DE1235117B - Verwendung einer kalkbasisch umhuellten Kobalt-Chrom-Wolfram-Schweisselektrode zum Schweissen eines ausscheidungshaertbaren, austenitischen Stahles - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B23k

Deutschem.: 49 h-36/01

Nummer: 1235117

Aktenzeichen: B 77968 VI a/49 h

Anmeldetag: 4. August 1964

Auslegetag: 23. Februar 1967

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer kalkbasisch umhüllten Schweißelektrode auf Kobalt-Chrom-Wolfram-Basis zum Schweißen eines ausscheidungshärtbaren, austenitischen, mit Chrom, Nickel und Titan legierten Stahles.

Die austenitischen Stähle, die für eine Beanspruchung im Dampfkesselbau, wo Anlagen gebaut werden, die mehr als 10 Jahre betrieben werden sollen und wo die maximale Betriebstemperatur derzeit bei etwa 650° C liegt, ausgewählt werden, haben sich in ihrer Zusammensetzung in allen Erdteilen einander ziemlich angeglichen. Diese austenitischen Stähle enthalten etwa 17% Chrom, 13% Nickel, im allgemeinen Niob zum Abbinden des Kohlenstoffs und gegebenenfalls Zusätze an Molybdän, Wolfram und Vanadium.

Diese Stähle finden seit etwa 12 Jahren Verwendung, und über ihre Eigenschaften, insbesondere über ihre Schweißbarkeit, liegen umfangreiche Erfahrungen vor.

Neuerdings wurde im Dampfkraftwerksbau für eine Reihe hochbeanspruchter Bauteile erstmalig ein Stahl eingesetzt, der seine gute Warmfestigkeit durch eine Ausscheidungshärtung gewinnt und eine Brücke zu den heute üblichen Hochtemperaturwerkstoffen auf Nickelbasis vom Nimonic-Typ darstellt.

Stähle dieser Art haben etwa folgende Zusammensetzung: bis 0,15% Kohlenstoff, 0,6 bis 1,5% Silizium, 1 bis 2% Mangan, 12 bis 17% Chrom, 23 bis 30% Nickel, 0,6 bis 3% Molybdän, 1 bis 3% Titan, 0,03 bis 0,3 «/0 Aluminium, 0 bis 1% Vanadium, Rest Eisen mit unvermeidbaren Verunreinigungen.

Über das Schweißen dieser Stähle wurde bisher berichtet, daß sowohl Unternahtrisse in der wärmebeeinflußten Zone des Grundmaterials als auch Risse im Schweißgut selbst auftreten. Um die letzteren zu vermeiden, werden artgleiche Schweißungen nur in Ausnahmefällen durchgeführt. Die Risse in der Übergangszone werden durch Aufschmelzungen der Korngrenzen und Ausscheidung eines Eutektikums Austenit—Fe₂Ti hervorgerufen, das sich bei Temperaturen oberhalb 1285⁰C bildet und die Korngrenzen belegt. Seine Wirkung wird verschärft durch grobes Korn, durch karbidische und durch intermetallische Ausscheidungen auf den Korngrenzen während der Abkühlung. Solche Risse in der Übergangszone treten nicht auf, wenn im Zeitpunkt ihrer Entstehung noch genügend Schmelze vorhanden ist, um in die entstehenden Spalte nachzufließen. Danach scheint auch der Lage der beiderseitigen Schmelzintervalle von Grundwerkstoff und Schweißgut eine große Bedeutung zuzukommen.

Verwendung einer kalkbasisch umhüllten
Kobalt-Chrom-Wolfram-Schweißelektrode zum
Schweißen eines ausscheidungshärtbaren,
austenitischen Stahles

Anmelder:

Gebr. Böhler & Co. Aktiengesellschaft, Wien;
Niederlassung: Gebr. Böhler & Co.
Aktiengesellschaft Wien,
Verkaufsniederlassung Büderich

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Hans Reiner Kautz, Willich;

Dipl.-Ing. Horst Gerlach, Osterath (Ndrh.)

Als Zusatzwerkstoffe zum Schweißen dieses Stahles werden entweder austenitische chromnickellegierte Stahlelektroden oder nicht aushärtende Nickellegierungen verwendet. Immer wieder wird aber auch bei Verwendung andersartiger Elektroden über Risse in der Übergangszone berichtet.

Stähle dieser Art lassen sich somit weder artgleich noch mit andersartigen Elektroden verschweißen, da zumindest in der Übergangszone Risse auftreten. Ferner ist dabei noch zu beachten, daß von anderen austenitischen ElektrodenwerkstoSen mit ähnlicher Zusammensetzung die erforderlichen technologischen Eigenschaften bei Raumtemperatur nicht erreicht werden.

Wenn die oben angeführten Stähle erfolgreich verschweißt werden sollen, müssen nämlich folgende Eigenschaften des Stahles berücksichtigt werden:

1. Der Stahl kann auf Grund seines hohen Titangehaltes ausscheidungsgehärtet werden. Er nimmt dabei eine sehr hohe Härte an; die Zähigkeitseigenschaften gehen aber deutlich zurück.

2. Als aushärtende Phase tritt Ni₃(Al, Ti) (kubisch flächenzentriert) auf, die die hohe Verfestigung erzeugt.

3. An den Korngrenzen tritt häufig lamellares Ni₃Ti (hexagonal) auf, das die Zähigkeit sehr stark verringert. Da es durch Spannungen begünstigt wird, sind hohe Spannungen möglichst zu vermeiden.

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Claims (4)

An Elektroden, die zum Verschweißen dieses Stahles gebraucht werden, müssen folgende Forderungen gestellt werden:

1. Das Schweißgut muß bei Raumtemperatur hohe Streckgrenze und Festigkeit aufweisen.

2. Die Zeitstandfestigkeit bis 700° C muß gleich oder besser als die des zu verschweißenden Stahles sein.

3. Nach dem Schweißen müssen notwendigerweise Wärmebehandlungen durchgeführt werden, um den Stahl auszuhärten. Diese dürfen die Eigenschaften, die unter 1. und 2. gefordert werden, nicht beeinträchtigen.

4. Der Schmelzbereich soll möglichst so mit dem des Stahles abgestimmt sein, daß die wärmebeeinflußte Zone des Grundwerkstoffs nicht ausschließlich die Schrumpfspannungen aufnehmen muß.

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In der Literatur werden als Elektrodenwerkstoffe vor allem nicht aushärtbare Nickellegierungen angegeben, die sich in ihren Festigkeitswerten bei Raumtemperatur aber wesentlich vom Stahl unterscheiden.

Es wurde nun gefunden, daß die aufgezeigten Nachteile nicht auftreten und die gestellten Forderungen erfüllt werden, wenn zum Schweißen eines ausscheidungshärtbaren austenitischen Stahles mit bis 0,15 «/0 Kohlenstoff, 0,6 bis 1,5 % Silizium, 1 bis 2% Mangan, 12 bis 17°/o Chrom, 23 bis 3O°/o Nickel, 0,6 bis 3% Molybdän, 1 bis 3% Titan, 0,03 bis 0,3 °/o Aluminium, 0 bis 1 % Vanadium, Rest Eisen mit unvermeidbaren Verunreinigungen eine kalkbasisch umhüllte Schweißelektrode verwendet wird, deren Kerndraht aus bis 0,15% Kohlenstoff, 0,6 bis 1,5% Silizium, 1 bis 2% Mangan, 17 bis 25% Chrom, 8 bis 12% Nickel, 12 bis 20% Wolfram, Rest 45 bis 55% Kobalt besteht.

Mit diesen Elektroden sind Festigkeitswerte zu erzielen, die etwa die Forderungen, die an den Grundwerkstoff gestellt werden, erfüllen.

Vermutlich sind hier auch die Schmelzbereiche der Elektrode und des Grundwerkstoffes so aufeinander abgestimmt, daß es zu Anreißungen der aufgeschmolzenen Korngrenzen nicht kommt.

Patentansprach:

Verwendung einer kalkbasisch umhüllten Schweißelektrode, deren Kerndraht aus bis 0,15% Kohlenstoff, 0,6 bis 1,5% Silizium, 1 bis 2% Mangan, 17 bis 25% Chrom, 8 bis 12% Nickel, 12 bis 20% Wolfram, Rest 45 bis 55% Kobalt besteht, zum Schweißen eines ausscheidungshärtbaren austenitischen Stahles mit bis 0,15% Kohlenstoff, 0,6 bis 1,5% Silizium, 1 bis 2% Mangan, 12 bis 17% Chrom, 23 bis 30% Nickel, 0,6 bis 3% Molybdän, 1 bis 3% Titan, 0,03 bis 0,3% Aluminium, 0 bis 1% Vanadium, Rest Eisen mit unvermeidbaren Verunreinigungen.