DE1783028B1 - Verwendung von unlegierten und niedriglegierten baustaehlen fuer geschweisste konstruktionen - Google Patents
Verwendung von unlegierten und niedriglegierten baustaehlen fuer geschweisste konstruktionenInfo
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Description
sich also bezüglich der subkritischen Versprödung grundsätzlich anders als nach den bekannten Erfahrungen
zu erwarten, wenn sie nach einem Glühen im Bereich oder oberhalb des oberen Umwandlungspunktes beschleunigt abgekühlt und anschließend
einem Anlaßprozeß unterworfen werden. Die beschleunigte Abkühlung nach dem Glühen erfolgt im
allgemeinen durch Abschrecken in Wasser (Wasservergütung). In vielen Fällen ist ein Abschrecken in Öl
ausreichend (ölvergütung). Bei der Verschweißung derartigvorbehandelter Werkstoffe erhält man Schweißverbindungen,
die im Nahtbereich zwischen Schmelzlinie und dem unbeeinflußten Grundwerkstoff annähernd
gleich hohe Zähigkeitswerte aufweisen. Damit haben die Schweißverbindungen die gleiche Sicherheit
gegen Sprödbruch wie der unbeeinflußte Grundwerkstoff. Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß
dieses Verhalten auch bei tiefen Temperaturen sich einstellt. Daher bezieht sich die Erfindung insbesondere
auf die Verwendung von unlegierten und niedriglegierten Baustählen, die in der beschriebenen Weise
wärmebehandelt wurden, für Anwendungsfälle in der Tieftemperaturtechnik.
Im übrigen kann man im Rahmen der Erfindung mit den verschiedenen Stählen arbeiten, wie die nachstehenden
Ausführungsbeispiele, an Hand derer die Erfindung erläutert wird, zeigen.
Beispiel 1
An einem Stahl der Zusammensetzung
An einem Stahl der Zusammensetzung
0,10 % C,
0,26% Si,
1,2% Mn,
0,014% P,
0,016% S,
0,012% Al,
Rest Fe
0,26% Si,
1,2% Mn,
0,014% P,
0,016% S,
0,012% Al,
Rest Fe
wurden im normalgeglühten und im wassergeglühten Zustand Schweißversuche durchgeführt, um das unterschiedliche
Zähigkeitsverhalten in der Nähe der Schweißnaht zu studieren. In den beiden genannten
Wärmebehandlungszuständen wurden folgende mechanischen Eigenschaften erreicht. Als NDT-Temperatur
(Nil-ductility-transition-temperatur) gilt diejenige Temperatur,
unterhalb der ein in der Rißeinleitungsraupe der Pelh'niprobe erzeugter Anriß vom Grundwerkstoff
nicht mehr aufgefangen wird. Versuchsdurchführung und Definition der NDT-Temperatur werden in
ASTN E 208 - 63 T beschrieben):
Wärmebehandlung
Festigkeitseigenschaften
as oB (55
Kerbschlagzähigkeit (kgm/cm2) Abstand von der Schmelzlinie (mm)
0 3 6 10 100
NDT-Temp. (0C)
Abstand von der Schmelzlinie (mm)
0 3 6 10 100
0 3 6 10 100
Normalgelüht ...
Vergütet
Vergütet
32 47 31
36 49 32
36 49 32
6
5
5
1,5 9 4,5
9
9
-15 -20 -25 -40 -50
-80 -80 -75 -75 -75
-80 -80 -75 -75 -75
Die Versuchsergebnisse zeigen, daß bei der Verarbeitung des normalgeglühten Werkstoffes in etwa
6 mm Abstand von der Schmelzlinie ein deutliches Minimum in der Kerbschlagzähigkeit eintritt. Bei Verwendung
des wasservergüteten Stahles wurde dieses Minimum nicht beobachtet. Im Bereich der Schmelzlinie
wird wie bei unvergüteten Stählen die Kerbschlagzähigkeit infolge der Gefügeänderung etwas beeinträchtigt,
die subkritische Zone bleibt jedoch unbeeinflußt. — Die Untersuchung der wärmebeeinflußten
Zone neben der Schweißnaht erfolgt im allgemeinen durch Kerbschlagbiegeversuche, indem man die Kerblage
systematisch verändert. Selbstverständlich läßt sich dieses Werkstoffverhalten auch mit anderen Sprödbruchprüfmethoden
verfolgen. Untersuchungen dieser Art wurden mit dem Drop-Weight-Test nach Pellini
durchgeführt, indem die Lage des in der Rißeinleitungsraupe eingebrachten Sägeschnittes variiert wird.
Das günstige Verhalten wasservergüteter Stähle hinsichtlich einer Versprödung im subkritisch beanspruchten
Werkstoffbereich läßt sich mit dem Drop-Weight-Test in gleicher Weise zeigen wie bei Prüfung
mit Kerbschlagbiegeproben.
Dabei erhält man bei Betrachtung der NDT-Temperatur folgendes Bild. Bei Lage des Sägeschnittes
3 bis 6 mm neben der Schmelzlinie beträgt die Verschiebung der Ubergangstemperatur 25 bis 30° C im
Vergleich zu den Werten des Grundwerkstoffes. Durch Wasservergüten des Stahls erhält man erwartungsgemäß
zunächst eine verbesserte NDT-Temperatur im Grundwerkstoff. Entscheidend ist, daß diese verbesserte
Übergangstemperatur in dem subkritisch erwärmten Bereich neben der Schmelzlinie keine Beeinflussung
erfährt. In dem Gebiet 3 bis 6 mm neben der Schmelzlinie, das bei dem normalgeglühten Werkstoff
stark versprödet war, sind neben der Schweißnaht des wasservergüteten Stahles die ursprünglichen Zähigkeitseigenschaften
des Stahles erhalten geblieben.
In einer weiteren Untersuchungsreihe wurde ein leicht mit Ni legierter Stahl untersucht, der gleichzeitig
einen höheren C-Gehalt aufwies. Es handelt sich um einen Werkstoff der folgenden chemischen Zusammensetzung:
0,16% C,
0,30% Si,
1,30% Mn,
0,014% P,
0,015% S,
0,039% Al,
0,014% P,
0,015% S,
0,039% Al,
0,28% Ni,
Rest Fe.
55 Wärmebehandlung
Walzzustand
Vergütet...
Vergütet...
Festigkeitseigenschaften
os
38 57 28
44 60 29
44 60 29
Kerbschlagzähigkeit
(kgm/cm2)
(kgm/cm2)
Abstand von der Schmelzlinie (mm)
0 3 6 10 100
0 3 6 10 100
2
6,5
6,5
4 4
8,5 8
8,5 8
Prüf temperatur: — 6O0C.
Auch bei diesem Stahl zeigten die Schweißverbindungen einige Millimeter neben der Schmelzlinie eine
deutliche Minderung der Kerbschlagzähigkeit. Beim Verschweißen des gleichen Bleches nach einer Wasservergütung
(910°C/Wasser, 630°C/Luft) ist dieses Zähigkeitsminimum neben der Naht eliminierbar.
Die Kerbschlagzähigkeit zeigt praktisch die gleichen Eigenschaften zur Schmelzlinie bzw. zum überkritischen
beeinflußten Gebiet hin.
Das Verhalten NiV-legierter Stähle als nirdriglegierte
Stähle wird an einem Werkstoff folgender Zusammensetzung erläutert:
0,18% C, 0,53 °/0Si, l,34°/0Mn,
0,016 % P, 0,011% S, 0,041% Al, 0,46% Ni, 0,08% V,
Rest Fe.
Wärmebehandlung
Normalgeglüht
Vergütet..
Vergütet..
Festigkeitseigenschaften
43
62
62
58
71
71
25
20
20
Kerbschlagzähigkeit (kgm/cm2)
Abstand von der Schmelzlinie (mm) 0 3 6 10 100
4,5 3,1 3,5 7,8 10,8 6,2 8,5 8,3 9,7 11,1
Dieser Stahl besitzt ebenfalls im normalisierten Zustand nach dem Schweißen eine zähigkeitsarme
Zone neben der Schweißnaht im Abstand von etwa 3 bis 6 mm von der Schmelzlinie entfernt. Wesentlich
günstiger verhält sich dieser Bereich, wenn der Werkstoff vor dem Schweißen vergütet wird. Eine subkritische
Versprödung tritt nicht ein.
Claims (1)
1 2
Patentanspruch· Nähten auf und läßt sich durch die Schweißparameter,
Elektrodentyp, Stromstärke usw. nicht steuern. Auch
Verwendung von unlegierten und niedriglegier- die Vorwärmtemperatur und eine Spannungsarmten
Baustählen mit einer Richtanalyse 0,06 bis glühung nach dem Schweißen scheinen hierauf ohne
0,24% Kohlenstoff, maximal 0,60 % Silicium, 0,40 5 Einfluß zu sein.
bis 1,60 °/0 Mangan, maximal 3,5 % Nickel, maxi- In allen hochbeanspruchten Schweißkonstruktionen,
mal 1,0 °/o Chrom, maximal 0,20 °/0 Vanadin und wie Lagerbehälter, Druckbehälter, Rohrleitungen,
maximal 0,5 °/0 Molybdän sowie übliche Verun- Druckleitungen, Brücken, Stahlhochbauten und Fahrreinigungen,
die durch Glühen oberhalb des zeugen kann der auftretende Zähigkeitsverlust zu oberen Umwandlungspunktes, Abschrecken in io einer schwerwiegenden Verringerung der Sprödbruch-Wasser
oder in öl und Anlassen vergütet wurden sicherheit führen. Besondere Bedeutung hat dieses
für geschweißte Konstruktionen mit unterdrückter Verhalten der schweißbaren Baustähle in der Tiefsubkritischer
Versprödung im Bereich der Schweiß- temperaturtechnik. Hier wird im allgemeinen auch in
naht, — und zwar auch bei tiefen Temperaturen. der Wärmeeinflußzone ein Mindestwert für die Kerb-15
Schlagzähigkeit vorgeschrieben. Für zahlreiche Anwendungsfälle bedeutet daher das Auftreten einer
Die Erfindung bezieht sich auf unlegierte und subkritischen Versprödung neben der Schmelzlinie,
niedriglegierte Baustähle und deren Verwendung für daß man einen Werkstoff höherer Zähigkeit als der
geschweißte Konstruktionen. Anwendungszweck es erfordert, einsetzen muß, um
Die in der Technik als unlegierte oder niedrig- 20 den Abfall der Zähigkeit durch subkritische Versprölegierte
Baustähle bekannten und gebräuchlichen dung aufzufangen. Dazu werden im allgemeinen
Baustähle (vgl. DIN 17006) werden auch für die Her- Werkstoffe mit einem höheren Gehalt an Nickel oder
stellung von geschweißten Konstruktionen eingesetzt. anderen teuren Legierungselementen eingesetzt.
Dazu gehören insbesondere auch Stähle, die durch Bei einem schweißbaren Baustahl, dessen Zusam-
Dazu gehören insbesondere auch Stähle, die durch Bei einem schweißbaren Baustahl, dessen Zusam-
eine Richtanalyse von 0,06 bis 0,24% C, maximal 25 mensetzung der eingangs angegebenen Richtanalyse
0,60% Si, 0,40 bis 1,60% Mn, maximal 3,5% Ni, ähnlich ist, bei dem der Kohlenstoffgehalt jedoch bis
maximal 1,0% Cr, maximal 0,20 % V und maximal 0,50C geht, (deutsche Auslegeschrift 1071734) er-0,5
% Mo und übliche Verunreinigungen aufweisen. wartet man, im Rahmen besonderer Abstimmung der
Beim Schweißen von Baustählen ändert sich unter dem Gehalte an Schwefel und Phosphor, im ungealterten
Einfluß der Schweißwärme das Gefüge der der Naht 30 Zustand hohe Festigkeit, Streckgrenze und Zähigkeit
benachbarten Zone. Dadurch können Festigkeits- und im gealterten Zustand auch bei tiefen Tempera-
und Zähigkeitseigenschaften dieses Bereiches erheb- türen gute Kerbzähigkeit. Subkritische Versprödung
lieh beeinflußt werden. Durch eine entsprechende Ab- ist auch hier zu befürchten. Zwar hat man bei dem
Stimmung der Schweißbedingungen, wie Elektroden- bekannten Baustahl übliche Wärmebehandlungen,
typ, Stromstärke, Spannung, Schweißgeschwindigkeit, 35 z. B. Abschreckung, Vergütung oder Verformung
Nahtaufbau, versucht man, in dem Teil der wärme- unterhalb Ac3 durchgeführt, um die Festigkeitseigenbeeinflußten
Zone, der beim Schweißen auf Tempe- schäften zu verbessern. Das reicht jedoch nicht aus,
raturen oberhalb Ac3, d. h. im überkritischen Gebiet, um die subkritische Versprödung zu unterdrücken,
erwärmt wird, ein möglichst feinkörniges und zähes zumal die Vergütung als übliche Wärmebehandlung
Gefüge herbeizuführen. 4° nur für Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt über
In einem bis zu etwa 10 mm neben der Schmelz- 0,75 C in Frage kommt.
linie liegenden Bereich, der keine im Lichtmikroskop Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zuerkennbare
Gefügebeeinflussung erfahren hat und gründe, bei einem Baustahl der eingangs beschriebenen
dessen Temperatur während des Schweißens den Richtanalyse die subkritische Versprödung neben
unteren Umwandlungspunkt Ac1 nicht überschreitet, 45 Schweißnähten zu vermeiden. Es sollen so unlegierte
tritt jedoch eine beachtliche Verminderung der Zähig- oder niedriglegierte Baustähle dort Verwendung
keit auf, die als subkritische Versprödung bezeichnet finden können, wo bisher wegen der auf subkritischen
wird. Die Folge der subkritischen Versprödung kann Versprödung solcher Baustähle beruhenden Mängel
sein, daß neben der Schweißnaht die Kerbschlag- durch Legierungselemente zähe Werkstoffe eingesetzt
Zähigkeit weniger als 50 % des im Grundwerkstoff vor- 50 werden mußten.
liegenden Schlagarbeitswertes beträgt. Zu diesem Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von
Phänomen wird beispielsweise auf einen Aufsatz von unlegierten und niedriglegierten Baustählen mit einer
C ab elk a in der Zeitschrift »Schweißtechnik«, 4, Richtanalyse 0,06 bis 0,24% Kohlenstoff, maximal
(1954), S. 35 bis 43, verwiesen. 0,60 % Silicium, 0,40 bis 1,60% Mangan, maximal
Die subkritische Versprödung tritt unabhängig von 55 3,5 % Nickel, maximal 1,0 % Chrom, maximal 0,20 %
der chemischen Zusammensetzung des Werkstoffes Vanadin und maximal 0,5 % Molybdän sowie übliche
auf. Man findet sie in Feinkornstählen im gleichen Verunreinigungen, die durch Glühen oberhalb des
Maße wie in Grobkornstählen, d. h. in nicht mit Alu- oberen Umwandlungspunktes, Abschrecken in Wasser
minium oder anderen Feinkornbildnern desoxidierten oder in Öl und Anlassen vergütet wurden für geStählen.
Die subkritische Versprödung wurde beob- 60 schweißte Konstruktionen mit unterdrückter subachtet
im warmgewalzten bzw. warmverformten Zu- kritischer Versprödung im Bereich der Schweißnaht, —
stand ebenso wie in Werkstoffen, die einer Normal- und zwar auch bei tiefen Temperaturen,
glühung oder einem von einem Normalglühen ge- Überraschenderweise zeigt sich im Rahmen der
glühung oder einem von einem Normalglühen ge- Überraschenderweise zeigt sich im Rahmen der
folgten Anlassen unterworfen waren. Ein Einfluß des erfindungsgemäßen Verwendung nicht das als sub-Schweißverfahrens
hat sich bisher nicht nachweisen 65 kritische Versprödung bezeichnete Phänomen. Unlassen.
Die subkritische Versprödung tritt gleicher- legierte und niedriglegierte Baustähle der angegebenen
maßen bei der Lichtbogenschweißung mit Stabelek- Richtanalyse, die wegen ihres niedrigen Kohlenstofftroden
als auch neben unter Pulver geschweißten gehaltes üblicherweise nicht vergütet werden, verhalten
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Patent Citations (2)
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