DE2609805A1

DE2609805A1 - Schweisszusatzwerkstoff fuer die elektrische lichtbogenschweissung

Info

Publication number: DE2609805A1
Application number: DE19762609805
Authority: DE
Inventors: Heinz Schabereiter
Original assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Current assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Priority date: 1975-03-25
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1976-10-07
Also published as: NL167111C; AT334151B; DE2609805C3; ATA226775A; FR2305267B1; FR2305267A1; GB1470750A; DE2609805B2; NL7603124A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schweißzusatzwerkstoff für die elektrische Lichtbogenschweißung zur Erzielung eines austenitischen Schweißgutes mit guten mechanischen Eigenschaften und höchster Korrosionsbeständigkeit, in Form von blanken oder umhüllten Stäben, Drähten, Fülldrähten oder Bändern.

Es ist bekannt, Schweißzusatzwerkstoffe für die Bildung eines austenitischen Schweißgutes so einzustellen, daß durch eine entsprechende Abstimmung der Elemente Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Nickel, Molybdän und Stickstoff beim Abschmelzen mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens ein austenitisches Gefüge entsteht. Dies ist dann der Fall, wenn im Schweißgut der Menge an ferritbildenden Elementen Cr, Mo und Si eine ausreichende Menge der Austenitbildner Ni, Mn und N sowie C gegenübersteht, von denen jedoch der Kohlenstoff für die Kompensation der Ferritbildner wegen seiner Wirkung auf die IK-Anfälligkeit praktisch ausscheidet.

Es ist ferner bekannt, daß die Korrosionsbeständigkeit der Legierungen in besonderem Maße durch höhere Chromgehalte bestimmt wird. Aus Gründen der Warmrißsicherheit ist die

Bildung geringer Anteile von Ferrit im Schweißgut oft sogar erwünscht, wenngleich der Ferrit bekanntermaßen zur Bildung spröder Phasen, wie z.B. der Sigmaphase neigt. Bei einem Legierungsgehalt von 18 - 20 % Cr, 8 - 12 % Ni und 2 - 3 % Mo, den üblichen Schweißzusammensetzungen entsprechend, ist die Zerfallsneigung des Ferrits relativ gering, sodaß auch bei mehrlagigen Schweißungen die kurze Wärmeeinwirkung, die jede Schweißraupe durch die darübergelegten Schweißlagen erfährt, keine wesentliche Versprödung des Schweißgutes verursacht. Anders ist dies jedoch bei höheren Chromgehalten, wie sie für besonders hohe Korrosionsbeanspruchungen erforderlich sind. Die Praxis hat gezeigt, daß ab etwa 27 % Chrom das Schweißgut, selbst wenn es keine Ferritanteile enthält, in einem so hohen Maße zur Ausscheidung spröder Phasen neigt, daß sich bei mehrlagigen Schweißungen eine ganz entscheidende Versprödung ergibt. Dies ist auch der Grund dafür, daß für übliche korrosionsbeständige Schweißgutlegierungen, insbesondere solchen mit Kohlenstoffgehalten von weniger als 0,06 % C, ein maximaler Chromgehalt von 26 % Cr üblich ist. Für eine Reihe von Anwendungen im chemischen Apparatebau, wie z.B. der Harnstoffsynthese, muß aus Gründen der Korrosion außerdem der Nickelgehalt unter 25 % gehalten werden.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, Schweißzusatzwerkstoffe auf der Basis eines Cr-Ni-Mo-Stahles zur Herstellung von austenitischem Schweißgut mit höchster Kor- rosionsbeständigkeit zu schaffen, das bei Nickelgehalten bis max. 24 % trotz des erforderlichen hohen Chrom-Gehaltes von mehr als 27 %, vorzugsweise mehr als 28 % Cr auch bei mehrlagigen Schweißungen ausreichende Zähigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Schweißzusatzwerkstoff gelöst, der max. 0,10 %, vorzugsweise max. 0,06 % C, max. 1,0 % Si, 3,0 - 15,0 % Mn, 27,0 - 40,0 %, vorzugsweise 28,0 - 36,0 % Cr, 1,0 - 6,0 % Mo, 16,0 - 24,0 % Ni, 0,15 - 0,50 % N, Rest Fe mit der Maßgabe enthält, daß für den Gehalt an Stickstoff die Beziehung

Der erfindungsgemäße Schweißzusatzwerkstoff kann ferner bis 1 % Co, Nb, Ta, V, Ti und/oder Al bzw. bis 5 % Cu und/oder W enthalten, wobei das Gesamtausmaß dieser zusätzlichen Legierungsbestandteile nicht mehr als 10 % beträgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei sind zum Vergleich in Tabelle 1 verschiedene Zusammensetzungen für das Schweißgut von Schweißzusatzwerkstoffen angeführt, von denen die Probenummern 1 bis 4 den erfindungsgemäßen Schweißzusatzwerkstoffen ähnlich sind, diesen jedoch hinsichtlich der Beziehungen (a) bzw. (b) nicht entsprechen. Demgegenüber betreffen die Probenummern 5 bis 8 erfindungsgemäße Schweißzusatzwerkstoffe, bei denen somit die Beziehungen (a) und (b) erfüllt sind. In Tabelle 2 sind die für die Beurteilung des Schweißgutes wesentlichen mechanischen Gütewerte angeführt. Dazu wird ergänzend bemerkt, daß die Biegeproben gemäß den deutschen Normvorschriften (DIN 50121) und der Huey-Test zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit nach der Vorschrift gemäß ASTM A 262-68 ausgeführt wurden.

Die Schweißgutlegierungen Nr. 1 und 5 wurden aus Blankstäben von 4 mm Durchmesser mit Hilfe der WIG-Schutzgasschweißung hergestellt. Die chemische Zusammensetzung der Blankstäbe war die folgende:

Nr. C Si Mn Cr Mo Ni N

1 0,042 0,32 1,91 28,27 2,38 24,35 0,12

5 0,040 0,30 8,34 29,15 2,52 19,67 0,24

Die Kaltverarbeitbarkeit von Stab Nr. 1 war so schlecht, daß diese Legierung nicht als gezogener Draht, sondern nur als gegossener Stab hergestellt werden konnte.

Die Schweißgutlegierungen Nr. 2 und 3 bzw. 6 und 7 wurden mit Hilfe von umhüllten Elektroden hergestellt, wobei eine basische Hülle, bestehend aus 45 % CaCO[tief]3, 45 % CaF[tief]2, 2 % FeSi, 3 % Mn-Metall, 5 % Kaliwasserglas, auf den Kerndraht aufgebracht wurde. Zur Erzielung unterschiedlicher Schweißgutzusammensetzungen wurden fallweise Legierungszusätze der o.a. Umhüllung zugesetzt.

Für die Legierungstypen Nr. 2 und 3 wurde ein 4 mm Kerndraht mit der nachstehenden Zusammensetzung verwendet:

C Si Mn Cr Mo Ni N

0,025 0,28 5,50 26,70 2,60 19,60 0,09

Bei der Elektrode 2 wurden der Hülle 5 Gew.-Teile stickstoffhaltiges FeCr zugesetzt. Bei der Hülle 3 wurden folgende Zusätze gemacht:

5 Gew.-Teile stickstoffarmes FeCr und 5 Gew.-Teile Nickelpulver

Für die Elektroden der Schweißgutlegierungen Nr. 6 und 7 wurde ein anderer Kerndraht mit der nachstehenden chemischen Zusammensetzung verwendet:

C Si Mn Cr Mo Ni N

0,026 0,20 8,41 26,80 4,16 18,10 0,25

Zur Hülle 6 wurden 2 Gew.-Teile stickstoffhaltiges und 3 Gew.-Teile stickstoffarmes FeCr und zur Hülle 7 8 Gew.-Teile Manganmetall, 15 Gew.-Teile stickstoffhaltiges FeCr und 10 Gew.-Teile Nickelpulver zugesetzt.

Die Schweißgutlegierung Nr. 4 wurde als Fülldraht mit einem Durchmesser von 2,4 mm, der unter Reinargon abgeschweißt wurde, hergestellt. Der Fülldraht wurde aus einem austenitischen Band mit der nachstehenden chemischen Zusammensetzung erzeugt:

C Si Mn Cr Mo Ni N

0,035 0,26 1,65 20,23 2,95 16,35 0,16

Dem Fülldraht wurden im Innern 48 Gew.-Teile stickstoffarmes FeCr, 30 Gew.-Teile Nickelpulver und 3 Gew.-Teile Manganmetall zugesetzt.

Die Schweißgutlegierung Nr. 8 wurde als Fülldraht mit einem Durchmesser von 2,4 mm, der unter Reinargon abgeschweißt wurde, hergestellt. Der Fülldraht wurde aus einem austenitischen Band mit der nachstehenden chemischen Zusammensetzung hergestellt:

C Si Mn Cr Mo Ni N

0,031 0,15 8,20 25,15 2,30 27,10 0,22

Die Füllung wurde aus 66 Gew.-Teilen stickstoffhaltiges FeCr und 20 Gew.-Teilen Manganmetall gebildet.

Tabelle 1:

Tabelle 2:

Die in den Tabellen 1 und 2 enthaltenen Ergebnisse zeigen, daß das Schweißgut gemäß den Proben 1 bis 4, deutliche Versprödungserscheinungen erkennen läßt, wobei zu bemerken ist, daß als Kriterium für ausreichende Zähigkeit die Dehnung mindestens 25 % und die Einschnürung mindestens 35 % betragen soll, während für Biegeproben ein Biegewinkel von 180° gefordert wird. Tatsächlich wurde das Vorhandensein von spröden Ausscheidungen bei den Proben 1 bis 4 auch durch metallographische Untersuchungen mit Hilfe von Spezialätzmethoden bestätigt.

Claims

1. Schweißzusatzwerkstoff für die elektrische Lichtbogenschweißung zur Erzielung eines austenitischen Schweißgutes mit guten mechanischen Eigenschaften und höchster Korrosionsbeständigkeit, in Form von blanken oder umhüllten Stäben, Drähten, Fülldrähten oder Bändern, dadurch gekennzeichnet, daß er max. 0,10 %, vorzugsweise max. 0,06 % C, max. 1,0 % Si, 3,0 - 15,0 % Mn, 27,0 - 40,0 %, vorzugsweise 28,0 - 36,0 % Cr, 1,0 - 6,0 % Mo, 16,0 - 24,0 % Ni, 0,15 - 0,50 % N, Rest Fe mit der Maßgabe enthält, daß für den Gehalt an Stickstoff die Beziehung

2. Schweißzusatzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner bis 1 % Co, Nb, Ta, V, Ti und/oder Al bzw. bis 5 % Cu und/oder W enthält, wobei das Gesamtausmaß dieser zusätzlichen Legierungsbestandteile nicht mehr als 10 % beträgt.