungen und Ähnliches hat, kann der Gehalt von N auf einen Wert von 0,001% oder höher gesetzt werden. Wenn der Gehalt jedoch 0,006% übersteigt, kann dessen Einfluss gesättigt werden und die Menge an N in Mischkristallen im Schweißmetall steigt, woraus eine Abnahme der Zähigkeit resultiert. Daher kann der Gehalt von N auf einen Bereich von 0,001% bis 0,006% begrenzt sein.
  • P: 0,02% oder weniger (nicht 0)
  • Phosphor (P) ist ein verunreinigendes Element, das Hochtemperatur-Risse hervorruft, und dessen Gehalt sollte möglichst niedrig gehalten werden. Daher kann der Gehalt von P nach oben auf 0,02% begrenzt sein.
  • S: 0,01% oder weniger (nicht 0)
  • Schwefel (S) wirkt als ein Element, das MnS-Verbindungs-Oxide durch Bindung mit Mn ausfällt. Wenn dessen Gehalt jedoch 0,01% übersteigt, könnenHochtemperatur-Risse hervorgerufen werden, indem es Verbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt wie FeS oder Ähnliche bildet. Daher kann der Gehalt von S auf 0,01% oder weniger begrenzt sein.
  • O: 0,03%-0,07%
  • Sauerstoff (O) ist ein Element, das Ti-Oxide bildet indem es mit Ti während der Aushärtung der Schweißverbindung reagiert, in der Ti-Oxide die nadelförmige Ferrit-Umwandlung in einer Schweißverbindung begünstigen. Ist der Gehalt von O kleiner als 0,03%, können die Ti-Oxide nicht adäquat in einer Schweißverbindung verteilt werden. Übersteigt der O-Gehalt andererseits 0,07%, werden grobe Ti-Oxide und andere Oxide wie FeO oder Ähnliche gebildet und die Schlagzähigkeit der Schweißverbindung wird beeinträchtigt.
  • Zusätzlich zu den oben genannten Inhaltsstoffen kann eine Schweißverbindung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weiterhin eines oder zwei oder mehr aus einer Gruppe umfassen, die aus Nb, V, W und Zr besteht, und eines oder zwei ausgewählt aus Calcium und seltenen Erdmetallen.
  • Nb: 0,001-0,1%
  • Niob (Nb) ist enthalten, um die Härtbarkeit zu verbessern und ist ein nützliches Element um Bainitstrukturen zu erhalten, was den Effekt hat, einen Bildungsbereich von Bainit sogar in einem Bereich zu vergrößern, in dem die Kühlrate niedrig ist, und hat wieder den Effekt, die Ar3 Temperatur zu senken. Neben diesem Effekt, und um eine verbesserte Festigkeit zu erhalten, kann Nb in einer Menge von 0,001% oder mehr enthalten sein. Übersteigt der Gehalt jedoch 0,1%, kann sich Nb nachteilig auf die Zähigkeit einer Schweißverbindung auswirken, indem die Bildung einer Martensit-Austenit (M-A) Struktur in der Schweißverbindung während eines Schweißvorgangs gefördert wird.
  • V: 0,001-0,1%
  • Vanadium (V) ist ein Element, das eine Ferritumwandlung fördert, indem durch Verbindung mit N die Bildung von VN-Ausscheidungen geschieht. Aus diesem Grund kann V in einer Menge von 0,001% oder mehr enthalten sein. Übersteigt der Gehalt jedoch 0,1%, kann sich V negativ auf die Zähigkeit einer Schweißverbindung auswirken, indem es eine harte Phase wie ein Carbid in einer Schweißverbindung bildet.
  • W: 0,05-0,50%
  • Wolfram (W) ist ein nützliches Element zur Ausscheidungshärtung und der Verbesserung der Hochtemperatur-Festigkeit. Ist der Gehalt niedriger als 0,05%, kann der Effekt der Festigkeitsverbesserung unbedeutend sein. Ist der Gehalt andererseits höher als 0,50%, kann sich W negativ auf die Schlagzähigkeit einer hochfesten Schweißverbindung auswirken.
  • Zr: 0,005-0,5%
  • Zirconium (Zr) bildet feine Zr-Verbindungs-Oxide aus, indem es mit Sauerstoff (O) bindet. Um so einen fein-Zr-Komplex-Oxide-Verteilungseffekt zu erreichen, kann Zr in einer Menge von 0,005% oder mehr enthalten sein. Übersteigt der Gehalt aber 0,5%, kann sich Zr negativ auf die Schlagzähigkeit auswirken, indem es grobe Zr-Verbindungs-Oxide und grobe ZrN-Ausscheidungen bildet.
  • Ca und REM: jeweils 0,0005-0,005% und 0,005-0,05%
  • Calcium (Ca) und ein seltenes Erdmetall (REM) können einen Lichtbogen während eines Schweißvorgangs stabilisieren, und können die Bildung von Oxiden in einer Schweißverbindung unterdrücken. Außerdem sind Ca und REM effektive Elemente zur Verbesserung der Zähigkeit einer Schweißverbindung, indem sie das Wachstum von AustenitKörnern bei einem Kühlungsprozess hemmen, um Korngrenzenferrit-Transformation zu begünstigen. Daher kann Ca in einer Menge von 0,0005% oder mehr enthalten sein, und REM kann in einer Menge von 0,005% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt von Ca jedoch 0,005% übersteigt, und der Gehalt von REM 0,05% übersteigt, kann die Zähigkeit durch die Bildung grobkörniger Oxide beeinträchtigt werden. Hierbei kann REM ein, oder zwei, oder mehrere Elemente aus der Gruppe mit Ce, La, Y, Hf, und Ähnlichen sein, und jegliches Element kann genutzt werden, um den beschriebenen Effekt zu erzielen.
  • Die Restmenge ist aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen gebildet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Mikrostruktur einer nach Fülldraht-Lichtbogenschweißen (FCAW) gebildeten Schweißverbindung eine Mischstruktur aufweisen, die 40% oder mehr an nadelförmigem Ferrit und 40-50% an Bainit und Martensit in Flächenanteilen enthält.
  • In dem Fall, in dem der Strukturanteil von Martensit oder Bainit mit hoher Festigkeit in der durch FCAW gebildeten Mikrostruktur wächst, kann Festigkeit leicht erreicht werden, aber die Schlagzähigkeit kann kein zufriedenstellendes Maß erreichen. Andererseits kann in einem Fall, in dem der Strukturanteil von nadelförmigem Ferrit, das eine exzellente Zähigkeit aufweist, wächst, eine exzellente Zähigkeit in einer Schweißverbindung erzielt werden, aber deren Festigkeit kann nicht das angestrebte äußerst hohe Niveau erreichen. Daher kann die Schweißverbindungstruktur eine Struktur sein, die 40% oder mehr nadelförmiges Ferrit und 40-50% Bainit und Martensid enthält, um eine exzellente Festigkeit wie auch Zähigkeit sicherzustellen.
  • Weiter kann, um die gemischte Struktur einer Schweißverbindung wie oben beschrieben zu erhalten, eine Zusammensetzung gestaltet werden, so dass eine Schweißverbindung, die aus einem Basismetall und einem Füllmetall, das unter normalen Schweißbedingungen gebildet wird, einen Kohlenstoff-Äquivalentwert (Ceq) in einem Bereich von 0,73-0,85% einhält, wie in untenstehender Gleichung 1 definiert: Ceg = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14
    Figure DE112013006287B4_0002
  • Wenn der Ceq-Wert in einem Bereich von 0,73%-0,85% liegen kann, wie in Gleichung 1 oben gezeigt, kann ein Gleichgewicht zwischen Schlagzähigkeit und Höchstfestigkeit in einer Schweißverbindung erzielt werden, und die Struktur der Schweißverbindung kann hier als eine gemischte Struktur gebildet werden, wie oben beschrieben. Ist der Ceq-Wert niedriger als 0,73%, kann die Schlagzähigkeit exzellent sein, aber eine Höchstfestigkeit kann nicht erreicht werden. Wenn der Ceq-Wert über 0,85% liegt, kann die Höchstfestigkeit gesichert sein, aber die Schlagzähigkeit kann verschlechtert werden.
  • Um darüber hinaus das Auftreten von Rissen in einer Schweißverbindung zu vermeiden, die durch FCAW gebildet wird, kann ein relativ niedriger Grad an Schweißrissanfälligkeit durch Schweißwärme aufrechterhalten werden. Daher kann ein Index der Schweißrissanfälligkeit Pcm, der in untenstehender Gleichung 2 gegeben ist, die Bedingung 0,35% oder weniger erfüllen. Pcm = C + S i / 30 + ( Mn + Cu+Cr ) / 20 + Ni / 60 + Mo / 15 + V / 10 + 5 B
    Figure DE112013006287B4_0003
  • Wenn der Pcm-Wert der Schweißrissanfälligkeit der Schweißverbindung über 0,35% steigt, ist das Auftreten von Rissen in einer geschweißten Naht wahrscheinlich. Daher kann der Gehalt von C, Si, Mn und Ähnlichen kontrolliert und auf einem relativ niedrigen Wert gehalten werden.
  • Wenn wie oben beschrieben die Ceq- und Pcm-Werte einer Schweißverbindung bezüglich einer Bestandteilzusammensetzung und deren Mikrostruktur im vorgeschlagenen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eingehalten werden, kann die Schweißverbindung eine exzellente Schlagzähigkeit aufweisen, mit einer absorbierten Einwirkungsenergie (vE) von 80J oder mehr bei einer Temperatur von -5°C.
  • Im Folgenden wird ein Lichtbogenschweiß-Fülldraht gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben, der die Bildung einer Schweißverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
  • Die Erfinder haben entdeckt, dass diffusibler Wasserstoff leicht von einem Schweißdraht abgegeben werden kann, wenn die Lichtbogenlänge angepasst wird, indem der Zustand eines Schweißdrahts wie im Folgenden kontrolliert wird, und die vorliegende Erfindung wurde anhand dieser Entdeckung gemacht.
  • [1] Der Wasserstoff-Partialdruck in einem Lichtbogen kann durch vom Lichtbogen hervorgerufene Zersetzung reduziert werden, indem ein Carbonat zugegeben wird und der Kohlenstoffgehalt (C) eines Schweißdrahts kontrolliert wird.
  • [2] Wasserstoff kann in einem Schweißdraht durch Beigabe von Alkali- und Erdalkali-Fluoriden und die Reaktion von daraus stammendem Fluorid mit Wasserstoff in einem Hochtemperatur-Lichtbogen effektiv reduziert werden.
  • Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein hochfester Lichtbogenschweiß-Fülldraht bereitgestellt, der in Gewichtsprozent, gemessen am Gesamtgewicht des Drahts, enthält: 0,03% bis 0,12% an Kohlenstoff (C); 0,3% bis 1,4% an Silizium (Si); 1,5% bis 3,5% an Mangan (Mn); 2,5% bis 3,5% an Nickel (Ni); 0,3% bis 1,0% an Molybdän (Mo); 0,3% bis 1,0% an Chrom (Cr); 0,4% bis 1,0% an Kupfer (Cu); 0,001% bis 0,020% an Bor (B); 0,02 bis 1,5% an Titan (Ti) + Magnesium (Mg); verbleibendes Eisen (Fe) sowie unvermeidliche Verunreinigungen; und 4,5% bis 9,0% an Titandioxid (TiO2) ; 0,2% bis 2,0% an Siliziumdioxid (SiO2) ; 0,1% bis 1,0% an Calciumcarbonat (CaCO3); 0,10% bis 1,5% von einem oder zwei oder mehr von K, Na, Li-basierten Alkalimetalloxiden; und Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-basierte Fluoride mit einem Fluorgehalt von 0,025 bis 0,5%.
  • Im Folgenden werden Gründe für das Beschränken der oben genannten Zusammensetzungen eines Schweißdrahts im Detail erklärt.
  • C: 0,03-0,12%
  • Kohlenstoff (C) ist ein essentielles Element zur Sicherung der Festigkeit in einer Schweißverbindung und einer Schweiß-Härtbarkeit. Zu diesem Zweck kann C in einer Menge von 0,03% oder mehr enthalten sein. In dem Fall jedoch, dass der Gehalt 0,12% übersteigt, kann die Schweißbarkeit der Schweißverbindung stark herabgesetzt sein, und Niedertemperatur-Risse können während des Schweißens in der Schweißverbindung auftreten.
  • Si: 0,3-1,4%
  • Silizium (Si) ist ein Element, das zur Erzielung eines desoxidierenden Effekts enthalten ist. In dem Fall, dass der Gehalt von Si weniger als 0,3% beträgt, kann der desoxidierende Effekt im Schweißmetall ungenügend sein, und die Fluidität des Schweißmetalls kann herabgesetzt sein. Wenn der Gehalt weiterhin 1,4% übersteigt, kann die Umwandlung von Martensit-Austenit (M-A) Bestandteilen im Schweißmetall gefördert werden, was zu einer Herabsetzung der Niedertemperatur-Schlagzähigkeit führt und sich nachteilig auf die Schweißrissanfälligkeit auswirkt.
  • Mn: 1,5-3,5%
  • Mangan (Mn) ist ein nützliches Element zur Verbesserung der Desoxidierung und der Festigkeit in Stahl, und zur Sicherung der Festigkeit und Zähigkeit, indem es eine substitutionale feste Lösung in einer Matrix-Struktur bildet um die Matrix zu festigen. Daher daher kann Mn zu 1,5% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt jedoch 3,5% übersteigt, kann die Schlagzähigkeit einer Schweißverbindung aufgrund einer Erhöhung der Härtbarkeit in der Schweißverbindung herabgesetzt sein.
  • Ni: 2,5-3,5%
  • Nickel (Ni) ist ein effektives Element zur Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit einer Matrix durch Mischkristallverfestigung. Daher ist Ni in einer Menge von 2,5% oder mehr enthalten. Wenn der Gehalt jedoch 3,5% übersteigt, kann die Härtbarkeit des Stahls stark erhöht werden und es können Hochtemperatur-Risse in einer Schweißverbindung hervorgerufen werden.
  • Mo: 0,3-1,0%
  • Molybdän (Mo) ist ein effektives Element zur Verbesserung der Festigkeit und Erhöhung der Härtbarkeit. Daher ist Mo in einer Menge von 0,3% oder mehr enthalten. Wenn der Gehalt weniger als 0,3% beträgt, kann der oben beschriebene Effekt nicht erzielt werden. Wenn der Gehalt 1,0% übersteigt, kann die Zähigkeit eines hochfesten Schweißmetalls beeinträchtigt werden.
  • Cr: 0,3-1,0%
  • Chrom (Cr) ist ein effektives Element zur Verbesserung der Festigkeit und Härtbarkeit. Wenn der Gehalt weniger als 0,3% beträgt, kann der oben beschriebene Effekt nicht erzielt werden. Wenn der Gehalt 1,0% übersteigt, kann die Zähigkeit in einer Schweißverbindung herabgesetzt werden.
  • Cu: 0,4-1,0%
  • Kupfer (Cu) ist ein Element zur Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit durch Mischkristallverfestigung, indem es eine feste Lösung in einer Matrix bildet, und der Effekt kann nicht erzielt werden, wenn der Gehalt von Kupfer weniger als 0,4% beträgt. Wenn der Gehalt 1,0% übersteigt, kann die Härtbarkeit in einer Schweißverbindung erhöht werden, was die Zähigkeit verringert, und Hochtemperatur-Risse können in einer Schweißverbindung verstärkt auftreten.
  • B: 0,001-0,020%
  • Bor (B) ist ein Element, das die Härtbarkeit verbessert und ist sehr nützlich, um die Transformation von Korngrenzenferrit zu hemmen, indem es auf Korngrenzen segregiert. Daher kann B in einer Menge von 0,001% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt jedoch 0,020% übersteigt, kann der Effekt sättigen und die Schweiß-Härtbarkeit stark erhöht werden, was die Martensit-Umwandlung in einer Schweißverbindung fördert und Niedertemperatur-Risse und einen Abfall der Zähigkeit verursacht.
  • Ti+Mg: 0,02-1,5%
  • Titan (Ti) ist ein Element, das feine Ti-Oxide durch Verbindung mit Sauerstoff (O), sowie feine TiN-Ausscheidungen bilden kann, und Magnesium (Mg) ist ein Element, das Mg-Oxide durch Verbindung mit Sauerstoff (O) bilden kann.
  • Um Effekte zu erreichen, die aus der Bildung feiner Ti-Oxide und TiN-Ausscheidungen, sowie Mg-Oxiden in einer Schweißverbindung herrühren, kann der Zusatz des Gehalts von Ti und Mg in einer Menge von 0,02% oder mehr erfolgen. Wenn der Gehalt aber 1,5% übersteigt, können grobe Oxide und grobe Ausscheidungen gebildet werden, was die Sicherung der Zähigkeit in einer Schweißverbindung beeinträchtigt.
  • Genauer gesagt kann der zuvor erwähnte Effekt ausreichend erzielt werden, wenn der Gehalt von Ti und Mg in Mengen enthalten ist, die jeweils Bereiche zwischen 0,01-0,3% und 0,01-1,2% einhalten.
  • TiO2: 4,5-9,0%
  • Titandioxid (TiO2) kann als Schlackenbildner (schlackenbildender Wirkstoff) fungieren, und in dem Fall in dem der Gehalt von TiO2 unter 4,5% ist, kann die Schlackenmenge zum Unterbinden eines Zerfließens von geschmolzenem Metall bei einem aufwärts gerichteten, vertikalen Schweißvorgang ungenügend sein, was zu mangelhafter Schweißwulstbildung führt. Wenn der Gehalt 9,0% übersteigt, kann der Sauerstoffgehalt in einer Schweißverbindung übermäßig werden, was Hochtemperaturrisse in einer Wurzellage während einseitigem Schweißen induziert, und kann zu einer Herabsetzung der Schlagzähigkeit führen.
  • Eines oder zwei von SiO2 und ZrO2 0,2-2,0%
  • Siliziumdioxid (SiO2) und Zirconiumdioxid (ZrO2) sind effektive Elemente zur Bewahrung der Lichtbogenstabilität und des Fließvermögens der Schlacke, und wenn die Mengen von SiO2 und ZrO2 weniger als 0,2% betragen, kann das Fließvermögen der Schlacke unstabil werden, was zu mangelhafter Schweißwulstbildung führt. Wenn die Mengen weiterhin 2,0% übersteigen, kann das Fließvermögen der Schlacke sichergestellt sein, aber die Schweißbarkeit und die Wulstbildung können aufgrund einer Zunahme der Spritzerbildung mangelhaft sein.
  • CaCO3: 0,1-1,0%
  • Calciumcarbonat (CaCO3) ist wirksam darin, diffusiblen Wasserstoff in einer Schweißverbindung durch effektive Reduzierung des Wasserstoff-Partialdrucks in einem Lichtbogen zu reduzieren. Aus diesem Grund kann der Gehalt an CaCO3 in einer Menge von 0,1% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt 1,0% übersteigt, können Probleme wie Lichtbogeninstabilität und ein übermäßiger Anstieg von Schweißrauchen aufgrund von übermäßiger Zersetzung von CaCO3 auftreten.
  • Anderseits können gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung andere Karbonate neben CaCO3 enthalten sein.
  • Eines oder mehr von K, Na, Li-basierten Alkalimetalloxiden: 0,10-1,5%
  • Kalium (K), Natrium (Na), und Lithium (Li)-basierte Alkalimetalloxide können eine einfache Lichtbogenbildung ermöglichen, indem das Ionisationspotential eines Lichtbogens während des Schweißens gesenkt wird, und sie können eine Rolle bei der Erhaltung der Lichtbogenstabilität während des Schweißens spielen. Daher können eines oder zwei oder mehrere von K-, Na- und Li-basierten Alkalimetalloxiden in einer Menge von 0,10% oder mehr enthalten sein. Wenn deren Gehalt beispielsweise 1,5% übersteigt, kann eine übermäßige Menge an Schweißrauchen durch hohen Dampfdruck entstehen, und die Schlackenviskosität eines Schmelzbades kann übermäßig reduziert sein, was zu einer instabilen Wulstbildung führt.
  • Menge des F-Gehalts von Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-basiertem Fluorid: 0,025-0,5%
  • Eine Fluor-Verbindung kann effektiv diffusiblen Wasserstoff in einer Schweißverbindung reduzieren, da die Verbindung die Bildung von Fluor in einem Hochtemperatur-Lichtbogen während des Schweißens und einen Dehydrierungseffekt durch Reaktion mit Wasserstoff bewirken kann. Daher kann der F-Gehalt einer Fluoridverbindung in einer Menge von 0,025% oder mehr enthalten sein. Wenn der Gehalt jedoch 0,5% übersteigt, kann durch hohen Dampfdruck eine übermäßige Menge an Schweißrauchen entstehen, was zu einer instabilen Wulstbildung aufgrund übermäßiger Reduzierung der Schlackenviskosität führt.
  • In der vorliegenden Erfindung können eines oder zwei oder mehrere von Calciumfluorid (CaF2), Bariumfluorid (BaF2) und Magnesiumfluorid (MgF2) als Fluoridverbindungen verwendet werden.
  • Das in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Lichtbogenschweiß-Material kann verbleibendes Eisen (Fe) sowie unvermeidliche Verunreinigungen über die beschriebenen Legierungszusammensetzungen hinaus enthalten. Durch Einhalten der beschriebenen Legierungszusammensetzungen kann die grundsätzlich benötigte Schweißbarkeit in Schweißmaterialen ebenso wie das Bereitstellen einer Schweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit und Verschleißresistenz sichergestellt werden. Außerdem kann Rohrschweißen an Industriestandorten einfach ausgeführt werden, da Schweißen in jeder Position möglich sein kann.
  • Eine Schweißverbindung, die gebildet wird, indem ein Schweißvorgang ausgeführt wird, bei dem ein hochfester Lichtbogenschweiß-Fülldraht verwendet wird, der die beschriebenen Bestandteilszusammensetzungen einhält, kann eine Mikrostruktur mit einer Mischstruktur aufweisen, die 40% oder mehr an nadelförmigem Ferrit und 40-50% an Bainit und Martensit enthält, so dass eine Höchstfestigkeit mit einer Zugfestigkeit von 900MPa oder mehr und eine Schlagzähigkeit von 75J bei -20°C erhalten werden kann. Außerdem kann der Gehalt an diffusiblem Wasserstoff effektiv gesenkt werden, mit einem Gehalt an diffusiblem Wasserstoff von 6-9ml/100g.
  • Der in der vorliegenden Erfindung bereitgestellte Lichtbogenschweiß-Fülldraht ist gebildet aus einem Ring aus Flussstahl (engl. mild steel) als Außenmantel und Flussmittel als Füllung, mit dem das Innere des Drahts gefüllt ist. Das Flussmittel ist aus verschiedenen Arten von metallischem Pulver zur Sicherstellung von Materialeigenschaften von Schweißmetall und anorganischen Substanzen und metallischem Pulver zur Sicherstellung der Schweißbarkeit gebildet. Im Allgemeinen beträgt das Massenverhältnis von Flussmittel zu Gesamtgewicht eines Lichtbogenschweiß-Fülldrahts 13-25%.
  • Die vorliegende Erfindung kann verwendet werden um den Grad der Schweißbarkeit eines herkömmlichen titanhaltigen Fülldrahts zu verbessern, indem Menge und Art des metallischen Pulvers zur Sicherstellung der Materialeigenschaften des im Flussmittel befindlichen Metalls angepasst werden, und indem die Typen und Inhaltsstoffe der verschiedenen Arten von metallischem Pulver (TiO2, SiO2, K2O, Na2O, Zr2O, CaCO3, CaF2, Ti+Mg) und anorganischer Substanzen zur Sicherstellung der Schweißbarkeit angepasst werden, so dass eine gute Wulstbildungsform von abgelagertem Metall mit sehr geringer Spritzerbildungsrate während des Schweißens sichergestellt wird, zusätzlich dazu, das eine Schweißverbindung mit einer exzellenten mechanischen Eigenschaft erhalten wird.
  • [Beschreibung der Ausführungsbeispiele]
  • Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auch in vielen anderen Formen verwirklicht werden und sollte nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt verstanden werden. Diese Ausführungsbeispiele sind vielmehr dazu vorgesehen, die Offenbarung ausführlich und komplett zu gestalten, und einem Fachmann den Umfang der Erfindung vollständig zu vermitteln.
  • [Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung]
  • An einem Baustahl HSA800 mit 0,05 Gew.% an C, 0,13 Gew.% an Si, 2,5 Gew.% an Mn, 0,008 Gew.% an P, 0,002 Gew.% an S und weiter Ni, Cr, Cu, Nb, Ti und B wurde Lichtbogen-Fülldrahtschweißen (FCAW) mit einer Wärmeeinbringung von 20 kJ/mm unter 100% CO2 Schutzgas und Verwendung eines Drahts mit einem Durchmesser von 1,6 mm durchgeführt. FCAW wurde unter den Bedingungen eines elektrischen Stroms von 270 A, einer Spannung von 28V, einer Schweißgeschwindigkeit von 23cm/min und einer Verbundzwischenschicht-Temperatur von 150°C oder niedriger durchgeführt.
  • Die Zusammensetzungen einer durch Lichtbogen-Fülldrahtschweißen gebildeten Schweißverbindung und die so erzielten Resultate sind in Tabelle 1 gezeigt. Die Schweißbedingen für den Schweißvorgang, die mikrostrukturellen Zusammensetzungen einer Schweißverbindung nach dem Schweißvorgang, und die mechanischen Eigenschaften wurden gemessen und sind in Tabelle 2 gezeigt. Unter den mechanischen Eigenschaften wurde die Schlagzähigkeit mittels Kerbschlagbiegeversuch (Schlagversuch nach Charpy, CVN) unter Verwendung des KS-Standards (KS B 0809) ermittelt, um die absorbierte Einwirkungsenergie (vE) der Schweißverbindung auszuwerten. [Tabelle 1]
    Kategorie Zusammensetzung (Gew.%)
    C Si Mn P S Ni Mo Cu Cr Ti B Nb V Ca REM O (pp m) Ceq Pcm
    Erf.-gem. Beispiel 1 0,0 4 0,4 5 2,4 0 0,0 15 0,0 03 3, 1 0,6 5 0,5 5 0, 6 0,0 3 0,0 030 - - - - 480 0,8 2 0,3 4
    Erf.-gem. Beispiel 2 0,0 3 0,3 5 2,6 0 0,0 12 0,0 04 2,9 0,6 0 0,5 0 0,5 0,0 4 0,0 031 - - - - 510 0,8 0 0,3 3
    Erf.-gem. Beispiel 3 0,0 6 0,2 5 2,2 0 0,0 11 0,0 03 3,0 0,5 5 0,4 8 0,5 5 0,0 35 0,0 037 - - - - 490 0,7 6 0,3 4
    Erf.-gem. Beispiel 4 0,0 6 0,3 2 2,0 0 0,0 08 0,0 05 2,6 0,7 2 0,4 2 0, 6 0,0 4 0,0 040 - - - - 480 0,7 7 0,3 3
    Erf.-gem. Beispiel 5 0,0 5 0,4 2 2,2 0 0,0 09 0,0 04 2,8 0, 6 0 0,4 5 0,7 0,0 4 0,0 035 - - - - 470 0,7 9 0,3 4
    Erf.-gem. Beispiel 6 0,0 4 0,5 0 2,4 0 0,0 10 0,0 02 3,0 0,6 2 0,4 8 0,5 0,0 4 0,0 046 - - - - 500 0,7 9 0,3 4
    Erf.-gem. Beispiel 7 0,0 2 0,5 0 2,6 0 0,0 11 0,0 05 3,4 0, 6 8 0,4 0 0, 6 0,0 3 0,0 034 0,0 1 - - - 450 0,8 5 0,3 4
    Erf.-gem. Beispiel 8 0,0 3 0,3 5 2,4 0 0,0 12 0,0 04 2,7 0,6 7 0,4 0 0,5 0,0 5 0,0 035 - 0,0 1 - - 460 0,7 8 0,3 1
    Erf.-gem. Beispiel 9 0,0 2 0,4 5 2,5 0 0,0 10 0,0 05 2,9 0,5 0 0,4 6 0,4 0,0 7 0,0 060 - - 0,0 01 - 470 0,7 3 0,3 1
    Erf.-gem. Beispiel 10 0,0 4 0,2 0 1,9 0 0,0 09 0,0 03 3,5 0, 6 0,4 8 0,7 0,0 6 0,0 040 - - - 0,0 01 490 0,7 4 0,3 2
    Vergleichsbeispiel 1 0,0 7 0,5 0 1,5 5 0,0 11 0,0 06 2,6 0,4 0,1 1 0,2 0,0 1 - - - - - 530 0,5 5 0,2 5
    Vergleichsbeispiel 2 0,0 5 0,3 0 1,9 3 0,0 11 0,0 04 1,7 0,2 0,2 5 0, 6 0,0 3 0,0 030 0,0 01 - - - 490 0, 6 0 0,2 6
    Vergleichsbeispiel 3 0,0 6 0,6 0 2,5 0 0,0 10 0,0 07 2,6 0,2 0,3 4 0,5 0,0 4 0,0 040 - 0,0 1 - - 520 0,7 2 0,3 2
    Vergleichsbeispiel 4 0,0 8 0,9 0 2,0 0 0,0 08 0,0 04 2,7 0,5 0,3 0 0,3 0,0 6 0,0 050 - - - - 550 0,7 0 0,3 4
    Vergleichsbeispiel 5 0,0 9 0,5 0 2,5 0 0,0 12 0,0 05 2,5 0,6 0,5 0, 6 0,0 4 0,0 030 - - - - 490 0,8 6 0,3 8
    Vergleichsbeispiel 6 0,0 4 0, 6 0 2,5 0 0,0 11 0,0 07 3,4 0,8 0,7 0,8 0,0 3 0,0 035 0,0 12 - - - 500 0,9 3 0,3 9
    Vergleichsbeispiel 7 0,0 9 0,8 0 2,7 0 0,0 14 0,0 08 3,0 0,7 0,4 0,9 0,0 5 0,0 055 - 0,0 1 - - 550 1,0 0 0,4 4
    Vergleichs- 0,0 0,4 2,3 0,0 0,0 2,9 0,9 0,4 0,7 0,0 0,0 - - - 0,0 480 0,9 0,3
    beispiel 8 7 0 0 11 06 4 032 13 2 9
    Vergleichsbeispiel 9 0,0 3 0,3 7 1,5 0 0,0 15 0,0 10 2,4 0,9 0,2 0,3 0,0 5 0,0 045 - - - - 490 0, 6 4 0,2 6
    Vergleichsbeispiel 10 0,0 5 0,6 5 3,0 0 0,0 09 0,0 04 2,3 0,6 0,5 0,8 0,0 4 0,0 068 - - 0,0 1 - 510 0,9 4 0,4 0
    [Tabelle 2]
    Kategorie Schweißbedingungen Mikrostruktur-Anteil in der Schweißverbindung (%) Mechanische Eigenschaften der Schweißverbindung
    Schweißtyp Wärmeeinbrin gung (kJ/cm) nadelförmige s Ferrit Bainit + Martensit Zugfestigkeit (MPa) vE-5°C (J)
    Erf.-gem. Beispiel 1 FCAW 20 53 47 943 108
    Erf.-gem. Beispiel 2 FCAW 20 55 45 955 109
    Erf.-gem. Beispiel 3 FCAW 20 57 43 944 92
    Erf.-gem. Beispiel 4 FCAW 20 55 45 933 104
    Erf.-gem. Beispiel 5 FCAW 20 50 50 941 96
    Erf.-gem. Beispiel 6 FCAW 20 54 46 935 100
    Erf.-gem. Beispiel 7 FCAW 20 59 41 955 95
    Erf.-gem. Beispiel 8 FCAW 20 57 43 943 89
    Erf.-gem. Beispiel 9 FCAW 20 54 46 952 105
    Erf.-gem. Beispiel 10 FCAW 20 65 35 937 102
    Vergleichsbeispiel 1 FCAW 20 36 43 857 24
    Vergleichsbeispiel 2 FCAW 20 32 45 844 28
    Vergleichsbeispiel 3 FCAW 20 34 36 751 32
    Vergleichsbeispiel 4 FCAW 20 35 26 823 24
    Vergleichsbeispiel 5 FCAW 20 27 54 656 19
    Vergleichsbeispiel 6 FCAW 20 22 24 840 14
    Vergleichsbeispiel 7 FCAW 20 24 74 841 19
    Vergleichsbeispiel 8 FCAW 20 22 77 839 12
    Vergleichsbeispiel 9 FCAW 20 29 43 825 20
    Vergleichsbeispiel 10 FCAW 20 12 82 823 12
  • Wie in Tabelle 1 und 2 gezeigt ist, weist die Schweißverbindung, die die in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagene Bestandteilszusammensetzung, die Bestandteilsverhältnisse und die Mikrostruktur einhält, nicht nur exzellente Festigkeit, sondern auch exzellente Schlagzähigkeit auf. Genauer gesagt, kann im Falle der erfindungsgemäßen Beispiele gesehen werden, dass die Festigkeit und die Zähigkeit aufgrund der Mikrostruktur, die durch Einhaltung der Bestandteilszusammensetzung und der Bestandteilsverhältnisse kontrolliert wird, signifikant verbessert wurden, im Gegensatz zu den Vergleichsbeispielen. Genauer ist zu sehen, dass die Mikrostruktur einer Schweißverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung aus nadelförmigem Ferrit, Bainit und Martensit zusammengesetzt ist, wie in Tabelle 1 gezeigt.
  • Im Gegensatz dazu sind die Vergleichsbeispiele Beispiele, in denen die Bestandteilszusammensetzung und die Bestandteilsverhältnisse einer Schweißverbindung nicht die in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Werte erfüllen. Es ist zu sehen, dass der Anteil an nadelförmigem Ferrit in der gebildeten Mirkostruktur im Verhältnis zu niedrig ist, oder dass der Anteil an Bainit und Martensit eintweder zu hoch oder zu niedrig ist, was zu verringerter Festigkeit und Zähigkeit führt.
  • Es kann somit anhand der obigen Ergebnisse verstanden werden, dass eine Schweißverbindung, die die Bedingungen der vorliegenden Erfindung während eines Lichtbogen-Fülldrahtschweißvorgangs erfüllt, im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen exzellente Eigenschaften hinsichtlich der Festigkeit und Zähigkeit aufweist.
  • [Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung]
  • Es wurde ein Schweiß-Fülldraht mit einer Füllung aus Flussmittel hergestellt, der Bestandteilszusammensetzungen aufweist, wie in der nachfolgenden Tabelle 3 gezeigt.
  • Anschließend wurde Fülldraht-Lichtbogenschweißen unter den Bedingungen eines Schweißstroms von 270-290A, einer Spannung von 30-32V, einer Schweißgeschwindigkeit von 25-27 cm/min und einer Schweißwärmeeinbringung von 18-25kJ/cm durchgeführt. Die Bestandteilszusammensetzungen einer durch den Schweißvorgang gebildeten Schweißverbindung sind in Tabelle 4 gezeigt, und die Auswertungsergebnisse der mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung, diffusibler Wasserstoff und Lichtbogenstabilität des Schweißdrahts sind in Tabelle 3 gezeigt.
  • Als Basismetall zum Schweißen wurde hier ein Stahl mit niedriger Streckgrenze (engl. low yield ratio steel), HSA800, mit einer Niederkohlenstoff-(C)-basierten (engl. low carbon based) Zugfestigkeit von 800MPa oder mehr verwendet.
  • Eine Probe für den obigen Zugversuch wurde dem Mittelbereich der Schweißverbindung entnommen, wobei KS Standard (KS B 0801) Nr. 4 Proben verwendet wurden, und bei einer Traversengeschwindigkeit (engl. cross head speed) von 10 mm/min getestet. Die Probe für den Schlagversuch basierte auf KS Standard (KS B 0109) Nr. 3 Proben.
  • Zusätzlich wurde der Gehalt an diffusiblem Wasserstoff in einer Schweißverbindung mittels Gaschromatographie nach ISO 3690 analysiert, und die Lichtbogenstabilität wurde unmittelbar von einem Schweißer beurteilt, unter Berücksichtigung von Faktoren wie Spritzerbildung, Blaswirkung (engl. arc blow) und dergleichen. [Tabelle 3]
    Kategorie C Si Mn Ni Mo Cr Cu B* Ti+Mg TiO2 K2O Na2O ZrO2 SiO2 CaF2 CaCO3 Füll rate
    Erf.-gem. Beispiel 1 0,02 0,34 2,8 3,0 0,65 0,6 0,5 5 40 0,85 6,7 0,07 0,3 0,63 0,48 0,32 0,84 14%
    Erf.-gem. Beispiel 2 0,02 0,32 1,9 2,9 0,60 0,5 0,5 0 38 0,84 6,6 0,07 0,3 0,60 0,49 0,32 0,80 15%
    Erf.-gem. Beispiel 3 0,02 0,30 2,1 3,0 0,55 0,55 0,4 8 47 0,83 6,6 0,06 0,3 0,61 0,49 0,32 0,85 14%
    Erf.-gem. Beispiel 4 0,02 0,40 2,5 2,6 0,72 0,6 0,4 2 48 0,84 6,6 0,07 0,3 0,62 0,50 0,31 0,83 15%
    Erf.-gem. Beispiel 5 0,03 0,32 3,4 2,8 0,60 0,7 0,4 5 45 0,85 6,6 0,06 0,3 0,60 0,48 0,32 0,84 13%
    Vergleichsbeispiel 1 0,03 0,20 1,0 2,6 0,30 0,2 0,1 1 - 0,47 3,6 0,02 0,7 0,90 0,48 0,12 0,85 15%
    Vergleichsbeispiel 2 0,02 0,19 1,2 1,7 0,20 0,6 0,2 5 40 0,37 3,7 0,02 0,8 0,63 0,49 0,12 1,24 17%
    Vergleichsbeispiel 3 0,02 0,30 1,2 2,6 0,20 0,5 0,3 4 45 0,47 12,7 0,01 0,8 0,82 0,49 0,10 1,34 16%
    Vergleichsbeispiel 4 0,02 0,65 1,3 2,2 0,40 0,3 0,3 0 59 0,34 9,6 0,02 0,3 0,72 0,49 0,12 0,43 15%
    Vergleichsbeispiel 5 0,02 0,25 1,7 2,5 0,20 0,6 0,5 0 42 0,45 9,7 0,01 0,2 0,82 0,49 0,32 0,53 15%

    (B* ist in Tabelle 1 in ppm angegeben) [Tabelle 4]
    Kategorie C Si Mn P S Ni Mo Cu Cr Ti B O Ceq Pcm
    Erf.-gem. Stahl 1 0,0 4 0,4 5 2,4 0,01 5 0,00 3 3,1 0,65 0,55 0, 6 0,03 30 480 0,82 0,34
    Erf.-gem. Stahl 2 0,0 3 0,3 5 2,6 0,01 2 0,00 4 2,9 0,60 0,50 0,5 0,04 31 510 0,80 0,33
    Erf.-gem. Stahl 3 0,0 6 0,2 5 2,2 0,01 1 0,00 3 3,0 0,55 0,48 0,55 0,03 5 37 490 0,76 0,34
    Erf.-gem. Stahl 4 0,0 6 0,3 2 2,0 0,00 8 0,00 5 2,6 0,72 0,42 0, 6 0,04 40 480 0,77 0,33
    Erf.-gem. Stahl 5 0,0 5 0,4 2 2,2 0,00 9 0,00 4 2,8 0,60 0,45 0,7 0,04 35 470 0,79 0,34
    Vergleichsstahl 1 0,0 7 0,5 0 1,55 0,01 1 0,00 6 2,6 0,40 0,11 0,2 0,01 - 530 0,55 0,25
    Vergleichsstahl 2 0,0 5 0,3 0 1,93 0,01 1 0,00 4 1,7 0,20 0,25 0, 6 0,03 30 490 0,60 0,26
    Vergleichsstahl 3 0,0 6 0,6 0 2,5 0,01 0 0,00 7 2,6 0,20 0,34 0,5 0,04 40 520 0,72 0,32
    Vergleichsstahl 4 0,0 8 0,9 0 2,0 0,00 8 0,00 4 2,7 0,50 0,30 0,3 0,06 50 550 0,70 0,34
    Vergleichsstahl 5 0,0 9 0,5 0 2,5 0,01 2 0,00 5 2,5 0,60 0,50 0, 6 0,04 30 490 0,86 0,38
    [Tabelle 5]
    Kategorie Schweißbedingungen Lichtbogen - Stabilität Schweißverbindung
    Prozess Wärmeeinbrin gung (kJ/cm) Diffusibler Wasserstoffgehalt (mg/100g) Zugfestigkeit (MPa) vE-20°C(J)
    Erf.-gem. Stahl 1 FCAW 19 Gut 7 913 87
    Erf.-gem. Stahl 2 FCAW 21 Gut 6,5 915 83
    Erf.-gem. Stahl 3 FCAW 20 Gut 7,3 914 96
    Erf.-gem. Stahl 4 FCAW 21 Gut 8 903 90
    Erf.-gem. Stahl 5 FCAW 22 Gut 8,3 911 79
    Vergleichsstahl 1 FCAW 21 Gut 10 834 23
    Vergleichsstahl 2 FCAW 20 Gut 13,8 921 26
    Vergleichsstahl 3 FCAW 19 Mittel 12,6 755 32
    Vergleichsstahl 4 FCAW 20 Mittel 13 843 19
    Vergleichsstahl 5 FCAW 20 Mittel 11 865 26
  • Wie in Tabelle 5 gezeigt, kann bei einem Lichtbogen-Fülldraht-Schweißvorgang unter Verwendung eines Schweißdrahts gemäß der vorliegenden Erfindung (Erf.-gem. Stahl 1 bis 5) die Schlagzähigkeit sichergestellt werden, während die physikalische Eigenschaft einer Hochfestigkeit von 900MPa oder mehr erhalten wird, selbst bei einer Schweißwärmeeinbringung von 19kJ/cm oder mehr, und es wurde ein deutlich niedriger Gehalt an diffusiblem Wasserstoff von 9mg/100g oder weniger gefunden.
  • Andererseits wiesen Vergleichsstahl 1 bis 5, bei denen ein Schweißdraht verwendet wurde, der nicht die in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Bestandteilszusammensetzungen erfüllt, eine oder mehrere defizitäre physikalische Eigenschaften von Festigkeit und Schlagzähigkeit auf, und es wurde ein deutlich mangelhafter Gehalt an diffusiblem Wasserstoff festgestellt, der in allen Fällen 10mg/100g oder mehr betrug.
  • Während oben beispielhafte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurden, ist es dem Fachmann ersichtlich dass Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims (10)

  1. Höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit, Folgendes aufweisend: 0,01 Gew. % bis 0,06 Gew.% an Kohlenstoff (C); 0,1 Gew.% bis 0,5 Gew. % an Silizium (Si); 1,5 Gew. % bis 3,0 Gew. % an Mangan (Mn); 2,5 Gew. % bis 3,5 Gew. % an Nickel (Ni); 0,5 Gew.% bis 1,0 Gew.% an Molybdän (Mo); 0,4 Gew.% bis 1,0 Gew. % an Kupfer (Cu); 0,4 Gew.% bis 1,0 Gew.% an Chrom (Cr); 0,01 Gew. % bis 0,1 Gew. % an Titan (Ti); 0,003 Gew.% bis 0,007 Gew.% an Bor (B); 0,001 Gew.% bis 0,006 Gew.% an Stickstoff (N); 0,02 Gew.% (nicht 0) oder weniger an Phosphor (P); 0,01 Gew.% (nicht 0) oder weniger an Schwefel (S); 0,03 Gew.% bis 0,07 Gew.% an Sauerstoff (O); und verbleibend Eisen (Fe) sowie unvermeidliche Verunreinigungen, ferner aufweisend eine Mikrostruktur mit einer Mischstruktur, die 50 Flächen-% oder mehr an nadelförmigem Ferrit und 40-50% an Bainit und Martensit in Flächenanteilen enthält.
  2. Höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eines oder zwei oder mehrere ausgewählt aus einer Gruppe, die aus 0,001 Gew.% bis 0,1 Gew. % an Niob (Nb), 0,001 Gew.% bis 0,1 Gew.% an Vanadium (V), 0,05 Gew.% bis 0,50 Gew.% an Wolfram (W), und 0,005 Gew.% bis 0,5 Gew.% an Zirconium (Zr) besteht; und eines oder zwei ausgewählt au seiner Gruppe die aus 0,0005 Gew.% bis 0,005 Gew.% an Calcium (Ca), und 0,005 Gew.% bis 0,05 Gew.% eines seltenen Erdmetalls (REM) besteht.
  3. Höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein Kohlenstoff-Äquivalentwert (Ceq) im Bereich von 0,73-0,85% liegt und durch untenstehende Gleichung 1 wie folgt definiert ist: Ceq = C + Si / 24 + Mn / 6 + Ni / 40 + Cr / 5 + Mo / 4 + V / 14
    Figure DE112013006287B4_0004
  4. Höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei ein Index der Schweißrissanfälligkeit Pcm die Bedingung 0,35% oder weniger erfüllt und durch untenstehende Gleichung 2 wie folgt definiert ist: Pcm = C + Si / 30 + ( Mn + Cu+Cr ) / 20 + Ni / 60 + Mo/15+ V / 10 + 5 B
    Figure DE112013006287B4_0005
  5. Höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit nach Anspruch 1, aufweisend eine Schlagzähigkeit von 80J oder mehr bei einer Temperatur von -5°C.
  6. Höchstfeste Fülldraht-Lichtbogenschweißverbindung mit exzellenter Schlagzähigkeit nach Anspruch 1, aufweisend eine Zugfestigkeit von 900MPa oder mehr.
  7. Hochfester Lichtbogenschweiß-Fülldraht, Folgendes aufweisend: In Gewichtsprozent, gemessen am Gesamtgewicht des Drahts, 0,03% bis 0,12% an Kohlenstoff (C), 0,3% bis 1,4% an Silizium (Si), 1,5% bis 3,5% an Mangan (Mn), 2,5% bis 3,5% an Nickel (Ni), 0,3% bis 1,0% an Molybdän (Mo), 0,3% bis 1,0% an Chrom (Cr), 0,4% bis 1,0% an Kupfer (Cu), 0,001% bis 0,020% an Bor (B), 0,02 bis 1,5% an Titan (Ti) + Magnesium (Mg), und verbleibend Eisen (Fe) als auch unvermeidliche Verunreinigungen; und 4,5% bis 9,0% an Titandioxid (TiO2), 0,2% bis 2,0% von einem oder zwei von Siliziumdioxid (SiO2) und Zirconiumdioxid (ZrO2), 0,1% bis 1,0% an Calciumcarbonat (CaCO3), 0,10% bis 1,5% von einem oder zwei oder mehr von K, Na, Li-basierten Alkalimetalloxiden, und Alkalimetall- oder Erdalkalimetall-basierte Fluoride mit einem Fluorgehalt von 0,025 bis 0,5%.
  8. Hochfester Lichtbogenschweiß-Fülldraht nach Anspruch 7, wobei ein diffusibler Wasserstoffgehalt einer Schweißverbindung, bei der der Draht verwendet wird, 6-9ml/100g beträgt.
  9. Hochfester Lichtbogenschweiß-Fülldraht nach Anspruch 8, wobei eine Mikrostruktur der Schweißverbindung, bei der der Draht verwendet wird, eine Mischstruktur aufweist, die 50 Flächen-% oder mehr an nadelförmigem Ferrit und 40-50% an Bainit und Martensit in Flächenanteilen enthält.
  10. Hochfester Lichtbogenschweiß-Fülldraht nach Anspruch 8, wobei die Schweißverbindung, bei der der Draht verwendet wird, eine Zugfestigkeit von 900MPa oder mehr und eine Schlagzähigkeit von 75J oder mehr bei einer Temperatur von -20°C aufweist.
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