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Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Baustahles, der aus weniger
als 0,15 0/0 Kohlenstoff, weniger als 0,5°/o Silizium, 0,5 bis 20/0 Mangan, 0,15
bis weniger als 20/0 Nickel, 0,2,bis 0;50/0 Molybdän, 0,03 bis 0,2 0/0 Niob, Rest
Eisen und Verunreinigungen besteht, als Werkstoff für geschweißte Gegenstände, die
auch nach mehrmaligem Spannungsfreiglühen eine hohe Zugfestigkeit und eine gute
Zähigkeit aufweisen.
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Feinkornstähle mit guten technologischen Eigenschaften, auch bei Temperaturen
unter 0° C, sind bereits bekannt. Ein solcher bekannter Stahl kann bis zu 0;6 0/0
Kohlenstoff, bis zu 2 0/0 Mangan, bis zu 1.0/, Si= lizium, 0,05 bis 10/0 Molybdän
und 0,02 bis 10/, Niob enthalten. Ein anderer bekannter Stahl enthält 0,15 Kohlenstoff,
0,40/0 Mangan, 0,20/, Silizium, 0,09010
Niob, 0,22 0/0 Molybdän und 1,7 °/0
Nickel.
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Es ist ferner bekannt, schweißbaren Baustählen mit guten Festigkeitseigenschaften
im ungealterten und im gealterten Zustand zur Verbesserung der Festigkeit, Streckgrenze
und Zähigkeit bis zu 10/0 Silizium, 0,03 bis 5 0/0 Molybdän, 0,01 bis 0,3 0/0 Niob
und/oder bis zu 20/0 Mangan zuzugeben, wobei diese Stähle auch Vanadium in einem
Gehalt von 0,1 bis 0,25 0/0 enthalten können.
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Der anmeldungsgemäße Stahl unterscheidet sich gegenüber diesen bekannten
Stählen durch höhere Zähigkeit und höhere Zugfestigkeit, wobei diese mechanischen
Eigenschaften des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahles auch dann erhalten bleiben,
wenn er zur Beseitigung von Spannungen wiederholt über längere Zeiträume nach dem
Schweißen unterhalb des Aci-Punktes geglüht wird.
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Die unteren Gehaltsgrenzen für die folgenden Komponenten in dem erfindungsgemäß
zu -verwendenden Stahl liegen zweckmäßig über 0,010/0 C, über 0,05 0/0 Si und über
0,20/0 Ni. Der zu verwendende Stahl kann ferner 0,03 bis 0,20/0 wenigstens eines
Elementes, wie Vanadin oder Zirkonium, enthalten.
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Es ist allgemein bekannt, daß mit einer sich wiederholenden Entspannungsglühung,
die zur Beseitigung der durch das Schweißen hervorgerufenen Spannung dient, die
Zugfestigkeit bei niedriglegierten Mangan-Molybdän-Stählen zu niedrigeren Werten
verschoben werden. Insbesondere wird hierbei die Stoßempfindlichkeit des verschweißten
Werkstoffs erhöht: Ursächlich hierfür dürften in erster Linie Konzentrationsänderungen
von Mangan und Molybdän ein, die im' Zementit angereichert sind, bzw. Änderungen
in der Zusammensetzung und Verteilung von Molybdänkarbid sein.
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Es wurde nunmehr festgestellt, daß man durch einen Zusatz von Niob
zu den Mangan-Molybdän-Stählen und durch eine Wärmebehandlung den Kohlenstoff binden
kann, wodurch eine Verzögerung der Mangan-und Molybdänkarbidbildung erreicht wird.
Selbst wenn man einen niobhaltigen Stahl wiederholt einem Entspannungsglühen unterwirft,
werden die mechanischen Eigenschaften und die Verformbarkeit des erfindungsgemäß
zu verwendenden Stahles nicht beeinträchtigt.
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Den gleichen Effekt kann man in dem erfindungsgemäß zu verwendenden
Stahl durch weitere Zusätze von Zirkonium oder Vanadium oder von beiden erzielen.
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Bei Versuchen, bei denen Stahlbleche über 100 mm i Dicke zur Beseitigung
von Spannungen mehrmals bei 625°C geglüht werden, zeigte es sich, daß bei Stahllegierungen,
die kein Niobium, Zirkonium und Vanadin enthielten, die nach der Charpy-Probe ermittelte
Kerbschlagzähigkeit.bei -12°C -von -10 bis, 20 kg/cma des geschweißten Werkstoffs
auf unter 5 kgm absank, während die durch die Entspannungsglühung verursachte Versprödung
durch Zusatz dieser Elemente zu dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahlblech in
entsprechenden Mengen verhindert und die Festigkeit bei hoher Temperatur verbessert
wurde.
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Um eine gute Schweißbarkeit und verbesserte mechanische Eigenschaften
bei einem legierten Stahl auch dann zu erhalten, wenn er wiederholten Entspannungsglühungen
unterWorfen wird, muß der Kohlenstoffgehalt des Stahles niedrig sein. Zunächst wird
Kohlenstoff zugegeben, damit die Zugfestigkeit des legierten Stahles erhöht wird,
wünschenswert ist jedoch, daß der Gehalt kleiner als 0,12 0/0 ist. Insbesondere
dann, wenn die zugesetzte Menge des Kohlenstoffes 0,15 0/0 überschreitet, wird die
Schlagfestigkeit vermindert, und die mechanischen Eigenschaften nehmen mit der Zahl
der Entspannungsglühungen ab.
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Der Siliziumgehalt des Stahles wird gering gehalten, um eine Verschlechterung
der mechanischen Eigenschaften und-eine -Gräphitbildung zu vermeiden, die durch
die Entspannungsglühung verursacht werden kann. Silizium kann jedoch in Abhängigkeit
der Dicke des Stahlbleches bis zu 0,50/0, vorzugsweise bis zu 0,350/0, zugesetzt
weiden:- Die Verschlechterung der Materialeigenschaften auf Grund. der Entspannungsglühung
wird durch Mangan nur wenig beeinflußt. Ein Zusatz von Mangan in einer Menge über
0,50/0 ist jedoch erforderlich, damit die mechanischen Eigenschaften des geschweißten
Werkstoffes verbessert werden. Ein Zusatz von Mangan in einer Menge von mehr als
20/0 ist nicht zweckmäßig, weil dadurch die Schweißbarkeit vermindert und die Versprödung
infolge der Entspannungsglühung beschleunigt wird.
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Nickel wird in einer Menge von weniger als 20/0 zur Verbesserung der
mechanischen Eigenschaften des geschweißten Werkstoffes zugesetzt. Gleiches gilt
auch für den spannungsfrei geglühten Zustand. Ein Zusatz von Nickel über 20/0 erhöht
jedoch die Produktionskosten, wobei der dann noch erzielte Vorteil gering ist. Setzt
man jedoch Nickel in einer Menge von 0,150/0 oder weniger zu, wird die obenerwähnte
Wirkung nicht erreicht.
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Molybdän wird in einer Menge von über 0,20/0 zugesetzt, um die Zugfestigkeit
zu verbessern. Eine beachtliche Verbesserung dieser Eigenschaften wird bei einer
Zugabe von über 0,33 0/0 Mo erreicht. Mehr als 0,50/0 Mo ist jedoch nichtzweckmäßig,
um eine Verschlechterung der Materialeigenschaften infolge der Entspannungsglühungen
zu vermeiden.
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Wie oben bereits erwähnt, ist Niob ein Element, das in ausgeprägter
Weise die Versprödung verhindert, die durch Entspannungsglühung verursacht wird.
Niob daher im Bereich von 0,03 bis 0,20/0 zugesetzt. Wenn weniger als 0,03 0/0 zugesetzt
werden, dann erhält man nicht die gewünschte Wirkung; wenn man jedoch mehr als 0,5
0/0 zusetzt, dann wird der Stahl zu hart.
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Vanadium oder Zirkonium oder beide können insgesamt im Bereich von
0,01 bis 0,2 0/0 zugesetzt werden, wodurch die Festigkeit der Stahllegierung bei
Normaltemperatur und bei hoher Temperatur verbessert wird. Vanadium und Zirkonium
dienen ebenso wie Niob zur Verhinderung einer auf der Entspannungsglühung beruhenden
Versprödung. Hierzu werden diese Elemente in einer Menge von mehr als 0,010/0, vorzugsweise
mehr als 0,03 0/0, zugesetzt, jedoch ist ein Zusatz
von mehr als
0,20/, nicht wünschenswert, weil die Schlagfestigkeit und die Schweißbarkeit des
Stahles dadurch beeinträchtigt werden.
| Tabelle 1 |
| Chemische Zusammensetzung von erfindungsgemäß verwendeten Stählen
Q, R, T, S |
| und des Bezugsstahles X |
| Chemische Zusammensetzung |
| Q R T S X |
| Gewichtsprozent |
| Kohlenstoff ............... 0,09 0,10 0,06 0,08 0,18 |
| Silizium .................. 0,28 0,30 0,28 0,25 0,15 |
| Phosphor ................. 0,016 0,015 0,017 0,014 0,017 |
| Schwefel.................. 0,014 0,013 0,014 0,011 0,015 |
| Mangan .................. 1,48 1,42 1,38 1,65 1,33 |
| Nickel.................... 1,10 0,85 1,00 1,45 0,65 |
| Molybdän ................ 0,49 0,26 0,47 0,25 0,54 |
| Vanadium ................ - 0,05 0,05 0,03 - |
| Niob ..................... 0,06 0,04 0,05 0,09 - |
| Zirkon ................... - - - 0,04 - |
| Eisen ..................... Rest Rest Rest Rest Rest |
| Tabelle 2 |
| Mechanische Eigenschaften der Stähle mit den Zusammensetzungen
gemäß Tabelle 1, nach fünfmaliger |
| Entspannungsglühung |
| Ausgangszustand Entspannungs- 625°C 4 Stunden |
| Mechanische (930°C 4 Stunden Luftkühlung und glühung, fünfmal
Ofenabkühlung |
| Eigenschaften 650C 4 Stunden Luftkühlung) |
| as dra Y-K I 9 I I V-K4 vE-12°
a, crB V-K Y-K4 vE-12° |
| kg/mmE kg/mm °C °C I kgm kg/mma I kg/mm' °C I °C I kgm |
| Q 55,9 69,9 -E-2 -28 10,0 56,7 66,7 12 -22 18,0 |
| R 49,6 63,2 -15 -35 15,0 50,3 62,1 25 -54 >20,0 |
| T 56,9 69,5 -46 -20 >20,0 57,4 68,7 40 -30 >20,0 |
| S 51,3 66,7 -40 -31 18,5 52,1 65,8 -41 -33 19,5 |
| -36 |
| X 44,8 62,9 -2 -34 10,4 37,6 54,7 >-E-40 -f-12 18 |
| Bemerkungen zu Tabelle 2: |
| o, ist die Streckgrenze. oa ist die Zugfestigkeit.
V-K ist die Temperatur, bei der 50 °/o der Fläche des gesamten Scherbruchs
ein |
| Verformungsbruch ist. V-K4 ist die bei 4mkg Schlagarbeit
auftretende Übergangstemperatur. vE-12 ist der Kerbschlagwert |
| bei der V Kerben-Charpy-Probe bei -12°C. |
Die Beispiele der Tabelle 1 betreffen Stahlbleche mit 100 mm Dicke, die so hergestellt
wurden, daß zunächst Barren gegossen wurden, die dann im Warmwalzverfahren in üblicher
Weise weiter verarbeitet wurden. Tabelle 2 zeigt die Änderungen der mechanischen
Eigenschaften beim fünfmaligen Spannungsfreiglühen. Es ergibt sich aus Tabelle 2,
daß die Proben Q, R, T und S eine hohe Festigkeit aufweisen und eine Versprödung
infolge wiederholter Entspannungsglühung vermieden wird.