DE2106691A1

DE2106691A1 - Ferritischer Nickelstahl

Info

Publication number: DE2106691A1
Application number: DE19712106691
Authority: DE
Inventors: Francis Harold Oakland N.J. Lang (V.StA.). M
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1970-02-13
Filing date: 1971-02-12
Publication date: 1971-09-23
Also published as: AT310526B; FR2078555A5; SE379490B; GB1344941A; CH531051A; CA929768A; NL7101625A; BE762864A

Description

2106691 Dipl.-Ing. H. Sauerland · Dr.-Ing. R. König Patentanwälte ■ 4odq Oa^^ftiOT^r^CiecifmnaimvTe ■ Telefon 432732

11. Februar 1971 Unsere Akte: 26 479 III/Fu.

International Nickel Limited, Thames House, Millbank, London, S₀ ¥. 1, Großbritannien

"Ferritischer Nickelstahl"

Die Erfindung bezieht sich auf einen ferritischen Nickel- % stahl, der sich insbesondere als Zusatzwerkstoff beispielsweise beim MIG-Schweißen von Stählen mit beispielsweise 9% Nickel eignet, die bei tiefen Temperaturen eingesetzt werden.

Ferritische Stähle mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und Nickelgehalten von 3,5 bis 996 eignen sich als Baustähle zum Herstellen von Behältern und anderen Gegenständen, die bei tiefen Temperaturen eingesetzt werden. Diese Stähle besitzen eine angemessene Festigkeit und hohe Kerbschlagzähigkeit insbesondere bei sehr niedrigen Temperaturen bis -198⁰C und darunter. Beim Herstellen von j beispielsweise Behältern muß der Stahl unter Verwendung " von Schweißzusatzwerkstoffen so geschweißt werden, daß das Schweißgut eine erhebliche Festigkeit, und zwar mindestens die des Grundmaterials sowie eine wesentliche Kerb·» Schlagzähigkeit besitzt. Beim Schweißen von Stählen mit 9% Nickel kann als Zusatzwerkstoff eine Legierung mit etwa 1596 Chrom und etwa 7% Eisen, Rest Nickel verwendet werden. Schweißnähte, die unter Verwendung eines derartigen Zusatzwerkstoffes hergestellt sind, besitzen eine angemessene Zähigkeit, jedoch oft nicht die Festigkeit des Grundwerkstoffs. Außerdem ist der Zusatzwerkstoff wegen

109839/1061

seines hohen Nickelgehaltes verhältnismäßig teuer.

Bekannt ist aus der US-Patentschrift 3 218 432 bereits ein ferritischer Nickelstahl mit etwa 12% Nickel, 0,0396 bis 0,0796 Kohlenstoff und 0,5 bis 0,8% Mangan, der sich als Zusatzwerkstoff beim Schweißen von Nickelstählen mit 9% Nickel eignet und Schweißnähte mit einer Kerbschlagzähigkeit von mindestens 3,45 kgm bei -195°C sowie einer erheblichen Zugfestigkeit ergibt, die etwa der des Grundwerkstoffs entspricht. Solche Zusatzwerkstoffe lassen sich jedoch nur im Vakuum erschmelzen, da sie einen nur geringen Gasgehalt besitzen dürfen, weil sonst beim Schweißen eines 9%-Nickel-Stahls die Schweißverbindung keine ausreichende Zähigkeit besitzt. Ein weiterer Nachteil des im Vakuum erschmolzenen Zusatzwerkstoffs besteht darin, daß es beim Schweißen zu einem Blasen des Lichtbogens und demzufolge zu Schweiß fehlern, beispielsweise porösen Schweißnähten kommen kann. Außerdem muß der Zusatzwerkstoff im Vakuum geglüht werden, wenn er als Draht in automatischen Schweißmaschinen eingesetzt werden soll. Die verschiedenen Maßnahmen führen zu einer erheblichen Verteuerung des Werkstoffs. Zudem wurde festgestellt, daß die Schweißgeschwindigkeit beim Schweißen mit herkömmlichem Material begrenzt ist, insbesondere beim Schweißen außer Normallage, da die Schweißnähte andernfalls eine unzureichende Zähigkeit besitzen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden und einen Nickelstahl zu schaffen, der sich insbesondere als Zusatzwerkstoff zum Schweißen kaltzäher Stähle eignet. Die Lösung der Aufgabe besteht in einem ferritischen Stahl, der an Luft erschmolzen werden kann und 7 bis 13% Nickel, höchstens 0,45% Mangan, höchstens 0,09% Kohlenstoff,

? r- ο ρ t c f * r κ ·"

höchstens 0,15% Silizium, höchstens 0,05% Aluminium, bis 0,1% Titan, bis 0,1% Niob, höchstens 0,01% Phosphor und höchstens 0,01% Schwefel, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen enthält, dessen Kohlenstoffgehalt jedoch mindestens 0,05% beträgt, wenn der Mangangehalt 0,3% übersteigt.

Vorzugsweise besteht der erfindungsgemäße Stahl bzw. Zusatzwerkstoff aus 9,5 bis 11,5% Nickel, höchstens 0,05% Kohlenstoff, höchstens 0,3% Mangan, höchstens 0,1% Silizium, höchstens 0,02% oder-0,03% Aluminium, 0,02 bis 0,06% Titan und höchstens je 0,005% Phosphor und Schwefel, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen«,

Darüber hinaus hat sich ein Stahl bzw, Zusatzwerkstoff besonders bewährt, der etwa 11% Nickel, 0,05% Kohlenstoff, 0,2% Mangan, 0,03% Aluminium und 0,05% Titan enthält. Die erfindungsgemäße Stahllegierung kann in üblicher Weise an Luft erschmolzen werden, sofern sie durchgreifend,. beispielsweise mit Silizium, Aluminium, Titan und Kalzium desoxydiert wird. Durch Versuche wurde festgestellt, daß ein gut desoxydie-rter, an Luft erschmolzener Stahl im allgemeinen nicht mehr als 0,015% Sauerstoff, höchstens 0,006% Stickstoff und höchstens 0p03% Wasserstoff enthält und das Schweißgut eine gute Kerbschlagzähigkeit besitzt«, " -

Unter die Erfindung fallen auch ferritische Stähle, die sich als Werkstoff für Gußstücke mit erheblicher Festigkeit und sehr hoherZähigkeit bei tiefen Temperaturen eignen und 9*5 bis 12% Nickel, höchstens 0,3% Mangan, höchstens 0,09% Kohlenstoff, höchstens 0,15% Silizium, höchstens 0,05% Aluminium, 0,02 bis 0,1% Titan, bis

109839/1061.

0,1% Niob, höchstens 0,0196 Phosphor und höchstens 0,01% Schwefel, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen enthalten. Die erfindungsgemäße Stahllegierung besitzt eine außergewöhnlich hohe Kerbschlagzähigkeit sowie eine angemessene Zähigkeit bei tiefen Temperaturen von. beispielsweise - 195°C oder auch -268⁰C₀

Bei der erfindungsgemäßen Stahllegierung ist es von großer Wichtigkeit, daß die einzelnen Legierungsbestandteile innerhalb der angegebenen Gehaltsgrenzen liegen» Dem Mangan kommt besondere Bedeutung zu; sein Gehalt muß im Hinblick auf die hohe Kerbschlagzähigkeit sorgfältig eingestellt werden, die für die Erfindung charakteristisch ist. So sollte der Mangangehalt etwa 0,4596 nicht übersteigen, wenn die Stahllegierung als Zusatzwerkstoff verwendet wird und das Schweißgut hinreichende Eigenschaften, insbesondere eine hohe Zähigkeit bei tiefen Temperaturen besitzen soll. Versuche haben erwiesen, daß der Kohlenstoffgehalt unter Berücksichtigung des jeweiligen Mangangehaltes ebenso sorgfältig eingesteht werden muß» So muß der Kohlenstoffgehalt mindestens 0,0596 betrageni wenn der Mangangehalt 0,396 übersteigt. Vorteilhafterweise übersteigt der Mangangehalt jedoch 0,396 nicht, um ungeachtet des jeweiligen Kohlenstoffgehaltes eine ausreichende Kerbschlagzähigkeit zu erreichen. Der Schwefelgehalt sollte 0,01% nicht übersteigen, um sicherzustellen, daß der Gefahr von Schweißrissen und einer Verringerung der Kerbschlagzähigkeit wegen eines zu hohen Schwefelgehaltes durch den jeweiligen Mangangehalt begegnet wird. Bei niedrigem Schwefel gehalt von beispielsweise 0,005% oder darunter reichen 0,12 oder 0,15% Mangan völlig aus. Das Nickel gehört ebenso zu den wesentlichen Legierungebestandteilen,

109839/1061

iNSPECTED

sein Gehalt muß daher innerhalb der angegebenen Grenzen liegen. Nickelgehalte über 13% beeinträchtigen die Zähigkeit des Schweißgutes. Eine Erhöhung des Nickelgehaltes von 7 auf 11% verringert sowohl die Fähigkeit zur Energieaufnahme als auch die Übergangstemperatur vom duktilen zu Sprödbruch. Ein Zusatzwerkstoff mit nur 796 Nickel eignet sich zum Schweißen von Stählen mit 3,5% Nickel als Schweißgut, das nur mäßigen Tieftemperaturen ausgesetzt ist und eine gute Zähigkeit bei einer Temperatur von -129°C besitzt. Der Kohlenstoffgehalt führt zu einer nahezu linearen Änderung der Zugfestigkeit und Zähigkeit des Schweißgutes bei -195⁰C. Der Kohlenstoffgehalt kann bis 0,09%, beispielsweise 0,001 bis 0,09% betragen, ohne daß bis zu Temperaturen von -195°C die Zähigkeit unzulässig beeinflußt wird. Titangehalte bis 0,1% sind ohne nachteilige Wirkungen auf die Eigenschaften des Schweißgutes. Vielmehr wirkt sich ein Titangehalt von 0,05 bis 0,1% bei Kohlenstoffgehalten über etwa 0,03% vorteilhaft auf die Zähigkeit des Schweißgutes aus«, Aluminium dient vorzugsweise als Desoxydationsmittel und erreicht Restgehalte bisfetwa 0,05%, die ohne schädliche Wirkung auf die Eigenschaften des Schweißgutes sind. Die erfindungsgemäße Legierung kann auch bis 0,1% Niob enthalten, das die Zugfestigkeit des Schweißgutes wesentlich erhöht und die Kerbschlagzähigkeit bis etwa -195°C nicht wesentlich beeinträchtigt.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoffes besteht darin, daß er nicht nur an Luft erschmolzen, sondern auch in üblicher Weise ohne Schwierigkeiten zu Draht verarbeitet werden kann. Dabei ist ein Vakuumglühen im Hinblick auf die guten Eigenschaften des Zusatzwerkstoffes nicht erforderlich.

109839/1061

Das unter Verwendung des obenerwähnten bevorzugten Zusatzwerkstoffes mit niedrigem Gasgehalt erzeugte Schweißgut besitzt im allgemeinen eine Kerbschlagzähigkeit bei -195⁰C von mindestens 13,82 kpm/cm beim Schweißen von Hand nach dem WIG-Verfahren_e Allerdings wird nach dem WIG-Verfahren von Hand beim Schweißen schwerer Schweißkonstruktionen beispielsweise mit einer Wandstärke oberhalb etwa 6 mm nur wenig gearbeitet« Die Tatsache jedoch, daß das Schweißgut bei dem vorerwähnten Verfahren eine sehr hohe Kerbschlagzähigkeit bei -195°C besitzt, ist ein deutliches Anzeichen dafür, daß sich eine vergleichbare Zähigkeit auch bei anderen Schweiß verfahren einschließlich des MIG-Verfahrens des Kurzlichtbogen-Verfahrens und des Schweißens mit Impuls-Lichtbogen ergibt. Das beim Schweißen benutzte Schutzgas sollte im wesentlichen frei von Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxyd oder anderen oxydierenden Gasen sein, um den Gasgehalt des Schweißgutes so niedrig wie möglich zu halten. Unter bestimmten ziemlich extremen Bedingungen, beispielsweise beim Schweißen mit Impuls-Lichtbogen kann das Schutzgas einen geringen Gehalt an Sauerstoff besitzen, um den Lichtbogen ohne schwerwiegende Beeinträchtigung der Zähigkeit des Schweißgutes zu stabilisieren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. Dabei wurden verschiedene Legierungen erschmolzen, deren Zusammensetzungen in der nachfolgenden Tabelle I zusammengestellt sind» Die Schmelzen wurden aus den reinen Ausgangsstoffen einschließlich Elektrolyteisen und Elektrolytnickel im Induktionsofen hergestellt. In jedem Falle wurden die Schmelzen mit Silizium, Aluminium und Titan desoxydiert und schließlich zu Stäben mit einem Durchmesser von 7 mm unter Verwendung von Vakuumröhrchen gezogen. Die Restmenge jeder Schmelze wurde dann zu Blöcken vergossen, die auf Draht verarbeitet wurden.

109839/1061

τί'Ν. Eh "SR

rf CQ "

i-

t£\ O Ot-T-C-CM CM CM CM CM τ-Ο Ο I OOOO

IOOIIII I O O O O I I I I I I OO OOOO

do ο a S ό

T-CM τ- O UN CM

tr\ κ% u\ co σ» -4

iOOiillllOOOOIIIIII OO OOOO

do d d ο d

O i£\ O -4· O O

IfN τ- W S -ί 4

t-t-IIIIIIt-Ot-t-IIIIII I O O OOOO

OO O O O (D

I » Sf**

-P

oobo oodooooooo

OOOOII I I IOOOOOOOOOO A O O O O O O O O O O O O O O

CVi CVl CVj C^ *^" ΪΟ fC\ K^ ■»£$* ΚΛ t^\ K^ K"\ fC\

oooo ι ι ι ι 10800088888 d d d 0 dddddddddd

t <

1 t ι ι ι ι ι ι ι 1 1 1 1 1 1 1 d d d

OOOOOOOOt-OOOOOOOOOO

m 4 4 ιλ O ooooooooooooooooSoo

V V 'V V V VV

t-OOOOOOOOOOOOOOt-t-t-t- ΐ

O* O O O O^ O O O O O O O O O O O O O O V

O iftvo Μΐί\ΐ£\νθΐΙ\ιηΐΛΝ004Ν<0(00'<Λβ NrrrrrrrrrrN-jrrrftlrr

O VO CO t*- -K\ K\ T-T-T-T-T-T-T-T-OOOOO

rNOOl^rrrrrrrrrthNrrr

T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T-T- T-T-T-

Ö Ö O O O CJ O O O O O O O O Ö O O O O ι * ΟΟΟΟΟΟΟΟΌΟΟΟΟΟΟΟΟ OO .. '

τ- CM ΗΛ <t" lT\ VO ^- tO (f\ O τ- CM K% s4" tf\ κό V* * © ίΛ ~ > "

τ- τ- τ- τ- τ- rr r-_n--*·„^g· _r*- . %,i_M-.:;

109839/1061 .^

Beispiel 1

Unter Verwendung zweier Platten der Abmessung 1,27 x 10,2 χ 7,6 cm eines üblichen Nickelstahls mit 9% Nickel und eines Zusatzdrahtes mit einem Durchmesser von 3 mm wurden Stumpf Schweißnähte nach dem WIG-Verfahren gelegt. Die Platten waren aus der Walzhitze abgeschreckt und angelassen, sie bestanden aus einem Stahl mit 9% Nickel, 0,12% Kohlenstoff, 0,52% Mangan, 0,087% Aluminium, 0,014% Titan, 0,23% Silizium, 0,005% Phosphor, 0,006% Schwefel, 47 ppm Sauerstoff, 0,9 ppm Wasserstoff und 34 ppm Stick-Stoff, Die Streckgrenze der Platten betrug 74,4 kp/mm , die Zugfestigkeit 84,7 kp/mm , die Dehnung etwa 21% und die Einschnürung etwa 70%, bei -195°C besaßen die Platten eine Kerbschlagzähigkeit von 4,8 bis 6,7 kpm/cm . Die Platten wurden vor dem Schweißen spanabhebend bearbeitet, um eine V-Naht mit einer Kantenlänge von 10,2 cm und einem eingeschlossenen Winkel von 70° sowie einem Wurzelabstand von 0,4 mm und 1,6 mm zu schaffen. Die Platten wurden auf eir-ar genuteten Kupferschiene zentriert, die in einer Schweißbank aus Stahl eingespannt war; sie wurden mittels schwerer U-förmiger Klammern gegen Verwerfungen gesichert. Die Schweißnaht wurde in flacher Lage ohne Vorwärmen mit neun einzelnen Lagen mit Gleichstrom von 180 Ampere und Minuspolung manuell gelegt. Während des Schweißens wurde eine maximale Zwischenlagentemperatur von 121⁰C stets aufrechterhalten. Im Schweißbrenner befand sich eine thorierte Wolframelektrodej als Schutzgas diente Argon mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 11331/h, Das Schweißgut wurde röntgenografisch mit einer Empfindlichkeit von 2% untersucht, ohne daß Risse oder Oxydeinschlüsse festgestellt werden konnten. Die miteinander verschweißten Platten wurden quer zur Schweißnaht unterteilt und aus den Teilstücken Proben für den Zug- und Kerbschlagversuch herausgearbeitet. Bei der Kerbschlagprobe wurde die V-Naht quer zur Plattenfläche gelegt. Die

109839/1061

bei den Versuchen ermittelten Daten sind in der nachfolgenden Tabelle II zusammengestellt. Die Versuchsdaten der Schweißversuche mit den Zusatzwerkstoffen 1 bis 9 wurden ebenso an Querproben ermittelt wie die Kerbschlagzähigkeiten des Schweißgutes aus den Zusatzwerkstoffen 10 bis 19. Die Zugversuche hinsichtlich der Zusatzwerkstoffe 10 bis 19 wurden am reinen Schweißgut und an Querproben durchgeführt, wobei die Zugfestigkeiten der reinen Schweißgutproben zuerst angegeben sind»

109839/1061

	O	^^
	O	,->
	cn	CM
	vo
	ι	Θ
CM		H P
S	ϋ	S^
ü	O	CM
	IA	Φ S
	cn	N S
	τ-	G ^S,
	¹	Φ P
-P	O
•H	O
O)	cn
M	CM	to
bO	T	C
:cö		ru
N	O
	O
ctf	KS
H	C-
O	¹
to
,α
U	E-i
φ	cd
ι
ο
Ώ
C
ω
q
g
ι
•Η
4-3
CQ
φ


1
Λ!
O
Φ
U
■μ
CO
φ
•Η
W
φ

CM

CN?

CM

CvT
1 I I I i '111111!!111IiIIiIfIHIiI

σ\ cMKNoo

τ- CM CM V-iS KN 00-et-Cf KN C-VO KNCOVOCVICMOt-ONOv- IAlA v- CJNCM ONO O ON00 CJN

«d-QQVOCMvO-cj-GOOiSOQ t— <f OCJNv-VDiACMCM-^CMVD C—VO CJN 00 VO 00 IA CvJ τ- ν- τ- ν- τ- τ- CO ν- τ- τ- ν- τ- T-T-T-CMCMt-T-

IS VO τ-CM-cf 00-Cf v-<f CM τ-CM ON <fOlA00KN

11111 · S I I · I j ..... j

CO CM C-VO IA KN O CO -Cf ΙΑ τ- OMA lAC0<fv-<)-

CM CM ν-τ-τ-τ-CM ν-CM CM CVJ ν CM τ-ν-ν-τ-v-

VO CO Ot-CO v-vO-cj-<f CMvO IS IA VO <f IA CM CO <f IACM !11Il «111

CM CM CM ν-τ-τ-τ-CM CM CM CM CMCM KNKNt-τ-v-CM ν-T-

CM KNOVO CM CnoO<f CVJKNCOVO CnCO JSOVO KNC-O CO I I 1 ! I «111

-cf cm cm IA cn IA vo VD cn co c—cM <f ο co cn ο co cn or—

CM CM CvI τ-τ-τ-τ-ν-ν-CM CM CM CM KN CM τ-CM τ-τ-CvI τ-

_ _ I KNONt- 1 Ot-Ot-IAC—CnVO CM CO KN-4" CO ONCOfACO
C—C—C—VO t-vOMD C—C—C-C-VOVD VOvO 00 C—f—VO C—C-VOVDVDVOVOVO

OOOO OOOOOOOOOOOOOOOOOOOO

IT₁VOCnCO I VO-cf CM I C— iAC-—Cf VO KNC-CM kSc—CJNt-CM Cn C-CM VO
T-T- T-T-T- τ-τ-τ-τ-τ-τ-τ-v-CM ν-τ-ν-CM ν-τ-τ-v-

C—CO-ctCn IAv-[A C—KN Cn CM CO CM VO O τ-KN CM

<f cMiAts ι cm cn cm ι τ-ΐΑ^^ωω^^ο3ΐχ\ώ^Μ€ΐΝοόων^ς7ΝωΓ-· cooococo cocoon ν-co ο co ο co ο coc—co cnco coiso co cm co τ-co

τ- ν- τ- τ- T-T-V-

CO-cfCMlA CMC—CM τ-ν-CM KNCO O KN ON ON VO CO-Cf CM IAO ONt-<f KNC-

COC-Ov- It-T-IA I C—00<f CJNiAO CM O CJNC-CM CM IAC— ONO E-O C—Cn C— C-CO CO C-CO CO "~ " "* *

CM

IAVO £SO0 Cn O

CM

-Cf IA VO C— OO ON

&0 •Η

109839/1061

Die Daten der vorstehenden Tabelle zeigen, daß die Kerbschlagzähigkeiten der Zusatzwerkstoffe 11 und 12 bei -195°C sehr gering axnd, was auf die festgestellten hohen Gasgehalte, insbesondere an Stickstoff, zurückzuführen ist. Außerdem zeigt die Tabelle, daß die Zugfestigkeiten des Schweißgutes, das unter Verwendung der niobhaltigen Zusatzwerkstoffe 17 bis 19 anfiel, unter Beibehaltung einer erheblichen Kerbschlagzähigkeit bei -195⁰C wesentlich besser sind als diejenigen ähnlicher niobfreier Werkstoffe. Diese Tatsache macht es möglich, Schweißnähte mit einer Festigkeit zu legen, die derjenigen von kaltzähen Stählen entspricht, die eine höhere Zugfestigkeit besitzen als die herkömmlichen Stähle mit 9% Nickel. Die Versuchsergebnisse der Legierung 6 zeigen, daß sich auch bei Temperaturen von -269⁰C eine bemerkenswerte Zähigkeit ergibt. Von besonderer Bedeutung ist, daß nach dem Schmelzen kein Glühen erforderlich ist, um ein kalt zähes Schweißgut zu erhalten, obgleich ein Spannungsfreiglühen bei 566⁰C die Zähigkeit vergrößert. Schließlich zeigen die Daten der Tabelle II, daß die Kerbschlagzähigkeit bei -195°C sehr hoch ist.

Im Gegensatz zu den Daten der Tabelle II stehen die Versuchsergebnisse der nachfolgenden Tabelle III, die sich auf eine Reihe von Schweißversuchen an den gleichen Platten unter denselben Bedingungen beziehen, jedoch mit einem nicht unter die Erfindung fallenden Zusatzwerkstoff der angegebenen Zusammensetzung.

109839/1061

Tabelle III

Legierung C Ni Mn

OO 00 00

Si Al Ti Nb S P Fe 00 00 00 00 00 00 (%)

A B

0,006 10,9 0,44 <0,05 0,03 0,03 - 0,002 0,003 Rest

0,005 12,7 0,51 0,08 40,02 0,02 - 0,002 0,003 "

0,068 10,8 0,55 0,07 4 0,02 < 0,02 - 0,002 0,003 "

0,066 12,7 0,56 0,09 0,02 0,02 - 0,002 0,003 "

Die Legierung A enthielt noch 0,0195% Sauerstoff, 0,004$ Stickstoff und 0(D021% Wasserstoff, während die Legierung C 0,0105% Sauerstoff, 0,0031% Stickstoff und 0,0002% Wasserstoff enthielt.

Die technologischen Eigenschaften des unter "Verwendung der Zusatzwerkstoffe gemäß Tabelle III erzeugten Schweißgutes sind in der nachfolgenden Tabelle IV zusammengefaßt«,

	Streck	Zugfestig	Tabelle IV.	Einschnü	Kerbschlag
Legie	grenze	keit	Dehnung	rung	zähigkeit
rung	(kp/mm )	(kp/mm )	(%)	(%)	- 195 C₂ (kpm/cm )
	79,3	87,8		69,0	5,4
A	79,7	83,1	9,0	10,5	6,0
B	80,7	87,7	5,0	70	6,9
C	81,2	88,2	11,0	70	7,6
D		13,0

Die vorstehenden Daten zeigen im Vergleich zu den Daten der Tabelle II, daß das aus dem erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoff bestehende Schweißgut einem aus herkömmliclan Zusatzwerkstoff bestehendem Schweißgut weit überlegen ist,

109839/1061

insbesondere hinsichtlich der Kerbschlagzähigkeit bei -195⁰C

Beispiel 2

Mit einem Schweißautomaten wurden zwei Stumpfschweißnähte nach dem MIG-Verfahren unter Verwendung eines sich verzehrenden Elektrodendrahtes mit einem Durchmesser von 1,6 mm aus der Legierung 1 für die eine Naht und einem Draht desselben Durchmessers aus einer herkömmlichen, mit Ausnahme eines Titanzusatzes aus 13,3% Nickel, 0,07% Kohlenstoff, ■'■ " 0,45% Mangan, unter 0,01% Aluminium, 0,02%-Silizium, 0,004% Phosphor, 0,003% Schwefel, 43 ppm Sauerstoff, 41 ppm Wasserstoff und 6,1 ppm Stickstoff bestehenden Legierung gelegt. Als Grundwerkstoff wurden wiederum Platten der im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschriebenen Art in der Abmessung 1,27 x 10,2 χ 20,3 cm verwendet, die an den Kanten bearbeitet wurden, um eine V-förmige Nut mit einer Kantenlänge von 30,2 cm zu schaffen. Der Flankenwinkel betrug 70° bei einer Stegflanke von 1,6 mm und einem Wurzelabstand von 1,6 mm. Die Platten wurden über eine · genutete. Kupferschiene in einer 10,2 cm dicken Schweißbank aus Stahl zentriert und durch vier schwere U-förmige Klammern festgehalten. A

Das Schweißen erfolgte in flacher Lage ohne Vorwärmen und bei einer maximalen Zmschentemperatur von 121⁰C. Das Schweißen erfolgte automatisch mit etwa 30 Ampere und 30 Volt Gleichspannung bei umgekehrter Polung mit einer Schweißgeschwindigkeit von 38 cm/min in einem MIG-Brenner mit Argon als Schutzgas bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1416 l/h.

Die Schweißnähte wurden in sechs Lagen gelegt und anschließend röntgenologisch mit einer Empfindlichkeit von 2% untersucht, ohne daß Fehler, Einschlüsse oder eine unzulässige Porosiät festgestellt werden konnten. Aus dem Schweißgut wurden Querproben entnommen und bei Raumtemperatur die

109839/1061

Zugfestigkeit sowie bei Ratamtemperatur, -73 C, -129 C und -195⁰C die Kerbschlagzähigkeit ermittelt. Die Versuchsdaten sind in der nachfolgenden Tabelle V zusammen-r gestellt. Die dort angegebenen Daten zeigen die Überlegenheit des unter Verwendung des erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoffes erzeugten Schweißgutes insbesondere hinsichtlich der Schlagempfindlichkeit bei tiefen Temperaturen.

	RT-Zugfestig- keitp	1 1	Tabelle V	Kerbschlagzähigkeit	(kpm/cm )
Legierung	(kp/mm )		- 73⁰C -129⁰C	-195°C
	84,0 90,5	RT	15,3 14,8 10,8 9,2	10,9 6.0
1 E		5,6 1,7

* Durchschnittswert zweier Proben.

Bei den vorerwähnten Schweißversuchen zeigte sich beim Legen jeder Schweißraupe unter Verwendung des Zusatz» Werkstoffes E ein starkes Blasen des Lichtbogens, während beim Schweißen mit der Legierung 1 lediglich eine gewisse Instabilität des Lichtbogens beim Legen der ersten Schweißraupe, nicht aber bei den folgenden Schweißraupen beobachtet wurde. Die mit dem erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoff erreichbare größere Stabilität des Lichtbogens ist charakteristisch und stellt einen wesentlichen Vorteil dar, da auf diese Weise die Gefahr von Fehlern im Schweißgut verringert wird und dadurch ein geringerer Aufwand für das Schleifen und Nachbessern der Schweißnaht erforderlich ist.

109839/1061

Beispiel 3

Um darzutun, in welchem Maße die Schweißguteigenschaften nachteilig beeinflußt werden, wenn ein 9% Nickel-Stahl mit größerem Gehalt an Verunreinigungen geschweißt wird, wurden zwei weitere Stumpfschweißversuche mit einem Schweißautomaten nach dem MIG-Verfahren durchgeführt, bei denen als sich verzehrende Elektrode ein 1,6 mm dicker Draht der Legierung 1 verwendet wurde. Die miteinander zu verschweißenden Platten bestanden aus einem Stahl mit etwa 8,5% Nickel, 0,11% Kohlenstoff, 0,79% Mangan, 0,056% Alu- J minium, unter 0,01% Titan, 0,22% Silizium, 0,002% Phosphor, 0,019% Schwefel, 16 ppm Sauerstoff, 1,3 ppm Wasserstoff und 37 ppm Stickstoff. Der Stahl war normalisiert und angelassen und besaß eine Streckgrenze von 73,5 kp/mm , eine Zugfestigkeit von 82,0 kp/mm , eine Einschnürung von 66% und eine Dehnung von 23%. Bei -195°C besaß der Plattenwerkstoff eine Kerbschlagzähigkeit von 5,5 bis 5,7 kpm/cm In jedem Falle wurden Platten der Abmessung 1,27 χ 12,7 x 25,4 cm verwendet. Die 25,4 cm lange Kante wurde bei beiden Platten bearbeitet, um eine V-Nut mit einem Flankenwinkel von 80° mit einer ,Stegflanke von 1,6 und einem Wurzelabstand von 1,6 mm zu erhalten. Die beiden Platten wurden , über einer genuteten... Kupferschiene zentriert, die in eine % 10,2 cm dicke, aus Stahl bestehende Schweißbank eingespannt war. In ihrer Lage wurden die beiden Platten mittels vier schwerer U-förmiger Klemmern gehalten. Das Schweißen erfolgte in flacher Lage ohne Vorerwärmen in 5 bzw, 8 Einzellagen bei einer maximalen Zwischenlagentemperatur von 121⁰C. Sämtliche Schweißraupen wurden bei einer Stromstärke von 300 Ampere und 30 Volt mit Pluspolung sowie einer Schweißgeschwindigkeit von 25,4 cm/min im Falle der fünf lagen und von 50,8 cm/min im Falle der acht Lagen automatisch gelegt. Der Schweißdraht wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 450 cm/min unter Verwendung eines

109839/1061

21QRR91

MIG-Brenners und Argon-Schutzgas mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1416 l/h zugeführt_o Die fertigen Schweißnähte wurden röntgenografisch bei einer Empfindlichkeit von 2% untersucht, ohne daß dabei Risse, Einschlüsse oder eine unzulässige Porosität festgestellt werden konnten,

Querproben wurden auf ihre Zugfestigkeit und Kerbschlagzähigkeit untersucht. Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle VI zusammengestellt.

Tabelle VI

Lagen RT-Zugfestigkeit Kerbschlag-

2ν Zähigkeit -195 C

)	5	84,	4	(kpm/	cm²)	11,	3
8	80,	3	9,4	11,2	12,	9
			13,7

Beispiel 4

Mit einem 0,9 mm dicken gezogenen Schweißdraht der Legierung 1 wurde ein Stumpfschweißversuch unter Verwendung von Platten unter den Bedingungen des Beispiels 1 nach dem Kurzlichtbogen-Verfahren durchgeführt. Die Abmessungen der Platten betrugen 1,27 x 6,4 χ 22,9 cm; sie wurden an der 22,9 cm-Kante bearbeitet, um eine V-Nut mit einem Flankenwinkel von 80° und einer Stegflanke von 1,6 mm sowie einem Wurzelabstand von 2,4 mm zu schaffen. Die Batten wurden auf eine 2,54 cm dicke und genutete Stahlplatte unter Verwendung von vierschweren C-Klammern in vertikaler Lage geklammert, um ein Verwinden zu verhindern und eine maximale Vorspannung zu erreichen. Die Schweißnaht wurde manuell in vertikaler Lage ohne Vorwärmen in sechs Lagen

109839/1061

21QR691 - 17 -

nach dem Kurzlichtbogen-Verfahren unter Verwendung eines feinen Drahtes bei 110 Ampere und 21 Volt mit Pluspolung gelegt. Beim Schweißen wurde eine maximale Zwischenlagentemperatur von 121⁰C eingehalten und ein Schutzgasgemisch aus 1416 l/h Helium und 283 l/h Argon benutzt. Querproben aus dem Schweißgut wurden auf ihre Kerbschlagzähigkeit und Zugfestigkeit hin untersucht. Die Versuche

zeigten, daß die Querzugfestigkeit 79,0 kp/mm und die Kerbschlagzähigkeit zweier Proben bei -195⁰C, 7,1 kpm/cm

bzw. 5,9 kpm/cm betrug. Mithin zeigt auch dieser Versuch die hohe Festigkeit und ausgezeichnete Tieftemperaturzähigkeit eines in Vertikallage mit hoher Geschwindigkeit geschweißten Schweißgutes.

Beispiel 5

Zwischen, zwei 1,27 cm dicken und 7,6 cm breiten Teilen aus einem Stahl mit 3,5% Nickel wurde eine 15,2 cm lange Schweißnaht gelegt. Der Stahl war normalisiert und angelassen und besaß eine Streckgrenze von 40,2 kp/mm , eine

Zugfestigkeit von 60,9 kp/mm , eine Dehnung von 2596 und eine Einschnürung von 64$. Die Teile wurden an den Kanten bearbeitet, um eine V-Nut mit einem Flankenwinkel von { 60° herzustellen. Das Schweißen erfolgte nach dem WIG-Verfahren manuell unter Verwendung eines Zusatzdrahtes der Legierung 15 mit einem Durchmesser von 3,2mm. Das Schweißgut wurde sowohl visuell als auch rön^nolografisch untersucht und war frei von Rissen und Poren. Bei der Untersuchung von Querproben ergab sich eine Zugfestigkeit von 65,6 und 65,4 kp/mm , eine Dehnung von 27% und 14%, eine Kerbschlagzähigkeit von 35,8 und 34,6.

ρ Ο

kpm/cm bei Raumtemperatur, von 29,0 und 30,1 kpm/cm bei -46⁰C und von 19,9 und 24,4 kpm/cm² bei -101⁰C. Mithin zeigt auch dieses Ausführungsbeispiel, daß sich der erfin dungsgemäße Zusatzwerkstoff bestens zum Schweißen von kaltzähen Stählen eignet.

109839/1061

210RR91

- 18 Beispiel 6

13,6 kg der Legierung 1 wurden im Induktionsofen an Luft erschmolzen und vergossen einschließlich einer Gießspirale, eines leiterförmigen Gußstücks und eines Gießkeilblocks. Die Legierung enthielt 0,003$ Kohlenstoff, 10.996 Nickel, 0,19% Mangan, O,O7?6 Silizium, 0,00296 Schwefel, 0,006% Phosphor, 0,03% Aluminium und 0,03% Titan. Aus den Schenkeln des Gießkeil-Blockes wurden Standardproben für den Kerbschlagversuch herausgearbeitet, wärmebehandelt und bei -195°C untersucht. Die Proben wurden zweimal, d.h. eine Stunde bei 899°C und eine Stunde bei 788°C normalisiert sowie zwei Stunden auf 566°C angelassen und jeweils in Luft abgekühlt. DJLe Kerbschlagzähigkeit betrug bei -195°C 11,4, 10,5 und 10,7 kpm/cm². Weitere Proben, die eine Stunde bei 843 ⁰C austenitislert, dann in Wasser abgeschreckt und zwei Stunden auf 566°C angelassen sowie anschließend in Luft abgekühlt wurden, besaßen bei-195⁰C Kerbschlagzähigkeiten von 8,8 und 15,7 sowie 13,5 kpm/cm . Außer der hervorragenden Kaltzähigkeit erwiesen sich an der Gießspirale und der leiterförmigen Probe die hervorragenden Gießegenschaften der Legierung.

Zu denjenigen Stählen, die sich unter Verwendung des erfindungsgemäßen Zusatzwerkstoffes schweißen lassen, gehören Stähle mit 3 bis 10% Nickel, bis 0,15%, beispielsweise 0,001 bis 0,08% Kohlenstoff, bis 2,0%, beispielsweise 0,01 bis 1% Mangan, bis 0,02% Schwefel, bis 0,02% Phosphor, bis 3% Chrom und bis 2% Molybdän, Rest einschließlich erßchmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen.

109839/1061

Claims

21QRR91 - International Nickel Limited, Thames House, Millbank, London, S.W. 1, Großbritannien Patentansprüche;

1. Ferritischer Nickelstahl, insbesondere Zusatzwerkstoff zum MIG-Schweißen von Nickellegierungen, bestehend aus 7 bis 13% Nickel, höchstens 0,45% Mangan, höchstens 0,09% Kohlenstoff, höchstens 0,15% Silizium, höchstens 0,05% Aluminium, bis 0,1% Titan, bis 0,1% Niob, höchstens 0,01% Phosphor i und höchstens 0,01% Schwefel, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, dessen Kohlenstoffgehalt bei einem Mangangehalt über 0,3% mindestens 0,05% beträgt.

2. Zusatzwerksibff nach Anspruch 1, der jedoch 9,5 bis 11,5% Nickel, höchstens 0,05% Kohlenstoff, höchstens 0,3% Mangan, höchstens 0,1% Silizium, höchstens 0,03% Aluminium, 0,02% bis 0,06% Titan, höchstens 0,005% Phosphor und höchstens 0,005% Schwefel enthält.

3. Zusatzwerkstoff nach Anspruch 2, der jedoch 11% Nickel, 0,05% Kohlenstoff, 0,2% Mangan, 0,03% Aluminium und 0,05% ' Titan enthält.

4. Ferritischer Stahl mit hoher Kerbschlagzähigkeit bei Minustemperaturen nach Anspruch 1, der jedoch 9,5 bis 12% Nickel, höchstens 0_f3% Mangan, höchstens 0,09% Kohlenstoff, höchstens 0,15% Silizium, höchstens 0,05% Aluminium, 0,02 bis 0,1% Titan, bis 0,1% Niob, höchstens 0,01% Phosphor und höchstens 0,01% Schwefel, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen enthält.

109839/1061

5. Verwendung einer Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 3 als Zusatzwerkstoff beim MIG-Schweißen von kaltzähen Nickel-Stahl-Legierungen.

109839/1061