DE3015638A1 - METHOD FOR IMPROVING THE PHYSICAL PROPERTIES OF THE HEAT-DAMAGED WELDING ZONE - Google Patents
METHOD FOR IMPROVING THE PHYSICAL PROPERTIES OF THE HEAT-DAMAGED WELDING ZONEInfo
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- DE3015638A1 DE3015638A1 DE19803015638 DE3015638A DE3015638A1 DE 3015638 A1 DE3015638 A1 DE 3015638A1 DE 19803015638 DE19803015638 DE 19803015638 DE 3015638 A DE3015638 A DE 3015638A DE 3015638 A1 DE3015638 A1 DE 3015638A1
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- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F3/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by special physical methods, e.g. treatment with neutrons
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Description
Legierungen auf Nickelgrundlage und rostfreie Stahllegierungen sind hochfeste korrosionsfeste Materialien, die in einem weiten Temperaturbereich Anwendung finden. Wegen ihrer vielen erwünschten Qualitäten werden diese Materialien in erheblichem Umfang beim Bau von Nuklearreaktoren verwendet. Obwohl beide Arten von Legierungen mit beliebigen Lichtbogenschweißverfahren, wie Gas-Wolfram-Lichtbogen, ohne weiteres schweißbar sind, treten bei diesen Materialien in den Schweißungen Mikrorisse auf, eine Segregation von Karbiden und die Bildung von Schlacken oder versprödenden Phasen, sowie eine Verminderung der Duktilität und von duktilitätsabhängigen Eigenschaften, wie der Schlagfestigkeit und der Bruchzähigkeit. Diese Auswirkungen treten am stärksten in dem Bereich des Basismetalls hervor, der als Ergebnis der Einwirkung der Schweißhitze einer metallurgischen Veränderung unterzogen wurde und der als hitzegeschädigte Zone (HAZ) bezeichnet wird. Das Metall in dieser Zone wurde durch einen Temperaturbereich hindurch erhitzt und abgekühlt, der groß genug ist, um physikalische Veränderungen in der Struktur des Metalls mit daraus folgenden Veränderungen der physikalischen Eigenschaften hervorzurufen. Bei Stählen wird eine harte Zone erzeugt und zwar in Abhängigkeit von dem Ausmaß in welchem die betreffenden Stähle gehärtet werden. Dies ist begleitet von einem Verlust an Duktilität, so daß die Widerstandsfähigkeit gegen Stoßbelastung oder Ermüdung vermindert wird. Auch Sprödigkeit kann auftreten durch die Entwicklung einer grobkörnigen Struktur. Verschiedene rostfreie Legierungen können durch Karbid-Ausscheidung in der hitzegeschädigten Zone eine stark verminderte Korrosionsfestigkeit erhalten und im Bereich entlang der Korngrenzen der HAZ treten häufig Mikrorisse auf. Diese Auswirkungen können zwar in einem gewissen Ausmaß gesteuert werden, doch er-Nickel-based alloys and stainless steel alloys are high-strength corrosion-resistant materials, which are used in a wide temperature range. Because of their many desirable qualities, these Materials used extensively in the construction of nuclear reactors. Although both types of alloys with any arc welding process, such as gas-tungsten arc, can be easily welded, join These materials exhibit microcracks in the welds, a segregation of carbides and the formation of Slag or embrittling phases, as well as a reduction in ductility and of ductility-dependent phases Properties such as impact resistance and fracture toughness. These effects are most pronounced in the area of the base metal that emerges as a result of exposure to the heat of welding a metallurgical Has undergone change and is known as the heat damaged zone (HAZ). The metal in this zone was heated and cooled through a range of temperatures large enough to cause physical changes in the structure of the metal with consequent changes in the physical properties. In the case of steels, a hard zone is created depending on the extent to which they are concerned Steels are hardened. This is accompanied by a loss of ductility, so that the resistance against shock loads or fatigue is reduced. Brittleness can also occur as a result of the development a coarse-grained structure. Various stainless alloys can be heat-damaged by carbide precipitation Zone received a greatly reduced corrosion resistance and in the area along the grain boundaries of the HAZ microcracks often occur. While these effects can be controlled to some extent,
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gibt sich häufig ein Kompromiß hinsichtlich dor Mikrostruktur. Überdies können derartige Schaden schwierig durch zerstörungslose Routineprüfungen zu entdecken sein und können daher völlig unbemerkt bleiben.There is often a compromise with regard to the microstructure. Moreover, such damage can be difficult can be discovered through non-destructive routine tests and can therefore go completely unnoticed.
Zur Heilung von Hohlraumstörungen in Gußteilen wurde bereits eine heiße isostatische Pressung (HIP) angewendet. Wie in US-PS 3 496 624 beschrieben, konnten durch HIP Verbesserungen der Ermüdungseigenschaften von Aluminiumlegierungs-Gußteilen erzielt werden. Die Anwendung der heißen isostatischen Pressung bei Superlegierungs (Rene 80)-Gußteilen hat gezeigt, daß die Beseitigung von Störungen bzw. Fehlstellen in gegossenen Superlegierungen allgemein die Bruchfestigkeit, die Dehnung und die Lebensdauer für geringe Wechselbeanspruchung erhöht hat. HlP wird auch bei der Bildung von Formen aus verschiedenen Metallpulvern verwendet und zur Verbesserung der Duktilität von Formen, die aus Metallpulvern hergestellt worden sind.Has been used to heal cavity defects in castings a hot isostatic pressing (HIP) has already been applied. As described in U.S. Patent 3,496,624, through HIP Improvements in the fatigue properties of aluminum alloy castings be achieved. The use of hot isostatic pressing in superalloy (Rene 80) castings has shown that the elimination of defects or defects in cast superalloys in general the breaking strength, elongation and service life for has increased slight alternating stress. HIP is also used in the formation of shapes from various metal powders and used to improve the ductility of molds made from metal powders.
Es wurde gefunden," daß es durch Behandlung der Schweißungen von Legierungen auf Nickelbasis und von rostfreien Stahllegierungen mit einem ausgedehnten, im wesentlichen isostatischen Druck bei erhöhter Temperatur möglich ist, Mikrorisse in der hitzegeschädigten Zone zu vermindern, die Segregation und Ungleichmäßigkeiten in der Mikrostruktur durch erhöhte Diffusion zu beseitigen oder zu vermindern, Schlacken oder andere unerwünschte Phasen aufzulösen, die Menge und Größe von Einschlüssen zu vermindern, und die Zugeigenschaften und die Schlagfestigkeit der Schweißungen zu verbessern. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften der Schweißungen von Legierungen auf Nickelbasis und von rostfreien Stahllegierungen, werden die Schweißungc-.i auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, um das Material der Legierung zu diffundierenIt has been found "by treating the welds of nickel-based alloys and stainless steel alloys." with an extended, essentially isostatic pressure at elevated temperature is possible, microcracks in the heat-damaged zone to lessen the segregation and irregularities in the microstructure through increased diffusion to eliminate or reduce slag or other undesirable phases that dissolve To reduce the amount and size of inclusions, and the tensile properties and impact strength of the welds to improve. In the method according to the invention for improving the properties of the welds of alloys nickel-based and stainless steel alloys, the welds c-.i are heated to a temperature that sufficient to diffuse the material of the alloy
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bzw. zu verteilen, jedoch unterhalb der Liquidustemperatur der Legierung liegt, und dabei gleichzeitig einem im wesentlichen isostatischen Druck ausgesetzt, der ausreicht, um eine gewisse plastische Deformation des Materials zu verursachen; der Druck und die Temperatur werden für eine Zeitspanne aufrechterhalten, die ausreicht, um die Zugeigenschaften und die Schlagfestigkeit der Legierung der Schweißung zu verbessern und das Material zu homogenisieren. or to distribute, but is below the liquidus temperature of the alloy, and at the same time a substantially exposed to isostatic pressure sufficient to cause a certain plastic deformation of the material cause; the pressure and temperature are maintained for a period of time sufficient to maintain the Tensile properties and impact strength of the alloy to improve the weld and to homogenize the material.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Homogenisierung der Struktur der Schweißungen von Legierungen auf Nickelbasis und rostfreien Stahllegierungen zu schaffen.It is therefore an object of the invention to provide a method for homogenizing the structure of the welds of alloys nickel-based and stainless steel alloys.
Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der Qualität der Schweißungen von Legierungen auf Nickelbasis und rostfreien Stahllegierungen zu schaffen, bei dem die Zug-Duktilität und die Schlagfestigkeit der Schweißung verbessert wird.It is another object of the invention to provide a method of improving the quality of welds of alloys to create nickel-based and stainless steel alloys, in which the tensile ductility and the impact resistance the weld is improved.
Diese Ziele werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Schweißungen auf etwa 1 200 bis 1 480 K (1 700 bis 2 200°F) in einer inerten oder sauerstoffreien Atmosphäre erhitzt und gleichzeitig einem im wesentlichen isostatischen Druck von etwa 34,5 bis etwa 344,7 MPa (5000 bis 50 000 psi) ausgesetzt und auf dieser Temperatur und diesem Druck bis zu acht Stunden gehalten werden, wodurch die Schweißung und die hitzegeschädigte Zone des Basismetalls in den strukturellen und mechanischen Eigenschaften verbessert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Verbesserung von Schweißungen irgendwelcher Legierungen, bei deren Gußstücke es bekannt ist, daß sie durch heiße isostatische Verarbeitung verbessert werden. Dies giltThese objects are achieved according to the invention in that heat the welds to approximately 1,200 to 1,480 K (1,700 to 2,200 ° F) in an inert or oxygen-free atmosphere and at the same time subjected to a substantially isostatic pressure of about 34.5 to about 344.7 MPa (5000 to 50,000 psi) and kept at this temperature and pressure for up to eight hours, thereby creating the weld and improves the heat-damaged zone of the base metal in structural and mechanical properties will. The method according to the invention is suitable for improving welds of any alloys, castings of which are known to be improved by hot isostatic processing. this applies
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auch ohne Begrenzunq jedoch für die Super log ierungeri auf Nickel-und Kobaltbasis, wie Tnconel 718 und 625, Rene 41, Haynes 188 und 25 und die austenitischen (304, 316, 321, 347) oder präzipitationsyehärteten rostfreien Stähle.also without limitation, however, for the super log ieri based on nickel and cobalt, such as Tnconel 718 and 625, Rene 41, Haynes 188 and 25 and the austenitic (304, 316, 321, 347) or precipitation hardened stainless steels.
Die Temperatur auf welche die Schweißung erhitzt werden muß, hängt von der behandelten Legierung ab, sie muß jedoch allgemein hoch genug sein, daß eine Diffusion der Bestandteile der Legierung auftritt, jedoch unterhalb der Liquidus- oder Schmelztemperatur der Legierung. Beispielsweise für Inconel 718, kann die Temperatur zwischen 1230 KThe temperature to which the weld must be heated depends on the alloy being treated, but it must generally high enough that diffusion of the constituents of the alloy occurs, but below that Liquidus or melting temperature of the alloy. For example, for Inconel 718, the temperature can be between 1230 K
(175O°F), und 1480 K (22OO°F) liegen, während für austenitische rostfreie Stähle der Bereich etwa zwischen 1200 K (1700°F) und 14 20 K (2100°F) liegt. Temperaturen von 9 20 bis 1145 K (1200° bis 1600°F) sind zu vermeiden, um eine Sensibilisierung des rostfreien Stahls vom Typ 304 zu vermeiden. (175O ° F), and 1480 K (22OO ° F), while for austenitic stainless steels which range between approximately 1200 K (1700 ° F) and 14 20 K (2100 ° F). Temperatures from 9 20 up to 1145 K (1200 ° to 1600 ° F) should be avoided in order to obtain a Avoid sensitizing the Type 304 stainless steel.
Der im wesentlichen isostatische Druck, dem die Schweißungen auszusetzen sind, hängt von der Temperatur ab, auf die die Schweißung aufgeheizt ist; er muß etwas höher sein als die Kompressions-Streckgrenze des Materials bei der Temperatur, auf die die Schweißung aufgeheizt ist. Die Druck-Temperatur-Kombination muß ausreichend sein, damit sich eine plastische Verformung der Schweißung entweder durch Kompressionsfließen oder durch Kriechen ergibt. Im allgemeinen reichen Druckwerte von etwa 34,5 bis 344,7 MPa (5000 bis 50 000 psi) im Temperaturbereich von 1200 bis 1480 K (1700 bis 22OO°F) aus.The substantially isostatic pressure to which the welds are exposed depends on the temperature to which the weld is heated; it must be slightly higher than the compression yield point of the material at the temperature to which the weld is heated. The pressure-temperature combination must be sufficient so that results in plastic deformation of the weld either by compression flow or by creep. In general Pressures range from about 34.5 to 344.7 MPa (5000 to 50,000 psi) in the temperature range 1200 to 1480 K (1700 to 22OO ° F).
Die erforderliche Zeitdauer hängt von der Temperatur und dem Druck ab, denen die Schweißungen ausgesetzt sind. Allgemein muß die Zeit ausreichend lang sein, damit eine Diffu-The length of time required depends on the temperature and pressure to which the welds are exposed. Generally the time must be long enough for diffusion
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sion des Materials der Legierung möglich ist, um das Material homogen zu machen und die Zugeigenschaften und die Schlagfestigkeit der Legierung zu verbessern. Gewöhnlich sind Zeitspannen bis zu 8 Stunden ausreichend.sion of the material of the alloy is possible to make the material homogeneous and the tensile properties and improve the impact resistance of the alloy. Times up to 8 hours are usually sufficient.
Die Aufheizung und das isostatische Pressen der Schweissungen kann in verschiedener Weise erfolgen, beispielsweise durch mechanische Druckausübung mittels Formstücken und durch Druckanlegung mit einem Fluid, wie einem inerten Gas oder einer Flüssigkeit, um eine Oxidation zu verhindern. Von diesen Möglichkeiten ist der isostatische Fluiddruck am leichtesten herbeizuführen, indem die Schweißung in eine Kammer eingebracht wird, die unter einem Druck steht, der dem erwünschten isostatischen Druck entspricht, während die Schweißung auf der gewünschten Temperatur gehalten wird. Autoklaven sind allgemein in der Lage, geeignete Temperaturen und Druckwerte bereitzustellen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.The welds can be heated and isostatically pressed in various ways, for example by exerting mechanical pressure by means of fittings and by applying pressure with a fluid, such as an inert one Gas or liquid to prevent oxidation. One of these possibilities is isostatic fluid pressure the easiest way to achieve this is to place the weld in a chamber that is under pressure, which corresponds to the desired isostatic pressure while maintaining the weld at the desired temperature will. Autoclaves are generally able to provide suitable temperatures and pressures in order to to achieve the desired results.
Für diejenigen Legierungen, die eine Wärmebehandlung erfordern, wie die präzipitationsgehärteten Legierungen, wird es erforderlich sein, die Schweißungen einer zweiten Wärmebehandlung zu unterziehen, nachdem sie heiß isostatisch gepreßt wurden, um sicherzustellen, daß die gewünschten Eigenschaften der Legierungen beibehalten werden.For those alloys that require heat treatment, such as the precipitation hardened alloys, it will be necessary to subject the welds to a second heat treatment after they are hot isostatic pressed to ensure that the desired properties of the alloys are maintained.
Gemäß der Erfindung werden die Zug-Duktilität und die Schlagfestigkeit von Schweißungen von Legierungen auf Nickel-Basis und rostfreien Stahllegierungen verbessert, so daß sie die Eigenschaften des ungeschädigten Basismetalls erreichen. Dazu werden die Schweißungen bei erhöhter Temperatur einem isostatischen Druck für eine Zeitspanne ausgesetzt, die ausreicht, um das Material in der Schweißung homogener zu machen.According to the invention, the tensile ductility and the Impact resistance of welds of nickel-based alloys and stainless steel alloys improved, so that they achieve the properties of the undamaged base metal. In addition, the welds are increased Subjected to isostatic pressure for a period of time sufficient to keep the material in the temperature Make welding more homogeneous.
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Zur Untersuchung der Durchführbarkeit der heißen isostatischen Behandlung von Schweißungen wurden acht Stäbe von etwa 15,2 cm χ 1,52 cm χ 2,54 cm (6 Zoll χ 0,6 Zoll χ 1,0 Zoll) von einer geschweißten Inconel 718 Platte abgetrennt. Die Platte war geschweißt mit einer gefüllten Mittellinien-U-Nut-Schweißnaht, die unter Verwendung von Inconel 718-Draht-Gas-Wolfram-Lichtbogeruchweißung (GTA) hergestellt wurde. Die Stäbe wurden 1 Stunde lang mit 103,4 MPa (15OOOpsi) bei 1365 K (2000°F) gepreßt. Dann ließ man sie mit 85 K (150°F) pro Stunde auf 990 K (1325 F) abkühlen. Die Platten wurden 4 Stunden lang bei 99ü K (1325°F) gealtert und dann langsam mit 55 K (100°F) pro Stunde auf 89 5 K (1150°F) abgekühlt, wo sie 16 Stunden lang vor dem Abkühlen auf Raumtemperatur gehalten wurden.To study the feasibility of hot isostatic Treating welds were eight rods approximately 15.2 cm by 1.52 cm by 2.54 cm (6 inches by 0.6 inches χ 1.0 in.) from a welded Inconel 718 plate. The plate was welded with a filled one Centerline U groove weld made using Inconel 718 wire gas tungsten arc odor welding (GTA) was produced. The bars were pressed at 103.4 MPa (150 Opsi) at 1365 K (2000 ° F) for 1 hour. then They were allowed to cool to 990 K (1325 F) at 85 K (150 ° F) per hour. The plates were left for 4 hours aged at 99ü K (1325 ° F) and then slowly cooled at 55 K (100 ° F) per hour to 89 5 K (1150 ° F) where they were Maintained for 16 hours before cooling to room temperature became.
Dann wurden die Stäbe maschinell zu Zugfestigkeitsprüfungs-Proben fein bearbeitet. Es wurden jeweils vier Proben boi Raumtemperatur (RT) und bei 810 K (1000°F) geprüft. Die Ergebnisse der Zugprüfung sind in der Tabelle I dargestellt.The bars were then machined into tensile test specimens finely machined. There were four samples each at room temperature (RT) and at 810 K (1000 ° F) checked. The results of the tensile test are shown in Table I.
Alle Proben versagten in duktiler Weise an etwa der gleichen Stelle des Basismetalls, gut außerhalb der hitzegeschädigten Zone und zeigten somit, daß die Schweissung stärker war als das Basismetall. Die in der Tabelle I angegebenen Daten beziehen sich daher auf das Inconel-718-Basismetall und nicht auf dessen Schweißung. Die Streuung der Zugeigenschaften war minimal.All samples failed in a ductile manner at about the same location on the base metal, well outside of the heat-damaged zone and thus showed that the weld was stronger than the base metal. The in Table I. The data given therefore relate to the Inconel 718 base metal and not on its weld. The scatter in the tensile properties was minimal.
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Nr.sample
No.
K (0F)Temp.
K ( 0 F)
festigkeit (Ftu)
MPa (ksi)End
strength (Ftu)
MPa (ksi)
grenze (Fty)
MPa (ksi)0.2% stretch
limit (Fty)
MPa (ksi)
verminderungFlat.
reduction
CD CO OOCD CO OO
In ähnlicher Weise wie bei Bei spie]- 1 wurden zwölf zusätzliche Proben aus Inconel 718 mit längslaufenden Schweissunjen versehen. Die Proben wurden lösuncjs-wärmebehandelt und heiß isostatisch bearbeitet, und zwar bei 1227 K (175O°F) während 1 Stunde bei 103,5 MPa (15 ksi) in einer Argon-Umgebung. Die Proben wurden bei 990 K (1325 F) 8 Stunden lang gealtert, dann ofengekühlt auf 895 K (1150°F), dann insgesamt 18 Stunden lang bei 895 K (1150°F) gehalten und schließlich bis auf Raumtemperatur luf tcjekühlt. Die Ergebnisse der Zugprüfungen bei Raumtemperatur, 810 K (1000°F), 920 K (1200°F) und 1035 K (14000F) sind in der Tabelle II angegeben. Die längslaufenden Schweißungen zeigten eine zunehmende Verminderung der Fläche und der Dehnung mit zunehmender Temperatur von Raumtemperatur auf 1035 K (1400°F) und bis 920 K (1200°F). Ein hoher Dehnungswert von 11,8 % bei 1035 K (1400°F), die Dukti-1itäts-Minimaltemperatur, und die verminderte Streuung der Zugfestigkeitsdaten sind definitive Vorteile gegenüber unbehandelten Schweißungen.In a similar way to Bei spie] - 1, twelve additional samples made of Inconel 718 were provided with longitudinal welding suns. The samples were solution heat treated and hot isostatically processed at 1227 K (1750 ° F) for 1 hour at 103.5 MPa (15 ksi) in an argon environment. The samples were aged at 990 K (1325 F) for 8 hours, then oven cooled to 895 K (1150 ° F), then held at 895 K (1150 ° F) for a total of 18 hours, and finally air cooled to room temperature. The results of tensile tests at room temperature, 810 K (1000 ° F), 920 K (1200 ° F) and 1035 K (1400 0 F) are given in Table II. The longitudinal welds showed an increasing reduction in area and elongation with increasing temperature from room temperature to 1035 K (1400 ° F) and up to 920 K (1200 ° F). A high elongation value of 11.8% at 1035 K (1400 ° F), the minimum ductility temperature, and the reduced scatter in tensile strength data are definite advantages over untreated welds.
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Test Temp. K (Op)Test Temp. K (Op)
Endfestigkeit (Ftu) MPa (ksi) Streckgrenze (Fty)
0,2% MPa (ksi)Ultimate Strength (Ftu) MPa (ksi) Yield Strength (Fty)
0.2% MPa (ksi)
Dehnung %Strain %
MeßdatenMeasurement data
Mittelmiddle
Meßdaten MittelMeasured data mean
Meßdaten MittelMeasured data mean
RTRT
1231 (178,4) 1256 1287 (186,5) (182,0)
1249 (181,0) (154,0). 1072
(157,1) (155;3)
(154,9)1231 (178.4) 1256 1287 (186.5) (182.0) 1249 (181.0) (154.0). 1072
(157.1) (155 ; 3)
(154.9)
7;87 ; 8th
8,78.7
810K 1073 (155,5) 1067 906 (131,3) 880 (1000°F) 1069 (155,0) (154,7) 883 (128,0) (127;6) 1060 (153,6) 852 (123,5)810K 1073 (155.5) 1067 906 (131.3) 880 (1000 ° F) 1069 (155.0) (154.7) 883 (128.0) (127 ; 6) 1060 (153.6) 852 ( 123.5)
13,0 16,9 14,913.0 16.9 14.9
920K 1005 (145,6) 1010 814 (117,9) 830 (1200°F) 998 (144,7) (146,3) 809 (117,2) (120;2) 1025 (148,6) 866 (125,5)920K 1005 (145.6) 1010 814 (117.9) 830 (1200 ° F) 998 (144.7) (146.3) 809 (117.2) (120 ; 2) 1025 (148.6) 866 ( 125.5)
16,8 15;6 12,716.8 15 ; 6 12.7
1035K 684 (99,1)1035K 684 (99.1)
(1400°F) 685 (99,2)(1400 ° F) 685 (99.2)
664 (96,3)664 (96.3)
678 644 (93,3)678 644 (93.3)
(98,2) 634 (91,9)(98.2) 634 (91.9)
600 (86,9) 626
(90;7;600 (86.9) 626
(90 ; 7;
12,312.3
11,911.9
11,211.2
9,49.4
14,614.6
15;015 ; 0
11,811.8
TABELLE II (Fortsetzung)TABLE II (continued)
CO O O *·- in CO OO * - in
O OO Sx) IMO OO Sx) IM
Temp.
K (0F)test
Temp.
K ( 0 F)
(1200°F)920K
(1200 ° F)
34,317.8
34.3
CD CO OOCD CO OO
Es wurde eine Anzahl von längslaufenden Gas-Wolfram-Lichtbogen-Schweißungen (GTA) in 2,54 cm (1,0 inch) dicken Platten aus rostfreiem Stahl vom Typ 304 angefertigt, wobei ein Fülldraht aus rostfreiem Stahl vom Typ 308 mit einem Durchmesser von 0,24 cm (0,094 inch) verwendet wurde. Die geschweißten Platten wurden dann heiß isostatisch gepreßt, und zwar entweder bei 1365 K (200ü°F) für 1 Stunde oder bei 1310 K (1900 0F) 3 Stunden lang, und mit einem Druck von 103,5 MPa (15 ksi). Aus den geschweißten Platten wurden vor und nach der Behandlung Proben für die Zugfestigkeitsprüfung gemäß Federal Specification 151R2 mit einer Meßlänge von 3,56 cm (1,4 inch) sowie Charpy V-Kerben-Proben hergestellt. Die Ergebnisse der Zugprüfungen bei Raumtemperatur und bei 590 K (600°F) sind in der Tabelle III angegeben. In der Tabelle IV sind die Ergebnisse der Charpy V-Kerben-Prüfungen an Schweißungen aus rostfreiem Stahl vom Typ 304/ 308 vor und nach der heißen isostatischen Bearbeitung angegeben .A number of longitudinal gas tungsten arc (GTA) welds were made in 1.0 inch thick sheets of Type 304 stainless steel using a Type 308 stainless steel filler wire having a diameter of 0.24 cm (0.094 inch) was used. The welded plates were then hot isostatically pressed, either at 1365 K (200ü ° F) for 1 hour or at 1310 K (1900 0 F) for 3 hours, and at a pressure of 103.5 MPa (15 ksi). The welded panels were made up to 3.56 cm (1.4 inch) gauge length and Charpy V-notch samples for tensile strength testing in accordance with Federal Specification 151R2 before and after treatment. The results of the tensile tests at room temperature and at 590 K (600 ° F) are given in Table III. Table IV shows the results of Charpy V-notch tests on 304/308 stainless steel welds before and after hot isostatic machining.
Es wurde somit gezeigt, daß die heiße isostatische Pressung der GTA-Längsschweißungen mit Typ 304/308 zu einer beträchtlichen Erhöhung der Duktilität und der Schlagfestigkeit und zu einer Verminderung der Streuung der Zugeigenschaften führte.It has thus been shown that the hot isostatic pressing of the GTA longitudinal welds with Type 304/308 results in a considerable increase in ductility and impact resistance and a reduction in the dispersion of the Tensile properties led.
Es wurden aus den behandelten Schweißungen aus rostfreiem Stahl vom Typ 304 metallographische Proben hergestellt und mit unbehandelten Schweißungen vom Typ 304 verglichen. Der Vergleich zeigte, daß aufgrund dieser Behandlung Porenbzw. Lunkerdefekte, wie Kaltschweißstellen geheilt wurden.Metallographic samples were made from the treated 304 stainless steel welds and compared to untreated Type 304 welds. The comparison showed that due to this treatment pores or. Void defects such as cold welds were healed.
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Es wurde auch gezeigt, daß die Behandlung die Schweißstruktur homogenisierte und die dendritische Struktur
in der Schmelzzone in eine Struktur mit gleichachsigem austenitischem Korn umwandelte. Es trat jedoch ein gewisses
Kornwachstum in der hitzegeschädigten Zone und
dem Basismetall auf.The treatment was also shown to homogenize the weld structure and the dendritic structure
transformed into a structure with equiaxed austenitic grain in the melting zone. However, some grain growth occurred in the heat damaged zone and
the base metal.
030045/0832030045/0832
Test Temp. K (°F(Test Temp. K (° F (
ZustandState
Mittelwert 0,2% Fty MPa (ksi)Mean value 0.2% Fty MPa (ksi)
MittelwertAverage
Ftu MPa (ksi) % Mittlere % Mittlere
Dehnung in Flächen-3,56cm (1,4in.) verminderungFtu MPa (ksi)% Mean% Mean
Stretch in areas - 3.56cm (1.4in.) Reduction
PT RT RTPT RT RT
590K (600 F) 590K (600°F) 590K (600 F)590K (600 F) 590K (600 ° F) 590K (600 F)
W 420 + 14 (60;8+_2,0) 624 + 6 (90W 420 + 14 (60 ; 8 + _2.0) 624 + 6 (90
W-HIP-2000 210 + 4 (30,4+0,6) 589 + 3 (85;3+_0;5)W-HIP-2000 210 + 4 (30.4 + 0.6) 589 + 3 (85 ; 3 + _0 ; 5)
W-HIP-1900 199 + 6 (28,9 + 0,85) 582 + 4 (84;4+_0?6)W-HIP-1900 199 + 6 (28.9 + 0.85) 582 + 4 (84 ; 4 + _0 ? 6)
3 , 6+_2 ,13, 6 + _2, 1
69;5+_2,769 ; 5 + _2.7
72,2±0,872.2 ± 0.8
W 338+16 (49;0+2,3) 442+11 (64,0+1^6) 29,2+3,2W 338 + 16 (49 ; 0 + 2.3) 442 + 11 (64.0 + 1 ^ 6) 29.2 + 3.2
W-HIP-2000 120+_2 (17 ? 4 + 0 ? 3) 410 + 5 (59,4+0,7) 43;7+.0,9W-HIP 2000 120 + _2 + 5 410 (59.4 + 0.7) 43 (17 + 0 4 3?); 7 + .0.9
W-HIP-1900 116 + 6 (16.8^0.9) 407+_0.3 (59,0 + 0.05) 45 5 + 0 5W-HIP-1900 116 + 6 (16.8 ^ 0.9) 407 + _0.3 (59.0 + 0.05) 45 5 + 0 5
ff fff f J »* { J »* {
73;8_+2;3
72,8+3,7
77+2,073 ; 8_ + 2 ; 3
72.8 + 3.7
77 + 2.0
6868
;5i ; 5i
5 , 5+_l j 55, 5 + _l j 5
W= wie geschweißtW = as welded
W-HIP-2000 = geschweißt und dann heiß isostatisch bearbeitet bei 1365 K (200O0F) - 1 Stunde - 103,5 MPa (15 ksi)W-HIP-2000 = welded and then hot isostatically processed at 1365 K (200O 0 F) - 1 hour - 103.5 MPa (15 ksi)
W-HIP-1900 = geschweißt und dann heiß isostatisch bearbeitet bei 1310 K (1900°F) - 3 Stunden - 103,5 MPa (15 ksi)W-HIP-1900 = welded and then hot isostatically machined at 1310 K (1900 ° F) - 3 hours - 103.5 MPa (15 ksi)
cn co 00 cn co 00
In der Tabelle IV sind die Ergebnisse der Charpy V-Kerben-Prüfung an Schweißungen mit rostfreiem Stahl vom Typ 304 vor und nach der Behandlung angegeben.In Table IV are the results of the Charpy V-notch test on welds with Type 304 stainless steel indicated before and after treatment.
= größer als der angegebene Wert und bedeutet, daß kein Probenbruch auftrat sondern lediglich eine Biegung der Proben.= greater than the specified value and means that the specimen did not break, only a bending of the Rehearse.
Eine heiße isostatische Behandlung von GTA-Längsachweißungen mit rostfreiem Stahl vom Typ 304 und einem Fülldraht aus rostfreiem Stahl vom Typ 308 führte zu den folgenden Ergebnissen: A hot isostatic treatment of GTA longitudinal welds with type 304 stainless steel and a type 308 stainless steel filler wire gave the following results:
030045/0832030045/0832
Heilung von Kaltschweißstellen oder Porenstörungen Homogenisierung der Struktur und Kornwachstum Umwandlung der dendritischen Struktur in der Schmelzzone in eine Struktur mit gleichachsigem Korn eine Zunahme von 30 bis 50 % der Dehnung mit einer entsprechenden Abnahme von 50 und 60 % der Streckgrenze bei Raumtemperatur bzw. bei 590 K (6000F) Anwachsen der Charpy V-Kerben-Schlagfestigkeit bei Raumtemperatur von 210 Joule (155 ft.lbs.) auf mehr als 325 Joule (240 ft.lbs.).Healing of cold welds or pore defects Homogenization of the structure and grain growth Conversion of the dendritic structure in the melting zone into a structure with an equiaxed grain an increase of 30 to 50% in the elongation with a corresponding decrease of 50 and 60% of the yield point at room temperature or at 590 K. (600 0 F) increase in the Charpy V-notch impact strength at room temperature of 210 joules (155 ft.lbs.) to more than 325 Joule (240 ft.lbs.).
Die Zugeigenschaften der mit HIP behandelten Längsschweißungen waren gleich denen des Basismetalls.The tensile properties of the longitudinal welds treated with HIP were the same as those of the base metal.
Zwei fehlerhaft geschweißte Rohre, B1 und B2, mit etwa 10 bis 15 % Porosität wurden aus vier Rohrstücken aus rostfreiem Stahl vom Typ 304 hergestellt. Die Abmessungen jedes RohrStückes betrugen: 14,0 cm (5,5 inch) Außendurchmesser, 1,9 cm (0,75 inch) Wanddicke und 10,16 cm (4 inch) Länge. Ein Ende jedes RohrStückes war mit 37,5 abgeschrägt, und zwar mit einer maximalen Erhebung von 0,14 cm (0,055 inch). Die abgeschrägten Rohrstücke wurden gereinigt und GTA-geschweißt (unter Verwendung eines Fülldrahts vom Typ 308) so daß sie eine Porosität von 1O bis 15 % hatten. Die Porosität wurde durch Verwendung von Feuchtigkeit, öligen Oberflächen oder ungenügender Bespülung mit Argon erzielt. Jede Oberflächenporosität, die durch eine Flüssigkeitdurchdringungsprüfung festgestellt wurde, wurde mit einer GTA-Schweißung abgedichtet. Das geschweißte Rohr B1 wurde in zwei Hälften B1A und B1B unterteilt. Die Rohrhälfte B1B wurde heiß isostatisch bearbeitet, und zwar bei 1365 K (2000°F) für 1 Stunde mitTwo incorrectly welded pipes, B1 and B2, with about 10 to 15% porosity were made from four pipe sections Type 304 stainless steel. The dimensions of each piece of pipe were: 14.0 cm (5.5 inches) outside diameter, 1.9 cm (0.75 inch) wall thickness and 10.16 cm (4 inch) length. One end of each piece of pipe was at 37.5 beveled with a maximum elevation of 0.14 cm (0.055 inch). The beveled pipe pieces were cleaned and GTA welded (using a filler wire of type 308) so that they had a porosity of 10 to 15%. The porosity was determined by using Moisture, oily surfaces or insufficient purging with argon achieved. Any surface porosity, determined by a liquid penetration test was sealed with a GTA weld. The welded pipe B1 was in half, B1A and B1B divided. The pipe half B1B was hot isostatically processed, namely at 1365 K (2000 ° F) for 1 hour with
030045/0832030045/0832
103,5 MPa (15 ksi). Es wurden Zugprüfungsproben von der geschweißten Rohrhälfte B1A und der geschweißten und behandelten Rohrhälfte B1B hergestellt. Die Ergebnisse von Zugprüfungen bei Raumtemperatur sind in der Tabelle V angegeben. Die Ferritzahl (FN) die aus den Deltaferrit-Gehalten (gemessen mit einem Twin City Ferritmesser) berechnet wurden, sind ebenfalls in der Tabelle V angegeben.103.5 MPa (15 ksi). There were tensile test samples from the welded pipe half B1A and the welded and treated pipe half B1B. The results of Tensile tests at room temperature are given in Table V. The ferrite number (FN) derived from the delta ferrite content (measured with a Twin City ferrite meter) are also given in Table V.
Die Bearbeitung führte zu einer Heilung der Porosität, einer Homogenisierung der Struktur, einer Umwandlung von Dendrit in eine gleichachsige austenitische Struktur und zu einer Verminderung der mittleren FN von 8,7 auf 0,9. Der abnehmende Ferritgehalt führt gewöhnlich zu einer ansteigenden Duktilität und der Kriechlebensdauer.The machining led to a healing of the porosity, a homogenization of the structure, a transformation of Dendrite into an equiaxed austenitic structure and a reduction in the mean FN from 8.7 to 0.9. The decreasing ferrite content usually leads to increased ductility and creep life.
Die Behandlung der fehlerhaften Rohrschweißungen erhöhte die Dehnung bei Raumtemperatur und die Bruchfestigkeit um 140 % bzw. 10%, verminderte jedoch die Streckgrenze um etwa 39 % (Tabelle V). Die Streckgrenze bei Raumtemperatur von behandelten Schweißungen betrug 231 +4 MPa (33,5 + 0,6 ksi), was größer ist als der minimale Kodewert von 207 - 0,7 MPa (30 ksi) für walzgeglühten rostfreien Stahl vom Typ 304. Zusätzlich zeigten die Zugeigenschaften der Schweißungen eine beträchtliche Verminderung der Streuung, d.h. eine größere Verlässlichkeit. Diese Vorteile der heißen isostatischen Pressung für fehlerhafte Schweißungen zeigen die Möglichkeit für eine Schweißreparatur (Heilung von Porositätsfehlern) im festen Zustand. Treating the defective pipe welds increased room temperature elongation and breaking strength by 140% and 10%, respectively, but reduced the yield strength by about 39% (Table V). The yield strength at room temperature of treated welds was 231 +4 MPa (33.5 + 0.6 ksi), which is greater than the minimum code value of 207 - 0.7 MPa (30 ksi) for roll-annealed stainless Type 304 steel. In addition, the tensile properties of the welds showed a significant reduction scatter, i.e. greater reliability. These advantages of hot isostatic pressing for faulty Welds show the possibility of a weld repair (healing of porosity defects) in the solid state.
030045/0832030045/0832
£äj W = wie geschweißt£ äj W = like welded
W-HIP-2000 = geschweißt und dann heiß isostatisch bearbeitet bei 1356 K (2OOO°F) - 1 Stunde - 103,5 MPa (15 ksi).W-HIP-2000 = welded and then hot isostatically machined at 1356 K (2OOO ° F) - 1 hour - 103.5 MPa (15 ksi).
/b} Daten für diese beiden Proben Nr. 48 und 50 wurden nicht bei der/ b} Data for these two samples Nos. 48 and 50 were not included in the
Berechnung der mittleren Zugwerte berücksichtigt.Calculation of the mean tensile values taken into account.
(c] Ausfall des Basismetalls. Alle anderen Proben versagten in der(c] Base metal failure. All other samples failed in the
Schweißschmelzzone.Weld fusion zone.
cncn
OJ OOOJ OO
TABELLE V (Fortsetzung) TABLE V (continued)
Ferritzahl FNFerrite number FN
Probe (Delta-Ferritgehalt vonSample (delta ferrite content of
Nr_. Schweiß-Ferritmess er) No_. Welding ferrite knives )
40 ■ 9,2 4 0 ■ 9.2
41 9 241 9 2
42 7,642 7.6
43 10,043 10.0
44 8 844 8 8
45 7,645 7.6
46 8,4 Mittel aus 46 8.4 funds from
7 Werten 8,7 + 1 ,"37 values 8.7 + 1, "3
ω 47γκι 0,5 ω 47 γκι 0.5
ο 48[b] 0 4 ο 48 [b] 0 4
° 49fbi 2'4 ° 49 fbi 2 ' 4
cn 50 lbJ 1J4cn 50 l b J 1J4
^ 51 0,8^ 51 0.8
52 0,452 0.4
S 53 °;35 IK) Mittel aus S 53 °; 35 IK) funds
5 Werten 0,9+1,55 values 0.9 + 1.5
-0,55-0.55
Mit der vorhergehenden Diskussion und den Beispielen wurde gezeigt, daß die Behandlung von Schweißungen durch heiße isostatische Pressung eine bemerkenswerte Verbesserung der Duktilität und der Schlagfestigkeit und eine Verminderung der Streuung von Zugeigenschaften der Legierungen herbeiführt. Auch die Heilung von Porositätsdefekten und eine Homogenisierung der Schweißstruktur wurden aufgezeigt.With the preceding discussion and examples it has been shown that treating welds a remarkable improvement in ductility and impact strength through hot isostatic pressing and brings about a reduction in the dispersion of tensile properties of the alloys. Even the healing of porosity defects and a homogenization of the weld structure were demonstrated.
030045/0832030045/0832
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