DE2213230A1

DE2213230A1 - Zusammengesetzter Elektrodendraht für das Elektroschlackenschweißen

Info

Publication number: DE2213230A1
Application number: DE19722213230
Authority: DE
Inventors: Masayasu; Kano Motomi; Fujisawa; Watanabe Toshihiko Kamakura; Arikawa (Japan). P
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1971-03-29
Filing date: 1972-03-18
Publication date: 1972-10-19
Also published as: NO131493B; JPS5130020B1; DE2213230B2; NO131493C; DK134309B; IT950850B; GB1391487A; ES401215A1; FR2132105A1; FR2132105B1; DK134309C

Description

Dr. Ing. Dr. jur. F. Dr. rer. nat. B. Dr. rer. nat D. Dipl.-lng. Ch.

REDIES REDIES TURK & QILLE

PATENTANWÄLTE

-\ 4 Düsseldorf-Benrath 3

Erich-Ollenhauer-Straße 7 DRK-Ärztehaus Garath

4 ü 41 7 Telefon (0211) 7010 38

Telex 8582 841 rrtg d Telegramme: Returgi Düsseldorf

L -J

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Zusammengesetzter tlektrodendraht für das Llektroscnlackenscliweißen

Lie Lr£induu_ä betrifft zusammengesetzte ulektrociendrante (Verbundelektrodendränte) far die Verwendung beim iileKtrosculackenschweiiäen (einschließlich des Hlektrosciilacicenscmveißens mit sicü. verzenrender

Düse) von weiciien Stahlen und i.ociispannun^sstd-nlen innerualb aes Be-

der
reiches von/50 kg- ois zur 70 icg-Klasse der niedrigle^ierten Stähle.

Seit Kurzem wiij. das Llektroscnlackenscnweiiäen in grouern umfange beim automatisenen Aszensiv-Scnweiiien von weienen Stalilen und von

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Banken: Deutsche Bank AQ., Düsseldorf-Garath, Konto-Nr. 8033 516 - Stadtsparkasse Düsseldorf, Konto-Nr. 55000954 ■ Postscheck Köln 666 91

SAD 08IÖJNAI.

hochspannungsstählen der 50 kg- bis 70 kg-Klasse verwendet, ua sich der Anwendungsbereich ausweitet, besteht nun ein Bedürfnis nach einem Blektrodendraiit für das ülektroscnlackensciavei^en, der die herstellung eines 3cnweiß_outes mit einer ausgezeichneten kerbschlagzänigiceit erlaubt, »venn nacii dem EleKtrosciilackeiisciiweLövorfanren vergleichsweise dünne. Stanlplatten Quit siner JiCiie von 5·^ i.iiu oder weniger) verschweigt werden, so werden diese derzeit dirüAt verwendet ohne Durciifüürun₀ irgendeiner x>enandlun;^ zur Lriiüauu. ucr ^ni^iieit, elsweise durcn .larmebenandlun^. t-ei dem Sciii.ci^vjrlaiircn wird ii in einer einzigen Schicüt eine gro.ie hen^e 3ciii.ei.«_t ut ...ouiluot und dauer wird die kristallstruktur »rob. Aus diesem ».runde -..uren bisner die mecuanisehen Ligenscaaften aer Scnv/eiwStollc uzv.. _:c.uveii.,-naht, insbesondere die Kerbscxilagzani^keit, unyev.-oa.ilici. sc^ beispielsweise betrug die IverüScnlagzani_&Keit bei ü°C nur 1 uij 2 >._:·η\.

NaCii umfangreichen Versucnen zur Verbesserung der kerüscala.,Zdni_o;<eit wurde nun gefunden, daiä es mo^IicA ist, .veriialtnis;.iawi_v. I.oüc ^erbschlagzänigKeitswerte von 5 bis 10 kg χ πι zu erhalten, v.ena i.;an aie oben genannten vergleicnsvveise dünnen x'latten iiiteinander verscnweiwt. Auf diese iveise wurde der Anwendungsbereicn des Eleictroscnlacicenscnweißens ausgedehnt. Das LlektroscnlacKenscnwei^tin wird nun uauptsacnlich dann an^ev/endet, lvenn das Grundr.etall ein i.eicner Stanl oder ein iiochspannungsstahl der 50 kg-IQasse mit einer üolicnen Zusammensetzung ist. iVenn die ?.ietallzusammensetzung groiSe Mengen an

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8AD ORIGINAL

Vanadin, Niob, Phosphor, Schwefel, Kohlenstoff, Stickstoff und Kupfer enthält, ist die iverbscnlagzänigkeit der Ve rs cnweißungs stelle noch niedrig, so dai5 das iilektroscnlackenverscnweißen für ein solches Grundmetall nicnt angewendet wird. Im Falle der Anwendung des ElektroscnlacxenscnweiiOeiis in dem oben genannten Falle ist es erforderlich, die Kerbscnlagzahigkeit durch eine tnermiscne Normalgluhungsnacb.bexiandlung zu erhöhen.

Elektroschlackenschweißen wird das Schweißgut im Falle von beispielsweise Stählen in einem Verhältnis von 60% Aufschweißmetall (Elektrodenmetall) zu 40% Grundmetall oder dergl. geschmolzen und dementsprechend ist der Verdünnungsfaktor des Grundmetalles außerordentlich hoch im Vergleich zu den anderen Schweißverfahren. Deshalb werden aus dem Grundmetall unvermeidlich Elemente eingeführt, welche die Neigung naben, die Kerbschlagzahigkeit des Schweißgutes stark herabzusetzen. Auch ist das Wachstum der Kristallkorner des Schweißgutes im Vergleich zu anderen Schweißverfahren extrem groß. Bei riesigen kristallkornern hat die Anwesenheit der oben genannten Elemente selbst in einer sehr geringen Menge einen außerordentlich nacnteiligen Effekt auf die Kerbschlagzähigkeit des Schweißgutes (weld metal). Läese Tendenz ist im Falle der Niob enthaltenden Stähle besonders ausgeprägt. Aus den vorstehend angegebenen Gründen ist daner das Elektroscnlackenschweißen auf Grundmetalle spezieller Zusammensetzungsbereiche Descnränkt, bei denen die Kerbschlagzähigkeit der Schweißnaht nicht herabgesetzt wird, »vie bereits oben erwähiiit, Bleiben dauer noch viele ungelöste Pirpblerne,, ate im

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mit der Verringerung der Kerbschlagzähigkeit des bei dem konventionellen Elektrosciilackenscnweißen gebildeten Scnweißgutes auftreten.

Als zweckmäßige Maßnanme wurde bereits vorgeschlagen, dem abgelagerten Metall bis zu einem gewissen Grade solche Elemente, wie z. B. Molybdän, Titan, Aluminium, Zirkonium, Vanadin, Niob und Wolfram, zuzusetzen. Wenn das Grundmetall jedoch eine große Menge der oben genannten Elemente, nämlicn Vanadin, Niob, Fnospiior, Schwefel, Kohlenstoff, Kupfer und Stickstoff, enthält, führt die Zugabe der oben genannten Elemente nur zu begrenzten Effekten im Hinblick auf die Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit des Schweißgutes oder es treten in einigen Fällen sogar nachteilige Effekte auf die Kerbschlagzähigkeit ein. Daß keine ausreichenden Effekte zu erwarten sind, ist der Tatsache zuzuschreiben, daß im Vergleich zu anderen Schweißverfahren das Elektroschlackenschweißen unter extremer Wärmezufuhr durchgeführt wird und daß es sich dabei meistens um ein automatisches Einschichtenschweißen handelt. Insbesondere beim Kandschweißen und beim Kohlendioxydgasliciitbogenschweißen beträgt die Wärmezufuhr Höchstens 50 OüO Joule/cm. Beim verdeckten Lichtbogenschweißen beträgt die »^räriiiezufuhr höchstens 100 000 Joule/cm. Dagegen erfordert das Elektroscnlackenschweißen eine Wärmezufuhr von 200 000 bis 1 000 000 Joule/ cm und es tritt daher eine extrem hohe Wärmeentwicklung auf. Uaneöen nandelt es sich bei den anderen Schweiß verfahren um ein J-iehrschicatenschweißen (multi-pass welding), während es sich bei dem Elektroschlackenschweißen meistens um ein Einschichtenschweißen handelt, so daß keine Partikelgrößenverminderung durcn den thermischen Einfluß

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der einzelnen Schweißlagen erwartet werden kann und eine vollständige Gußstruktur erhalten wird, welche die Kristallstruktur grob macht, barüberhinaus werden in den anderen Schweißverfahren die Aufschweißlegierung und das Grundmetall einmal einer Kochtemperaturlichtbogenatmosphäre ausgesetzt, während das Elektroschlackenschweißen nicht durch den Lichtbogen, sondern durch die von dem durch die Schlacke fließenden Strom erzeugten Joule-Wärme fortschreitet. Deshalb beträgt die Temperatur der Schweißgutzone höchstens 1700 bis 2000⁰C und ausreichende chemische und metallurgische Reaktionen zwischen der Schlacke und dem Metall können nicht erwartet werden. Auch haben die Kristallkörner des abgelagerten Metalls die Neigung, gröber zu sein. Aus den oben angegebenen Gründen haben Vanadin, Niob, Phosphor, Schwefel, Kohlenstoff, Kupfer und Stickstoff in dem Grundmetall die Neigung, sich an den Kristallkorngrenzen zu entmischen (auszuscheiden) . Da die Entmischung (Seigerung) sehr ausgeprägt ist, werden dadurch die Korngrenzen brüchig gemacht. Aus diesem Grunde haben die oben genannten Elemente extrem nachteilige Effekte auf die Kerbschlagzähigkeit des abgelagerten Metalls im Vergleich zu den anderen Schweißverfahren und durch die Zugabe von Molybdän, Titan, Aluminium, Zirkonium, Vanadin, Nickel und Wolfram können keine ausreichenden Effekte erzielt werden. In einigen Fällen führt die Zugabe dieser Elemente aufgrund der oben erwähnten Entmischung bzw. Seigerung eher zu brüchigen Korngrenzen, wodurch die Kerbschlagzähigkeit des aufgetragenen (abgelagerten) Metalls verschlechtert wird.

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Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen zusammengesetzten Elektrodendraht bzw. einen Verbundelektrodendraht für das verbesserte Elektroschlackenschweißen (Elektrosinterungsschweißen) anzugeben, das frei von den Nacheilen des konventionellen Elektroschlackenschweißens ist, zu einer hohen Kerbschlagzähigkeit des aufgetragenen Metalls und zu einer geringen Bildung von inneren Rissen führt. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, den Anwendungsbereich des Elektroschlackenschweißens von weichen Stählen auf niedriglegierte Stähle bis zur 70 kg-Klasse auszudehnen, innerhalb dessen die Verschlechterung der Kerbschlagzähigkeit bei den konventionellen Elektroschlackenschweißverfahren bisher als unvermeidlich angesehen wurde. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht schließlich darin, einen Elektrodendraht für das Elektroschlackenscnweißen anzugeben, der bemerkenswert wirksam ist bei der Erhöhung der Kerbscnlag-Zähigkeit selbst in Nickel enthaltenden Stählen, bei denen die Verschlechterung der Kerbschlagzähigkeit des aufgetragenen Metalls bisher deutlich hervortrat.

Weitere Ziele, Vorteile und Merkmale der Erfindung genen aus der folgenden Beschreibung hervor.

Ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß ein zusammengesetzter Elektrodendraht für das Elektroschlackenschweißen/ geschaffen wird, der aus einer Pulverzusammensetzung besteht, die in ein hohles Bandstahlgehäuse eingefüllt wird

(electro-slag welding)

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und die, bezogen auf das Gesamtgewicht des zusammengesetzten Drahtes (Verbunddrantes)) 0,25 oder weniger Prozent Kohlenstoff, 0,3 bis 2,5% Mangan, 1% oder weniger Silicium und 0,001 bis 0,05% Bor enthält, vvooei der Borgehalt innerhalb des Gehäuses in Form einer pulverförmigen Borlegierung mit einem Borgehalt von 50% oder weniger vorliegt, ber erfindungsgemäße Draht kann erforderlichenfalls 0,1 bis 1% Molybdän, Sl oder woniger Nickel, 5% oder xveniger Chrom und 1% oder weniger mindestens eines Elementes aus der Gruppe Aluminium, Zirkonium und Vanadin entnalten.

Die Erfindung Deruht darauf, daß gefunden wurde, daß zur Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit des aufgetragenen Metalls beim Elektroschlakkenschweißens feinere und runde Kristallkörner vorhanden sein müssen. Um feinere und runde Kristallkörner zu erzielen ist es erforderlich, daß das aufgetragene Metall geeignete Mengen an Mangan und Silicium und eine geringe Menge Bor enthält. Der Borgehalt sollte mikroskopisch gleichmäßig in dem aufgetragenen Metall verteilt s%n. Außerdem sollte das zugesetzte Bor in einer speziellen Form vorliegen, um die Bildung von inneren Rissen in dem aufgetragenen Metall zu verhindern und eine ausreichende Kerbschlagzähigkeit des aufgetragenen Metalls zu erzielen. Die speziellen Effekte des Bors auf die Kerbschlagzähigkeit des aufgetragenen Metalls beim Elektroschlackenschweißen sind auf die Tatsache zurückzuführen, daß das Elektroschlackenschweißverfahren sich von den anderen Schweißverfahren in den beiden oben beschriebenen Aspekten unterscheidet. Auch sei darauf hingewiesen, daß das bei dem Elektroschlackenschweißen aufgetragene (abgelagerte) Metall

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geringere Mengen an Stickstoff und Sauerstoff enthält.

Die oben genannten Bereiche des Mn- und Si-Gehaltes in dem erfindungsgemäßen Draht sind erforderlich, um eine ausreichende Festigkeit und Duktilität und eine ausgezeichnete Kerbschlagzähigkeit des aufgetragenen i-ietalls zu erzielen. Die gewünschten Effekte können nicht erhalten werden, wenn der Mn-Gehalt weniger als 0,3% beträgt. Eine Ernönung des Mn-Gehaltes auf über 2,5% und des Si-Gehaltes auf über 11 führt jedoch zu einer erhöhten Härte des aufgetragenen Metalls und bewirkt damit eine schwache Segregationstendenz, die zu Rissen führt. Bezüglicn des Kohlenstoffgehaltes sei darauf hingewiesen, daß die Kerbschlagzähigkeit des aufgetragenen Metalls umso besser ist, je niedriger der Kohlenstoffgehalt ist. Seine praktisch zulässige obere Grenze beträgt 0,25% und wenn sein Gehalt über diesem Grenzwert liegt, wird die KerbschlagzäXiigkeit herabgesetzt und es besteht die Neigung zur Rißbildung. Der Borgehalt sollte in Form einer pulverförmigen Legierung vorliegen.

Wie bereits erwähnt, beruht die Erfindung darauf, daß gefunden wurde, daß ein aufgetragenes Meta.ll mit einer ausgezeichneten Kerbschlagzähigkeit ernalten werden kann, wenn man beim Elektroschlackenschweis· sen einen Draht verwendet, der geeignete Mengen Kohlenstoff, Mangan und Silicium und eine geringe Menge Bor enthält. Heutzutage werden bei den Elektroschlackenschweißverfahren meistens feste Drähte verwendet wegen der Leichtigkeit der Handhabung. Erfindungsgemäß können aus den nachfolgend angegebenen Gründen ausgezeichnete Effekte

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erzielt werden, wenn man einen zusammengesetzten Draht verwendet, der aus einem hohlen Gehäuse und einer pulverförmigen Zusammensetzung besteht, die in eine Innenbohrung desselben eingefüllt ist·

(1) Wenn der erfindungsgemäße Draht, der geeignete Mengen an Kohlenstoff, Hangan, Silicium und llolybdän sowie an Bor enthält, in Form eines festen Drahtes hergestellt werden soll, besteht die hone Waiirscheinlichkeit, daß beim Gießen und tfalz-en des Bor enthaltenden Stanls Risse auftreten, so daß die Produktivität stark verschlechtert und der Preis des Produktes dadurch extrem erhöht wird. Es wurde gefunden, daß die Produktivität außergewöhnlich stark beeinträchtigt wird, selbst wenn der Borgehalt nur 0,001 bis 0,05% beträgt.

(2) Es wurde gefunden, daß ein Auftragsmetall mit einer besseren Kerb-Schlagzähigkeit erhalten wird, wenn anstatt des festen Drahtes ein zusammengesetzter Draht (Verbunddraht) verwendet wird. Kerbschlagzähigkeitstests, die mit nach dem Elektroschlackenschweißen von Niob enthaltenden Stählen mit festen und zusammengesetzten Drähten mit praktisch der gleichen chemischen Zusammensetzung

. , aufgetragenen Metallen durchgeführt wurden, haoen gezeigt, daß mit dem zusammengesetzten Draht konstanter bessere Kerbschlagzähigkeitswerte erhalten werden können. Diesbezüglich wurden verschiedene Versuche durchgeführt und dabei wurde gefunden, daß beim Elektroschlackenschweißen unter Verwendung des zusammengesetzten Drahtes das Gehäuse des zusammengesetzten Drahtes

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rait der Schlacke in dem Schlackenbad direkt in Berührung kommt und auf eine hohe Temperatur ernitzt wird. Die innerhalb des Gehäuses eingeschlossene pulverförmige Zusammensatzung, die jedoch keinen integralen Bestandteil des Gehäuses bildet, befindet sich auf einer vergleichsweise niedrigen Temperatur, wenn der Draht den Boden des Schlackenbades erreicht, da die wärmeleitung von dem Gehäuse zu der im Innern befindlichen pulverförmigen Zusammensetzung schlecht ist. So wird, wenn das Gehäuse schmilzt, die pulverförmige Zusammensetzung in den gescnmolzenen Stahl eingeführt, während sie sich auf einer vergleichsweise niedrigen Temperatur befindet. Dies bedeutet, daß der Borgehalt in der pulverförmigen Zusammensetzung in den geschmolzenen Stahl eingefünrt wird, wänrend er eine vergleichsweise niedrige Temperatur hat.

Andererseits ist bei dem festen Draht, anders als bei dem zusammengesetzten Draht, keine pulverförmige Borlegierung innerhalb irgeneines Gehäuses vorhanden, sondern das Bor ist als integraler Bestandteil des festen Drahtes enthalten. Desftalb wird es sofort nach dem Eintauchen des Drahtes in die Schlacke und über einen längeren Zeitraum hinweg auf eine hohe Temperatur erhitzt. Daraus ist zu ersehen, daß für das Bor in dem festen Draht und für die pulverförmige Borlegierung innerhalb des Gehäuses des zusammengesetzten Drahtes die Bedingungen für die Einführung in das Auftragsmetall bei dem Elektroschlackenschweißen voneinander verschieden sind.

gegen-Da Bor eine größere Affinität/über Sauerstoff hat als Silicium

wird es bei hoher Temperatur sehr leicht oxydiert. Desiialb wird

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das in dem Schlackenbad über einen längeren Zeitraum hinweg bei einer hohen Temperatur vorliegende Bor sehr wahrscheinlich zu Boroxyd (B₂O,) oxydiert, dessen Schmelzpunkt etwa 45O⁰C beträgt und extrem niedrig ist im Vergleich zu der Schmelztemperatur des Eisens. Durch die Anwesenneit des niedrigschmelzenden Boroxyds in dem Stahl wird der Stahl brüchig. Des-halb werden im Falle des festen Drahtes die Effekte des Borgehaltes aufgehoben durch die Anwesenheit von Boroxyd. Andererseits ist bei Verwendung des zusammengesetzten Drahtes, wobei die Borlegierung in dem Flußmittel geschmolzen wird_s das in dem Auftragsstahl vorhandene Bor bis zu einem geringeren Grade oxydiert, da die pulverförmige Borlegierung in dem Schlackenbad, wie oben erwähnt, auf einer vergleichsweise niedrigen Temperatur gehalten wird. Dementsprechend ist es mit dem zusammengesetzten Draht möglich, ein Auftragsmetall zu erhalten, in dem der erwünschte Effekt des Bors den unerwünscnten Effekt des Boroxyds übersteigt. Selbst bei einem zusammengesetzten Draht, der das Bor in seinem Gehäuse enthält, würden ähnliche Ergebnisse wie mit dem bloßen Draht erhalten werden.

Uie oben erwännt, sollte der Draht das Bor in Form einer pulverförmigen Borlegierung im Innern des hohlen Drahtes enthalten. Das Einfüllen der. Borlegierung in das Drahtgehäuse allein ist jedoch,was den Borgehalt anbetrifft^nicht ausreichend. Der Borgehalt sollte extrem gering sein undienn er 0,05%, bezogen auf das Gesamtgewicht des zusammengesetzten Drahtes, bestehend aus dem Drahtgehäuse und der in den inneren Hohlraum desselben eingefüllten pulverförmigen

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Zusammensetzung, übersteigt, wird das aufgetragene Metall brüchig und es besteht die Neigung zum Auftreten von Rissen. Wenn er andererseits zu gering ist» kann der gewünschte Effekt nicht erzielt werden und er sollte in dem zusammengesetzten Draht 0,001% oder mehr betragen* Wenn außerdem der Borgehalt oder die Partikelgröße der in den Hohlraum des Drahtes eingefüllten pulverförmigen Borlegierung zu hoch sindj tritt eine feine Abscheidung (Segregation) der Borlegierung oder des Bors innerhalb des aufgetragenen Metalls auf. In diesem Falle sind viele feine Risse zu erkennen. Wenn der Borgehalt in der Borlegierung übermäßig hoch ist, wird Boroxyd gebildet, so daß eine Segregation erfolgt. Diesbezüglich durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß der Borgehalt in der Borlegierung 50% oder weniger betragen sollte. Eezüglich der Korngröße ist es erwünscht, daß die Partikel zur Erzielung der gewünschten Effekte auf die Kerbschlagzähigkeit des aufgetragenen Metalls zu 60% kleiner als 2jO mm (9 mesh) sind. Während durch Zugabe der oben genannten Elemente zu der Elektrodendrahtzusammensetzung ausgezeichnete Ergebnisse erzielt werden können_ä können ähnliche Ergebnisse auch dann erreicht werden, wenn der Draht geeignete Mengen an Kombinationen dieser Elemente„ wie z* B, Aluminium, Titan , Zirkonium, Vanadin,

Chrom imd Molybdän^enthält» Die Zugabe von Aluminium, Titan, Zirkonium und Vanadin in einer geringen Menge hat keine nachteiligen Effekte auf die Kerbschlagzähi-gkeit des aufgetragenen Metalls, diese wird vielmehr eher verbessert» Die übermäßige Zugabe dieser Elemente '. führt jedoch zu einer Herabsetzung der Kerbschlagzähigkeit und der

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Duktilität des aufgetragenen Metalls und manchmal bilden sich Risse in dem aufgetragenen Metall. Versuche haben gezeigt, daß keine unerwünschten Effekte erhalten werden, wenn der Gesamtgehalt eines oder mehrerer der Elemente der Gruppe Al, Ti, Zr und V in dem Draht \% oder weniger beträgt.

Nickel, Chrom und Molybdän bewirken hauptsächlich eine Erhöhung der Festigkeit des aufgetragenen Metalls, Sie können auch die Kerbschiagzähigkeit des aufgetragenen Metalls geringfügig verbessern. Eine übermäßige Zugabe derselben hat jedoch die Wirkung,' daß dadurch nur die Festigkeit des aufgetragenen Metalls verbessert, die Biegeeigenschaften des Schweißgutes aber verschlechtert werden. Insbesondere wenn übermäßig viel Nickel in dem Draht enthalten ist, scheidet es sich in dem Schweißgut aus und es besteht die Neigung zur Rißbildung. Diesbezüglich beträgt der Nickelgehalt in dem Draht zweckmäßig 5% oder weniger. Der Chromgehalt sollte im Hinblick auf die Festigkeit des aufgetragenen Metalls zweckmäßig 51 oder weniger betragen. Molybdän führt ebenfalls zur Verschlechterung der Kerbschlagzähigkeit und der Rißbeständigkeitseigenschaften des aufgetragenen Metalls, wenn es in übermäßiger Menge zugegeben wird. Sein Gehalt liegt vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 0,1 bis 1%.

Die oben genannten Elemente, außer Bor, können in Form von Legierungen in das Stahl gehäuse des zusammengesetzten Drahtes· eingearbeitet werden. Auch können sie in der Pulverform solcher Legierungsmaterialien, wie z. B. Ferrosilicium, Ferromolybdän, Ferromangan und Ferrotitan, vorliegen. Solche Legierungsmaterialien können entvreder

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allein oder in Form einer Mischung mit dem üblichen Flußmittel, wie z. B. Schlackenmitteln, innerhalb des Gehäuses eingeschlossen sein. Deshalb beziehen sich die oben angegebenen Gehaltsbereiche auf den Draht als ganzes.

Erfindungsgemäß kann das in das Gehäuse eingefüllte Pulver eine der üblichen Zusammensetzungen haben. Es kann z. B. bestehen aus Eisenpulver, Legierungspulver und Desoxydationsmitteln sowie Schlackenmitteln. Für das Elektroschlackenschweißen (Elektrosinterungsschweissens) ist der Elektrodendraht umso besser, je geringer der Gehalt an Schlackenmittel (Schlackenbildner) ist. Wenn ein eine große Menge Schlackenmittel enthaltender Draht verwendet wird, reichert sich die Schlacke in der Schweißgutζone an und das Schlackenbad wird übermäßig tief, so daß keine kontinuierliche Schweißung aufrecht erhalten werden kann und eine unzureichende Penetration eintritt. Diesbezüglich ist es erfindungsgemäß erwünscht, hauptsächlich Eisenpulver, Legierungspulver und Desoxydationsmittel als Füllungspulver zu verwenden. Alternativ kann die Borlegierung allein in das Gehäuse eingefüllt werdenjohne daß irgendeine andere pulverförmige Zu-

untersammensetzung verwendet wird. Erfindungsgemäii/liegt der Querschnittsaufbau des zusammengesetzten Drahtes keiner speziellen Beschränkung. Er kann kreisförmig, polygonal sein oder irgendeine andere beliebige Form haben, in der Regel wird ein kreisförmiges Rohr aus Bandstahl hergestellt, wobei in den inneren hohlraum des kreisförmigen Rohrgehäuses die oben genannte Pulverzusammensetzung eingefüllt wird.

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Die Menge des eingefüllten Pulvers beträgt zweckmäßig etwa 1,5 bis 60% des Gesamtgewichtes des Drahtes.

Beispiel 1

Es wurde ein zusammengesetzter Sraht (Verbunddraht) mit einem Drahtdurchmesser von 2,4 mm und der folgenden chemischen Zusammensetzung, bezogen auf den gesamten Draht_f hergestellt ι

0,091 Kohlenstoff, 1_S85% Mangan» O₉52% Silicium und 0,008% Bor. Für den Borgehalt wurde eine Borlegierung (mit 10% Bor, 10% Silicium und als Rest Eisen, die zu über 904 ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,27 mm (55 mesh) passierte) in ein Bandstahlgehäuse eingefüllt«

Der so hergestellte zusammengesetzte Draht wurde· beim Elektroschlakkenschweißen (Elektrosintermgsscliweißeß) mit sieh verzehrender ■ Düse vom I-Laschenvernietungstyp mit eiaeia Kantenabstand von. 25 mm der Niob enthaltenden und 2S mm dickem Hodispsaauagsstalilpfettea verwendet (das Gruiidmetall enthielt O₈16% Kohlenstoffs 1,38§ Msagaa₈ 0,311 Silicium, 0,0211 Phosphor miu 0,0181 Schwefel)»

In der folgenden Tabelle 1 sind die verschiedenen mechanischen Eigen· schäften des Auftragsmetalls ohne Nachbehandlung zusammengefaßt»

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Tabelle I

Streckgrenze in kg/mm*

41,8

Zugfestigkeit in kg/mm^

64,5

Dehnung in %

25

Kerbs clilagzähigke it Kontraktion bei -1O⁰C bei einer der Fläche 2-V-Seitenkerbung
in % in kg χ m

5,3

Beispiel 2

Bs wurde ein zusammengesetzter Draht mit einem Drahtdurchmesser von 2,4 mm und der nachfolgend angegebenen chemischen Zusammensetzung, bezogen auf den gesamten Draht, hergestellt:

0,08% Kohlenstoff, 1,921 Mangan, 0,38% Silicium, 0,13% Titan und 0,009% Bor. Für den Borgehalt wurde eine Borlegierung (mit 15% Bor, 5% Silicium und Eisen als Rest, die zu über 90% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,27 mm (55 mesn) passierte) in ein Bandstahlgehäuse eingefüllt.

Der so hergestellte zusammengesetzte Draht wurde beim Elektroschlaf kenschweißen mit sich verzehrender Düse vom I-Laschenvernietungstyp bei einem Kantenabstand (Kegelabstand) von 25 mm der Hochspannungsstahlplatten verwendet, die 25 mm dick waren und Niob enthielten (das Grundmetall enthielt 0,16% Kohlenstoff, 1,38% Mangen, 0,31% Silicium, 0,021% Phosphor und 0,018% Schwefel).

Die verschiedenen mechanischen Eigenschaften des aufgetragenen Metalls ohne Nächbehandlung sind in der folgenden Tabelle II zusammengestellt. 209843/0642

Tabelle II

Streck	Zug	Dehnung	Kontraktion
grenze -	festigkeit	in %	der Fläche
in kg/mm	in kg/mm²	in %

Kerbschlagzähigkeit bei -10⁰C mit einer 2-V-Seitenkerbe in kg

40,2

63,8

26

62

5,8

Beispiel 3

Es wurde ein zusammengesetzter Draht mit einem Drahtdurchmesser von 2,4 mm der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung, bezogen auf den gesamten Draht, hergestellt:

0,08% Kohlenstoff, 1,46% Mangan, 0,03% Silicium, 0,21% Molybdän und 0,001% Bor. Für den Borgehalt wurde Ferrobor (mit 21% Bor, das zu 40% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,20 mm (68 mesh) und weniger, zu 25% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,40 bis 0,20 mm (12-68 mesh) und zu 35% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite zwischen 1,40 und 2,0 mm (12-9 mesh) passierte) in das Bandstahlgehäuse eingefüllt.

Der so hergestellte zusammengesetzte Draht wurde beim Elektroschlackenschweißen vom I-Laschenvernietungstyp bei einem Kantenabstand von 18 mm von Hochspannungsstahlplatten der 50 kg-Klasse einer Dicke von 32 mm verwendet. Das Grundmetall enthielt 0,18% Kohlenstoff, 1,36% Mangan, 0,39% Silicium, 0,016% Phosphor und 0,022% Schwefel.

Die mechanischen Eigenschaften des aufgetragenen Metalls ohne Nach-

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behandlung sind in der folgenden Tabelle III zusammengestellt.

Tabelle III

ICerbschlagzähigkeit

Streck- Zug- Kontraktion bei -10 C mit einer grenze ₂ festigkeit Dehnung der Fläche 2-V-Seitenkerbe in kg/mm in kg/mm² in % in % in kg χ m

41,2 59,3 25 63 7,8

Beispiel 4

Es wurde ein zusammengesetzter Draht mit einem Drahtdurchmesser von 2,4 mm der nachfolgend angegebenen chemischen Zusammensetzung, bezogen auf den gesamten Draht, hergestellt:

0,09% Kohlenstoff, 1,35% Mangan, 0,52% Silicium, 0,18% Titan, 0,11% Molybdän und 0,008% Bor. Für den Borgehalt wurde eine Borlegierung (mit 10% Bor, 10% Silicium und Eisen als Rest, die zu mehr als 90% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,27 mm (55 mesh) passierte) in ein Bandstanlgehäuse eingefüllt.

Der so hergestellte zusammengesetzte Draht wurde beim Elektroschlakkenverschweißen mit sicn verzehrender Düse vom I-Laschenvernietungstyp bei einem Kantenabstand von 25 mm der 25 mm dicken SS41-Stahlplatten verwendet (das Grundmetall enthielt 0,17% Kohlenstoff, 0,5 3% Mangan, 0,21% Silicium, 0,022% Phosphor und 0,019% Schwefel). Die mechanischen Eigenschaften des aufgetragenen Metalls ohne Nachbehandlung sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

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Tabelle IV

Streckgrenze in kg /nun

39,2

Zugfestigkeit in kg/mm^

57,2

Dehnung in %

27

Kontraktion
der Fläche
in %

64

Kerbschlagzähigkeit bei -1O⁰C mit einer 2-y-Seitenkerbe

in kg χ μ

6,8

Beispiel 5

Bs wurde ein zusammengesetzter Draht mit einem Drahtdurchmesser von 2,4 mm der nachfolgend angegebenen chemischen Zusammensetzung, bezogen auf den gesamten Draht, hergestellt:

0,08% Kohlenstoff, 1,461 Mangan, 0,06% Silicium, 0,2U Molybdän, 0,003% Bor, 0,01% Titan und 1,4% Nickel. Für den Borgehalt wurde Ferrobor (das 20% Bor enthielt und das zu 80% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,20 mm (68 mesh) und weniger und zu 20% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,2 mm bis O_r56 mm (16-32 mesh) passierte) in ein Bandstahlgehäuse gefüllt.

Der so hergestellte zusammengesetzte Draht wurde beim Elektroschlakkenscnweißen mit sich verzehrender Düse vom I-Laschenvernietungstyp bei einem Kantenabstand von 18 mm der Ilochspannungsplatten der 50 kg· Klasse mit einer Dicke von 32 mm verwendet. Das Grundmetall erhielt 0,18% Kohlenstoff, 1,31% Mangan, 0,32% Silicium, 0,018% Phosphor, 0,022% Schwefel, 0,02% Niob und 0,045% Aluminium. Die mechanischen Eigenschaften des aufgetragenen Metalls ohne Nachbehandlung sind in der folgenden Tabelle V zusammengefaßt.

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Tabelle V

Kerb s chiagz ähi gkei t

Streck- Zug- Kontraktion bei -10 C'nit einer grenze „ festigkeit Dehnung der Pläcne 2-V-Seitenkerbe in kg /mm in kg/mm^z in % in ξ in kg χ m

44,8 63,2 27 63 6,2

Im Vergleich zu den obigen Beispielen betrug die ICerbsclilagzähiglceit bei -10⁰C des aufgetragenen Hetails des US-49-Drahtes, der beim Elektroschlackenversciiweißen mit sich verzehrender Düse bei dem üblichen Hochspannungsstahl der 50 kg-Klasse verwendet wurde, 2,B kg χ m. Daraus ist zu ersehen, daß erfindungsgemäß die Kerbschlagzühigkeit bei -1G⁰C etwa doppelt so hoch oder noch höher war als bei dem bisher bekannten Verfahren.

Beispiel 6

0,o9°i Kohlenstoff, 1,85% Mangan, 0,521 Silicium, 0,0081 Bor und 0,30% Aluminium. Für den Borgehalt wurde eine Borlegierung (mit 101 Bor, 101 Silicium und als Rest Eisen, die zu über 901 ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,27 mm (55 mesh) passierte) in ein Band- ■ Stahlgehäuse gefüllt.

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22Ί3230

Der so hergestellte zusammengesetzte Draht wurde beim Elektroschlakkenschweißen mit sich verzehrender Düse vom I-Laschenvernietungstyp bei einem Kantenabstand von 25 mm von 25 mm dicken Niob enthaltenden Stahlplatten verwendet (das Grundmetall enthielt 0,16% Kohlenstoff, 1,38% Mangan, 0,31% Silicium, 0,021% Phosphor und 0,019% Schwefel). Die verschiedenen mechanischen Eigenschaften des Auftragmetalls ohne Nachbehandlung sind in der folgenden Tabelle VI zusammengefaßt.

Tabelle VI

Kerbschlagzähigkeit

Streck- Zug- Kontraktion bei -10⁰C mit einer grenze festigkeit Dehnung der Fläche 2-V-Seitenkerbe in kg/mm in kg/nun² in % in % in kg χ m

43,8 66,2 24 60 5,1

Beispiel 7

0,08% Kohlenstoff, 1,92% Mangan, 0,38% Silicium, 0,09% Vanadin und 0,009% Bor. Für den Borgehalt wurde eine Borlegierung (mit 15% Bor, 5% Silicium und Eisen als Rest, die zu über 90% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,27 mm (55 mesh) passierte) in ein Bandstahlgehäuse gefüllt.

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Der so hergestellte zusammengesetzte Draht wurde beim Elektroschlackenschweißen mit sich verzehrender Düse vom I-Laschenvernietungstyp bei einem Kantenabstand von 25 mm von 25 mm dicken und Niob enthaltenden Hochspannungsstahlplatten verwendet (das Grundmetall enthielt 0,16% Kohlenstoff, 1,38% Mangan, 0,311 Silicium, 0,0211 Phosphor und 0,018% Schwefel). Die verschiedenen mechanischen Eigenschaften des Auftragsmetalls ohne Nachbehandlung sind in der folgenden Tabelle VII zusammengefaßt.

Tabelle VII

Kerbschlagzähigkeit

Streck- Zug- Kontraktion bei -10⁰C mit einer grenze ₂ festigkeit Dehnung der Fläciie 2-V-Seitenkerbe in kg/mm in kg/mm in % in ξ in kg χ m

40,1 62,7 25 61 5,4

Beispiel 8

0,08% Kohlenstoff, 1,46% Mangan, 0,031 Silicium, 0,21% Molybdän, 2,3% Chrom und 0,01% Bor. Für den Borgehalt wurde ein Ferrobor (das 21% Bor enthielt und das zu 40% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,20 mm (68 mesh) und weniger, zu 25% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,40 bis 0,2 mm (12-68 mesh) und zu 35% ein Sieb mit einer lichten Masciienweite von 1,40 bis 2,0 mm (12-9 mesh) passierte) in ein Bandstahlgehäuse gefüllt.

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Der so hergestellte zusammengesetzte Draht wurde beim Elektroschlakkerschweißen vom I-Laschenvernietungstyp bei einem Kantanabstand von 25 mm der hochspannungsstahlplatten der 50 kg-Klasse mit einer Dicke von 32 mm verwendet. Das Grundmetall enthielt 0,18% Kohlenstoff, 1,36% Mangan, 0,39% Silicium, 0,016% Phosphor und 0,022% Schwefel. Die mechanischen Eigenschaften des Auftragsmetalls ohne Nachbehandlung sind in der folgenden Tabelle VIII zusammengefaßt»

Streckgrenze in kg/mm ^l

45,7

Tabelle VIII

Zugfestigkeit in kg/mm

63,4

Dehnung in %

26

KerbSchlagzähigkeit

Kontraktion bei -10 C mit einer der Fläcne

in %

2-V-Seitenkerbe in kg χ m

62

8,2

Beispiel 9

Es wurde ein zusammengesetzter Draht mit einem Drahtdurchmesser von 2,4 mm der nachfolgend angegebenen cnemischen Zusammensetzung, bezogen auf den gesamten Draht, hergestellt:

0,09% Kohlenstoff, 1,85% Mangan, 0,52% Silicium, 0,13% Zirkonium, 0,11% Molyodän und 0,008% Bor. Für den Borgehalt wurde eine Borlegierung (mit 10% Bor, 10% Silicium und Bisen als Rest, die zu mehr als 90% ein Sieb mit einer lichten Ilaschenweite von 0,27 mm (55 mesh) passierte) in ein Bandstahlgehäuse gefüllt.

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Der so hergestellte zusammengesetzte Draht wurde beim Elektroschlakkenversc:. weißen mit sich verzehrender Düse vom I-Laschenvernietungstyp bei einem Kantenabstand von 25 mm der 25 mm dicken SS41-Stahlplatten verwendet (das Grundmetall enthielt 0,17% Kohlenstoff, 0,53% Mangan, 0,211 Silicium, 0,022% Phosphor und 0,019% Schwefel). Die mechanischen Eigenschaften des Auftragsmetalls ohne Nachbehandlung sind in der folgenden Tabelle IX zusammengestellt.

Tabelle IX

KerbSchlagzähigkeit

Streck- Zug- Kontraktion bei -10⁰C mit einer grenze ~ festigkeit Dehnung der Fläche 2-V-Seitenkerbe in kg/mm in kg/mm² in % in % in kg χ m

38,9 56,3 27 65 7,1

Beispiel 10

Es wurde ein zusammengesetzter Draht mit einem Drahtdurcnmesser von 2,4 mm der nachfolgend angegebenen chemischen Zusammensetzung, bezogen auf den gesamten Draht, hergestellt:

0,08% Kohlenstoff, 1,46% Mangan, 0,06% Silicium, 0,21% Molybdän, 0,003% Bor, 0,02% Aluminium und 1,4% Nickel. Für den Borgehalt wurde ein Ferrobor, das 20% Bor enthielt und zu 80% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 0,20 mm (68 mesh) und weniger und zu 20% ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 1,2 bis 0,56 mm (16 bis 32 mesh) passierte, in ein Bandstahlgehäuse gefüllt.

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Der so hergestellte zusammengesetzte Draht wurde beim Elektroschlakkenschweißen mit sich verzehrender Düse vom I-Laschenvernietungstyp bei einem Kantenabstand von 25 mm der 32 mm dicken Hochspannungsstahlpjilatten der 50 kg-Klasse verwendet. Das Grundmetall enthielt 0,18% Kohlenstoff, 1,31* Mangan, 0,32% Silicium, 0,018% Phosphor, 0,022% Schwefel, 0,02% Niob und 0,045% Aluminium. Die mechanischen Eigenschaften des Auftragsmetalls ohne Nachbehandlung sind in der folgenden Tabelle X zusammengefaßt.

Tabelle X

Kerbschlagzähigkeit

bei -10⁰C mit e:

grenze festigkeit Dehnung der Fläche 2-V-Seitenkerbe in kg/mm^ in kg/mm^z in % in % in kg χ m

Streck- Zug- Kontraktion bei -10 C mit einer

45,1 62,9 26 63 7,1

Ein Vergleich der obigen Beispiele zeigt, daß die Kerbschlagzähigkeit bei -10⁰C des Auftragsmetalls bei Verwendung des US-49-Drahtes beim Elektroschlackenschweißen mit sich verzehrender Düse eines üblichen Hochspannungsstahles der 50 kg-Klasse 2,8 kg χ m betrug. Wie vorstehend gezeigt wurde, führte die Einarbeitung von Bor oder von Bor und Titan oder von Aluminium, Zirkonium, Vanadin, Chrom und Nickel usw. zusätzlich zu dem Bor in den Draht für das Elektroschlackenschweißen (Elektrosinterungsschweißen) zu einer starken Verbesserung des Kerbsprödigkeitscharakters des Auftragsmetalls ohne Nachbehandlung,

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Claims

Patentansprüche

1. Zusammengesetzter Elektrodendraht für das Elektroschlackenscnweißen bzw. Elektrosinterungsschweißen, gekennzeichnet durch ein Bandstahlgehäuse und eine in das Gehäuse eingefüllte pulverförmige Zusammensetzung, die enthält höchstens 0,25% kohlenstoff, 0,3 bis 2,5% Hangan, höchstens 1 % Silicium und 0,001 bis 0,05% Bor, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des zusammengesetzten Elektrodendrahtes, wobei der Borgehalt innerhalb des Gehäuses in Form einer höchstens 50^?s Bor enthaltenden pulverförmig en Borlegierung vorliegt.

2. Zusammengesetzter Elektrodendraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmig Zusammensetzung außerdem mindestens ein Metall aus der Gruppe Titan, Aluminium, Zirkonium und Vanadin in einer Menge von höchstens 12; enthält.

3. Zusammengesetzter iülektrodendraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige Zusammensetzung außerdem 0,1 bis 11 Molybdän, höchstens 51 Chrom und/oder höchstens 5% Nickel enthält.

4. Zusammengesetzter Elektrodendraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pulverförmige Zusammensetzung außerdem mindestens ein Element aus der Gruppe Titan, Aluminium, Zirkonium und Vanadin in einer Menge von höchsteti« M ^ iwie 0,1 bis

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1 ⁹O molybdän, höchstens 5% Chrom und/oder höchstens 5% Nickel enthält.

5. Zusammengesetzter Elektrodendraht nach Anspruch I₉ dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 60% der pulver.förmigen Borlegierung eine Korngröße von weniger als 2,0 mm (9 mesh) aufweisen«,

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