DE670846C - Verfahren zum Schweissen von Chrom- oder Chromnickelstaehlen - Google Patents
Verfahren zum Schweissen von Chrom- oder ChromnickelstaehlenInfo
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- B23K35/30—Selection of soldering or welding materials proper with the principal constituent melting at less than 1550 degrees C
- B23K35/3053—Fe as the principal constituent
- B23K35/308—Fe as the principal constituent with Cr as next major constituent
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf das Schweißen von Chrom- oder Chromnickelstählen.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Schweißverfahren für Chrom- oder Chromnickelstähle
mit etwa 2 bis 30 °/0 Chrom, 0,1 bis 0,5 °/0 Kohlenstoff und gegebenenfalls 5
bis 30 °/0 Nickel. Die Erfindung besteht darin, daß das Schweißen mit einem Zusatzmetall
und einem Flußmittel erfolgt, die entweder beide oder einzeln Niob und Silicium enthalten.
Vorzugsweise enthält das Zusatzmetall und/o.der Flußmittel Niob und Silicium in
einer solchen Menge, daß in der Schweißnaht mindestens vier- bis zehnmal soviel als Kohlenstoff,
jedoch nicht über etwa 5 °/o Niob und 0,5 °/o bis 2,5 °/0, vorzugsweise jedoch
nicht mehr als 1 °/0 Silicium vorhanden sind.
Unter den meisten Umständen werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn der Gehalt an
Niob mindestens das Zehnfache des Kohlenstoffgehaltes der Schweißnaht beträgt und in
dieser der Siliciumgehalt etwa 1 °/0 und der
Kohlenstoffgehalt etwa 0,3 °/0 nicht übersteigen.
P'erritische Chromstähle, welche etwa 2 bis 16 % Chrom und mäßige Mengen an Kohlenstoff
enthalten, sind ausgesprochene Lufthärtner ; Schweißnähte, welche mit diesen Stählen
hergestellt werden, sind daher gewöhnlich sehr brüchig. Ferritische Chromstähle mit
etwa 16 bis 35 % Chrom und mäßigen Gehalten an Kohlenstoff ermangeln einer zufriedenstellenden
Dehnbarkeit im verschweißten Zustande. Ferner neigen Chromnickelstähle mit beispielsweise 12 bis 35°/0 Chrom, 6 bis 35 °/0
Nickel und bis zu etwa 0,3 °/0 Kohlenstoff dazu, einen wesentlichen Teil ihrer Widerstandsfähigkeit
gegen interkristalline Korro-. sion zu verlieren, wenn sie verschweißt oder während langer Zeiten auf Temperaturen von
etwa 500 bis 6500 C gehalten werden.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Schweißeigenschaften der obengenannten
Stähle dadurch zu verbessern, daß man dem zu verschweißenden Stahl und dem Schweißstab
Niob zusetzte. Obgleich auf diese Weise gute Ergebnisse erzielt worden sind, neigt
aber ein niobhaltiger Stahl dazu, einen Teil seines Gehaltes an diesem Element während
des Schweißens zu verlieren. Ein derartiger Niobverlust tritt nicht auf, wenn das Grundmetall
aus titanhaltigem Chrom- oder Chromnickelstahl besteht. Bei titanfreien Grundmetallen ist es in manchen Fällen weder vom
wirtschaftlichen noch metallurgischen Standpunkt aus ratsam, im Grundmetall und Schweißstabmetall eine überschüssige Menge
Niob vorzusehen, damit in der Schweißnaht die Anwesenheit von genügend Niob sichergestellt
wird.
Die Erfindung bezweckt nicht nur, den erwähnten Niobverlust während des Schweißens
auf einem Mindestwert zu halten, sondern auch die Weichheit und Dehnbarkeit ge-S
schweißter ferritischer Chromnickelniobstähle zu verbessern und die Neigung von Chromnickelniobstählen
zum Verlust der Beständigkeit gegen interkristalline Korrosion während des Schweißens und nach längerem Erto
Mtzen auf erhöhte Temperaturen zu verringern.
Es ist zwar bekannt, daß gewisse Elemente beim Schweißen leichter ausbrennen und dagegen
durch Beilegieren eines anderen EIementes von größerer chemischer Verwandtschaft
zum Sauerstoff geschützt werden können; man hat auch schon versucht, eine
gewisse Regel für die Auswahl von solchen Schutzelementen im Hinblick auf die verschiedenen
Verbrennungswärmen aufzustellen. Eine derartige Regel, ihre strenge Gültigkeit vorausgesetzt, würde aber den Fachmann
nicht zu der ganz bestimmten Auswahl führen, welche erfindungsgemäß die gleichzeitige
Erreichung verschiedener Zwecke ermöglicht, nämlich die Erzielung einer Beständigkeit
gegen interkristalline Korrosion durch Vermeidung des Ausbrennens von Niob, der gleichzeitigen Verbesserung der mechanischen
Beschaffenheit, insbesondere der Weichheit und Dehnbarkeit der Schweißnaht, und der
Verbesserung der Schlacke hinsichtlich physikalischer urid chemischer Eigenschaften, insbesondere
Zähigkeit, Haftfestigkeit im geschmolzenen
und erstarrten Zustande, Auflösevermögen
und Ausbeutung wertvoller Schlackenbestandteile. Dieses Zusammentreffen
von verschiedenartigsten Vorteilen konnte daher auch weder aus dem Bekanntsein
von gegen interkristalline Korrosion beständigen niobhaltigen Chromnickelstählen
noch aus der bekannten Verwendung von tantal- und siliciumhaltigen Schweißstäben für
korrosionsbeständige Chrom- oder Chromnickelstähle abgeleitet werden, abgesehen davon,
daß Tantal und Niob sowohl aus allgemeinen Gründen als auch insbesondere für die
Zwecke der Erfindung nicht als gleichwertig gelten können.
Die nachstehende Zahlentafel A von Prüfungsergebnissen
zeigt die verbesserte Ausbeute an Niob, welche durch den Siticiumzusatz
gemäß der Erfindung erzielt wird. Die Schweißnähte der Proben wurden an Blechen von 2,8 mm Stärke mit Schweißstäben von
3,2 mm Durchmesser hergestellt, und zwar sowohl mit der Sauer stoffacetylenfiamme als
auch mit dem elektrischen Lichtbogen. Es wurde ferner ein Flußmittel verwendet, das
kein freies, d. h. chemisch ungebundenes Metall enthielt.
Zahlentafel A.
Zusammensetzung des Schweißstabes |
■%Ni | %Nb | %Si | Schweiß- verfahren |
%Nbinder Schweiß |
%Cr | 0,70 | 0,30 | naht | ||
6,32 | — | 0,76 | 0,43 | M | 0,20 |
6,63 | — | 1,50 | 0,60 | W | 0,25 |
6,31 | — | i,49 | 1,12 | M | 0,98 |
6,36 | — | 2,11 | 2,09 | (I) | 1,23 |
6,20 | 8,95 | 0,72 | 0,17 | (I) | 1,98 |
18,39 | 8,95 | 0,72 | 0,17 | (I) | 0,39 |
18,39 | 9,27 | 1,21 | o,33 | (2) | 0,28 |
18,63 | 8,97 | 1,16 | 0,68 | (2) | 0,86 |
18,38 | 8,97 | 1,16 | 0,68 | (I) | 1,06 |
18,38 | 9,27 | 1,63 | 0,91 | (2) | 1,09 |
18,68 | 9,27 | i,53 | 0,91 | (I) | 1,63 |
18,68 | 9,19 | 0,88 | i,37 | (2) | 1,16 |
18,65 | 9,i9 | 0,88 | 1.37 | (I) | 0,88 |
18,65 | 8,88 | 1,04 | 1,73 | (2) | o,74 |
18,16 | 8,88 | 1,04 | 1.73 | (I) | 0,96 |
18,16 | 9,08 | 1,09 | 2,23 | (2). | 0,91 |
18,35 | 9,08 | 1,09 | 2,23 | (I) | 1,07 |
18,35 | (2) | 0,93 |
(1) Acetylensauerstoffflammenschweißung.
(2) Elektrische Lichtbogenschweißung.
Es wurde auch gefunden, daß Silicium in wesentlichen Mengen dazu neigt, die Dehnbarkeit
und Weichheit der mit ferritischen Chromniobstählen hergestellten Schweißnähte
zu verbessern. Diese Wirkung des Siliciums wird durch die in der nachstehenden Zahlentafel
B mitgeteilten Versuchsergebnisse bewiesen, in welcher die Brinellhärtezahlen für
verschiedene Stähle im gewalzten Zustande mitgeteilt werden.
Zahlentafel B.
Es wurde ferner gefunden, daß Silicium in wesentlichen Mengen eine Verbesserung bei
gewissen Chromnickelmobstählen bewirkt hinsichtlich des Verlustes an Korrosionsbeständigkeit
während des Schweißens und nach länger dauerndem Erhitzen auf erhöhte Temperaturen.
Der Zusatz von Silicium verleiht manchen Stählen, welche wegen ihres hohen
Analyse | des | Stahles | %Si | Brinellhärte | |
%Cr | %c | 1 | %Nb | 0,41 | |
5,62 | 0,09 | 1,04 | 0,78 | 208 | |
6,48 | 0,09 | 1,80 | 1,12 | 179 | |
6,36 | 0,07 | i,49 | 2,09 | 166 | |
6,20 | 0,06 | 2,11 | 156 | ||
Kohlenstoffgehaltes oder eines etwas niedrigen Verhältnisses des Niob- zum Kohlenstoffgehalt
sonst nicht völlig widerstandsfähig sind, eine Beständigkeit gegen die interkristalline
Korrosion (den Zwischenkornangriff). Beispielsweise wurden Proben der
in der nachstehenden Zahlentafel C mitgeteil-• ten Stähle während verschiedener Zeiten auf
verschiedenen Temperaturen zwischen 300 und 8500 C gehalten, wobei für jede Kombination
von Temperatur und Zeitdauer der Erhitzung eine gesonderte Probe benutzt wurde. Nachdem jede Probe auf der gegebenen Temperatur
während der gegebenen Zeitdauer gehalten worden war, wurde sie in der üblichen angesäuerten Kupfersulfatlösung gekocht, um
eine Zerstörung durch den Zwischenkornangriff herbeizuführen.
20 | Stahl | % Cr | Zahl | entafel C. | 0/ η /0 ^ |
%Nh | % Si |
i8,49 | Analyse | 0,09 | 1,18 | 0,18 | |||
*5 τ | 19,45 | V„ Ni | «/„Mn | 0,12 | 1,14 | o,35 | |
18,46 | 8,81 | 0,85 | 0,09 | 1,25 | o,44 | ||
3 | 18,38 | 8,80 | 0,57 | 0,10 | 1,16 | 0,68 | |
4 ■ | 8,89 | 0,57 | |||||
8,97 | 0,63 | ||||||
Wurden die Stähle in der beschriebenen Weise behandelt, dann zeigten die Proben 1
und 2 eine Zerstörung nach zweiwöchentlicher Erhitzung auf 5500 C und einer Koch dauer
von 100 Stunden. Die Stahlproben 3 waren gesund und wurden nicht wesentlich angegriffen,
nachdem sie während eines Monats auf Temperaturen von 300, 400, 475, 550, Ö5°j 750 und 8500 C gehalten und sodann
während 100 Stunden gekocht wurden. Die Proben des Stahles 4 waren gesund und nicht
wesentlich angegriffen, nachdem sie während eines Monats auf Temperaturen von 300, 400,
475> 55°' 6S°, 75° Ufld §50° C gehalten und
sodann während 1000 Stunden gekocht worden waren.
Das Silicium kann in das Schmelzbad als Bestandteil entweder des Schweißstabes oder
des Flußmittels eingeführt werden. Ein derartiges Flußmittel, welches nicht über 60 °/0
Silicium in elementarer oder legierter Form, z. B. als Ferrosilicium, enthält, kann der
Schweißstelle in Form eines Pulvers oder einer Paste zugeführt werden oder auch als Überzug
oder Hülle auf dem Schweißstab angebracht sein. Der Rest des Flußmittels besteht vorzugsweise
in der Hauptsache aus schlackenbildenden Stoffen, wie z. B. Metalloxyden, Silicaten, Carbonaten, Boraten und Fluoriden.
Versuche haben die Wirksamkeit eines solchen siliciumhaltigen Flußmittels erwiesen.
Beispielsweise wurden Schweißstäbe, deren analytische Zusammensetzung i8,39°/o Chrom,
8,95 °/o Nickel, 0,72 % Niob, 0,17 °/0 Silicium
und 0,06 % Kohlenstoff war, mit siliciumhaltigem Flußmittel überzogen und vermittels
des elektrischen Lichtbogenschweißverfahrens geschmolzen auf die Schweißstellen aufgebracht.
Das Schweißnahtmetall wurde dann in jedem Falle auf Niob und Kohlenstoff analysiert. Schweißstäbe von gleicher Zusammensetzung,
welche jedoch in ihren Flußmittelüberzügen kein Silicium aufwiesen, wurden in ähnlicher Weise mit Hilfe der
Lichtbogenschweißung auf die Schweißstelle niedergeschmolzen, und das Schweißnahtmetall
wurde zwecks Vergleichs analysiert. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Zahlentafel D aufgeführt, in welcher sich alle
Angaben auf Gewichtsprozente beziehen.
Zahlentafel | des | D. | - CaO | |
Zusammensetzung | Flußmittels | Chromerz | ||
I | II | Dextrin elementares Silicium |
||
30 | Teile Feldspat | 30 Teile Feldspat | ||
IO | - CaO | IO | ||
5 | Chromerz | 5 | ||
2 V, | Dextrin 2 2 |
\ |
III
75 Teile Ca-Mg-Silicat
10 - Ton
10 - Rutil (TiO2)
5 - Ferrosilicium (75 °/0 Si)
10 - Ton
10 - Rutil (TiO2)
5 - Ferrosilicium (75 °/0 Si)
Schweißnahtmetallprüfungen
% Nb im Schweißstab |
Flußmittel | % Nb in der Schweißnaht |
Ausbeute an Niob "/„ |
0,72 0,72 0,72 0,72 |
I II II III |
o,35 0,49 o,55 o,47 |
49 68 76 65 |
In ähnlicher Weise ist es möglich, das im Schweißnahtmetall erwünschte Niob ganz oder
teilweise dadurch zuzuführen, daß man Niob als Bestandteil des Flußmittels (Schweißmittels)
wählt. Das Niob kann in Form von metallischem Niob oder einer Legierung, wobei etwa 2 bis 40 °/o Niob vorzugsweise
dem Flußmittel zugefügt werden, oder in Form einer oxydischen Niobverbindung verwendet
werden, wobei vorzugsweise etwa 25 bis 75 % Nioboxyd oder dessen Äquivalent in dem Flußmittel enthalten sind. Benutzt man
eine oxydische Verbindung, dann reduziert das vorhandene elementare Silicium die oxydische
Verbindung zu Metall.
Bei weiteren Versuchen wurde eine Ferronioblegierung mit angenähert 62,5 % Niob,
7 °/o Silicium, 2 °/o Mangan, 0,33 °/0 Kohlenstoff, 1,64 °/o Tantal, Rest im wesentlichen
Eisen, bis zu einer Korngröße, welche durch ein ioo-Maschen-Sieb (etwa 0,15 mm Maschenweite)
hindurchgeht, gemahlen und mit schlackenbildenden Stoffen, welche Feldspat,
Calciumcarbonat und Chromerz enthielten, gemischt. Es wurden drei Mischungen hergestellt,
die etwa 13, 22 und 32,4 °/o Gewichtsprozente an Niob auf etwa 30 Gewichtsteile
Feldspat, Io Gewichtsteile Calciumcarbonat und 5 Gewichtsteile Chromerz enthielten* und
'5 als Überzüge auf Schweißstäbe aufgebracht, welche weniger als 0,5 °/o Silicium enthielten.
Ein jeder so überzogener Schweißstab wurde dann mittels der elektrischen Lichtbogen--.
schweißung niedergeschmolzen und die Schweißnaht analysiert, worauf die Analyse
mit jener eines Schweißdrahtes verglichen wurde, der unter gleichen Bedingungen, jedoch
ohne Benutzung des niobhaltigen Flußmittels verwendet worden war. Die Ergebnisse dieser
Vergleichsversuche sind in der nachstehenden Zahlentafel E' enthalten.
Zahlen tafel E.
Zusammensetzung des Schweißstabes |
% Ni | % c | %Nb | % Niob im Fluß |
% Niob in der Schweißnaht |
% Cr | . | 0,07 | i,55 | mittel' | 0,95 |
6,34 | — | 0,07 | 1,55 | 1,35 | |
6,34 | — | 0,07 | r,55 | 13,3 | 1,89 |
6,34 | —■ | 0,07 | i,55 | 21,9 | 2,30. |
6,34 | 8,95 | 0,06 | 0,72 | 32,4 | 0,28 |
i8,39 | 8,95 | 0,06 | 0,72 | — | 0,64 |
18,39 | 8,95 | o,o6 | 0,72 | 13,3 | 1,-19 |
18,39 | 8,95 | 0,06 | 0,72 | 21,9 | 2,17 |
18,39 | 32,4 |
Bei weiteren Versuchen wurde das Metall mittels der Acetylensauerstoffflammenschweißung
von einem Schweißstab abgeschmolzen, welcher folgende analytische Zusammensetzung
aufwies: 17,87% Chrom, 8,95 °/o Nickel,
0,74% Mangan, 0,1p °/0 Kohlenstoff, 0,88 °/o
Silicium, Rest Eisen. Ein Flußmittelüberzug wurde durch Eintauchen des erhitzten Schweißstabes in die nachstehende Mischung aufgebracht
: Niobit (Columbit) 50 %> Feldspat 20%) Calciumfluoridi5°/o, Borax 7%, Kieselä
°/ D Nibi b bi d Al
% 5/o 7%
säure 2 °/o- Der Niobit ergab bei der Analyse
einen Gehalt von etwa 65 °/o Nb2O3. Das
niedergeschmolzene Schweißstabmetall zeigte bei der Analyse einen Gehalt von 0,65 °/o bis
0,90 ?/o Niob, je nach der benutzten Flußmittelmenge,
sowie etwa 0,10 °/o Kohlenstoff ßo und etwa 0,5 °/0 Silicium. Bei anderen Proben
wurde ein mit siliciumhaltigem Flußmittel überzogener Schweißdraht von geringem
Siliciumgehalt verwendet. Die Ergebnisse waren ähnlich, nur die Niobausbeute \var nicht
ganz so hoch.
Flußmittel, welche Sauerstoffverbindungen des Niobs enthalten und besonders empfehlenswert
sind, zeigen etwa folgende Zusammensetzung:
Nioboxyd 25 bis 75 0Z0
Feldspat........... 5 - 35°/n
Calciumfluorid 5 - 30°.',,
Borax..... ι - 15%
Kieselsäure ι - 10 °/„
Silicium oder Ferrosilicium ο - 5ο0Z0
Claims (5)
1. Verfahren zum Schweißen von Chrom- oder Chromnickelstählen, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schweißen mit einem Zusatzmetall und einem Flußmittel erfolgt,
die entweder beide oder einzeln Niob und
Silicium enthalten.
2. Zusatzmetall und/oder Flußmittel zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch
i, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Niob und Silicium derart ist,
daß in der Schweißnaht mindestens vierbis zehnmal soviel als Kohlenstoff, jedoch
nicht über etwa S°/o Niob, und 0,5% bis 2)S %» vorzugsweise jedoch nicht mehr als
etwa ι °/0 Silicium vorhanden sind.
3. Schweißstab zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet
durch eine niob- und siliciumhaltige, vorzugsweise die in Anspruch 2 angegebenen
Niob- und Siliciumgehalte besitzende Umhüllung. 10p
4. Flußmittel nach Anspruch 2 oder Umhüllungsmasse für den Schweißstab
nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Niob ganz oder teilweise in Form
einer oxydischen Niobverbindung, vorzugsweise in Form von Nioboxyd vorhanden ist.
5. Flußmittel oder Umhüllungsmasse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß sie außer einem wesentlichen Anteil an elementarem Silicium noch schlacken- ·
bildende Stoffe, wie z.B. Metalloxyde, Silicate, Carbonate, Borate und Fluoride,
enthalten.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US670846XA | 1934-07-28 | 1934-07-28 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE670846C true DE670846C (de) | 1939-01-26 |
Family
ID=22073605
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEE47114D Expired DE670846C (de) | 1934-07-28 | 1935-06-28 | Verfahren zum Schweissen von Chrom- oder Chromnickelstaehlen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE670846C (de) |
-
1935
- 1935-06-28 DE DEE47114D patent/DE670846C/de not_active Expired
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