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Die Erfindung 6c - trifft ein *Verfahren zur.-;Wäfülei.#. behandlung
von elektrisch preßgeschweißten, insbesondere hochfrequenzgeschweißten Schweißnähten
von Stahl.
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Elektrisch preßgeschweißte, insbesondere hochfrequenzgeschweißte Nähte
von beruhigten Stählen höherer Festigkeit weisen nach dem Schweißen wegen der hohen
Schweißtemperatur ein stark überhitztes grobkörniges Gef.üge -auf. Eine. Normalglühung,;,
wie. sie bisher üblicheiw_ eiste induktiv vorgenommen -wier'd'," bewirkt zwar eine
völlige Umkristallisierung des Gefüges; wegen der sehr kurzen Austenitisierungszeit
ist jedoch der Effekt dieser Wärmebehandlung unvollkommen.
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Ein weiterer Nachteil bei Preßschweißnähten ist die beim Stauchvorgang
entstehende Faserumlenkung. Da insbesdna#re bei der, Hdchfräqueiizs#hweißungi4x!6-,#rhitzte
Zone im Bereich der Schweißkanten sehr schmal.) ist, ist die Aufstauchung der Gefügezeilen
und der Einschlüsse naturgemäß überaus steil, so daß diese nahezu s enkre clit z--
u- r- Ob erfi äjle -hi-n-g#16iikt w-e rden. Eine diif te bei Preßschweißnäht-- #
.#g# - -g#Mte de,.2" qg , n gac#tpi4ge Er-. scheinung ist eine ..entkohlte
Zone, d## sogenannte »Ferritlinie«iu- der Verkl ... w e-- ißun -gsebene, di' e 6ffbübar
auf eine selektive 02i#äjtioh-:des l##hleilstöff§,d-urch den Luftsauerstoff bei
der Erwärmung der zu verschweißenden Fläche auf Schweißtemperatur zurücke, zuführen
ist.
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Diese durch die Preßschweißung bedingten Erscheinungen haben zur Folge,
daß die Schweißnaht und die Nahtzone hinsichtlich der Zähigkeit und Verformbarkeit
nur unbefriedigende Eigenschaften aufweist. Dies wirkt sich besonders nachteilig
bei der Herstellung von Rohren aus Bandmaterial aus, da schon im Bandmaterial die
geforderten Kerbschlagzähigkeitswerte nur knapp gewährleistet werden können. Beim
Faltversuch nach DIN 50121, bei der eine quer zur Schweißnaht entnommene
Streifenprobe mit der Schweißnaht in der Mitte über einen Dorn mit vorgeschriebenem
Durchmesser so gebogen wird, daß einmal die Außenseite und einmal die Innenseite
der Naht auf Zug beansprucht wird, treten leicht Anrisse dicht neben der Naht auf,
da die beim Biegen entstehenden Zugspannungen zugleich auch eine Zugspannung senkrecht
auf die aufgestauchten Fasern ausüben, die wegen der Gefügeheterogenität und der
unter Umständen an die 0 berfläche stoßenden Einschlüsse verformungsarm sind.
Die Risse folgen dabei immer der Richtung der aufgestauchten Gefügezeilen.
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Mit zunehmender Festigkeitsstufe der z. B. für geschweißte Rohre für
Ferngas- und Ölleitungen in Frage kommenden C-Mn-Stähle nehmen diese nachteiligen
Erscheinungen in der Schweißnaht zu. Sie treten beim Stahl St 43.7, besonders aber
bei den Stählend St 48,7,
St 53.7, St 56.7 und St
60.7 oder ähnlichen Stählen entsprechender bzw. höherer Festigkeitsstufe,
wie siliziumberuhigten Grobkorn- oder Feinkorn-Stählen, die Elemente wieg- Aluminium,
Vanadin, Titan, Niob, Zirkon, Cer enthalten, auf.
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Die Zähigkeit und Verformbarkeit solcher elektrischpreßgeschweißten
Stähle zu verbessern, ist Aufgabe der Erfindung.
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Es.-wurde überraschenderNyeise gefunden, diiß die nachteiligen Eigenschaften
hinsichtlich Zähigkeit und Verformbarkeit preßgeschweigi er-Nähte von Stahl beseitigt-werden
können,wenn dio. Nähte und die Nahtzone vor der üblicherweise durchgefübxten
Normalglühung einer örtlichen, kurzzeitigen Glühung bei :einer wesentlich über;der
Normalglühtempefatur liegenden Temperatur unterworfen werden.
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Die Erfindung geht demnach aus von einem Verfahren zur Wärmebehandlung
elektrisch preßgeschweißter, insbesondere hochfrequenzgeschweißter Schweißnähte
von Stahl, bei welchem die Schweißnähte induktivoderim0feiLnormal eglühtwerdenundistdadurch
gekennzeichnet, dag-die Schweißnähte vor dem Nor-..malglühen im Temperaturbereich-von
1150 bis 1-400'C, .. vorzugsweise 1280 bis 1350'C, örtlich
kurzzeifig-' in der Größenordnung von Sekunden geglüht werden.
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Eine solchg, örtliche., kurzze pitige Glühung ruft inner halb -kurz-
er Z#fe'ein'#'e" Kolileii§toffdiffusion hervor, durch die eine gleichmäßige Verteilung
des Perlits und somit ein gleichmäßiges, nicht orientiertes Schweißnahtgefüge zustande
kommt. Dieser Diffusionsvorgang ist -abhängig von T-e#ipäräiür üifd Zeit.
Wä nd im Bet.öich der Normalglühtemperatur (900 bis 950'C)
diese günstige
Gefügeveränderung noch nicht beobachtet werden kann, sind bei Glühtemperaturen zwischen--950
und 11-00'C . noch verhältnismäß . ig lange .gltezeitgg.,Kgtweiidig#:diezB.b-eiderWärmebehand-'lÜng
_4ogtinuie,ihc'h preßgeschweißter Rohrläi%snähte wirtgehaftfielnicht trag,#äf: siiid.
Erst mit noch höherer d'lülite mp-er'atür' zv#'isch#ii.1150 und 1400'C, wie sie
die Erfindung vorschläüteniffimt die notwendige Zeit so daß- in diesem Temperaturbereich
nur noch em* Halten von wenigen Sekunden notwendig ist, je nach Schwefßnahtdicke.
-- Dä die nachfolgende Normalglühung nur noch zum Entfernen des überhitzten
Schweißnahtgefüges dient, braucht die Haltezeit von deijenigen der vorhergehenden
örtlichen Glühung nicht wesentlich verschieden zu sein.
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Vorteilhafterweise wird die örtliche, kurzzeitige Glühung der Schweißnähte
in der Größenordnung von
Sekunden induktiv durchgeführt, vorzugsweise
mittels Vorschubverfahrens.
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- Für Rohre mit kontinuierlich hergestellten Schweißnähten
wird die örtliche, kurzzeitige Glühung der Rohrschweißnähte am besten unter Einhaltung
des kontinuierlichen Herstellungsablaufs in der Rohrschweißstraße mit mindestens
einem stabförmigen Induktor-durchgeführt.
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Besonders vorteilhaft ist es jedoch für die kontinuierliche Herstellung
von Rohrschweißnähten, wenn sowohl die örtliche, kurzzeitige Glühung als auch die
anschließende Normalglühung unter Einhaltung des kontinuierlichen Herstellungsablaufs
in der Rohr-2chweißstraße mit stabförmigen Induktoren durchge-führt wird.
Die Induktoren für die kurzzeitige, örtliche Glühung und die nachfolgende Normalglühung
sowie die Rohrgeschwindigkeit in der Straße sind je nach Rohrdurchmesser
und Wandstärke so aufeinander abgestimmt, daß die Glühtemperaturen erreicht und
die Haltezeiten eingehalten werden. -Daß mit einer in der Größenordnung von Sekunden
liegenden Glühdauer die eingangs beschriebenen nachteiligen Erscheinungen an elektrisch
preßgeschweißten Rohren erfolgreich bekämpft werden können, konnte nicht erwartet
worden.
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-Bei bekannten Hochtemperaturglühungen werden Stähle bei Temperaturen
über 1100, z. B. 1150 bis 1300'C, mindestens 10 bis
20 Minuten bis zu vielen Stunden geglüht und im Anschluß daran rasch, insbesondere
mit Wasser, abgekühlt, vgl. F. E r d m a n n-J e s n i t z e r, »Werkstoff
und Schweißung«, Berlin 1951, S. 812/17. Die nur Sekunden währende Glühung
gern ' äß der Erfindung läßt-sich auch nicht vergleichen mit einer Diffusionsglühung,
die angewendet wird bei Stählen, die wegen eines großen Abstandes zwischen Liquidus-
und Solidus-Linie stark zur Entmischung neigen.
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1,jach der herrschenden Auffassung benötigen solche Glühungen eine
Zeitdauer von vielen Stunden, vgl. z. B. »Werkstoffhandbuch Stahl und Eisen«,
1953,
T 3-1/2 und H. R u h f u s s, »Wärmebehandlung der Eise.nwerkstoffe«,
Düsseldorf-, 1958, S. 96/97. -
Die Erfindung wird an Hand von Beispielen erläutert.
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Beispiel 1
Die Schweißnaht eines Rohres der Abmessung 457
- 6,3 mm aus dem Werkstoff St 53.7 wurde unterschiedlichen Wärmebehandlungen
unterworfen. Die erste Probe wurde nach dem Schweißen wie üblich induktiv normalisiert,
die zweite Probe im Ofen normalisiert und die dritte Probe erfindungsgemäß wärmebehandelt.
Die an diesen Proben ermittelten Kerbschlagzähigkeitswerte im ungealterten und gealterten
Zustand und die Werte der Faltprobe nach DIN 50121
sind in Tabelle
1 wiedergegeben (Probe 1 bis 3).
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Zum Vergleich wurden die entsprechenden Werte des Grundwerkstoffs
(Rohrrücken) im Walzzustand bestimmt und ebenfalls in die Tabelle 1 eingetragen
(Probe 4).
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Die ermittelten Werte zeigen deutlich, daß durch die -erfindungsgemäße
Wärmebehandlung die Kerbschlagzähigkeit im Schweißnahtbereich sowohl im ungealterten
als auch im gealterten Zustand wesentlich verbessert wird und die Verformbarkeit
der Schweißnaht und der Nahtzone den gestellten Bedingungen nach DIN 50121
entspricht. Im vorliegenden Beispiel konnte die Kerbschlagzähigkeit im Nahtbereich
durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung sogar über die Werte des Grundwerkstoffs
angehoben werden.
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Von der induktiv normalisierten Probe wurde ein Schliffbild des Schweißnahtgefüges
hergestellt, das im Maßstab 100: 1 in F i g. 1 dargestellt ist. Die
aufgestauchten Gefügezeilen und die Ferritlinie sind trotz der induktiven Normalisierung
der Schweißnaht deutlich sichtbar.
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Von der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wärmebehandelten Probe
wurde ebenfalls ein Schliffbild des Schweißnahtgefüges hergestellt, das im Maßstab
100: 1 in F i
g. 2 dargestellt ist. Die aufgestauchten Fasern sind
nicht piehr zu erkennen, da die Ferrit-Perlit-Zeiligkeit durch- das erfindungsgemäße
Verfahren beseitigt wurde. Außerdem weist das Gefüge in diesem Zustand keine Ferritlinie
mehr auf.
| Tabelle 1 |
| Zähigkeit und Verformbarkeit von Proben eines HF-geschweißten
Rohres |
| der Abmessung 457 - 6,3 -mm aus St
53.7 nach DIN 17172 |
| Ker schlagzähigkeit mkp,!cm# Faltpro#e nach DIN 50121 |
| Probe Behandlung (DVM 0- Q - Biegewinkel auf
Zug ',' ' |
| ungealtert gealtert*) Außenseite Innenseite |
| Schweißnaht |
| 1 Induktiv normalisiert, 950'C, |
| Haltezeit 5 Sekunden ............ 3,1 2,0
600 Anriß 320 Anriß |
| 2 Ofennorinalisiert, 950'C, |
| Haltezeit 2 bis 3 Minuten ......... 4,0
2,7 1800 Anriß 640 Anriß |
| 3 Örtlich, kurzzeitig bei 13000 C |
| geglüht, Haltezeit 3 Sekunden, |
| anschließend induktiv normalisiert, |
| 950' C, Haltezeit 5 Sekunden ..... 7,8 5,3
180' ohne 180' ohne |
| Anriß Anriß |
| Grundwerkstoff |
| 4 Walzzustand (Rohrrücken) ........ 4,6 3,3 1800
ohne 180' ohne |
| 1 Anriß Anriß |
| 501" gestaucht und 11/# Stunde 250'C. |
Beispiel 2 Der Schweißnahtbereich eines Rohres der Abmessung 323-6,3mm
aus St43.7 wurde verschiedenen Wärmebehandlungen unterworfen. Die ersten beiden
Proben wurden bei
950'C induktiv bzw. im Ofen normalisiert, Die dritte Probe
wurde bei
1300'C kurzzeitig geglüht und die vierte und fünfte Probe erfindungsgemäß
wärmebehandelt, und zwar bei
1300'C
kurzfristig geglüht und bei
950'C induktiv bzw. im Ofen normalisiert. Eine sechste Probe wurde im Schweißzustand
belassen.
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Die an diesen Proben ermittelten Kerbschlagzähigkeitswerte im ungealterten
und gealterten Zustand und die Werte der Faltprobe nach DIN 50121 sind in
Tabelle 2 wiedergegeben. Zum Vergleich wurden auch die entsprechenden Werte des
Grundwerkstoffs (Rohrrücken).im Walzzustand und nach einer Ofennormalisierung bei
950'C eingetragen (Probe 7 und 8).
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Die ermittelten Werte in Tabelle 2 zeigen auch bei diesem Beispiel,
daß die Kerbschlagzähigkeit der Naht sowohl im ungealterten als auch im gealterten
Zustand und die Verformbarkeit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wesentlich
verbessert und gesteigert werden können im Hinblick auf die erzielten Werte der
bisher üblichen Wärmebehandlungen.
| Tabelle 2 |
| Zähigkeit und Verformbarkeit von Proben eines HF-geschweißten
Rohres |
| der Abmessung 323 - 6,3 mm aus St 43.7 nach
DIN 17172 |
| Kerbschlagzähigkeit mkp/cM2 Faltprobe nach DIN 50121 |
| Probe Behandlung (1:)vm 00 Q Blegewinkel auf Zug |
| ungealtert 1 gealtert*) Außenseite 1 Innenseite |
| (Nüttelwert von 3 Proben) (Dorndurchmesser 3 - Blechdicke) |
| Schweißnaht |
| 1 Induktiv normalisiert, 950'C, |
| Haltezeit 5 Sekunden ............. 4,3
1,7 1180 Anriß 220 Anriß |
| 2 Ofennormalisiert, 950'C, |
| Haltezeit 3 Minuten ............. 4,3
1,7 1400 Anriß 65' Anriß |
| 3 Örtlich, kurzzeitig geglüht bei |
| 1300OC, Haltezeit 2 bis 3 Sekunden
3,6 2,1 108' Anriß 180 Anriß |
| 4 Örtlich, kurzzeitig geglüht bei |
| 1300' C, Haltezeit 2 bis 3 Sekunden, |
| anschließend induktiv normalisiert |
| bei 950'C, Haltezeit 5 Sekunden... 5,4
3,1 180' ohne 180' ohne |
| Anriß Anriß |
| 5 Örtlich, kurzzeitig geglüht bei |
| 1300'C, Haltezeit 2 bis 3 Sekunden, |
| anschließend ofennormalisiert bei |
| 950'C, Haltezeit 2 bis 3 Minuten..-. 8,1 3,5
180' ohne 180' ohne |
| - Anriß - AnrißL. |
| 6 Naht im Schweißzustand ......... 2,4 1,4
70" Anriß 180 Anriß |
| Grundwerksoff |
| 7 Walzzustand (Rohrrücken) ........ 4,2
2,6 |
| 8 Ofennormalisiert (Rohrrücken), |
| Haltezeit 2 bis 3 Minuten ......... 4,4
2,3 |
| 10 0/" gestaucht und 1-/2 Stunde 250'C. |