DE1533548B2

DE1533548B2 - Verwendung von Stählen als Zusatzwerkstoff zum Schweißen warmfester austenitischer Stähle

Info

Publication number: DE1533548B2
Application number: DE1533548A
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques De Ugine Savoie Cadenet (Frankreich)
Original assignee: FA UGINE KUHLMANN PARIS
Current assignee: FA UGINE KUHLMANN PARIS
Priority date: 1966-01-13
Filing date: 1967-01-12
Publication date: 1975-10-23
Also published as: CH476109A; DE1533548A1; NL152780B; DE1533548C3; US3693245A; NL6700565A; LU52783A1; BE692562A; GB1171661A; SE344897B

Description

Die Erfindung betrifft, die Verwendung bestimmter Stähle als Schweißzusatzwerkstoffe, die sich besonders gut zum Verbinden von austenitischen Chromnickelstählen und daraus durch Zusatz von Legierungselementen erhaltenen Stählen, insbesondere von warmfesten austenitischen Stählen, eignen. . ,

Unter Zusatzwerkstoffe zum Schweißen sind zu verstehen:

1. Metalldrähte der Zusammensetzung gemäß der Erfindung, die zum Schweißen unter Schutzgas, unter Flußmittel oder unter elektrisch leitender Schlacke verwendet werden,

2. Mantelelektroden oder röhrenförmige Zusatzwerkstoffe, deren Metallkern die Zusammensetzung gemäß der Erfindung hat,

3. Mantelelektroden oder röhrenförmige Zusatzwerkstoffe, deren Metallkern eine von dieser Zusammensetzung abweichende Zusammensetzung hat, deren Hülle oder deren Füllung aber eine solche Zusammensetzung hat, daß das durch Schweißen aufgetragene Metall die Zusammen-Setzung gemäß der Erfindung hat,

4. jede Kombination einer Metallelektrode beliebiger Zusammensetzung mit schützendem Flußmittel oder elektrisch leitender Schlacke, deren Zusammensetzung derart ist, daß das durch Schweißen mit Hilfe dieser Kombination aufgetragene Metall die Zusammensetzung gemäß der Erfindung hat,

5. ganz allgemein jede Kombination von massiven oder pulverförmigen Werkstoffen, die als Schweißzusatzwerkstoffe verwendet werden können und den Auftrag eines Metalls ermöglichen, das die Zusammensetzung gemäß der Erfindung hat.

Beim Verbinden von warmfesten Stählen durch Schweißen ist es erforderlich, daß die aufgeschweißten Werkstoffe beständig gegen Rißbildung beim Schweißen sind, nicht verspröden, wenn sie lange Zeit bei der erhöhten Betriebstemperatur gehalten werden, und Kriecheigenschaften aufweisen, die mit denen des Grundwerkstoffs vergleichbar sind. Erfindungsgemäß werden diese Voraussetzungen bei Verwendung einer Legierung aus

0,03 bis 0,15% Kohlenstoff,
14 bis 25% Chrom,
7 bis 17% Nickel,
3 bis 7% Wolfram,
< 10% Mangan,
<1 % Silicium,
<0,25% Stickstoff,

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen als Zusatzwerkstoff zum Schweißen warmfester austenitischer Stähle erfüllt.

Es handelt sich hierbei um austenitische oder austenitischferritische Stähle, deren ferritischer Anteil, dargestellt durch den Ausdruck

' 3 (Cr + 0,5 W + 1,5 Si - 0,93 Ni - 28 C - 0,46 Mn - 15 N₂ - 6,7)

unter oder bei 15 liegt. Hierbei sind die angegebenen Mengenanteile der Elemente als Gewichtsprozent zu verstehen.

Aus der FR-PS 13 49 288 sind ähnliche Legierungen bekannt, die jedoch lediglich zum Schweißen von Nickelstählen bei niederen Temperaturen eingesetzt werden sollen. Diese Stähle enthalten kein Chrom, und, es ist erwähnt, daß der Nickelgehalt im allgemeinen 9 % beträgt. Es handelt sich demzufolge nicht um einen austenitischen Stahl, der des Beispieles ist ferritisch. Entsprechendes gilt auch für die aus der CH-PS 1 97 646 bekannten Legierungen. Demgegenüber handelt es sich erfindungsgemäß um die Verwendung von speziellen Legierungen zur Lösung eines speziellen Problems bei austenitischen warmfesten Stählen, wobei besondere Vorteile erzielt werden können, die bei den bisher verwendeten üblichen Schweißlegierungen nicht zu erzielen waren, nämlich Beständigkeit gegen Rißbildung, Nichtverspröden bei erhöhten Betriebstemperaturen auch über längere Zeit, dem Grundwerkstoff vergleichbare Kriecheigenschaften sowie Schlagzähigkeit und stark verbesserte Oxydationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen.

Besonders interessant im Rahmen der Erfindung ist die Verwendung einer Legierung aus

0,06 bis 0,10% Kohlenstoff,
15 bis 17,5% Chrom,
7,5 bis 9% Nickel,
3,5 bis 4,5% Wolfram,
0,5 bis 2% Mangan,
<0,6% Silicium,
<0,l % Stickstoff,

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Rest Eisen und übliche Verunreinigungen für den genannten Zweck bei einem ferritischen Anteil von weniger als 8.

Im Vergleich zu . molybdänhaltigen Zusatzwerkstoffen (A) des Typs mit 0,08% C, 16% Cr, 8% Ni, 2 % Mo, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, die bisher zum Schweißen von warmfesten austenitischen Stählen verwendet wurden, haben die Zusatzwerkstoffe (B) beim Schweißen den Vorteil, daß ihre mechanische Festigkeit um so höher ist, je höher die Gebrauchstemperatur ist. Dies wird deutlich bei einem Vergleich der folgenden, als Beispiel genannten Ergebnisse von Dauerstandsversuchen an Zusatzwerkstoffen des Typs (A) und des Typs (B) aus dem bevorzugten Bereich gemäß der Erfindung.

	Nach	Nach	Nach
	100	1000	10 000
	Std.	Std.	Std.
Kriechbruchbeanspruchung
(kg/mm²) bei 65O⁰C
A	21,8	18	14
B	23	19,5	15
bei 700⁰C
A	16,5	12	8,5
B	18	14,2	10,7

erstrecken und die Duktilität und die Schlagzähigkeit der Schweißverbindungen erheblich verringern. Die Zusatzwerkstoffe gemäß der Erfindung, deren Zusammensetzung bevorzugt innerhalb der obengenannten engen Grenzen liegt und deren ferritischer Anteil zwischen 0 und 8 liegt, haben dagegen eine sehr geringe Neigung zur Bildung der Sigmaphase.

Die Alterung dieser aufgeschweißten Werkstoffe bei erhöhter Temperatur tritt in erster Linie durch Bildung

ίο von komplexen Carbiden ein, die insbesondere Chrom und Wolfram enthalten, und zeigt sich in einer Verschlechterung der Duktilität. Dieser Verschlechteruiig der Duktilität folgt schnell eine teilweise Wiederherstellung der Eigenschaften des Metalls. Dies wurde nachgewiesen durch die Ergebnisse von Schlagzähigkeitsprüfungen an einem aufgeschweißten Metall der Zusammensetzung 15,6% Cr, 8% Ni, 3,5% W, 0,06% C, 1,6% Mn, 0,15% Si, 0,05% N₂:

Schlagzähigkeit UF des rohen Schweißmetalls:
13,4 - 11,9 - 13,4 mkg/cm²

Schlagzähigkeit des 300 Std. bei 75O⁰C gehaltenen Metalls:

6,9 - 5,9 - 5,7 mkg/cm²

Schlagzähigkeit des 1000 Std. bei 750° C gehaltenen Metalls:

Die Werte zeigen, daß die Verwendung des Zusatz-Werkstoffes (B) im Vergleich zum Zusatzwerkstoff (A)* eine Verbesserung in der Größenordnung von 5% be 65O⁰C bringt. Bei 700°C ist die Bruchbeanspruchung nach 100 Stunden um 9 %, nach 1000 Stunden um 18 % und nach 10 000 Stunden um mehr als 20% gestiegen.

Bei Betrachtung dieser Ergebnisse unter einem anderen Gesichtspunkt ist festzustellen, daß bei 700⁰C der Bruch durch Kriechen unter einer gegebenen Beanspruchung für eine Dauer von mehr als 100 Stunden bei den Zusatzwerkstoffen (B) gemäß der Erfindung nach einer Zeit eintritt, die dreimal so lang ist wie im Falle der bekannten Zusatzwerkstoffe (A).

Die austenitischen oder austenitisch-ferritischen Zusatzwerkstoffe vom Chromnickeltyp mit verschiedenen Zusätzen, wie Molybdän und Niob, können im Betrieb durch Bildung von intermetallischen Verbindungen vom Typ der Sigmaphase in ihrem Gefüge verspröden. Diese Bildung kann sich auf mehrere tausend Stunden 8,3 - 7,7 - 7,5 mkg/cm²

Schließlich haben die aufgeschweißten Legierungen gemäß der Erfindung eine stark verbesserte Oxydationsbeständigkeit an der Luft bis 800⁰C. Zwei Proben dieser Legierungen, die beide 0,09% C, 18% Cr, 13% Ni, 1,5% Mn, 0,50% Si, 0,04% N₂ und 0,5% Ti als Verunreinigung enthielten, wobei die erste Probe 2% Mo und die zweite Probe 3,5% W enthielt, wurden 200 Stunden an der Luft gehalten. Die auf die Oxydation zurückzuführende Gewichtszunahme, bezogen auf die Flächeneinheit der Probe, war bei der ersten Probe um l,5mal höher als bei der zweiten Probe.

Zusatzwerkstoffe gemäß der Erfindung können somit insbesondere zum Schweißen von Apparaten, wie Öfen, öder Energieerzeugungsanlagen, die bei hohen Betriebstemperaturen arbeiten, verwendet werden, und zwar auch als Mantelelektrode, in Röhrenform oder als Kern dieser Formkörper.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Legierung aus

0,03 bis 0,15% Kohlenstoff,

14 bis 25% Chrom,
7 bis 17% Nickel,

3 bis 7% Wolfram,

< 10% Mangan,

< 1 % Silicium,

< 0,25% Stickstoff,

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen als Zusatzwerkstoff zum Schweißen warmfester austenitischer Stähle.

2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 aus

0,06 bis 0,10% Kohlenstoff,

15 bis 17,5% Chrom,
7,5 bis 9% Nickel,

3,5 bis 4,5% Wolfram,
0,5 bis 2% Mangan,

< 0,6% Silicium,

< 0,1 % Stickstoff,

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen für den im Anspruch 1 genannten Zweck. .

3. Verwendung einer Legierung der im Anspruch 1 oder 2 angegebenen Zusammensetzung Als Mantelelektrode, in Röhrenform oder als Kern dieser Formkörper für den im Anspruch 1 genannten Zweck.