DE2952079C2

DE2952079C2 - Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung

Info

Publication number: DE2952079C2
Application number: DE19792952079
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: Thyssen Industrie AG
Current assignee: ThyssenKrupp Technologies AG
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1983-04-21
Also published as: DE2952079A1; FR2471831A1; BE885991A

Description

3 43 712 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung der eingangs genannten Gattung bekannt. Nach dem Verfahren wird zur Verbindung von aus austenitischen Mangan-Stahl-Guß bestehenden Herzstücken mit aus Kohlenstoffstahl bestehenden Schienen ein langes Zwischenstück eingeschweißt. Wegen der geringeren Härte und Verschleißfestigkeit des austenitischen Werkstoffs des Zwischenstücks wird die Lauffläche durch eine verschleißfeste Aufpanzerung widerstandsfähiger gemacht. Das Verfahren ist aufv/endig und ka· in außerdem bei der Auf panzerung durch die Erwärmung zu einer teilweisen Versprödung des Manganhartstahls, aber auch des Schienenstahls führen. Aus dem Industrieanzeiger vom 19. April 1966, Seite 639—640, insbesondere Bild 4 auf Seite 639 ist es bekannt, Rohrverbinder für die Verbindung von ferritischen und austenitischen Rohren unter Verwendung eines Zwischenstücks durch Abbrennstumpfschweißen herzustellen. Bei dieser Verbindung kommt es nicht auf die Verschleißfestigkeit an.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine sichere Verbindung zwischen Manganhartstahl und einem ferritischen Stahl zu schaffen, die trotz erforderlicher unterschiedlicher Wärmebehandlungen für beide Werkstoffe günstige technologische Eigenschaften — ohne Gefahr einer Rißbildung — und gleichmäßige Verschleißbeständigkeit aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß der Zwischenwerkstoff nach dem Anschweißen an den Manganhartstahl auf eine Schichtdicke zwischen 5 und 20 mm abgetrennt wird, dann das Werkstück der Wärmebehandlung unterworfen wird, dann das Verschweißen des niedrig legierten, ferritischen Stahls mit dem Zwischenwerkstoff durch Abbrennstumpfschweißen erfolgt, wobei der Manganhartstahl gleichzeitig gekühlt wird und daß gleichzeitig die Verbindungszone zwischen dem Zwischenwerkstoff und dem ferritischen Stahl aus der Preßschweißhitze mit 80 K/min bis 10 K7min derart verzögert abgekühlt wird, daß eine Umwandlung in feinstreifigen Perlit erreicht wird. Das Abbrennstumpfschweißverfahren ermöglicht zusammen mit dem Einsatz des Zwischenwerkstoffs die Herstellung sehr sicherer Verbindungen, wobei das Lösungsglühen und Abschrecken in Wasser des mit dem Zwischenwerkstoff verbundenen Manganhartstahls eine möglichst hohe Zähigkeit auch unmittelbar an der Verbindungsstelle einstellt, ohne daß der Zwischenwerkstoff gesciiädigt wird. Beim Anschließenden Abbrennstumpfschweißen des ferritischen Stahls an die Zwischenlegierung kann durch das gewählte Schweißverfahren der Manganhartstahl gleichzeitig gekühlt werden, wodurch dessen technologische Eigenschaften erhalten bleiben und auch die Verbindungsstelle zwischen dem ferritischen Stahl und der Zwischenlegierung wegen deren Versprödungsunempfindlichkeit sicher und rißunanfällig ist und wobei die verzögerte Abkühlung mit 80 bis 10 K/min aus der Preßschweißhitze die erforderliche Zähigkeit und Verschleißfestigkeit im ferritischen Stahl einstellt. Durch die Schichtdickenbegrenzung des Zwischenwerkstoffs auf 5 bis 20 mm vor dem Verschweißen mit dem ferritischen Stahl enthält die Schweißverbindung nur eine sehr dünne, kaum störende Zone aus der austenitischen, weniger verschleißfesten Zwischenlegierung, die durch den Stauchvorgang beim Abbrennstumpfschweißen wesentlich unter die Ausgangsdicke verkleinert wird.

Im einzelnen kann die Erfindung wie folgt vorteilhaft

ausgestaltet sein.

Als Zwischenwerkstoff besonders geeignet erwies sich eine Nickelbasislegierung nach Anspruch 2. Durch sie kann die Versprödung durch Kohlenstoffaufnahme beim Verschweißen mit dem Manganhartstahl einerseits und dem ferritischen Stahl andererseits sicher vermieden werden. Aber auch austenitische Stähle nach den Ansprüchen 3 bis 7 erwiesen sich als geeignete Zwischenwerkstoffe. Nachteilig war die etwas geringere Härte der Zwischenwerkstoffe im Vergleich zum Manganhartstahl und zum ferritischen Stahl. Um diesen Nachteil auszugleichen, kann es z. B. bei Schienenprofilen vorteilhaft sein, im Bereich der Lauffläche und aus Spannungsgründen gegebenenfalls im gegenüberliegenden Fußbereich den Zwischenwerkstoff gegenüber den angrenzenden Oberflächen etwas herausragen zu lassen, um diese Bereiche durch eine Kaltverformung, z. B. mittels Hämmern, auf höhere Verschleißbeständigkeit zu verfestigen.

Ein günstiger Bereich für das Lösungsglühen der Schweißverbindung zwischen dem Manganhartstahl und dem Zwischenwerkstoff liegt bei 950 bis 1000⁰C, da hierdurch eine bessere Verfestigungsfähigkeit des Manganhartstahls erreicht wird.

Das Verfahren eignet sich für alle Verbindungen zwischen Manganhartstahl und ferritischem Stahl, bei denen auch die Verbindungsstelle Verschleiß- und Stoßbeanspruchungen, besonders auch auf Scherung, unterworfen ist, wie zum Beispiel bei Strebförderern.

Besonders gut geeignet ist die erfindungsgemäße Verbindung für ein gegossenes Herzstück aus Manganhartstahl für Kreuzungen oder Weichen, bei denen an den Manganhartstahl Anschlußschienenstücke aus Schienenstahl unter Zwischenschaltung des Zwischenwerkstoffs nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Bei Schienen, besonders bei Herzstükken ist die Verschleißbeanspruchung auch der angrenzenden Bereiche sehr hoch und es werden hohe Anforderungen an die Sicherheit der Verbindung auch gegen Stoßbeanspruchung gestellt.

Im folgenden wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Die Figur zeigt eine perspektivische Ansicht eines gegossenen Herzstückes aus Manganhartstahl mit Anschweißenden.

Das Herzstück 1, ein Gußstück aus Manganhartstahl, ist mit Schienenstücken 2 aus Schienenstahl, einem niedrig legierten, ferritischen Stahl unter Zwischenschaltung eines austenitischen Zwischenwerkstoffs 3 miteinander verschweißt. Das Werkstück ist auf folgende Weise hergestellt worden. Zuerst ist der Zwischenwerkstoff 3 mit dem Herzstück aus Manganhartstahl 1 durch Abbrennstumpfschweißen verbunden worden, anschließend ist der Zwischenwerkstoff auf eine Schichtdicke von 12 mm durch Sägen abgetrennt worden. Dieses aus dem Manganhartstahl und dem austenitischen Zwischenwerkstoff bestehende Werkstück wurde dann bei 1000⁰C zur Austenitisierung des Manganhartstahls lösungsgeglüht und dann in Wasser abgeschreckt. Dann wurde der Schienenstahl 2 durch Abbrennstumpfschweißen mit dem Zwischenwerkstoff verschweißt. Durch gleichzeitige Wasserkühlung des Manganhartstahls 1 wurde dessen Wiedererwärmung begrenzt und somit dessen Versprödung vermieden. Die Abkühlung aus der Preßschweißhitze erfolgte verzögert mit M) K/min in Übereinstimmung mit dem ZTU-Schaubild des Schienenstahls. Das Zwischenstück 3 besteht aus einer Nickel-Basislegierung NiCr 20 Nb mit folgender Zusammensetzung: C 0,05-0,15%, Cr 14-17%, Fe

6-12%, Mn 1-4%, Ni 67-78%, Nb 1-4%. Er ist gegen Kohlenstoffaufnahme aus dem Schienenstahl 2 und dem Manganhartstahl 1 unempfindlich. Nach dem Anschweißen des Schienenstahls 2 wurde der im Bereich der Lauffläche geringfügig überstehende Zwischenwerkstoff 3 durch Hämmern auf eine Härte von ca. 300 HB gebracht und anschließend das Werkstück fertig geschliffen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen einem Gußstück aus Manganharrstahl und einem anderen Werkstück aus niedrig legiertem, ferritischem Stahl mit 0,2 bis 0,9% Kohlenstoff, bei dem ein austenitischer, bei den vorgesehenen Schweiß- und Wärmebehandlungsvorgängen nicht versprödender Zwischenwerkstoff an den Manganhartstahl durch Abbrennstumpfschweißen angeschweißt, das Werkstück einer Wärmebehandlung aus einem Lösungsglühen und Abschrecken in Wasser unterworfen wird und dann der Zwischenwerkstoff mit dem ferritischen Werkstoff verschweißt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwerkstoff nach dem Anschweißen an den Manganhartstahi auf eine Schichtdicke zwischen 5 und 20 mm abgetrennt wird, dann das Werkstück der Wärmebehandlung unterworfen wird, dann das Verschweißen des niedrig legierten, ferritischen Stahls mit dem Zwischenwerkstoff durch Abbrennstumpfschweißen erfolgt, wobei der Manganhartstahl gleichzeitig gekühlt wird und daß gleichzeitig die Verbindungszone zwischen dem Zwischenwerkstoff und dem ferritischen Stahl aus der Preßschweißhitze mit 80 K/min bis 10 K/min derart verzögert abgekühlt wird, daß eine Umwandlung in feinstreifigen Perlit erreicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwerkstoff eine Nickel-Basislegierung der Zusammensetzung C 0,05— 0,15%, Cr 14-17%, Fe 6-12%, Mn 1—4%, Ni 67-78%, Nb 1-4% ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Zwischenwerkstoff ein austenitischer Stahl folgender Zusammensetzung C 0,2—0,5%, Mn 17-19%, Cr 2-5%, Rest Eisen und übliche Begleitelemente ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ZwischenwerkstoiT ein austenitischer Stahl folgender Zusammensetzung C 0,3-0,5%, Mn 21-24%, Cr 2-5%, Rest Eisen und übliche Begleitelemente ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwerkstoff ein austenitischer Stahl folgender Zusammensetzung C 0,2-0,3%, Mn 8-9%, Cr 8-9%, Ni 5-7%, Rest Eisen und übliche Begleitelemente ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwerkstoff ein austenitischer Stahl folgender Zusammensetzung C max. 0,10%, Mn 7-9%, Cr 17-19%, Ni 4-7%, Rest Eisen und übliche Begleitelemente ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwerkstoff ein austenitischer Stahl folgender Zusammensetzung C max. 0,20%, Mn 5-7%, Cr 17-20%, Ni 7-10%, Rest Eisen und übliche Begleitelemente ist.

8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwerkstoff nach Herstellung der Verbindung durch Kaltverformung im Bereich der Arbeitsfläche, insbesondere der Lauffläche von Schienen und gegebenenfalls im gegenüberliegenden Fußbereich <j5 verfestigt wird.

9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenwerkstoff auf den zu verfestigenden Flächen nach dem Anschweißen geringfügig über die angrenzenden Oberflächen des Manganhartstahls und des ferritischen Stahls hinausragt

10. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsglühen der Schweißverbindung zwischen dem Manganhartstahl und dem Zwischenwerkstoff bei 950 bis 1000⁰C erfolgt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Schweißverbindung zwischen einem Gußstück aus Manganhartstahl und einem anderen Werkstück aus niedrig legiertem, ferritischem Stahl mit 0,2 bis 0,9% Kohlenstoff, bei dem ein austenitischer, bei den vorgesehenen Schweiß- und Wärmebehandlungsvorgängen nicht versprödender Zwischenwerkstoff an den Manganhartstahl durch Abbrennstumpfschweißen angeschweißt, das Werkstück einer Wärmebehandlung aus einem Lösungsglühen und Abschrecken in Wasser unterworfen wird und dann der Zwischenwerkstoff mit dem ferritischen Werkstoff verschweißt wird. Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Manganhartstahl und einem beliebigen Stahl ist es allgemein üblich, die Verbindung zwischen dem Zwischenwerkstoff und dem Manganhartstahl durch Angießen herzustellen. So erfolgt nach der DE-OS 19 34 309 bei einem gegossenen Herzstück für Weichen die Verbindung aus dem aus Manganhartstahl bestehenden Herzstück und ferritischem Stahl durch Verbundguß über ein zweischichtiges Verbundblech. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß die zur Reaustenitisierung des Manganhartstahls erforderliche Wärmebehandlung, die aus einem Lösungsglühen mit anschließender Wasserabschreckung besteht, zu einer Überhitzung und Versprödung des ferritischen Stahles führt. In der DE-OS 26 46 056 wird als Stand der Technik auch das Verschweißen des Manganhartstahls mit dem Zwischenwerkstoff genannt. Dieses Verschweißen wird jedoch als sehr kompliziert und nachteilig beschrieben. Deshalb schlägt die DE-OS vor, die Verbindung zwischen dem Manganhartstahl und dem Zwischenwerkstoff aus einem durch Temperaturerhöhung und Überhärtung — das ist Lösungsglühen und Abschrecken — nicht geschwächtem bzw. versprödendem, speziellem Stahl durch Angießen mit Hilfe einer Form an das Werkstück aus Manganhartstahl herzustellen, danach einer Wärmebehandlung zu unterwerfen und schließlich den speziellen Stahl mit einem beliebigen anderen Stahlstück zu verschweißen. Gegossene Verbindungen zwischen dem Manganhartstahl und dem Zwischenwerkstoff weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Einmal ist die Verbindung zwischen dem Manganhartstahl und dem angegossenen Zwischenwerkstoff nicht sehr bruchsicher. Darum wird für eine bessere Verklammerung nach der DE-AS 26 49 834 eine Profilierung der Angußenden vorgeschlagen. Zum anderen weist das austenitische, an den Manganhartstahl angegossene Zwischenstück eine geringere Verschleißfestigkeit auf als der mit diesem zu verbindende ferritische Stahl und erst recht als der Manganhartstahl, so daß eine verschleißempfindliche Zwischenzone entsteht, die mindestens die Ausdehnung des Zwischengußstückes hat und zum Beispiel beim Einsatz für Schienenmaterial sehr unerwünscht ist. Aus der AT-PS