DE2258989B2

DE2258989B2 - Hitzebeständiger und schweißunempfindlicher ferritischer Chromstahl

Info

Publication number: DE2258989B2
Application number: DE19722258989
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Riedl; Klaus Dipl.-Ing. Dr. Woltron
Original assignee: Schoeller Bleckman Stahlwerke AG
Current assignee: Schoeller Bleckman Stahlwerke AG
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1972-12-01
Publication date: 1975-09-04
Also published as: ATA1106071A; CH592745A5; DD100740A5; GB1371549A; IT972881B; FR2165693A5; AT330226B; DE2258989A1

Description

Den Gegenstand der Erfindung bildet ein hitze-25 beständiger und schweißunempfindlicher ferritischer

Chromstahl mit verringerter Sprödbruchempfindlich-

keit nach Abkühlung von hohen Temperaturen, bestehend aus 0,01 bis 0,08% Kohlenstoff, 0,10 bis 300°„ Silizium, 0,10 bis 1,00% Mingan, 18,00 bis 30 30.00% Chrom, 0 bis 0,60% Nickel und einem Titangehalt, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß der Titan-Hitzebeständige Stähle mit 18 bis 30% Chrom, anteil das 10- bis 14fache des Kohlenstoffgehaltes etwa 0,10% Kohlenstoff und gegebenenfalls weiteren beträgt.

Zusätzen wie Aluminium und Silizium weisen einen 35 Bei der nach der Erfindung vorgeschlagenen Stahl-Widerstand gegen Verzunderung in heißen Medien auf. legierung kann das Titan ganz oder teilweise durch Allerdings besitzen diese Stähle keine befriedigende die doppelte Menge Niob ersetzt sein.
Sc weißbarkeit, wodurch Schweißverbindungen, auch Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, die

so ehe mit austenitischen Zusatzwerkstoffen ausgeführt, erfindungsgemäßen hitzebeständigen und schweißzu Sprödbruch neigen. Prüfungen mittels Faltversuch 40 unempfindlichen ferritischen Chromstähle zur Herzeigen diesen Effekt in sehr ausgeprägter Weise. stellung von Schweißzusatzwerkstoffen zu verwenden. Die Schweißsprödigkeit der ferritischen Chrom- Die erfindungsgemäßen ferritischen Chromrtihle

stähle ist darauf zurückzuführen, daß nach dem Ab- weisen entsprechend ihrem abgestimmten Titan- bzw. kü ilen von hohen Temperaturen eine starke Duktili- Niob-Gehalt eine hohe Duktilität im Bsreich der tat minderung eintritt, deren Ursache zum Teil in der 45 Schweißverbindungen auf, und übsrdies zeigen sie hohen Kornwachstumsneigung liegt. Es ist dabei nur sehr geringe Hochtemperaturversprödung. Die bekannt, daß durch Titan eine Verringerung der Korn- relative Begrenzung des Titan- bzw. des Niob-Gehaltes gröl?e im Gußzustand sowie eine Verminderung der ist erforderlich, weil bei einer Unterschreitung des Kern Wachstumsneigung und somit eine Verbesserung Verhältnisses Titan zu Kohlenstoff die Kohlenstoffder Duktilität nach dem Abkühlen von hohen Tem- 50 abbindung unvollständig sein würde, hingegen bei peraturen bewirkt wird. Zusätze von etwa 0,10 bis einer Überschreitung dies zu einem nicht abgebundenen 0,25% Titan zu hitzebeständigen ferritischen Chrom- Titananteil im Ferrit führt, wodurch der Stahl einen stählen sind in dieser Richtung als üblich anzusehen. merklichen Zähigkeitsabfall erleidet. Überdies würde Der Titangehalt dieser Stähle beträgt dabei das ein- durch übermäßige Titanzusätze der Gehalt an Oxyden bis maximal fünffache des Kohlenstoffgehaltes. 55 und damit der Reinheitsgrad des Stahles verschlechtert

Die Sprödbruchneigung solcher mit geringen Titan- werden.

zusätzen versehenen ferritischen Chromstähle liegt Wie angestellte Untersuchungen an mehreren Stäh-

wohl etwas niedriger, jedoch als schweißfest im er- len zeigten, weisen die ferritischen Chromstähle eine forderlichen Ausmaß sind diese Stähle nicht anzu- wesentlich verbesserte Schweißbarkeit und bedeutend sehen. Untersuchungen haben nämlich ergeben, daß 60 höhere Zähigkeitswerte auf.

ferritische Chromstähle bei Erhitzung auf Tempera- An Hand von Biegeversuchen wird an Proben von

türen von über 1000⁰C und einer nachfolgenden zwei untersuchten Stählen die Verbesserung durch Abkühlung zur sogenannten Hochtemperaturversprö- den erfindungsgemäßen Titanzusatz dargestellt,
dung neigen, die parallel zum Kornwachstum zu Die Angaben zu den Proben A und B sind nachbeobachten ist und auf eine Ausscheidung feinstverteil- 65 gebrachte Beispiele.

ter Karbide und Nitride zurückgeht. Die Stahlproben wurden auf 130O⁰C erwärmt,

Durch die deutsche Patentschrift 8 96 750 ist es 2 Stunden gehalten und anschließend in Wasser bekanntgeworden, zum Schweißen von oberflächen- abgeschreckt.

Zusammensetzung der Stahlproben;

Stahl

Ma

Si Cr

Ti

A
B

0,071% 0,45% 1,15%

0,043% 0,37% 1,35%

24,22%
25,05%

0,21%
0,52%

2,95
12,08

Tabelle I

Stahl

1300° C/2h/ Wasser

A
B

8
180

Die angegebenen Daten stellen den Durchschnittswert von drei Biegeproben dar und geben den Biegewinkel an.

Bei dem Stahl A, der bei Erwärmung auf 1300⁰C und Abschrecken in Wasser eine Biegefähigkeit von wenigen Graden besitzt, kann auch durch ein anschließendes Glühen nur eine geringfügige Verbesserung der Biegefähigkeit erreicht werden.

Der erfindungsgemäße Stahl B besitzt gegenüber dem Vergleichsstahl bereits beim Abschrecken den besseren Wert beim Biegeversuch. Durch eine Glühbehandlung nach dem Abschrecken wird zwar die Zähigkeit an sich noch etwas gesteigert, doch drückt sich dies im Biegeverhalten kaum mehr aus.

Von den zwei vorgenannten Stählen wurden ferner Schweißproben mit den Abmessungen 10 χ 250 x 2mm hergestellt. Als Zusatzwerkstoff wurde arteigener Werkstoff (WIG-Verfahren) sowie austenitische Chrom-Nickel-Stahl-Elektroden (Elektrodenschweißung) verwendet. Die Proben wurden ohne und mit Vorwärmung geschweißt sowie ohne und mit nachträglicher Wärmebehandlung geprüft. Von jeder Schweiß- und Wärmebehandlungsvariante wurden je zwei Parallelproben der Biegeprüfung nach DIN 50 121 unterzogen.

In der nachfolgenden Tabelle II ist das Ergebnis dieser Biegeversuche dargestellt. Die eingesetzten Zahlen bedeuten den Biegewinkel als Durchschnitt von drei Faltversuchen der Schweißproben.

Tabelle II	I Austenitisch	Arteigen	Austenitisch	d)
Stah	a)	b)	O	vorgewärmt
	geschweißt	geschweißt	geschweißt	300° C
			750° C/l 07	geschweißt
			Wasser	110
	5	42	50	30
A	0	38	40	180
	67	180	180	180
B	3i	180	180

a) Schweißen ohne Vorwärmen und Nachglühen;
austenitischer Zusatzwerkstoff

Die bei dem Stahl A in diesem Zustand erreichbaren Biegewinkel sind praktisch Null. Die Proben brachen teilweise schon beim Scherenschnitt

Durch Zusatz von Titan im erfindungsgemäßen Ausmaß bei dem Stahi B tritt eine wesentliche Verbesserung des erzielbaren Biegewinkels ein. Der Bruch erfolgt in allen Fällen in der wärmebeeinao flußten Zone des Grundwerkstoffes.

b) Schweißen ohne Vorwärmen und Nachglühen;
arteigener Zusatzwerkstoff

Der Biegewinkel des arteigenen geschweißten Stahls

as A ist etwas besser als bei Verwendung einer austenitischen Elektrode. Ungleich stärker ausgeprägt ist dieser Effekt bei dem erfindungsgemäßen Stahl B, bei we'chem in fast allen Fällen Biegewinkel von 180° erzielt werden konnten. Der positive Effekt ist zum Teil auf die Eigenschaft des WIG-Verfahrens, den Grundwerkstoff thermisch weniger zu belasten als dies bei der Elektrodenschweißung der Fall ist, zurückzuführen. Ein weiterer Einfluß liegt in der Tatsache, daß der thermische Ausdehnungskoeffizient des Austenits um etwa 50% größer ist als jener des Ferrits. Dadurch kommt es beim Abkühlen der Schweißverbindung zu Verspannungen, die einen Sprödbruch begünstigen.

c) Schweißen ohne Vorwärmung, Nachglühung 750⁰C; austenitischer Zusatzwerkstoff

Eine kurzzeitige Nachglühung bei 75O°C führt bei dem erfindungsgemäßen Stahl B zu einer wesentlichen Verbesserung der Duktilität der Schweißverbindung.

Diese ist auf eine Koagulation der trotz der Stabilisation ausgeschiedenen Karbide und Nitride sowie auf eine Entspannung der Schweißverbindungen zurückzuführen. Wegender unverhältnismäßig größeren Zahl der in feinster Form ausgeschiedenen Karbide ist die verbessernde Wirkung einer derartigen Glühbehandlung bei dem Stahl A gering.

d) Schweißen unter Vorwärmung 300°C;
austenitischer Zusatzwerkstoff

Die Vorwärmung verbessert zwar die Duktilität der Schweißverbindungen bei dem Stahl A. Bei dem erfindungsgemäßen Stahl B ist jedoch ein unerwartet hohes Ansteigen der Biegewinkel festzustellen.

Claims

*J gehärteten Panzerbfcchen einen Chromstahl mit 0,05 Patentansprüche: bis 2,G0% Kohlenstoff, 0,20 bis 1,50% Mangan, 0,20 bis 2,00% Silizium, 5,00 bis 30,00% Chrom zu

1. Hitzebeständiger und schweißunempfindlicher verwenden, wobei für die zähe Seite eine weiche und femtischer Chromstahl mit verringerter Spröd- 5 für die gehärtete Seite eine harte Abstufung dieser brachempfindlichkeit «eh Abkühlung von hohen Grenzen gewählt wird. Der Legierung des Keradrahtes Temperaturen, bestehend aus 0,01 bis 0,08% der Elektrode kann gegebenenfalls noch 0,50% Nickel, Kohlenstoff, 0,10 bis 3,00% Silizium, 0,10 bis bis 2,00% Molybdän und bis 0,20% Titan einzeln 1,00% Mangan, 18,00 bis 30,00% Chrom, 0 bis oder gemeinsam zulegiert werden. Damit wird eine 0,60% Nkkel und einem Titananteil, Rest Eisen io weitestgehende Streuung der Festigkeit erreicht, wobei mit den üblichen Verunreinigungen, dadurch der Chromstahl für den Kerndraht einen Titangehalt gekennzeichnet, daß der Titananteil das im Ausmaß des 4fachen bis zum 0,lfachen des Kohlen-10bis 14fache des Kohlenstoffgehaltes beträgt Stoffanteiles aufweist

2. Stahllegierung nach Anspruch 1, dadurch Im Werkstoff-Handbuch »Stahl und Eisen«, 4. Aufgekennzeichnet, daß das Titan ganz oder teilweise 15 lage 1965, Blatt O 71 — 2, werden für nichtrostende durch die doppelte Menge Niob ersetzt ist. Walz- und Schmiedestähle mit 13 bis 18% Chrom

3. Verwendung der Stahllegierung nach An- und bis 0,10% Kohlenstoff Titanzusätze von über Spruch 1 oder 2 zur Herstellung von Schweiß- 7 χ Kohlenstoff und Niobanteile von über 12 χ Kohzusatzwerkstoffen. lenstoff vorgeschlagen. Für hitzebeständige und

ao schweißunempfindliche ferritische Chromstähle mit darüber liegenden Chromgehalten sind dadurch genau abgegrenzte Titan- bzw. Niobgehalte gegenüber dem Kohlenstoffanteil nicht bekanntgeworden.