DE1960032B2

DE1960032B2 - Schweißzusatzwerkstoff

Info

Publication number: DE1960032B2
Application number: DE1960032A
Authority: DE
Inventors: Anton Dr. 4151 Lank Baeumel
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1969-11-29
Filing date: 1969-11-29
Publication date: 1973-12-13
Also published as: CH525059A; SE357149B; GB1300286A; NL7017378A; FR2072433A5; JPS4924780B1; NO127739B; AT296717B; US3726668A; CS153096B2; SU426353A3; DE1960032A1; BE759659A; ZA707967B

Description

0,001 bis

insbesondere 0,001 bis
0,1

insbesondere 0,1
0,25

insbesondere 0,25
15,0

insbesondere 15,0
3,5
3,5
8,0

insbesondere 10,0
0,01

insbesondere 0,01

insbesondere

0,1
0,1

0,2%,
0,1% C,

bis 5,0%,

bis 2,0% Si,

bis 10,0%,

bis 5,0% Mn,

bis 25,0%,

bis 20,0% Cr,

bis 6,0%,

bis 5,0% Mo,

bis 30,0%,

bis 16,0% Ni,

bis 3,0%,
1,5% Cu,
0,35%,
0,2% N,

bis
bis
bis

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, dessen Schweißgut gänzlich deltaferritirei und vollaustenitisch ist, ohne daß damit jedoch die gefürchtete Warmrißbildung verbunden ist.

Der erfindungsgemäße Schweißzusatzwerkstoff zur Herstellung von vollaustenitischen, warmrißbeständigen AuftragsschweiBungen oder von ebensolchen Schweißverbindungen an austenitischen Grundwerkstoffen, insbesondere Cr-Ni-Stählen, ist dadurch gekennzeichnet, daß er aus

0,001 bis 0,2%,

insbesondere 0,001 bis 0,1% C,

0,1 bis 5,0%,
insbesondere 0,1 bis 2,0% Si,

0,25 bis 10,0%,
insbesondere 0,25 bis 5,0% Mn,

15,0 bis 25,0%,
insbesondere 15,0 bis 20,0% Cr,

3,5 bis 6,0%,

insbesondere 3,5 bis 5,0% Mo,
8,0 bis 30,0%,

insbesondere 10,0 bis 16,0% Ni,

0,01 bis 3,0%,
insbesondere 0,01 bis 1,5% Cu,

0,1 bis 0,35%,
insbesondere 0,1 bis 0,2% N,

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen,

oesteht.

2. Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er in Form einer blanken oder umhüllten Elektrode oder einer Selenelektrode vorliegt, wobei ein Teil der Werkstoffbestandteile in der Umhüllung bzw. vorzugsweise in der Kernfüllung enthalten sein kann.

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Die Erfindung betrifft einen Schweißzusatzwerkstoff zur Herstellung von vollaustenitischen, warmrißbeständigen Auftragsschweißungen oder von ebensolchen Schweißverbindungen an austenitischen Grundwerkstoffen, insbesondere Cr-Ni-Stählen.

Es ist bekannt, daß die austenitischen Chrom-Nickel-Stähle bzw. Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle beim Schweißen stark warmrißbildend sind. Um diesem Übelstand abzuhelfen, werden für die Schweißung solcher Stähle bzw. die Auftragung solchen Schweißgutes Schweißelektroden angewendet, deren Schweißgut sich vom Grundwerkstoff durch das Vorhandensein eines der Warmrißbildung entgegenwirkenden Deltaferritanteiles von etwa 3 bis 15% unterscheidet. Dies hat jedoch den wesentlichen Nachteil, daß insbesondere das Korrosionsverhalten, bedingt durch die starke Zerfallsneigung des Deltaferrits bei Wärmeeinwirkung, nachteilig beeinflußt wird. Be* sonders bei chemischen Apparaten aus austenitischen Chrom-Nickel-Stählen kommt es daher häufig vor, daß die Schweißnähte bevorzugt abgetragen werden, so daß diese öfters nachgeschweißt werden müssen, um die Nutzungsdauer der Apparate zu verlängern. Zu erwähnen ist noch, daß sich auch die Zähigkeit des Schweißmetalls unter dem Einfluß von Wärmeeinwirkung und somit insbesondere bei der Mehrlagenschweißung merklich vermindert. t-j

Die Erfindung schafft demgegenüber einen bedeutenden Vorteil, indem sie in überraschender Weise die Ausbildung eines Schweißzusatzwerkstoffes angibt, besteht.

Bezüglich der Verunreinigungen gelten die für austenitische Schweißzusatzwerkstoffe geltenden Grundsätze; der Gehalt an P sollte danach höchstens 0,025% und derjenige von S höchstens 0,020% betragen.

Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß in der deutschen Offenlegungsschrift 1 483 432 umhüllte Schweißstäbe beschrieben sind, die ein unmagnetisches Schweißgut liefern sollen und aus einem Kerndraht mit maximal 0,05% C, 0,4 bis 1,2% Si, 2 bis 9% Mn, 2,5 bis 3,5% Mo, 19 bis 23% Cr₁ 14 bis 17% Ni, 0,1 bis 0,5% Stickstoff, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen und einer Mantelmasse bestehen, die metallische Legierungsbestandteile, jedoch kein Molybdän enthält. Demgemäß Kann das Elektrodenschweißgut keinesfalls den Molybdängehalt des Kerndrahtes erreichen, und es erscheint daher für die vorliegende Erfindung belanglos, daß in der Offenlegungsschrift bezüglich der Aufgabenstellung ein Schweißgut mit einem Molybdängehalt von 1 bis 5% Mo genannt ist. Zur Verringerung der Warmrißanfälligkeit ist vielmehr ausdrücklich ein entsprechend hoher Mangangehalt vorgesehen — im Beispiel 7,3 % Mn im Kerndraht neben 3 bis 6% Mn in der Hülle —, und es ergibt sich daraus ganz eindeutig, daß die Bedeutung eines 3,5 bis 6% betragenden Molybdängehaltes sowohl für die Warmrißanfälligkeit als auch für die hervorragende Korrosionsbeständigkeit des Schweißgutes und der Schweißverbindungen nicht erkannt worden ist.

Das erfindungsgemäße Schweißmaterial kann in verschiedenen Formen realisiert werden, d. h., es kann z. B. als Blankdraht bzw. Metallband, als umhüllte Elektrode (Mantelelektrode) oder als Seelenelektrode (Röhrchendraht) ausgebildet sein.

Im Falle des Blankdrahtes oder Schweißbandes ist es aus einer Legierung der angeführten Zusammensetzung gebildet und dazu bestimmt, nach dem WIG (Wolfram-Inert-Gas)-, MIG (Metall-Inert-Gas)- bzw. UP (Unterpulver)-Verfahren verschweißt zu werden.

Soll es in Form einer Mantelelektrode angewendet werden, so kann diese aus einem vorzugsweise mit einer kalkbasischen Hülle versehenen Kerndraht der angeführten Zusammensetzung bestehen. Die Elektrodenhülle (Mantelmasse) enthält dann neben den üblichen meist silikatischen Bindemitteln und kleinen Anteilen von Plastifizierungsmitteln als schlackebildende Bestandteile insbesondere 20 bis 60% Erdalkalikarbonat(e), 10 bis 50% eines oder mehrerer Fluoride, vorzugsweise CaF₂, bis etwa 10% TiO₂ und bis etwa 20% Desoxydationsmittel, wie z. B. Ferrosilizium, Ferromangan od. dgl.

Statt im Kerndraht kann ein Teil der Legierungsbestandteile auch in der Hülle vorhanden sein, wob<n dann die Kerndrahtzusammensetzung eine entsprechende Änderung erfährt.

Wird die Elektrode hingegen als Selenelektrode eingesetzt, so wird die Zusammensetzung von Kernfüllung und metallischem Mantel in geeigneter Weise auf die erfir.dungsgemäß definierte Zusammensetzung abgestimmt, wobei es bevorzugt wird, einen Teil der Schweißzusatzwerkstoffbestandteile innerhalb der Füllung vorzusehen.

Die Erfindung wird nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Soweit nicht anders angegeben, sind die angeführten Prozentsätze auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Aus dem auch gegenüber reduzierend wirkenden und chlorionenhaltigen Ang-^;ffsmedien hervorragende Korrosionsbeständigkeit aufweisenden Stahl X 5 CrNiMo 17 13 (Werksloffn^mmer 4449 nach DIN 17 007) wurden 20 mm dicke Blechstücke vergleichsweise sowohl mit dem dafür (laut Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 400-60) vorgesehenen Schweißzusatzwerkstoff 4447 der Zusammensetzung 0,048% C, 0,64% Si, 0,94% Mn, 17,26% Cr, 4,61% Mo, 13,45% Ni, 0,029% N (P und S unter 0,020%), Rest Fe, in Form eines Blankdrahtes von 2,5 mm Querschnitt nach dem WIG-Verfahren mit Argon als Schutzgas als auch mit dem erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff verschweißt. Der letztere bestand einerseits ebenfalls aus einem 2,5-mm-Blankdraht mit 0,033% C, 0,45% Si, 1,31% Mn, 17,14% Cr, 4,3% Mo, 13,59% Ni, 0,03% Cu und 0,15% N, Rest Fe, der in analoger Weise mit Argon als Schutzgas verschweißt wurde. Andererseits waren es Mantelelektroden, die aus einem Kerndraht der für den srfindungsgemäßen Blankdraht genannten Zusammensetzung und einer kalkbasischen Mantelmasse, nämlich einer mit Wasserglas entsprechend der nötigen Preßkonsistenz versetzten Mischung aus 45 % CaCO₃, 35 % CaF₂, 5 % TiO₂, 7% Ferrosilizium (40% Si), 5% Ferromangan (affind) und 3 % Plastifizierungsmittel bestanden.

L Schweißgut A
(erhalten mit dem Blankdraht 4447)

a) Kerbe senkrecht zur Schweißebene
4,7 4,4 4,4 mkp/cm²

b) Kerbe waagrecht zur Schweißebene
5,6 5,8 5,3 mkp/cm²

2. Schweißgut B
(erhalten mit dem erfindungsgemäßen Blankdraht)

a) Kerbe senkrecht zur Schweißebene
15,0 14,0 15,6 mkp/cm²

b) Kerbe waagrecht zur Schweißebene
13,4 14,8 15,0 mkp/cm²

3. Schweißgut C

(erhalten mit der erfindungsgemäßen Mantelelektrode)

a) Kerbe senkrecht zur Schweißebene

16,0 14,6 17,4 mkp/cm²
ίο b) Kerbe waagrecht zur Schweißebene
17,2 15,0 16,3 mkp/cm²

Die bedeutende Überlegenheit der mit dem erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff erhaltenen Schweißverbindungen ergab sich nicht nur hinsichtlich der Kerbschlagwerte, sondern auch bei der Prüfung von geschweißten Probestücken gegenüber dem Angriff siedender konzentrierter Salpetersäure im Zeitraum von 3 · 48 Stunden. Während sich bei den nach 1 erhaltenen Proben (Schweißgut erhalten mit Werkstoff Nr. 4447) das Schweißgut zunehmend und stark angegriffen zeigte, was durch den von der Säure selektiv gelösten Ferritanteil bedingt ist, zeigten die mit dem erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoff nach 2 bzw. 3 geschweißten Proben auf Grund des homogenen kustenitischen Schweißgefüges keinen erkennbaren Angriff.

Beispiel 2

Die durch bevorzugten Angriff im Schweißnahtbereich verursachten starken Korrosionsschäden bei einem in der chemischen Industrie als Reaktionsgefäß eingesetzten Behälter aus dem Grundwerkstoff XlO NiMoTi 18 10 (Werkstoff-Nr. 4571) der Zusammensetzung 0.04% C, 0,64% Si, 0,82% Mn, 17,92% Cr, 2,47% Mo, 10,80% Ni, 0,21% Ti, Rest Fe, wurden ausgeschliffen und die Schweißnähte, die ursprünglich durch Verschweißen eines der Werkstoff-Nr. 4581 entsprechenden Blankdrahtes nach der WIG-Methode gebildet waren, durch Verschweißen erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoffs in Form der schon im vorigen Beispiel erwähnten Mantelelektrode ausgebessert bzw. mit deren Schweißgut eine völlig neue Decklage geschaffen. Das keinerlei Warmrisse aufweisende Schweißgut hatte folgende chemische Zusammensetzung: 0,042% C, 0,76% Si, 1,44% Mn, 17,05% Cr, 4,2% Mo, 13,46% Ni, 0,025% Cu, 0,13% N, Rest Fe. Eine Überprüfung des Behälters nach einer gleichgearteten 4monatigen Beanspruchung zeigte

keinen selektiven Angriff mehr, sondern bestätigte die Erwartung, daß nun im Schweißnahtbereich die volle Korrosionsbeständigkeit des Grundwerkstoffes erreicht und damit die Lebensdauer des Behälters um ein Mehrfaches erhöht worden war.

Beispiel 3

Mehrere Platten im Format 300 · 450 · 30 mm aus einem hochfesten, schweißbaren Feinkornbaustab.' der Zusammensetzung 0,18% C, 0,37% Si, 1,44% Mn, 0,013% N, 0,17% V, 0,42% Ni, 0,28% AI, 0,009% P, 0,012% S, Rest Fe, wurden durch UP-Bandschweißung in zwei Lagen mit einer hochkorrosionsfesten Auftragung versehen. Das Schweißband vom Format

60 · 0,5 mm hatte folgende Zusammensetzung: 0,03% C, 0,50% Si, 1,28% Mn, 17,22% Cr, 4,53% Mo, 14,30% Ni, 0,08% Cu und 0,14% N₂. Die Schweißbedingungen unter Verwendung eines neutralen agglo-

merierten Schweißpulvers waren: 650A, 30 V; Schweißgeschwindigkeit: 10 cm/min.

Das Schweißgut der 2. Lage hatte die Zusammensetzung: 0,037% C, 0,72% Si, 1,54% Mn, 17,1% Cr, 4,35% Mo, 14,2% Ni, 0,06% Cu und 0,13% N₂, Rest Fe. Zwei Platten wurden für Korrosionsversuche verwendet, und zwei weitere wurden in Streifen von 10 mm Rreite quer zur Schweißnaht zerschnitten. An diesen Streifen wurde nach dem Farbeindringverfahren und mit Hilfe von metallographischen Schliffen die Prüfung auf Warmrisse durchgeführt, die durchwegs negativ verlief. Die Korrosionsversuche zeigten keine Verminderung der Korrosionsbeständigkeit, und die Überprüfung der Haftung zwischen Grundwerkstoff und Schweißplattierung durch Zerreißversuche, Faltproben und Biegeproben ergab keinerlei Mängel.

Claims

Patentansprüche:

1. Schweißzusatzwerkstoff zur Herstellung von vollaustenitischen warmrißbeständigen Auftragsschweißungen oder von ebensolchen Schweißverbindungen an austenitischen Grundwerkstoffen, insbesondere Cr-Ni-Stählen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus