DE3004758A1 - Verschweissverfahren fuer eine zu verschweissende rostfreie stahlueberzugsschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überzug-Verschweißen von rostfreien Stählen auf den Innenoberflächen von Druckbehältern aus Kohlenstoff- und niedriglegierten Stählen als Basismetall. Derartige Druckbehälter werden bei der Behandlung von Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen und unter hohem Druck verwendet.

Die Innenoberflächen von Druckbehältern, die zur Entschwefelung bzw. Schwefelabspaltung und zu Hydrokrackprozessen in Ölraffinerien Verwendung finden, sind mit einer rostfreien Stahl-Beschichtung mit einer Dicke von 4,5 bis 8 mm zum Vermeiden von Korrosion ausgelegt. In den Verfahren wird atomarer Wasserstoff von der Oberfläche der rostfreien Stahl-verschweißten Oberflächenschicht absorbiert und wandert in das Basismetall und wandert teilweise auch durch die Wand des Basismetalls bei erhöhter Temperatur und unter hohem Druck nach außen hindurch. In einem solchen Fall, bei dem die Temperatur des Druckbehälters bei Abschalten der Anlage herabgesetzt wird, macht der in der Behälterwand absorbierte Wasserstoff die Grenzschicht zwischen dem rostfreien Stahl und dem Basismetall spröde, so daß manchmal Risse oder Zersetzungen bekannt als Ablösung oder Abtrennung ähnlich einem verzögerten Fehler auftreten können. Der Wasserstoff in der Grenzschicht sammelt sich so auf der Innenseite der Fehlstellen an, die das Auftreten von Lucken oder Blasen oder Oberflächenfehlstellen in der aufgeschweißten Überzugsschicht fördern. Damit treten ernstliche Probleme für die Sicherheit der Anlage auf.

Bisher wurden keine systematischen Studien über das Phänomen der Ablösung oder Auftrennung bekannt, und ihre Ursachen und Mechanismen waren nicht klar. Die Studien haben aufgezeigt, daß der hauptsächliche Ursprung für das Ablösen in dem Unterschied der Wasserstofflöslichkeit zwischen der aufgeschweißten Überzugsschicht aus austhenitischem rostfreien Stahl und dem ferritischen Basismetall

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oder im unterschied der Wärmeausdehnung und der Mikrostruktur in der Grenzschicht mit einer starken Empfindlichkeit zur Wasserstoffversprödung hervorgerufen in einer ungleichen Verschweißung liegt.

Gemäß dieser Studien wird die Grenzschicht zwischen dem Basismetall und der aufgeschweißten rostfreien Stahl-Überzugsschicht wegen des in der Wand des Druckbehälters absorbierten Wasserstoffs brüchig, und es wurde daher überlegt, daß die Fehlstellen ausgelöst und vergrößert werden bei zunehmendem Wasserstoffgasdruck in dem Lunker und vorhandener Spannung in der verschweißten Zone.

Als ein Ergebnis dieser Studien wurde ein Verfahren zum Überzugsverschweißen geschaffen, welches das Ablösen entweder durch Auswählen eines Schweißmaterials oder durch Verbessern des Schweißverfahrens beim Verschweißen der ersten Überzugsschicht auf das Basismetall verhindert.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit dem Fehlstellen in der Grenzschicht zwischen einer aufgeschweißten rostfreien Stahlüberzugsschicht und dem Basismetall infolge von Wasserstoff, welches als Ablösung oder Abtrennung bekannt ist, vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art gelöst, welches gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß ein spezielles verschweißtes Metall verwendet wird, welches eine Menge von Martensit-Struktur in Austenit-Matrix als einer ersten Schicht-aufgeschweißten Überzugsschicht verwendet. Die erste Schicht des aufgeschweißten austenitischen rostfreien Stahlmetalls weist eine Martensit-Struktur von 4 bis 40% pro Fläche oder zusätzlich eine Ferrit-Struktur bis zu 8% pro Fläche auf.

Gemäß eines Aspektes der Erfindung ist die erste auf das Basismetall aufzuschweißende Metallschicht definiert als im wesentlichen

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zusammengesetzt aus 0,1 Gew.-% C, bis zu 1,0 Gew.-% Si, bis zu 2,0 Gew.-% Mn, 7 bis 12 Gew.-% Ni, 12 bis 18 Gew.-% Cr, bis zu 1,0 Gew.-% Mo und bis zu 0,1 Gew.-% Al, wobei der Rest Fe ist.

Gemäß eines anderen Aspektes der Erfindung weist die erste aufzuschweißende Metallschicht zusätzlich Nb der achtfachen Menge des Kohlenstoffgehaltes und bis zu 1,0 Gew.-% maximal auf.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Basismetall mit einer darauf aufgeschweißten rostfreien Stahl-Überzugsschicht, die gemäß der Erfindung aufgeschweißt wurde, wobei

Fig. 1A das Überzugsmaterial der ersten Schicht zeigt, das zwei Phasen von Austenit- und Martensit-Strukturen oder drei Phasen von Austenit-, Martensit- und Ferritstrukturen aufweist und

Fig. 1B das Überzugsmaterial einer zweiten Schicht zeigt, wobei das aufgeschweißte Material der ersten Schicht zwei Phasen von Austenit- und Martensit-Strukturen oder drei Phasen von Austenit-, Martensit- und Ferritstrukturen wie oben aufweist. Die zweite aufgeschweißte Überzugsschicht ist aus einem rostfreien Stahl hergestellt, welche mittels konventionellen Schweißverfahrens aufgebracht ist; und

Fig. 2 einen Teil eines Schaeffler-Diagramms, welches die Mikrostrukturen von aufgeschweißten rostfreien Stahlmetallen der ersten aufgeschweißten Überzugsschicht wiedergibt. Die Korrelation mit der MikroStruktur und dem Grad des Widerstandes gegen das Ablösen oder Abtrennen auf überzogenen Materialstreifen, die mit einer Typ 308- oder

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einer Typ 309-austenitischen-rostfreien Stahl-Elektrode aufgeschweißt sind, ist in dem Diagramm in Fig. 2 gezeigt. Der Ablösewiderstand wurde getestet, indem das überzogene Material einer Wasserstoffumgebung bei einer erhöhten Temperatur und erhöhtem Druck in einem Autoklaven ausgesetzt wurde.

Als Ergebnis detaillierter Untersuchungen bezüglich der Ursache der Auftrennung, die an der Grenzschicht zwischen dem rostfreien Stahl und dem Basismetall durch Wasserstoff auftritt, fanden die Erfinder heraus, daß das Auftrennen von der MikroStruktur in der Grenzschicht zwischen dem austenitischen rostfreien Stahl-Schweißmetall und dem Basismetall abhängt. Es bestätigte sich, daß es möglich ist, die Auflösung zu verhindern und eine Verbesserung der MikroStruktur des rostfreien Stahl-Schweißüberzuges auf dem Basismetall als der ersten Schicht zu schaffen. Das heißt, es wird bestätigt, daß die folgenden Mikrostrukturen nach einer Nachschweiß-Hitzebehandlung gebildet werden:

1) eine grob gekörnte austenitische MikroStruktur mit einem intergranularen Karbidniederschlag,

2) eine martensite Struktur in der Fusionszone,

3) eine grob gekörnte MikroStruktur in der wärmebeeinflußten Zone des Basismetalls, welches dekarbonisiert wird.

Es wurde gefunden, daß sich die Trennung bzw. Auflösung fortpflanzt nahezu entlang der Korngrenze des grob gekörnten austenitischen eingeschweißten Metalls, welches geformt wird parallel zu der Fusionszone als Mikrostrukturen, wie oben beschrieben. Es kann davon ausgegangen werden, daß für den Fall, daß eine geeignetere MikroStruktur durch Modifikation der Verschweißkondition geformt wird und die MikroStruktur des eingeschweißten Metalls zwei Phasen von Austenitr und Martensit-Strukturen oder drei Phasen von Austenit-, Martensit- und Ferrit-Strukturen aufweist und wenn gleichzeitig die Bildung von Grobkorn-Austenit-Strukturen ausgedehnt entlang der

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Fusionszone vermieden wird, als Ergebnis der Widerstand gegen die Auftrennung merkbar vergrößert wird. Tatsächlich wird das durch die nachfolgenden Tests bestätigt.

Fig. 1A zeigt eine Querschnittsansicht eines überzogenen Materials mit 2-i % Cr - 1 % Mo-Stahl als Basismetall mit einer Dicke von 80 bis 100 mm mit einer einzelnen Schicht eines verschweißten Überzuges mit Verschweißung unter Verwendung eines rostfreien Stahlstreifens (Dicke 0,4 mm, Breite 75 mm) der Typen 308 und 309 (Bezugszeichen 2 zeigt das aufgeschweißte Metall). Fig. 1B zeigt die Querschnittsansicht des überzogenen Materials, wobei als erste Schicht ein verschweißter Oberzug wie in Fig. 1A verwendet ist und weiter eine zweite Schicht eines verschweißten Überzuges aufgeschweißt ist unter Verwendung eines Typ 347-rostfreien Stahlstreifens (Dicke 0,4 mm, Breite 75 mm). (Das Bezugszeichen 3 zeigt die zweite verschweißte Überzugsschicht.) In beiden Fällen wurde der Schweißstrom innerhalb von 1.000 bis 2.800 Ampere variiert, und auch die Schweißgeschwindigkeit wurde variiert zwischen 5 und 50 cm/min beim Verschweißen der ersten Überzugsschicht, so daß die MikroStruktur des aufgeschweißten Metalls, die in eine der folgenden vier Arten klassifiziert werden kann, durch Übergang bzw. Verdünnung der chemischen Zusammensetzung der aufgeschweißten Metalle erhalten wurde, d.h. a) Austenit, b) Austenit + Ferrit, c) Austenit + Martensit und d) Austenit + Martensit + Ferrit.

Zur Prüfung des Auftrennwiderstandes des rostfreien Stahl-Schweißüberzuges infolge von Wasserstoff-Versprödung wurden Teststücke in einen Autoklaven getan und einer Wasserstoffumgebung unter einem Druck von 150 kg/cm bei einer Temperatur von 400°C über 24 Stunden ausgesetzt. Die Teststücke hatten Abmessungen von 45 mm Dicke (einschließlich der Dicke des verschweißten Überzuges von 4 bis 7 mm), 55 mm Breite und 110 mm Länge und wurden von einem Material genommen, welches erhalten wurde von einer Nachschweiß-Hitzebehandlung bei 68O°C für 16 Stunden oder bei 69O°C für 30 Stunden.

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Die Teststücke, welche mit Wasserstoff in dem Autoklaven geladen waren, wurden mittels einer Ultraschallprüfvorrichtung zum Ermitteln von Auftrennungen untersucht. Eine Relation zwischen dem Auftrennverhalten und der MikroStruktur der ersten verschweißten Überzugsschicht ist in dem Schaeffler-Diagramm in Fig. 2 gezeigt.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß beide verschweißten Überzugsschichten mit einer Zweiphasen-Mikrostruktur zusammengesetzt aus Austenit und Martensit und einer Dreiphasen-Mikrostruktur zusammengesetzt aus Austenit, Martensit und Ferrit einen ausgezeichneten Widerstand gegen Auftrennung besitzen. Im Vergleich dazu haben die beiden verschweißten Überzugsschichten mit einer einzigen Phase von Austenit und zwei Phasen zusammengesetzt aus Austenit und Ferrit, wie sie durch konventionelle Verschweißbedxngungen erzielt werden, einen wesentlich sdiechteren Widerstand gegen Auftrennung.

Aus den vorgenannten Testergebnissen ist ersichtlich, daß das Auftrennverhalten im starken Maße abhängt von der MikroStruktur der ersten Schicht aufgeschweißten Metalls und daß die konventionelle Verschweißbedingung eine Grobkorn-Austenit-Mikrostruktur erzeugt in der Grenzschicht zwischen dem verschweißten überzug und dem Basismetall, was zu einem Ausscheiden von Korngrenzen-Karbiden als Folge der Nachverschweißhitzebehandlung führt, so daß ein Auftrennen oder Auflösen leicht eintritt. Existiert aber eine Martensit-Struktur in einer Austenit-Matrix oder an der Kornbegrenzung bzw. Korn- oder Kristallgrenze, dann wird das Austreten der Korngrenzen-Karbide unterdrückt, und auch die Bildung von langgestreckten grobkörnigen Austeniten entlang einer Fusionszone wird verhindert, da die Löslichkeit von Kohlenstoff in Martensit größer als in Austenit ist. Damit ist gezeigt, daß das Auftrennen in einem verschweißten Überzug erreicht werden kann durch Absenken der Empfindlichkeit gegenüber Wasserstoff versprödung des aufgeschweißten Metalls. Obwohl das in dem aufgeschweißten Metall enthaltene Ferrit zum Verhindern eines Heißkrackens von Austenit beiträgt, erfüllt es nicht die Rolle des Verhinderns von Auftrennungen.

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Mit der vorliegenden Erfindung wird also ein Verfahren zum Vermeiden des Ablösens oder Auftrennens einer rostfreien Stahl-verschweißten Überzugsschicht auf der Innenoberfläche von Druckbehältern geschaffen. Dabei soll definiert werden, daß die erste verschweißte Überzugsschicht die Martensit-Mikrostruktur zu mehr als 4% und 40% Maximum pro Fläche in einer Austenit-Matrix enthält und daß der Wasserstoffpartialdruck und die Temperatur im Betrieb bei Verwendung der Druckbehälter mit einer rostfreien Stahl-verschweißten Überzugsschicht bis unter 150 kg/cm und 45O°C gehalten werden müssen. Im Zusammenhang mit Fig. 2 ist auch ersichtlich, daß selbst bei zusätzlich zu der Martensit-Mikrostruktur von mehr als 4% und 40% Maximum pro Fläche die ferritische MikroStruktur bis zu 8% pro Fläche in Form einer Dreiphasenstruktur enthalten ist, was ein verschweißtes Metall ergibt mit einem äquivalenten Widerstand gegen Auftrennen zu dem der Zweiphasenstruktur. Mit der vorliegenden Erfindung wird somit auch ein erster Schicht-rostfreier Stahl-verschweißter Überzug mit einer Martensit-Struktur von mehr als 4% und 40% Maximum pro Fläche und einem Maximum von 8% Ferrit-Struktur pro Fläche gegeben.

Natürlich können eine herkömmliche austenitische rostfreie Stahlverschweißte Überzugsschicht, welche aus Austenit-oder Austenit-Ferrit-Strukturen zusammengesetzt ist, als zweite oder mehrere Multischichten aufgebracht werden. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung eine geeignete Menge von Martensit-Struktur gebildet, die in der Austenit-Matrix geformt wird entweder durch Festlegen der chemischen Zusammensetzungen der ersten Schicht verschweißten Metalls oder Auswählen der Verschweißbedingungen.

Die Gründe, warum bei der Erfindung die Flächenprozentangaben der Martensit- und Ferrit-Struktur in dem ersten Schicht-verschweißten Metall so definiert sind, liegen in folgendem: Da bei Zusammensetzung des verschweißten Metalls aus einer Austenit-Struktur der Auftrennwiderstand schlechter wird und das Heißkracken bei der Überzugsverschweißung leicht auftritt, wird ein Martensitgehalt von wenigstens 4% pro Fläche notwendig, um dieser Gefahr abzuhelfen. Je größer der Flächenprozentsatz ist, desto mehr wird dieser

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Effekt ersichtlich. Wie jedoch aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird bei einem Überschreiten des Flächenanteils von 40% der Widerstand gegen das Auftrennen beeinflußt und darüberhinaus die Empfänglichkeit bzw. das Aufnahmevermögen des aufgeschweißten Metalls gegen Wasserstoffversprödung selbst erhöht, weshalb der geeignete Bereich des Martensitgehaltes als zwischen 4 und 40% gewählt wurde. Existiert Martensit in einer Austenit-Matrix, dann ist Ferrit nicht unbedingt erforderlich für das Vermeiden des Heißkrackens, aber als Ergebnis der Untersuchung wurde bestätigt, daß Ferrit-Struktur selbst zeigte, daß sie bezüglich des Heißkrackens wirksam ist, wenn der Martensitgehalt relativ niedrig ist oder ein verschweißtes Metall mit hoher Anfälligkeit zum Heißkracken verwendet wurde. Da bei mehr als 8% Ferritgehalt der Widerstand gegen Auftrennen verschlechtert wird und auch eine Versprödung als Folge der Sigmatisierung auftritt, wird die obere Grenze des Martensitgehaltes mit 8% festgelegt.

Die Gründe für die Definition der chemischen Komposition des zu verschweißenden Metalls liegen natürlich darin, daß mechanische Eigenschaften, Korrosionswiderstand und Verschweißbarkeit des zu verschweißenden Metalls und auch die Bildung einer geeigneten Menge von Martensit-Struktur oder Martensit- und Ferrit-Strukturen in der Austenit-Matrix sichergestellt sein sollen.

Im nachfolgenden werden die Gründe erläutert, aus denen die jeweiligen Komponenten des zu verschweißenden bzw. verschweißten Metalls in der oben erläuterten Weise definiert sind:

Es ist erwünscht, daß der Kohlenstoffgehalt so niedrig wie möglich ist, um den Korrosionswiderstand der rostfreien Stähle zu behalten, wobei aber eine Kohlenstoffwanderung von dem Basismetall zu dem rostfreien Stahl-verschweißten Metall in einer Nachschweiß-Hitzebehandlung in Betracht gezogen wird, wobei der obere Grenzwert als 0,1% festgelegt wird.

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Silizium und Mangan sind als ein Deoxydationsmittel des verschweißten Metalls erforderlich, wobei ersteres und letzteres jeweils Ferrit- und Austenitbildner sind, wobei beide Elemente auf die MikroStruktur des verschweißten Metalls Einfluß haben. Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen werden die Obergrenzen von Silikon- und Mangangehalt auf 1,0% bzw. 2,0% festgelegt.

Nickel und Chrom sind fundamentale Elemente zum Aufrechterhalten des Korrosionswiderstandes des verschweißten Metalls, und Nickel über 8% und Chrom über 18% sind gewöhnlich in austenitischen rostfreien Stählen enthalten. Da es aber bei der vorliegenden Erfindung notwendig ist, solche chemischen Kompositionsbereiche so zu wählen, daß eine Martensit-Struktur in einer Austenit-Matrix gebildet wird, werden die bevorzugten richtigen Bereiche zwischen 7 bis 12% bzw. 12 bis 18% für Nickel bzw. Chrom gewählt.

Molybdän ist erforderlich zum Verbessern des Korrosionswiderstandes von rostfreien Stählen und dient auch zum Aufrechterhalten der Stärke bei hoher Temperatur. Wird der Molybdängehalt jedoch zu stark erhöht, dann wird die Sigmaphasen-Ausfällung beschleunigt, weil Molybdän ein Ferritformer ist, wodurch das verschweißte Metall bezüglich des Korrosionswiderstandes und auch bezüglich der Schlageigenschaften verschlechtert wird. Daher wird die obere Grenze als 1,0% angegeben.

Aluminium wird als Deoxydationsmittel verwendet und ist nötig zum Raffinieren bzw. Verfeinern der Korngröße des verschweißten Metalls. Wird es aber im Überfluß zugegeben, dann wird die Reinheit der verschweißten Metalle verschlechtert, ebenso der Korrosionswiderstand. Daher wird die obere Grenze auf 0,1% festgelegt.

Niobium ist ein stark karbidformendes Element und ist notwendig zum Fixieren des Kohlenstoffs als ein Karbid in dem verschweißten Metall zum Verbessern des intergranularen Korrosionswiderstandes. Zum vollständigen Fixieren des Kohlenstoffs ist ein Niobiumgehalt

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von mehr als dem Achtfachen des Kohlenstoffgehaltes notwendig. Da es jedoch ein ferritformendes Element ist, macht ein Überschuß dieses Elementes eine Sigmaphasen-Ausfällung bemerkbar, so daß seine obere Grenze als 1,0% für einen optimalen Zusammensetzungsbereich angegeben wird.

Im nachfolgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben:

Tabelle 1 zeigt die chemischen Zusammensetzungen von erste Schichtrostfreien Stahl-verschweißten Metallen, die mit einer 75 mm breiten Streifenelektrode auf ein l\ % Cr - 1 % Mo-Basismetall verschweißt wurden, und die Mikrostrukturen sind aus dem Schaeffler-Diagramm abschätzbar bzw. ablesbar. In Tabelle 1 sind die Proben Nr. 1 bis 9 Beispiele von verschweißtem Metall unter Anwendung der vorliegenden Erfindung, wobei die verschweißten Metalle so präpariert wurden, daß ihre chemischen Zusammensetzungen so gesteuert sind, daß der Martensit- oder Martensit- und Ferritgehalt in der Austenit-Matrix gebildet wird. Unter diesen zeigen die Beispiele Nr. 1 bis 5 die verschweißten Metalle der Ni-Cr-Mo-Reihen und Nr. bis 9 die Ni-Cr-Mo-Nb-Reihen. Die Beispiele Nr. 10 bis 13 zeigen verschweißte Metalle der Typen 309 und 347, welche mittels herkömmlichen Verschweißens aufgebracht wurden.

Tabelle 2 zeigt die Testergebnisse bezüglich des Widerstandes gegen die Auflösung der Verbindung der in Tabelle 1 gezeigten Materialien. In den Tests waren die überzogenen Materialien ausgesetzt in Wasserstoff unter einem Druck von 150 kg/cm und bei einer Temperatur von 45O°C, wie bereits beschrieben. Seitenverbiegungstests-Ergebnisse der Materialien sind auch in Tabelle 2 gezeigt. Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, wurde keine Auftrennung in dem überzogenen Material, welches gemäß der Erfindung aufgebracht worden war, festgestellt, und zwar selbst in einer stärkeren Aussetzung einer Wasserstoffumgebung als bei Fig. 2. Alle zeigten auch ausgezeichnete Biegeeigenschaften.

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Es ist also ersichtlich, daß die Erfindung dem verschweißten Überzug einen ausgezeichneten Widerstand gegen Ablösung gibt, wenn die Verschweißprozedur auf die Innenoberflächen von Druckbehältern angewendet wird, die für die Wasserstoffbehandlungsprozesse bei erhöhten Temperaturen und unter hohem Druck Anwendung finden. So wird eine wünschenswerte Verschweißung des Überzugs erreicht durch Auswählen der Verschweißbedingungen oder Steuern der chemischen Zusammensetzung des verschweißten bzw. zu verschweißenden Metalls. Als Ergebnis davon wird die MikroStruktur des verschweißten Metalls so, daß es eine Zweiphasen-Mikrostruktur mit Austenit und Martensit oder eine Dreiphasen-Mikrostruktur mit Austenit, Martensit und Ferrit aufweist, und es kann auch die Bildung einer grobgekörnten Austenit-Mikrostruktur langgestreckt entlang der Fusionszone des Überzugsmaterials verhindert werden. So kann das Abtrennen der rostfreien Stahl-Überzugsschicht infolge der Wasserstoffversprödung wirksam verhindert werden, und doch bleibt die verschweißte Überzugsschicht ausreichend biegsam bzw. geschmeidig.

Bei Anwenden der oben beschriebenen Erfindung werden alle Nachteile bezüglich des Ablösens bei konventionellen Überzugs-Verschweißverfahren vollständig ausgeschaltet, so daß die Sicherheit der Ausrüstung weiter verbessert wird.

Zusammengefaßt läßt sich die Erfindung also bezeichnen als ein Verfahren zum Verschweißen einer Überzugsschicht aus rostfreiem Stahl auf den Innenoberflächen von Druckbehältern, wie sie zur Behandlung von Wasserstoff bei erhöhter Temperatur von beispielsweise unterhalb 45O°C und unter hohem Druck von beispielsweise bis zu 150 kg/cm verwendet werden. Zum Verhindern des Ablösens des aufgeschweißten rostfreien Stahls wird als erste aufgeschweißte Überzugsschicht eine solche verwendet, die eine martensitische Struktur von 4 bis 40% pro Fläche oder zusätzlich eine Ferrit-Struktur von bis zu 8% pro Fläche aufweist. Zu diesem Zweck ist die chemische Zusammensetzung des rostfreien Stahl-verschweißten Metalls so ge-

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wählt, daß dieses im wesentlichen bis zu 0,1% C, bis zu 1,0% Si, bis zu 2,0% Mn, 7 bis 12% Ni, 12 bis 18% Cr, bis zu 1,0% Mo und bis zu 0,1% Al aufweist, wobei der Ausgleich Fe ist. Der rostfreie Stahl-verschweißte überzug kann ferner Nb von mehr als dem Achtfachen des Kohlenstoffgehaltes bis zu 1,0% enthalten.

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Tabelle 1

Nr.

Probe

1 Probe 1

2 Probe 2

3 Probe 3

4 Probe 4

5 Probe 5

6 Probe 6

7 Probe 7

8 Probe 8

9 Probe 9

10 Bezugsprobe

11 Bezugsprobe

12 Bezugsprobe

13 Bezugsprobe

Hauptsächliche chemische Zusammensetzung

16Cr - 8Ni

15Cr - 7Ni

13Cr - 10Ni

12Cr - HNi

17Cr - 7Ni

16Cr - 8Ni - Nb

15Cr - 9Ni - Nb

13Cr - 10Ni - Nb

12Cr - HNi - Nb

1 18Cr - 10Ni

2 19Cr - 10Ni

3 18Cr - 10Ni - Nb

4 20Cr - HNi - Nb

0,076 0^078 0,057 0,071 0,043

0,063

0,061 0,067 0,065 0,061 0,056 0,054 0,061

Si

0_r52 0,46 0,54

Mn

1,43 1,36 1,43

0,51 1,40

0,52 0,29

0,44

1,35 1,76 1,71

0,37 1,62

0,46 0,40 0,57 0,59

0,44

1,59 1,41

1,54 1,65 1,70

8,33 7,66

10,65 11,14 7,55

8,51

9,24

10,15

11,32

10,29

10,62

10,64

11,16

16,14
15,32
13,25
12,01
16,83
16,40
15,34
13,32
12,65
18,46
19,19
18,47
20,73

Mo

0,37
0,41
0,38
0,42
0_;51
0,21
0_r32
0,21
0,19
0,25
0,21
0,16
0,16

Al

0_;015

Nb

0,01

0,010 0,01

0,035 0,040 0,015 0,012 0,011 0,043 0,039 0,010 0,011 0.013

0,017

0,01 0,01 0,01 0,55 0,63 0,61 0,59 0,01 0,01

0,56 0,56

Mikrostruktur*

A + 5%M

A + 25%M

A + 13%M

A + 10%M A + 22%M + 8%F

A + 4%M

A + 5%M

A + 15%M

A + 10%M A A A A

A", "M" und "F" bedeuten "Austenit", "Martensit" und "Ferrit".

2.5%F

2%F

7%F

O O

CtI

Tabelle

Ca>
O
CD
CO
CO

Probe

Probe 1

Hauptsächliche cheml- Mikrosche Zusammensetzung struktur

(1)

Nachverschwel ßwärme

Probe 2

Probe 3

Probe 4

Probe 5

Probe 6

Probe 7

Probe 8

Probe 9

Bezugsprobe 1

Bezugsprobe 2

Bezugsprobe 3

Bezugsprobe 4

16Cr - 8Ni

15Cr

13Cr

12Cr

17Cr

16Cr -

15Cr -

13Cr -

12Cr -

18Cr

19Cr

18Cr -

20Cr -

- 7Ni

- 10Ni

- HNi

- 7Ni 8Ni - Nb 9Ni - Nb 10Ni - Nb 11Ni - Nb

- 10Ni

- 10Ni 10Ni - Nb HNi - Nb

A + 5%M

A + 25%M

A + 13%M

A + 10%M A + 22%M + 8%F

A + 4%M

A + 5%M

A + 15%M

A + 10%M

A + 1%F

A + 2.5%F

A + 2%F

A + 7%F

68CTC χ 16 h & 69O°C χ 30 h

Il Il Il It Il M Il Seiten-Biege-Test

gut

(3)

Abtrenn-Test

(4)

keine Abtrennung

Il It It It Il

Il

beachtliche Abtrennung

"A" "M"

M" und "F" bedeuten "Austenit", "Martensit" und "Ferrit".

(2) In Fig. 2 sind die Ergebnisse, die bei einer Wärmebehandlung von 68O°C χ 16 h erhalten wurden, abgetragen.

(3) Der Biegeradius = 20 mm, der Biegewinkel =

Nach Aussetzung in Wasserst über 24 h, gekühlt in Luft.

(4) Nach Aussetzung in Wasserstoff unter einem Druck von 150 kg/cm und einer Temperatur von 45O°C

cn

Leerseite

Claims (5)

30Q4758 PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9O ST 9-1458 P/be The Japan Steel Works, Ltd., Tokyo / Japan Chiyoda Chemical Engineering & Construction Co., Ltd., Yokohama / Japan Verschweißverfahren für eine zu verschweißende rostfreie Stahlüberzugsschicht PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Überzug-Verschweißen von rostfreien Stählen auf den Innenoberflächen von Druckbehältern aus Kohlenstoff- und niedriglegierten Stählen als Basismetall, dadurch gekennzeichnet, daß ein spezielles verschweißtes Metall verwendet wird, welches eine Menge von Martensit-Struktur in Austenit-Matrix als einer ersten Schicht-aufgeschweißten Überzugsschicht verwendet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Martensitgehalt 4% bis 40% pro Fläche in einer Austenit-Matrix beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Martensitgehalt 4% bis 40% pro Fläche beträgt und ferner eine Ferritstruktur von weniger als 8% pro Fläche in einer Austenit-Matrix vorgesehen ist.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht-rostfreier Stahl-aufgeschweißte-überzugsschicht im wesentlichen aus den folgenden Legierungselementen von bis zu 0,1 Gew.-% C, bis zu 1,0 Gew.-% Si, bis zu 2,0 Gew.-% Mn, 7 bis 12 Gew.-% Ni, 12 bis 18 Gew.-% Cr, bis zu 1,0 Gew.-% Mo und bis zu 0,1 Gew.-% Al besteht, wobei der Rest Fe ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rostfreie Stahl-verschweißte Überzugsschicht einen Nb-Gehalt von mehr als dem Achtfachen des Kohlenstoffgehaltes und bis zu 1,0 Gew.-% aufweist.

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