DE60033495T2

DE60033495T2 - Verwendung eines stahles zum laserschweissen

Info

Publication number: DE60033495T2
Application number: DE60033495T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Futtsu City KOJIMA; Shigeru Futtsu City OHKITA; Masao Futtsu City FUJI; Syuji Futtsu City AIHARA; Manabu Tokai City HOSHINO; Naoki Tokai City SAITOH; Takeshi Tokai City TSUZUKI
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2020-03-18
Also published as: EP1136580B1; KR20010075612A; KR100421686B1; DE60033495D1; EP1136580A4; WO2001014609A1; EP1136580A1

Description

Technisches Fachgebiet:
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Stahlwerkstoffs, so wie einer Stahlplatte oder eines Stahlblechs, eines Stahlrohrs oder eines H-Stahlprofils mit ausgezeichneter Laserschweißbarkeit für den Schiffbau, Maschinenanlagen, Gebäudebau, Industrieanlagen und andere Stahlkonstruktionen.
Stand der Technik:
Laserschweißen kann seit kurzem an schweren Stahlplatten angewandt werden, da Laserschweißgeräte leistungsfähiger geworden sind. Beim Schweißen schwerer Stahlplatten unter Verwendung eines Laserschweißgeräts können jedoch eher Gasblasen und Erstarrungsrisse als beim Lichtbogenschweißen auftreten, und die durch diese Defekte verursachte Abnahme der Festigkeits-, Zähigkeits- und Ermüdungs-Eigenschaften etc. der Schweißnähte, führt zuweilen zu schwerwiegenden Problemen bei den Schweißarbeiten. Zur Vermeidung dieser Probleme wurden Maßnahmen zur Kontrolle der Laserbestrahlung und dergleichen ausgearbeitet, wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. S60-206589 offenbart. So ein Verfahren erfordert jedoch eine Optimierung der Laserbestrahlungsposition, sobald die Plattendicke oder die Schweißbedingungen verändert werden, und ist daher nicht zweckmäßig.
Darüber hinaus wird bei tatsächlichen Schweißarbeiten das Schweißen oft an Stahloberflächen mit verbleibenden Walzzunderresten durchgeführt und an geschnittenen Bereichen, die mit durch Laserschneiden, Plasmaschneiden oder Brennschneiden etc. verursachtem Zunder bedeckt sind, ohne Vorbehandlung zu deren Entfernung. Das Auftreten von Gasblasen und Erstarrungsrissen ist in diesen Fällen stärker ausgeprägt, als wenn saubere Metalloberflächen, wie bearbeitete bzw. behandelte Oberflächen geschweißt werden.
Es ist jedoch in Bezug auf Effizienz und Wirtschaftlichkeit nicht realistisch, den Zunder der geschnittenen Bereiche und den Walzzunder bei der Herstellung von Stahlbauteilen durch Laserschweißen zu entfernen. Daher sind Technologien zur Vermeidung des Auftretens von Gasblasen und Erstarrungsrissen gefragt, besonders wenn das Schweißen an Stahloberflächen mit Walzzunderresten und an durch Laserschneiden, Plasmaschneiden oder Brennschneiden etc. geschnittenen Bereichen ohne Zunderentfernung durchgeführt wird.
Solche Technologien beinhalten zum Beispiel ein Verfahren zur Zugabe von desoxidierenden Elementen zum Schweißmetall unter Verwendung eines Fülldrahts, wie in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. H8-300002 offenbart. In diesem Verfahren tritt jedoch das Problem auf, dass eine homogene Verteilung von desoxidierenden Elementen über die Plattendicke nicht gewährleistet werden kann, wenn die zu schweißenden Platten dick sind, da die desoxidierenden Elemente nur über die Plattenoberflächen zugeführt werden. Daher ist es für das Laserschweißen von Stahlplatten wünschenswert, dass die erforderlichen desoxidierenden Elemente als Komponenten im Stahl enthalten sind.
Das Stumpfschweißen mit Laser ist ebenfalls aus JP-A-9-194998 bekannt, wobei Anstauchschweißen verwendet wird.
Offenbarung der Erfindung
In Bezug auf den vorstehenden Hintergrund liefert die Erfindung, wie in Anspruch 1 offenbart, einen Baustahl mit verbesserter Laserschweißbarkeit, wobei das Auftreten von Gas blasen und Erstarrungsrissen auch dann verhindert werden kann, wenn Zunder in Laserschweißnähte einbezogen wird.
Zur Lösung dieser Probleme haben die Erfinder das Verhältnis zwischen chemischer Stahlzusammensetzung und zulässiger Dicke des Walzzunders etc. abgeklärt und haben die Erfindung als Ergebnis weiterführender Untersuchungen zum Verhältnis zwischen dem Auftreten von Gasblasen und Erstarrungsrissen und der Zunderdicke und Zugabemenge von desoxidierenden Elementen erstellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels der Laserschweißnaht-Konfigurationen.
2 ist eine schematische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Laserschweißnaht-Konfigurationen veranschaulicht.
3 ist ein Diagramm zur Darstellung des X-Wert-Einflusses auf die Anzahl der Gasblasen.
4 ist ein Diagramm zur Darstellung des Y-Wert-Einflusses auf die Anzahl der Gasblasen.
5 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses zwischen Zunderdicke und Rissbildung.
6 sind schematische Ansichten von Fotografien, die Vergleiche der Eindringformen durch das Schweißen bei verschiedenen Zunderdicken zeigen.
7 ist ein Diagramm, welches das Verhältnis zwischen Warm-Endwalztemperatur und Walzwerk-Zunderdicke darstellt.
Beste Ausführungsform der Erfindung:
Zuerst werden die Gründe für die Eingrenzung der jeweiligen Einzelelemente in der Erfindung nachstehend beschrieben:
C: Bei einem extrem geringen C-Anteil unterhalb 0,01 Gewichts% ist die Festigkeit des Stahls nicht ausreichend und im Schweißmetall treten Erstarrungsrisse auf. Mit einem C- Anteil, der 0,20 Gewichts% übersteigt, nimmt hingegen die Zähigkeit der Wärmeeinflußzonen und des Schweißmetalls ab. Daher wird der C-Anteil auf 0,01 Gewichts% oder mehr und 0,20 Gewichts% oder weniger begrenzt. Speziell zur Vermeidung der CO-Gas-Bildung ist es jedoch besser, je niedriger der C-Anteil ist.
Si: Si wird als desoxidierendes Mittel und als Element zur Festigkeitsverbesserung des Stahls zugegeben, aber seine Wirkung ist bei einer Zugabe unter 0,01 Gewichts% unzureichend. Wenn es andererseits 1,5 % übersteigt, treten häufig Defekte durch Walzzunder auf. Daher wird der Si-Anteil auf 0,01 Gewichts% oder mehr und 1,5 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Mn: Mn ist ein wirksames Element zur Festigkeitsverbesserung von Stahlplatten, aber eine Zugabe unterhalb 0,2 Gewichts% zeigt es keine Wirkung. Es ist jedoch bekannt, das eine Zugabe, die 2,0 Gewichts% übersteigt, das Auftreten von Gasblasen beschleunigt. Daher ist der Mn-Anteil auf 0,2 Gewichts% oder mehr und 2,0 Gewichts% oder weniger begrenzt.
P und S: Der Anteil sowohl von P als auch von S ist auf 0,02 Gewichts% oder weniger begrenzt, da eine übermäßige Zugabe die Festigkeit der Stahlplatten und Wärmeeinflusszonen verschlechtert.
Al: Al ist ein wichtiges Element zum Desoxidieren und Absenken seines Anteils unter 0,0005 Gewichts% ist unrealistisch, da es den Stahlherstellungsprozess stark belastet bzw. erschwert. Wenn sein Anteil 1,0 % übersteigt, wird andererseits die Kerbschlagzähigkeit der Stahlplatten verschlechtert. Daher wird der zugesetzte Al-Anteil auf 0,031 Gewichts% oder mehr und 1,0 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Weiterhin können in der Erfindung eines oder mehrere der Elemente Nb, V, Mo, Cu, Ni, Cr und B zusätzlich zu den vor stehenden Elementen zum Stahl zugegeben werden. Der Grund für die Eingrenzung der jeweiligen Elemente ist nachstehend beschrieben.
Nb: Nb ist ein wichtiges Element zur Kontrolle der Feinstruktur von Stahlplatten im thermomechanischen Kontrollprozess (TMCP) aber bei einem Anteil unterhalb 0,001 Gewichts% ist seine Wirkung unzureichend. Andererseits verschlechtert eine zu hohe Zugabe die Zähigkeit der Stahlplatten. Daher wird der zugegebene Nb-Anteil auf 0,001 Gewichts% oder mehr und 0,1 Gewichts% oder weniger eingegrenzt.
V: V ist ein weiteres wichtiges Element zur Kontrolle der Mikrostruktur von Stahlplatten im TMCP und ebenfalls ein notweniges Element zur Gewährleistung der Hochtemperaturfestigkeit von wärmebeständigen Stählen. Seine Wirkung wird unzureichend bei einem Anteil unterhalb 0,001 Gewichts% aber eine zu hohe Zugabe verringert die Zähigkeit. Daher ist die Zugabe des V-Anteils auf 0,001 Gewichts% oder mehr und 1,0 Gewichts% oder weniger eingegrenzt.
Mo: Mo ist ein Element zur Unterdrückung der Versprödung bei der Wärmebehandlung nach dem Schweißen (PWHT) und kann als Mn-Ersatz zugegeben werden. Seine Wirkung ist unzureichend bei einer Zugabe unterhalb 0,001 Gewichts%, aber die Zähigkeit der Stahlplatten wird bei einer Zugabe über 2,0 Gewichts% verschlechtert. Daher wird der zugegebene Mo-Anteil auf 0,001 Gewichts% oder mehr und 2,0 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Cu: Cu kann ebenfalls als Mn-Ersatz zur Verstärkung der Festigkeit zugegeben werden. Seine Wirkung ist jedoch unzureichend bei einer Zugabe unterhalb 0,01 Gewichts% und wenn mehr als 3,0 Gewichts% zugegeben wird, treten Erstarrungsrisse im Schweißmetall auf. Daher ist der zugegebene Cu-Anteil auf 0,01 Gewichts% oder mehr und 3,0 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Ni: Ni ist ein typisches Element zur Verbesserung der Tieftemperaturzähigkeit von Stahlplatten, aber seine Wirkung ist bei einem Anteil unter 0,01 Gewichts% unzureichend und bei Zugabe von mehr als 7,0 Gewichts% treten Erstarrungsrisse im Schweißmetall auf. Der zugegebene Ni-Anteil wird daher auf 0,01 Gewichts% oder mehr und 7,0 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Cr: Cr kann als ein Element zur Verbesserung der Stahlfestigkeit zugegeben werden und ist auch ein notwendiges Element zur Gewährleistung der Hochtemperaturfestigkeit von warmfesten Stählen. Seine Wirkung ist bei einem Anteil unter 0,01 Gewichts% unzureichend, aber die Zähigkeit von Stahlplatten verschlechtert sich, wenn über 5,0 Gewichts% zugegeben wird. Aus diesem Grund wird der zugegebene Cr-Anteil auf 0,01 Gewichts% oder mehr und 5,0 Gewichts% oder weniger begrenzt.
B: B kann ebenfalls als Element zur Verbesserung der Stahlfestigkeit zugegeben werden, aber seine Wirkung ist bei einem Anteil unterhalb 0,0001 Gewichts% unzureichend, wogegen bei Zugabe von mehr als 0,01 Gewichts% die Zähigkeit von Stahlplatten verschlechtert wird. Daher ist der zugegebene Anteil von B auf 0,0001 Gewichts% oder mehr und 0,01 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Ti: Eine Zugabe von Ti ist annehmbar, da es als desoxidierendes Element wirkt. Es muss jedoch bemerkt werden, dass seine Wirkung unzureichend ist, wenn unter 0,001 Gewichts% zugegeben wird und dass sich die Zähigkeit von Stahlplatten verschlechtert, wenn mehr als 0,1 Gewichts% zugegeben wird. Daher wird der zugegebene Ti-Anteil auf 0,001 Gewichts% oder mehr und 0,1 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Zr: Eine Zugabe von Zr ist annehmbar, da es ebenfalls als desoxidierendes Element wirkt. Es muss jedoch bemerkt werden, dass seine Wirkung unzureichend ist, wenn unter 0,001 Gewichts% zugegeben wird und dass sich die Zähigkeit von Stahlplatten verschlechtert, wenn mehr als 0,1 Gewichts% zugegeben wird. Daher wird der zugegebene Zr-Anteil auf 0,001 Gewichts% oder mehr und 0,1 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Mg: Eine Zugabe von Mg ist annehmbar, da es ebenfalls als desoxidierendes Element wirkt. Es muss jedoch bemerkt werden, dass seine Wirkung unzureichend ist, wenn unter 0,0001 Gewichts% zugegeben wird und dass sich die Stabilität des in einem "Schlüsselloch" bzw. Keyhole entstandenen Plasmas während des Laserschweißens verschlechtert, wenn mehr als 0,02 Gewichts% zugegeben wird. Daher wird der zugegebene Mg-Anteil auf 0,0001 Gewichts% oder mehr und 0,02 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Ca: Eine Zugabe von Ca ist annehmbar, da es ebenfalls als desoxidierendes Element wirkt. Es muss jedoch bemerkt werden, dass seine Wirkung unzureichend ist, wenn unter 0,0001 Gewichts% zugegeben wird und dass sich die Stabilität des in einem Keyhole entstandenen Plasmas während des Laserschweißens verschlechtert, wenn mehr als 0,02 Gewichts% zugegeben wird. Daher wird der zugegebene Ca-Anteil auf 0,0001 Gewichts% oder mehr und 0,02 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Seltenerdmetalle (REM): Eine Zugabe von REM ist annehmbar, da diese ebenfalls als desoxidierende Elemente wirken. Es muss jedoch bemerkt werden, dass ihre Wirkung unzureichend ist, wenn unter 0,001 Gewichts% zugegeben wird und dass sich die Stabilität des in einem Keyhole entstandenen Plasmas während des Laserschweißens verschlechtert, wenn mehr als 0,3 Gewichts% zugegeben wird. Daher wird der zugegebene REM-Anteil auf 0,001 Gewichts% oder mehr und 0,3 Gewichts% oder weniger begrenzt.
Nachstehend werden die Mechanismen bei der Gasblasenbildung und die Gegenmaßnahmen hierzu in Bezug auf den Fall des Laserschweißens von geschnittenen Endbreichen, die mit Zunder bedeckt sind, und Stahlwerkstoffen mit Walzzunder, wie gemäß der Erfindung festgelegt, beschrieben.
Während des Laserschweißens, wobei die geschnittenen, mit Zunder und Walzzunder bedeckten Endstücke mit einbezogen werden, bilden sich Gasblasen im Schweißmetall durch CO-Gas, das bei folgender Reaktion entsteht:
(Sauerstoff, durch Zunder eingebracht) + (C im Stahl) → CO-Gas.
Daher ist es zur Vermeidung von Gasblasen wichtig, den Sauerstoff mit desoxidierenden Elementen zu fixieren und die CO-Gasbildung zu verhindern. Die notwendige und hinreichende Bedingung für dies ist, dass die Werte für X und Y, die durch die Gleichungen (1) und (2) definiert werden, jeweils 0,4 < X < 1,5 bzw. 0,4 < Y < 1,5 erfüllen, wobei X = 0,88 [%Al] + 1,14 [%Si], (1) Y = 0,88 [%Al] + 1,14 [%Si] + 0,67 [%Ti] + 0,35 [%Zr] + 0,66 [%Mg] + 0,40 [%Ca] + 0,30 [%REM]. (2)
Der Koeffizient jedes der Elemente und die Ober- und Untergrenzen für X und Y in den vorstehenden Gleichungen wurden experimentell ermittelt.
Die Experimente werden nachstehend beschrieben.
Zunächst werden die Dicken mehrerer Zunder auf geschnittenen Endstücken und Walzzunder untersucht. Demzufolge wurde festgestellt, dass die maximale und minimale Zunderdicke jeweils 58 μm und 5 μm beträgt. In Bezug auf den Zunder an den geschnittenen Endstücken betrug die Zunderdicke der mit dem Laser geschnittenen Bereiche etwa 5 μm, die der plasmageschnittenen Bereiche etwa 15 μm und die durch Brenn- bzw. Gasschneiden behandelten Bereiche etwa 25 μm. Die Zunderdicke der geschnittenen Endstücke wurde hauptsächlich durch das Trennverfahren bestimmt und es war kein Unterschied bei Proben, die mit dem gleichen Verfahren geschnitten wurden, festzustellen. Als Ergebnis von Röntgenbeugungsanalysen wurde bestätigt, dass der Zunder aus Fe₂O₃, Fe₃O₄, und FeO zusammensetzt war, wobei durch diese Sauerstoff in das Schweißmetall eingebracht wurde.
Hier muss, wenn nur die zugegebene Menge an desoxidierenden Elementen untersucht wird, ein Zunderdickenbereich bis zu einer beobachteten maximalen Dicke von 58 μm berücksichtigt werden. Es werden jedoch Walzzunderdicken bis zu 50 μm Dicke in der nachstehenden Diskussion untersucht, da, wenn die Walzzunderdicke 50 μm übersteigt, wie später beschrieben, das Auftreten von Erstarrungsrissen im Schweißmetall beobachtet wird.
Genauer gesagt werden die Untergrenzen von X und Y, die in den Gleichungen (1) und (2) spezifiziert werden, basierend auf dem Laserschweißen einer L-Fuge, zusammengefügt aus einer mit 49 μm dickem Zunder bedeckten Stahlplatte 1 und einem, durch Brennschneiden geschnittenen, mit 25 μm dicken Zunder bedecktem Endstück 2, wie in 1 gezeigt, bestimmt. Die Obergrenzen wurden andererseits, basierend auf dem Laserschweißen einer Stoß-Fuge aus zwei, mit Laser geschnittenen Endstücken 3 bestimmt, wobei jedes, wie in 2 gezeigt, mit 5 μm dickem Zunder bedeckt war.
Beispiele für die Testergebnisse sind in 3 und 4 dargestellt. Die chemische Zusammensetzung der in 3 dargestellten Werkstoffe beträgt in Gewichts% 0,008%C-Si-1,3%Mn-0,01%P-0,005%S-0,5%Mo-Al und der gleiche in 4 dargestellte beträgt in Gewichts% 0,08%C-Si-1,3%Mn-0,01%P-0,005%S-0,5%Mo-Al-Ti-Zr-Mg-Ca-REM. Die gleichen Ergebnisse wurden mit Werkstoffen anderer chemischer Zusammensetzung erreicht, soweit die Zunderdicke gleich war. Von diesen Ergebnissen wurde bestätigt, dass, wenn die Werte für X und Y unterhalb 0,4 Gewichts% lagen, Gasblasen auftraten, da der Sauerstoff aufgrund des Fehlens desoxidierender Elemente nicht gebunden werden konnte. Es wurde ebenfalls bestätigt, dass wenn andererseits die Werte für X und Y 1,5 Gewichts% überstiegen, die Gasblasen zunahmen, da das in den Keyholes erzeugte Plasma während des Laserschweißens instabil wurde. Aus den vorstehenden Gründen wurden die in den Gleichungen (1) und (2) bestimmten Werte für X und Y oberhalb 0,4 Gewichts% und unterhalb 1,5 Gewichts% festgelegt.
Der Mechanismus beim Auftreten von Erstarrungsrissen und die Maßnahmen dagegen werden nachstehend beschrieben. Als ein Untersuchungsergebnis mehrerer Schweißmetalle beim Laserschweißen wurde bestätigt, dass das Auftreten von Erstarrungsrissen stark von der Eindring- bzw. Einbrandform des Schweißmetalls abhing und es wurde festgestellt, dass der Faktor zur Bestimmung der Erstarrungsform die Zunderdicke war.
Die Zunderdicke, auf die hier Bezug genommen wird, bedeutet die Gesamtdicke des Zunders, der entlang der Lasereinstrahlrichtung auftritt und, im Fall der in 1 dargestellten Winkel-Fuge beträgt beispielsweise die Zunderdicke 74 μm (25 μm + 49 μm). Die Erfinder stellten anhand von Tests mit verschiedenen geschnittenen Endstücken fest, dass häufig Erstarrungsrisse im Schweißmetall auftraten, wenn die Gesamtzunderdicke 75 μm überstieg. Ein Fall einer Gesamtzunderdicke von über 75 μm ist der Fall einer Winkel-Fuge, wobei ein durch Brennschneiden geschnittenes Endstück 2 und ein mit Walzzunder bedeckter Stahlwerkstoff 1 wie in 1 kombiniert werden.
Da die Zunderdicke der durch Brennschneiden geschnittenen Endstücke etwa 25 μm betrug, und wie vorstehend beschrieben konstant war, begannen Erstarrungsrisse gehäuft aufzutreten, wenn der Walzzunder des Stahlwerkstoffs 50 μm oder dicker war. Beispiele der experimentellen Ergebnisse sind in 5 und 6 dargestellt. Wenn die Walzzunderdicke über 50 μm beträgt, dann ist die Einbrandform konvex, und dabei wird eine große Zahl von Erstarrungsrissen gebildet. Beachtenswert ist, dass die chemische Zusammensetzung der in 5 und 6 dargestellten Werkstoffe in Gewichts% 0,08%C-0,4%Si-1,3%Mn-0,01%P-0,005%S-0,5%Mo-0,05%Al entspricht, wobei aber die gleichen Ergebnisse mit Werkstoffen anderer Zusammensetzung erzielt wurden, soweit die Zunderdicke gleich war. Daher wurde die Walzzunderdicke der Stahlplatten auf 50 μm oder weniger eingegrenzt.
Die Walzzunderdicke der Stahlplatten wurde in der Erfindung auf 50 μm oder weniger begrenzt. In Bezug auf ein Verfahren zur Erzeugung von Walzzunderdicken von 50 μm oder weniger ist es erforderlich, eine Entzunderung während jedes Walzdurchgangs bei einem Druck von 5 MPa oder mehr entweder am Ein- und/oder Auslauf der Walzstraße, zur Entfernung des Zunders, der sich zwischen den Warmwalzdurchgängen gebildet hat, durchzuführen, und eine Fertigbehandlung beim Warmwalzen bei 650°C bis 900°C durchzuführen zur Unterdrückung der Zunderbildung während der Abkühlung nach dem Walzen.
7 ist ein Diagramm zur Darstellung eines Beispiels für das Verhältnis zwischen der Fertigwalztemperatur und der Zunderdicke, wenn Entzunderung nach jedem Walzschritt unter Verwendung von Wasser mit Hochdruck bei 100 Pa durchgeführt wird. Auch wenn die Entzunderung unter so hohen Druckbedingungen durchgeführt wird, ist eine Warmfertigwalz-Temperatur von 900°C oder weniger eine notwendige Bedingung für das Erzielen einer Zunderdicke von 50 μm oder weniger, wie in der Erfindung vorgeschrieben bzw. festgelegt. Obwohl es möglich ist, die Warmfertigwalz-Temperatur zu erhöhen, und eine Walzzunderdicke von 50 μm oder weniger durch noch stärkere Erhöhung des Entzunderungsdrucks zu erhalten, wird die Stahlplattenqualität stark nachteilig beeinflusst, wenn die Warmfertigwalz-Temperatur 900°C übersteigt. Daher wird die Temperaturober grenze auf 900°C gesetzt. Auch bei niedrigem Entzunderungsdruck ist es möglich, durch Absenken der Warmfertigwalz-Temperatur eine Walzzunderdicke von 50 μm oder weniger zu erreichen. Wenn jedoch die Warmfertigwalz-Temperatur auf unter 650°C gesenkt wird, werden die Reduktionsbelastungen bzw. Umformbelastungen in der Walzstrasse extrem hoch und die metallische Mikrostruktur und Qualität der Stahlplatten wird nachteilig beeinflusst. Daher wird die Temperaturuntergrenze auf 650°C gesetzt. Weiterhin wird in der Erfindung die Untergrenze für den Entzunderungsdruck auf 5 MPa gesetzt, wobei dies der niedrigste erforderliche Entzunderungsdruck für das Erzielen einer Walzzunderdicke von 50 μm oder weniger bei einer Warmfertigwalz-Temperaturuntergrenze von 650°C ist. Obwohl es nicht erforderlich ist, in der Erfindung eine Obergrenze für den Entzunderungsdruck festzulegen, ist es wünschenswert, hinsichtlich der Leistungsgrenze der Entzunderungsvorrichtung, die Obergrenze auf 100 MPa zu setzen.
Es ist in der Erfindung weiterhin wünschenswert, die Walzzunderdicke auf 20 μm oder weniger zu senken und dies kann durch die Eingrenzung der Warmfertigwalz-Temperatur auf 800°C oder weniger erreicht werden.
Beispiele:
Die Auswirkungen der Erfindung werden, basierend auf Beispielen, nachstehend erklärt.
Die für die Tests verwendeten Stähle wurden in einem Umformer bzw. Konverter verfeinert und durch Stranggießen werden 250 mm dicke Brammen hergestellt. Die chemische Zusammensetzung der Stähle ist in Tab. 1 dargestellt. Die Brammen wurden zu Platten mit 6, 9, 15 und 20 mm Dicke gewalzt. Während des Walzvorgangs wurde die Walzzunderdicke der Platten durch Veränderung der Walztemperaturen und der Entzunderungsbedingungen von 5 bis 60 μm variiert.
Die Stahlplatten wurden mit einem 6 kW Laserschneider unter Verwendung von Sauerstoffgas zu Stahlplattenproben mit lasergeschnittenen Endstücken geschnitten. Dann wurden die Stahlplattenproben lasergeschweißt, um zwei Fugenformen zu bilden, die I-förmige Stoß-Fuge und die L-förmige Winkel-Fuge. Die Fugen wurden in einer nach unten gerichteten Schweißposition bei den 6 und 9 mm dicken Stahlplattenproben und in einer seitlichen Schweißposition bei den 15 und 20 mm dicken Proben geschweißt. Die Schweißbedingungen sind in Tab. 2 aufgelistet. Die geschweißten Stahlplattenproben wurden den in Tab. 3 dargestellten Tests unterzogen und die Testergebnisse sind in Tab. 4 bis 6 dargestellt. In den Tabellen stellt jeder Wert für die absorbierte Schlagarbeit (Charpy-Test) den niedrigsten Wert der aus der gleichen Stahlplatte geschnittenen Einzelproben dar. Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, schnitten die Stahlplatten gemäß der Erfindung bei allen Tests gut ab, wogegen die Stahlplatten, die als Vergleichsbeispiele geprüft wurden, schlecht abschnitten.
Tab. 2 Laserschweißbedingungen
Tab. 3 Testpunkte und Merkmale
Industrielle Anwendung
Wie vorstehend dargestellt, können fehlerfreie Schweißnähte und zufriedenstellende mechanische Eigenschaften gewährleistet werden, wenn ein Stahlwerkstoff gemäß der Erfindung verwendet wird, auch wenn der Schweißvorgang in Bereichen, wie mit Walzzunder bedeckten Stahloberflächen und mit Zunder bedeckten, geschnittenen Endstücken durchgeführt wird, ohne eine Vorbehandlung zur Entzunderung durchzuführen. Somit liefert die Erfindung einen deutlichen Vorteil.

Claims

Verwendung eines Stahls beim Laserschweißen, wobei der Stahl in Gewichts-% enthält: 0,01 % bis 0,20 % C, 0,01 % bis 1,5 % Si, 0,2 % bis 2,0 % Mn, 0,02 % oder weniger P, 0,02 % oder weniger S und 0,031 % bis 1,0 % Al und wahlweise weiterhin in Gewichts-% eines oder mehrere Elemente von: 0,001 % bis 0,1 % Ti, 0,001 % bis 0,1 % Zr, 0,0001 % bis 0,02 % Mg, 0,0001 % bis 0,02 % Ca und 0,001 % bis 0,3 % Seltene Erd-Metalle (REM) und weiterhin wahlweise in Gewichts-% eines oder mehrere Elemente von: 0,001 % bis 0,1 % Nb, 0,001 % bis 1,0 % V, 0,001 % bis 2,0 % Mo, 0,01 % bis 3,0 % Cu, 0,01 % bis 7,0 % Ni, 0,01 % bis 5,0 % Cr und 0,0001 % bis 0,01 % B, wobei der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht und der durch die folgende Gleichung (1) beschriebene Y Wert die Bedingung 0,4 < Y < 1,5 erfüllt, Y = 0,88 [%Al] + 1,14 [%Si] + 0,67 [%Ti] + 0,35 [%Zr] + 0,66 [%Mg] + 0,40 [%Ca] + 0,30 [%REM]. (1)
Verwendung eines Stahls beim Laserschweißen gemäß Anspruch 1, wobei die Walzsinterdicke des Stahls 50 μm oder weniger beträgt.