DE3212857C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer geglühten austenitischen Schweißplattierung auf einem hoch­ festen kohlenstoffhaltigen Stahlkörper unter Verwendung einer Zwischenschicht aus technisch reinem Eisen.

In "Edelstahlplattierte Stahlbleche" in Neue Hütte, Heft 2, Februar 1963, ist ein Verfahren zum Herstellen walzplattierter Stahlbleche beschrieben. Dabei wird auf ein Blech eine 0,1 bis 0,15 mm dicke Eisenschicht elektrolytisch aufgebracht.

Aus der DE-OS 31 00 501 ist ein Verfahren zur Herstellung von Verbundblechen durch Walzplattieren bekannt. Dabei ist eine Mittelschicht vorgesehen, die eine Kohlenstoffdiffusion ver­ hindern soll.

Beide Schriften beschreiben eine Walzplattierung. Eine solche Walzplattierung hält hohen Belastungen nicht stand. So kann ein mit einer Walzplattierung versehenes Bauteil nicht eine lasttragende Aufschweißung zum Anbringen von Teilen tragen.

Aus dem Lehrbuch "Metallographie" VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1967, Seiten 292 und 293, ist zu entnehmen, daß technisch reines Eisen noch Spuren von je 0,001% bis 0,01% anderer Stoffe enthält. Eisen mit Bei­ mischungen von 0,1% wird als sehr reines Eisen bezeichnet.

Bei geglühten und mehrlagigen austenitischen Schweißplattie­ rungen können Wärmespannungen, Schweißeigenspannungen usw. unter Umständen zu Plattierungsablösungen führen. Deshalb wird in der Regel zur Vermeidung vorgenannter Schwäche, der Auste­ nitplattierung für spätere Aufschweißungen als nicht-auste­ nitische Zwischenschicht eine mehrlagige nickelbasislegierte Plattierung aufgebracht; hierbei wird durch den erhöhten Ni- Anteil eine C-Diffusion bei einer folgenden Glühbehandlung nahezu unterbunden, so daß auch eine die Zähigkeit der Grenz­ schicht vermindernde Carbidbildung unterbleibt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist neben dem vergleichsweise teueren Schweiß­ zusatz, der für eine solche Zwischenschicht benötigt wird, insbesondere die erhöhte Warmrißgefahr beim Schweißen sowie eine Restunsicherheit in der Frage der Spannungsrißkorrosions­ resistenz des Nickelbasis-Schweißgutes.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Her­ stellen einer austenitischen Plattierung anzugeben, die stabil genug ist für eine lasttragende Aufschweißung zum Anbringen eines anderen Teiles an das plattierte Teil.

Darüber hinaus soll die zu Ablösungen führende zähigkeitsver­ mindernde Umbildung der Grenzschicht vermieden werden, so daß die Belastungsfähigkeit in Dickenrichtung im Vergleich zu den bisherigen Verfahren verbessert wird, ohne daß das wichtige Korrosionsverhalten eingeschränkt oder verändert ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Zwischenschicht aus technisch reinem Eisen, die eine Diffusions­ sperre für den Kohlenstoff zwischen Stahlkörper und Plattie­ rung bildet, einlagig mittels Auftragsschweißung aufgebracht wird und spannungsarm geglüht wird, wobei die Zwischenschicht mit dem Stahlkörper und anderen Schichten zusammenwirkend als Teil einer lasttragenden Aufschweißung zum Anbringen von Teilen verwendet wird.

Zur Aufbringung dienen bekannte Schweißverfahren, die danach ausgewählt werden, daß sie eine möglichst niedrige Auf­ mischung ergeben. Dafür kommen insbesondere infrage das Plas­ maverfahren, bei dem der Schweißwerkstoff mit Hilfe elek­ trischer Energie auf den Grundwerkstoff aufgeschmolzen wird, sowie das bekannte WIG-Verfahren (Wolfram-Inert-Gas-Schweiß­ verfahren).

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung wird der Vorteil er­ zielt, daß ein plattiertes Bauteil zur Verfügung gestellt wird, das eine Last tragen kann. Es sind Aufschweißungen zum Anbringen von weiteren Bauteilen möglich. Trotz der hohen Be­ lastbarkeit wird eine Kohlenstoffdiffusion verhindert.

Beispielsweise wird eine Zwischenschicht mit einem Kohlenstoff­ gehalt kleiner als 0,01% aufgebracht. Dadurch wird eine Koh­ lenstoffdiffusion verhindert.

Beispielsweise wird eine Zwischenschicht mit einer Dicke zwischen 2,5 mm und 5 mm, vorzugsweise 4 mm, aufgetragen. Da­ bei wird die beim Schweißen unvermeidbare Toleranz von 0,1 mm bis 0,2 mm in Betracht gezogen. Die genannte Schicht­ dicke ermöglicht erwünschte Umkristallisierungen beim Auftragen der folgenden austenitischen Schicht.

Die Zwischenschicht wird beispielsweise mit einem Plasma-Heiß­ draht-Schweißverfahren aufgetragen. Die Zwischenschicht kann durch mehrere aneinander gereihte Streifen gebildet werden.

Die auf die Zwischenschicht aufzutragende austenitische Plattierung, die gegebenenfalls in Form mehrerer Plattie­ rungsschweißungen aufgebracht werden kann, um die gewünschte Gesamtdicke der Plattierung zu erhalten, wird mit dem früher allein verwendeten austenitischen Schweißzusatz ausgeführt, der als Draht oder Band verarbeitet werden kann.

Mit der Erfindung wird eine Umkörnung in der Wärmeeinfluß­ zone durch die Zweilagenplattierung (Ferrit und Austenit) ebenso wie bei den bisherigen Mehrlagenplat­ tierungen erreicht. Die erfindungsgemäße Zwischenschicht aus reinem Eisen ergibt aber wegen einer niedrigen Auf­ mischung nur einen geringen Kohlenstoffgehalt, der höch­ stens in der gleichen Größenordnung wie bei der anschlie­ ßenden Plattierungslage aus austenitischem Werkstoff liegt, und es entfällt die störende Carbidbildung durch Diffusion bei der Spannungsarmglühung, die bisher die Duktilität verringert hat.

Die Erfindung ist wegen der verbesserten mechanischen Eigenschaften auch besonders geeignet für Teile einer lasttragenden Aufschweißung zum Anbringen von Teilen aus austenitischem Material.

Die Kosten für den bei der Erfindung verwendeten Werk­ stoff zur Herstellung der Zwischenschicht aus technisch reinem Eisen sind noch geringer als bei einer reinen Austenitplattierung.

Das Verfahren ermöglicht auch die Ausführung einer be­ lastungsfähigen geglühten Schwarz-/Weißverbindung auf der Basis austenitischer Schweißzusätze.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel be­ schrieben, das in einem Schnitt einen Teil aus einem Druckhalter für einen Druckwasserreaktor zeigt. Solche Druckhalter sind zylindrische Behälter mit etwa 2 m Durchmesser und 10 m Höhe, die für Drücke von 180 bar ausgelegt sind und im Hinblick auf die Korrosions­ festigkeit gegenüber dem zum Teil flüssig, zum Teil dampfförmig vorliegenden Primärkühlwasser mit einer austenitischen Plattierung versehen sind.

Mit 1 ist das ferritische Grundmaterial des Druckhal­ ters bezeichnet. Es handelt sich dabei, wie zum Bei­ spiel in der Zeitschrift "Neue Technik", 1968, Sei­ ten 138 bis 144 beschrieben ist, um einen hochfesten Stahl 19 MnMo54. Der Kohlenstoffgehalt dieses Grund­ werkstoffes beträgt etwa 0,2%. Dieser Stahlkörper mit einer Wanddicke von zum Beispiel 85 mm soll als kor­ rosionsfeste Auskleidung eine austenitische Plattie­ rung entsprechend X5CrNiNb 19/9 erhalten.

Bei der Erfindung wird auf die innere Oberfläche 2 des Grundwerkstoffes 1 in einem ersten Schritt eine Zwischenschicht 4 aufgebracht, die aus technisch reinem Eisen besteht. Dies ist ein Ferrit mit möglichst ge­ ringem Kohlenstoff- und Mangangehalt, wobei der Kohlen­ stoffgehalt in jedem Fall kleiner als 0,01% sein soll­ te. Beim Ausführungsbeispiel ist ein Kohlenstoffgehalt von 0,004% vorgesehen. Der dazu verwendete Schweißwerk­ stoff, der band- oder drahtförmig zugeführt wird, wird mit dem Plasma-Heißdraht-Schweißverfahren aufgetragen, wobei sich gleichmäßig aneinandergereihte Streifen 4a, 4b, 4c usw. ergeben, die eine Dicke D von 4 mm ergeben und eine Breite von ca. 60 mm haben. In der Grenz­ schicht 6 zwischen der Zwischenschicht 4 und dem Grund­ werkstoff 1 liegt der Kohlenstoffgehalt zwischen dem des Grundwerkstoffes 1 (0,2%) und dem der Zwischen­ schicht 4 (0,004%).

Auf die Zwischenschicht 4 wird dann in einer weiteren Schweißung die austenitische Plattierung 8 aufge­ schweißt. Sie hat bei Verwendung des Werkstoffes 1.4550 einen Kohlenstoffgehalt von 0,03%. In der Grenzschicht 9 zwischen der austenitischen Plattierung 8 und der Zwi­ schenschicht 4 ist deshalb eine Kohlenstoffdiffusion zum Austenit hin weitestgehend vermieden, die sonst wegen der Bildung von Chrom-Carbiden zu den eingangs genannten Störungen führen könnte.

Die Dicke der austenitischen Plattierung 8 wird den Erfordernissen des Korrosionsschutzes entsprechend ge­ wählt. Beim Ausführungsbeispiel ist eine 5 mm dicke austenitische Plattierung 8 vorgesehen. Auf diese Plat­ tierung kann bei Bedarf wegen der guten Bindung mit dem Grundwerkstoff auch eine lasttragende Aufschweißung vorgenommen werden. Beim Ausführungsbeispiel ist dies durch eine Zwischenwand 10 angedeutet, die ebenfalls aus austenitischem Werkstoff besteht und mit Hilfe einer K-Naht mit den Schweißfugen 11 und 12 befestigt wird.

Die Erfindung ist vor allem für die Erfüllung der ho­ hen Qualitätsanforderungen bei Kernkraftwerks-Kompo­ nenten, insbesondere für Druck- und Siedewasserreak­ toren geeignet. Daneben kann sie aber auch für andere Anwendungsfälle, zum Beispiel in der chemischen In­ dustrie, vorteilhaft eingesetzt werden, wenn an Plat­ tierungen zur Veredelung hochfester Stahlkörper beson­ ders hohe mechanische Anforderungen gestellt sind.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen einer geglühten austenitischen Schweißplattierung (8) auf einem hochfesten kohlenstoffhal­ tigen Stahlkörper unter Verwendung einer Zwischenschicht (4) aus technisch reinem Eisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht (4) aus technisch reinem Eisen, die eine Diffusionssperre für den Kohlenstoff zwischen Stahlkörper und Plattierung bildet, einlagig mittels Auftragsschweißung aufgebracht wird und spannungsarm geglüht wird, wobei die Zwischenschicht (4) mit dem Stahlkörper und anderen Schichten zusammenwirkend als Teil einer lasttragenden Aufschweißung zum Anbringen von Teilen verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht (4) mit einem Kohlenstoffgehalt kleiner als 0,01% aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwischenschicht (4) mit einer Dicke zwischen 2,5 und 5 mm, vorzugsweise 4 mm, aufgetragen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (4) mit einem Plasma-Heißdraht-Schweißverfahren aufgetragen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (4) durch mehrere aneinander gereihte Streifen (4a, 4b, 4c) gebildet wird.