CH648231A5 - Molybdaenarme schweisswerkstoffe. - Google Patents

Description

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2

PATENTANSPRÜCHE 1. Schweisswerkstoffe, insbesondere für Elektroden-Handschweissung, Unterpulver-Elektroschlacke-Elektrogas-und Schutzgasschweissung, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein reines Schweissgut ergeben mit folgenden Analysengrenzen:

C:

0,01 bis 0,15 Gew.-%

Mn:

0,7 bis 1,8 Gew.-%

Si:

0,05 bis 0,6 Gew.-%

Cr:

0,01 bis 1,0 Gew.-%

Mo:

0,05 bis 0,4 Gew.-%

Ti:

0,01 bis 0,03 Gew.-%

B:

Spuren bis 0,01 Gew.-%

10

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

15

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

C: 0,01 bis 0,15 Gew.-%

Mn: 0,7 bis 1,6 Gew.-%

Si: 0,05 bis 0,6 Gew.-%

Cr: 0,1 bis 0,8 Gew.-%

Mo: maximal 0,1 Gew.-%

Ti: 0,01 bis 0,03 Gew.-%

B: 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 das bei thermischer Nachbehandlung keine oder nur eine geringe Abnahme der Kerbschlagarbeit nach DIN 50 115 ergibt.

Die hier beschriebene Erfindung betrifft Schweisswerk- zusammen mit verschiedenen Oxiden Kerne zur Bildung von stoffe, insbesondere für Elektroden-Handschweissung, Un- acicular ferrite. Somit bilden gut ausgewogene Mengen von terpulver-Elektroschlacke-Elektrogas- und Schutzgas- Ti + B eine gleichmässig ausgebildete Struktur von feinem

Schweissung. acicular ferrite.

In der Literatur der letzten 10 Jahre sind verschiedene 25 Alle bisher auf dem Markt befindlichen Schweisswerk-

Veröffentlichungen bekannt geworden, die über die Verwen- stoffe dieses Typs haben als Legierungsbasis eine Zusam-

dung von Ti-B-legierten Schweisswerkstoffen berichten. mensetzung

Der Vorteil solcher Ti-B-legierten Schweisswerkstoffen liegt besonders in der Anwendbarkeit bei dicken Ein- bis C-Mn-ai-Mo-1 i-B

Dreilagenschweissungen unter hohem heat-input, d. h. bei 30

Unterpulver- und Elektroschlacke-Schweissungen. Schweiss- Literaturübersicht: siehe Masumoto IIW-Doc. XII694-79

güter solcher Drähte ergaben ein besonders günstiges Mi- In der Praxis zeigen die Mn-Mo-Ti-B-legierten krogefüge mit hohen Anteilen acicular ferrite und geringen Schweissgüter (Typ B) die in der Schweisstechnik bisher

Anteilen an proeutektoidem Ferrit. Dies wiederum führt zu nicht beobachtete Eigenschaft, dass Einlagenschweissungen hohen Kerbschlagwerten bei tiefen Temperaturen, wie sie 35 bessere Kerbzähigkeitswerte ergeben als Mehrlagenschweis-

besonders bei Einlagenschweissungen mit klassischen sungen.

Schweisswerkstoffen nicht erreichbar sind. Das durch nachfolgende Schweissraupen umgekörnte

Die Wirkungsweise der Ti+B Zulegierung wird wie folgt Gefüge weist schlechtere Kerbschlagwerte auf als Gefüge,

erklärt: Die Bildung von TiN erlaubt, dass gelöstes B sich an die keine thermische Nachbehandlung erfahren haben,

den Austenit-Korngrenzen abscheidet, weil die Ausbildung 40 Die folgenden drei Tabellen illustrieren:

von BN unterdrückt wird. Die B-Ausscheidung wiederum Tabelle 1.1: Die chemische Zusammensetzung von sechs reduziert die Korngrenzenenergie und unterdrückt somit die untersuchten Schweissgütern (inklusive des Grundwerkstof-

Bildung von proeutektoidem Ferrit. Weiterhin bildet TiN fes) des Typs B gemäss dem Stand der Technik,

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 y

Al

Nb

Ti

B

1

(FD80-63)

0,070

0,295

1,31

0,0159

0,0084

0,155

0,0547

0,039

0,025

0,0127

0,0026

2

(FD80-64)

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) 5

(FD80-67)

0,068 0,068

0,318 0,325

1.29

1.30

0,0153 0,0159

0,0099 0,0095

0,175 0,157

0,0561 0,0530

0,0450 0,0394

0,025 0,0237

0,0167 0,0152

0,0026 0,0026

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

0,0374

-

-

3

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Tabelle 1.2: Die Resultate von Zugversuchen gemäss DIN 50 145 der obigen Proben und

Tabelle 1.3: Die Resultate der Kerbschlagarbeit gemäss DIN 50 115 der gleichen Proben.

Deutlich ist die Abnahme der Kerbschlagarbeit bei Mehrlagenschweissungen ersichtlich.

Tabelle 1.2 Zugversuch nach DIN 50 145/ungeglüht Probenform B X 40

Probe Nr.

Rm

(N/mm2)

^p0,2

(N/mm2)

A5 (%)

Z (%)

Bruchlage

1

(FD80-63)

717

630

16,5

52,8

1/3

2

(FD80-64)

657

577

21,2

64,1

1/2

3

(FD80-65)

4

(FD80-69)

689 725

583 598

21,5 20,5

62,5 64,1

1/3 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 PSY 70

663

555

24,6

68,0

1/2

Tabelle 1.3

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

Nr.

Kerbschlagarbeit (J) (Nahtmitte)

—20'C

—40°C

—60°C

93

45

27

1

141

114

75

56

30

27

(FD80-63)

108

49

23

45

22

2

42

41

33

29

-

(FD80-64)

37

31

141

74

54

3

148

139

101

94

74

66

(FD80-65)

128

107

70

98

98

35

4

107

114

130

90

41

42

(FD80-69)

136

43

51

151

125

71

4W

146

137

116

122

73

64

(FD80-66)

115

125

47

143

65

45

5

93

113

95

80

35

36

(FD80-67)

102

80

27

80

74

31

6

163

117

55

62

27

28

(FD80-68)

109

57

26

45

30

10

7

45

45

37

33

12

13

46

32

13

In den beigelegten Zeichnungen wird dargestellt:

in Fig. 1

die Geometrie der Nahtvorbereitung und (in der Reihenfolge der darauf eingetragenen Bezugszeichen) die Folge der s Schweisslagen entsprechend den in den Tabellen 1.1 bis 1.3 angegebenen Schweissgütern;

in Fig. 2 und 3

die Geometrie der Nahtvorbereitung und (in der Reihenfolge der darauf eingetragenen Bezugszeichen) die Folge der io Schweisslagen entsprechend den in den Tabellen 2.1 und 2.2 angegebenen Schweissgütern, sowie ein Diagramm der mit den Schweissgütern bei einer bestimmten Prüftemperatur erhaltenen Werte der Kerbschlagarbeit; und in Fig. 4 und 5

15 Diagramme der Zugfestigkeit (Rm), der Streckgrenze (Re) und der bei einer bestimmten Prüftemperatur erhaltenen Werte der Kerbschlagarbeit, für die in den Tabellen 3.1 und 3.2 angegebenen Schweissgüter und mit einer Wärmebehandlung als Parameter.

20 Dasselbe gilt auch für Schweissnähte, die einer sogenannten Spannungsarmglühung unterzogen wurden (550 bis 640 "C, Haltezeit 2 Min/mm Blechdicke).

Beim Spannungsarmglühen ist zu beobachten, dass Raupen mit Primärgefüge einen deutlichen Abfall der Kerb-25 Schlagfestigkeit 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. Die entsprechenden Resultate sind in den Zeichnungen, Fig. 2 und 3 dargestellt.

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

30

35

40

50

55

60

65

Tabelle 2.1 TJP-T andem-Verfahren Kerbschlagbiegeversuch nach DIN 50 115 Probenform: ISO-V-Probe

Drahtqualität:

Drahtdurchmesser:

Pulver:

Grundwerkstoff:

Probenentnahme:

Wärmebehandlung:

FLUXOCORD 35.2 (Typ B)

4,0 mm

OP 121 TT

PSX 70

Probemitte ungeglüht

Tabelle 2.2 UP-Tandem-Verfahren Kerbschlagbiegeversuch nach DIN 50 115 Probenform: ISO-V-Probe

Drahtqualität:

Drahtdurchmesser:

Pulver:

Grundwerkstoff:

Probenentnahme:

Wärmebehandlung:

FLUXCROD 35.2 (Typ B)

4,0 mm OP 121 TT PSX 70 Probenmitte spannungsarmgeglüht 2 h/580 °C. Dieselbe Beobachtung gilt auch für Tandem-Schweissun-gen 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

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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 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 mit Spuren von Mo (A2) und C-Mn-Si-Cr-Mo-B-Ti (A3) (wobei im ersten Fall das Mo von in den Rohstoffen des Füllpulvers oder in der rohrförmigen Eisenumhüllung enthaltenen Mo-Spuren stammt und 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 Spannungsarmglühen oder s Anlassen als auch auf Nachbehandlungen des Gefüges durch nachfolgend aufgebrachte Schweissraupen.

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

Die folgenden Tabellen zeigen:

Tabelle 3.1: Analyse und Anlage zu Zugversuchen nach i5 DIN 50 145 und zu Kerbschlagversuchen nach DIN 50 115 eines erfindungsgemässen Schweisswerkstoffs des Typs A 2 und

Tabelle 3.2: Entsprechende Angaben eines erfindungsgemässen Schweisswerkstoffes des Typs A 3. 20 Die entsprechenden Resultate sind in den Zeichnungen, Fig. 4 und 5 dargestellt.

Deutlich ist die geringe Abnahme der Kerbschlagzähig-keitswerte erkennbar.

Tabelle 3.1 Drahttyp A2/OP 121 TT Schweissverbindung in Lage und Gegenlage an PSX 70

C

Mn

Si

P

S

Cr

Mo

Ti

B

V

Schweisse

0,073

1,38

0,30

0,018

0,010

0,19

-

0,02

0,005

0,04

PSX 70

0,084

1,55

0,35

0,018

0,009

-

-

-

0,004

0,08

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

-

-

-

0,004

0,08

Die neuen, erfindungsgemässen Schweisswerkstoffe mit dem Schweissgut des Typs C-Mn-Si-Cr-Ti-B mit Spuren von Mo (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 - Schweis-sungen bei tieferen Temperaturen.

- Bessere Kerbschlagwerte bei Mehrlagenschweissungen.

- Bessere Kerbschlagwerte bei Tandemschweissungen mit Drahtabständen grösser 20 mm.

- Bessere Kerbschlagwerte nach Spannungsarmglühen bei Lage-Gegenlageschweissungen und Mehrlagenschweissungen.

- Falls gewünscht, geringere Zugfestigkeit des Schweissgu-tes, 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 so Schweisszusatzwerkstoffe auch beim Elektroschlacke-Elek-trogas- 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 55 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.

60

s

5 Blatt Zeichnungen