DE2117233B2

DE2117233B2 - Verwendung einer stabilaustenitischen stahllegierung fuer die herstellung von nach dem argonare-verfahren ohne zusatzwerkstoffe warmrissfrei verschweissten gegenstaenden

Info

Publication number: DE2117233B2
Application number: DE19712117233
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing.; Köhlert Gerhard Dipl.-Ing.; 5990 Altena Becker
Original assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Current assignee: Vereinigte Deutsche Metallwerke AG
Priority date: 1971-04-08
Filing date: 1971-04-08
Publication date: 1973-03-15
Also published as: AU3918872A; IT953617B; HU162963B; ZA722219B; AU466713B2; US3837846A; FR2135963A5; ATA193972A; AT327261B; DE2117233A1; NL7203419A

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer stabilaustenitischen Stahllegierung mit 16 bis 35% Chrom, 15 bis 45% Nickel, 0 bis 5% Molybdän, 0 bis 3% Kupfer, 0,1 bis 1,5% Aluminium, 0,01 bis 0,10% Koh'snstoff, 0,5% Silizium sowie Mangan, Titan, Schwefel und Phosphor, Rest Eisen, einschließ- 4."· lieh unvermeidbarer Verunreinigungen für die Herstellung von nach dem Argonarc-Verfahren ohne Zusatzwerkstoffe warmrißfrei verschweißten Gegenständen. EineStahllegierungähnlicherZusammensetzung ist aus der deutschen Patentschrift 731 128 bekannt.

Beim Schweißen von normalen austenitischen Stahllegierungen bekannter Zusammensetzungen (18/8-Stähle) nach dem Argonarc-Verfahren ohne Zusatzmaterial lassen sich ohne weiteres qualitativ einwandfreie Schweißnähte erzielen. Auf Grund der üblichen Analysenbereiche laut DIN 17 440 können Analysen eingestellt werden, die kontrollierte o-Ferritanteile von etwa 3 bis 10% aufweisen. Es ist bekannt, daß (5-Ferritanteile in austenitischer Matrix wesentlich besser in der Lage sind, die im Warmrißbereich besonders beim Schweißen von dünnen Querschnitten ohne Zusatzmaterial auftretenden Spannungen aufzunehmen und außerdem größere Konzentrationen von den die Warmrißbildung fördernden Elementen, wie Schwefel, Phosphor, Arsen, Wismut, Selen, Tellur zu lösen. Bei stabilaustenitischen Stählen müssen die Gehalte der genannten Elemente — um eine Warmrißfreiheit beim Schweißen nach dem Argonarc-Verfahren ohne Zusatzdraht zu gewährleisten — auf derart niedrige Werte gesenkt werden, daß eine wirtschaftliche Herstellung dieser Werkstoffe kaum zu erreichen ist.

Nach bekannten Untersuchungen an Stählen mit unterschiedlichen Chrom-, Nickel-, Schwefel- und Phosphorgehalten muß mit steigendem Hickelgehalt der Gehalt an Phosphor und Schwefel deutlich gesenkt werder. um Schweißrissigkeit zu vermeiden. In F i g. ι sind die höchst zulässigen Werte an Schwefel und Phosphor in Vohängigkeit vom Nickelgehalt derartiger Stähle dargestellt.

Die Einhaltung der nach F i g. 1 höchst zulässigen Werte an Schwefel und Phosphor wird umso schwieriger, je größer die abzugießenden Gußbrammen sind. Bekanntlich besteht mit steigendem Gußbrammengewicht die Gefahr, daß die schädlichen Element·.· nicht gleichmäßig in der Gußbramme verteilt sind. sondern sich an bestimmten Stellen anreichern können. Um bei Gußbrammen von mehr als 5 t GesamtgevM.nt mit Sicherheit durchgehend schweißrißfreies Material zu erhalten, müßte wegen der Gefahr der Anreicherung der Schwefelgehalt auf etwa 0,0015% urd der Phosphorgehalt auf etwa 0,005% in der EndanaKse eingestellt werden. Deranig extreme Forderungen sind nui- mit erheblichem Aufwand zu erfüllen, wodurch aber eint wirtschaftliche Fertigung ausgeschlo>sen ist.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs genannten stabilaustenitischen Stahllegierung die Gehalte an Mangan, Titan, Phosphor und Schwefel so aufeinander abzustimmen, daß die Stahllegierung nach dem Argonarc-Verfahren ohne Zusatzwerkstoff warmrißfrei verschweißbar ist.

Es wurde nun festgestellt, !aß diese Aufgabe zu lösen ist, wenn die verwendete Stahllegierung einen Gehalt an Mangan und Titan enthält, der in Abhängigkeit vom Gehalt an Schwefel und Phosphor nach folgender Formel eingestellt ist:

(% Mn ~ »/„Ti) - A + B (% S ^ % P)

mit der Maßgabe, daß für den Bereich (% S _T % P) von 0,0065 bis 0,0145% für A der Wert -0,05% und für B der Wert 100 bzw. im Bereich (% S · % P) über 0,0145 für A der Wert -9,48% und für B der Wert 750 einzusetzen ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung können der verwendeten Stahllegierung noch 0,001 bis 0,008%, vorzugsweise 0,004 bis 0,006% Kalzium zugesetzt sein. Eine weitere Verbesserung ergibt der Zusatz von 0,01 bis 0,05%, vorzugsweise 0,02% Zirkonium. Schließlich ist es bei der erfindungsgemäßen Legierung vorteilhaft, wenn der Mangangehalt stets etwa doppelt so hoch eingestellt wird, wie der Siliziumgehalt.

Die Erfindung wird durch die folgenden Analysenbeispiele aus einer großen Zahl von Untersuchungen näher erläutert. Fur die Prüfung der Schweißrissigkeit wurde dabei die sogenannte Focke-Wulf-Probe angewendet, die eine gute Übereinstimmung der Versuchsergebnisse mit den Ergebnissen der Praxis ergibt.

Beispiel 1
Eine Charge mit folgender Analyse:

21,2% Cr, 31,8% Ni, 0,13% Al, 0,62% Mn, 0,48% Si, 0,30% Ti, 0,015% C, 0,004% S, 0,007% P, 0,010% Ca

ließ sich nicht rißfrei verschweißen

Beispiel! Eine Charge folgender Zusammensetzung

20,9% Cr, 31,7% Ni, 0,23% Al, 0,80% Mn, 0,39% Si, 0,44% Ti, 0,013% C, 0,003% S, 0,009% P, 0,001% Ca, 0,01% Zr

dagegen ergab einwandfreie Schweißnähte. Beispiel 3 und 4

Auch die Chargen nach folgender Analyse ergaben keinerlei Schweißschwierigkeiten:

3. 21,0% Cr, 31,6% Ni, 0,14% Al, 0,78% Mn, 0,46% Si, 0,22% Ti, 0,012% C, 0,003% S, 0,005% P, 0,005% Ca.

4. 20,50% Cr, 31,80% Ni, 0,32% Al, 0,88% Mn, 0,30% Si, 0,45% Ti, 0,027% C, 0,003% S, 0,010% P, 0,004% Ca.

Die Chargen wurden nach bekannten Schmelzverfahren erschmolzen, z. B. im Lichtbogenofen oder im Induktionsofen. Zur Verbesserung kann eine Vakuumbehandlung nachgeschaltet werden. Zweckmäßig i«'> es auch, unter Schutzgas zu vergießen.

Die erfindungsgemäße Grenzbedinguug für die Schweißrißfreiheit stabilaustenitischer Stähle ist in F i g. 2 noch einmal graphisch dargestellt. In einem Koordinatensystem mit dem Summengehalt an Schwefel und Phosphor als Abszisse und dem Summengehalt an Mangan, und Titan als Ordinate sind d.e S Grund der Untersuchungen gefundenen Grenzkurven und die daraus abgeleitete, bereits formelmaß.g angegebene Grenzkurve dargestellt. Im Feld links

von der Grenzkurve liegen die einwandfrei schwe.ßbaren Legierungen. Nach rechts anschließend erg.ht ^Ch ein ÜbergLgsbereich, in dem bere.ts mit de.n Auftreten von Schweißrissen gerechnet werden muß. Legierungen, deren Zusammensetzung bezüglich des

Schwefel und Phosphorgehaltes im Verhältnis zum Mangan- und Titangehalt rechts außerhalb die.es Bereiches liegen, sind nicht rißfrei schweißbar

Se F ig 2 läßt erkennen, daß die forme!mäß_!g angegebene Bedingung eine sichere Grenze darstellt,

die unter Umständen geringfügig überschritten werden kann ohne daß schon Schweißrisse auftreten. Insbesondere v/urde auch darauf verzichtet, d.e aus Versuchen gefundene Grenzkurve durch e.ne entsprechend kompliziertere Fonnrf besser wiederzugebe.-:

ao Aus der gewählten linearen Funktion treten^d.e Bc Sehungen zwischen dem Schwefel- und Phospho,-gehalt einerseits und dem Mangan- und TitangeruH ndererseits deutlicher hervor. Die lineare Ersatzfunktion ist außerdem in der Praxis leichter zu nand-

haben. Diese der besseren Verständlichkeit wegen

aewählte Formulierung der Grenzbedingung soll

fedoch den Erfindungsgedanken nicht einschränken.

In die F i g "> sind ferner die Analysenwerte der

oben angegebenen Beispiele 1 bis 4 eingetragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer stabilaustenitischen Stahllegierung bestehend aus

16 bis 35% Chrom, 15 bis 45% Nickel, 0 bis 5% Molybdän, 0 bis 3% Kupfer, 0,1 bis 1,5% Aluminium, 0,01 bis 0,10% Kohlenstoff, 0,5% Silizium,

sowie Mangan, Titan, Schwefel und Phosphor, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, deren Gehalt an Mangan und Titan in Abhängigkeit vom Gehalt an Schwefel und Phosphor nach der Beziehung

(% Mn 4- °/o Ti) = A + B (% S + % P)

eingestellt i-.i wobei für den Bereich (⁰/₀ S - % P) 0,0065 bis 0,0145% die Werte A -0,05% und B 100 sowie für den Bereich (% S · % P) über 0,0145 die Werte A 9,48% und B 750

einzusetzen sind, für die Herstellung von nach dem Argonarc-Verfaliren ohne Zusatzwerkstoffe warmrißfrc: verschweißten Gegenständen.

2. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1, die außerdem 0.001 bis 0,008%, vorzugsweise 0,004 bis 0,006% Kalzium enthält, für den Zwck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1 oder 2, die außeiuem 0,01 bis 0,05% vorzugsweise 0,02% Zirkonium enthält, für den /weck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Stahllegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. deren Mangangehalt doppelt so hoch eingestellt ist, wie der Siliziumgehalt, für den Zweck nach Anspruch 1.