DE3150274A1

DE3150274A1 - Molybdaenarme schweisswerkstoffe

Info

Publication number: DE3150274A1
Application number: DE19813150274
Authority: DE
Inventors: Edmund Dietlikon Heimann; Erhard 6719 Eisenberg Scholz
Original assignee: Schweissindustrie Oerlikon Buehrle AG
Current assignee: Welding Industries Oerlikon AG
Priority date: 1980-12-24
Filing date: 1981-12-18
Publication date: 1982-07-15
Also published as: GB2090615B; NO155649B; GB2090615A; NL8105639A; CH648231A5; NO814417L

Description

λ-γλλ«, Köln, den 14₀12.1981 Iu

ο I DUZ /4 - -^; Reg.-Nr. s She 705 Sehweisslndustrie Oerlillcsn Bührl© AG, Birchstrasse 230, Zürich 1 Schwöiis '·

cH-8050/ * - 3 - r'r-i -

Titel s i\y\ .. ,,.

Molybdänarme Schweisswerkstoffe

Die hier beschriebene Erfindung betrifft heue, molybdänarme Schweisswerkstoffe, die bei thermischer Nachbehandlung eine geringe Abnahme der Kerbschlagarbeit nach DIN 50 115 ergeben.

In der Literatur der letzten 10 Jahre sind verschiedene Veröffentlichungen bekannt geworden, die über die Verwendung von Ti-B-legierten Schweisswerkstof fe berichten.

Der Vorteil solcher Ti-B-legierten Schweisswerkstoffen liegt besonders in der Anwendbarkeit bei dicken Ein- bis Dreilagenschweissungen unter hohöm heat-input, d.U. bei ünterpulver- und Elektroschlacke-Schweissungen. Schwöissgüter solcher Drähte ergaben ein besonders günstiges Mikrogefüge mit hohen Anteilen acicular ferrite und geringen Anteilen an proeutektoidem Ferrit. Dies wiederum führt zu hohert Kerbschlagwerten bei tiefen Temperaturen, wie sie besonders bei Einlagenschweissungen mit klassischen Schweisswerkstoffen nicht erreichbar sind.

Die Wirkungsweise der Ti+B Zulegierung wird wie folgt erklärt: Die Bildung von TiN erlaubt, dass gelöstes B sich an den Austenit-Korngrenzen abscheidet, weil die Ausbildung von BN unterdrückt wird. Die B-Ausscheidung wiederum reduziert die Korngrenzenenergie und unterdrückt somit die Bildung von proeutektoidem Ferrit. Weiterhin bildet TiN zusammen mit verschiedenen Oxiden Kerne zur Bildung von acicular ferrite. Somit bilden gut ausgewogene Mengen von Ti + B eine gleichmassig ausgebildete Struktur von feinem acicular ferrite.

-A-

AlIe bisher auf dem Markt befindlichen Schweisswerkstoffe dieses Typs haben als Legierungsbasis eine Zusammensetzung

C - Mn - Si - Mo - Ti - B Literaturübersieht: siehe Masumotc? IIW-Doc. XII 694-79

In der Praxis zeigen die Mn-Mo-Ti-ß-legierten Schweissgüter (Typ B) die in der Schweisstechnik bisher nicht beobachtete Eigenschaft, dass Einlagenschweissungen bessere Kerbzähigkeitswerte ergeben als Mehrlagenschweiss.ungen.

Das durch nachfolgende Schweissraupen umgekörnte Gefüge weist schlechtere Kerbschlagwerte auf als Gefüge, die keine thermische Nachbehandlung erfahren haben.

Die folgenden drei Tabellen illustrieren:

Tabelle 1.1: Die chemische Zusammensetzung von sechs untersuchten Schweissgütern (inklusive des Grundwerkstoffes) des Typs B gemäss dem. Stand der Technik,

Tabelle 1.2: Die Resultate von Zugversuchen gemäss DIN 50145 der obigen Proben und

Tabelle 1.3: Die Resultate der Kerbschlagarbeit gemäss DIN 50115 der gleichen Proben.

Deutlich ist die Abnahme der Kerbschlagarbeit bei Mehrlagenschweissungen ersichtlich.

In den beigelegten Zeichnungen erläutert Fig. 1 den Zusammenhang zwischen den Proben 1 bis 6 dieser Tabelle und den Nahtvorbereitungen und der Lagenzajhl.

TABELLE 1.1 Chemische Zusammensetzung der Schweissgüter 1 bis 6 sowie des Grundwerkstoffs PSX 70 (Typ B)

Probe Nr.	C	Si	Mn	P	S	Mo	V	Al	Nb	Ti	B
1 (ED80-63)	0,070	0,295	1,31	0,0159	0,0084	0,155	0,0547	0,039	0,025	0,0127	0,0026
2 (ED80-64)	0,052	0,254	1,11	0,0135	0,0088	0,258	0,0409	0,0295	0,015	0,0175	0,0031
3 (FD80-65)	0,074	0,329	1,35	0,0162	0,0093	0,139	0,0603	0,0513	0,026	0,0159	0,0023
4 (FD80-69)	0,071	0,367	1,65	0,0155	0,0112	0,202	0,0526	0,0446	0,0250	0,0256	0,0050
4W (FD80-66)	0,068	0,3 W	1,29	0,0153	0,0099	0,175	0,0561	Ο,ΟΨ-50	0,025	0,0167	0»QQ26
5 (ED80-67)	0,058	0,325	1,30	0,0159	'0,0095	0,157	0,0530	0,0394	0,0237	0,0152	0,0025
6 (FD80-68)	0,062	0,340	1,27	0,0150	0,0084	0,155	0,0513	0,0382	0,0228	0,0154	0,0023
GW PSX 70	0,101	0,345	1,54	0,0160	0,0111	-	0,0740 !	0,0565	ι 0,0374	-	-

Tabelle 1.2

Zugversuch nach PIN 50 145 / ungeglüht

Probenform B 8 X 40

CO

1 Prob» Mr.	Rm (N/rnm²)	RpO, 3 (N/W)	A5 (%)	Z (S)	Bruchlage
1 (FD80-63)		630 ·	16,5	52,8	1/3
2 (FD80-64)	657	577	21,2	64,1	1/2
3 (FD80-65)	689	583	21,5	.6.2.5	1/3 ..,
4 (FD80-69)	725	598	20,5	64,1	1/2
4W (FD80--66)	671	568	21,7	62,5	1/2
5 (FD80-67)	661	556	21,0	62,5	1/2
6 ! (FD80-63)	669	577	21,5	60,9	1/2
GW PSX 70	663	555	21,6	63,0	1/2

cn CD K)

Tabelle 1.3

Kerbschlagbiegeversuch nafch PIN 50 115 / ungeglüht Probenform: ISO-V-Probe

Kr.	I	3	I	4	4Vi (FD80-.66)	-20	Kerb ⁰C	schlagarbeit (ι (Nahtmitte) -40 °C	56	J)	-60°	-	54	C	I	64
	(FD80-65)	j (FD80-69)		93		45			27		74
1	ι	5	141	114	75			30	70	27
(FD80-63)	(FD80-67)	108		49	29		23	35		36
		45		22				41
2	I 6	42	41	33			51
(FD80-64)	j(FD80-68)	37		31	94		71		28
	141		74			73 47
; 7	148	139	101			45	66
	128		107	90		35		11
98		98			27
107	114	130			31	42
136		43	122		27
151		125			26
146 115	137	116 125			10
143		65	80		12
93		95			13
102	113	80
		74	62
163		55
109	117	57
45		30	23
45		37
46	45	32

Dasselbe gilt auch für Schweissnähte, die einer sogenannten Spannungsarmglühung unterzogen wurden (550 bis 640⁰C, Haltezeit 2 Min/mm Blechdicke).

Beim Spannungsarmglühen ist zu beobachten, dass Raupen mit Primärgefüge einen deutlichen Abfall der Kerbschlagfestigkeit und Raupen mit umgekörntem Gefüge einen noch ausgeprägteren Abfall der Kerbschlagfestigkeit erfahren.

Die folgenden zwei Tabellen erläutern:

Tabelle 2.1: Angaben zu Kerbschlagbiegeversuch nach DIN 50 115 (ungeglüht) und

Tabelle 2.2 entsprechende Angaben geglüht.

In den beigelegten Zeichnungen sind in Fig. 2 bzw. in Fig. die entsprechenden Schweissanlagen sowie die Resultate der oben genannten Kerbschlagbiegeversuche dargestellt.

Dies steht in Uebereinstimmung mit der schon lange bekannten Erscheinung, da$s Mo-legierte Schweissgüter beim Spannungsfreiglühen bei tiefen Temperaturen schlechtere Kerbschlagwerte ergeben als im Schweisszustand.

Tabelle 2.1

UP-Tandem-Verfahren

Kerbschlagbiegeversuch nach DIN 50 115 Probenform: ISO-V-Probe

Drahtqualität : FLUXOCORD 35.2 (Typ B) Drahtdurchmesser : 4,0 mm Pulver : OP 121 TT

31 5027 A

Grundwerkstoff : PSX 70
Probenentnahme : Probemitte
Wärmebehandlung : ungöglüht

Tabelle 2.2

UP-Tandem-Verfahren

Kerbschlagbiegeversuch nach DIN 50 115 Probenform: ISO-V-Probe

Drahtqualität Drahtdurchmesser Pulver

Grundwerkstoff Probenentnahme Wärmebehandlung

FLUXCORD 35.2 (Typ B) 4,0 mm OP 121 TT PSX 70 Probenmitte spannungsarmgeglüht 2 h/580°C,

Dieselbe Beobachtung gilt auch für Tandem-Schweissungen mit zwei oder drei Drähten, wobei bei zu grossen Drahtabständen der Lichtbogen des nachfolgenden Drahtes das Primärgefüge der ersten Raupe thermisch beeinflusst. Auch hier lassen sich deutlich schlechtere Kerbschlagwerte als bei sehr kleinen Drahtabständen beobachten, bei denen beide Drähte ein einziges Schweissbad erzeugen.

In neuerer Zeit sind auch Berichte bekannt geworden, die mit der Legierungsbasis C-Mn-Si-Ti-B arbeiten, wobei aber aus diesen Berichten hervorgeht, dass in diesem Falle das Schweissgut besonders enge Toleranzen im Gehalt an Ti, B, N und O enthalten muss, um die mechanischen Gütewerte der

- ίο -

Mo-enthaltenden Schweisswerkstoffe zu erreichen. Besonders der Ti-Gehalt ist hierbei wichtig, da dieses Element die Aufgabe hat, das optimale Mikrogefüge mit hohem Gehalt an acicular ferrite zu erzeugen. Bei den Mo-legierten Schweisswerkstoffen übernimmt das Mo diese Aufgabe, ohne dass sein Gehalt in sehr engen Grenzen gehalten werden muss.

Völlig überraschend konnte nun die Feststellung gemacht werden, dass Schweisswerkstoffe, die Schweissgüter des Analysentyps C-Mn-Si-Cr-Ti-B (A2) und C-Mn-Si-Cr-Mo-B-Ti (A3) (wobei im letzteren Fall das Mo gegenüber den bisherigen Schweisswerkstoffen deutlich abgesenkt wurde) ergeben, wesentlich günstigere Zähigkeitseigenschaften nach einer thermischen Behandlung aufweisen, als Schweisswerkstoffe mit Schweissgütern des Typs C-Mn-Si-Mo-Ti-B (Typ B), gemäss dem Stand der Technik.

Die erfindungsgemässen Schweisswerkstoffe sind in den vorangehenden Patentansprüchen 1 und 2 charakterisiert.

Die thermische Behandlung bezieht sich hierbei sowohl auf echte Nachbehandlungen wie Spannungsarmglijhen oder Anlassen, als auch auf Nachbehandlungen des Gefügös durch nachfolgend aufgebrachte

Dies ist umso überraschender, als beim Unterpulver-, Schutzgas- und Elektrodenhandschweissen bis heute kaum Mn-Cr legierte Schweissgüter bekannt sind. Zudem weisen solche Schweissgüter lediglich erhöhte Zugfestigkeit bei erhöhten Temperaturen auf.

Die folgenden Tabellen zeigen:

Tabelle 3.1: Analyse und Anlage zu Zugversuchen nach DIN 50 145 und zu Kerbschlagversuchen nach DIN 50 115 eines erfindungsgemässen Schweisswerkstoffs des Typs A 2 und

- Ii -

Tabelle 3.2: Entsprecheride Angaben eines erfindungsgemässen Schweisswerkstoffes des Typs A 3.

Die entsprechenden Resultate sind in den Zeichnungen, Fig. 4 und 5 dargestellt.

Deutlich ist die geringe Abnahme der Kerbschlagzähigkeitswerte erkennbar.

Tabelle 3.1

Drahttyp A2/OP 121 TT Schweissverbindung in Lage und Gegerülage an PSX 70

- ^!————	U	073	Mn	38	0,	30	P	018	S	010	Cr	' Mo	Ti	B	005	0	V
Schv/eiße	0,	084	I,	55	0,	35	0,	018	o.	009	0,19	-	0,02	o,	004	0	,04
PSX 70	0,	1,			o,	o,	-	-	-	o,		,08

Tabelle 3.2

Drahttyp A3/OP 121 TT Schweissverbindung in Lage und Gegenlage an PSX 70

	C	Mn	Si	P	S	Cr	Mo	Ti	B	V
Schweiße	0,074	1,45	0,35	0,019	0,012	0,17	0,08	0,01	0,005	0,05
PSX 70	0,084	1,55	0,35	0,018	0,009	-	-	-	0₅004	0,08

Die neuen, erfindungsgemässen Schweisswerkstoffe mit dem Schweissgut des Typs C-Mn-Si-Cr-Ti-B (Typ A2) und C-Mn-Si^- Cr-Mo-Ti-B mit reduziertem Mo-Gehalt (Typ A3) zeigen also gegenüber den C-Mn-Si-Mo-Ti-B-Typen (B-Typen) folgende Vorteile:

Bessere Kerbschlagwerte in Lage - Gegenlage - Schweissungen bei tieferen Temperaturen.

- Bessere Kerbschlagwerte bei Mehrlagenschweissungen.

Bessere Kerbschlagwerte bei Tandemschweissungen mit Drahtabständen grosser 20 mm.

Bessere Kerbschlagwerte nach Spannungsarmglühen bei Lage-Gegenlageschweissungen und Mehrlagenschweissungen.

Falls gewünscht, geringere Zugfestigkeit des Schweissgutes, da das Cr weniger festigkeitssteigernd wirkt als das Mo.

Die vorliegenden Resultate wurden vorzugsweise mittels der Unterpulverschweissung ermittelt. Erste Versuche mit anderen Schweissverfahren.haben ergeben, dass solche Schweisszusatzwerkstoffe auch beim Elektroschlacke-Elektrogas- und Schutzgasschweissen eingesetzt werden können und auch hierbei die geschilderten Vorteile aufweisen. Weiterhin beschränkt sich der Einsatz solcher Schweisswerkstoffe nicht nur auf Drähte (Fülldrähte oder Massivdrähte), sie lassen sich vielmehr auch in Form von gefüllten Bändern (für die Unterpulver- und Elektroschlackeschweissung) herstellen. Auch der Herstellung von Metallpulverzusätzen für die Unterpulver- und Elektroschlackeschweissung in den angegebenen Analysentoleranzen sind möglich.

Claims

Schweisswerkstoffe in Form von beispielsweise Elektroden, Schweissdrähten, gefüllten Bändern und metallischen Pulverzusätzen für beispielsweise Elektroden-Handschweissung, Unterpulver-Elektroschlacke-Elektrogas- und Schutzgasschweissung, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein reines Schweissgut ergeben mit folgenden Analysengrenzen:

Mn Si Cr Mo Ti

0,01-bis 0,15 Gew.-% 0,7 bis 1,8 Gew.-% 0,05 bis 0,6 Gew.-% 0,01 bis 1,0 Gew.-% 0,05 bis 0,4 Gew.-% 0,01 bis 0,03 Gew.-% Spuren bis 0,01 Gew.~%

wobei die Summe von Cr + Mo nicht grosser als 1,2 Gew.-% ist.

2, Schweisswerkstoffe gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein reines Schweissgut ergeben mit folgenden Analysengrenzen:

Mn Si Cr Mo Ti B

0,01 bis 0,15 Gew.-% 0,7 bis 1,6 Gew.-% 0,05 bis 0,6 Gew.-% 0,1 bis 0,8 Gew.-% maximal 0,1 Gew,-% 0,01 bis 0,03 Gew.-% Spuren bis 0,01 Gew.·

3. Schweisswerkstoffe gemäss Patentansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein reines Schweissgut ergeben, das im Gefüge mindestens 70 Oberflächenprozente acicular ferrite aufweist und da.p bei thermischer Nachbehandlung keine oder nur eine geringe Abnahme der Kerbschlagarbeit n.ach DIN 50 115 ergibt.