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Stahl für Schweissungen, insbesondere Lichtbogenschweissungen
Lichtbogengeschweisste Konstruktionen erfordern im allgemeinen Stähle, die ohne besondere Vorbereitung, wie Vorwärmen auf höhere Temperaturen, beispielsweise über 100 C, mit geeigneten Elektroden verschweisst, haltbare rissfreie Schweissverbindungen zulassen. Schweissverbindungen können durch Veränderungen, die durch die Erwärmung beim Schweissen im Einflussgebiet einer Schweissnaht entstehen, gefährdet werden.
Im besonderen ist dabei an eine Härtung zu denken, die dadurch entsteht, dass das eingetragene Schweissgut den anliegenden Teil des zu schweissenden Werkstoffes hoch erhitzt, wobei durch den schnellen Abfluss der Wärme in die kalten Querschnittsteile eine Härtung entsteht, die so gross sein kann, dass als Wirkung der Eigenspannungen oder äusserer Belastungen Risse entstehen können.
Die Neigung zur Härtung im Einflussgebiet einer Schweissnaht ist bei unlegierten Kohlen- stoffstählen durch den Kohlenstoffgehalt bestimmt. Man muss daher, um der Gefahr der Aufhärtung im Einflussgebiet einer Schweissung entgegenzuwirken, den Kohlenstoffgehalt von schweissbaren Baustählen gering halten und hat in den Liefervorschriften hiefür den Kohlenstoffgehalt mit 0, 2% für die Gussanalyse und mit 0, 23% für die Stückanalyse begrenzt.
Da Kohlenstoff ein Legierungselement ist, das die Festigkeitseigenschaften (Streckgrenze und Zugfestigkeit) bestimmt, bedeutet die Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes auch eine Begrenzung der in unlegierten Baustählen erreichbaren Streckgrenze und Festigkeit.
Die technische Entwicklung der geschweissten Bauwerke trachtet nach einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit und. einer Ausdehnung der Anwendung des Werkstoffes Stahl. Dieses Ziel ist nur durch Steigerung der Streckgrenze und Zugfestigkeit bzw., der von diesen Grössen abhängigen zulässigen Beanspruchung zu erreichen. Es ist aber bekannt, dass eine Erhöhung der Streckgrenze und Zugfestigkeit über die kennzeichnenden Zahlen des St 52 hinaus bei der gegebenen, Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes nur durch Anwendung von Legierungselementen, wie Mangan, Nickel, Chrom, Vanadin, Kupfer u. dgl. möglich ist. Silizium ist für schweiss; bare Stähle im allgemeinen mit 0, 5% begrenzt und kommt daher über diesen Betrag' als festigkeitssteigerndes Element nicht in Frage.
Bezüglich der Gefahr der Aufhärtung ist Silizium das harmloseste Legierungselement, alle anderen genannten Elemente steigern die Gefahr der Aufhärtung.
Die heute bekannten schweissbaren Baustähle höchster Streckgrenze und Festigkeit sind Stähle mit mindestens 40 kgjmm2 Streck- grenze und einer Mindestzugfestigkeit von 58 bis 60 kg/mm2. Diese Stähle sind mit Mangan oder Vanadin legiert. Die Aufhärtung der Einflusszone liegt, wenn ohne Vorwärmung bei normaler Raumtemperatur geschweisst wird, im allgemeinen schon hart an der zulässigen Grenze. Aus Amerika ist auch ein Stahl bekannt geworden, dessen Mindeststreckgrenze bei 60 kg/mm2 und dessen Zugfestigkeit bei 70 kg/mrn liegt. Dieser Stahl, dessen C-Gehalt 0, 20% nicht übersteigt, ist mit Ni, Mo, Cr, Cu, V und B legiert, wobei die festigkeitssteigernde Wirkung dieser Elemente durch eine aus Abschrecken und Anlassen bestehende Wärmebehandlung verstärkt wird.
Indessen wird aber durch diese Wärmebehandlung der härtende Einfluss der genannten Legierungselemente auf die Aufhärtung im Einflussgebiet einer Schweissnaht nicht verändert und es ist daher notwendig, Stähle dieser Art unter entsprechender Vor- bereitung (Vorwärmung) zu schweissen, um Rissschäden in der Aufhärtezone zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Erweiterung des Anwendungsgebietes von Stählen für geschweisste Konstruktionen bei gleichzeitiger Verbesserung der Wirtschaftlichkeit, indem der Gehalt an teueren Legierungselementen so gering als möglich gehalten wird.
Gegenstand der Erfindung ist die An-
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wendung eines Stahles mit einem Kohlen- stoffgehalt bis zu 0, 20%, einem Siliziumgehalt bis zu 0, 5%, einem Mangangehalt von 1, 2 bis 1, 8% und einem Aluminiumgehalt von 0, 03 bis 0, 1 /o, der bei Werkstoffdicken bis zu 30 mm auf eine Festigkeit von über 65 kg/mm2 bei einer Streckgrenze von mindestens 50 kgfmm2 vergütet wurde, für Zwecke, bei denen es auf die Durchführbarkeit von Schweissungen, insbesondere Lichtbogenschweissungen ohne besondere Vorbereitung, d. h. ohne Vorwärmen auf Temperaturen über 1000 C, ankommt. Bei Werkstoffdicken oberhalb 30 mm liegt die Streckgrenze des vergüteten Stahles etwas niedriger, d. h. beispielsweise zwischen 50-45 kg/mm2.
Bei den erfindungsgemäss vorgeschlagenen Stählen ist die Aufhärtung im Einflussgebiet einer Schweissnaht unter gleichen Bedingungen des Schweissvorganges nicht grösser als bei einem der heute. gebräuchlichen Baustähle mit mindestens 40 kgfmm2 Streckgrenze. Beim Legen einer Schweissraupe mit einer kalkbasischen Elektrode von 5 mm , bei einer Schweiss !stromstärke von 190 A, bleibt die Aufhärtung, mit dem Rolldur-Härteprüfer gemessen, unter 350 HB-Einheiten (Schweissung bei Raumtemperatur ohne Vorwärmung).
Die höhere Streckgrenze und Festigkeit des erfindungsgemäss vorgeschlagenen Stahles beruht auf der Einhaltung der C-Grenze von 0, 2%, der Si-Grenze von 0, 5% und dem Mn- Gehalt von 1, 2 bis 1, 8%, in Verbindung, mit der Abschreck- und Anlassbehandlung des Stahles. Von besonderer Wichtigkeit ist der Gehalt an Aluminium von 0, 03 bis 0, 10''/os welches sonst im allgemeinen als Legierungselement von vergütbaren Stählen gemieden wird. Im vorliegenden Fall kompensiert aber das Aluminium die härtesteigende Wirkung der zur Erhöhung von Streckgrenze und Zug, festigkeit erfolgten Zulegierung von Mangan. : Ohne Aluminiumgehalt würde die Aufhärtung des Stahles zu hoch liegen.
Die Abschreck-und Anlassbehandlung des Stahles besteht vorzugsweise in einem Abschrecken in Wasser von Temperaturen oberhalb Ac, und einem Anlassen auf Tempera- turen zwischen 350 und 6500 C, vorzugsweise 5001 C.
Die Erfindung wird durch das folgende Ausführungsbeispiel näher erläutert :
Ein Stahlblech mit einem Gehalt von 0, 20% C, 0, 50% Si, 1, 65% Mn, 0,040% A1 und einer Stärke von 20 mm wurde von einer Temperatur von 8000 C in Wasser abgeschreckt und
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messer von 5 mm hatte, geschweisst.
Die maximale Aufhärtung beim Schweissen ohne Vorwärmung wurde mit einem Rolldur-Gerät geprüft und mit 342 HB-Einheiten feste-
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:1, 2 bis 1, 8% und einem Aluminiumgehalt von 0, 03 bis 0, 1%, der bei Werkstoffdicken bis zu 30 mm auf eine Festigkeit von über 65 kgjmm2 bei einer Streckgrenze von mindestens 50 kg/mm2 vergütet wurde, für Zwecke, bei denen es auf die Durchführbarkeit von Schweissungen, insbesondere Lichtbogenschweissungen ohne Vorwärmung ankommt.
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Steel for welds, especially arc welds
Arc-welded constructions generally require steels which, without special preparation, such as preheating to higher temperatures, for example above 100 C, welded with suitable electrodes, permit durable, crack-free welded joints. Welded joints can be endangered by changes that occur in the area of influence of a weld seam due to the heating during welding.
In particular, a hardening is to be considered, which is caused by the fact that the welded material heats the adjacent part of the material to be welded to a high temperature, with the rapid dissipation of heat into the cold cross-sectional parts resulting in hardening that can be so great that cracks can arise as a result of internal stresses or external loads.
In the case of unalloyed carbon steels, the tendency to harden in the area affected by a weld seam is determined by the carbon content. Therefore, in order to counteract the risk of hardening in the area affected by a weld, the carbon content of weldable structural steels must be kept low and in the delivery instructions the carbon content has been limited to 0.2% for casting analysis and 0.2% for piece analysis.
Since carbon is an alloying element that determines the strength properties (yield point and tensile strength), limiting the carbon content also means limiting the yield point and strength that can be achieved in unalloyed structural steels.
The technical development of welded structures strives for an increase in economic efficiency and. an expansion of the use of steel as a material. This goal can only be achieved by increasing the yield point and tensile strength or the permissible stress that depends on these parameters. However, it is known that an increase in the yield point and tensile strength beyond the characteristic numbers of the St 52 with the given limitation of the carbon content can only be achieved by using alloying elements such as manganese, nickel, chromium, vanadium, copper and the like. Like. Is possible. Silicon is for sweat; Bable steels are generally limited to 0.5% and are therefore out of the question as a strength-increasing element above this amount.
With regard to the risk of hardening, silicon is the most harmless alloy element, all other elements mentioned increase the risk of hardening.
The weldable structural steels known today with the highest yield strength and strength are steels with at least 40 kg / mm2 yield strength and a minimum tensile strength of 58 to 60 kg / mm2. These steels are alloyed with manganese or vanadium. If welding takes place at normal room temperature without preheating, the hardening of the affected zone is generally already close to the permissible limit. A steel has also become known from America with a minimum yield strength of 60 kg / mm2 and a tensile strength of 70 kg / mm. This steel, whose C content does not exceed 0.20%, is alloyed with Ni, Mo, Cr, Cu, V and B, the strength-increasing effect of these elements being enhanced by a heat treatment consisting of quenching and tempering.
However, this heat treatment does not change the hardening influence of the alloying elements mentioned on the hardening in the area of influence of a weld seam and it is therefore necessary to weld steels of this type with appropriate preparation (preheating) in order to avoid crack damage in the hardening zone.
The present invention aims to expand the field of application of steels for welded structures while at the same time improving economic efficiency by keeping the content of expensive alloying elements as low as possible.
The subject of the invention is the
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Use of a steel with a carbon content of up to 0.20%, a silicon content of up to 0.5%, a manganese content of 1.2 to 1.8% and an aluminum content of 0.03 to 0.1 / o, the in the case of material thicknesses of up to 30 mm, a strength of more than 65 kg / mm2 with a yield point of at least 50 kgfmm2 was tempered, for purposes where the feasibility of welds, in particular arc welds without special preparation, i. H. without preheating to temperatures above 1000 C. In the case of material thicknesses above 30 mm, the yield point of the tempered steel is somewhat lower, i.e. H. for example between 50-45 kg / mm2.
In the case of the steels proposed according to the invention, the hardening in the area of influence of a weld seam under the same conditions of the welding process is not greater than in one of the current ones. common structural steels with at least 40 kgfmm2 yield point. When placing a welding bead with a lime-based electrode of 5 mm at a welding current of 190 A, the hardening, measured with the Rolldur hardness tester, remains below 350 HB units (welding at room temperature without preheating).
The higher yield point and strength of the steel proposed according to the invention is based on compliance with the C limit of 0.2%, the Si limit of 0.5% and the Mn content of 1.2 to 1.8%, in connection with with the quenching and tempering treatment of the steel. Of particular importance is the aluminum content of 0.03 to 0.110 ″ / os, which is otherwise generally avoided as an alloying element in heat-treatable steels. In the present case, however, the aluminum compensates for the hardness-increasing effect of the addition of manganese to increase the yield point and tensile strength. : Without aluminum content, the hardening of the steel would be too high.
The quenching and tempering treatment of the steel preferably consists of quenching in water at temperatures above Ac and tempering to temperatures between 350 and 6500 ° C., preferably 5001 ° C.
The invention is explained in more detail by the following exemplary embodiment:
A steel sheet with a content of 0, 20% C, 0, 50% Si, 1, 65% Mn, 0.040% A1 and a thickness of 20 mm was quenched from a temperature of 8000 C in water and
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had a knife of 5 mm, welded.
The maximum hardening during welding without preheating was tested with a Rolldur device and fixed with 342 HB units.
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: 1.2 to 1.8% and an aluminum content of 0.03 to 0.1%, which was tempered for material thicknesses of up to 30 mm to a strength of over 65 kg / mm2 with a yield point of at least 50 kg / mm2, for purposes where it depends on the feasibility of welds, especially arc welds without preheating.