DE112013007707B4

DE112013007707B4 - Ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung mit ausgezeichneter Kerbschlagzähigkeit und Volldraht zum Herstellen derselben

Info

Publication number: DE112013007707B4
Application number: DE112013007707.8T
Authority: DE
Inventors: Hong-Chul Jeong; Dong-ryeol Lee; Geug KIM
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Co Ltd Pohang Si Kr
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2024-02-01
Anticipated expiration: 2033-12-25
Also published as: JP2018047507A; JP6803825B2; WO2015099219A1; CN105848820B; JP6576348B2; JP2017508876A; CN105848820A; DE112013007707T5; US10266929B2; US20160319408A1

Abstract

Ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung mit einem hohen Kerbschlagzähigkeitsgrad, wobei die ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung folgende Massenanteile umfasst: Kohlenstoff (C): 0,05 % bis 0,1 %, Silicium (Si): 0,2 % bis 0,7 %, Mangan (Mn): 1,5 % bis 2,5 %, Nickel (Ni): 2,0 % bis 3,5 %, Chrom (Cr): 0,3 % bis 0,9 %, Kupfer (Cu): 0,1 % bis 0,3 %, Molybdän (Mo): 0,5 % bis 0,8 %, Titan (Ti): 0,02 % bis 0,04 %, Bor (B): 0,002 % bis 0,005 %, Aluminium (Al): 0,001 % bis 0,03 %, Stickstoff (N): 0,002 % bis 0,007 %, Phosphor (P): 0,03 % oder weniger, Schwefel (S): 0,03 % oder weniger, Sauerstoff (O): 0,02 % bis 0,05 %, sowie der Rest Eisen (Fe) und andere unvermeidbare Verunreinigungen,wobei die Anteile von Titan (Ti) und Sauerstoff (O) nachfolgende Formel 1 erfüllen, die Anteile von Titan (Ti) und Stickstoff (N) nachfolgende Formel 2 erfüllen, die Anteile von Titan (Ti), Bor (B) und Stickstoff (N) nachfolgende Formel 3 erfüllen und die Anteile von Mangan (Mn), Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Kupfer (Cu) nachfolgende Formel 4 erfüllen,wobei die ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung ein Gefüge aufweist, das azikuläres Ferrit mit einem Flächenanteil von 20 % bis 30 % und Bainit mit einem Flächenanteil von 70 % bis 80 % umfasst,0,4≤Ti/O≤1,22,8≤Ti/N≤9,010≤(2Ti+5B)/N≤203,5≤Mn+2Cr+3Mo+3Cu≤7,5

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Metallschutzgasschweißverbindung, die durch das Durchführen eines Metallschutzgasschweißvorgangs (MSG-Schweißvorgang) mit hochfesten Stählen erzielt werden kann, die in Anwendungen wie zum Beispiel Schwermaschinen, Baumaschinen, Offshore-Bauwerken, Bauwesen, Brücken oder Rohrleitungen verwendet werden, und einen MSG-Volldraht zum Bilden der Metallschutzgasschweißverbindung.
[Technischer Hintergrund]
In jüngerer Zeit wurden Maschinen und Bauwerke wie Schiffe, Brücken, Rohrleitungen oder Offshore-Bauwerke größer, um Produkte oder Dienstleistungen mit Mehrwert zu schaffen. Zusätzlich werden zahlreiche Wolkenkratzer und Infrastruktureinrichtungen gebaut, sodass der Bedarf an schweren Geräten und Baumaschinen ebenfalls zunimmt.
Schon ein einziger Unfall oder ein relativ kleiner Unfall mit solch großen Bauwerken kann zu fatalen Umweltproblemen, Todesfällen und Sachschäden führen. Deshalb werden für solche Bauwerke ultrahochfeste Stähle mit sehr großer Dicke und hoher Kerbschlagzähigkeit verwendet und es sind außerdem sichere und effiziente Schweißtechniken für solche Stähle notwendig. Insbesondere die Kerbschlagzähigkeit der Schweißzonen großer Schweißkonstruktionen kann der wichtigste Faktor sein, der für die Stabilität und Sicherheit zu berücksichtigen ist.
In der Praxis kann die Schweißproduktivität zu berücksichtigen sein, bevor die Kerbschlagzähigkeit von Schweißzonen garantiert werden kann, und in dieser Hinsicht ist der Einsatz von Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen) weit verbreitet, der automatisches Roboterschweißen ermöglicht. MSG-Schweißen wird üblicherweise mit einer Wärmezufuhr von etwa 20 kJ/cm durchgeführt.
Bei einem Schweißvorgang wird beim Schmelzen eines Schweißdrahts und Verdünnen mit dem Grundwerkstoff ein Schmelzbad gebildet und beim Erstarren des Schmelzbads kann eine Schweißverbindung mit einem groben säulenförmigen Gefüge gebildet werden. Das Gefüge einer solchen Schweißverbindung kann je nach dem Schweißwerkstoff oder der Höhe der Wärmezufuhr während des Schweißvorgangs variieren. Bei wie vorstehend beschrieben gebildeten Schweißverbindungen können neben groben Austenitkorngrenzen Phasen wie etwa grobes Korngrenzenferrit, Widmanstättensches Ferrit, Martensit und ein Martensit-Austenit-(M-A-)Bestandteil vorliegen. Dadurch kann die Kerbschlagzähigkeit von Schweißkonstruktionen an den Schweißverbindungen am geringsten sein.
Deshalb ist es notwendig, die Kerbschlagzähigkeit von Schweißverbindungen zu verbessern, indem das Gefüge der Schweißverbindungen gesteuert wird, um die Stabilität der Schweißkonstruktionen zu gewährleisten.
Dazu offenbart Patentschrift 1 eine Technik zur Gewährleistung der Stabilität einer Schweißkonstruktion durch Anpassen der Zusammensetzung eines Schweißwerkstoffs. Nach der offenbarten Technik werden Faktoren wie etwas das Gefüge oder die Korngröße einer Schweißverbindung jedoch nicht direkt gesteuert, sodass es schwierig ist, die Zähigkeit einer Schweißverbindung ausreichend zu verbessern, die unter Verwendung eines solchen Schweißwerkstoffs gebildet wird.
(Patentschrift 1) Japanische offengelegte Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. H11-170085
Ebenfalls befasst mit dem Schweißverbinden in einem sogenannten „flux cored arc welding“ ist die offenlegungsschrift WO 2009/ 082 162 A2 .
Die JP H10- 193 173 A und CN 101992365 A betrachten dabei ebenfalls Schweißverbindungen unter Verwendung von Schweißdrahtzusätzen.
Die CN 102179601 A und JP 2005 - 46 877 A offenbaren dabei einen CO₂ Gasschutz für das verschweißen von Stahlteilen.
[Offenbarung]
[Technisches Problem]
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Metallschutzgasschweißverbindung mit ultrahoher Festigkeit und hoher Kerbschlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen durch Anpassungen der Zusammensetzung und des Gefüges bereitstellen.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann außerdem einen Volldraht zum Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen) bereitstellen, der bei der Bildung von Schweißverbindungen mit hoher Kerbschlagzähigkeit verwendet werden kann, wenn ein MSG-Schweißvorgang mit Blechen aus hochfestem Stahl durchgeführt wird.
[Technische Lösung]
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung mit einer hohen Kerbschlagzähigkeit folgende Massenanteile enthalten: Kohlenstoff (C): 0,05 % bis 0,1 %, Silicium (Si): 0,2 % bis 0,7 %, Mangan (Mn): 1,5 % bis 2,5 %, Nickel (Ni): 2,0 % bis 3,5 %, Chrom (Cr): 0,3 % bis 0,9 %, Kupfer (Cu): 0,1 % bis 0,3 %, Molybdän (Mo): 0,5 % bis 0,8 %, Titan (Ti): 0,02 % bis 0,04 %, Bor (B): 0,002 % bis 0,005 %, Aluminium (Al): 0,001 % bis 0,03 %, Stickstoff (N): 0,002 % bis 0,007 %, Phosphor (P): 0,03 % oder weniger, Schwefel (S): 0,03 % oder weniger, Sauerstoff (O): 0,02 % bis 0,05 %, sowie ein Gleichgewicht an Eisen (Fe) und anderen unvermeidbaren Verunreinigungen,
wobei die Anteile von Titan (Ti) und Sauerstoff (O) nachfolgende Formel 1 erfüllen können, die Anteile von Titan (Ti) und Stickstoff (N) nachfolgende Formel 2 erfüllen können, die Anteile von Titan (Ti), Bor (B) und Stickstoff (N) nachfolgende Formel 3 erfüllen können und die Anteile von Mangan (Mn), Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Kupfer (Cu) nachfolgende Formel 4 erfüllen können,
wobei die ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung ein Gefüge aufweisen kann, das azikuläres Ferrit mit einem Flächenanteil von 20 % bis 30 % und Bainit mit einem Flächenanteil von 70 % bis 80 % umfasst, $0,4 \leq Ti/O \leq 1,2$
$2,8 \leq Ti/N \leq 9,0$
$10 \leq (2 Ti + 5 B) /N \leq 20$
$3,5 \leq Mn + 2 Cr + 3 Mo + 3 Cu \leq 7,5$
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ein Volldraht zum Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen) folgende Massenanteile enthalten: Kohlenstoff (C): 0,03 % bis 0,1 %, Silicium (Si): 0,1 % bis 0,5 %, Mangan (Mn): 2,0 % bis 3,0 %, Nickel (Ni): 2,0 % bis 3,5 %, Chrom (Cr): 0,1 % bis 0,6 %, Molybdän (Mo): 0,3 % bis 1,0 %, Titan (Ti): 0,01 % bis 0,05 %, Kupfer (Cu): 0,1 % bis 0,6 %, Bor (B): 0,0005 % bis 0,003 %, Aluminium (Al): 0,001 % bis 0,01 %, Stickstoff (N): 0,005 % oder weniger, Sauerstoff (O): 0,003 % oder weniger, Phosphor (P): 0,03 % oder weniger, Schwefel (S): 0,03 % oder weniger, sowie ein Gleichgewicht an Eisen (Fe) und unvermeidbaren Verunreinigungen,
wobei der Volldraht zum MSG-Schweißen 5 ≤ (5C+Si+2Mn) ≤ 7 und 12 ≤ (Mo+2Cr+5Cu+4Ni) ≤ 15 erfüllen kann.
[Vorteilhafte Auswirkungen]
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt eine Metallschutzgasschweißverbindung mit einem ultrahohen Festigkeitsgrad und einem hohen Kerbschlagzähigkeitsgrad bei niedrigen Temperaturen bereit. Zusätzlich stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen Volldraht zum Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen) zum Bilden einer Metallschutzgasschweißverbindung bereit.
[Beschreibung der Zeichnungen]

1 ist ein Bild, das das Gefüge einer durch Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen) gebildeten Schweißverbindung (erfindungsgemäße Probe 3) darstellt.

[Vorteilhafte Ausführungsformen]
Nachfolgend werden eine Metallschutzgasschweißverbindung und ein Volldraht zum Bilden der Metallschutzgasschweißverbindung detailliert anhand von beispielhaften Ausführungsformen beschrieben. Die beispielhaften Ausführungsformen sollen jedoch in beschreibendem Sinne und nicht zum Zwecke der Eingrenzung verstanden werden. Es ist für einen Fachmann ersichtlich, dass Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun detailliert beschrieben.
Die Erfinder haben eingehende Forschung hinsichtlich eines Verfahrens zum Bilden einer Metallschutzgasschweißverbindung mit hoher Kerbschlagzähigkeit und Ultrahochfestigkeit (einem Grad von 870 MPa oder höher) betrieben und ein Gefügeanteilsverhältnis für das optimale Gleichgewicht zwischen Ultrahochfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit gefunden. Das bedeutet, die Erfinder haben herausgefunden, dass bei einer geeigneten Anpassung der Zusammensetzung des Schweißmetalls und der Inhalte einiger Komponenten ein Gefügeanteilsverhältnis zum Bilden einer Schweißverbindung mit einem hohen Kerbschlagzähigkeitsgrad bei niedrigen Temperaturen und einem ultrahohen Festigkeitsgrad (einem Grad von 870 MPa oder höher) erzielt werden kann. Auf Grundlage dieses Wissens haben die Erfinder die vorliegende Erfindung erfunden.
Zusätzlich haben die Erfinder Forschung und Versuche betrieben und herausgefunden, dass ein Schweißdraht zur Verwendung als Volldraht zum Metallschutzgasschweißen (MSG-Schweißen) zum Bilden einer hochfesten Schweißverbindung mit hoher Zähigkeit sogar bei niedrigen Temperaturen bereitgestellt werden kann, indem die Anteilsbereiche von Legierungselementen des Schweißdrahts angepasst werden. Auf Grundlage dieses Wissens haben die Erfinder die vorliegende Erfindung erfunden.
Zunächst wird eine ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung mit einem hohen Kerbschlagzähigkeitsgrad detailliert anhand einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Die ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung der beispielhaften Ausführungsform enthält folgende Massenanteile: Kohlenstoff (C): 0,05 % bis 0,1 %, Silicium (Si): 0,2 % bis 0,7 %, Mangan (Mn): 1,5 % bis 2,5 %, Nickel (Ni): 2,0 % bis 3,5 %, Chrom (Cr): 0,3 % bis 0,9 %, Kupfer (Cu): 0,1 % bis 0,3 %, Molybdän (Mo): 0,5 % bis 0,8 %, Titan (Ti): 0,02 % bis 0,04 %, Bor (B): 0,002 % bis 0,005 %, Aluminium (Al): 0,001 % bis 0,03 %, Stickstoff (N): 0,002 % bis 0,007 %, Phosphor (P): 0,03 % oder weniger, Schwefel (S): 0,03 % oder weniger, Sauerstoff (O): 0,02 % bis 0,05 %, sowie ein Gleichgewicht an Eisen (Fe) und anderen unvermeidbaren Verunreinigungen.
Nachfolgend werden Gründe für die Anpassung der Zusammensetzung der vorstehend beschriebenen ultrahochfesten Metallschutzgasschweißverbindung detailliert beschrieben. In der folgenden Beschreibung erfolgt die Angabe des Anteils jeder Komponente als Massenanteil in %, wenn nicht anders angegeben.
C: 0,05 % bis 0,1 %
Kohlenstoff (C) ist ein wirksames Element für die Gewährleistung der Festigkeit und Härtbarkeit einer Schweißverbindung.
Zu diesem Zweck kann der Anteil von Kohlenstoff (C) 0,05 % oder mehr betragen. Ist der Anteil von Kohlenstoff (C) jedoch größer als 0,1 %, so können während eines Schweißvorgangs leicht Kälterisse in einer Schweißzone auftreten und die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung kann deutlich verringert werden.
Deshalb kann es nach der beispielhaften Ausführungsform bevorzugt sein, dass der Anteil von Kohlenstoff (C) im Bereich von 0,05 % bis 0,1 % liegt.
Si: 0,2 % bis 0,7 %
Silicium (Si) wird zugesetzt, um eine Desoxidierungswirkung zu erzielen und die Festigkeit der Schweißverbindung während des Schweißens zu verbessern. Ist der Anteil von Silicium (Si) geringer als 0,2 %, so kann die Desoxidierungswirkung unzureichend sein und die Fließfähigkeit des Schweißmetalls kann verringert werden. Deshalb kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Silicium (Si) im Bereich von 0,2 % oder höher liegt. Ist der Anteil von Silicium (Si) jedoch größer als 0,7 %, so kann eine Umwandlung in einen Martensit-Austenit-Bestandteil (M-A-Bestandteil) begünstigt werden, wodurch die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung verringert wird und was eine negative Auswirkung auf die Schweißrissempfindlichkeit der Schweißverbindung hat. Deshalb kann der Anteil von Silicium (Si) bevorzugt so angepasst werden, dass er 0,7 % oder weniger beträgt.
Mn: 1,5 % bis 2,5 %
Mangan (Mn) ist ein wirksames Element zum Desoxidieren und Festigen der Schweißverbindung. Mangan (Mn) fällt in der Umgebung von Titanoxiden wie TiO oder TiO-TiN in Form von MnS aus und die Titanoxide begünstigen die Bildung von azikulärem Ferrit, das eine zähigkeitsverbessernde Wirkung aufweist. Zusätzlich bildet Mangan (Mn) einen Substitutionsmischkristall in der Matrix der Schweißverbindung und wirkt dadurch mischkristallverfestigend auf die Matrix der Schweißverbindung, wodurch Festigkeit und Zähigkeit gewährleistet werden. Zu diesem Zweck kann der Anteil von Mangan (Mn) 1,5 % oder mehr betragen. Ist der Anteil von Mangan (Mn) jedoch größer als 2,5 %, so kann eine Tieftemperatur-Umwandlungsphase gebildet werden und dadurch kann die Zähigkeit der Schweißverbindung verringert werden.
Deshalb kann es nach der beispielhaften Ausführungsform bevorzugt sein, dass der Anteil von Mangan (Mn) im Bereich von 1,5 % bis 2,5 % liegt.
Ni: 2,0 % bis 3,5 %
Nickel (Ni) ist ein Element, das die Festigkeit und Zähigkeit der Matrix der Schweißverbindung durch Mischkristallverfestigung verbessert. Zu diesem Zweck kann der Anteil von Nickel (Ni) 2,0 % oder mehr betragen. Ist der Anteil von Nickel (Ni) jedoch zu groß, nämlich größer als 3,5 %, so kann die Härtbarkeit der Schweißverbindung deutlich erhöht werden und es kann dadurch zu Kälterissen kommen.
Deshalb kann es nach der beispielhaften Ausführungsform bevorzugt sein, dass der Anteil von Nickel (Ni) im Bereich von 2,0 % bis 3,5 % liegt.
Cr: 0,3 % bis 0,9 %
Chrom (Cr) ist ein Element, das in der Matrix der Schweißverbindung aufgelöst ist und dadurch die Härtbarkeit und Festigkeit der Schweißverbindung verbessert. Zusätzlich ist Chrom (Cr) wirksam bei der Gewährleistung der Festigkeit und Zähigkeit der Schweißverbindung. Zu diesem Zweck kann der Anteil von Chrom (Cr) 0,3 % oder mehr betragen. Ist der Anteil von Chrom (Cr) jedoch größer als 0,9 %, so kann die Härtbarkeit der Schweißverbindung deutlich erhöht werden und dadurch kann die Zähigkeit der Schweißverbindung verringert werden.
Deshalb kann es nach der beispielhaften Ausführungsform bevorzugt sein, dass der Anteil von Chrom (Cr) im Bereich von 0,3 % bis 0,9 % liegt.
Cu: 0,1 % bis 0,3 %
Kupfer (Cu) löst sich in der Matrix der Schweißverbindung und gewährleistet die Festigkeit und Zähigkeit der Schweißverbindung durch Mischkristallverfestigung. Zu diesem Zweck kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Kupfer (Cu) 0,1 % oder mehr beträgt. Ist der Anteil von Kupfer (Cu) jedoch größer als 0,3 %, so kann die Härtbarkeit der Schweißverbindung erhöht werden und dadurch kann die Zähigkeit der Schweißverbindung verringert werden. Deshalb kann es nach der beispielhaften Ausführungsform bevorzugt sein, dass der Anteil von Kupfer (Cu) im Bereich von 0,1 % bis 0,3 % liegt.
Zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Summe der Anteile von Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) im Bereich von 3,5 % oder weniger liegt. Ist die Summe der Anteile von Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) größer als 3,5 %, so kann die Härtbarkeit der Schweißverbindung erhöht werden und dadurch kann die Zähigkeit und Schweißbarkeit der Schweißverbindung beeinträchtigt werden.
Mo: 0,5 % bis 0,8 %
Molybdän (Mo) ist ein Element, das die Festigkeit der Matrix der Schweißverbindung verbessert. Zu diesem Zweck kann der Anteil von Molybdän (Mo) 0,5 % oder mehr betragen. Ist der Anteil von Molybdän (Mo) jedoch größer als 0,8 %, so nimmt die verbessernde Wirkung auf die Festigkeit nicht weiter zu und die Härtbarkeit der Schweißverbindung wird deutlich erhöht. In diesem Fall kann Martensitumwandlung begünstigt werden und dies kann zu Kälterissen oder einer Verringerung der Zähigkeit führen.
Deshalb kann es nach der beispielhaften Ausführungsform bevorzugt sein, dass der Anteil von Molybdän (Mo) im Bereich von 0,5 % bis 0,8 % liegt.
Ti: 0,02 % bis 0,04 %
Titan (Ti) verbindet sich mit Sauerstoff (O) und bildet feines TiO. Zusätzlich fällt Titan (Ti) in Form von feinem TiN aus, wodurch die Bildung von azikulärem Ferrit begünstigt wird und die Festigkeit und Zähigkeit der Schweißverbindung verbessert werden.
Um diese Wirkungen durch TiO-Oxidausfällungen und TiN-Verbundausfällungen zu erzielen, kann der Anteil von Titan (Ti) so angepasst werden, dass er 0,02 % oder mehr beträgt. Ist der Anteil von Titan (Ti) jedoch zu groß, so kann die Zähigkeit der Schweißverbindung durch die Bildung von grobem TiO oder die Ausfällung von grobem TiN verringert werden. Deshalb kann die Obergrenze für den Anteil von Titan (Ti) bevorzugt bei 0,04 % angesetzt werden.
B: 0,002 % bis 0,005 %
Bor (B) verbessert die Härtbarkeit der Schweißverbindung und fällt entlang Korngrenzen aus, wodurch die Umwandlung in Korngrenzenferrit unterbunden wird. Das bedeutet, dass gelöstes Bor (B) die Härtbarkeit der Schweißverbindung gewährleistet und dadurch die Festigkeit der Schweißverbindung verbessert. Zusätzlich diffundiert Bor (B) zu Korngrenzen und verringert die Energie von Korngrenzen, wodurch die Umwandlung in Korngrenzenferrit unterbunden und die Umwandlung in azikuläres Ferrit begünstigt wird.
Um diese Wirkungen zu erzielen, kann der Anteil von Bor (B) 0,002 % oder mehr betragen. Ist der Anteil von Bor (B) jedoch größer als 0,005 %, so sind diese Wirkungen gesättigt und die Härtbarkeit der Schweißverbindung wird deutlich erhöht, was zu der Bildung einer Tieftemperatur-Umwandlungsphase und Kälterissen sowie einer Verringerung der Zähigkeit führt.
Deshalb kann es nach der beispielhaften Ausführungsform bevorzugt sein, dass der Anteil von Bor (B) im Bereich von 0,002 % bis 0,004 % liegt.
Al: 0,001 % bis 0,03 %
Aluminium (Al) wirkt als Desoxidationsmittel und verringert die Menge an Sauerstoff (O) im Schweißmetall. Zusätzlich verbindet sich Aluminium (Al) mit gelöstem Stickstoff (N) und fällt in der Form von feinem AlN aus. Zu diesem Zweck kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Aluminium (Al) 0,001 % oder mehr beträgt. Ist der Anteil von Aluminium (Al) jedoch größer als 0,03 %, so wird grobes Al₂O₃ gebildet und dadurch die Bildung von TiO, das zur Verbesserung der Zähigkeit notwendig ist, verhindert.
Deshalb kann es nach der beispielhaften Ausführungsform bevorzugt sein, dass der Anteil von Aluminium (Al) im Bereich von 0,001 % bis 0,03 % liegt.
N: 0,002 % bis 0,007 %
Stickstoff (N) fällt in der Form von TiN aus. Mit einem zunehmenden Anteil von Stickstoff (N) nimmt auch die Ausfällung von feinem TiN zu. Der Anteil von Stickstoff (N) hat insbesondere deutliche Auswirkungen auf Faktoren wie die Größe der TiN-Fällungspartikel, den Abstand zwischen TiN-Fällungspartikeln, die Verteilung von TiN-Fällungspartikeln, die Frequenz der TiN-Fällung relativ zur Bildung von Oxiden und die Hochtemperaturstabilität von TiN-Fällung. Zu diesem Zweck kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Stickstoff (N) 0,002 % oder mehr beträgt. Ist der Anteil von Stickstoff (N) jedoch zu groß, nämlich größer als 0,007 %, so nehmen die vorstehend genannten Wirkungen nicht weiter zu und die Menge von gelöstem Stickstoff (N) im Schweißmetall kann erhöht werden und zu einer Verringerung der Zähigkeit führen. Deshalb kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Stickstoff (N) im Bereich von 0,002 % bis 0,007 % liegt.
P: 0,03 % oder weniger (ausgenommen 0 %)
Phosphor (P) ist eine Verunreinigung, die zu Heißrissen beim Schweißen führt. Deshalb wird der Anteil von Phosphor (P) so angepasst, dass er so gering wie möglich ist. Die Obergrenze für den Anteil von Phosphor (P) kann bei 0,03 % angesetzt werden.
S: 0,03 % oder weniger (ausgenommen 0 %)
Schwefel (S) verbindet sich mit Mangan (Mn) und führt zur Bildung von MnS-Verbundausfällung. Ist der Anteil von Schwefel (S) jedoch größer als 0,03 %, so kann eine Verbindung mit niedrigem Schmelzpunkt wie FeS gebildet werden und dadurch kann es zu Heißrissen kommen. Deshalb kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Schwefel (S) im Bereich von 0,03 % oder weniger liegt.
O: 0,02 % bis 0,05 %
Sauerstoff (O) reagiert während des Erstarrens der Schweißverbindung mit Titan (Ti) und bildet Titanoxide. Solche Titanoxide begünstigen die Umwandlung in azikuläres Ferrit in der Schweißverbindung. Ist der Anteil von Sauerstoff (O) jedoch geringer als 0,02 %, so können die Titanoxide nicht korrekt in der Schweißverbindung verteilt sein, und ist der Anteil von Sauerstoff (O) größer als 0,05 %, so können grobe Titanoxide und andere Oxide wie FeO gebildet werden, die die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung beeinträchtigen.
Von den vorstehend beschriebenen Komponenten können Titan (Ti) und Sauerstoff (O) nachfolgende Formel 1 erfüllen, Titan (Ti) und Stickstoff (N) nachfolgende Formel 2 erfüllen, Titan (Ti), Bor (B) und Stickstoff (N) nachfolgende Formel 3 erfüllen und Mangan (Mn), Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Kupfer (Cu) nachfolgende Formel 4 erfüllen. $0,4 \leq Ti/O \leq 1,2$
$2,8 \leq Ti/N \leq 9,0$
$10 \leq (2 Ti + 5 B) /N \leq 20$
$3,5 \leq Mn + 2 Cr + 3 Mo + 3 Cu \leq 7,5$
(In den Formeln 1 bis 4 ist der Anteil jedes Elements als Massenanteil in % angegeben)
Nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Anteilsverhältnis von Titan (Ti) und Sauerstoff (O) (Ti/O-Verhältnis) bevorzugt im Bereich von 0,4 bis 1,2 liegen.
Ist das Ti/O-Verhältnis geringer als 0,4, so ist die Anzahl von TiO-Partikeln, die zur Unterbindung des Wachstums von Austenitkörnern und zur Förderung der Umwandlung in azikuläres Ferrit notwendig ist, unzureichend. Zusätzlich können TiO-Partikel nicht als Keimbildungsstellen für die Bildung von azikulärem Ferrit dienen, da die Menge an Titan (Ti) zwischen TiO-Partikeln verringert ist, und dadurch kann der Phasenanteil von azikulärem Ferrit, das die Zähigkeit der Wärmeeinflusszone verbessert, verringert werden. Umgekehrt nimmt bei einem Ti/O-Verhältnis von mehr als 1,2 die Wirkung der Unterbindung des Wachstums von Austenitkörnern in der Schweißverbindung nicht weiter zu und die Mengen von Legierungselementen in Oxiden werden verringert. Deshalb können Keimbildungsstellen zur Bildung von azikulärem Ferrit spärlich vorhanden sein.
Nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das Anteilsverhältnis von Titan (Ti) und Stickstoff (N) (Ti/N-Verhältnis) bevorzugt im Bereich von 2,8 bis 9,0 liegen.
Ist das Ti/N-Verhältnis geringer als 2,8, so ist die Menge an TiN-Ausfällung an TiO-Oxiden verringert, und dadurch kann die Umwandlung in azikuläres Ferrit, das eine zähigkeitsverbessernde Wirkung hat, beeinträchtigt werden. Umgekehrt werden bei einem Ti/N-Verhältnis von mehr als 9,0 die beabsichtigten Wirkungen nicht mehr erzielt und die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung wird verringert, da die Menge an gelöstem Stickstoff (N) zunimmt.
Nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Anteilsverhältnis von Titan (Ti), Bor (B) und Stickstoff (N) ((2Ti+5B)/N) bevorzugt im Bereich von 10 bis 20 liegen.
Ist der Wert der Gehaltsformel ((2Ti+5B)/N) geringer als 10, so wird die Bildung von Ausfällungen, die die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung verbessern, beeinträchtigt. Umgekehrt können bei einem Wert der Gehaltsformel von mehr als 20 in einer Schweißzone Kälterisse auftreten, und die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung kann beeinträchtigt werden.
Der Wert einer Gehaltsformel (Mn+2Cr+3Mo+3Cu) von Mangan (Mn), Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Kupfer (Cu) kann bevorzugt im Bereich von 3,5 bis 7,5 liegen.
Ist der Wert der Gehaltsformel Mn+2Cr+3Mo+3Cu geringer als 3,5, so kann die Festigkeit der Schweißverbindung unzureichend sein. Umgekehrt können bei einem Wert der Gehaltsformel von mehr als 7,5 während eines Schweißvorgangs Kälterisse in der Schweißverbindung auftreten.
Zusätzlich zu den vorstehend genannten Komponenten kann die Schweißverbindung der beispielhaften Ausführungsform ferner mindestens ein Element ausgewählt aus Niob (Nb) und Vanadium (V) und mindestens ein Element ausgewählt aus Calcium (Ca) und einem Seltenerdmetall (SEM) umfassen.
Detaillierter kann der Anteil von mindestens einem Element aus Niob (Nb) und Vanadium (V) in den nachfolgend beschriebenen Bereichen liegen.
Nb: 0,001 % bis 0,1 %
Niob (Nb) ist ein Element, das die Härtbarkeit verbessert. Niob (Nb) verringert insbesondere eine Ar3-Umwandlungstemperatur und erweitert einen Bereich der Bainit-Phasenausbildung sogar bei einer geringen Abkühlgeschwindigkeit. Deshalb kann Niob (Nb) zur Begünstigung der Bainitbildung zugesetzt werden. Zusätzlich kann Niob (Nb) zugesetzt werden, um die Festigkeit zu verbessern.
Zu diesem Zweck kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Niob (Nb) 0,001 % oder mehr beträgt. Ist der Anteil von Niob (Nb) jedoch zu groß, nämlich größer als 0,1 %, so wird die Bildung eines M-A-Bestandteils in der Schweißverbindung während eines Schweißvorgangs begünstigt, und dadurch kann die Zähigkeit der Schweißverbindung beeinträchtigt werden. Deshalb kann es nach der beispielhaften Ausführungsform bevorzugt sein, dass der Anteil von Niob (Nb) im Bereich von 0,001 % bis 0,1 % liegt.
V: 0,005 % bis 0,1 %
Vanadium (V) reagiert mit Stickstoff (N) und fällt in der Form von VN aus, wodurch die Ferritumwandlung gefördert wird.
Um diese Wirkungen zu erzielen, kann Vanadium (V) in einer Menge von 0,005 % oder mehr zugesetzt werden. Ist der Anteil von Vanadium (V) jedoch zu groß, nämlich größer als 0,1 %, so können in der Schweißverbindung Hartphasen wie etwa Carbide gebildet werden, und dadurch kann die Schweißverbindung beeinträchtigt werden. Deshalb kann es nach der beispielhaften Ausführungsform bevorzugt sein, dass der Anteil von Vanadium (V) im Bereich von 0,005 % bis 0,1 % liegt.
Zusätzlich kann der Anteil von mindestens einem von Calcium (Ca) und einem SEM in den nachfolgend beschriebenen Bereichen liegen.
Ca und SEM: 0,0005 % bis 0,005 % bzw. 0,001 % bis 0,05 %.
Calcium (Ca) und ein SEM stabilisieren Bögen und unterbinden die Bildung von Oxiden in der Schweißverbindung während des Schweißens. Zusätzlich unterbinden Calcium (Ca) und ein SEM während eines Abkühlvorgangs das Wachstum von Austenitkörnern und fördern die Umwandlung in intragranuläres Ferrit, wodurch die Zähigkeit der Schweißverbindung verbessert wird. Zu diesem Zweck kann der Anteil von Calcium (Ca) 0,0005 % oder mehr und der Anteil eines SEM 0,001 % oder mehr betragen. Ist der Anteil von Calcium (Ca) jedoch größer als 0,005 % oder der Anteil einer SEM größer als 0,05 %, so können grobe Oxide gebildet werden und dadurch kann die Zähigkeit der Schweißverbindung verringert werden.
Bei dem Vorstehenden kann das SEM mindestens eines umfassen, das aus der Gruppe bestehend aus Cer (Ce), Lanthan (La), Yttrium (Y) und Hafnium (Hf) ausgewählt ist. In jedem Fall können die vorstehend beschriebenen Wirkungen erzielt werden.
Die übrigen Komponenten der Schweißverbindung sind Eisen (Fe) und unvermeidbare Verunreinigungen.
Nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann es bevorzugt sein, dass die Metallschutzgasschweißverbindung nach dem MSG-Schweißvorgang ein Gefüge aufweist, das azikuläres Ferrit mit einem Flächenanteil von 20 % bis 30 % und Bainit mit einem Flächenanteil von 70 % bis 80 % umfasst.
Umfasst das Gefüge der durch MSG-Schweißen gebildeten Schweißverbindung eine große Menge Bainit mit einem hohen Festigkeitsgrad, so kann die Festigkeit der Schweißverbindung sichergestellt werden. Die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung kann jedoch nicht sichergestellt werden. Umfasst das Gefüge der Schweißverbindung andererseits eine zu große Menge an azikulärem Ferrit mit einem hohen Zähigkeitsgrad, kann die Schweißverbindung keinen ultrahohen Festigkeitsgrad aufweisen, obgleich die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung sichergestellt ist. Deshalb ist es notwendig, den Anteil von Bainit und den Anteil von azikulärem Ferrit korrekt auszugleichen, um gleichzeitig einen hohen Festigkeits- und Zähigkeitsgrad zu erzielen. Zu diesem Zweck kann es bevorzugt sein, dass das Gefüge der Schweißverbindung azikuläres Ferrit in einer Menge von 20 % bis 30 % und Bainit in einer Menge von 70 % bis 80 % umfasst.
In der Schweißverbindung vorhandene Oxide haben eine signifikante Wirkung auf die Gefügeumwandlung. Das bedeutet, dass die Gefügeumwandlung der Schweißverbindung deutlich von der Art der Oxide und der Größe und Anzahl von in der Schweißverbindung verteilten Oxidpartikeln beeinflusst wird. Da die Schweißmetallverbindung bei einem MSG-Schweißvorgang anders als bei anderen Schweißvorgängen nur von einem Schutzgas geschützt wird, können die Eigenschaften der durch MSG-Schweißen gebildeten Schweißverbindung deutlich verschlechtert werden, wenn Oxide nicht korrekt gesteuert werden.
Um dies zu verhindern, können Partikel eines Verbundoxids, TiO-TiN, gleichmäßig in kleinen Abständen in der Schweißverbindung verteilt werden.
Bevorzugt kann ein Verbundoxid, TiO-TiN, mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,01 um bis 0,1 um mit einer Dichte von 1×10⁸ oder mehr Partikeln pro mm³ in Abständen von 50 um oder weniger verteilt werden.
Ist der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Verbundoxids kleiner als 0,01 um, so kann die Umwandlung in azikuläres Ferrit in der Metallschutzgasschweißverbindung nicht ausreichend gefördert werden. Umgekehrt wird bei einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser des Verbundoxids von mehr als 0,1 um der Pinning-Effekt (Effekt der Unterbindung des Kornwachstums) des Verbundoxids an Austenitkörnern verringert, und das Verbundoxid kann sich wie grobe nichtmetallische Einschlüsse verhalten, was die Kerbschlagzähigkeit der ultrahochfesten Metallschutzgasschweißverbindung beeinträchtigt.
Zusätzlich kann das Verbundoxid bei einer Anzahl von Partikeln des Verbundoxids von weniger als 1×10⁸/cm³ nicht zu der Bildung von Keimbildungsstellen für azikuläres Ferrit beitragen und die Bildung von groben Körnern kann nicht verhindert werden.
Zusätzlich kann das Verbundoxid bei einer Verteilung der Partikel des Verbundoxids in Intervallen von mehr als 50 um die Keimbildung von azikulärem Ferrit nicht ausreichend fördern.
Wie vorstehend beschrieben, weist die Metallschutzgasschweißverbindung der beispielhaften Ausführungsform die vorstehend beschriebenen Legierungselemente und das vorstehend beschriebene Gefüge auf, und in der Metallschutzgasschweißverbindung ist ein Verbundoxid mit einer feinen granulären Struktur ausreichend umfasst. Dadurch kann die Metallschutzgasschweißverbindung einen ultrahohen Zugfestigkeitsgrad im Bereich von 870 MPa oder höher aufweisen. Zusätzlich beträgt die Schlagabsorptionsenergie (vE) der Metallschutzgasschweißverbindung bei -20 °C 47 J oder mehr, da die Kerbschlagzähigkeit der Metallschutzgasschweißverbindung bei niedrigen Temperaturen hoch ist.
Anschließend wird ein Volldraht zum Bilden der Metallschutzgasschweißverbindung detailliert nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Festigkeit einer Schweißverbindung durch ein herkömmliches Verfahren, bei dem lediglich eine azikuläre Ferritphase verwendet wird, nicht ausreichend gewährleistet wird, und dass bei einer geeigneten Anpassung der Anteile von azikulärem Ferrit, unterem Bainit und zähigkeitsverbesserndem Martensit zusätzlich zum Zusatz von Legierungselementen, die wirksam die Festigkeit einer Matrix verbessern, die Kerbschlagzähigkeit einer hochfesten Schweißverbindung mit einem Zugfestigkeitsgrad von 900 MPa oder mehr verbessert werden kann, sodass der Schweißverbindung gleichzeitig ein hoher Festigkeits- und Zähigkeitsgrad verliehen werden.
Insbesondere haben die Erfinder herausgefunden, dass bei einer Anpassung eines Volldrahts zum MSG-Schweißen wie nachfolgend beschrieben die vorstehend erläuterten Wirkungen erzielt werden können. Auf Grundlage dieses Wissens haben die Erfinder die vorliegende Erfindung erfunden.
[1] Werden Molybdän (Mo), Chrom (Cr) und Mangan (Mn) einem Volldraht zum MSG-Schweißen in geeigneten Mengen zugesetzt, kann die Zugfestigkeit einer unter Verwendung des Volldrahts zum MSG-Schweißen gebildeten Schweißverbindung verbessert werden.
[2] Werden Kupfer (Cu), Nickel (Ni) und Titan (Ti) dem Volldraht zum MSG-Schweißen in geeigneten Mengen zugesetzt, werden azikuläres Ferrit und unterer Bainit in einer Schweißverbindung gebildet, die unter Verwendung des Volldrahts zum MSG-Schweißen gebildet wird, und dadurch kann die Zähigkeit der Schweißverbindung verbessert werden.
Teil [1] und [2] werden nun detaillierter beschrieben.
[1] Zusatz von Mo, Cr und Mn in geeigneten Mengen Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei dem Zusatz von Molybdän (Mo), Chrom (Cr) und Mangan (Mn) zu einem Volldraht zum MSG-Schweißen in geeigneten Mengen die Härtbarkeit und Festigkeit einer unter Verwendung des Volldrahts zum MSG-Schweißen gebildeten Metallschutzgasschweißverbindung verbessert werden. Das bedeutet, dass eine hochzähe Schweißverbindung bereitgestellt werden kann. Der Zusatz von großen Mengen Molybdän (Mo), Chrom (Cr) und Mangan (Mn) kann jedoch zu einem zu großen Anstieg der Festigkeit führen, insbesondere zu Kälterissen in einer Schweißverbindung. Deshalb kann die Zugfestigkeit der Metallschutzgasschweißverbindung wirksam verbessert werden, wenn Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Mangan (Mn) dem Volldraht zum MSG-Schweißen in so geringen Mengen wie möglich zugesetzt werden und das Gefüge einer Metallschutzgasschweißverbindung wie vorstehend beschrieben gesteuert wird.
[2] Zusatz von Cu, Ni und Ti in geeigneten Mengen Die Erfinder haben herausgefunden, dass bei dem kombinierten Zusatz einer geeigneten Menge von Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) zu einem Volldraht zum MSG-Schweißen und dem Zusatz einer geeigneten Menge von Titan (Ti) zu dem Volldraht zum MSG-Schweißen ein Ti-Verbundoxid in einer unter Verwendung des Volldrahts zum MSG-Schweißen gebildeten Schweißverbindung vorliegt, das die Umwandlung in azikuläres Ferrit begünstigt. Auf diese Art und Weise kann die Kerbschlagzähigkeit einer hochfesten Schweißverbindung wirksam verbessert werden.
Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung detailliert beschrieben.
Nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann ein Volldraht zum MSG-Schweißen folgende Massenanteile enthalten: Kohlenstoff (C): 0,03 % bis 0,1 %, Silicium (Si): 0,1 % bis 0,5 %, Mangan (Mn): 2,0 % bis 3,0 %, Nickel (Ni): 2,0 % bis 3,5 %, Chrom (Cr): 0,1 % bis 0,6 %, Molybdän (Mo): 0,3 % bis 1,0 %, Titan (Ti): 0,01 % bis 0,05 %, Kupfer (Cu): 0,1 % bis 0,6 %, Bor (B): 0,0005 % bis 0,003 %, Aluminium (Al): 0,001 % bis 0,01 %, Stickstoff (N): 0,005 % oder weniger, Sauerstoff (O): 0,003 % oder weniger, Phosphor (P): 0,03 % oder weniger, Schwefel (S): 0,03 % oder weniger, sowie ein Gleichgewicht an Eisen (Fe) und unvermeidbaren Verunreinigungen.
Nachfolgend werden Gründe für die Anpassung der Zusammensetzung des Volldrahts zum MSG-Schweißen wie vorstehend beschrieben detailliert nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
C: 0,03 % bis 0,1 %
Kohlenstoff (C) ist ein Element, das die Festigkeit des Volldrahts zum MSG-Schweißen gewährleistet. Zu diesem Zweck kann der Anteil von Kohlenstoff (C) 0,03 % oder mehr betragen. Ist der Anteil von Kohlenstoff (C) jedoch zu groß, nämlich größer als 0,1 %, kann es während eines Wärmebehandlungsvorgangs zu Dekarbonisierung kommen.
Si: 0,1 % bis 0,5 %
Silicium (Si) wird zugesetzt, um eine Desoxidierungswirkung zu erzielen. Ist der Anteil von Silicium (Si) jedoch geringer als 0,1 %, so kann der Volldraht zum MSG-Schweißen unzureichend desoxidiert werden und die Fließfähigkeit von geschmolzenem Metall kann verringert werden. Umgekehrt kann bei einem Anteil von Silicium (Si) von mehr als 0,5 % ein Drahtziehvorgang zur Herstellung des Volldrahts zum MSG-Schweißen beeinträchtigt werden und die Umwandlung in einen M-A-Bestandteil im Schweißmetall kann begünstigt werden, wodurch die Kerbschlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen verringert wird und die Schweißrissempfindlichkeit bei niedrigen Temperaturen verschlechtert.
Mn: 2,0 % bis 3,0 %
Mangan (Mn) ist ein Element, das die Festigkeit des Volldrahts zum MSG-Schweißen erhöht. Um diese Wirkung ausreichend zu erzielen, kann der Anteil von Mangan (Mn) 2,0 % oder mehr betragen. Ist der Anteil von Mangan (Mn) jedoch größer als 3,0 %, kann ein Drahtziehvorgang zur Herstellung des Volldrahts zum MSG-Schweißen beeinträchtigt werden.
Ni: 2,0 % bis 3,5 %
Nickel (Ni) ist ein Element, das die Festigkeit und Zähigkeit des Volldrahts zum MSG-Schweißen durch Mischkristallverfestigung verbessert. In dieser Hinsicht ist der Zusatz von Nickel (Ni) in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erforderlich. Um diese Wirkungen zu erzielen, kann der Anteil von Nickel (Ni) so angepasst werden, dass er 2,0 % oder mehr beträgt. Ist der Anteil von Nickel (Ni) jedoch größer als 3,5 %, kann es bei einem Schweißvorgang zu Heißrissen kommen.
Cr: 0,1 % bis 0,6 %
Chrom (Cr) ist allgemein als festigkeitsverbesserndes Element bekannt. Ist der Anteil von Chrom (Cr) jedoch geringer als 0,1 %, so ist es schwierig, die festigkeitsverbessernde Wirkung zu erzielen. Umgekehrt können bei einem Anteil von Chrom (Cr) von mehr als 0,6 % die Eigenschaften einer unter Verwendung des Volldrahts zum MSG-Schweißen gebildeten Schweißverbindung beeinträchtigt werden.
Mo: 0,3 % bis 1,0 %
Molybdän (Mo) verbessert die Festigkeit einer Schweißverbindung. Zu diesem Zweck kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Molybdän (Mo) 0,3 % oder mehr beträgt. Ist der Anteil von Molybdän (Mo) jedoch größer als 1,0 %, kann die Zähigkeit einer Schweißverbindung beeinträchtigt werden.
Ti: 0,01 % bis 0,05 %
Dem Volldraht zum MSG-Schweißen zugesetztes Titan (Ti) verbindet sich mit Sauerstoff (O) und bildet ein feines Ti-Verbundoxid. In dieser Hinsicht ist der Zusatz von Titan (Ti) in der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erforderlich. Bevorzugt kann der Anteil von Titan (Ti) im Volldraht zum MSG-Schweißen so angepasst werden, dass er 0.01 % oder mehr beträgt, um eine Verteilung des feinen Ti-Verbundoxids zu erzielen.
Ist der Anteil von Titan (Ti) jedoch größer als 0,05 %, so können grobe Ti-Verbundoxide gebildet werden und dadurch können die Eigenschaften einer Schweißverbindung beeinträchtigt werden.
Cu: 0,1 % bis 0,6 %
Kupfer (Cu) erhöht die Festigkeit des Volldrahts zum MSG-Schweißen wirksam. Ist der Anteil von Kupfer (Cu) geringer als 0,1 %, ist die festigkeitssteigernde Wirkung unbedeutend. Umgekehrt können bei einem Anteil von Kupfer (Cu) von mehr als 0,6 % Risse in einer hochfesten, unter Verwendung des Volldrahts zum MSG-Schweißen gebildeten Metallschutzgasschweißverbindung gebildet werden, und die Kerbschlagzähigkeit der hochfesten Metallschutzgasschweißverbindung kann beeinträchtigt werden.
B: 0,0005 % bis 0,003 %
Bor (B) ist ein Element, das die Härtbarkeit verbessert. Bor (B) verhindert die Umwandlung in Korngrenzenferrit durch Abscheiden entlang Korngrenzen und fördert die Umwandlung in azikuläres Ferrit durch Ausfällung in der Form von BN neben Partikeln eines Ti-Verbundoxids. Um diese Wirkungen zu erzielen, kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Bor (B) 0,0005 % oder mehr beträgt. Ist der Anteil von Bor (B) jedoch größer als 0,003 %, so werden diese Wirkungen nicht mehr erzielt und die Härtbarkeit der Schweißverbindung wird deutlich erhöht, was die Martensitumwandlung begünstigt und zu Kälterissen sowie einer Verringerung der Zähigkeit führt.
Al: 0,001 % bis 0,01 %
Aluminium (Al) wirkt als Desoxidationsmittel und verringert die Menge an Sauerstoff (O) im Volldraht zum MSG-Schweißen. Deshalb ist in der beispielhaften Ausführungsform der Zusatz von Aluminium (Al) erforderlich. Zusätzlich verbindet sich Aluminium (Al) mit gelöstem Stickstoff (N) und bildet feine AlN-Ausfällungen. Um diese Wirkungen zu erzielen, kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Aluminium (Al) 0,001 % oder mehr beträgt. Ist der Anteil von Aluminium (Al) jedoch größer als 0,01 %, so kann grobes Al₂O₃ gebildet werden und dadurch können die Eigenschaften des Volldrahts zum MSG-Schweißen beeinträchtigt werden.
N: 0,005 % oder weniger
Stickstoff (N) ist ein Element, das unvermeidbar im Volldraht zum MSG-Schweißen enthalten ist. Die Obergrenze für den Anteil von Stickstoff (N) kann bevorzugt bei 0,005 % angesetzt werden. Ist der Anteil von Stickstoff (N) größer als 0,005 %, so können grobe Nitride ausfällen und dadurch die Ziehbarkeit oder andere Eigenschaften des Volldrahts zum MSG-Schweißen beeinträchtigt werden.
O: 0,003 % oder weniger
Sauerstoff (O) ist ein Element, das im Volldraht zum MSG-Schweißen als Verunreinigung enthalten ist. Ist der Anteil von Sauerstoff (O) größer als 0,003 %, so können grobe Oxide als Ergebnis einer Reaktion zwischen Sauerstoff (O) und anderen Elementen gebildet werden und dadurch die Ziehbarkeit oder andere Eigenschaften des Volldrahts zum MSG-Schweißen beeinträchtigt werden.
P: 0,03 % oder weniger
Phosphor (P) ist ein Element, das im Volldraht zum MSG-Schweißen als Verunreinigung enthalten ist und Schwierigkeiten wie Risse verursachen kann, wenn der Volldraht zum MSG-Schweißen wärmebehandelt wird. Deshalb kann der Anteil von Phosphor (P) bevorzugt so angepasst werden, dass er 0,03 % oder weniger beträgt.
S: 0,03 % oder weniger
Schwefel (S) ist ein Element, das im Volldraht zum MSG-Schweißen als Verunreinigung enthalten ist und grobes MnS und Heißrisse bilden kann. Deshalb kann der Anteil von Schwefel (S) bevorzugt so angepasst werden, dass er 0,03 % oder weniger beträgt.
In dem Volldraht zum MSG-Schweißen nach der beispielhaften Ausführungsform mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung können die Anteile von Kohlenstoff (C), Silicium (Si) und Mangan (Mn) bevorzugt (5C+Si+2Mn) = 5 bis 7 erfüllen.
In dem Volldraht zum MSG-Schweißen nach der beispielhaften Ausführungsform kann geschmolzenes Metall durch Reaktion mit Sauerstoff während eines Schweißvorgangs oxidiert werden, wenn (5C+Si+2Mn) weniger als 5 ist, und dadurch können die Anteile von in einer Schweißverbindung verbleibenden Legierungselementen verringert werden. Umgekehrt kann die Härtbarkeit zunehmen, wenn (5C+Si+2Mn) größer als 7 ist. Deshalb kann es nach dem Schweißen in einer Schweißverbindung zu Kälterissen kommen oder die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung kann beeinträchtigt werden.
Außerdem können in dem Volldraht zum MSG-Schweißen nach der beispielhaften Ausführungsform die Anteile von Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Kupfer (Cu) und Nickel (Ni) bevorzugt (Mo+2Cr+5Cu+4Ni) = 12 bis 15 erfüllen.
Ist in dem Volldraht zum MSG-Schweißen nach der beispielhaften Ausführungsform (Mo+2Cr+5Cu+4Ni) geringer als 12, so kann die Kerbschlagzähigkeit einer Schweißverbindung beeinträchtigt werden. Umgekehrt kann die Härtbarkeit zu stark zunehmen, wenn (Mo+2Cr+5Cu+4Ni) größer als 15 ist, und dadurch die Schweißrissempfindlichkeit bei niedrigen Temperaturen zunehmen.
Wenn ein Volldraht zum MSG-Schweißen mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung ferner mindestens ein aus der Gruppe bestehend aus Niob (Nb), Vanadium (V) und Wolfram (W) ausgewähltes Element umfasst, können die mechanischen Eigenschaften einer durch einen MSG-Schweißvorgang unter Verwendung des Volldrahts zum MSG-Schweißen gebildeten Schweißverbindung weiter verbessert werden.
Nb: 0,001 % bis 0,1 %
Niob (Nb) wird zugesetzt, um die Härtbarkeit einer Schweißverbindung zu verbessern. Niob (Nb) verringert insbesondere eine Ar3-Umwandlungstemperatur und erweitert einen Bainit-Phasenbereich sogar bei einer geringen Abkühlgeschwindigkeit. Deshalb kann Niob (Nb) zur Begünstigung der Bainitbildung zugesetzt werden. Daneben kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Niob (Nb) 0,001 % oder mehr beträgt, um eine festigkeitsverbessernde Wirkung zu erzielen. Ist der Anteil von Niob (Nb) jedoch größer als 0,1 %, so wird die Bildung eines M-A-Bestandteils in der Schweißverbindung während eines Schweißvorgangs begünstigt, und dadurch kann die Zähigkeit der Schweißverbindung beeinträchtigt werden.
V: 0,001 % bis 0,1 %
Vanadium (V) bildet VN-Ausfällungen in einer Schweißverbindung und fördert dadurch die Ferritumwandlung. Um diese Wirkungen zu erzielen, kann Vanadium (V) in einer Menge von 0,001 % oder mehr zugesetzt werden. Ist der Anteil von Vanadium (V) jedoch größer als 0,1 %, so können in der Schweißverbindung Hartphasen wie etwa Carbide gebildet werden, und dadurch kann die Zähigkeit der Schweißverbindung beeinträchtigt werden.
W: 0,01 % bis 0,5 %
Wolfram (W) verbessert die Festigkeit einer Schweißverbindung bei hohen Temperaturen und führt zu Ausfällungsverfestigung. Ist der Anteil von Wolfram (W) geringer als 0,01 %, ist die festigkeitsverbessernde Wirkung unbedeutend, und ist der Anteil von Wolfram (W) größer als 0,5 %, so wird die Zähigkeit einer Schweißverbindung beeinträchtigt.
Zusätzlich kann der Volldraht zum MSG-Schweißen mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung ferner mindestens eines von Calcium (Ca) und einem SEM enthalten, sodass das Wachstum früherer Austenitkörner unterbunden wird.
Ca: 0,0005 % bis 0,005 % und/oder SEM: 0,005 % bis 0,05 %
Calcium (Ca) und ein SEM werden dem Volldraht zum MSG-Schweißen mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung optional zugesetzt, um Bögen während des Schwei-ßens zu stabilisieren und Oxide in einer Schweißverbindung zu bilden. Zusätzlich unterbinden Calcium (Ca) und ein SEM während eines Abkühlvorgangs das Wachstum von Austenitkörnern und fördern die Umwandlung in intragranuläres Ferrit, wodurch die Zähigkeit einer Schweißverbindung verbessert wird.
Um diese Wirkungen zu erzielen, kann es bevorzugt sein, dass der Anteil von Calcium (Ca) 0,0005 % oder mehr und der Anteil eines SEM 0,005% oder mehr betragen. Ist der Anteil von Calcium (Ca) jedoch größer als 0,005 % oder der Anteil einer SEM größer als 0,05 %, so werden während des Schweißens in großen Zahlen Spritzer gebildet, und dadurch kann ein Schweißvorgang beeinträchtigt werden. Das SEM kann mindestens eines von Cer (Ce), Lanthan (La), Yttrium (Y) und Hafnium (Hf) umfassen und die vorstehend genannten Wirkungen können in jedem Fall erzielt werden.
Der Volldraht zum MSG-Schweißen nach der beispielhaften Ausführungsform kann die vorstehend beschriebenen Legierungselemente und ein Gleichgewicht von Eisen (Fe) und anderen unvermeidbar während des Herstellungsvorgangs zugesetzten Verunreinigungen umfassen.
Zusätzlich kann der Volldraht zum MSG-Schweißen nach der beispielhaften Ausführungsform in einem Wärmeofen mit einer Temperatur von 900 °C oder mehr erhitzt und anschließend gezogen werden, sodass der Volldraht zum MSG-Schweißen einen endgültigen Durchmesser von etwa 1,2 mm aufweist.
Der Volldraht zum MSG-Schweißen nach der beispielhaften Ausführungsform mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung und den vorstehend beschriebenen Bedingungen kann in einem Schweißvorgang zur Bildung einer Schweißverbindung verwendet werden. Anschließend kann die Schweißverbindung ein Gefüge aufweisen, das azikuläres Ferrit mit einem Flächenanteil von 20 % bis 30 % und unteren Bainit mit einem Flächenanteil von 70 % bis 80 % umfasst. Auf diese Art und Weise kann eine ultrahochfeste, hochzähe Schweißverbindung mit einer Zugfestigkeit von 900 MPa oder mehr und einer Kerbschlagzähigkeit von 70 J oder mehr bei -20 °C bereitgestellt werden.
Obgleich das Gefüge einer unter Verwendung des Volldrahts zum MSG-Schweißen gebildeten Schweißverbindung eine gewisse Menge Martensit neben dem vorstehend genannten azikulären Ferrit und unteren Bainit aufweist, können die beabsichtigten Eigenschaften erzielt werden. In diesem Fall können die Eigenschaften der Schweißverbindung nicht beeinträchtigt werden, wenn der Flächenanteil von Martensit 5 % oder weniger und bevorzugter 3 % oder weniger beträgt.
[Ausführungsbeispiele der Erfindung]
Nachfolgend wird die vorliegende Offenbarung anhand der Beispiele spezifischer beschrieben. Die nachfolgenden Beispiele sollen jedoch in beschreibendem Sinne und nicht zum Zwecke der Eingrenzung verstanden werden. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die beigefügten Patentansprüche definiert und Modifikationen und Variationen derselben können in angemessener Weise vorgenommen werden.
[Beispiel 1]
Metallwerkstücke, welche die in den nachfolgenden Tabellen 1 und 2 dargestellten Zusammensetzungen und Bedingungen erfüllen, wurden durch einen Metallschutzgasschweißvorgang (MSG-Schweißvorgang) mit einer Wärmezufuhr von 15 kJ/cm bis 25 kJ/cm verschweißt, um MSG-Schweißverbindungen zu bilden.
Anschließend wurden Eigenschaften der MSG-Schweißverbindungen wie etwa Gefüge oder die Größe und Anzahl von Partikeln eines Ti-Verbundoxids gemessen, wie in Tabelle 3 dargestellt.
Dabei wurden Proben aus Mittelstücken der MSG-Schweißverbindungen entnommen, um deren mechanische Eigenschaften zu prüfen.

Im Detail wurden Zugproben nach den Koreanischen Industriestandards (Nr. 4 KS B 0801) vorbereitet und es wurde ein Zugversuch mit einer Traversengeschwindigkeit von 10 mm/min. durchgeführt. Zusätzlich wurden Kerbschlagproben nach den Koreanischen Industriestandards (Nr. 3 KS B 0809) vorbereitet und ein Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy bei -20 °C durchgeführt. Ergebnisse der Prüfungen mechanischer Eigenschaften sind in der nachfolgenden Tabelle 3 dargestellt.

[Tabelle 2]

Nr.	Bedingungen für Legierungselemente
	Ti/O	Ti/N	(2Ti+5B) /N	Mn+2Cr+3Mo+
				3Cu
ES 1	1,0	4,8	12,7	4,7
ES 2	0,7	4,5	12,4	5,2
ES 3	1,2	8,5	19,8	5,2
ES 4	1, 2	5,8	14,4	5,6
ES 5	1,2	6, 0	16,0	5,4
VS 1	0, 03	0,2	0,3	3,5
VS 2	0,1	0,5	1,5	3,2
VS 3	1,4	19,0	38,1	3,0
VS 4	0, 05	0,7	1,7	4,2
VS 5	0,4	2,2	7,3	7, 0
(ES: Erfindungsgemäßer Stahl, VS: Vergleichsstahl)

[Tabelle 3]

Nr.	Wärmezufu hr zum Schweißen (kJ/cm)	Gefügeanteil e (%)		Ti-Verbundoxid		Mechanische Eigenschaften
	Wärmezufu hr zum Schweißen (kJ/cm)	AF	B	Anzahl (Partike l/mm³)	Durchs chnitt liche Größe (µm)	Zugfest igkeit (MPa)	Kerbschl agzähigk eit (vE-_20°C(J))
ES 1	20	28	72	2,1×10⁸	0,02	910	94
ES 2	25	26	74	3,4×10⁸	0,01	925	123
ES 3	25	28	72	3,3×10⁸	0,01	910	98
ES 4	20	24	76	3,3×10⁸	0,02	932	83
ES 5	20	25	75	2,1×10⁸	0,03	916	115
VS 1	20	8	92	1,6×10⁶	0,09	852	44
VS 2	20	5	95	1,4×10⁶	0,12	841	35
VS 3	20	10	90	1,5×10⁶	0,10	954	25
VS 4	20	9	91	1,4×10⁶	0,09	973	23
VS 5	25	5	95	1,5×10⁵	0,15	981	19
(In Tabelle 3: ES: Erfindungsgemäßer Stahl, VS: Vergleichsstahl, AF: Azikuläres Ferrit, B: Bainit)

Wie in Tabelle 3 dargestellt, umfasste jede der nach der vorliegenden Offenbarung gebildeten MSG-Schweißverbindungen (Erfindungsgemäße Proben 1 bis 5) eine ausreichende Menge eines Ti-Verbundoxids und wies ein Gefüge auf, in dem azikuläres Ferrit in einer Menge von 20 % bis 30 % vorlag, wodurch sowohl deren Festigkeit als auch deren Kerbschlagzähigkeit hoch waren.
Im Fall der Vergleichsstähle 1 bis 5, bei denen die in der vorlegenden Offenbarung vorgeschlagenen Anteile und Bedingungen für Legierungselemente nicht erfüllt sind, war der Anteil der Ti-Verbundoxidpartikel unzureichend und der Anteil von azikulärem Ferrit unzureichend. Dadurch war mindestens eine der Festigkeit und Kerbschlagzähigkeit schlecht.
1 ist ein Bild, das das Gefüge einer nach der vorliegenden Offenbarung durch MSG-Schweißen gebildeten Schweißverbindung (erfindungsgemäße Probe 3) darstellt. Unter Bezugnahme auf 1 ist das Gefüge der MSG-Schweißverbindung hauptsächlich aus azikulärem Ferrit und unterem Bainit gebildet.
[Beispiel 2]
Volldrähte zum MSG-Schweißen mit den in Tabelle 4 dargestellten Zusammensetzungen wurden durch Vakuumschmelz-, Wärmebehandlungs- und Zugverfahren hergestellt. Bedingungen für die Anteile von Legierungselementen der Volldrähte zum MSG-Schweißen sind in Tabelle 5 dargestellt.
Es wurde ein MSG-Schweißvorgang unter Verwendung der Volldrähte zum MSG-Schweißen mit einer Wärmezufuhr von etwa 25 kJ/cm durchgeführt. Beim MSG-Schweißvorgang wurde ein Schutzgas, 100 % CO₂, verwendet. Zusätzlich wurden Bleche aus hochfestem Baustahl mit einer Zugfestigkeit von 800 MPa als Schweißwerkstücke verwendet. Die Zusammensetzungen von nach dem MSG-Schweißvorgang gebildeten Schweißverbindungen sind in Tabelle 6 dargestellt.
Mechanische Eigenschaften der Schweißverbindungen wurden wie in Tabelle 7 dargestellt gemessen.
Dabei wurden Proben zur Messung mechanischer Eigenschaften aus den Mittelstücken der Schweißverbindungen entnommen. Detailliert wurden Zugproben nach den Koreanischen Industriestandards (Nr. 4 KS B 0801) vorbereitet und es wurde ein Zugversuch mit einer Traversengeschwindigkeit von 10 mm/min. durchgeführt. Zusätzlich wurden Kerbschlagproben nach den Koreanischen Industriestandards (Nr. 3 KS B 0809) vorbereitet und ein Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy bei -20 °C durchgeführt.

Zusätzlich wurden die Gefüge der Schweißverbindungen unter Verwendung eines Lichtmikroskops beobachtet, um die Arten und Phasenanteile der Gefüge der Schweißverbindungen zu messen. [Tabelle 4]

Nr.	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	B*	N*	Ti	Al	Cu	Zusätzlich	O*
EP 1	0, 0 5	0,2	2,4 5	0,005	0,003	2,5	0,3	0,3	15	42	0,02	0,005	0,4	W 0,01	8
EP 2	0, 0 7	0,2 5	2,5	0,006	0,006	2,9	0,4	0,4	14	36	0, 02	0,004	0,4	Ca 0,001	5
EP 3	0, 0 7	0,3 2	2, 8	0,008	0,005	2, 6	0,4	0,4	22	40	0,03	0,003	0,2	V 0,01	7
EP 4	0, 0 7	0,4 2	2,5	0,005	0,006	2,7	0,3	0,5	20	35	0, 02	0,003	0, 5	-	10
EP 5	0, 0 8	0,3 8	2,5	0,005	0,005	2,8	0,3	0, 6	26	45	0,03	0,002	0,3	Nb 0,01	9
VP 1	0, 0 5	0, 1 3	1, 9 3	0,011	0,004	1, 7 1	0, 6	0,2	69	40	0, 04	0,001	0,2	-	12
VP 2	0,0 6	0,0 6	1,2 5	0,010	0,007	1,6 1	0, 5	0,0 1	21	44	0,3	0,007	0,3	-	15
VP 3	0, 0 4	0,1 9	2,0	0,008	0,004	1,7 5	0, 0 3	0,5 5	105	36	-	-	0,2	-	14
VP 4	0,0 6	0,2 8	1,5 6	0,013	0,008	2,5	0,0 2	1,1 4	58	31	0,012	-	0,5	-	12
VP 5	0, 0 5	0,2	1,4 5	0,010	0,005	2,5	0,3	0,3	20	34	0,02	0,005	0,014	W 0,01	12
(In Tabelle 4: EP: Erfindungsgemäße Probe, VP: Vergleichsprobe, Angabe von B, N und O* in ppm)

[Tabelle 5]

Nr.	Bedingungen für Legierungselemente
	5C+Si+2Mn	Mo+2Cr+5Cu+4Ni
EP 1	5,4	12,9
EP 2	5,6	14,8
EP 3	6,3	12,6
EP 4	5,8	14,4
EP 5	5,8	13,9
VP 1	4,2	9,2
VP 2	2,9	9,0
VP 3	4,4	8,6
VP 4	3,7	13,7
VP 5	3,4	11,0
(EP: Erfindungsgemäße Probe, VP: Vergleichsprobe)

[Tabelle 6]

Nr.	C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr	Mo	B	N	Ti	Al	Cu	Zusätzlich	0
EP 1	0, 0 4	0,2	2,4	0,013	0,005	2,4	0,3	0,3	18	52	0,01	0,003	0,35	W 0,01	340
EP 2	0,0 6	0,2	2,5	0,011	0,006	2,5	0,4	0,4	23	53	0,01	0,004	0,36	Ca 0,001	380
EP 3	0, 0 6	0,3	2,5	0,008	0,005	2,5	0,4	0,4	23	50	0,02	0,003	0,21	V 0,01	350
EP 4	0,0 7	0,4	2,4	0,009	0,006	2,4	0,3	0,5	18	43	0,02	0,003	0,46	-	320
EP 5	0, 0 7	0,3 3	2,5	0,01	0,005	2,5	0,3	0,6	19	45	0,03	0,002	0,28	Nb 0,01	380
VP 1	0, 0 5	0,1 3	1,9	0,011	0,004	1,7	0,6	0,2	48	50	0,02	0,001	0,21	-	290
VP 2	0,0 6	0,0 6	1,2	0,01	0,007	1,6	0, 5	0,0 1	25	74	0,3	0,007	0,32	-	480
VP 3	0, 0 4	0,1 7	1,9	0,008	0,004	1,7	0, 0 3	0,5 5	80	56	-	-	0,2	-	500
VP 4	0,0 4	0,2 0	1,5 6	0,013	0,008	2,3	0,0 2	1,1 4	39	71	0,012	-	0,5	-	670
VP 5	0, 0 5	0,1 7	1,4 5	0,01	0,005	2,3	0,3	0,3	22	52	0,02	0,005	0,014	W 0,01	440
(EP: Erfindungsgemäße Probe, VP: Vergleichsprobe)

[Tabelle 7]

Nr.	Gefüge von Schweißverbindungen (Anteil in %)			Mechanische Eigenschaften von Schweißverbindungen
	AF	UB	M	Zugfestigkeit (MPa)	vE_-20°C (J)
EP 1	27	72	1	904	83
EP 2	26	71	3	922	83
EP 3	28	70	2	911	76
EP 4	25	72	3	924	86
EP 5	28	70	2	922	82
VP 1	16	53	31	837	16
VP 2	15	50	35	844	26
VP 3	24	40	36	851	44
VP 4	15	45	40	973	28
VP 5	17	34	49	996	39
(In Tabelle 7: EP: Erfindungsgemäße Probe, VP: Vergleichsprobe, AF: Azikuläres Ferrit, UB: Unterer Bainit, M: Martensit)

Wie in Tabelle 7 dargestellt, wurden bei einer Durchführung des MSG-Schweißvorgangs unter Verwendung von nach der vorliegenden Offenbarung hergestellten Volldrähten zum MSG-Schweißen (Erfindungsgemäße Proben 1 bis 5) Schweißverbindungen mit einer hohen Festigkeit von 900 MPa oder höher und einem hohen Kerbschlagzähigkeitsgrad gebildet.
Wurde der MSG-Schweißvorgang jedoch unter Verwendung von Volldrähten zum MSG-Schweißen durchgeführt, die die in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagenen Anteilsbereiche von Legierungselementen nicht erfüllen (Vergleichsproben 1 bis 5), so war mindestens eine von Festigkeit und Kerbschlagzähigkeit von Schweißverbindungen schlecht. Insbesondere wurde azikuläres Ferrit nicht ausreichend in den Gefügen der Schweißverbindungen gebildet und dadurch war die Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindungen schlecht.

Claims

Ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung mit einem hohen Kerbschlagzähigkeitsgrad, wobei die ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung folgende Massenanteile umfasst: Kohlenstoff (C): 0,05 % bis 0,1 %, Silicium (Si): 0,2 % bis 0,7 %, Mangan (Mn): 1,5 % bis 2,5 %, Nickel (Ni): 2,0 % bis 3,5 %, Chrom (Cr): 0,3 % bis 0,9 %, Kupfer (Cu): 0,1 % bis 0,3 %, Molybdän (Mo): 0,5 % bis 0,8 %, Titan (Ti): 0,02 % bis 0,04 %, Bor (B): 0,002 % bis 0,005 %, Aluminium (Al): 0,001 % bis 0,03 %, Stickstoff (N): 0,002 % bis 0,007 %, Phosphor (P): 0,03 % oder weniger, Schwefel (S): 0,03 % oder weniger, Sauerstoff (O): 0,02 % bis 0,05 %, sowie der Rest Eisen (Fe) und andere unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die Anteile von Titan (Ti) und Sauerstoff (O) nachfolgende Formel 1 erfüllen, die Anteile von Titan (Ti) und Stickstoff (N) nachfolgende Formel 2 erfüllen, die Anteile von Titan (Ti), Bor (B) und Stickstoff (N) nachfolgende Formel 3 erfüllen und die Anteile von Mangan (Mn), Chrom (Cr), Molybdän (Mo) und Kupfer (Cu) nachfolgende Formel 4 erfüllen, wobei die ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung ein Gefüge aufweist, das azikuläres Ferrit mit einem Flächenanteil von 20 % bis 30 % und Bainit mit einem Flächenanteil von 70 % bis 80 % umfasst, $0,4 \leq Ti/O \leq 1,2$
$2,8 \leq Ti/N \leq 9,0$
$10 \leq (2 Ti + 5 B) /N \leq 20$
$3,5 \leq Mn + 2 Cr + 3 Mo + 3 Cu \leq 7,5$
Ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung nach Anspruch 1, ferner umfassend Massenanteile von mindestens einem aus Niob (Nb): 0,001 % bis 0,1 % und Vanadium (V): 0,005 % bis 0,1 %, und Massenanteile von mindestens einem aus Calcium (Ca): 0,0005 % bis 0,005 % und einem Seltenerdmetall (SEM): 0,005 % bis 0,05 %.
Ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung nach Anspruch 1, wobei ein Verbundoxid, TiO-TiN, das einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,01 um bis 0,10 um aufweist, mit einer Dichte von 1×10⁸ oder mehr Partikeln pro mm³ in der ultrahochfesten Metallschutzgasschweißverbindung verteilt ist.
Ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung nach Anspruch 3, wobei Partikel des Verbundoxids, TiO-TiN, in Abständen von 50 um oder weniger verteilt sind.
Ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung nach Anspruch 1, wobei die ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung bei -20 °C eine Kerbschlagzähigkeit von 47 J aufweist.
Ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung nach Anspruch 1, wobei die ultrahochfeste Metallschutzgasschweißverbindung eine Zugfestigkeit von 870 MPa oder mehr aufweist.
Volldraht zum Metallschutzgasschweißen (MSG-Schwei-ßen), der folgende Massenanteile umfasst: Kohlenstoff (C): 0,03 % bis 0,1 %, Silicium (Si): 0,1 % bis 0,5 %, Mangan (Mn): 2,0 % bis 3,0 %, Nickel (Ni): 2,0 % bis 3,5 %, Chrom (Cr): 0,1 % bis 0,6 %, Molybdän (Mo): 0,3 % bis 1,0 %, Titan (Ti): 0,01 % bis 0,05 %, Kupfer (Cu): 0,1 % bis 0,6 %, Bor (B): 0,0005 % bis 0,003 %, Aluminium (Al): 0,001 % bis 0,01 %, Stickstoff (N): 0,005 % oder weniger, Sauerstoff (O): 0,003 % oder weniger, Phosphor (P): 0,03 % oder weniger, Schwefel (S): 0,03 % oder weniger, sowie der Rest Eisen (Fe) und unvermeidbare Verunreinigungen, ferner umfassend Massenanteile von mindestens einem ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Niob (Nb): 0,001 % bis 0,1 %, Vanadium (V): 0,001 % bis 0,1 % und Wolfram (W): 0,01 % bis 0,5 %, ferner umfassend Massenanteile von mindestens einem aus Calcium (Ca): 0,0005 % bis 0,005 % und einem SEM: 0,005 % bis 0,05 %, wobei der Volldraht zum MSG-Schweißen 5 ≤ (5C+Si+2Mn) ≤ 7 und 12 ≤ (Mo+2Cr+5Cu+4Ni) ≤ 15 erfüllt.
Volldraht zum MSG-Schweißen nach Anspruch 7, wobei bei einem unter Verwendung des Volldrahts zum MSG-Schwei-ßen durchgeführten Schweißvorgang 100 % CO₂ oder ein Gemisch aus Ar und CO₂ als Schutzgas verwendet wird.