DE3138084A1

DE3138084A1 - Verdecktes lichtbogenschweissverfahren fuer niedriggekohlten stahl

Info

Publication number: DE3138084A1
Application number: DE19813138084
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Isehara Kanagawa Homma; Naomichi Yamato Kanagawa Mori; Masakuni Sagamihara Kanagawa Wakabayashi; Masanobu Kisarazu Chiba Yamaguchi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1980-09-24
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1982-04-15
Also published as: AU7558881A; DE3138084C2; IT1138237B; FR2490521B1; GB2084501A; CA1181667A; AU533031B2; US4430545A; IT8124112A0; JPS6016878B2; JPS5768295A; FR2490521A1

Description

Die Erfindung betrifft ein verdecktes Lichtbogenschweißverfahren, wie ein Unterpulver-Schweißverfahren (UP-Schweißverfahren),für sehr niedriggekohlten Stahl zur Herstellung von Leitungsrohren mit hoher Festigkeit, hoher Zähigkeit, und guten Eigenschaften, insbesondere bei Tieftemperaturan-Wendungen.

Bei der Entwicklung von zur Verwendung von in kalten Klimazonen geeigneten Stählen für Leitungsrohre wird durch das Erniedrigen des Kohlenstoffgehaltes von niedrig legierten, hochfesten Stählen und insbesondere durch das Erniedrigen des Kohlenstoffgehaltes derartiger Stähle auf einen derart

"^v> niedrigen Wert, daß die Stähle eine gute Schweißbarkeit und Tieftemperatur-Zähigkeit aufweisen, ein erheblicher Fortschritt erreicht.

Durch Fortschritte bei den gesteuerten Walzverfahren wurden verschiedene niedrig gekohlte Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt von nicht mehr als 0,06 % verfügbar, während der Kohlenstoffgehalt gewöhnlicher Stähle etwa bei 0,1 % liegt. 25

Es . werden Leitungsrohre aus .hochfesten, niedrig legierten Stählen durch verdecktes Lichtbogenschweißen hergestellt, wobei zur Verbesserung der Tieftemperatür-Zähigkeit ein Schweißflußmittel mit einem Zusatz an Ti und B und ein Schweißdraht mit einer der nachstehend angegebenen Zusammensetzungen miteinander verwendet werden. Die Schweißdrähte weisen die nachstehenden Zusammensetzungen auf (Angaben in Gewichtsprozent):

.

L -J

Tabelle I

10 15

	C	Si	Mn	Mo
JIS SAW32 JIS SAW41 AWS Standard EA3 AWS Standard EH14	<0_;15 <0_f17 O₇IO-O,18 0,10-0^18	0,05-0,25 <0,05 <0,05 0,05-0,30	1,30-1,80 .1_; 80-2,20 1,70-2_t40 1,75-2,25	# # 0,45-0,65

Anmerkung: JIS : Japanese Industrial· Standard (Japanische Industrienorm)

SAW : Submerged Arc Welding (verdecktes Lichtbogenschweißen)

AWS : American Weiding Society

# : Mo und/oder Ni oder /zusätzlich zu den JIS-Bestand-

teiien.

Bei der Herstellung eines Rohres aus einem der vorstehenden Stähle werden verschiedene Verfahren verwendet, beispielsweise das ÜOE-Verfahren (ü-ing and O-ing expander , U- und O-Aufweiteverfahren), die Spiralnaht-Rohrherstellung und das Biegerollverfahren.

Üblicherweise wird ein niedrig legierter, niedrig gekohlter Stahl mit einem Kohlenstoffanteil von 0,05 % einem gesteuertem Walzverfahren unterzogen. Das dadurch hergestellte Stahlblech wird dann in eine Rohrform überführt. Das rohrförmige Erzeugnis wird dann einer verdeckten Lichtbogenschweißung unterzogen, wobei ein dem AWS-Standard EA3 entsprechender Schweißdraht mit 0,1 % C, 2,0 % Mn und 0,5 % .Mo und ein TiO und B O enthaltendes erschmolzenes Schweißflußmittel (melt type flux) miteinander verwendet werden. (Unter erschmolzenem Schweißflußmittel (Schmelzflußmittel) wird ein Flußmittel verstanden, dessen Bestandteile gemeinsam, erschmolzen und danach ggf. pulverisiert werden, während gebundenes Schweißflußmittel (bonded flux) mit Hilfe eines Bindemittels hergestellt wird.) Die mechanischen Eigenschaften des auf diese Weise hergestellten Schweißgutes sind

in Tabelle II dargestellt. j

L .·

■ a » β * * _Ä

O Λ ö β β, * ν

Tabelle II

15

Kombinationsversuch	Schweißdraht	Schwe.ißflußmitte.1	Ergebnisse des Charpy-Kerb- schlagbiegeversuchs mit 2 mm V-Kerbe
Stahlblech	O,l%C-2% Mn -0,5% Mo	Schmelzflußmittel mit TiO -B 0	60 Versuche, Mittelwert 18,1 kg m Schwankungsbreite Qi = 3,5
sehr niedrig gekohlter Stahl *	ti	Il	60 Versuche, Mittelwert 20,5 kg m Schwankungsbreite Gf = O,9
Stahl mit iormalem Koh lenstoffgehalt fr*

Stahl mit 0,0500,3Si-1,5Mn-0,2Ni-0,25Mo-0,05 Nb-O,.O7V-O,O3Al-O,OlTi

Stahl mit O,O9C-O,3Si-I,6Mn-O,3Cu-O,3Ni-O,05Nb-O,O9V-O,O3A1

20 25 30 35

Die durchgeführten Versuche zeigen eine Verringerung der Hochtemperatur-Duktilität des Schweißgutes und eine Tendenz zur Bildung, von Defekten im Schweißgut. Als Folge davon wird, wie aus Tabelle II ersichtlich, die Schwankungsbreite der Tieftemperatur-Zähigkeit größer als im Schweißgut eines Stahles mit normalem Kohlenstoffgehalt.

Andererseits zeigt sich bei einem üblichen, niedrig legierten Stahl mit 0,09 % C, der mit dem vorstehend erwähnten verdeckten Lichtbogenschweißverfahren geschweißt wurde, keinerlei Verringerung der Hochtemperatur-Zähigkeit. Auch die Schwankungsbreite der Tieftemperatur-Zähigkeit ist gering, wie aus Tabelle II ersichtlich. Das beim Schweißen eines sehr niedrig gekohlten Stahles beim Schweißgut auftretende Problem der mangelnden Bruchfestigkeit scheint also eine Folge der Kombination eines Schweißdrahtes mit üblichem Kohlenstoffgehalt und eines sehr niedrig gekohlten Stahles zu sein

Γ» β *
■ »fr· B /-··

— ο —

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verdecktes Lichtbogen-Schweißverfahren für insbesondere für Leitungsrohre geeigneten, sehr niedrig gekohlten Stahl bereitzustellen, bei dem sowohl eine gute Hochtemperatur-Duktilitat als auch eine gute Tieftemperatur-Zähigkeit des Schweißgutes gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der Patentansprüche gelost. Die Lösung der Aufgabe beruht auf dem überraschendem Befund, daß durch eine geeignete Kombination eines sehr niedrig gekohlten Stahles mit einem Schweißdraht und einem Schweißflußmittel ausgewählter Zusammensetzung die vorstehenden Eigenschaften des Schweißgutes erreicht werden können. Es zeigt sich, daß das Problem der Verringerung der Hochtemperatur-Duktilität des Schweißgutes eng mit den Kohlenstoff- und Borgehalten des .Schweißgutes verknüpft ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher . erläutert. Es zeigen:
20

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Simulationsvorrichtung für den Wärmekreislauf bei der Schweißnaht-Erstarrung,

pig. 2 ein Schaubild der Duktilitäten verschiedener erstarrter Metalle bei hohen Temperaturen, die mit der Simulationsvorrichtung von Figur 1 ermittelt wurden,

Figur 3 ..eine schematische Ansicht der Probenposition einer

Probe/der Simulationsvorrichtung von Figur 1, in " .

Figur 4 eine schematische Ansicht der Probenposition einer Probe im Charpy-Schlagblegeversuch (Kerbschlagbiegeversuch), und

_J

Figur 5 eine Ansicht der in den Beispielen der Erfindung verwendeten Fugengeometrie der Platten (Elektroden).

Figur 1 ist eine schematische Ansicht der verwendeten Simulationsyorrichtung für den Wärmekreislauf bei der Schweißnaht-Erstarrung. Die Vorrichtung weist ein Infrarot-Thermometer A, einen Druckzylinder B mit einem luftbetätigten Druckspeicher, einer (Kraft)-Messdose C, ein Dilatometer (Dehnungsmesser D), eine Kammer E, eine Probe F, eine Induktionsspule G und zwei wassergekühlte Kupferblöcke H auf. Eine ausführliche Erläuterung dieser Simulationsvorrichtung wird in "A Mechanism of High Temperature Cracking in Steel Weld Metals", Welding Journal, Bd, 58, September 1979, S. 277 ff gegeben.

Das Schaubild von Figur 2 zeigt die Ergebnisse von mit der Simulationsvorrichtung von Figur 1 durchgeführten Versuchen, bei denen die Temperaturabhängigkeit der Düktilität verschiedener Metalle unmittelbar nach ihrer Erstarrung dargestellt ist.

Figur 3 zeigt das UP-Schweißgut 12 eines untersuchten Rundstabes 11 mit 10 mm Durchmesser. Die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes 12 von acht untersuchten Proben ist in Tabelle III dargestellt.
25

Die mit den Nummern 1 bis 8 bezeichneten erstarrten Metalle in

wie

Figur 2 weisen die gleiche chemische Zusammensetzung auf/diejenigen von Tabelle III und zeigen deren Hochtemperatur-Düktilität. Die Anteile sind jeweils in Gewichtsprozent ausgedrückt.

L- ■ -. ; J

Tabelle III

10 15 20 25 30 35

Nr.	0	C	Si	Mn	0	P	S	Mo	Ti	0	B	VE - (kg	50 m)
1	O	,03	0,26	1,62	0	,018	0,015	0,13	0,01	0	-	2	,8
2	O	,03	0,27	Ij58	0	,019	0,012	0,12	0,02		,0045	6	,7
3	O	,06	0,27	1,63	0	,017	0,017	-	0,01	0	,0051	12	,2
4	O	,07	Oj26	1,58	0	,015	0,016	-	-		-	2	,5
5	O	,07	0,25	1,59	0	,016	0,013	-	0,02	0	,0039	12	,0
6	O	,12	0,31	1,60	0	,017	0,012	0,12	0,01	0	-	3	,2
7	O	,13	0,29	1,58	0	,015	0,015	0,12	0,02	,0044	10	>5
8		0,30	1,64	,015	0,013	0,12	0,02	,0047	7	,8

Der Prüfabschnitt des Schweißgutes 12 (Figur 3) ist etwa
6 mm breit und wird in einem Wärmekreislauf, der denjenigen des UP-Schweißens simuliert, erwärmt, geschmolzen und
abgekühlt. Während des Abkühlens wird der Prüfabschnitt
durch eine äußere Kraft gebrochen. Die Duktilität zur Zeit des Bruchs wird üblicherweise durch die Verringerung der
Bruchfläche in % dargestellt ((Teilflache bei Erstarrung Teilfläche nach dem Bruch/ Teilflache bei Erstarrung) χ 100). Wenn die Flächenabnahme zwischen 1300 und 1000⁰C einen
Wert von mehr als 50 % beibehält, nachdem sie am Erstarrungspunkt schlagartig von Null ansteigt, besteht sogar dann, wenn eine Übergangsverformung auftreten kann, wie bei der Rohrherstellung durch Schweißen, keine Gefahr eines Defektes.

Die Hochtemperatur- Duktilität des Schweißgutes eines niedrig legierten Stahles kann bekanntermaßen durch Verringerung des Kohlenstoffgehaltes des Stahles verbessert werden. Dies steht in Übereinstimmung mit Figur 2, aus der
hervorgeht, daß bei einem kein Bor enthaltenden Stahl eine gute Hochtemperatur-Dehnbarkeit erreicht wird, wenn der
Kohlenstoffgehalt unter eine gewisse Grenze abnimmt.

Andererseits gilt dies nicht für das Schweißgut eines Stahles, der Bor enthält. Figur 2 zeigt, daß die Hochtemperatur-Duktilität eines Bor enthaltenden Stahles sogar dann stark abnimmt, wenn der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,06 und 0,14 % beträgt. Dies wird nachstehend näher untersucht.

Unter den Systemen Nr. 1, 4 und 6, die überhaupt kein Bor enthalten, zeigt das System Nr. 6 mit 0,1 % C einen relativ niedrigen Duktilitätswert. Dennoch bleibt die Duktilität des Stahles von System Nr. 6 bei allen Temperaturen zwischen 1300°C und 1OOO°C größer als 50 %, so daß auch bei großer Beanspruchung keine Gefahr eines Defektes besteht.

Beim Stahl von System Nr. 2, der wie derjenige von System Nr. 1 0,03 % C, aber dazu O,OO45 % B enthält, nimmt die Duktilität unterhalb des Erstarrungspunktes nur geringfügig zu und bleibt darüber hinaus bei allen Temperaturen unterhalb 1300°C außerordentlich niedrig, nämlich unterhalb etwa 30 %. Eine ähnliche Tendenz ist beim System Nr. 3 mit 0,06 % C und 0,0051 % B zu beobachten. Wenn die erstarrten Metalle Nr. 2 und 3 stark verformt werden, kann im Sicken-(Schweißwulst·)Biegeversuch (bead bend test) ein Defekt, insbesondere ein Riß auftreten.

Der Stahl Nr. 5 mit 0,07 % C und 0,0039 % B weist eine etwas geringere Duktilität auf als der Stahl Nr. 4, der ebenfalls 0,07 % C, aber kein Bor enthält. Der Stahl Nr. 5 weist jedoch eine rasche Erholung der Duktilität unmittelbar unterhalb des Erstarrungspunktes und darüber hinaus eine Duktilität von mehr als 80 % bei Temperaturen unterhalb 1300°C auf. Es besteht somit keine Gefahr, daß bei diesem Stahl Defekte auftreten.

Obwohl der Stahl Nr. 7 mit 0,13 % C und 0,0044 % B eine viel niedrigere Duktilität als der Stahl Nr. 5 aufweist, beträgt seine Duktilität bei Temperaturen unterhalb 1300°C

^Γ ·::.-:ΐ6%.^: ::-:·Ο J. 3ί38ο84"¹

etwa 70 %, so daß ebenfalls keine Gefahr für Defekte besteht.

Der Stahl Nr. 8 mit 0,14 % C und 0,0047 % B weist wie die Stähle Nr. 2 und 3 eine schlechte Erholung der Duktilitat unterhalb des Erstarrungspunktes auf. Darüber hinaus erreicht seine Duktilitat lediglich in der Umgebung von 1200⁰C 50 % und beträgt bei Temperaturen unterhalb 1300⁰C im allgemeinen etwa 40 %. Deshalb besteht bei diesem Stahl bei hohen Beanspruchungen die Gefahr von Defekten.

Wie in Figur 4 dargestellt, wurden die Proben 13 einem Charpy-Kerbschlagversuch unterzogen, wobei der untersuchte Probenabschnitt der gleiche wie beim Simulationsversuch für den Wärmekreislauf bei der Schweißnahterstarrung war. Die Probe 13 für den Charpy-Kerbschlagversuch weist eine Kerbe 14 auf, und der Versuch wurde bei -50⁰C durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle III angegeben.

Aus dem Vergleich der Stähle Nr. 3, 5 und 7 mit guter Tieftemper a tür- Zähigkeit mit den Stählen Nr. 4 und 6 mit schlechter Tieftemperatür-Zähigkeit ist zu entnehmen, daß eine zufriedenstellende Tieftemperatur-Zähigkeit nur bei Gegenwart von sowohl Ti als auch B erreicht werden kann.

Aus einem Vergleich des Stahles Nr. 2 mit dem Stählen Nr. 3, 5 und 7 ergibt sich außerdem, daß auch!-.bei Gegenwart von Ti und B keine zufriedenstellende Tieftemperatur-Zähigkeit erreicht werden kann, wenn der Kohlenstoffgehalt des Schmelzgutes außerordentlich niedrig ist.

Andererseits ist die Tieftemperatur-Zähigkeit ebenfalls schlecht, wenn der Kohlenstoffgehalt, wie beim Stahl Nr. 8, 0,14 % übersteigt.
35

10

Die vorstehenden Versuchsergebnisse stellen den Ausgangspunkt für die Erfindung dar. Der sehr niedrig gekohlte Stahl, auf den das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird, ist ein niedrig legierter, hochfester Stahl, der für Leitungsrohre in kalten Klimazonen geeignet ist.-

Nachstehend sind Beispiele für die Zusammensetzung derartiger Stähle angegeben (Anteile in Gewichtsprozent):

15

Nr;	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Mo	Nb	V	Ti	B
	0,049	0,29	I₇ 56	0_T017	0,005	O₇Ol	0,27	0,25	O₇ 049	0,068	0,007	-
B	0,021	0,14	1,59	0,018	0,003	-	-	-	0,041	-	0_;017	0,0010

Nachstehend wird die Erfindung ausführlich erläutert.

z.B. Beim Schweißen eines Stahles mit O,005 bis 0,06 % C/mit dem UP-Schweißverfahren soll der Schweißdraht etwa 0,18 bis 0,55 % C enthalten. Der Grund dafür liegt darin, daß zum Erreichen zufriedenstellender Hochtemperatur-Duktilität im Hinblick auf "das Verhindern von Defekten in einem -Bor enthaltenden Schweißgut der Kohlenstoffgehalt des Schweißgutes im Bereich zwischen 0,07 und 0,13 % liegen muß. Beim UP-Schweißen eines Stahles mit 0,005 % Kohlenstoff sinkt der Kohlenstoffgehalt des Schweißgutes in den genannten Bereich, wenn der Schweißdraht 0,30 bis 0,55 % C enthält. Andererseits sinkt beim UP-Schweißen eines Stahles mit 0,06 % C der Kohlenstoffgehalt des Schweißgutes in den genannten Bereich, wenn der Schweißdraht 0,18 bis 0,33 % C enthält.

Auf der Grundlage der vorstehenden Überlegungen wird der Kohlenstoffgehalt des Schweißdrahtes für das UP-Schweißen eines Stahles mit 0,005 bis 0,06 % C im Bereich von 0,18 bis

γ- .^T₁VJ «^:"C^: 1 313808Α~«

0,55 % festgelegt. Wenn der Kohlenstoffgehalt im vorstehenden Bereich liegt, wird die Tieftemperatur-Zähigkeit des Schmelzgutes ebenfalls stark verbessert.

Es ist von größter Bedeutung für die Erfindung, daß der Schweißdraht und/oder das Schweißflußmittel Titan und/ oder Bor enthält, so daß das Schweißgut sowohl Titan als auch Bor enthält.

Titan macht in Gegenwart von Bor die MikroStruktur des Stahles viel feiner und verbessert damit die Tieftemperatur-Zähigkeit. Um Schwankungen in der Tieftemperatur-Zähigkeit zu verhindern und eine gute Tieftemperatür-Zähigkeit zu erreichen, müssen sowohl Baals'auch Ti im Schweißgut vorliegen, was dadurch erreicht werden kann, daß jeweils zumindest eines der beiden Elemente im Schweißdraht und/oder im Schweißflußmittel enthalten ist.

Der im Schweißgut vorliegende Anteil an Ti .und B .soll den Bereich von 0,004 bis 0,035 % Ti und 0,001 bis 0,005 % B liegen.

Wenn der gesamte Anteil an Ti im Schweißgut kleiner als 0,004 % ist, kann keine zufriedenstellende Tieftemperatur-Zähigkeit erreicht werden; wenn dieser Anteil- 0,035 % übersteigt, wird die Zähigkeit des wieder erhitzten oder naehgewärmten Schweißgutes verschlechtert.

Wenn Ti dem Schweißgut aus einem festen Schweißdraht zugeführt wird, .und im Schweißdraht enthalten ist, sollte es als Legierungselement mit einem Anteil von O,004 bis 0,035 Gewichtsprozent vorliegen. Wenn ein Schweißdraht mit Flußmittelkern verwendet wird, wird Ti in Form von Ferro-

titan zugesetzt.
35

r -Vh*J..^s ::^:*^:«^: .:. 313 8 08A"¹

Wenn Ti aus dem Schweißflußmittel zugesetzt wird, kann es als Rutil, Titanschlacke oder Ferrotitan zugesetzt werden. Wird Ti aus dem Schweißflußmittel in Form von Rutil, Titanschlacke oder Ferrotitan zugesetzt, entspricht der Zusatz von 5 bis 30 % in Form von TiO₂ oder 0,5 bis 5 % in Form von Ferrotitan (50 % Ti) dem Zusatz von 0,004 bis 0,035 % Ti zum Schweißgut.

Wenn der gesamte im Schweißgut enthaltene Anteil an B kleiner als 0,001 % ist, kann keine ausreichende Tieftemperatur- Zähigkeit erreicht werden, während ein höherer Anteil als 0,005 % wegen der größeren Anfälligkeit für Hochtemperäturrisse unerwünscht ist.

Wenn Bor aus einem festen, (massiven) Schweißdraht zugesetzt wird, sollte es im Schweißdraht vorzugsweise als Legierungselement mit-einem Anteil im Bereich von 0,002 bis 0,01 % vorliegen. Bei Verwendung eines Schweißdrahtes mit Flußmittelkern kann B als Legierungselement in Form von Ferrobor zugesetzt werden. Bor kann auch aus dem

einem Schweißflußmittel in Form von Borsäure,/Borat oder eines Bor enthaltenden Alkalimetallsalzes, wie Borax, oder Ferrobor zugesetzt werden.

Wenn Bor aus.,dem Schweißflußmittel in Form von Borsäure, einem Borat, Borax oder Ferrobor zugesetzt wird, entspricht der Zusatz von 0,05 bis 1,0 % in Form von B₃O₃ oder 0,07 bis 1,7 % in Form von Ferrobor (20 % B) dem Zusatz von 0,001 bis O,OO5 % B zum Schweißgut.

.

Im Hinblick auf Verbindungen, wie Rutil, Titanschlacke, Borsäure, Borat«-/Borax usw. kann durch Verwendung entweder von gebundenem oder geschmolzenem Flußmittel die gleiche Wirkung erzielt werden.
.

I » ♦ t ι

¹ *"'_ =14 _■"

Der verwendete Schweißdraht enthält vorzugsweise 0,01 bis 0,5 % Si und 0,9 bis 3,5 % Mn als Hauptbestandteile. Silicium im Schweißdraht wirkt als Reduktionsmittel. Wenn der Siliciumgehalt jedoch 0,5 % übersteigt, wird die Beständigkeit des Schweißgutes gegen Rißbildung verringert. Andererseits wird keine befriedigende Reduktionswirkung erzielt, wenn der Siliciumgehalt kleiner als O,01 % ist.

Ein Zusatz an Mangan erzeugt im Schweißgut eine nadelförmige ferritische MikroStruktur (Feingefüge), wodurch die Tieftemperatur-Zähigkeit verbessert wird. Wenn der Mangangehalt kleiner als 0,9 % ist, kann keine ausreichende Tieftemperatur- Zähigkeit erreicht werden. Bei einem Mangange— halt über 3,5 % wird die Tieftemperatur-Zähigkeit ebenfalls verschlechtert, und darüberhinaus nimmt die Ziehbarkeit des Drahtes ab. ·

Erfindungsgemäß muß nur der Kohlenstoffgehalt des gesamten Schweißdrahtes innerhalb des angegebenen Bereiches liegen; der erfindungsgemäß verwendete Schweißdraht kann jede beliebige Form aufweisen und kann insbesondere entweder ein massiver Draht oder ein Draht mit Flußmittelkern sein, der aus einem Drahtrohr hergestellt istj-jaas ein Metall·"·oder ein Legierungspulver eingebracht ist, das einen Teil der

25 Legierungszusammensetzung aufweist.

Zusätzlich zu den vorstehenden Elementen können dem erfindungsgemäß verwendeten Schweißdraht weniger als etwa 0,6 %

Mo und/oder weniger als etwa 3,5 % Ni zugesetzt werden. 30

Ein Zusatz von bis zu 0,6 % Mo verbessert die Festigkeit des Schweißgutes. Wenn der Molybdängehalt jedoch 0,6 % übersteigt, wird die Tieftemperatur-Zähigkeit erheblich verschlechtert. Ein Anteil bis zu 3,5 % Ni verbessert ebenfalls die Tieftemperatur-Zähigkeit. Wenn jedoch mehr als 3,5 % Ni zugesetzt werden, nimmt die Tieftemperatur-Zähigkeit merklich ab.

L ■ . .

^Γ .' -Oy₅V !"Ό .:. 3-13"8Ό84^:

Wie vorstehend erläutert, soll erfindungsgemäß durch die Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes des Schweißgutes auf 0,07-bis 0,13 % die Verringerung der Hochtemperatur-Duktilität des Schweißgutes aufgrund des Borgehaltes verhindert werden. Wenn deshalb der Schweißvorgang unter Verwendung von Mehrfachelektroden durchgeführt wird, müssen nicht notwendigerweise alle Schweißdrähte die vorstehend angegebene Zusammensetzung aufweisen. Erfindungsgemäß können auch herkömmliche Schweißdrähte zusammen mit Schweißdrähten und Schweißflußmittel mit der angegebenen, erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendet werden.

Die Schweißung kann zufriedenstellend durchgeführt werden, wenn die Basizität des verwendeten Schweißflußmittels zwi- *5 sehen 0,5 und 2,5 gemäß der Kennzeichnung des IIW (International Institute of Welding) beträgt. Die Basizität wird nach der nachstehenden Formel bestimmt:

Basizi- . Ca0,% + MgO,% + BaO,% + CaF₃,%+ |(Mn0,% + PeO,%)

on tat ^{: ;} T— ^;

SiO₂,%+ J(Al₂O₃,% + TiO₂,%)

Wenn die Basizität kleiner als 0,5 ist, nimmt der Sauerstoff gehalt im Schweißgut außerordentlich zu und verschlechtert die Tieftemperatur-Zähigkeit; wenn die Basizität größer als 2,5 ist, ist kaum eine gute Bearbeitbarkeit des Schweißgutes zu erreichen.

Die Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand der Beispiele näher erläutert:

L- ' J

r -^:"^WC^;-^: -^:"ν^: ..-- 313808A

-Ib--

Die Tabellen IVa und IVb zeigen die chemischen Zusammensetzungen von Schweißdrähten, Flußmitteln und Stahlblechen zusammen mit den jeweiligen Schweißbedingungen.

In den Tabellen IVa und IVb sind A, C, E, G, M, N, O, P, Q und R Vergleichsbeispiele, während B, D, F, H, I, J, K und L erfindungsgemäße Beispiele sind. Die Proben für den Kerbschlagbiegeversuch.»nach Charpy wurden aus jeder Schweißverbindung auf die in Figur 4 dargestellte Weise entnommen, und die Proben für den Längssicken- (Schweißwulst-} Biegeversuch (longitudinal bead bend test) wurden aus dem gleichen Bereich entnommen.

Anmerkung zu den Tabellen:
* Schweißbedingungen:
¹^ Kombination

Nr. I 600A χ 35V χ 300 mm/min. Gleichstrom, Einzeldraht. Fugengeometrie wie in Figur 5 dargestellt, mit t., = 25 mm, t„ = 8 mm, t-, = 9 mm, t. = 8 mm θ₁ = 90°, θ₂ = 90°.
-■■-..

Nr.II Vordere Elektrode 11OOAx35Vx1100mm/min Wechselstrom, Hintere Elektrode 9OOAx4OVx1iOOmm/min^{) Do}PP^eldraht

Fugengeometrie wie in Figur 5 dargestellt, mit t₁ = 19,5 mm, t_ = 7 mm, t_ = 6 mm, t. - 6,5 mm, Q₁ = 70°, Q₂ = 90°.

Nr .III Vordere Elektrode 135OA χ 35V χ 1200 mm/min. Wechsel-Mittlere Elektrode 1000Ax 40V χ 1200 mm/min) f"^' ,

. Drexfacn-Hintere Elektrode 78OA χ 38V χ 1200 mm/min' elektroden-

draht

Fugengeometrie wie in Figur 5 dargestellt, mit t₁ = 19,5 mm, t₀ =■ 7 mm, t_ = 6 mm, t, = 6,5 mm,

I £ -J ^x

Θ. = 70°, θ_ο = 90°.
1 ² -

** Die Schweißdrähte mit Flußmittelkern enthielten zusätzlich zu den in den Tabellen E und F angegebenen Bestand-.teilen 15 %

Bor wurde als Ferrobor zugesetzt (20 % B). Die Versuchsergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt.

Wenn Schweißdraht mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendet wird, betragen die Anteile an "C, Ti und B im Schweißgut 0,07 bis 0,13 % C, 0,004 bis 0,035 % Ti und 0,001 bis 0,005 % B. Wie aus Tabelle V

für die Proben B, D, F, H, I, J, K und L ersichtlich, treten

beim erfindungsgemäßen Schweißgut im Biegeversuch keine Risse auf, und es wird ein zufriedenstellender vE-Wert bei -6O⁰C erreicht.

Wenn andererseits ein herkömmlicher Schweißdraht oder ein Schweißdraht mit einem größeren als dem erfindungsgemäßen Kohlenstoffgehalt verwendet wird, beträgt der Kohlenstoffanteil schließlich weniger als 0,06 % oder mehr als 0,20 %, was zum Auftreten feiner Risse beim Biegeversuch führt. In diesem Falle sinkt auch der vE-Wert bei -6O⁰C gelegentlich unter 3,0 kg m.

L J

35

Tabelle IVa

10

15 20 25 30

	j Chemische Zusammensetzung des Sehweißdrahts CGew.%)	Si	Mn	0,09	2,52	0,02	1,08	Il	Mo	Ni	-	Ti	B	I	-	-	-	Art des Drahts	Il	Draht 0(mm)
Nr..	C	0,55	2,Ό4	0,15	3,6	0,15	1,03	1,65	-	-	-	-	-	0,006	-	-	massiv	II	4,0
A	0,60	0,11	{1,97	0,12)2,02	0,21 j 0,05	2,05	1,49	-	-	-	-		Il	-	-"	Il	Il	Il *
B	0,19	0,09\| 0,03jl,98	0,08jl,42	0,27	0,12 2^10	l.,58	0,25	0,01	-	0,22	-	-	-	Il	Il	4,8
C	0,21	0,26 \ 0,15 ^;1,58	0,26	0)15-1,58	Il	.0,23	-	-	0,23	-	-	-	Il	Il	Il
D	0,11	0,19	It	Il	0,25	-	-	-	. · ?iußm. kern ₍	Il
E	0,27	0,51	0,19	0,23	0,43	-	0,12	-	Il >	It
F	0_}15	0,31	0,14	0,52	0,05	0,31	0,004	massiv, i	It
G	0,26	0,15	0,19	-	-	- 0,003	Il	Il
H	Il	Il	-	1,40	0,05	• ι ·	II	It
I	0,01	-	0,03	Il	Il
J	-	-	0,15	I!	4,0
K	0,25	-	Il	Il
L	0,19 I -	Il	4_;8
M	Il	Il
N	0,20	It
O	-	Il
P	It	ti
Q	Il	Il
R

Tabelle IVa (Fortsetzung)

b	Nr.	Chemische Zusammensetzung des Flußmittels (Gew.%)	17,7	TiO₂	CaO	MgO	BaO	-	CaF₂	andere Stoffe	V₃	Basi- zität	^rt !es Flußm	Teilchen größe ... (mesh)
	A	SiO₂	It	24,2	4,9	-	24.6	-	14,0	-	0,7	1,30	gas**	' 40x250
	B	12,5	38,2	Il	Il	-	It	10,2	It	-		Il	ti	It
10	C		II	-	15_,8	-	-	-	29,9	-		1,34	ti	20x250
	D	14,9	28j3	- -	U	-	-	Il	-	Il	JI	II	St
	E	ti	It	19j0	4,9	-	10,4	14,3	MnO 5,3	-	0,85	Il	It
15	F !	-17 j 4	13,2		Il	-	It	Il	. It	-	Il	Il	ti
	G	ti	It	16_}8	10,5	34,6	-	io₇o	Na₂O 2_T2	0,5	2,25	gebun den	12x100
	H	10,5	28,2	ti	■ I	Il	-	II	It	• ti	. Il	Il	It
	I	SI	60₇2	19,1	4_;8	-	10,2	14j6	MnO 5.3	0,7	0,83	fchmcä zen	' 20x250
20	J	14,9	28,2	-	8,8	8,9	-	8,7	-	0,2	0,62	It	Il
	K	12,5	tr	19,1	4,8	—	10,2	14,6	MnO 5,3	0,2	0,83	Il	II
	L	14,9	6,2	Il	ti	-	It	It	Il	-	It	It	It
25	M.	Il	19,0	16^8	15,2	M	-	3,5	MnO 12» 2	0,3	0,47	Il	40x250
	N	14,4	13,2	0,6	13,2	27,2		26,1	MnO 0,8	0,3	3,11	Il	It
	O	12,8	Il	16,8	10,5	34_;6	10,0	Na₂O 2,2	0,5	2,25	geüun· den	■ 12x100
30	P	10,5	28,2	Il	Il	11	SI	IS	It	ti	-n	Il
	Q	Il	60_;2	19,1	4,8	-	14,6	MnO 5,3	-	0.83	scnm«l- zen	20x250
	R	14,9	-	8_;8	8,9		-	0,3	0,62	Il	It
12,5

- 20 -

Tabelle IVb

Nr.

Chemische Zusammensetzung des Stahlblechs (Gew.%)

22

19,5

C

Si

Mn

Nb .

V

Al

Ti

Mo

Andere
Elemente

H-
! ,pi I

A

Dicke
(mm)

! :
;p! ·»

R j "

0,05

0,32

1,54

0,04

0,05

0_;019

0,014

0,20

■-

x'

B

25,0

^Q

Il

It

" -

Il

C

Il

It

Il

■ 1

Il

-

II

D

19,5

Il

It

E

Il

0,025

O₁U

1,91

0_r06

-

0,020

0_;019

-

B
0,0012

III

F

19,5

Il

-

Il

-

It

11
■

G

Il

It

Il

-

Il

-

It
■
-

ff

H

It

Il

It

-

Il

-

Il

I

It

0,05

0_;38

1,28

0,03

0,010

0,10

Ni
0,93

i
Ii ;

J

Il

0,008

0j30

1,95

0,06

-

0_;021

O₇OIl

-

B
0,0014

K

Il

0,05

0,38

1,28

0,03

0_;03

0,010

0,10

Ni
0,93 ^:

fl

I ;
L
ι

ti

0,025

0jl4

1,91

0,06

-

0_;02

0,019

- ■

0/0005 I ^m

Il

It

tr

Il

tt

-

0_; 020

Il

-

B I₁₁
0,0012 .

j
M i- "

Il

-

Il

-

Il It
' I
! i

j N ^: "

0,003

0j35

1,95

0_;05

-

Il

0,21

β ; j
0,0008 ; I

o j

0,09

0,24

1,56

Il

0_,07

0,022

0,015

Q,10

_ ' Il

0j018

0,16

2,01

Il

-

0_;015

0,018

0₃30

0,0012 : ^IIX

Il

' Il

It

tt

-

Il

Il , Il

- 21 -

.Tabelle V

Nr.	Zusammensetzung des Schweißgutes (%)	Ti	B	Anzahl der Risse-	**	12	vE- 60⁰C (kg -m)	Vergleichs beispiel
A	C	0_;020	0,0052	19	11	Mittel-Aiein- wert /stör; W;	Erfindung
B	O₇ 20	0,019	0,0048	0	0	7,5/ 3,2	Vergleichs beispiel
C	0,080	0,025	0,0024	4	0	16,4/15,9	Erfindung
D	0,060	0,026	0,0022	0	16,2/13,8	Vergleichs beispiel
E	0,087	0_?020	0,0019	26	18,5/16,3	Erfindung
F	0,041	0,018	0,0018	0	6,8/ 2,9	Vergleichs beispiel '
G	0,078	0,037	0₇0038	8	12,4/11,3	Erfindung
H	0,052	0,020	0,0036	0	4,2/ 2,8	Il
I	0,077	0,022	0,0045	0	9,5/ 8,2	w
J	0,075	0,005	0,0021	0	14,8/13,3	η
K	0,13	0,032 '	0,0028	0	10,5/ 8,8	η
L	0,081	0,017	0_;0013	0	13,2/12,0	Vergleichs beispiel -
M	0,075	0,012	0,0023	0	11,8/10,5	η
N	0,070	0,020	0,0025	3,2/ 2,3	es
O	0,076	0,028	0,0032	9,8/ 8,2	η
P	0,045	0j025	0,0033	6,5/ 2,8	ti
Q	0,14	0,026	0,0008	8,8/ 5,3	η
R	0,072	0,002	0_;0022	4,5/ 2,7
0.073 >	3,9/ 2,1

* ÄnzaM. der Risse im ' ·"'■"■ ' " -Biegeversuch. ** Von Schlackeneinflüssen verursachte Risse..

Claims

O » ΐ) β» «Ο βο O

VOSSIUS · VOSSIUS .TAU-OVVNeF^ok^UNlEMANN ■ RAUH

PATENTANWÄLTE

SIEBERTSTRASSE 4 · 8OOO MÜNCHEN 86 · PHONE: (Ο89) 47 4Ο75 CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN · TELEX 5-23 453 VO P AT D

u.Z.: R 412 24. September 1981

Case: 607

NIPPON STEEL CORPORATION
Tokio, Japan
10

" Verdecktes Lichtbogenschweißverfahren für niedriggekohlten Stahl "

Patentansprüche

Verdecktes Lichtbogenschweißverfahren für niedriggekohlten Stahl, insbesondere zur Herstellung von Leitungsrohren, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Stahl mit 0,005 bis 0,06 % C verwendet wird,

b) ein Schweißdraht mit 0,18 bis 0,55 % C verwendet wird, und

c) Ti und/oder B zum Schweißdraht und/oder einem 25

Schweißflußmittel zugesetzt wird,

so daß Ti und B gemeinsam im Schweißgut (12) vor-' liegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißgut (12) 0,004 bis 0,035 % Ti und 0,001 bis 0,005 % B enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein massiver Schweißdraht mit 0,18 bis 0,55 % C, 0,01 bis 0,5 % Si, 0,9 bis 3,5 % Mn, 0,004 bis 0,035 % Ti und 0,002 bis 0,010 % B verwendet wird»

L J
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schweißflußmittel verwendet wird/ das Rutil und/oder Titanschlacke in einem. Anteil von

5 bis 30 % (als TiO-) und/oder Borsäure, ein Borat und/ oder Ferrobor in einem Anteil von 0,05 bis 1,0 % (als B₂O₃) enthält. ' . .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schweißflußmittel verwendet wird, das Ferrotitan in einem Anteil von 0,5 bis 5 % (als Fe-Ti-Legierung mit 50 % Ti) und/oder Ferrobor in einem Anteil von 0,07 bis 1,7' % (als Fe-B-Legierung mit 20 % B) enthält.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Schweißflußmittel eine Basizität von 0,5 bis 2,5 aufweist.