DE2507633A1

DE2507633A1 - Schweissgut fuer mit aluminium beschichtetem stahl

Info

Publication number: DE2507633A1
Application number: DE19752507633
Authority: DE
Inventors: Masahiko Ikeda; Tadashi Ito; Yoshinori Ito; Masamichi Nakakoji; Mutsuo Nakanishi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1974-02-21
Filing date: 1975-02-21
Publication date: 1975-08-28
Also published as: FR2261836B1; GB1497347A; FR2261836A1; DE2507633B2; JPS50115143A

Description

Dipl.-Ing. H.¥eickmann, D1PL.-PHYS. Dr.K.Fincke Dipl.-Ing. F. A.WEICKMANN, Dipl.-Chem. B. Huber

POSTFACH 860820 Case SUMIKIN-I68 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 983921/22

SUMITOMO METAL INDUSTRIES LIMITED, Osaka City (Japan)

Schweißgut für mit Aluminium beschichtetem Stahl

Die Erfindung betrifft Schweißgut bzw. Schweißwerkstoffe wie eine zusammengesetzte Elektrode, die ein Flußmittel bzw. ein Schmelzmittel innerhalb einer röhrenförmigen Schleife umhüllt, eine Kombination aus einer festen Elektrode und einem Schmelzmittel, eine Kernelektrode, die mit dem Schmelzmittel beschichtet ist. Die Erfindung betrifft insbesondere Schmelzmittel für Stahl, der mit Aluminium beschichtet ist, und die auf Gewichtsgrundlage enthalten: Weniger als 1,5 % Si und/oder weniger als 1,0 % Mn und 2 bis 15 % CaF₂ und 15 bis 50 % einer Oxydmischung mit einer Basizität im Bereich von 1,0 bis 12,5» wobei der Rest im wesentlichen aus Eisen besteht.

Die Erfindung betrifft Schweißmaterialien für aluminiumbeschichteten Stahl, insbesondere für Stahl, der mit geschmolzenem Aluminium sprühbeschichtet wurde.

Der Ausdruck "Schweißmaterialien bzw. Schweißwerkstoff bzw. Schweißgut", wie er in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, bedeutet allgemein eine Kombination bzw, Mischung aus Materialien, die schlackebildende Mittel, desoxydierende Mit-

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tel, organische Materialien, Stahl und ähnliche Verbindungen in einem Schmelzmittel, einer Schweißelektrode.usw. enthält.

Da mit Aluminium beschichteter Stahl ausgezeichnete Korrosions- und Wärmebeständigkeiten aufweist, ist er für viele Zwecke verwendet. Es stehen jedoch keine speziellen Schweißwerkstoffe für aluminiumbeschichteten Stahl zur Verfügung und die bekannten Schweißwerkstoffe wurden daher unweigerlich zum Verschweißen verwendet.

Ist Stahl, der mit Aluminium beschichtet ist, unter Verwendung bekannter Schweißmaterialien für Stahl verschweißt, so ist die Affinität des Aluminiums gegenüber dem Sauerstoff, der in dem Schweißmetall gelöst ist, so stark, daß kein Verbrauch an metallischem Si und Mn einschließlich Fe-Si, Ca-Si und Fe-Mn stattfindet, Materialien, die für die Deoxydation zu den Schweißelektroden und dem Schmelzmittel zugegeben werden. Als Folge davon lösen sich metallisches Si und Mn in überschüssigem Maße in dem Schweißmetall. Weiterhin werden metallisches Si und Mn ebenfalls bei der Reduktion der Oxyde von Si und Mn wie von SiO₂, CaSiO^, Na₂SiO-,, MnO, MnO₂, MnSiO₃ und MnCO^ gebildet, die in dem Schmelzmittel als schlackebildende Mittel vorhanden sind und diese werden wieder in dem Schmelzmetall gelöst, so daß die Rißempfindlichkeit erhöht wird, da die Härte erhöht wird, und dadurch wird die Kerbzähigkeit stark vermindert, da eine lattenartige Troostit-Struktur gebildet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Schweißgut bzw. Schweißwerkstoffe für mit Aluminium beschichteten Stahl zu schaffen, wobei die Eigenschaften des Schweißmetalls verbessert werden sollen, indem man die Si- und Mn-Gehalte des Schweißmetalls innerhalb bevorzugter Bereiche kontrolliert und wobei die Schweißbarkeit nicht verschlechtert werden soll.

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Gegenstand der Erfindung sind Schweißwerkstoffe bzw. Schweißmaterialien, die enthalten: Ein Schmelzmittel und eine Schweißelektrode wie eine zusammengesetzte Elektrode, die innerhalb einer röhrenförmigen Schleife bzw. innerhalb eines röhrenförmigen Bandes ein Schmelzmittel umschließt, eine Drahtelektrode mit einem Kern, die mit einem Schmelzmittel für das Bogen- ■ schweißen beschichtet ist, und enthaltend auf .Gewichtsbasis weniger als 1,5% Si und/oder weniger als 1,0 % Mh und 2 bis 15 % CaFp und 15 bis 50 % einer Mischung aus Oxyden mit einer Basizität im Bereich von 1,0 bis 12,2, wobei der Rest im wesentlichen aus Eisen besteht. Der Ausdruck "Basizität", der hierin verwendet wird, bedeutet ein Gewichtsverhältnis der Menge(n) von CaO und/oder MgO, bezogen auf SiO₂, und kann durch die folgende Formel dargestellt werden:

CaO + MgO SiO₂

worin CaO, MgO und SiO₂ die Gewichtsmengen sind, die schließlich bei der Zersetzung beim Schweißen gebildet werden.

Solche Begrenzungen werden durch die folgenden Tatsachen hervorgerufen: Wenn der Si-Gehalt 1,5 % überschreitet und wenn der Mn-Gehalt 1,0 % überschreitet, verschlechtert das Schweißmetall die Kerbschlagzähigkeit. Wenn die Menge an CaF₂ unter 2 % liegt, wird die Schlacke, die während des Schweißens gebildet wird, extrem 'fluid sein, und wenn sie 15 % überschreitet, wird die Fluidität der Schlacke extrem schlecht sein. Beide Erscheinungen bedingen, daß das Schweißverfahren schlechter durchzuführen ist. Wenn die Oxyde in einer Menge unter 15 % enthalten sind, wird die Schlacke in geringerer Menge gebildet und die Abkühlungsgeschwindigkeit des Schweißmetalls wird nicht verstärkt. Dadurch besitzt das Schweißmertall eine schlechte Zähigkeit und wenn sie 50 % überschreitet, kann das Schweißen nur

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schwierig durchgeführt werden. Wenn die Basizität unter 1,0 % liegt, besitzt das Schweißmetall eine schlechte Zähigkeit,und wenn sie 12,5 % überschreitet, wird die Verschweißbarkeit verschlechtert.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1

Die erfindungsgemäßen Schweißmeterialien werden mit bekannten Schweißmaterialien bei Verschweißen von Stahlplatten, die mit Aluminium beschichtet sind und die in Tabelle 3 aufgeführt
werden, verschweißt, wobei man die in Tabelle 1 angegebenen
Schweißmaterialien verwendet und die in Tabelle 2 aufgeführten Schweißbedingungen verwendet.

In Tabelle 4 sind die Versuchsergebnisse der Schweißmetalle
aufgeführt.

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Tabelle Zusammensetzung der Schweißmaterialien bei der verdeckten Lichtbogenschweißung

cn ο co co co cn ·*·«, ο -j

Versuch	Schmelzmittel (Sintertyp)	S i	Mn	CaO	MfeO	CoFs	SiOt	AltO»	TiO₂	Nf aiO	ZrOi	CeF	Schw.El.(1)	Mn	Fe	Bas. '(2)
Nr.		-	-	4.5	15	5.0	1 1.5	2.5	4.5	2.0	0.5	-	Si	0.5 5		1.7
	A	0.15	.....	5.0 5,0	U 1 5	4.0 4.5	5.0 4.0	1.5 2.5	4.5 4.5	2.5 2.0	4.5 4.F	9.0 1 0.0	t r	0.1 5 0.5 5	H Il	4.2 • 5.0
erfind.- gemäß	B C	0.1	0.2	7.0	15	4.0	5.5	4.5	4.5	2.7	4.5	4.0	t r 0.15	0.15	Il	6.5
	D	0.0 5	0.1 5	5.0	1 5	4.0	8.5	2.5	4.5	1.8	4.5	4.0	t r	0.1 5	Il	2.4
	E	0.5 0.2 5 0.6	0.8 b 0.7 5 1.7 5	6.0 1 2.0 7.5	1 5 5.5 1 4.5	5.5 2.5 5.5	1 7.5 19 15.5	4.5 4.5 2.5	2.0 4.0 4.0	2.4 1.5 2.2	-	-	t r	0.2 0.5 0.1 5	Il Il Il	1.1 0.9 1.6
Stand der Technik	F G H	0.2	D. 6	6.0	1 4	4.5	1 5.5	2.5	5.5	1.6	5.5	-	0.015 CO 15 t r	0.15	M	1.5
	I					t r

(1) Schweißelektrode

(2) Basizität

cn cz>

OD co co

Bemerkung: Die Schweißelektroden bei den Versuchen Nr. A und C sind zusammengesetzte Elektroden und die bei den anderen Versuchen sind feste Elektroden.

Tabelle 2
Schweißbedingungen bei je einem Durchgang bei Doppelverschweißung

	Oberflächen schweißen	Rückseiten schweißen
Schweißstrom, Amp.	900 750
Bogenspannung, V	40
Schweißgeschwindigkeit cm/min.	40

Tabelle 5

Stahlplatte, die verschweißt wird Dicke: 12 mm
Qualität: 50 kg/mm² hochfester Stahl

Zusammensetzung:

C	Si	Mn	P	S ο „015
0.15	0.30	0.99	0.017

Bemerkung: Filmdicke des Beschichteten Aluminiums: 100/U

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	Tabelle 4	Mn	Al	Schlagwert des Schweißmetalls	v£o	kg-m	I ι
	des Schweißmetalls	O.98	0.042	^VE2O	I5.O		1
	Zusammensetzung des Schweißmetalls	o.9b	0.045	I5.7	8-7		I
Versuchsergebnisse	Si	C.86	0.043	12.3	15-7
/ersuch	0.25	1.02	0.042	15.9	10.3
Nr.	0.27	1.01	0.050	15.3	8.4
A	0.22	1.50	0.118	13.3	3-6
- B	ü.29	1.35	0.073	6.4	2.7
C	0.31	1.56	0.130	4.0	3.0
D	0.52	1.32	O.O87	4.2	3-5
E	0.43			6.8
F	0.55				vE-20
G	0,46			10.1
H		8.0
I		15.1
		6.1
	5.5
	1.9
	1.4
	1.5
2.2

Aus den Versuchsergebnissen dieses Beispiels ist erkennbar, daß eine Erniedrigung der Si- und Mn-Gehalte in den Schweißmaterialien Schweißmetall mit besserer Zähigkeit· ergibt.

Beispiel 2

Werden Stahlplatten, die mit geschmolzenem Aluminium sprühbeschichtet wurden, wie sie in Tabelle 5 aufgeführt werden, kehlnahtverschweißt, indem man eine bedeckte Elektrode verwendet, die die in Tabelle 6 angegebenen Zusammensetzungen aufweist, so erhält man die in Tabelle 7 aufgeführten Versuchsergebnisse. '

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Tabelle 5
Chemische Zusammensetzung des Grundmetalls in Gewichtsprozent

	C	Si	Mn	P	S	Filmdicke des Alumi niums , /U
Stahlplatte, die mit geschmolzenem Alumi nium mit einer Dicke von 12mm sprühbe- schichtet ist	0,14	0,40	1,29	0,023	0,010

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Tabelle 6

Zusammensetzung der Schweißmaterialien beim Bogenschweißen mit einer Elektrode, die mit einein Schmelzmittel beschichtet ist, %

Erfindungsgemäße bedeckte Elektrode mit einem Durchmesser von 5,0 mm (Gesamtge halte in dem Kern und dem beschichteten Schmelzmittel)	Si	/S 1	AS. 2	15 9	M. 3	JTo. 4	M. 5	0.5	Bekannte b,edeck te Elektrode des Niedrig-Wasser- stofftyps mit einem Durchmes ser von 5,0 mm	JtZ 7
	Mn	1.2	1.2	0.4 5	0.8?	0.8	1.4	0.6	/A 6	2.9
CaCO₃	—	—	0.7 5	—	0.5	—	1.5 5	2.2	0.6
CaF₂	17.7 6.5	1.5	18 6.6	1 7.7	11.4	0.6 0	0.5	15.7 5
MgO	0.45	0.7 5	0.6	i 0.5 \ 4.5	0.0 9	15	1.5
ZrSiO₄	0.7 5	0.1 5	0.75	0.4 5	Rest	4.8	—
TiO₂	1.5	Rest ,	1.65	0.7 5	8.7	0.3	—
G	0.7 5	Ü.75	1.5	—	1.2
Ma-Algi- nat	0.1 5	0.15	0.7 5	2.2 5	0.6
Fe Basizl- tät	Rest	Re SZ:	0.1 5	0.3 6	0.1 5
10.5	i 8.3 j 10.7	Rest	0.0 9	Rest ,
10.3	Rest -	6.8
5.8

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-ίΟ-

Tabelle 7 Versuchsergebnisse des Schweißmetalls

Schweißelektrode, die geprüft wird	C	*^KT₂* kg /mm'	■ (i)	Erfindungsgemäße Elektrode	Ai 2	t ... AS. 5	AZ 4	Ai 5	Cm Hand. erhält; Clek-trode (a)	Ai 7	-
	Si	(c)	(ü)	M 1	0.1 1	0.1 2	0.10	0.1 1	Aa 6	0.12	treten auf
Chem.Zu- samniens. d.Schweiß metalls	Mn		0.1 D	0.4 8	0.3 4	0.2 3	0.2 4	0.12	1.1 3
	So£. KL	; (e)	0.4 6	0.6 0	0.7 3	1.08	0.68	0.9 0	1.4 2
Härte d.Schweiß-, metalls (1) '	- (f)^]	G.5 7	0.1 1	0.1 5	0.2 0	0.2 3	1.2 3	0.25
Kreuzh. ßehle	(g)	D.1 1	2 3 6H_V	2 5 0IFv	2 21Ifv	2 28Hv	0.3 6	3 2 8Hv
Zugtest	- Ch)	25 8ITv	54.7	55.0	56.2	54.5	2 8 3Hv	55.3
OO	5 5.3	Grund- metai T.	Depo.	Depo.	Depo.-	54.8	Grund metall
	Depot	O	O	©	©	Grund metall"	X
	©	© I	O	©	Δ	X	X
	O	Δ	O	O	©	X	X
O	O	O	Δ	Δ	X	X
O	°	O	O	O	Δ	X
@	o. I	0	0.	0	X
0	0	0 -	0	0 ■	0
0		O -

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(a) Im Handel erhältliche Elektrode (Td) Zugtest kg/mm

(c) Gebrochener Bereich

(d) Aussehen der Wulst

(e) Fluidität der Schlacke

(f ) Bedeckungseigenschaft der Schlacke

(g) Abschälen der Schlacke

(h) Gesamtbewertung

(i) Vertiefungen bzw.. Grübchen und Blaslöcher

(j) Risse

(k) Ergebnisse des Schweißmetalls

Bemerkungen:

(1) Geprüft gemäß Vickers-Härtetestgerät bei einer Belastung von 10 kg

(2) Geprüft entsprechend dem JIS 2-3131 Verfahren

(3) Geprüft entsprechend dem JIS 2-3002 Verfahren und verglichen mit den Ergebnissen, die man beim Schmelzen von einfachen Stahlplatten mit im Handel erhältlichen Elektroden bei den folgenden Bedingungen erhält:

(§) : ausgezeichnet O J gleich
Δ J etwas schlechter X : schlechter

Beispiel 3

Stahlplatten mit den in Tabelle 8 angegebenen Dimensionen und Zusammensetzungen werden mit geschmolzenem Aluminium in einer durchschnittlichen Filmdicke von 70 /u beschichtet und dann kehlnahtgeschweißt durch Porendioxydgasbogenschweißung. Bei den erfindungsgemäßen Beispielen und bei den Vergleichsbeispielen werden zusammengesetzte Elektroden, wie sie in Tabelle 9 aufgeführt sind, verwendet und unter den in Tabelle 10 angegebenen Bedingungen verschweißt. In Tabelle 11 werden

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die Schweißergebnisse verglichen. Aus diesen Ergebnissen ist erkennbar, daß die Eigenschaften der Schweißmetalle und der Zustand der verschweißten Gebiete besser sind, wenn die erfindungsgemäßen Elektroden verwendet werden, verglichen mit bekannten Elektroden.

Tabelle 8

Zusammensetzung der heißgewalzten Stahlplatte, die verwendet

wird

(Dicke: 12 mm)

	Si	Mn	P	S
C	0.40	1.29	0.009	0.010
0.14

Tabelle 9
Chemische Zusammensetzung der Schweißmaterialien, Gew.-το

Umhülltes

S i

Mn

Schmelzmittel

CaO

CaF₈

TiO₂

SiO₂

Ring

bzw

. Öse

M_n

Mo

P

S

Fe

η

Basi
zit -

0. 1

0. 5

CaOOs

1. 2

7. 2

4.6

1.0

.And.

C

S i

0.5

_

rtest

Zusamm,-

1

0.4

0.0 5

<0.1

r

Il

1. 4

gesetzte

It

erf.gem.

0.3

0.6

1.2

6.5

5

1.0

It

—

—'

—

It

Elektro

2

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—

Il

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Il

1. 4

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0.7

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5.7

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Il

—

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1.0

6.4 6

5

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Il

//

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It

1.0

4

0.1 4

0. 4

0.6

1.0

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0.8

—

0.0 6

0.2 9

Il

—

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5

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Il

0.9

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0. 7

1.5

1.2

6.7

1.6

3.0

Il

9

1.6

Il

0.7

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	-13-
	Tabelle 10
Schweißbedingungen
Strom, Amp.	300
Spannung, V	36 38
Schweißge schwin- digkeit, cm/min	37
Strömungsgeschwin- digkeit des abge schirmten COp, l/min	(CO₂) ^ 25
Schweißstelle	horizontä"

Energiequelle

Gleichstrom, konstante Spannung, umgekehrte Polarität

	Schweißergebnisse	Zusammens.d.Schweiß metalls (Gew.-56) -	Si	Mn	Sol	•And.	Tabelle	11	.Ca) ,	Risse	Auftreten ■von Wül	Abschälen· d. Schlacke	gut * 0 0
	Elek	C	0.2 8 0.31 0.3 3 0.3 8	0.9 * 1.0 8 1.3 0 1.5 5	0.2 4 a2 5 0.2 8 0.2 6	Mo 0.1 5			o . M K	. 0 0 0	sten	>	0
	trode	0.0 9 0.10 0.11 0.1 0	0.3 5	1.2 5	0.2 0	Nl 1.8 Cr 0.4 5 Mo ai5		0		gut 0 0 0	0
	1 2 3 4	0.0 8	0.5 7	1.2 0	0.2 5	Ni 1-8 Cr 0.8 ir. η f.		K	»	t	0 gut 0
Bei- sp.	5	0.0 8	0.5 5 0.5 5 0.5 9	1.49 1.4 8 1.4 5	0.15 0.2 0 0.16		Eigenschaften des Schweißmetalls	K ;ret.„ auf 0	0 0 K I	0
	6	0.0 9 0.1 0 0.12					Härte < CHv)			schlecht β 0
	7 8 -9	en	203 255 248 2 65
Ver- gl.- bei- sp. "		281
	Blas	294
(a)	2 84 274 283

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Claims

Patentansprücheν'

1. Schweißmaterialien für Stahl, der mit Aluminium beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthalten auf Gewichtsbasis: Weniger als 1,5 % Si und/oder weniger als 1,0 % Mn, 2 bis 15 % C^aF2 ¹^ ^ ^is -^ ^0//° ^e^^ne^ Mischung aus Oxyden mit einer Basizität im Bereich von 1,0 bis 12,5, wobei der Rest im wesentlichen Eisen ist.

2. Schweißmaterialien für die verdeckte Lichtbogenschweißung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf Gewichtsbasis enthalten: 0,1 bis 0,3 % Si und 0,3 bis 0,8 % Mn.

3. Schweißmaterialien für bedecktes Elektrodenbogenschweißen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf Gewichtsbasis enthalten: Weniger als 1,5 % Si und/oder weniger als 1,0 % Mn, 2 bis 10 % CaF₉, 6 bis 20 % CaCO₃, 0,3 bis 2,0 % einer Mischung aus MgO und TiO₂ und weniger als

1 % organischer Materialien, wobei der Rest Eisen ist.

4. Schweißmaterialien für das Bogenschweißen, abgeschirmt mit Kohlendioxydgas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthalten auf Gewichtsbasis: 0,1 bis 0,5 % Si und/oder 0,3 bis 1,1 % Mn, 4 bis 10 % CaF_£, 0,4 bis 4 % CaCO^, 0,6 bis 2 % SiO₂, weniger als 2 % CaO₂ und. 2 bis 6 % TiOp, wobei der Rest im wesentlichen Eisen ist.

5. Schweißmaterialien nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie enthalten auf Gewichtsbasis: Weniger als 0,15 % Si und/ oder weniger als 0,35 % Mn, 4 bis 5 % CaF₂ und 37,5 bis 45,7 % einer Mischung aus Oxyden mit einer Basizität im Bereich von 1,7 bis 6,3 wobei der Rest im wesentlichen Eisen ist.

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6. Schweißmaterialien nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf Gewichtsbasis enthalten: 0,8 bis 1,4 % Si, weniger als 0,5 % Mn, 6,3 Ms 9 % CaF₂, 11,4 Ms 18 % CaCO,, 1,2 bis 1,65 % einer Mischung aus MgO und TiO₂ und 0,75 Ms 0,9 % organische Materialien, wobei der Rest im wesentlichen Eisen ist.

7. Schweißmaterialien nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf Gewichtsbasis enthalten: 0,1 bis 0,43 % Si, 0,7 Ms 1,0 % Mn, 5,7 Ms 8,52 % CaF₂, 0,4 bis 0,8 % CaCO₃, 0,8 bis 1,4 % SiO₂ und 3,6 bis 5 % TiO₂, wobei der Rest im wesentlichen Eisen ist.

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