DE2525395A1 - Schweissbarer stahl fuer schweissungen bei grosser waermezufuhr - Google Patents

Schweissbarer stahl fuer schweissungen bei grosser waermezufuhr

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DE2525395A1 DE19752525395 DE2525395A DE2525395A1 DE 2525395 A1 DE2525395 A1 DE 2525395A1 DE 19752525395 DE19752525395 DE 19752525395 DE 2525395 A DE2525395 A DE 2525395A DE 2525395 A1 DE2525395 A1 DE 2525395A1
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen schweißbaren Stahl für Schweißungen unter großer Wärmezufuhr, insbesondere für mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm niedergebrachte Schweißungen, wobei erfindungsgemäß ein schweißbarer Stahl vorgeschlagen wird, der zu einer ausgezeichneten Schlagzähigkeit des verschweißten Teiles selbst dann führt, wenn die Schweißung in einer einzigen Schicht bei einer derart hohen Wärmezufuhr ausgeführt worden ist. Außerdem kann der erfindungsgemäße Stahl vorteilhaft für Schweißungen mit großer Wärmezufuhr bei allen Einzelschicht- oder Mehrfachcchichtschweißungen verwendet werden.
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In jüngerer Zeit ist zur Herstellung von Konstruktionen mit großen Abmessungen, wie "beispielsweise Schiffen, Brücken, Druckgefäßen, Druckrohren oder Öl-Fernleitungen, ein automatisches Schweißen mit Hilfe einer großen Wärmezufuhr, wie das einseitige Unterpulverschweißen, Elektrogas-Bogenschweißen oder Elektroschlackeschwexßen, mannigfaltig verwendet worden, um die Anzahl der Schweißschritte und die Schweißkosten zu verringern.
Werden jedoch Stähle mit Zugfestigkeiten von 40 kg/mm und
hochzugfeste Stähle mit Festigkeiten von 50 bis 60 kg/mm , wie solche zur Herstellung von derartigen Konstruktionen mit großen Abmessungen verwendet werden, mit einer großen Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm geschweißt, so zeigt sich bis Jetzt, daß die durch die Schweißhitze beaufschlagte Zone, insbesondere die Schweißverbindung, ein Mischgefüge aufweist, welches aus einem großen Netzwerk aus proeutektoidem Ferrit und einem oberen Bainit wegen der Versprödung der Austenitkörner besteht, wodurch die Zähigkeit beträchtlich verringert wird, was dazu ©führt hat, daß sich das Schweißen mit hoher Wärmezufuhr aus Werkstoffgründen nicht durchsetzen konnte.
Die Erfinder haben sich eingehend mit der Anwendung des Schweißens bei hoher Wärmezufuhr auf diese Stahlwerkstoffe beschäftigt und haben als Ergebnis gefunden, daß sich durch Zusatz einer geeigneten Menge an Seltenerdmetall und Bor zu solchen herkömmlichen Stählen in der Schweißverbindung oder Schweißnaht ein Mischgefüge aus feinem Ferrit und Perlit erzielen läßt, wodurch die Zähigkeit der Schweißverbindung selbst beim Niederbringen einer Einzelschichtschweißung mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm beträchtlich gesteigert wird.
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Außerdem wurde gefunden, daß weder bei warmgewalztem Stahl noch bei wärmebehandelten Stählen das Ansprechen der mit einer hohen Wärmezufuhr niedergebrachten Schweißverbindungen auf Maßnahmen, wie das Normalisieren und Vergüten verändert wird.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung besteht in einem schweißbaren Stahl mit ausgezeichneter Zähigkeit der durch eine Einschichtschweißung mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm erzeugten Schweißung, welcher Stahl 0,03 bis 0,22 % Kohlenstoff, 0,02 bis 0,8 % Silicium, 0,4 bis 2,0 % Mangan sowie 0,005 bis 0,1 % Seltenerdmetall und 0,0005 bis 0,01 % Bor, Rest im wesentlichen Eisen, enthält.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung besteht in einem schweißbaren Stahl mit ausgezeichneter Zähigkeit der durch eine Einschichtschweißung mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm erzeugten Schweißverbindung, welcher Stahl 0,03 bis 0,22 % Kohlenstoff, 0,02 bis 0,8 % Silicium, 0,4 bis 2,0 % Mangan sowie 0,005 bis 0,1 % Seltenerdmetall und 0,0005 bis 0,1 % Bor und außerdem noch wenigstens einen der folgenden Bestandteile, nämlich max. 0,1 °,Ό Niob, max. 0,1 % Vanadium, max. 0,5 % Kupfer, max. 1,0 % Nickel, max. 0,8 % Chrom, max. 0,5 % Molybdän, max. 0,1 % Selen, max. 0,1 % Aluminium, max. 0,1 % Titan und max. 0,1 % Zirkonium, Rest im wesentlichen Eisen enthält.
Die Gründe, aus welchen die Gehaltsbereiche des erfindungsgemäßen Stahls wie oben angegebend begrenzt sind, werden im folgenden erläutert.
Der Kohlenstoffgehalt ist auf 0,03 bis 0,22 % begrenzt. Der
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untere Grenzgehalt von 0,05 % Kohlenstoff ist im Hinblick auf die Festigkeit eines derartigen Konstruktionsstahls erforderlich und außerdem ist solch ein unterer Grenzgehalt im Hinblick auf die Stahlerzeugung erforderlich. Der obere Grenzgehalt ist im Hinblick auf das Härtungsvermögen der Schweißung und auf die Anfälligkeit für Schweißrisse auf 0,22 % Kohlenstoff festgelegt. Der am meisten bevorzugte Bereich liegt zwischen 0,05 und 0,18 % C.
Silicium ist in einer Menge von nicht weniger als 0,02 % mit Rücksicht auf die Erzeugung des Stahls erforderlich und eine Menge von bis zu 0,8 % Si kann zugesetzt werden, um eine geeignete Festigkeit zu. erzielen. Übersteigt der Siliciumgehalt jedoch 0,8 %, so wird die Zähigkeit des Grundmaterials beträchtlich verringert. Demzufolge ist der Siliciumgehalt auf 0,02 bis· 0,8 % und vorzugsweise auf 0,15 "bis 0,4 % festgelegt.
Mangan ist in Mengen von nicht weniger als 0,4 % erforderlich, um dem Grundmetall die Duktilität und Festigkeit zu erteilen, wohingegen Mangangehalte von mehr als 2,0 % zu einer beträchtlichen Erhöhung des Härtungsvermögens oder der Aushärtung der Schweißung führen. Demzufolge ist der Mangangehalt auf 0,4· bis 2,0 % begrenzt. Der bevorzugte Bereich beträgt im Hinblick auf die Zähigkeit des Bindungsteils oder der Schweißnaht beim Schweißen mit großer Wärmezufuhr 0,7 bis 1,7 % Mn. Gemeinschaftlich mit Bor vorliegendes Seltenerdmetall führt zu einer beträchtlichen Steigerung der Zähigkeit der mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm niedergebrachten Schweißverbindung. Liegt der Seltenerdmetallanteil jedoch unterhalb von 0,005 %, so wird diese Wirkung nicht mit Sicherheit erreicht, während bei einem Seltenerdmetallgehalt von'mehr als 0,1 % die Zähigkeit des Grundmetalls
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beeinträchtigt wird, weshalb der Seltenerdmetallanteil auf 0,005 bis 0,1 % festgelegt ist.
Bor führt zu einer beträchtlichen Steigerung der Zähigkeit der mit großer Wärmezufuhr niedergebrachten Schweißung bei gemeinschaftlichem Vorliegen mit Seltenerdmetall, wobei sich das Bor jedoch bei Gehalten von weniger als 0,0005 % nicht merklich auswirkt, wohingegen durch Borgehalte von mehr als 0,01 % die Zähigkeit des Grundmaterials beträchtlich beeinträchtigt wird. Demzufolge ist der Borgehalt auf 0,0005 bis 0,01 % festgelegt. Ist ein Seltenerdmetallanteil von 0,01 bis 0,05 % und ein Borgehalt von 0,001 bis 0,005 % vorhanden, so wird eine besonders ausgezeichnete Zähigkeit der mit großer Wärmezufuhr niedergebrachten Schweißung erzielt.
Im folgenden werden die Gründe dargelegt, aus welchen die Wahlkomponenten in der oben angegebenen Weise begrenzt sind.
Niob und Vanadium sind zur Steigerung der Festigkeit des Grundmetalls von besonderer Bedeutung. Ihre vorteilhafte Wirkung stellt sich bei Anteilsmengen von nicht mehr als 0,1 % ein, wohingegen bei Gehalten an Niob und Vanadium von mehr als 0,1 % die Schlagzähigkeit dos Grundmaterials beeinträchtigt und die Anfälligkeit für Schweißrisse vergrößert wird, weshalb Gehalte von mehr·als 0,1 % für Niob und Vanadium nicht empfehlenswert sind.
Werden solche für ein Schweißen mit hoher Wärmezufuhr bestimmte Stähle geschweißt, so erfolgt trotzdem an Teilen des Grundmetalls eine Schweißung mit nur geringer Wärmezufuhr, weshalb es anzustreben ist, daß der Stahl auch eine ausgezeichnete Schweißbarkeit bei nur geringer Wärmezufuhr besitzt. Der Zusatz von nicht mehr als 0,1 % an Niob oder Vanadium,
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vorzugsweise von nicht mehr als 0,03 % Niob oder nicht mehr als 0,05 % Vanadium, dient zur Verbesserung im Hinblick auf das Auftreten von Schweißrissen bei Schweißungen mit geringer Wärmezufuhr von etwa 15 000 bis 20 000 J/cm.
Kupfer trägt auch zur Steigerung der Festigkeit bei. Übersteigt derKupfergehalt jedoch 0,5 %, so wird die Anfälligkeit gegen das Auftreten von Schweißrissen größer, weswegen der Kupfergehalt auf nicht mehr als 0,5 % und vorzugsweise auf nicht*mehr als 0,3 % begrenzt ist. In einer Menge von nicht mehr als 0,5 % trägt Kupfer auch zur Verbesserung der Korrosionsbestandigkeit des Stahls bei.
Nickel erhöht die Festigkeit und die Schlagzähigkeit des Grundmetalls, ist jedoch ein kostspieliges Element, weshalb der Nickelgehalt im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit dieser Stähle auf nicht mehr als 1,0 % beschränkt ist. Im Hinblick auf die Härtbarkeit oder Härtung der mit einer geringen Wärmezufuhr niedergebrachten Schweißverbindung und im Hinblick auf die Anfälligkeit gegen das Auftreten von Schweißrissen ist der Nickelgehalt vorzugsweise auf nicht mehr als 0,6 % begrenzt.
Chrom ist ein zur Steigerung der Festigkeit wirksames Element, führt jedoch zur Erhöhung der Schweißhärtung oder des Härtungsvermögens der Schweißung und der Anfälligkeit gegen das Auftreten von Schweißrissen, weshalb der Chromgehalt auf nicht mehr als 0,8 % und vorzugsweise auf nicht mehr als 0,6 % begrenzt ist.
Molybdän kann, zur Steigerung der Festigkeit verwendet werden, führt jedoch zur Beeinträchtigung der Zähigkeit des Grundmetalls und der durch die Schweißhitze beaufschlagten Zone, wes-
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halb der Molybdängehalt auf nicht mehr als 0,5 % und vorzugsweise auf nicht mehr als 0,1 %-begrenzt ist. Aluminium, insbesondere in Form eines säurelöslichen Aluminiums, ist wegen der Desoxydation und der Kornfeinung ein wirksames Element zur Erhöhung von Festigkeit und Zähigkeit. Da diese Wirkung jedoch durch Gehalte von mehr als 0,1 % nicht mehr zu steigern ist, ist der Aluminiumgehalt auf nicht mehr als 0,1 % beschränkt.
Titan*ist nicht nur wegen der Desoxydation und der Kornfeinung wirksam zur Steigerung der Festigkeit, sondern erhöht auch die Duktilität der durch Wärme beaufschlagten Zone bei einer Schweißung mit kleiner Wärmezufuhr und verringert die Gerichtetheit der mechanischen Eigenschaften (insbesondere der beim Charpy-Versuch als shelf emergy bezeichneten Eigenschaft). Bei Titangehalten von mehr als 0,1 % wird jedoch die Schlagzähigkeit des Grundmetalls beeinträchtigt, weshalb der Titangehalt auf nicht mehr als 0,1 und vorzugsweise nicht mehr als 0,04 % begrenzt ist.
Zirkonium steigert die Festigkeit des Stahls und dient außerdem zur Verbesserung der Gestalt der im Stahl vorliegenden Sulfide sowie zur Verhinderung der Vergröberung der Kristallkörner. Übersteigt die Zirkoniummenge 0,1 %, so wird die Schlagzähigkeit des Grundmetalls beträchtlich beeinträchtigt, weswegen der Gehalt an Zirkonium auf nicht mehr als 0,1 und vorzugsweise nicht mehr als 0,04 % begrenzt ist.
Selen dient zur Erhöhung der Festigkeit des Stahls und zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Stahls. Liegen im Stahl jedoch Selenanteile von mehr als 0,1 % vor, so wird die Schlagzähigkeit des Grundmetalls beträchtlich beeinträchtigt,
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— ο —
weshalb der Selengehalt auf nicht mehr als 0,1 % begrenzt ist.
Im erfindungsgemäßen Stahl können die bei der normalen Stahlerzeugung unvermeidbaren Verunreinigungen toleriert werden. Da durch Phosphor jedoch die Anfälligkeit der Schweißung gegen Warmrisse gesteigert wird, sollte der Phosphorgehalt nicht mehr als 0,035 % betragen. Der Schwefelgehalt ist auf nicht mehr als 0,015 und vorzugsweise nicht mehr als 0,01 % begrenzt, da durch höhere Schwefelgehalte die durch Seltenerdmetall und Bor erzielte verbesserte Zähigkeit der durch die Schweißhitze beaufschlagten Zone bei einer mit großer Wärmezufuhr durchgeführten Schweißung vermindert wird. Außerdem wird durch Schwefel ein großer Anteil an Einschlüssen im Stahl verursacht und werden die inneren Eigenschaften des Stahles beeinträchtigt.
Die Erfindung bezieht sich auf Stähle zum Schweißen mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm und die Gründe für eine derartige Festlegung beruhen darauf, daß die Zähigkeit der Schweißverbindung im Vergleich zu herkömmlichen Stählen beachtlich gut ist, wenn die Schweißung mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm niedergebracht wird.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Figuren 1 und 2 den Einfluß von Seltenerd- bzw. Borgehalten
auf die Kerbzähigkeit von jeweils mit einer
f Wärmezufuhr von 230 000 J/cm erzeugten Schweiß
verbindungen ,
Fig. 3 den Verlauf der Temperatur über die Zeit bei der mit einer Wärmezufuhr von 230 000 J/cm erzeugten Schweißung
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Figuren 4 und 5 Abbildungen des Feingefüges von mit einer
Wärmezufuhr von 230 000 J/cm erzeugten Schweißverbindungen sowie von solchen, die während der Abkühlung von einer Temperatur von 640 C abgeschreckt worden waren. Dabei betreffen die Figuren 4a und 5a das Gefüge eines sowohl bor- als auch seltenerdmetallfreien Gefüges, die Figuren 4b und 5b das Gefüge eines borhaltigen Stahls, die Figuren 4c und 5c das Gefüge eines seltenerdmetallhaltigen Stahls und die Figuren 4d und 5d das Gefüge eines Bor- und Seltenerdmetall enthaltenden Stahls.
Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne daß die Erfindung auf dieselben beschränkt wäre.
Beispiel 1
Die chemischen Zusammensetzungen der verwendeten warmgewalzten Stahlplatten sind in der folgenden Tafel 1 zusammengestellt. Die Prüfung der Zähigkeit der mit Hilfe einer Einschichtschweißung mit einer Wärmezufuhr von 230 000 J/cm hergestellten Schweißverbindungen wurde nicht nur an einer tatsächlichen Schweißverbindung, sondern auh an einer synthetischen Probe während des Temperaturzyklus-Wiedergabetestes vorgenommen.
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Tafel
Chemische Zusammensetzung der verwendeten Stahlplatten: (1) (Gew.-%)
cn Q co
O oo cn oo
Erfindungs
gemäßer
Stahl		 PrcVbenbe-
zeichnun^		 C Si Mn P S S.E.M.*
gesamt		 B •
»
Vergleichs
stahl		 A 0,11 0,27 1,43 0,014 0,004 0,025 0,0015
Herkömmlicher
Stahl		 B 0,12 0,27 1,51 0,013 0,004 0,027 0,0023
C 0,08 0,26 1,46 0,014 0,005 0,028 0,0026
D 0,12 0,25 1,46 0,014 0,003 0,028 0,0033
E 0,12 0,26 1,48 0,015 0,006 0,028 0,0040
F 0,14 0,31 1,45 0,014 0,006 0,026 0,0073
G 0,11 0,27 1,45 0,014 0,004 0,009 0,0026
H 0,10 0,26 1,46 0,014 0,005 0,052 0,0027
I 0,15 0,23 1,51 0,013 0,006 0,084 0,0025
J 0,13 0,30 1,62 0,016 0,007 - 0,0026
K 0,13 0,32 1,55 0,012 0,005 0,115 0,0028
L 0,12 0,26 1,48 0,014 0,004 0,027 -
M 0,14 0,23 1,51 0,013 0,006 0,026 0,012
N 0,13 0,28 1,49 0,016 0,005 -
*) S.E.M.: Seltenerdmetall
cn
Die mechanischen Eigenschaften des Grundmetalls und die absorbierte Energie (Eo) sowie die Umwandlungs- oder Übergangstemperatur (vTrs) beim Charpy-Versuch mit V-förmig gekerbten Proben der Schweißverbindung sind in der folgenden Tafel 2 zusammengestellt.
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Tafel Mechanische Eigenschaften des Grundmetalls und der SchweißverTDindung (1)
Proben
bezeich
nung		 Grundmetall-Platte Zugfestig
keit
Kg/mm		 Dehnung
(GL=25)		 Schlagprobe gemäß
jap. Industrie
norm Nr. 4		 vTrs
0C		 Bei 230 000 J/cm
Wärmezufuhr erzeug
te Schweißverbin
dung		 vTrs
0C		 -8 f
Erfindungs
gemäßer
Stahl		 A Probe für den Zugversuch
gemäß jap. Industrienorm
Nr 4		 47,1 35 Eo
mKg		 -36 Schlagprobe gemäß
jap. Industrie
norm Nr. 4		 16 -34
Vergleichs
stahl		 B Streck
grenze
ρ
Kg/mm		 47,8 35 30,0 -45 Eo
mKg		 -40 -25
C 31,5 42,2 38 30,0 -64 4,0 -49 47
D 32,4 47,6 34 30,0 -37 30,0 -44
E 27,7 47,0 37 28,0 -23 30,0 -21
JT 30,4 50,4 34 25,3 -10 30,0 0
G 30,8 47,1 35 14,5 -49 30,0
H 32,4 45,5 36 30,0 -30 10,0 JI
I 31,8 52,8 33 30,0 -12 13,8 JI
J 28,9 48,7 32 13,5 -23 25,0 JD
Jl
34,3 20,0 17,3
29,4 1,8
Fortsetzung nächste Seite
Fortsetzimg von Tafel
CD CD OO
Vergleichs
stahl		 K 32,8 49,0 33 2,8 25 3,4 30
herkömm
licher Stahl		 L 33,9 49,4 38 26,8 -29 1,6 52
M 33,1 51,0 34 3,2 33 2,5 28
N 34,5 52,2 36 9,2 5 1,2 63
cn co CO (JR
Die Beziehungen zwischen den Gehalten an Seltenerdmetall "bzw. Bor und der Übergangs- oder Umwandlungstemperatur (vTrs) sind in den Figuren 1 bzw. 2 anhand der entsprechenden Proben aus den Tafeln 1 und 2 dargestellt.
Die Vergleichsstähle J und L unterscheiden sich vom erfindungsgemäßen Stahl dadurch, daß sie kein Seltenerdmetall bzw. kein Bor enthalten. Bei diesen Vergleichsstählen, die entweder kein Seltenerdmetall oder kein Box' enthalten, ist die Zähigkeit der beim Schweißen mit großer Wärmezufuhr erzeugten Schweißverbindung beachtlich niedrig, so daß sich diese Vergleichsstahle nicht wesentlich von dem herkömmlichen Stahl gemäß Probe N unterscheiden, der im Stand der Technik sehr häufig verwendet wird. Demgegenüber zeigen diejenigen Stähle, welche sowohl Seltenerdmetall als auch Bor enthalten, eine beträchtliche Steigerung der mit einer großen Wärmezufuhr erzeugten Schweißverbindung, was insbesondere dann zu beobachten ist, wenn 0,001 bis 0,005 % Bor und 0,01 bis 0,05 % Seltenerdmetall nebeneinander vorliegen, da bei einer solchen Zusammensetzung die günstigsten Ergebnisse erzielt werden.
In Figur 4- sind Abbildungen des Feingefüges der Schweißverbindungen bei 100-facher Vergrößerung dargestellt, welche erhalten wucLen,. nachdem der herkömmliche Stahl (IT), der lediglich Bor enthaltende Vergleichsstahl (J), der lediglich Seltenerdmetall enthaltende Vergleichsstahl (L) und der sowohl Bor als auch Seltenerdmetall enthaltende Stahl (B) einer Wärmebehandlung, entsprechend einer Wärmezufuhr von 230 000 J/cm, gemäß Figur. 3, unterworfen worden war. Zur Klärung der Ferritbildung sind in Figur 5 Abbildungen von Feingefügen dargestellt, welche während des Abkühlens bei der genannten Wärmebehandlung durch Abschrecken von 64-00C erhalten wurden.
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Aus dem Vergleich der Figuren 5a und 5"b geht hervor, daß der Zusatz van Bor dazu führt, 'daß eine große Ferritmenge" inselförmig in Austenitkörnern ausgeschieden wird. Demgegenüber ist bei dem einer Schweißung mit großer Wärmezufuhr entsprechenden Gefüge gemäß Figur 4b ein Großteil durch Widmannstattensches Ferritgefüge und oberes Bainitgefüge eingenommen, wodurch die Zähigkeit bei niedriger Temperatur schlecht ist.
Andererseits ergibt sich aus dem Vergleich der Figuren 5a und 5c, daß das Seltenerdmetall die Wirkung hat, Widmannstattensches Ferritgefüge unabhängig von den Korngrenzen in Austenitkörnern zu bilden und die Menge gebildeten Ferrits zu erhöhen. Das der einer Schweißverbindung bei Schweißung mit hoher Wärmezufuhr entsprechende Gefüge bleibt jedoch nicht im im Hinblick auf die Zähigkeit ungünstigen oberen Bainitbereich, wie im Falle des Borzusatzes, sondern wird zu einem groben Widmannstattenschen Ferritgefüge mit der Folge, daß die Kerbzähigkeit bei niedriger Temperatur schlecht ist.
Beim Zusatz von sowohl Bor als auch Seltenerdmetall, wie in Figur 5d dargestellt, wird eine größere Menge an feinem inselförmigen Ferrit in Austenitkörnern gebildet als im Falle des Zusatzes von lediglich Bor gemäß Figur 5"b. Das der Schweißverbindung beim Schweißen mit hoher Wärmezufuhr entsprechende Gefüge wird zu dem in Figur 4-d dargestellten feinen Ferrit-Perlit-Gefüge mit ausgezeichneter Zähigkeit.
Es'wird angenommen, daß das einer Schweißverbindung durch Schweißen mit hoher Wärmezufuhr entsprechende Gefüge dank dem Einfluß des Bors auf die Ausbildung feinen inseiförmigen
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Ferrits in Austenitkörnern und dank des Einflusses des Seltenerdmetalls in Richtung auf Förderung der Ferritausbildung ein Mischgefüge aus feinem Ferrit und Perlit ist, welches sich durch eine ausgezeichnete Zähigkeit auszeichnet.
Die komplexe Wirkungsweise von Bor und Seltenerdmetall ist durch die Erfinder gefunden worden und es ist als sehr vorteilhaft anzusehen, daß diese neue Lehre auf schweißbare Stähle für ein Schweißen mit hoher Wärmezufuhr angewandt wird.*
Im Rahmen der Erfindung sind unter Seltenerdmetall die Elemente La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb und Lu allein oder in Form von Mischungen zu verstehen. In der Praxis wird im allgemeinen Mischmetall verwendet, welches aus einer Mischung von Seltenerdmetallen besteht.
Beispiele, bei welchen Gebrauch von den Wahlkomponenten gemacht ist, sind in den folgenden Tafeln 3A und 3B zusammengestellt.
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T a f e 1
5A
Erfin
dungs
gemäße
Stahl		 Proben-
be-
zeich-
nung
O		 Zusammensetzung des Grundmetalls C Si Mn P 1
S		 S.E.M*
gesamt		 B AZ ■Nb ■v "Cu Ni Cr Mo Ti - Zr Se
her
kömm
licher
Stahl		 Γ
P		 0f15 0,31 V5 0f 014 0.006 0,035 0?0024 0;035 - - - - - - - - -
Q 0J13 0,25 1.48 0,012 0,004 0r 028 0,0022 - - 0,03 - - - - - -
R 0,09 0,34 1,41 0.012 0;008 0,030 0j0025 - - Qj 04 0,17 0,. 21 - - - - -
S Q,IA 0.25 lj3C 0,016 0,006 0,017 0,0015 0,015 0,03 - - - 0,22 - - -
T 0,14 0,18 1,45 0,017 0,005 0,029 0,0013 0,031 - - - - - 0,18 0,017
U 0,13 0.28 1,46 0,014 0,005 0,013 0,0025 - - - - - - - - - -
W 0,13 0,22 1,45 0,015 0,006 0.026 0,0025 - - - - - - - - 0,03 -
V 0,12 0,26 1,45 0,015 0,004 0,032 0,0030 0,021 - - - - - - 0,03
0,13 0,36 1,42 0,020 0,008 - - 0,023 - 0,04
 - 0,21 - - rv?
cn
ro
cn
CO
L^e—ι		 -
*) S.E.M. = Seltenerdmetall
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cn
- 18 Tafel 3B
Erfin
dungs
gemäßer
Stahl		 Proben-
be-
zeich-
nung		 Grundmetall Zugfestig
keit
p
Kg/mm		 Deh
nung
GL-25)		 ächlagprobe gemäß jap.
Industrienorm Nr. 4		 vTrs
0C		 Bei 230 000 J/cm Wärmezufuhr,
erzeugte Schweißverbindung		 vTrs
0C
herkömm
licher
Stahl		 O Probe für den Zugver
such gemäß jap.Industrie-
norin Nr. ,4		 51,0 35 Eo
mKg		 -50 Schlagpr.obe gemäß jap. Industrie
norm Nr. 4		 -42
P Streck
grenze
Kg/mm		 55,7 36 30,0 -40 Eo
mKG		 -30
50985 Q 53,8 55,2 35 27,0 -55 50,0 -25
1 /0858 R 55,0 57,6 51 25,0 -30 25,0 -28
S 41,2 53,5 52 26,2 -15 21,5 -52
T 45,0 57,7 51 20,3 -55 24,6 -28
U 40,2 50,2 55 28,1 -40 20,0 -38
W 59,8 50,5 53 30,0 -42 25,2 -50
V 55,0 55,0 32 50,0 -52 30,0 55 S
53,5 50,0 26,3
44,3 2,5
Wie die Versuchsergebnisse zeigen, werden die durch gleichzeitiges Vorliegen von Bor und Seltenerdmetall innerhalb der genannten Grenzen erzielbaren günstigen Werte auch durch Gehalte an den genannten Wahlkomponenten nicht beeinträchtigt.
Die schweißbaren Stähle nach der Erfindung führen zu einer ausgezeichneten Zähigkeit der Schweißverbindung bei Anwendung des Schweißens mit großer Wärmezufuhr, ohne daß eine Beeinflussung durch die Wärmebehandlung der Grundplatte auftritt. Ein Beispiel ist der folgenden Tafel 4 zu entnehmen.
509851/08 5 8
Tafel 4
Mechanische Eigenschaften des Grundmetalls und der Schweißverbindung (5)
Erfindungs
gemäßer
Stahl		 Probenbe-
zeichnung		 Warmge
walzter
Stahl		 Grundmetall Zugfestig
keit
ο
Kg/mm		 I
λ 		Schlagprobe
gemäß öaP·
Industrie
norm Nr. 4		 Eo
mKg		 vTrs
0C		 3ei 250 000 J/cm Wärme
zufuhr erzeugte Schweiß
verbindung		 vTrs
0C
5098 B Normali
sierter
Stahl (1)		 Zugprobe gemäß jap.
Industrienorm
Nr. 4		 47,8 Deh
nung
%		 50,0 -45 Schlagprobe gemäß jap.
Industrienorm Nr. 4		 -40
51 /08 vergüteter
Stahl (2)		 Streck
grenze
Kg/mm2 		48,0 55 50,0 -60 Eo
mKg		 -58
cn
OO		 52,4 62,5 54 22,8 -65 50,0 -40 fO
cn
NJ
52,0 55 28,2
48,0 25,0
(1) Auf 9200C gehalten, dann Abkühlung an Luft.
(2) Auf 9200C gehalten, dann Abkühlung mit Wasser —» an Luft.
auf 5800C gehalten, dann Abkühlung
Aus der vorstehenden Tafel ist ersichtlich, daß der warmgewalzte Stahl, der normalisierte Stahl und der vergütete Stahl über eine ausgezeichnete Zähigkeit der Schweißverbindung verfügen. Dabei fällt insbesondere auf, daß der aus dem gleichzeitigen Vorliegen von Seltenerdmetall und Bor resultierende Effekt im wesentlichen nicht durch die Vorbehandlung der Grundplatte beeinflußt wird. Dieses ist vorteilhaft, wenn die Stahlplatte zur Erhöhung ihrer Festigkeit wärmebehandelt wird.
Sodann wurde die Zähigkeit der Schweißverbindung bei unterschiedlicher Wärmezufuhr ermittelt, was anhand des erfindungsgemäßen Stahls (B) und des herkömmlichen Stahls (N) erfolgte. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tafel 5 zusammengestellt.
Tafel 5 .
Beziehung zwischen Wärmezufuhr und Zähigkeit
(mkg) bei O0C
Erfin
dungsge
mäßer
Stahl		 Probenbe
zeichnung		 30 000
J/cm		 60 000
J/cm		 100 000
J/cm		 230 000
J/cm
herkömm
licher
Stahl		 B 6 10 25 30
N 4- 3 3
509851 /0858
Beim herkömmlichen Stahl N erniedrigt sich die Zähigkeit der Schweißverbindung mit steigender Wärmezufuhr, wohingegen beim erfindungsgemäßen Stahl B die Zähigkeit mit wachsender Wärmezufuhr immer weitere ansteigt, wobei dieser Effekt insbesondere bei Wärmezufuhren von mehr als 60 000 J/cm auftritt.
Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß sich bei Verwendung des erfindungsgemäßen Stahls für ein automatisches Schweißen mit hoher Wärmezufuhr, wie solches bei der Errichtung von Bauteilen mit großen Abmessungen häufig verwendet wird, Beeinträchtigungen der Zähigkeit der Schweißverbindung oder Schweißnaht vermeiden lassen, was selbst dann der Fall ist, wenn die Schweißung einschichtig niedergebracht wird. Somit kann durch den erfindungsgemäßen Stahl die Anzahl der erforderlichen Schweißungen beträchtlich erniedrigt werden und kann die Schweißeffizienz in kostensenkender Weise verbessert werden.
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Claims (4)

Patentansprüche
1. Schweißbarer Stahl mit ausgezeichneter Zähigkeit der Schweißverbindung bei einer Einschichtschweißung mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm, enthaltend 0,03 bis 0,22% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,8 % Silicium und 0,4 bis 2,0 % Mangan sowie 0,005 Ms 0,1 % Seltenerdmetall und 0,0005 Ms 0,01 % Bor, Eest im wesentlichen Eisen.
2. Schweißbarer Stahl mit ausgezeichneter Zähigkeit der Schweißverbindung beim Einschichtschweißen mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm, enthaltend 0,03 bis 0,22 % Kohlenstoff, 0,02 bis 0,8 % Silicium und 0,4 bis 2,0 % Mangan sowie 0,005 'bis 0,1 % Seltenerdmetall und 0,0005 bis 0,01 % Bor und enthaltend ferner wenigstens eines der folgenden Elemente, nämlich max. 0,1 % Niob, max. 0,1 % Vanadium, max. 0,5 % Kupfer, max. 1,0 % Nickel, max. 0,8 % Chrom, max. 0,5 % Molybdän, max. 0,1 % Selen, max. 0,1 % Aluminium, max. 0,1 % Titan und max. 0,1 % Zirkonium, Rest im wesentlichen Eisen.
3. Schweißbarer Stahl mit ausgezeichneter Zähigkeit der Schweißverbindung bei einer Einschichtschweißung mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J /cm, enthaltend 0,05 bis 0,18 % Kohlenstoff, 0,15 Ms 0,4 % Silicium und 0,7 bis 1,7 % Mangan sowie 0,01 bis 0,05 % Seltenerdmetall und 0,001 bis 0,005 % Bor, max. 0,035 % Phosphor und
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max. 0,015 % Schwefel, Rest Eisen.
4. Schweißbarer Stahl mit ausgezeichneter Zähigkeit der Schweißverbindung "bei einer Einschichtschweißung mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm, enthaltend 0,05 bis 0,18 % Kohlenstoff, 0,15 "bis 0,4% Silicium und 0,7 bis 1,7 % Mangan sowie 0,01 bis 0,05 % Seltenerdmetall und 0,001 bis 0,005 % Bor, max. 0,035 % Phosphor, max. 0,015 % Schwefel sowie enthaltend wenigstens eines der' folgenden Elemente, nämlich max. 0,03 % Niob, max. 0,05 % Vanadium, max. 0,3 % Kupfer, max. 0,6 % Nickel, max. 0,6 % Chrom, max. 0,1 % Molybdän, max. 0,1 % Selen, max. 0,1 % Aluminium, max. 0,04- % Titan und max. 0,04 % Zirkonium, Rest im wesentlichen Eisen.
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Leerseite
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