DE2629744A1

DE2629744A1 - Auftragsschweissgut

Info

Publication number: DE2629744A1
Application number: DE19762629744
Authority: DE
Inventors: Frederick Nicholson
Original assignee: KJELLBERG ESAB GmbH
Current assignee: KJELLBERG ESAB GmbH
Priority date: 1975-07-10
Filing date: 1976-07-02
Publication date: 1977-01-27
Also published as: JPS5224143A; DE2629744B2; NO139179C; DE2629744C3; NO139179B; GB1488109A; CA1065652A; SE7507899L; ES449709A1; DK144660C; BR7604508A; AU504186B2; FR2317367B1; IT1062455B; FR2317367A1; ZA763932B; DK313476A; SE393550B; AU1549576A; DK144660B

Description

PATiNTANWALTf hl/L^ -**? ί

Dr. V. BUSSE · Dipl.-Ing. D. BUSSE

OSttobrOck · Möwritraße 20-24 Osnabrück,· 3Q.. Juni 1976

Vfc/Ka

KJßJLlberg-Esab GmbH 9R9Q7//

Postfach IQQ. 763». 5650 Splingen 1 Auf tragsschujeissgut

Dia Erfindung betrifft ein Auftragsschtueissgut, das als Verschleissschicht auf Werkzeugen, tuie z.B. Arbeitsuralzen und Stütziualzen, von Walzwerken Verwendung findet.

Es ist bekannt derartige Werkzeuge, insbesondere Arbeitstualzen von Warmiualzuiarken, mittels Lichtbogenschiueissung mit einer Schicht aus einer verschleissfesten Legierung zu belegen. In der nachfolgenden Aufstellung merden einige solche bekannte Legierungen angegeben, die als Auftragsschtueissgut für Walzen für Warmiualzuierke vorgeschlagen u/urden.

Beispiel Nr	1	2	3	4
C, %	0,22	1,10	0,05	0,08
Si, %	1,0	1,25	0,30	0,55
Mn, %	0,5	1,10	1,50	1,30
Cr, %	5,0	7,70	4,80	2,5
Mo, %	1,1	1,00	0,63	1,0
V, %	0,3	-	" -	-
W, %	-	1,60	-	-
Fe, %	Rest	Rest	Rest	Rest

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Das Schweissgut gemäss Beispiel 2 hat die beste Verschleissfestigkeit, aber auch eine starke Neigung zur Bildung von Warmrissen (Erstarrungsrisse) und kann daher nur dort angewendet werden, wo das Auftreten von Rissen belanglos ist, wie z.B. bei Walzen für Rollgänge oder anderen Walzen, die nur geringen Arbeitsdrücken ausgesetzt werden. Das Auftragsschtueissgut gemäss Beispielen 1,3 und 4 und ähnlichen Legierungen hat - eine geringere Neigung zur Warmrissbildung. Ein solches Schweissgut uiird als Verschleissbelag bei Walzen in Warmwalzwerken verwendet. Die Varschleissfestigkeit ist aber nicht ausreichend um die Kosten für eine Walzenreparatur durch Aufschweissen einer neuen Verschleissschicht wirtschaftlich vertretbar zu machen·

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Auftragsschureissgut zu schaffen, das als Uerschleissschicht Verwendung finden kann, im ungünstigsten Fall nur eine geringe Neigung zur Rissbildung aufweist.und das eine ausreichende Härte mit hoher Verschleissfestigkeii vereint« Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung eine Auftragsschweissgut zu schaffen, das als l/erschleiasschicht von Warmbearbeitungswerkzeugen verwendet werden kann. Hierzu sind beispielsweise zu zählen: Werkzeuge für das Gesenkschmieden, Presswerkzeuge, Mundstücke für das Strangpressen, Spritzgussformen, Lochdorne für das Lochwalzverfahren, Dorne für das Warmziehen von Rohren und Walzen für Warmwalzwerke.

Das Auftragsschweissgut gemäss vorliegender Erfindung hat folgende Zusammensetzung:

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C	0,55 -	2,0
Si	0,2 -	4,0
Mn	0,2 -	3,0
Cr	4,0 -	6,5
Nb	2,5 -	15,0

starke Karbidbildner ausser
Nb, insgesamt 0 - 3,5 %

Ni 0 - 0,5 %

Fe Rest,

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen, wobei Niobium und Kohlenstoff zueinander in einem Verhältnis auftreten, das durch die schraffierte Fläche in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung angegeben ist.

Unter "starken Karbidbildnern ausser Niobium" sind hier die Metalle W, Mo, V und Ti zu verstehen.

Da metallisches Niobium und Ferroniobium als Handelsware stets Tantal als Verunreinigung enthalten, wird das Auftrags· schweissgut gewöhnlich auch etmas Tantal beinhalten.

Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Auftragsschweissgut 0,6 bis 1,5 % Mo.

Das Auftragsschuieissgut gemäss der Erfindung kann mittels irgend einer geeigneten Schuieissmethode aufgetragen werden, das Elektroschlackeschweissverfahren ist darin inbegriffen. Das Auf tragsschuieissgut wird doch vorzugsweise mittels Lichtbogenschweissung aufgetragen, wobei das Zusatzmaterial in Form einer schmelzbaren Elektrode zugeführt wird, die entweder ein Blankdraht (Unterpulverschweissung und Schutzgasschweissung) oder eine umhüllte Elektrode (Handschweissung) sein kann. Die Blankdrahtelektroden, die bei der Unterpulverschweissung und Schutzgasschweissung verwendet

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ü/e£*den, bestehen vorzugsuieiss 'aus einer Hölle aus unlegiertem Stahl, dia mit Legierungselamenten gefüllt ist, die zusammen mit der Stahlhülle die »iorgesehens Zusammensetzung des Auftragssehweissgutes ergeben. Die Füllung kann auch Desoxydationsmittel enthalten. Die Füllung einer solchen Elektrode zum Schutzgasschuieissen kann zusätzlich Flussmittel enthalten, die die metallische Schmelze überdecken und neben dem Gasschutz einen zusätzlichen Schutz gegen den Luftzutritt bilden. Eine für das genannte Auftragsschu/eissgut geeignete umhüllte Elektrode besitzt einen Kerndraht aus unlegiertem Stahl und die vorzugsweise kalkbasische Hülle enthält die erforderlichen Legierungsbestandteile als Zusätze.

Wird das Auftragsschtssissgut mittels Unterpulverschu/eissung aufgetragen, .empfiehlt sich die Vertuendung eines neutralen oder basischen Schuieisspulvers. Das Schuieisspulver soll aussardem eine leicht abhebbare Schlacke bilden.

Das Auftragsschweissgut gemäss der Erfindung nsigt trotz des relativ hohen Kphienstoffgehaltes kaum zur Warmrissbildung. Diese hervorragende Eigenschaft kann der Wirkung des Nipbiumgehaltes zugeschrieben werden, der gemäss der Erfindung dem Kohlenstoffgehalt entsprechend angepasst ist. Untersuchungen haben ergeben, dass das Niobium mit einem wesentlichen Teil des Kohlenstoffs die Legierung Niobkarbid bildet. Diases Karbid beginnt sieh am Anfang des Erstarrungsprozessss zu bilden und verhindert damit die Seigerung des¹ kohlsnstoffreichen SehroeIze_D die die Bildung "s/on W

υ w ν) © k< i υ θ ε β

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Das Auftragsschmelssgut gemass der Erfindung hat eine Festigkeit und Zähigkeit, die den strängen Prüfbedingungen, denen die Oberfläche eines Warmbaarbeiiungsu/erkzeuges unterworfen wird, angemessen ist. Darüber hinaus-besitzt das Auftragsschweissgut einen hervorragenden Verschlaiss« widerstand, insbesondere gegenüber einar Abnutzung, die von sinem heissen Werkstück an der Oberfläche des Warmbearbeitungsuierkzeuges hervorgerufen uiird. Der erhöhte Verschleissu/iderstand des erfindungsgemässen Auftragsschuieissgutes beruht vermutlich hauptsächlich auf dem Vorhandensein von wesentlichen Mengen Niobka^bid im Metall.

Das Auftragsschujeissgut gemäss des· Erfindung ist auch sthr beständig gegenüber thermischer Ermüdung (englisch: "fii.8 cracking" oder "thermal fatigue"). Die thermische Ermüdung ist durch ein stetiges Anwachsen von Länge und Tief® min« ziger Risse in der Arbsitsoberfläche dss Warmbaarbeitungsluerkzeuges gekennzeichnet und kann durch eine graphische Darstellung der Risslänge als Funktion der Anzahl der thermischen Belastungszyklen des Auftragsschureissgutes angegeben werden. Beim Auftragsschuieissgut gemäse der Erfindung ist die Waehstuiasgeschudndigkslt der Rissigkeit sehr klein und die Lebensdauer des Auftragsschmeissgutes wird daher hauptsächlich durch dis Abnützung bestimmt·

Der Chromgehait im Auftragsschuieissgut ist für die Verbesserung der Warmfestigkeit des Stahlss - dia für die thermische £rraü>dung ausschlaggebend ist - und der Oxydationsbeständigkeit des Stahles bedeutungsvoll« Das Chrom erfüllt eine wsiters wichtige Aufgabe;., indem es im Stahl

082

die Voraussetzung für die metallurgische Umujandlung schafft, die zum Erreichen des geu/ünschten Gefüges der Metallmatrix des Auftragsschweissgutes erforderlich ist.

Beie Auftragsschu!3issen von legierten lufthärtenden Stählen, zu denen auch das Auftragsschweissgut gemäss der Erfindung zu zählen ist, ist es bekannt das Werkstück, das mit einer Auftragsschweissung versehen werden soll, auf eine Temperatur uorzuwärmen, die über der Ms-Temperatur liegt, unter welcher Ciis Hartensitbildung im Schu/eissraetall beginnt, und das hfsskstück innerhalb eines Temperaturbereiches zu halten, Ln dem das Austenitgefüge unverändert bleibt oder während u£S Dauer der Schufeissarbeit nur einer geringfügigen Umwandlung unterliegt.

Diθ üorwärmtemperatur beträgt vorzugsweise 400 bis 500 C. Diese Richtlinien für die Durehführung der Schweissarbeit gelten auch für das Auftragsschweissgut gemäss der Erfindung. ir/egan der verhältnissmässig hohen Vorwärmtemperatur wird die erste Schiueisslage aus einer Mischung des eingebrachten Materials und dem aufgeschmolzenen Grundmaterial bestehen. Plamalerweise ist es notwendig zumindest zwei, vorzugsweise sksjih drei Schweissiagen übereinander aufzutragen um sicherzustellen, dass die oberste Lage im wesentlichen nur Material

von
enthält, das/der Elektrode herrührt. Es ist jedoch auch möglich unter Anwendung besonderer Methoden die Vermischung des eingebrachten Schweissmaterials der ersten Lage mit dem Grundmaterial so weit hintan zu halten, dass die erste Lage im üüssentlichen die gewünschte Zusammensetzung besitzt.

9884/082 §

Der allgemeine Bereich der Zusammensetzung des Schweissgutes gemäss der Erfindung kann entsprechend dem Kohlenstoffgehalt unterteilt werden und man erhält drei Gruppen von Legierungen mit verschiedenen metallurgischem Gefüge.

Gruppe Kohlenstoffgehalt Gefüge der Matrix in %

1	OJ 55 -	0,8	martensitisch/bainitisch
2	0,8 -	1,2	überwiegend martensitisch
3	1,2 -	2,0	ferritisch

Deder der drei Gruppen wird nun durch ein besonders Beispiel näher beschrieben.

Beispiel	I	0,65 -	0,7 %
C	0,5 -	1,0 %
Si	0,75 -	1,25 %
Mn	4,0 -	6,0 %
Cr	3,2 -	4,0 %
Nb	1,0 -	1,25 %
Mo	Rest
Fe

mit oder.ohne den üblichen Verunreinigungen einschliesslich höchstens 0,04 % Schwefel und höchstens 0,04 fa Phosphor.

Ein Auf tragsschujeissgut dieser Zusammensetzung besitzt je nach Höhe der Anlasstemperatur eine Vickersharte zwischen 300 und 600 Hv. Fig. 2 zeigt ein typisches Anlassdiagramm. Bei einigen Zusammensetzungen innerhalb der angegebenen Grenzen kann bei einer Anlasitemperatur von etwa 500 C ein sekundäres Härtemaximum auftreten.

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Beispiel II	1,0 -	1,2
C	2,0 -	2,5
Si	2,0 -	2,5
Mn	4,0 -	6,0
Cr	8,0 -	9,0
Nb	0,9 -	1,1
Mo	Rest
Fe

mit oder ohne die üblichen Verunreinigungen.

Ein Auf tragsschujeissgut dieser Zusammensetzung besitzt eine Härte im Bereich von 300 bis 550 Hv. Fig. 3 zeigt ein Anlassdiagramm für ein Auf tragsschuieissgut, dessen Zusammenzetzung in dem Bereich dieses Beispiels liegt.

Beispiel	III	1,5 -	1,7 %
C	2,7.5 -	3,25 %
Si	2,0 -	2,5 %
Mn	4,0 -	5,0 %
Cr	11,5 -	12,5 %
Nb	0,7 -	1,0 %
Mo	Rest
Fe

mit oder ohne die üblichen Verunreinigungen. Die Härte für ein Auftragsschmeissgut dieser Zusammensetzung liegt ungefähr zwischen 340 und 380 Hv. Fig. 4 zeigt ein typisches Anlassdiagramm für eine derartige Zusammensetzung.

Zusammensetzungen der angeführten Beispiele sind mit Erfolg als Auftragsschuteissgut Für Walzen von Warmufalziuerken zur Verwendung gekommen« Die Walze, die mit einer Verschleissschichte versehen werden soll, wird zunächst auf eine Temperatu2 zwischen 400 und 500 C vorgesirrat und nährend der

Schujeissarbeit auf dieser Temperatur gehalten. Die Walze wird gedreht und ein Schweissbrenner zum Unterpulverschweissen wird während der Drehung langsam in achsialer Richtung verschoben, so dass auf der Walze eine spiralförmige Schweissraupe aufgetragen wird. Zumindest zwei, vorzugsmeise jedoch drei Schweisslagen werden übereinander aufgetragen. Der Schweissströra. liegt in einem Bereich zwischen 300 und 1200 A. Wird mit hohen Strömen geschweisst, ist die Anwendung von Zwillingselektroden vorzuziehen, d.h. einem Paar von Elektroden, die einem gemeinsamen Schweissbad zugeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die angegebenen Schweissdaten begrenzt, die hier lediglich als Beispiel angegeben sind·

Claims

Patentansprüche

Iy Auftragsschu/eissgut, dadurch gekennzeichnet, dass es aus

C 0,55 - 2,0 Si 0,2 - 4,0 Hn · 0,2 - 3,0 Cr 4,0 - 6,5 Nb 2,5 - 15,0 starke Karbid
bildner ausser
Nb, insgesamt 0 3,5 Ni 0 0,5 Fe Rest

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen besteht, und Niobium und Kohlenstoff zueinander in einem Verhältnis auf-^ treten, das durch die schraffierte Fläche in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung angegeben ist.

2· Auftragsschweissgut gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es 0,6 - 1,5 % Mo enthält.

3« Auf tragsschiueissgut gemäss Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Si ein- bis zweimal so gross ist wie der Gehalt an Kohlenstoff.

4. Auftragsschureissgut gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus

C 0,65 - 0,70 ^, Si 0,5 - 1,0 % Hn 0,75 - 1,25 % Cr 4,0 - 6,0 % Nb 3,2 - 4,0 % Ho 1,0 - 1,25 % Fe Rest

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen besteht.

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5. Auftragsschiueissgut gemäss Patentanspruch 1, dadutch gekennzeichnet, dass es aus

C 1,0 - 1,2 Si 2,0 - 2,5 Mn 2,0 - 2,5 Cx 4,0 - 6,0 Nb 8,0 - 9,0 Mo 0,9 - 1,1 Fe Rest

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen besteht.

6» Auftragsschtueissgut gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus

C 1,5 - 1,7 % % Si 2,75-- 3,25 % % Mn 2,0 - 2,5 % Cr 4,0 - 5,0 %■ Nb 11,5 - 12,5 Mo 0,7 - 1,0 Fe Rest

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen.besteht.

7. Werkzeug mit einer auf einem Grundkörper aufgeschiuelssten Verschleissschichte, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschleissschichte eine Zusammensetzung gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 6 besitzt.

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