DE2335270A1

DE2335270A1 - Schweissmaterial fuer austenitische rostfreie staehle

Info

Publication number: DE2335270A1
Application number: DE19732335270
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Nishio; Takashi Ohmae; Yasuyuki Yodhida
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1972-07-10
Filing date: 1973-07-09
Publication date: 1974-01-24
Also published as: US3914506A; FR2191977B1; FR2191977A1; DE2335270B2; GB1440362A

Description

MITSUBISHI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan

^•8-1025

Schweissmaterial für austenitische rostfreie Stähle

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schweissmaterial für austenitische rostfreie Stähle, im allgemeinen, und auf ein Schweissmaterial, das beim Gebrauch beim Schweissen austenitischer rostfreier Stähle einen Metallniederschlag erzeugt, der frei von durch die Schweisswärme bedingten Hissen ist und eine bessere Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bei der Verwendung bei hohen Temperaturen aufweist, im besondern.

Neuerdings verseucht man die Bedingungen, unter denen austenitische rostfreie StähJ^ in Dienst gestellt werden, härter als je zu machen, insbesondere in bezug auf Korrosionsfestigkeit und.Festigkeit bei hohen Temperaturen. Um dem nachzukommen, ist es theoretisch notwendig, ein Stahlmaterial

309884/1223

zu verwenden, das einen Metallniederschlag beim Schweissen ergibt, der eine austenitische Struktur mit nicht mehr als y/o Ferrit aufweist und ferner ein karbidformendes Element, z.B. Niobium enthält, so dass ein Niederschlag mit besserer Korrosionsfestigkeit und höherer Temperaturfestigkeit erzielt werden kann. Tatsächlich besitzt das niedergeschlagene Material mit 5% oder weniger Ferrit und mit Nb-Zusatz den Nachteil häufiger Risse beim Schweissen infolge lokalisierter Segregation von Unreinheiten mit niedrigem Schmelzpunkt wegen der Anwesenheit von Nb. TJm die Schweissrisse zu vereiden, ist es oft unvermeidlich, ein Schweissmaterial zu verwenden, das in seiner chemischen Zusammensetzung so abgestimmt ist, dass es einen Metallniederschlag mit mehr als 5 bis 15% Ferrit ergibt und somit eine kleinere schädliche Wirkung von Nb aufweist. Der Versuch hat sich als nachteilig erwiesen, weil bei der Benutzung des Metallniederschlags mit mehr als y/o Ferrit bei höheren Temperaturen oder beim Entspannen des Niederschlags durch Anlassen nach dem Schweissen das Ferrit im Metall einer Umwandlung in eine Sigmaphase mit der Folge unterliegt, dass der sich ergebende Niederschlag eine geringe Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit und besonders eine unzulässige Bruchfestigkeit besitzt.

Niedergeschlagenes Metall mit nicht mehr als f/o Ferrit kann dagegen eine lange Benutzung bei erhöhter Temperatur oder eine Entspannung durch Anlassen ohne Aufgabe seiner Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturfestigkeit und anderer wünschenswerter Eigenschaften erfahren. Die Begrenzung des Ferritanteils ist somit für die Verbesserung verschiedener Eigenschaften des Metallniederschlages durch Schweissen austexitischer rostfreier

— ■ 3 —

309884/1223

Stähle wichtig.

Es wurden ausgedehnte Untersuchungen bei der Suche nach einem Schweissmaterial angestellt, das einen Niederschlag bilden kann, dessen Ferritanteil auf 5/a oder weniger begrenzt ist und das nichtsdestotrotz beim Aussetzen der Schweisshitze frei von Rissen ist und eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit aufweist. Es ist festgestellt worden, dass ein Schweissmaterial, bei dem Niobium durch ein anderes karbidformendes Element, nämlich durch Tantalum ersetzt wird, das gerade beim Verbesssern der Hochtemperaturfestigkeit und der Korrosionsbeständigkeit günstig ist, einen Metallniederschlag gibt, der durch das Schweissen trotz des Ferritanteils von nicht mehr als y}h frei von Rissen ist und der ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegen korrosive Angriffe wie auch eine ausnehmende Festigkeit bei hohen Temperaturen besitzt.

Die Erfindung besteht somit in einem Schweissmaterial einer so abgestimmten chemischen Zusammensetzung, dass der elementare Gehalt des niedergeschlagenen Metalls nicht mehr als 0,15% C, 15,0 bis 30,0>b Cr, 8,0 bis kO,QP/o Ni, nicht mehr als 2,% Mn, 1,5?£ Si, 3_t0£ Mo, ^,0% Cu, 0,0^5% P, 0,03CvS S, 0,3& Nb und nicht mehr als J₁O.Ferrit ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass Ta in einer aolchen Menge zugefügt wird, dass dem sich ergebende Niederschlag 0,k bis 3,OfO Ta zugesetzt wird und dass das Material dieser Zusammensetzung mindestens entweder dem Füllraetall (ehschliesslich dem Kerndraht einer beschichteten Elektrode) oder dem Fluss zugesetzt wird.

Tantalum, das mindestens entweder einem Füllmetall oder einem

309884/1223

Fluss gemäss der Erfindung zugesetzt wird, besitzt eine so enge Affinität für Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff, dass es mit Sauerstoff und Stickstoff beim Lichtbogenschweissen reagiert und Tantaloxid und Tantalnitrid ergibt. Wegen der hohen Schmelzpunkte ergeben die Reaktionsprodukte (TaO, Schmelzpunkt über 30CX)⁰C, und TaN, Schmelzpunkt 3100°C) Kristallkerne, wenn das geschmolzene Metall zu erstarren beginnt, und bringt das niedergeschlagene Metall in die Grosse sehr feinen Korns. Folglich besitzt der Niederschlag mikrokristallinisches Korn und ist vollständig gegen Risse geschützt, die sich sonst aus dem Schweissen ergeben wurden.

Die niedrige Reissempfindlichkeit des Metallniederschlages mit verfeinertem Korn wird, wie folgt, erläutert.

in allgemeinen ist der Schweissriss im austenitischem rostfreiem Stahl ein heisser Riss, der bei einer Temperatur kurz vor dem Erstarrungspunkt auftritt. Dies ist durch das Öffnen infolge der Kontraktionsbeanspruchung bei der Erstarrung nach dem Schv/eissen der Unreinheiten mit niedrigem Schmelzpunkt bedingt, die sich an den Korngrenzen des Niederschlages abgesetzt haben. Die Zugabe von Tantal ergibt Ta-Verbindungen (TaO und TaN) mit hohen Schmelzpunkten, die wiederum eine Kornverfeinerung des Metallniederschlages bewirken und dadurch das Gesamtvolumen der Korngrenzen erhöhen und die Konzentration der Fremdstoffe niedrigen Schmelzpunktes an den Rändern so herabsetzen, dass die Möglichkeit von Schweissrissen beseitigt ist.

Tantal besitzt also eine höhere Affinität für Kohlenstoff als Chrom und Eisen. Deshalb ist das durch die Hitze des Lichtbogens

309884/122

geschmolzene Metall in einer Hälfte geschmolzen und erzeugt im Hochtemperaturzustand im Laufe seiner Erstarrung ein Tantalkarbid und bindet Kohlenstoff. Dies verringert die Menge des freien Kohlestoffs auf einen sehr kleinen Wert und unterdrückt das Ausbilden von schädlichen Karbiden wie Chromkarbid während des Abkühlens und Wiederaufheizens über 600 C. Demnach wird die Korrosionsbeständigkeit im Betrieb unbeeinflusst gehalten. Darüber hinaus ergibt das Tantalkarbid mit einem hohen Schmelzpunkt (3827⁰C) Kristallkerne auf dieselbe Weise wie das Oxid und das Nitrid das Korn des Metallniederschlages verfeinern und Schweissrisse verhindern.

Während nicht-reagiertes Tantal in den Metallniederschlag gebracht wird, macht es der hohe Schmelzpunkt (2996 C) unmöglich, Fremdstoffe mit einem niedrigen Schmelzpunkt zu bilden, was die Gefahr von Schweissrissen beseitigt. Ausserdem verstärkt Tantal, das in den Niederschlag gebracht wird, die austenitische Struktur und die feste Lösung und somit den Metallniederschlag selbst. Ein weiterer Vorteil ist der, dass die feinen Abscheidungen von Tantal und dergl. eine solche Aggregationsgeschwindigkeit zeigen, wenn sie auf hohe Temperaturen aufgeheizt werden, dass sie die Hochtemperaturfestigkeit des Metallniederschlages wesentlich verbessern.

Die Zugabe von Tantal zu einer Zusammensetzung, die den Metallniederschlag mit nicht mehr als 5% Ferrit ergibt, ist somit vorteilhaft beim Vermeiden von Schweissrissen und beim Verbessern von Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit des Metalls. Da der Ferritgehalt des Metallniederschlages für das Ausbilden der Sigmaphase während des Aufheizens auf hohe

309884/1223

Temperaturen zu gering ist, kann ein guter Niederschlag ohne Aufgabe der Korrosionsbeständigkeit oder Hochtemperaturfestigkeit infolge Ausfall der Sigmaphase erhalten werden.

Gemäss der Erfindung wird die Menge von zuzusetzenden Tantal so begrenzt, dass es für 0,^ bis 3,0/6 des Metallniederschlages berechnet ist. Die untere Grenze von 0,^-% ist aus dem Grund gesetzt, der jetzt beschrieben wird. Die kleinste Tantalmenge für die Stabilisierung von Kohlenstoff und zum Erzeugen von Tantalkarbid ist C% χ 15. Somit ist C% χ 20 oder mehr notwendig, weil Tantal mit Stickstoff und Sauerstoff reagiert und demnach nimmt die Menge von Tantal ab, die sich mit Kohlenstoff verbindet. Da der kleinste Kohlenstoffgehalt etwa 0,02% ist, folgt, dass der kleinste Tantalgehalt 0,02% χ 20 = 0,4% sein soll. Die obere Grenze ist auf 3iO% festgesetzt, weil ein höherer Prozentsatz von Tantal die brüchige intermetallische Verbindung TaFe ergeben würde, die wiederum den Metallüberzug brüchig machen und die Rissempfindlichkeit des Niederschlages erhöhen würde.

Der Niobiumgehalt im Metallniederschlag ist auf 0,3% oder weniger aus folgendem Grund begrenzt. Bei dem tantalhaltigem Metallniederschlag von 0,3% oder weniger kann Niobium mit Schweissrissen nichts zu tun haben, da aber Nb sehr schwer von Ta zu trennen ist, gewinnt dieses Eingang als unreines Element in den Niederschlag und der Zusatz von mehr als 0,3% Nb würde zum Ausbilden von Nb-basierenden, niedrigschmelzenden Fremdstoffen führen und den Niederschlag wegen der Schweisswärme reissen lassen.

Aus diesen Gründen enthält der gemäss der Erfindung gebildete Metallniederschlag Tantal vorzugsweise im Bereich zwischen

309884/1223

0,Jf und ρ%. Auf der Basis dieses Gehalts müssen auch die Bereiche der anderen Zugaben festgelegt werden. Tantal wird bei der Zugabe zu mindestens entweder, einem Füllmetall oder einem Fluss nicht vollständig in den Metallniederschlag gebracht, weil es oxidiert ist und während des Schiieissens mit teilweiser Überführung in Asche verbracht wird. Diese möglichen Verluste müssen beim Festlegen der zuzusetzenden Tantalmenge in Sechnung gestellt werden. Gewöhnlich hängt der Gesamtverlust eines wirksamen Zusatselementes beim Schweissen von der Art des Trägers ab, dem es zugesetzt wird, (d.h. in dem Füllmetall oder dem Fluss) und dem gewählten Schweissverfahren ab. Stehen diese Bedingungen einmal fest, so tritt im Verlust praktisch keine Änderung mehr auf* Laborversuche haben die folgenden V/ert ergeben. Bei einer beschichteten Elektrode beim Lichthogenschweissen und bei dem Schv/eissmaterial hierfür wird dem Filiimetall zugesetztes Taiitai allein in den Metallniederschlag in einem Bereich von etwa 40 bis ?G5ö gebracht und dort beiaasen, während das dem Fluss allein zugesetzte Tantal einen Ertrag von etwa 10 bis 5&'ί> ergibt. Wenn das Element dem Fülllaetall für eine Lichtbogenschweissung in inertem Gas zugesetzt wird, ist der Ertrag bO bis 9O}o, Hieraus werden die folgenden Schlüsse gezogen:

1. Bei beschichteter Elektrode für abgeschirmtes Lichtbogenschweissen :

- a) Wenn es dem Füllaetall (Kerndraht) allein zugesetzt wird, soll Ta im Bereich von 0,5 bis 7₃5>« liegen;

b) Wenn es dem Fluss (überzug) allein zugesetzt wird, soll Ta im Bereich von 0,8 bis 30,0/& liegen;

c) Wenn es sowohl dem Füllmetall als auch dem Fluss zu-

309884/122 3

gesetzt wird, soll Ta in einer Menge verwendet werden, die die Werte a und b entsprechend vereinigt.

Bei der Zugabe von Ta in der Menge für einen der angegebenen Fälle wird ein wünschenswerter Metallniederschlag erhalten.

Ta-Anteile, die den angegebenen ähnlich sind, können das Schweissmaterial zum Lichtbogenschweissen Niederschläge bilden lassen, wie sie beim Lichtbogenschweissen erwünscht sind.

2. Bei einem Füllmetall für durch inertes Gas abgeschirmtes Lichtbogenschweissen:

Ta, zugesetzt in einer Menge von 0,4 bis 5% zum Füllmetall, macht die Ausbildung des gewünschten Niederschlages möglich.

Die Gründe, bei denen die Zusammensetzung des Metallniederschlages wie oben angegeben ist und die Zusammensetzung des Schweissdrahtes so gewählt ist, dass der besondere Niederschlag nach der Erfindung erhalten wird, wird in Verbindung mit Beispielen erläutert.

Zunächst wird das Schweissen einer heiss gewalzten rostfreien Stahlplatte "3^7" (SVS34-HP entsprechend JIS GkJ/Ok) auf einer Niobium enthaltenden Basis anhand eines Beispiels erläutert. Die chemische Zusammensetzung des Füllmetalls ist für diesen Zweck gewöhnlich so abgestimmt, dass der Metallniederschlag mehr als 5 bis Λ3% Ferrit enthält, um Schweissrisse zu verhindern. Dies ergibt den schwerwiegenden Nachteil niederer Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit infolge der Umwandlung des Ferrits in die Sigmaphase beim Aufheizen oder während des Betriebes bei erhöhten Temperaturen. Im

309884/1223

Gegensatz hierzu ergibt sich ein ferritfreier, rissloser Metallniederschlag mit guter Hochtemperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus dem Schweissen gemäss der Erfindung, d.h. durch die Verwendung einer Ta-enthaltenden Elektrode, und auf die Weise, dass der sich ergebende Niederschlag nicht mehr" als 5% Ferrit enthält. Durch Darstellen der Zusammensetzungen der niedergeschlagenen Metalle in der Form handelsüblicher Elektroden und durch eine Elektrode nach der Erfindung wird in der Tabelle 1 verglichen. Die Riss-Raten und mechanischen Eigenschaften der Niederschläge, sind durch die Verfahren des Type C Restraint Welding Crack Test (JIS Z 3155) in der Tabelle 2 angegeben.

Aus der Tabelle 2 ist zu ersehen, dass die Elektrode nach der Erfindung einen Metallniederschlag mit einer niedrigen Reissempfindlichkeit und besserer Hochtemperaturfestigkeit und
Korrosionsbeständigkeit ergibt als die der Niederschläge, die mit handelsüblichen Elektroden erzielt werden.

Tabelle 1

Elektrode	Element {%)	C	Si	Mn	Cr	Ni ',Nb	0.10 0.50 0.5¹;	Ta	Ferrit- Anteil
nach Er findung handels üblich (D (2)	0.040 0.040 0.042	0.54 O.54 0.51	I.62 I.60 I.67	17.75 17.71 18.35	10.82 IO.52 9.84	1.12	0 0 7.5-IO

- 10 -

3098 8 4/1223

Tabelle

fieiss- Elektrode rate {%)	Korrosionstest bei 65O C und 100 Stunden	Cu-Strauss-Test (interkristal linische Korrosion)	Dauer- Bruchfestig keit ρ (kg/mm ) 650⁰ c χ 1000 Std.
ier Erfindung 2 (im Krater) landelsüblich (1) 71 (2) 3 (im Krater)	Huey-Test (65SiHNO₃) cm/Monat	gut mittel bis schlecht mittel bis schlecht	25 19 13
0.0042 0.0093 0.0121

Beim Zusetzen von Tantal zu einem Füllmetall muss zum Vermeiden von Aggregation Sorgfalt beachtet werden. Bei der Zugabe zu einem Fluss muss das Element in so feiner Korngrösse wie möglich und im Fluss gleichmässig verteilt sein.

Bei der Herstellung einer Elektrode nach der Erfindung wird eine Mischung aus elektrolytiechem Eisen Ferrochrom, Nickeleisen, Manganeisen, Siliziumeisen und Tantal in den jeweiligen Zweck entsprechenden Proportionen in Luft oder in evakuierter Atmosphäre in einem Hochfrequenzschmelzofen geschmolzen. Die sich ergebende Stahlliegierung wird durch eine Form in Drahtform gezogen und auf einen bestimmten Durchmesser gebracht. Der so hergestellte Draht wird in entsprechende Längen geschnitten und als blankes Füllmetall für Gasschweissen oder als beschichtete Elektrode mit einem für den Zweck geeigneten Überzug verwendet.

- 11 -

309884/1223

Einzelne Beispiele des Schweissens, die experimentell mit Füllmetallen durchgeführt werden, werden mit den üblichen Füllmetallen in den Tabellen 3 und h verglichen. Beschichtete Elektroden gemäss der Erfindung werden durch Anlagen eines Überzuges hergest3.lt, die hinsichtlich der Art des Füllmaterials oder der Schweissbedingungen, die.bei dem Füllmetall auftreten, entsprechend behandelt und dann wird der Überzug gehärtet.

- 12 -

309884/1223

Schweißprüfungen mit verschiedenen
Hüilinetailen bei Lichtbogenschweißen
mit inertem Gas

	Füllmetail	tibliches	Ch§miache Zusammensetzung des	Füllnetalls CVe)	Si	Mn	Cr	Ni	Nb	Ta	Chemische	Zusammensetzung	C	Si	Mn	Cr	Ni	Nb	Ta	TT¹ & γ»	*ν» ω i" &**	ivorrosxonstest	oo Std.	Bruch	t	21
		Füllmetail		•								des wetaiiniederschlagcf^,¹)								Γ CiX ri t		nach Aufheizen	Cu-	Festig
		Mit Ta-																		Λ. _L. Is α f ι —		650°Cx1	S±rauss	Kelt
		Zusatz		0.54	1.60	18,51	10.55	0.72	_			0.031	0.52	1.58	17.92	10.52	0.52	_	ClU teil		Su ey »	Cinter- krrst	(kg/
	1	weniger als	C														is C -i~ -L.	(%)	test	korro	mm 2)
		hier		0.52^'	1.66	18.52	10.71	0.02	0.39	0.032	0.50	1.59	17.98	10.62	0.01	0.35	/σ/ \		(cm/ month)	sion)	650⁰C xlOOO	22
	2	beansprucht																		Gut	Std.
		hit Ta-	0.045		I													80
		Zusatz															0		0.009	Schwach	19 :	23
		mehr als	0.047															2*		•		22
* ί		hier be		0.51	1.62	18.81	10.72	0.03	5.12	0.033	0.50	1.52	18.52	10.68	0.01	3.51	0		0.012		19
T ■	3	ansprucht
		Füllmetalli
		nach oder																		Gut
		Erf fnduvi?	0.048															30
				0.53	1.59	18.71	10.77	0.05	0.82	0.030	0.51	1.52	18.71	10.69	0.02	0.53	0		0.007
	4

IO				0.52	1.62	18.52	10.75	0.12	3.92	0.032	O.50	1.53	17.98	10.63	0.08	2.91				Gut
►	5		0.042	0.52	1.62	18.51	10.74	0.42	0.99	0.031	0.48	1.52	18.21	10.58	0.29	0.82		2*
	6															0		0.004
																			Gut
			0.045						2*		Gut
J·			0.042		0	2*	0.002
		0	0.001

im Krater

Tabelle if Schweißprüfungen mit verschieden
beschichteten Elektrodenfür Lichbogenschweißung

1

'übliche

Ch_eBiische Zusammensetzung

C

Si

Elektrode (%>

Cr

Ni

Nb

Ta

•
-t->

Chemische

Zusammensetzung

C

Si

Mn

Cr

Ni

Nb

Ta

Fer-
T>-i t

Reiß
rate

Corrosionstest
lach Aufheizer

100 Stc

ί iruch¹
festig

'Elektro-

der

O
«J

des Kiederschlagmetalls (%)

HL·"

S50°Cx

Cu-

keit

Beschich

i de

•Η
Λ -ρ

an—
+ οι 1

Hu ey

Strauss

(kg/

tete

2

Kit Ta-

0.032

0.62

18.91

10.59

1.21

_

° (4
OJ (C

0.041

0.61

1.65

18.65

10.57

0.81

_

üe_L-L

test

(inter-

mm2)

Elektrode

Zusatz

Mn

Q)
CQ

(%)

(cm/

jkrisC-

65O⁰C

•

mehr

Monat

Korro

xlOOO

als be

0.031

0.62

18.92

10.58

0.01

0.38

0.040

0.62

1.65

18.71

10.51

0.01

0.20

sion)

Std.

ansprucht

1.68

Gut

(über

Δ

0

I
7.5

0.012

18.5

zug)

3

Mit Ta-

1.71

etwas

Zusatz

>

A

0

2*

0.011

schwach

19.0

weniger

als be

0.032

0.64

18.95

10.57

0.02

0.01

0.039

0.61

1.67

18.75

10.56

0.01

0.10

ansprucht

(Draht

kern)

1.71

schwach

B

0

2*

0.015

18,2

884/1223

N) CO CO

K) O

	4	mit Ta- Zu_satz	0.032	0.63	1.65	18.92	10.68	0.02	8.21	A	0.041	0.61	1.62	18.72	10.59	0.01	3.50	0	I	0	22	0.009	Good	I	21.0
		■mehr
		'als
		bean
		sprucht
		CKern																					•
		draht)
	5	EIektr.	0.031	0.62	1.68	18.92	10.59	0.05	2.41	A	0.039	0.61	1.64	18.72	10.57	0.02	1.51	0	2*	0.008	Good	22.0
		der'
		Erf. ι
O		(mit Ta
co 00		zum
OS		Kern-
		Draht)
"S.	6	Eletr. 1	0.032	0.65	1.70	18.96	10.62	0.02	0.02	C	0.041	0.63	1.65	18.75	10.59	0.01	2.50	2*	0.007	Good	22. b
		nach
ro		Erf. · <
		(mit Ta	f
		zur Be :
		schicht

* im Krater.

V/o nur wenige Schweissdrähte nach der Erfindung benötigt werden, kann das. Ende durch Beschichtung erhalten v/erden. Die notwendige Zahl von Kerndrähten aus gewöhnlichen austenitischen rostfreien Stahl aus einem zusätzlichem Element mit einer Schichtzusammensetzung wird so bearbeitet, dass es Tantal in dem oben angegebenen Verhältnis enthält.

Wenige Beispiele von Beschichtungszusammensetzungen, mit denen die Schweissexperimente durchgeführt werden, sind in Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 5 Beispiele von Beschichtungszusammensetzungen

	CaCO₃	TiO₂	CaF₂	Metall Mn	Metall Cr	Metall. Ni	Fe-Si	Metall Ta	Bern.
A	35	25	25	5	5	3	2	-	übliche Be
		t							schich
									tung
B	34.5	25	25	5	5	3	2	0.5	mit ·
									unge
									nügend
									Ta
C	32	25	25	5	5	3	2	3.0	S chi ch tung .
									nach

Zu beachten: 1. ¹¹Fe-Si" enthält 80/0 Si

2. eine wässrige Lösung aus Natriumsilikat wird als Binder verwendet.

309834/1223

Die Beschichtungen werden gesondert mit einer wässrigen Lösung aus Natriumsilikat geknetet und die Mischung wird auf das Füllmetall (Kerndraht) der Elektrodenzusammensetzungen nach Tabelle k aufgebracht, wobei jede einen Durchmesser von k mm und eine Länge von 250 mm aufweist, um eine Schicht von 2 mm Dicke zu ergeben. Die Beschichtungen werden bei Baumtemperatur drei Tage lang gehärtet und dann auf 250 bis 3CXD⁰C sechs Stunden lang erhitzt. Es werden also beschichtete Elektroden hergestellt. Mit diesen Elektroden wurden 6 mm dicke heiss-gewalzte rostfreie Stahlplatten (Klasse SVS347HP entsprechend JIS G hJQk) mit einem Strom von 1^0 Amp lichtbogen-geschweisst. Die hierbei erhaltenen Metallniederschläge werden der Elementaranalyse und mehreren Schweissprüfungen unterworfen. Aus der Tafel wird entnommen, dass die Elektroden mit Zusammensetzungen, denen Tantal in einer Menge im an. gegebenen Bereich zugesetzt ist, Niederschläge erzeugen, die rissfester und korrosionsfester sind und bessere Hochtemperatureigenschaften aufweisen als eine herkömmliche Elektrode und dass die Zusammensetzungen mit Ta-Anteilen, die ausserhalb des gegebenen Bereichs liegen, in der Reissfestigkeit und Korrosionsfestigkeit schlechtere Niederschläge ergeben.

Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse einiger Schweissprüfungen in inertem Gas, die mit Ta enthaltenden Füllmetallen durchgeführt worden sind. Bei den Prüfungen wurde 10 l/^miⁿ Argon als inertes Gas und eine Thorium enthaltende Wolframstange mit einem Durchmesser von 3,2 mm als Elektrode verwendet. Es wurden mit einem Gleichstrom-Lichtbogen von 250 Amp. rostfreie Stahlplatten von 6 mm Dicke (SVS3^7HP von JIS GkJtOk) geschweisst. Die Tabellen 3 und k zeigen, dass die Tantal enthaltenden Füllmetalle in Mengen innerhalb des angegebenen

- 17 -

309884/1223

Bereichs Metallniederschläge erzeugen, die eine hohe Beissfestigkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Hochtemperaturfestigkeit aufweisen.

Das Schweissmaterial nach der Erfindung ergibt somit einen nicht mehr als 5% Ferrit aufweisenden Metallniederschlag mit ausgezeichneter ßeiss- und Korrosionsfestigkeit und hoher Festigkeit bei erhöhten Temperaturen.

Bei anderen Experimenten wurden Füllmetalle nach der Erfindung beim Schweissen von Stahl nach Dili Ψ?05 (entsprechend DIN I7OO7 der deutschen Normen) für schwefelsäure-festern Gebrauch verwendet. Füllmetalle nach DIN Ψ?Ο7 (DIN I7OO7), die gewöhnlich hierfür verwendet werden, enthalten kein Ferrit, jedoch Niobium in Mengen von mehr als C% χ 10 und haben natürlich Nachteile häufigen Reissens beim Schweissen. Die Eigenschaften der Metallniederschläge aus Füllmetallen nach der Erfindung wurden mit denen üblicher Füllmetalle verglichen. Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse der Elementaranalyse von Metallniederschlägen, die durch von inertem Gas abgeschirmtes lachtbogenschweisen mit Ta-enthaltenden Füllmetallen nach der Erfindung und mit gewöhnlichen Ta-freien hergestellt sind. Die Tabelle 7 zeigt die Prüfungsergebnisse, die durch das Verfahren Type C Restraint Welding Crack Test (JIS Z3155) und durch die Verfahren der Copper-Containing Sulfuric Acid-Copper Sulfate Intercrystalline Corrosion Test (JIS) erhalten werden und vergleicht die mechanischen Eigenschaften der so erhaltenen Metallniederschläge.

Wie aus den Tabellen zu entnehmen ist, wird somit ein Licht-

- 18 -

309884/122 3

bogen-Schweissen in einer Abschirmung von inertem Gas mit einem Füllmetall, das den Metallniederschlag Tantal enthalten ■ lässt, einen Niederschlag mit besserer Reissfestigkeit und interkristallinischer Korrosion und mit hoher Zugfestigkeit erzeugen.

Die Zugabe von weniger als O,^zfO^6 Ta ist nicht von Vorteil beim Verbessern Wiederstandsfähigkeit der interkristallinischen Korrosion und mehr als j5,0?o ergibt die schädliche Wirkung auf die mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Dehnung des niedergeschlagenen Metalls. Aus diesen Gründen soll die Zugabe von Ta innerhalb des Bereiches von Q,*K) bis 3»O% begrenzt sein. Zusätze von Nb von weniger als 0,30& haben keinen Einfluss auf die Reissfestigkeit.

Gemäss der Erfindung wird somit ein Schweissmaterial geschaffen, bei dem Tantal in einer Menge von O,*f bis 3,0% enthalten ist. Das Element bleibt im niedergeschlagenen Metall, das beim Schweissen von austenitischea rostfreien Stählen entsteht. Das Material wird mindestens entweder jedem Füllmetall (einschliesslich dem Kerndraht für das abgeschirmte Lichtbogenschweissen) oder dem Fluss zugesetzt und dann erfolgt das Abschirmen des Lichtbogens, durch das inerte Gas, das das Eintauchen in den Lichtbogen zum Erzeugen eines Metallniederschlages mit hervorragender Reissfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit bei hohen Temperaturen. Die Erfindung hat somit industrielle Vorteile.

Zusammenfassung

Die Erfindung bezieht sich auf Schweissmaterial mit einer so abgestimmten chemischen Zusammensetzung,dass ein Metallniederschlag

- 19 -

309884/1223

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Schweissmaterial mit einer so abgestimmten chemischen Zusammensetzung, dass sich ein Metallniederschlag ergibt, der nicht mehr als 0,15% C, 15,0 bis 30,0% Cr, 8,0 bis *fO,0% Ni, 2,59ό Mn, 1,5% Si, 3,0% Mo, 4,0% Cu, 0,0^5% P, 0,030% S und 0,3% Nb und ferner nicht mehr als 5% Ferrit enthält, dadurch gekennzeichnet, dass eine entsprechende Menge Ta so gewählt ist, dass der Metallniederschlag von 0,40 bis 3,0% Ta enthält und die Mischung mindestens entweder dem Füllraetall (einschliesslich Kerndraht bei abgeschirmter Lichtbogenschweissung) oder dem Fluss zugesetzt wird.

2. Beschichtete Elektrode für abgeschirmtes Lichtbogenschweissen von austenitischen rostfreien Stählen mit einer solchen Zusammensetzung, dass der dadurch entstandene Metallniederschlag nicht mehr als 0,15% 0, 15,0 bis 30,0% Cr, 8,0 bis 20,0% Ni, nicht mehr als 2,5% Mn, 0,9Si Si, 0,04% P, 0,03% S und 0,30% Nb enthält, dadurch gekennzeichnet, dass Ta mindestens entweder dem Kerndraht oder der Elektrodenbeschichtung so zugesetzt wird, dass der sich ergebende Metallniederschlag 0,40 bis 3,0% Ta enthält.

3. Kerndraht zum Schweissen austenitischer rostfreier Stähle mit nicht mehr als 0,15% C, 15,0 bis 30,0% &yj3_fO bis 20,0% Ni, 2,5% Mn, 0,9% Si, 0,04% P, 0,03% S und 0,30%;'NW, dadjjTch gekennzeichnet, dass O,kk bis 5,0% Ta der Zusammensetzung zugesetzt

/ / '' ist.

tfipUng

309884/122 3