DE2905012A1

DE2905012A1 - Schweissverfahren zur verhinderung des abblaetterns eines schweissueberzugs aus rostfreiem stahl

Info

Publication number: DE2905012A1
Application number: DE19792905012
Authority: DE
Inventors: Takao Adachi; Ryuichi Chiba; Akiyoshi Fuji; Keizo Ohnishi
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1978-02-09
Filing date: 1979-02-09
Publication date: 1979-08-16
Also published as: GB2014497A; US4224360A; CA1099539A; DE2905012C2; FR2416793B1; GB2014497B; FR2416793A1; BR7900732A

Description

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Möhlstraße 37 Tokio, Japan D-TOOO München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkJd Telegramme: ellipsoid

N-26-20919M/YO

Schweißverfahren znr Verhinderung des Abblätterns eines Schweißüberzugs aus rostfreiem Stahl

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Schweißverfahren zur Verhinderung der Entstehung einer Abblätterung bzw. Ablösung an einer Grenzfläche zwischen einem aufgeschweißten Metallüberzug und einem Grundmetall bei einem Hochdruckkessel oder -behälter. Derartige Kessel, die insbesondere zur Aufnahme von Wasserstoff unter hoher Temperatur und hohem Druck dienen, sind üblicherweise an der Innenfläche mit einem aufgeschweißten überzug aus rostfreiem Stahl versehen.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein verbessertes Schweißverfahren, durch welches die Beständigkeit gegen Abblättern des Überzugs aufgrund der hohen Temperatur und des hohen Drucks des Wasserstoffs durch spezielle Auswahl eines Werkstoffs für einen ersten (preliminary) Schweißüberzug aus rostfreiem Stahl beträchtlich verbessert wird.

Wasserstoff mit hoher Temperatur und hohem Druck wird verbreitet in Reaktionsgefäßen oder -kesseln für die Ammoniak- und Methanolgewinnung sowie für petrochemische Raffinierverfahren

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benutzt. Zur Vermeidung einer Korrosion an der Innenfläche des Kessels durch den darin enthaltenen Stoff wird im allgemeinen eine austenitische oder ferritische Stahlschicht als Schweißüberzug aufgeschweißt. Dabei kann jedoch Wasserstoff von der Innenfläche des Kessels in das Innere seiner Wandung eindiffundieren. Außerdem bleibt beim Abschalten der Anlage beispielsweise aufgrund eines Temperaturabfalls übersättigter Wasserstoff im Kessel zurück. Dabei kann die Grenzfläche zwischen dem rostfreien Stahl und dem Grundmetall verspröden/ so daß der Überzug abblättern bzw. sich ablösen kann. Dieses Problem ist im Hinblick auf die allgemeinen Sicherheitsvorschriften für einen Druckkessel sehr schwerwiegend.

Die Abblätterung ist auf folgende Einflüsse zurückzuführen:

1. Infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten von austenitischem rostfreien Stahl und einem Grundmetall aus ferritischem *Stahl ist eine Restspannung zwischen beiden Metallen vorhanden.

2. Es entsteht- eine harte Legierungsschicht (z.B. eine martensitische und bainitarme Schicht) mit hoher Anfälligkeit für Wasserstoffversprödung.

3. Die Wasserstofflöslichkeit von rostfreiem Stahl unterscheidet sich erheblich von derjenigen des Grundmetalls. Aus diesem Grund kann bei einem Temperaturabfall in der Grenzfläche ein Innendruck aufgrund von gesättigtem Wasserstoff entstehen. Die genannten Faktoren wirken im allgemeinen bezüglich der Einführung eines Abblätterns bzw. Ablösens zusammen.

Erfindungsgemäß wurden verschiedene Aufschweißverfahren für rostfreien Stahl untersucht. Als Ergebnis dieser Untersuchungen hat es sich gezeigt, daß ein Verfahren besonders vorteilhaft ist, bei dem ferritischer rostfreier Stahl auf das Grund-

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material aufgeschweißt und sodann mindestens eine Schicht aus gewöhnlichem austenitischen rostfreien Stahl darauf aufgeschweißt wird. Ein Verfahren dieser Art ist in der JA-OS 52-138935 beschrieben.

Diese JA-OS bezweckt die Verbesserung der obigen Faktoren 1 und 3. Insbesondere soll dabei die Restspannung dadurch verringert werden, daß auf das Grundmaterial oder -metall ein Überzug in Form einer ferritischen Stahlschicht aufgeschweißt wird, welche dasselbe Kristallgefüge besitzt wie das Grundmetall. Eine Ablösung wird durch Wasserstofflöslichkeit verhindert.

Im Verlauf von verschiedenen Versuchen und Untersuchungen des Abblätterungsvorgangs hat es sich herausgestellt, daß ein Abblättern aufgrund einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen auftreten kann. Wenn nämlich nach dem Aufschweißen des Überzugs (overlay welding) übeir eine längere Zeitspanne hinweg eine Wärmebehandlung durchgeführt wird, diffundiert der im Grundmetall enthaltene Kohlenstoff in den austenitischen oder ferritischen rostfreien Stahl ein, wobei eine entkohlte Schicht im Grundmetall entsteht, während sich der Kohlenstoff in der Schmelz- oder Schweißschicht einlagert. Im rostfreien Stahl entsteht dabei eine harte gekohlte Schicht. Wenn dann Wasserstoff durch den Überzug aus rostfreiem Stahl hindurchdringt, entsteht somit im Zusammenwirken mit den genannten Faktoren 1 bis 3 eine Abblätterung bzw. Ablösung in der gekohlten Schweißschicht und an der empfindlichen Grenzfläche des rostfreien Stahlüberzugs.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens zum Überzugsschweißen (overlay-welding), mit welchem unter Ausschaltung der vorher genannten Schwierigkeiten das Abblättern bzw. Ablösen der aufgeschweißten rostfreien Stahlschicht aufgrund der Wirkung des Wasserstoffs verhindert werden soll.

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Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.

Erfindungsgemäß hat es sich herausgestellt, daß ein Schweißoder (iberzugsmetall für eine erste Schicht ein niedrig legierter Stahl sein soll, der Niob enthält und eine dem Grundmetall ähnliche Zusammensetzung besitzt. Diese Schicht wird durch Schweißen mit mindestens einer weiteren Schicht überzogen, wobei als Schweißmetall für die zweite Schicht ein rostfreier Stahl (austenitisch oder ferritisch) durch Schweissen auf die erste Schicht aufgebracht wird. Auf diese Weise kann ein Abblättern durch Wasserstoffeinwirkung auch im Fall einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen verhindert werden.

Erfindungsgemäß hat es sich weiter gezeigt, daß ein Schweißmetall für eine erste Schicht ein niedrig legierter Stahl, der eine ähnliche Zusammensetzung wie das Grundmetall besitzt und der Niob und Nickel enthält, sein kann, welcher in Form mindestens einer Uberzugsschicht aufgeschweißt wird. Der zweite überzug wird in Form des genannten rostfreien Stahls aufgeschweißt. Dabei kann ein Abblättern aufgrund von Wasserstoff einwirkung vermieden werden.

Im Fall eines Hochtemperatur- und Hochdruck-Kessels, der Wasserstoff mit einem Partialdruck von weniger als 150 bar und einer Temperatur von unter 450⁰C enthält, sollte die erste Uberzugsschicht also aus einem niobhaltigen, niedrig legierten Stahl mit ähnlicher Zusammensetzung wie das Grundmetall bestehen. Nach dem Aufschweißen dieser erster Uberzugsschicht wird als zweiter überzug ein niedrig legierter Stahl aufgeschweißt, der eine ähnliche Zusammensetzung besitzt wie das Grundmetall und der weiterhin Niob und Nickel enthält. Schließlich wird auf diese zweite Uberzugsschicht als dritter überzug ein solcher aus einem gewöhnlichen austenitischen oder ferritischen rostfreien Stahl aufgeschweißt.

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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen;

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Stücks einer Kesselwand, die durch Schmieden und anschließendes Aufschweißen von Überzügen auf die Innenfläche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Querschnitt durch die Kesselwand nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Schliffbild der Grenzfläche zwischen einem ersten Überzug aus niedrig legiertem Stahl und einem zweiten überzug aus rostfreiem Stahl,

Fig. 4 ein Fig. 3 ähnelndes Schliffbild eines anderen Ausführungsbeispiels und

Fig. 5 ein den Fig. 3 und 4 ähnelndes Schliffbild eines Vergleichsbeispiels .

Ein erstes Schweißüberzugsmetall besteht typischerweise aus einem niedrig legierten Stahl mit 0,1 % Kohlenstoff oder weniger, 1,0 % Silizium oder weniger, 1,0 % Mangan oder weniger, 3,5 % Chrom oder weniger, 1,5 % Molybdän oder weniger und Niob in einer Menge entsprechend etwa dem Achtfachen des Kohlenstoffgehalts bis zu 1,2 %, Rest Eisen und Verunreinigungen. Da Niob in einem als Schweißstahl benutzten, niedrig legierten Stahl den Kohlenstoff im Stahl stabilisiert, kann die Diffusion von Kohlenstoff in den als Schweißmetall dienenden rostfreien Stahl bei der Wärmebehandlung bzw. Erwärmung verhindert werden, ohne daß in der Schmelz- oder Schweißschicht dazwischen eine harte Karbidschicht gebildet wird. Außerdem wird im rostfreien Schweißstahl keine intergranulare Karbidschicht gebildet, die für Wasserstoffversprödung

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stark anfällig ist. Infolgedessen kann ein Abblättern bzw. Ablösen (der Uberzugsschicht) verhindert werden.

Ein erstes Schweißuberzugsinetall in Form eines niedrig legierten Stahls kann neben den oben angegebenen Bestandteilen in den spezifizierten Mengenanteilen grundsätzlich Nickel in einer Menge von höchstens 1,0 % enthalten, wobei aufgrund des Vorhandenseins von Niob die vorstehend geschilderte Wirkung erzielt wird. Aufgrund des Nickelgehalts besitzt das Schweißmetall zudem ausgezeichnete Duktilität und Zähigkeit. In diesem Fall wird ebenfalls die Bildung der zu Versprödung neigenden Karbidschicht verhindert.

Im folgenden sind die Grundlagen der Erfindung für die Zusammensetzung des Schweißmetalls erläutert.

Kohlenstoff ist im Hinblick auf die mechanische Festigkeit des Schweißmetalls erforderlich. Unter Berücksichtigung der Schweißbarkeit wird die obere Grenze dafür jedoch im allgemeinen auf weniger als 0,08 % festgelegt. Wenn rostfreier Stahl als zweiter überzug aufgeschweißt wird und danach die Erwärmung erfolgt, wird die Neigung zu einem Abblättern unter dem Einfluß von Wasserstoff durch die Wirkung von Kohlenstoff verstärkt. Aus diesem Grund muß der Kohlenstoffgehalt so niedrig wie möglich gehalten werden. Unter Berücksichtigung der aus dem Grundmetall austretenden Kohlenstoffmenge wird die obere Grenze für Kohlenstoff jedoch vorzugsweise auf 0,1 % festgelegt.

Silizium und Mangan dienen als Desoxydationsmittel; diese Elemente sind zur Gewährleistung von mechanischer Festigkeit des Schweißmetalls erforderlich. Zu große Mengenanteile dieser Elemente können allerdings die Zähigkeit und die Schweißbarkeit des Werkstoffs beeinträchtigen. Die oberen Grenzen für diese Elemente werden daher auf etwa 1,0 % festgelegt.

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Chrom und Molybdän sind zur Gewährleistung mechanischer Festigkeit bei hoher Temperatur sowie zur Gewährleistung von Beständigkeit gegen Korrosion durch den mit hoher Temperatur und unter hohem Druck vorliegenden Wasserstoff erforderlich. Größere Mengenanteile dieser Elemente machen den Werkstoff für Wasserstoffkorrosion beständiger. Da der Kessel jedoch bei einem Wasserstoff-Partialdruck von 150 bar oder darunter und einer Temperatur von 450⁰C oder weniger eingesetzt wird, werden die oberen Grenzwerte für Chrom auf 3,5 % und für Molybdän auf 1,5 % festgelegt;,.

Niob dient zur Stabilisierung des Kohlenstoffs als Karbid. Zur ausreichenden Stabilisierung des Kohlenstoffs im Schweißmetall beträgt die erforderliche Niobmenge das Acht- bis Zehnfache des Kohlenstoffgehalts. Durch einen zu großen Niobanteil wird allerdings die Zähigkeit des Schweißmetalls verschlechtert. Die obere Grenze für Niob wird daher auf 1,2 % festgelegt.

Nickel ist zwar nicht unbedingt erforderlich, doch verbessert Nickel die mechanische Festigkeit und Zähigkeit des Ferrits. Erfindungsgemäß wird Niob zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit und der Zähigkeit des Schweißmetalls benutzt. Dies bedeutet, daß die im ersten, niobhaltigen Schweißmetall enthaltene Kohlenstoffmenge unter Berücksichtigung der Schweißbarkeit auf unter 0,1 % reduziert wird. Die mechanische Festigkeit des Schweißmetalls ist daher im allgemeinen geringer als diejenige des Grundmetalls. Niob, das zur Stabilisierung des Kohlenstoffs hinzugefügt wird, verringert die Duktilität und die Zähigkeit des Schweißmetalls. Zum Ausgleich dafür wird daher Nickel eingesetzt. Im Hinblick auf die mechanische Festigkeit aufgrund des zusätzlichen Anteils an Nickel wird dessen Menge vorzugsweise mit weniger als 1,0 % gewählt. Wenn die Nickelmenge diesen oberen Grenzwert übersteigt, wird die Empfindlichkeit für Anlaßversprödung erhöht, während sich die Schweißbarkeit ver-

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schlechtert. Der obere Grenzwert für Nickel wird daher auf weniger als 1,0 % festgelegt.

Zur Belegung der erfindungsgemäß erreichten Verbesserung bezüglich des Abblätterns des rostfreien Stahlüberzugs sind im folgenden die Ergebnisse von entsprechenden Versuchen mit einem Wasserstoff unter hohem Druck und mit hoher Temperatur ausgesetzten rostfreien Stahl beschrieben.

Fig. 1 veranschaulicht einen Teil des Zylinderabschnitts eines geschmiedeten Stahl-Druckkessels, dessen Innenfläche mittels einer Streifen- oder Bandelektrode (0,4 mm Dicke und 75 mm Breite) durch Schweißen beschichtet worden ist. In Fig. 1 sind das Schmiedestahl-Grundmetall mit 1 und die überzugs-Schweißmetallschicht mit 4 bezeichnet. Fig. 2 ist ein radialer Querschnitt durch den Kessel. Dabei ist ein Schweißmetallüberzug 4 durch Schweißbeschichtung des Grundwerkstoffs mit einem niedrig legierten Stahl 2 mit ähnlicher Zusammensetzung wie der des Grundwerkstoffs 1 und durch darauf erfolgende Schweißbeschichtung mit rostfreiem Stahl 3 als zweite Schicht hergestellt, worden.

Die Tabellen 1 und 2 veranschaulichen die Werkstoffe und chemischen Zusammensetzungen verschiedener Beispiele für Überzugsschichten, die auf die beschriebene Weise durch Aufschweißen hergestellt worden sind. Die Beispiele 1 bis 6 betreffen das erfindungsgemäße Verfahren, während in Tabelle 2 auch Vergleichsbeispiele 1 und 2 angeführt sind.

Zur Verdeutlichung der Abblätterungsbeständigkeit der Uberzugsstähle gegenüber Wasserstoff wird ein Probenstreifen durch 5-10Oh lange Wärmebehandlung bei 690⁰C nach dem Uberzugsschweißen vorbereitet. Der Probenstreifen wird dann in einen Autoklaven eingegeben und 24 h lang bei einem Druck von 150 bar und einer Temperatur von 450⁰C in Wasserstoff belassen, um dann in normaler Umgebungsatmosphäre plötzlich abgekühlt zu v/erden. Ein Abblättern oder Ablösen tritt einige

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Stunden nach der Angleichung der Temperatur des Streifens an die Raumtemperatur auf. Dies läßt sich ohne weiteres durch Ultraschall-Werkstoffprüfung feststellen.

Die Versuchsergebnisse sind in Tabellen 3 und 4 angegeben. Im Fall der rostfreien Stahlüberzüge oder -beschichtungen nach Beispiel 1 bis 6 gemäß der Erfindung tritt kein Abblättern auf. Dagegen ist im Fall der bisherigen rostfreien Stahlüberzüge nach Vergleichsbeispiel 1 und 2 ein Abblättern innerhalb einer Zeitspanne von 5-10Oh nach der Wärmebehandlung zu beobachten. Je langer die Zeitdauer der Wärme(nach)behandlung ist, um so eher setzt das Abblättern ein und um so größer ist die abblätternde Fläche unter Raumtemperaturbedingungen. Diese Erscheinung ist allgemein bekannt. Nach dem Abblätterungsversuch aufgenommene Schliffbilder sind in den Fig. 3 und 4 veranschaulicht. Fig. 3 zeigt ein Mikrophoto bzw. Schliffbild (400-fache Vergrößerung) der Grenzfläche zwischen einem ersten überzug (2 1/4Cr- 1 Mo Nb:überzug a) und einem zweiten überzug (Typ 347:Uberzug b) gemäß Beispiel 1 nach Tabelle 1. Dabei ist keine Abblätterung zu erkennen. Fig. 4 ist eine ähnliche Aufnahme (400-fache Vergrösserung) der Grenzfläche zwischen einem ersten überzug (2 1/4 Cr - 1 Mo Nb Ni!Überzug a) und einem zweiten überzug (Typ 34 7!Überzug b) nach Beispiel 4 von Tabelle 2. Dabei ist ebenfalls keine Abblätterung festzustellen.

Die Beispiele 4 bis 6, bei denen niob- und nickelhaltige Überzugs-Schweißmetalle verwendet werden, veranschaulichen Biege-Duktilitäts- und Querbiegeversuche im Vergleich zu Vergleichsbeispielen 1 und 2. Die entsprechenden Ergebnisse sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Die Biegeversuche wurden unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Eine Probe mit einer Dicke von 10 mm wurde unter einem Biegewinkel von 180° auf einen Innenbiegungsdurchmesser von 20 mm gebogen.

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Die Ergebnisse der Abblätterungs- und Querbiegeversuche sind in Tabelle 4 angegeben, aus welcher hervorgeht, daß bei den ι ost freien Stahl überzügen gemäß der Erfindung nach Beispielen 4 bis G kein Abblättern des Überzugs festzustellen war. Bei den Biegaversuchen ergaben sich keinerlei Suhwierigkeii on .

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Grund metall	I	■	I	X	χ
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	O η T H ?' Vt· ε'η CSj	Typ 347	Typ 347 Typ 309
Beispiel 1	Vergleich 1	Vergleich 2

1) Uasnerstoffdruck 150 bar; Erwärmungstemperatur 450⁰C; Abkühlung an der Luft nach 24-stündiger Wärmeeinwirkung.

2) /ibhlätierung durch Ultraschall-Werkstoffprüfung festge-."lo.llt; Größe der Probe: 45 χ 55 χ 110 mm.

^) "·-" = 1-oino- Abblätterung; "χ" = Abblätterung.

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Tabelle Abblätterungs- und Biegeversuche an rostfreiem Stahlüberzug

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	Material	Grundmetall	Prüfung	Nachbehandlung bei 690⁰C (Std.)	15 I	30	"100
Beispiel 4	Überzug	A	Abblätterung	5	-	-	-
Beispiel 5	Typ 347 2^Cr-IMoNbNi	2±Cr-1«o	Querbiegung	-	ausgezeichnet	ausge zeichnet	ausge zeichnet
Beispiel 6	Typ 347 Typ 309 2^Cr-IMoNbNi	ijcr- ^MO	Abblätterung	ausgezeichnet	-	-	-
Vergleich '	Typ 430Nb 1-rCr-r -=-MoNbN: 4 2	1	Querbiegung «	-	ausgezeichnet	ausge zeichnet	ausge zeichnet
Vergleich *	Typ 347		Abblätterung	ausgezeichnet
Typ 347 Typ 309	Querbiegung		ausgezeichnet	ausge zeichnet	ausge zeichnet
Abblätterung	ausgezeichnet	X	X	X
Querbiegung	X	ausgezeichnet	ausge zeichnet	ausge zeichnet
Abblatterung	ausgezeichnet	X	X	X
Querbiegung	X	ausgezeichne	! t ausge zeichne	ausge zeichnet
ausgezeichnet

1) Wasserstoffdruck 150 bar; Erwärmungstemperatur 45O⁰C; Abkühlung an der Luft nach 24-std. Wärmeeinwirkung.

2) Abblätterung durch Ultraschallwerkstoffprüfung festgestellt

3) "-" = keine Abblätterung; "x" = Abblätterung.

4) Biegeradius: 2t; Biegewinkel: 180°; Dicke der Probe: 10 mm.

O IV

Wie erwähnt, besteht die Aufgabe der Erfindung in der möglichst vollständigen Verhinderung von Abblätterung eines Schweißmetallüberzugs aus rostfreiem Stahl durch Verhinderung der Entstehung der Wasserstoffversprödung, die beim Erwärmungsvorgang nach dem Schweißen an der Grenzfläche zwischen dem Schweißmetall und dem Grundmetall eintritt. Erfindungsgemäß kann also die Beständigkeit gegen Abblätterung bzw. Ablösung sowohl des Überzugs aus austenitischem rostfreien Stahl als auch des Überzugs aus ferritischem rostfreien Stahl erheblich verbessert werden. Diese Wirkung ist insbesondere im Fall der mit dem Grundmetali verschweißten ersten Metallschicht auffällig, die aus einem niedrig legierten Metall mit ähnlicher Zusammensetzung wie der des Grundmetalls besteht.

Es ist darauf hinzuweisen, daß sidi die erfindungsgemäß erreichte Verhinderung eines Abblätterns des Schweißüberzugs wesentlich von derjenigen nach der eingangs genannten JA-OS unterscheidet, nach welcher·ein ferritischer rostfreier Stahl als erste Beschichtung und sodann ein austenitischer rostfreier Stahl als zweite Beschichtung aufgeschweißt werden.

Erfindungsgemäß kann darüber hinaus ein Überzugs-Schweißmetall verwendet werden, das ausgezeichnete Duktilität und Zähigkeit besitzt. Selbst wenn sich dabei im Schweißmetallüberzug ein Oberflächenriß bildet, wird eine Ausbreitung dieses Risses zum Inneren des Grundmetalls wirksam verhindert. Infolgedessen bietet ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Druckkessel eine wesentlich größere Betriebssicherheit unter erschwerten Bedingungen als der Kessel nach der genannten JA-OS.

Mit einem Unterschicht-Schweißmetall, dessen Kohlenstoffübergang zur Grenzfläche und Zähigkeit ausgezeichnet sind, wird der Abblätterungsschutz für eine obere Beschichtung aus austenitischem oder ferritischem rostfreien Stahl erheblich verbessert. Die Wirkung von Niob und Nickel ist dabei im Fall von Chrom-Molybän-Stahl bemerkenswert, bei dem eine erste

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Schicht mit einer der Zusammensetzung des Grundmetalls ähnlichen Zusammensetzung auf das Grundmetall aufgeschweißt wird.

Neben der genannten JA-OS ist das erfindungsgemäße Verfahren auch mit dem Verfahren zum Schweißen verschiedener Stähle nach der JA-AS 46-4054 zu vergleichen, die ein Verfahren zur Verhinderung der Entstehung einer entkohlten Schicht und einer aufgekohlten bzw. aufkohlenden Schicht beim Aufschweißen eines unterschiedlichen Metalls, das mehr Chrom enthält als das Grundmetallj beschreibt. Bei diesem Verfahren entsteht auf dem Grundmetall eine Zwischenschichtzwischen ersterem und dem Schweißmetall als Bindungsstahlschicht (bonding steel) mit 0,15 - 2,0 % Cb und 0,01 - 0,3 % Al oder 0,15 - 2,0 % Cb, 0,01 - 0,3 % Al und 0,01 - 0,5 % Ti.

Im Gegensatz dazu bezieht sich die Erfindung auf die Verhinderung eines Abblätterns eines Uberzugs-Schweißmetalls aus rostfreiem Stahl aufgrund einer Wasserstoffeinwirkung. Infolgedessen ist dabei die Auswahl der richtigen Werkstoffe ausschlaggebend. Außerdem unterscheidet sich die Erfindung vom Stand der Technik bezüglich der Werkstoffauswahl. Ein Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung eines hohe Zähigkeit und hohe mechanische Festigkeit besitzenden Schweißmetalls aus einem Niob, und/oder Nickel enthaltenden Chrom-Molybdän-Stahl. Im Fall der JA—AS 46-4054 werden dagegen dem als Schweißmetall verwendeten Chromstahl Columbium und Aluminium oder aber Columbium, Aluminium und Titan zugesetzt. Im Gegensatz zum Stand der Technik besteht ein Merkmal der Erfindung in der Gewährleistung eines Schweißmetalls mit hoher Reinheit aufgrund des Fehlens von nicht-metallischen Zwischenverbindungen, die von Aluminium und Titan herrühren.

Erfindungsgemäß werden weiterhin praktisch dieselben mechanischen Eigenschaften wie beim Grundmetall erzielt, da durch die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften durch Nickel

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zufriedenstellende Duktilität und Zähigkeit gewährleistet werden.

Die Erfindung bietet also im Vergleich zum Stand der Technik überraschend vorteilhafte Verbesserungen.

Wie erwähnt, bildet sich beim erfindungsgemäßen Verfahren keine Hartkarbidschicht im Schmelz- oder Schweißbereich der zweiten Überzugsschicht aus rostfreiem Stahl, und außerdem entsteht dabei auch kein intergranulares Karbidtm rostfreien Stahl, Die Abblätterungsbeständigkeit aufgrund des Eindringens von Wasserstoff ist daher außerordentlich groß.

Bei Anwendung der Erfindung auf einen Behälter oder Kessel zur Aufnahme von Wasserstoff unter hohem Druck und bei hoher Temperatur werden mithin aufgrund der ausgezeichneten Abblätterungsbeständigkeit der Beschichtung aus rostfreiem Stahl Unfälle oder sonstige'Störungen aufgrund eines Abblättern der Beschichtung auch unter erschwerten Bedingungen weitgehend ausgeschaltet. Infolgedessen werden Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit von chemischen Anlagen beträchtlich erhöht.

Selbstverständlich sind dem Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

Mit der Erfindung wird also ein Schweißverfahren zur Herstellung von überügen oder Beschichtungen aus rostfreiem Stahl geschaffen, bei welchem ein Abblättern eines auf die Innenfläche eines Hochdruckkessels oder -behälters aufgeschweißten Überzugs aus rostfreiem Stahl sicher verhindert wird, wenn der Kessel oder Behälter mit Wasserstoff unter einem Partialdruck von weniger als 150 bar und bei einer Temperatur von unter 450⁰C gefüllt ist. Bei diesem Verfahren wird zunächst mindestens ein Schweißüberzug aus niedrig legiertem Stahl auf die Innenfläche des Druckkessels aufgebracht. Dieser überzug

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besitzt eine ähnliche Zusammensetzung wie das Grundmetall des Kessels, doch enthält er Niob und/oder Nickel. Sodann wird auf diesen überzug mindestens ein üblicher Schweißüberzug aus einem ferritischen oder austenitischen rostfreien Stahl aufgeschweißt.

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Claims

Patentansprüche

1. Schweißverfahren zur Verhinderung eines Abblätterns eines Schweißüberzugs aus rostfreiem Stahl auf einem Grundmetall, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Grundmetall zunächst mindestens eine (Unter-)Schicht aus einem Niob enthaltenden, niedrig legierten Stahl mit im wesentlichen derselben Zusammensetzung wie der des Grundmetalls aufgeschweißt wird und daß hierauf auf diese Schicht mindestens eine Schicht aus schwach austenitischem oder ferritischem rostfreien Stahl aufgeschweißt wird, wodurch ein Abblättern des Überzugs aus rostfreiem Stahl wirksam verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (Unter-)Schicht aus niedrig legiertem Stahl weiterhin Nickel enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der niedrig legierte Stahl weiterhin nicht mehr als 0,1 % Kohlenstoff, nicht mehr als 1,0 % Silizium, nicht mehr als

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1,0 % Mangan, nicht mehr als 3,5 % Chrom, Niob in einer Menge entsprechend dem Achtfachen des Kohlenstoffgehalts bis zu 1,2 % und im Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Nickelgehalt von 1,0 % oder darunter angewandt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall zur Vermeidung eines Abblätterns einer rostfreien Stahlbeschichtung die Oberfläche eines Druckkessels oder -behälters bildet, welcher Wasserstoff unter einem Partialdruck von 150 bar oder darunter bei einer Temperatur von 450⁰C oder darunter enthält.

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