DE2335270B2

DE2335270B2 - Zusatzmaterial zum Schweißen austenitischer rostfreier Stähle

Info

Publication number: DE2335270B2
Application number: DE2335270A
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: 1975-07-24
Also published as: DE2335270A1; GB1440362A; FR2191977B1; US3914506A; FR2191977A1

Description

Niedergeschlagenes Metall mit nicht mehr als 5 °/Ferrit kann dagegen eine lange Benutzung bei erhöhter Temperatur oder eine Entspannung durch Anfasen ahn? Aufgabe seiner Korrosionsbestamugkeit Hochtemperaturfestigkeit und anderer wünschenswerter Eigenschaften e-fahren. Die Begrenzung des Ferritanteüs ist somit für die Verbesserung verschiedener Eigenschaften des Metalha.ederschlags durch Schweißen austenitischer rostfreier Stahle wich-

^ÜSAus der DT-AS 12 13 6. 3 ist ein Stahl bekannt, der gegen Lochfraßkorroi ion in Meerwasser be-^Stoi⁸Korrosionsbeständigkeit wird hierbei durch einen Zusatz zahlreicher Elemente wie W, 1NoJTa, Ti. V, Cu und B zu einem austenitischen Cr-Ni-N₂-Stahl

Ausder Literaturstelle »Schweißtechnik« (Heft 11, 1959 S 411 bis 415) ist ferner die Zugabe von Nb/Ta bekannt, um die Bildung von Chrouikarbiden zu ver-

Die Erfindung betrifft ein Zusatzmaterial zum Schweißen austenitischer rostfreier Stähle mit einer so abgestimmten Materialzusammensetzung, daß sich ein Metallniederschlag ergibt, der nicht mehr als 0,15% C, 15,0 bis 30,0% Cr, 8,0 bis 40,0% Ni, 2,5% Mn, 1,5% Si, 3,0% Mo, 4,0% Cu, 0,045% P, 0,030% S und 0,3 % Nb und ferner nicht mehr als 5 % Ferrit enthält.

Neuerdings versucht man die Bedingungen, unter denen austenitische rostfreie Stähle 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 zu verwenden, das einen Metallniederschlag beim Schweißen ergibt, der eine austenitische Struktur mit nicht mehr als 5% 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. Um die Schweißrisse zu vermeiden, 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 6» der Benutzung des Metallniederschlags mit mehr als 5% Ferrit bei höheren Temperaturen oder beim Entspannen des Niederschlags durch Anlassen nach dem Schweißen das Ferrit im Metall einer Umwandlung in einer Sigmaphase mit der Folge unterliegt, daß der sich ergebende Niederschlag eine geringe Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturfestigkeit und besonders eine unzulässige Bruchfestigkeit besitzt.

ιλ. 'Zusatz einer Kombination von Nb/Ta im schließlich auch aus der CH-PS 3 64 682 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde - unter Berücksichtigung der eingangs gemachten Ausführungen — die Konosionsbeständigkeit der Schweißnaht und die Hochtemperaturfestigkeit zu verbessern und die Entstehung von Schweißrissen zu vermeiden.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemaß dadurch, daß die Menge Ta im Zusatzmaterial so gewählt ist, daß der Metallniederschlag von 0,40 bis 3,0_/oTa

^enWira das Zusatzmaterial in Form einer ummantelten Elektrode für abgeschirmtes lichtbogenschweißen verwendet so wird das Ta mindestens entweder dem Kerndraht oder der Elektrodenbeschichtung so zugesetzt, daß der sich ergebende Metalln.ederschlag 0,40 bis 3,0% Ta enthält.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann der Kerndraht 0,45 bis 5,0 % Ta enthalten.

Tantal das gemäß der Erfindung zugesetzt w_ird 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 Schme zpunkte ergeben die Reaktionsprodukte (TaC.Schmelzpunkt über 3000' C, und TaN, Schmelzpunkt 3100 C) Kristallkerre, wenn das geschmolzene Metall zu erstarren beginnt, und bringt das niedergeschlagene Metall in die Größe 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 Rißempfindlichkeit des Metalln.ederschlages mit verfeinertem Korn wird, wie folgt,

"fm augemeinen 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 Schweißen der Unreinheiten mit niedrigem Schmelzpunkt bedingt, die sich an den Korngrenzen des Niederschlages abgesetzt haben. Die Zugabe von Tantal ergibt Ta-Vcrbindungen (TaO und TaN) mit hohen Schmelzpunkten, die wiederum eine Kornverfeinerung des Metallniederschlages bewirken und daduich das Gesamtvolumen der Korngrenzen erhöhen und die Konzentration der

fiemdätoffe niedrigen Schmelzpunktes an den Rändern so herabsetzen, daß die Möglichkeit von Schweißpssen beseitigt ist.

Tantal besitzt also eine höhere Affinität für Kohlenjtoff als Chrom und Eisen. Deshalb ist das durch die Hitze des Lichtbogens geschmolzene Metall in einer Hälfte geschmolzen und erzeugt im Hochtemperaturjustand im Laufe seiner Erstarrung ein Tantalkarbid und bindet Kohlenstoff. Dies verringert die Menge schmelzenden 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 0,4 und 3%. 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 ge

iles freien Kohlenstoffs auf einen sehr kleinen Wert io bracht, weil es oxidiert ist und während des Schweißens und unterdrückt das Ausbilden von schädlichen mit teilweiser Überführung in Asche verbracht wird. Karbiden wie Chromkarbid während des Abkühlens Diese möglichen Verluste müssen beim Festlegen der und Wiederaufheizens über 600¹C. Demnach wird die
Korrosionsbeständigkeit im Betrieb unbeeinflußt gehalten. Darüber hinaus ergibt das Tantalkarbid mit 15
einem hohen Schmelzpunkt (3827⁰C) Kristallkerae
auf dieselbe Weise wie das Oxid und das Nitrid das
Korn des Metallnicderschlages verfeinern und Schweiß

zuzusetzenden Tantalmenge in Rechnung gestellt werden. Gewöhnlich hängt der Gesamtverlust eines wirksamen Zusatzelementes 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,

risse verhindern. _so tritt im Verlust praktisch keine Änderung mehr auf

Während nichtreagiertes Tantal in den Metall- 20 Laborversuche haben die folgenden Werte ergeben, liederschlag gebracht wird, macht es der hohe Schmelz- Bei dieser beschichteten Elektrode beim Lichtbogenjunkt (2996°C) unmöglich, Fremdstoffe mit einem schweißen und bei dem Schweißmaterial hierfür wird liedrigen Schmelzpunkt zu bilden, was die Gefahr dem Füllmetall zugesetztes Tantal allein in den Metall-Ton Schweißrissen beseitigt. Außerdem verstärkt niederschlag in einem Bereich, von etwa 40 bis 70% Tantal, das in den Niederschlag gebracht wird, die 25 gebracht und dort belassen, während das dem Fluß tustenitische Struktur und die feste Lösung und somit allein zugesetzte Tantal einen Ertrag von etwa 10 bis den Metallniederschlag selbst. Ein weiterer Vorteil ist 50% ergibt. Wenn das Element dem Füllmetall für der, daß die feinen Abscheidungen von Tantal u. dgl. eine Lichtbogenschweißung in inertem Gas zugesetzt eine solche Aggregationsgeschwindigkeit zeigen, wenn wird, ist der Ertrag 60 bis 90%. Hieraus werden die jie auf hohe Temperaturen aufgeheizt werden, daß sie 30 folgenden Schlüsse gezogen:

die Hochtemperaturfestigkeit des Metallniederschlages 1. Bei beschichteter Elektrode für abgeschirmtes

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 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 zuzusetzendem Tantal so begrenzt, daß es für 0,4 bis 3,0% 45 angegebenen Fälle wird ein wünschenswerter Metalldes Metallnicdcrschlages berechnet ist. Die untere niederschlag erhalten.

Grenze von 0,4 % ist aus dem Grund gesetzt, der jetzt beschrieben wird. Die kleinste Tantalmenge für die Stabilisierung von Kohlenstoff und zum Erzeugen von Tantalkarbid ist C% · 15. Somit ist C% · 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 % · 20 = 0,4 % sein soll.

Die obere Grenze ist auf 3,0% 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 Lichtbogenschweißen:

a) Wenn es dem Füllmetall (Kerndraht) allein zugesetzt wird, soll Ta im Bereich von 0,5 bis 7,5% 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 zugesetzt 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

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.

dem tantalhaltigen Metallniederschlag von 0,3% oder weniger kann Niobium mit Scheißrissen nicht., 711 Van 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, niedrig-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 »347c (SVS34HP entsprechend JISG4304) auf einer Niobium enthaltenden Basis an Hand eines Beispiels erläutert. Die chemische Zusammensetzung des Füllinctalls ist für diesen Zweck gewöhnlich so abgestimmt, daß der Metallniederschlag

23 33

mehr als 5 bis 15% Ferrit enthält, um Schweißrisse tu verhindern. Dies ergibt den schwerwiegenden Nachteil niederer Korrosionsbeständigkeit und Hochtimperaturfestigkeit infolge der Umwandlung des Ferrits in die Sigmaphase beim Aufheizen oder während des Betriebes bei erhöhten Temperaturen. Im Gegensatz hierzu ergibt sich ein femtfreier, 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 n'cht mehr als 5% Ferrit enthält. Durch Darstellen der Zusammen-

Tabelle 1

Setzungen 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 Typs 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 Metallnieder?chlag mit einer niedrigen Reißempfindlichkeit unU besserer Hochtemperaturfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit ergibt als die der Niederschläge, die mit handelsüblichen Elektroden erzielt werden.

Elektrode

Element (%)
C Si

Ferrit-Anteil

Mn

Cr Ni

Nb

Ta

Nach Erfindung	0,040	0,54	1,62	17,75	10,82	0,10
Handelsüblich
(1)	0,040	0,54	1,60	17,71	10,52	0,50
(2)	0,042	0,51	1,67	18,35	9,84	0,57

1,12

7,5 bis 10

Tabelle 2

Elektrode

Reißrate

Korrosionstest bei 050⁰C und 100 Stunden
Huey-Test Cu-Strauss-Test

(65% HNO,) (interkristallinische

cm/Monat Korrosion)

Dauer-Bruchfestigkeit
(kg/mm²)

650⁰C-1000 Std.

Der Erfindung	2 (im Krater)	0,0042	gut	25
Handelsüblich
(1)	71	0,0093	mittel bis schlecht	19
(2)	3 (im Krater)	0,0121	mittel bis schlecht	13

40

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 elektrolytischem Eisen Ferrochrom, Nickeleisen, Manganeisen, Siliziumeisen u: d Tantal in den jeweiligen Zweck entsprechenden Proportionen in Luft oder in evakuierter Atmosphäre in einem Hochfrequenzschmelzofen geschmolzen. Die sich ergebende Stahllegierung wird durch eine Form in Drahtform gezogen und auf einen bestimmten Durchmesser gebracht. Der so hergestellte Draht wird

Tabelle *

Sch \ßpri> ngen mit verschiedenen Füllmetallen bei Lichtbogenschweißen mit inertem Gas

in entsprechende Längen geschnitten und als blankes Füllmetail für Gasschweißen oder als beschichtete Elektrode mit einem für den Zweck geeigneten Überzug verwendet.

Einzelne Beispiele des Schweißens, die experimentell mit Füllmetallen durchgeführt werden, werden mit den üblichen Füllmetallen in den Tabellen 3 und 4 verglichen. Beschichtete Elektroden gemäß der Erfindung werden durch Anlagen eines Überzuges hergestellt, die hinsichtlich der Art des Füllmaterials oder der Schweißbedingungen, die bei dem Füllmetall auftreten, entsprechend behandelt und dann wird der Überzug gehärtet.

Fülli etall	5	Chemische Zusammensetzung des Füllmetalls (%)	Si	Mn	Cr	Ni	Nb	Ta	Chemische	Zusammensetzung	Si	Mn
	6		0,54	1,60	18,51	10,55	0,72		des Metallniederschlags (%)	0,52	1,58
	C							C
1 Üblkhes: üll-	0,045	0,52	1,66	18,52	10,71	0,02	0,39	0,031	0,50	1,59
metall
2 MitTa-Zusatz	0,047							0,032
weniger als hier		0,51	1,62	18,81	10,72	0,03	5,12		0,50	1,52
beansprucht
3 MitTa-Zusatz	0,048							0,033
mehr als hier		0,53	1,59	18,71	10,77	0,05	0,82		0,51	1,52
beansprucht
4 Füllmetall nach	0,042	0,52	1,62	18,52	10,75	0,12	3,92	0,030	0,50	1,53
der Erfindung		0,52	1,62	18,51	10,74	0,42	0,99		0,48	1,52
0,045						0,032
0,042			0,031

Tabelle 3 (Fortsetzung)

Füllmetall

Chemische Zusammensetzung des Metallnicdsrschlags (^r„)

Cr

Ni

Nb Ta

Ferrit- Reißrate Korrosionstest nach Bruchfestigkeit

anteil Aufheizen (kg/mm¹)

650°C · 100 Std. 650⁰C ·

Hueytest Cu-Strauss 1000 Std.

(interkrist.
% % Korrosion)

Übliches Füll- 17,92 10,52 0,52 — metall

Mit Ta-Zusatz 17,98 10,62 0,01 0,35 weniger als hier beansprucht

mit Ta-Zusatz 18,52 10,68 0,01 3,51 mehr als hier beansprucht

Füllmetall nach 18,71 10,69 0,02 0,53 der Erfindung

17,98 10,63 0,08 2,91

18,21 10,58 0,29 0,82 ·) Im Krater 0,009 gut

2*) 0,012 schwach 19

0,007 gut 21

2*) 0,004 gut 22

2*) 0,002 gut 23

2*) 0,001 gut 22

Tabelle 4

Sshweißprüfungen mit verschieden beschichteten Elektroden für Lichtbogenschweißung

Beschichtete Elektrode

Chemische Zusammensetzung der Elektrode (%)

Si

Mn Cr

Ni

Nb Ta

Beschich- Chemische Zutungsart sammensetzung des Niederschlagmetalls %

Si

übliche Elektrode 0,032 0,62

mit Ta-Zusatz 0,031 0,62 mehr als beanansprucht (Oberzug)

mit Ta-Zusatz 0,032 0,64 weniger als beansprucht (Drahtkern)

mit Ta-Zasatz 0,032 0,63 mehr als beansprucht (Kerndraht)

Elektrode der 0,031 0,62 Erfindung (mit Ta zum Kerndraht)

Elektrode nach 0,032 0,65 Erfindung (mit Ta zur Beschichtung)

L68 18,91 10,59 1,21 — A

1,71 18,92 10,58 0,01 0,38 A

1,71 18,95 10,57 0,02 0,01 B

1,65 18,92 10,68 0,02 8,21 A

1,68 18,92 10,59 0,05 2,41 A

1,70 18,% 10,62 0,02 0.02 C

0,041 3,61

0_r040 0,62

0,039 0,61

0,041 0,61

0,039 0,61

0,041 0,63

509530/286

ίο

Tabelle 4 (Fortsetzung)

Beschichtete Elektrode	Chemische Zusammensetzung metalls (%)	Cr	Ni	des Niederschlag-	Ta	Ferrit anteil	Reißrate	Kotrosionstest nach Aufheizen 65O⁰C-100 Std.	Cu- Strauss	Bruch festigkeit (kg/mm^s)	schwach	21,0
		18,65	10,57		—			Hueytest (cm/	(inter-	65O⁰C · 1000 Std.
		18,71	10,51		0,20			Monat)	krist.
									Korro
									sion)
	Mn			Nb		(%)	(%)		gut		schwach 18,2
1 übliche Elektrode	1,65	18,75	10,56	0,81	0,10	0	7,5	0,012	etwas	18,5
I mit Ta-Zusatz	1,65			0,01		0	2*)	0,011	19,0
mehr als
beansprucht									gut
(Überzug)		18,72	10,59		3,50
3 mit Ta-Zusatz	1,67			0,01		0	2*)	0,015
weniger als
beansprucht
(Drahtkern)
4 mit Ta-Zusatz	1,62		0,01	0	22	0,009
mehr als
beansprucht
(Kerndraht)

18,72 10,57 0,02 1,51

18,75 10,59 0,01 2,50

5 Elektrode der 1,64
Erfindung (mit Ta
zum Kerndraht)

6 Elektrode nach 1,65
Erfindung

(mit Ta zur
Beschichtung)

*) Im Krater

Wo nur wenige Schweißdrähte nach der Erfindung benötigt werden, kann das Ende durch Beschichtung erhalten werden. Die notwendige Zahl von Kerndraht :n aus gewöhnlichem austenitischem rostfreiem Stahl aas einem zusätzlichen Element mit einer Schichtzusam-

Tabelle 5

Beispiele von Beschichtungszusammensetzungen

2*) 0,008 gut 22,0

2*) 0,007 gut 22,5

mensetzung wird so bearbeitet, daß es Tantal in denr oben angegebenen Verhältnis enthäii.
Wenige Beispiele von Beschichtungszusammen Setzungen, mit denen die Schweißexperimente durch geführt werden, sind in Tabelle 5 angegeben.

	CaCO₃	TiO₂	CaF₂	Metall	Metall	Metall	Fe-Si	Metall	Bemerkungen
	35	25	25	Mn	Cr	Ni	2	Ta
A				5	5	3			übliche
	34,5	25	25				2		Beschichtung
B				5	5	3		0,5	mit ungenügend
	32	25	25				2		Ta
C				5	5	3		3,0	Schichtung nac
							Erfindung

Zu beachten:

1. .Fe-Si« enthält 80% Si

2 Eine wäßrige Losung aus Natriumsihkat wird als Binder xerwendet.

Die Beschichtungen werden gesondert mit einer wäßrigen Lösung aus Natriumsihkat geknetet, und die Mischung wird auf das Füllmetall (Kerndraht) der Elektroden7usammenset7ungen nach Tabelle 4 aufgebracht, wobei jede einen Durchmesser von 4 mm und eine Länge von 250 mm aufweist, um eine Schtcht vor: 2 mm Dicke /u ergeben. Die Beschichtungen werden bei Raumtemperatur drei Tage lang gehärtet und dann auf 250 bis 300 C 6 Stunden lang erhitzt. Es werde also beschichtete Elektroden hergestellt. Mit diese Elektroden wurden 6 mm dicke heißgewalzte rostfre Stahlplatten (Klasse SVS347HP entsprechend JIS
4304) mit einem Strom von 140 A lichtbogengeschweiC Die hierbei erhaltenen Metailniederschläge werd< der Elcmentaranalyse und mehreren Schweißprüfungf unterworfen. Aus der Tafel wird entnommen, daß d

Elektroden mit Zusammensetzungen, denen Tantal in einer Menge in angegebenen 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 A rostfreie Stahlplatten von 6 mm Dicke (SVS347HP von JIS G 4304) geschweißt. Die Tabellen 3 und 4 zeigen, daß die Tantal enthaltenden Füllmetalle in Mengen innerhalb des angegebenen Bereichs Metallniederschläge erzeugen, die eine hohe Reißfestigkeit, hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Hochtemperaturfestigkeit aufweisen.

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

Bei anderen Experimenten wurden Füllmetalle nach der Erfindung beim Schweißen von Stahl nach DIN 4505 (entsprechend DIN 17007 der deutschen Normen) für schwefelsäurefesten Gebrauch verwendet. Füllmetalle nach DIN 4507 (DIN 17007), die gewöhnlich hierfür verwendet werden, enthalten kein Ferrit, jedoch Niobium in Mengen von mehr als C% · 10 und haben natürlich Nachteile häufigen Reißens beim Schweißen. Die Eigenschaften der Metallniederschläge aus Füllmctallen nach der Erfindung wurden mit denen üblicher Füllmetalle verglichen. Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse der Elementaranalyse von Metallniederschlägen, die durch von inertem Gas abgeschirmtes Lichtbogenschweißen 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 Z 3155) und durch die Verfahren der Copper-Containin3 Sulfuric Acid-Copper Sulfate I ntercristalline Corrosion Test (JIS) erhalten werden und vergleicht die mechanischen Eigenschaften der so erhaltenen Metallniederschläge.

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

ίο Die Zugabe von weniger als 0,40% Ta ist nicht von Vorteil beim Verbessern Widerstandsfähigkeit der interkristallinen Korrosion und mehr als 3,0% 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 0,40 bis 3,0% 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 0,4 bis 3,0 % enthalten ist. Das Element bleibt im niedergeschlagenen Metall, das beim Schweißen von austenitischen rostfreien Stählen entsteht. Das Material wird mindestens entweder jedem Füll metall (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 mil einer so abgestimmten chemischen Zusammensetzung, daß ein Metallniederschlag nicht mehr als 0,15% C. 15,0 bis 30,0% Cr, 8,0 bis 40% Ni, 2,5% Mn, 1,5% Si, 3,0% Mo, 4,0% Cu, 0,045% P, 0,030% S, 0,30% Nb und nicht mehr als 5% Ferrit enthält und dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Menge Ta so gewählt ist daß das Niederschlagsmetall 0,40 bis 3,0% Ta enthält und die Mischung mindestens entweder dem Füllmetall (einschließlich dem Kerndraht für abgeschirm ies Lichtbogenschweißen) oder dem Fluß zugesetzi wird.

Tabelle 6

Analytische Werte von niedergeschlagenen Metallen durch Lichtbogenschweißung im inerten Gas

FüllmetaU	C	Si	Mn	P	Cr	Ni	Mo	Cu	Nb	Ta
Vom Handel
(D	0,035	0,35	1,51	0,013	20,05	20,60	1,90	2,05	0.45	—
(2)	0,055	0,42	1,35	0,015	20,13	20,12	2,55	2,03	0,72
(3)	0,052	0,38	1,72	0,017	20,15	20,18	2,62	2,05	0,30	—
Nach der
Erfindung
(D	0,052	0,50	1,55	0,014	20,14	19,95	1,56	2,12	0,25	2,50
(2)	0,038	0,42	1,42	0,022	20,15	19,25	2,33	2,35	0,15	1,21
(3)	0,045	0,42	1,38	0,024	20.17	20,15	2,15	2,14	0,05	1,50
(4)	0,024	0,48	U5	0,015	19,99	20,22	2,25	2,35	0,01	0,64

	13	Reißtest/Reißrate	Intci ki istallinischer	Korrosionstest	14	C7o)
Tabelle 7			geschweißt	hilzebchai.delt		Dehnun
Eigenschaften der Metallniederschläge			(650° C · 2 Std. W)
Füllmetall	(%)			Spannfestigkeitstest ι	r/o)
				Spannfestigkeit
	45,5	nein	nein		48,1
	65,4	nein	nein	(kg/mm²)	47,:
Vom Handel	3*)	nein	ja		49,«
(D				59,5
(2)	2*)	nein	nein	60,0	45,1
(3)	2*)	nein	nein	58,3	47,1
Nach der Erfindung	1*)	nein	nein		48,:
(1)	2»)	nein	nein	61,2	49,5
(2)			60,5
(3)			61,3
(4)			60,7

Claims

23 Patentansprüche:

1. Zusatzmaterial zum Schweißen austenitischer rostfreier Stähle mit einer so abgestimmten Materialzusammensetzung, daß sich ein Metallniederschlag ergibt, der nicht mehr als 0,15% C, 15,0 bis 30,0% Cr, 8,0 bis 40,0% Ni, 2,5% Mn, 1,5% Si, 3,0% Mo, 4,0% Cu, 0,045% P, 0,030% S und 0,3 % Nb und ferner nicht mehr als 5 % Ferrit ent- *o hält, dadurchgekennzeichnet, daß die Menge Ta im Zusatzmaterial so gewählt ist, daß der Metallniederschlag von 0,40 bis 3,0% Ta enthält.

2. Zusatzmaterial nach Anspruch 1 in Form ts einer ummantelten Elektrode für abgeschirmtes Lichtbogenschweißen, dadurch gekennzeichnet, daß Ta mindestens entweder dem Kerndraht oder der Elektrodenbeschichtung so zugesetzt wird, daß der sich ergebende Metallniedei schlag 0,40 bis »o 3,0% Ta enthält.

3. Zusatzmaterial in Form einer Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht 0,45 bis 5,0% Ta enthält.

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