DE2708685A1

DE2708685A1 - Schweissverfahren

Info

Publication number: DE2708685A1
Application number: DE19772708685
Authority: DE
Inventors: Trevor Bagshaw; John Mccann
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1977-02-28
Publication date: 1977-09-01
Also published as: SE7702094L; LU76843A1; IT1073271B; JPS52125442A; BE851742A; NL7702103A; GB1533044A; FR2342120B1; US4143258A; FR2342120A1; SE416898B

Description

Patentanwälte

Dipl.-lng. Curt Wallach Dip!.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d

Datum: ²⁸ · Februar 1977

Unser Zeichen: 15 799 -

Unionspriorität:

Datum:

Land:

Aktenzeichen:

27. Februar 1976

Großbritannien

7838/76

Bezeichnung:

Schweißverfahren

Anmelder:

British Steel Corporation, London/England

Als Erfinder benannt:

John McCann, North Anston, Sheffield, Yorkshire/England

Trevor Bagshaw, Oughtibridge, Sheffield, Yorkshire/England

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf zehr elektrode so gewählt ist, daß das abgelagerte Schweißmetall folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent aufweist: 0,03% bis 0,05Ji Kohlenstoff, 0,4% bis 0,6% Silicium, 0,8% bis 1,2% Mangan, 5,2% bis 5,5% Nickel, 13,5% bis 14,5% Chrom, 1,5% bis 2,0% Molybdän, 1,2% bis 2,0% Kupfer, 0,25% bis 0,5% Niob, 0,01% bis 0,02% Stickstoff, wobei der Schwefelgehalt und der Phosphorgehalt so niedrig als möglich gehalten wird und der Rest von Eisen und Verunreinigungen gebildet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterlage von einer Walze für ein Walzwerk gebildet 1st.

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum verdeckten Lichtbogenschweißen oder zum Schutzgasschweißen und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Anwendung eines solchen Verfahrens zur Ablagerung von Schweißmetall von einer sich aufzehrenden Elektrode auf eine Unterlage, um einen Gegenstand mit einer harten Oberfläche zu schaffen, beispielsweise eine Walzwerkswalze mit harter Oberfläche oder eine Gegendruckwalze, die in einem Walzwerk zum Walzen von Metallen benutzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung eines Gegenstandes mit harter Oberfläche zu schaffen, wobei entweder eine verdeckte Lichtbogenschweißung oder eine Schutzgasschweißung angewandt wird.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird das Verfahren zur Aufbringung einer harten Oberfläche auf eine Eisenunterlage oder eine Stahlunterlage mit einer von dem harten Überzug unterschiedlichen Zusammensetzung in der Weise durchgeführt, daß eine Abbrandelektrode auf der Unterlage durch ein verdecktes Lichtbogenschweißen oder Schutzgasschweißen aufgeschmolzen wird und daß die Unterlage und der Schweißkopf relativ zueinander verschoben werden, um ein· SohweiJSraupc aus wärmebehandelbaren, durch eine Ausscheidungshärtung behandelbaren martensitischen rostfreien Stahlschweißmetall auf der Unterlage abzulagern, wobei die Abbrandelektrode so gewählt ist, daß das abgelagerte Schweißmetall folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten enthält: zwischen O,O3£ und 0,12Ji Kohlenstoff, zwischer 0,20}i und 0,75Ji Silicium, zwischen 0,50Ji bis 1,50% Mangan, zwischen 4,50Jl und 6,5OJi Nickel, zwischen 12,0Ji und 17,OJi Chrom, zwischen 1,5% und 2,0Ji Molybdän, zwischen 1,2Ji und 2,0Ji Kupfer, zwischen 0,2% und 0,9Ji Niob, bis zu 0,04ji Schwefel, bis zu 0,04£ Phosphor und bis zu 0,06jt Stickstoff. Der Rest ist Eisen und zufällige Verunreinigungen, wobei das Verhältnis von Nickel

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und Kupfer zu den Karbide bildenden Elementen so gewählt ist, daß eine MikroStruktur zwischen 3# und 10$ Delte-Ferrit in den interdentritischen Bereichen erhalten wird.

Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer harten Oberfläche für die Walzen in Walzwerken.

Vorzugsweise hat das abgelagerte Schweißmaterial die folgende Zusammensetzung: von 0,0~}% bis 0,05# Kohlenstoff, von 0,40# bis 0,6# Silicium, von 0,8# bis 1,2Ji Mangan, von 5,2# bis 5,5# Nickel, von 15,55* bis 14,5# Chrom, von 1,5# bis 2,0# Molybdän, von 1,2Ji bis 2,0Ji Kupfer, von 0,25Ji bis 0,5# Niob, von 0,01# bis 0,02Ji Stickstoff mit einem geringst möglichen Schwefelgehalt und Phosphorgehalt, wobei der Rest von Eisen und Verunreinigungen gebildet wird.

Wenn das verdeckte Lichtbogenschweißen angewandt wird ist es notwendig ein Flußmittel zu benutzen, welches Charakteristiken besitzt, die zusammen mit jenen der Elektrode so gewählt werden, daß die Zusammensetzung des abgelagerten Schweißmetalls wie in den vorstehenden Beispielen ausgeführt, erhalten bleibt.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, welches die Härte des durch das verdeckte Lichtbogenschweißen abgelagerten Schweißmetalls in Abhängigkeit von der Härtetemperatur in Grad Celsius zeigt;

Fig. 2 eine Darstellung des Mikroaufbaus des abgelagerten Schweißmetalls in einer 100-fachen Vergrößerung;

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Fig. 3 ein Diagramm, welches die Abnutzungseigenschaften des abgelagerten Schweißmetalls im Vergleich mit herkömmlichen) Walzstahl veranschaulicht;

Fig. 4 ein Diagramm, welches die thermischen Ermüdungseigenschaften des abgelagerten Schweißmetalls im Vergleich mit herkömmlichem Walzstahl erkennen läßt.

Das verdeckte Lichtbogenschweißverfahren wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung benutzt um Gegenstände mit harter Oberfläche zu erzeugen, die aus aufgebauten Schichten abgelagerten Schweißmetalls auf einem Eisen- oder Stahlträger besteht. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Aufbringung eines harten Walzenmantels bei Walzwerkswalzen. Hierbei wird eine kontinuierliche Schweißraupe aus Schweißmetall von einem Schweißkopf auf einen Stahldorn aufgebracht. Im typischen Fall kann der Dorn an beiden Enden horizontal getragen werden und von unten her erhitzt werden, wobei er langsam um seine Längsachse gedreht wird.

Dabei wird ein Schweißkopf, dem eine Abbrandelektrode und ein zweckmäßiges Flußmittel zugeführt werden, in Längsrichtung des Doms über dessen Oberseite hin und hergeführt.

Die Abbrandelektrode und das Flußmittel werden auf den Dorn durch ein verdecktes Lichtbogenschweißverfahren aufgeschmolzen, um eine kontinuierliche Schweißmetallraupe abzulagern, die im wesentlichen schraubenlinienförmig verläuft, da der Dorn gedreht wird und der Schweißkopf in Längsrichtung von einem Ende nach dem anderen bewegt wird. Nachdem eine genügende Schweißmetallmenge abgelagert ist, wird der Dorn aus seinem Trägeraufbau entfernt und das darauf abgelagerte Schweißmetall wird

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einer Wärmebehandlung unterzogen und spanabhebend bearbeitet, um die erforderliche Walzoberflächenstruktur zu erhalten.

gemäß einem Beispiel für die Ablagerung einer harten Oberfläche auf einer Walze besteht gemäß der Erfindung das Schweißmetall aus einem wärmebehandelbaren aushärtbaren martensitischen rostfreien Stahl mit Härtebereichen zwischen 350 und Vickers Härte, wobei diese Härte durch Wahl der Härtebehandlung eingestellt wird. Die Abbrandelektrode bzw. die Aufzehr elektrode, die entweder aus einem massiven Draht oder aus einem Rohr aus kohlenstoffarmem Stahl besteht, in der ein Legierungspulver enthalten ist, welches zusammen mit dem Metall des Rohres die erforderliche Zusammensetzung der Metallablagerung ergibt, wird in Verbindung mit einem selbstlösenden Flußmittel benutzt, welches neutral oder halbbasisch eingestellt ist, um ein Schweißmetall zu erzeugen, welches folgende Gewichtszusammensetzung enthält:

Zwischen 0,03$ und 0,05# Kohlenstoff, zwischen 0,k% und 0,6£ Silioium, zwischen 0,8£ und 1,2$ Mangan, zwischen 5,2% und 5,5Ji Nickel, zwischen 13,5# und 14,5Ji Chrom, zwischen 1,556 und 2,5$ Molybdän, zwischen 1,2$ und 2,0£ Kupfer, zwischen 0,25£ und 0,5% Niob, zwischen 0,0l£ und 0,02$ Stickstoff, wobei der Schwefelgehalt und der Phosphorgehalt so niedrig als möglich sind und der Rest von Eisen und Verunreinigungen gebildet wird. Das Verhältnis von Nickel und Kupfer zu den die Karbide bildenden Elementen ist so gewählt, daß eine MikroStruktur zwischen yf> und 10$ Delta-Ferrit in den interdentritischen Bereichen erhalten wird. Der Mangan- und Siliciumgehalt wird in einem Verhältnis von etwa 2ti gewählt.

Die verdeckte Lichtbogenschweißung wird entweder unter Benutzung einer einzigen oder einer Doppel-Aufzehrelektrode angewandt, und zwar mit Strömen zwischen 450 Ampere und 1050 Ampere bei

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29 bis 32 Volt, wobei die Vorheiztemperaturen bzw. die Zwischendurchlaufteraperaturen des Domes minimal 200⁰C und maximal 450⁰C betragen, und zwar wird ein Gleichstrom benutzt, wobei die Elektrode entweder positiv oder negativ ist.

Die Übertragungscharakteristiken dieses abgelagerten Schweißmetalls ermöglichen beim Schweißen die Erzeugung eines martensitischen Stahls mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der im wesentlichen frei ist von austenitischen und ferritischen Bestandteilen und auf einen Härtebereich zwischen 350 und 500 Vickers Härte gehärtet werden kann. Figur 1 zeigt die Temperatur härtecharakteristik einer solchen Ablagerung und Figur 2 veranschaulicht den Mikroaufbau nach einer Härtung bei 550⁰C. Die Härtung rührt von der Ausfällung einer zwischenmetallischen Verbindung in der martensitisehen Matrix her.

Figur 3 veranschaulicht eine Überprüfung der Abnutzungseigenschaften über dem Bereich zwischen 300 und 400 Vickers Härte bei einer Ausscheidungshärtung zwischen 550⁰C und 700⁰C, woraus sich ergibt daß der Abnutzungswiderstand des Schweißmetalls gemäß der Erfindung bedeutend besser ist als der Abnutzungswiderstand herkömmlichen Walzstahls.

Figur 4 zeigt einen ähnlichen Vergleich zwischen dem Schweißmetall nach der Erfindung und dem herkömmlichen Walzstahl in Bezug auf den thermischen Ermüdungswiderstand eines Materials, welches bei 550⁰C einer Ausscheidungshärtung oder Alterungshärtung unterzogen wurde.

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Leerseite

Claims

27Ü8685

Patentansprüche:

Verfahren zur Aufbringung eines harten Überzuges auf eine Eisen- oder Stahlunterlage mit einer gegenüber dem überzug anderen Zusammensetzung, durch Aufschmelzen einer Aufzehrelektrode auf der Unterlage durch ein Verdeckt-Lichtbogenschweißen oder ein Schutzgasschweißen, wobei die Unterlage und der Schweißkopf relativ zueinander bewegt werden, um eine Schweißraupe aus einem wärmebehandelbaren, durch Ausfällhärtung behandelbaren martensitisehen rostfreien Stahl-Schweißmetall auf der Oberfläche zu erzeugen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzehrelektrode so gewählt wird, daß sie ein abgelagertes Schweißmetall liefert, welches folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten besitzt: zwischen 0,03Ji und 0,12ji Kohlenstoff, zwischen 0,20j{ und O,75Ji Silicium, zwischen 0,50Ji und 1,50Jt Mangan, zwischen 4,5OJt und 6,5OJi Nickel, zwischen 12,0Jt und 17,0Ji Chrom, zwischen 1,5Ji und 2,0Ji Molybdän, zwischen 1,2% und 2,0Ji Kupfer, zwischen 0,2Ji und 0,9Jt Niob, bis zu 0,04j< Schwefel, bis zu 0,04jt Phosphor und bis zu 0,06jt Stickstoff, wobei der Rest von Eisen und zufälligen Verunreinigungen gebildet wird und das Verhältnis von Nickel und Kupfer zu den Karbide bildenden Elementen so gewählt ist, daß ein Mikroaufbau zwischen 3J{ und lOJt Delta-Perrit in dem interdentritischen Bereichen erhalten wird.

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