DE2217082A1

DE2217082A1 - Schweißwerkstoff für Superniedertemperaturstähle

Info

Publication number: DE2217082A1
Application number: DE19722217082
Authority: DE
Inventors: Tomokazu DipL-Ing.; Sugiyama Tohoru Dipl.-Ing.; Nishimura Katushi; Kamakura Godai (Japan). P
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1971-04-10
Filing date: 1972-04-10
Publication date: 1972-10-26
Also published as: FR2132787A1; FR2132787B1; SE390910B; US3853611A; AT313669B; DE2217082C3; JPS5114975B1; DE2217082B2; NO131023C; NO131023B

Description

Dr. Ing. Dr. jur. F. Dr. rer. nat. B. Dr. rer. nat. D. Dipl.-lng. Gh.

REDIES REDIES TURK & GILLE 2217082

PATENTANWÄLTE

Π 4 Düsseldorf-Benrath 3

Erich-Ollenhauer-StraBe DRK-Arztehaus Garath Telefon (0211) 701038 Telex 8582 841 rrtgd Telegramme: Returgt Düsseldorf

J
Unter Zeichen: ' Datum:

T. 48 4-34-

KOBE STEEL, LTD., Kobe/Japan

Schweißwerkstoff für Superniedertemperaturstähle

Die Erfindung betrifft einen Schweißwerkstoff auf Basis einer Nickellegierung für die Verwendung beim Schweißen von Superniedertemperaturstählen.

In jüngster Zeit wird häufig ein 9 ?^/£-Nickelstahl als eines der Auskleidungsmaberialien für Behälter zum Trans-Dort von Superfcieftemperaturflüssigkeiten, wie z.B. flüssigem Stickstoff, flüssigem Sauerstoff und flüssigem Erdgas, und für Einrichtungen zum Lagern solcher Superfciefbemper.'iturflüssigkeiten verwendet. Demgemäß wird

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der 9 % Nickel-Stahl gemäß dem ASTM-Standard eingeteilt in A 353-65T (NNT-Stahl) und A 553-65T (QT-Stahl) und ihre Eigenschaften sind standardisiert. Entsprechend diesem Standard hat jeder dies.er Typen eine Zugfestigkeit von 70,3 "bis 84,4 kg/mm² und die Streckgrenze (0,2 %-Dehnungsgrenze) unterscheidet sich bei diesen dadurch, daß sie für den NNT-Stahl oberhalb 52,7 kg/mm² und für den QT-Stahl oberhalb 59,8 kg/mm liegen muß. Die Tieftemperatur Zähigkeit bei -196⁰O muß bei ihnen auf dem gleichen Wert von mehr als 3,5 kg * m liegen.

Außer dem oben genannten 9 %-Nickelstahl ist auch ein 5,5 %-Nickelstahl oder dgl. im Handel, eine Standardisierung ist bei einem solchen Material bisher Jedoch nicht durchgeführt worden. Die Festigkeit und Tieftemperaturzähigkeit eines solchen Materials entsprechen nahezu derjenigen des 9 %-Nickelstahls. Als Schweißwerkstoff für den oben erwähnten Niedertemperaturstahl sind der sogenannte Eutektoid-Werkstoff für den 9 %-Nickelstahl und der Schweißwerkstoff auf Basis einer Nickellegierung zu nennen_o Der Eutektoid-Schweißwerkstoff der gleichen Zusammensetzung wie derjenigen des Grundmetalls ist dadurch gekennzeichnet, daß er eine Zugfestigkeit und eine Streckgrenze aufweist, die denjenigen des 9 %-Nicke:lstahls gleich sind. Da jedoch die Tieftemperaturzähigkeit bei -196⁰O im geschweißten Zustand schlechter ist als diejenige des Grundmetalls wurde er bisher praktisch nicht verwendet.

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Obwohl auch der Schweißwerkstoff auf Basis einer Nickellegierung insofern noch unzufriedenstellend ist, als die Zugfestigkeit und die Streckgrenze (0,2 %-Dehnungsgrenze)

des gesamten Auftragsmetalls 60 bis 65 kg/mm bzw» 36 bis 40 kg/mm betragen, wobei geder dieser Werte niedriger ist als die entsprechende Eigenschaft des Grundmetalls, wird er praktisch verwendet, da seine Tieftemperaturzähigkeit im geschweißten Zustand stabil und ausgezeichnet ist„ Der Schweißwerkstoff dieses (Dyps wird klassifiziert als AWS A5.11 EM-Gr-Fe 1 bis 3 und umfaßt die sogenannten Inconel-Legierungen der 75^1-150r-Reihen und die Legierungen der 50 Ni-15Gr- und 35Ni-15Gr-Eeihen usw. Da bei diesem Schweißwerkstoff ein höherer Nickelgehalt zu einer höheren Festigkeit und einer stabileren Schlagbeständigkeit führt_s werden die zuersijgenannten Inconel-Legierungen häufig praktisch verwendet.

Im Oase-1308-5 des ASME-Standard werden von der Schweißzone Eigenschaften gefordert wie für den Fall, daß bei der Herstellung von Druckkesseln kein Spannungsfreiglühen durchgeführt wird, durch Verschweißen von Superniedertemperaturstählen und dieser Standard wird gewöhnlich auf diesem Gebiet angewendet. In Oase-1308-5 sind die Standards festgelegt in Verbindung mit der Zugfestigkeit der Verschweißungsstelle eines geschweißten Gegenstandes einschließlich des Grundmetalls. Deshalb kann selbst eine Inconel-Legierung, die eine niedrigere Festigkeit des gesamten Auftragsmetalls· als der 9 %-Nickelstahl ergibt, die von Gase-1308-5 ge-

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forderten Bedingungen vollständig erfüllen. Das heißt mit andern Worten, jedes Material (jeder Werkstoff), der eine Gesamtfestigkeit des Auftragsmetalls von etwa 60 bis 65 kg/mm liefern kann, kann den Anforderungen des Case-1J5Ö8-5 genügen» Dies bedeutet, daß dieser Standard festgelegt worden ist in Erkenntnis der Tatsache, daß die festigkeit der Schweißzone niedriger ist als diejenige des Grundmetalls. Bei der Konzipierung von Druckgefäßen gemäß diesem Standard kann die Dicke der Konstruktion nicht groß sein, da die Eigenschaften der Sdiweißzone mit einer niedrigeren Festigkeit natürlich als Basis berücksichtigt werden sollten.

Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schweißwerkstoff auf Basis einer Nickellegierung anzugeben, der frei von den oben erwähnten Nachteilen der üblichen Schweißwerkstoffe ist und der Schweißzone beim Verschweißen von Superniedertemperaturstählen eine ausgezeichnete Festigkeit und Kerbschlagzähigkeit verleiht» Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einem Schweißdraht aus einer Legierung mit hohem Mangan-Nickel-Gehalt eine gute Verarbeitbarkeit zu verleihen.

Diese und weitere Ziele der Erfindung können durch die folgenden näher erläuterten Maßnahmen erreicht werden.

Gemäß einem Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen

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Schweißwerkstoff für Superniedertemperaturstähle, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er besteht aus Ms zu 0,2 % Kohlenstoff, 5 Ms 12 % Mangan, bis zu 30 % Chrom, 4 bis 8 % Mob, bis zu 22 % Eisen und bis zu- 1,5 % Silicium, wobei der Best im wesentlichen Nickel ist.

Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Schweißwerkstoff für Superniedertemperaturstähle, der durch integrale Kombination eines metallbildenden Materials der oben angegebenen Zusammensetzung mit einem Flußmittel vom Kalk- oder Kalk-Titandioxyd-Typ gebildet wird. Gemäß einem anderen Aspekt betrifft die Erfindung einen Schweißwerkstoff für Superniedertemperaturstähle, der hergestellt wird durch integrales Kombinieren eines metallbildenden Materials mit einem Flußmittel vom Kalk- oder Kalk-Titandioxyd-Typ, in den Teile der die obige Metallzusammensetzung bildenden Elemente so eingearbeitet sind, daß die Zusammensetzung, berechnet als das metallbildende Material, innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegt.

Dieser erfindungsgemäße Schweißwerkstoff kann nach irgendeinem bekannten Schweißverfahren, beispielsweise durch Handschweißen, Tig-Schweißen (Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit Wolframelektroden), Mig-Schweißen und verdecktes lichtbogenschweißen aufgebracht werden. Unter dem hier verwendeten Ausdruck "Schweißwerkstoff", gebildet durch integrale Kombination eines metallbildenden Materials mit einem Flußmittel"

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ist eine beschichtete Elektrode für das Lichtbogenschweißen zu verstehen, die aus einem Kerndraht mit einem Flußmittel-Überzug, einem Verbunddraht, bestehend aus einem Metallgehäuse und gefüllt mit einem Legierungspulver, gegebenenfalls zusammen mit einem Flußmittel, oder dgl. besteht„ Der erfindungsgemäße Schweißwerkstoff auf Nickelbasis hat die folgende Zusammensetzungi bis zu 0,2 Gew.-% Kohlenstoff, bis zu 12 Gew.-% Mangan, bis zu 30 Gew.-% Chrom, bis zu 8 Gew.-% Niob und bis zu 22 Gew.-% Eisen, Best im wesentlichen Nickel, und er kann nach einem üblichen Verfahren hergestellt werden. Außer den oben angegebenen Elementen enthält der erfindungsgemäße Schweißwerkstoff im allgemeinen Silicium als desoxydierendes Element und !Phosphor und Schwefel als Verunreinigungen. Da diese Elemente die Beständigkeit des Auftragsmetalls gegen Rißbildung beeinträchtigen, werden bessere Ergebnisse erzielt, wenn man den Siliciumgehalt unter 1,5 % und.den Gehalt an Phosphor und Schwefel unter 0,1 % senkt. Die Zusammensetzung des durch Verwendung des obigen Kerndrahtes gebildeten Auftragsmetalls (deposited metal) kann errechnet werden auf der Grundlage der Annahme, daß die Verhältnisse von Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Niob, Eisen und Silicium, die von dem Kerndraht in das Auftragsmetall übertragen werden, 100 %, 90 %, 90 %, 90 %, 90 % bzw. 60 % betragen.

Ein bevorzugtes Beschichtungsmaterial ist ein solches, das die Verhältnisse der in das Auftragsmetall übertragenen,

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die Legierung aufbauenden Elemente verbessern kann und die Bildung von Wasserstoff herabsetzen kann und diese Ziele können durch ein Flußmittel mit einer Zusammensetzung des gewöhnlichen Kalk- oder Kalk-Titandioxyd-Typs erreicht werden, in das bis zu 60 % eines desoxydierenden Mittels und eines Legierungselementes in Form eines Metallpulvers eingearbeitet werden können. Für den Fall, daß die chemische Zusammensetzung des Kerndrahtes auf Nickelbasis so ist, daß kein Auftragsmetall der oben erwähnten erfindungsgemäßen Zusammensetzung erhalten wird, ist es möglich, die gewünschte Zusammensetzung zu erhalten durch Zugabe von bis zu 1,6 % Kohlenstoff, bis zu 55 % Mangan, bis zu 60 % Chrom, bis zu 24 % Niob und bis zu 10 % Silicium als Legiemmgsbildungselemente zu dem Flußmittel, jedoch mit der Mäßgabe, daß die Gesamtmenge dieser Metalle 60 % nicht übersteigt. Die obige obere Grenze für jedes Legierungselement, das in das Flußmittel eingearbeitet werden soll, ist so festgelegt, daß das gesamte Auftragsmetall (abgelagerte Metall) die oben erwähnte Zusammensetzung in einem integralen Körper haben kann, der aus einem Kerndraht auf Nickelbasls und einem Überzug zusammengesetzt ist, der im technischen Sinne der kleinste ist, d.h. einem Schweißdraht, bestehend aus dem Kerndraht und 25 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Schweißdraht, des Überzugs, und sie wurde errechnet aufgrund der Annahme, daß die Verhältnisse von Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Niob, Silicium und Eisen, die von dem Flußmittel in das Auftragsmetall übertragen werden sollen, 50 %, 80 %, 80 %, 60 %, 60 % bzw. 90 % betragen.

Nachfolgend werden die Effekte beschrieben, die durch jedes der Legierungselemente (der die Legierung aufbauenden Elemente) erzielt werden.

Nickel, das einen größeren Anteil der Zusammensetzung ausmacht, ist ein Element, das zur Erzielung der Tieftemperaturzähigkeit im geschweißten Zustand erforderlich ist und es ist unbedingt erforderlich, daß die Nickelmenge mindestens 45 % betragen sollte. Bei einem Nickelgehalt unterhalb dieses Wertes kann keine gute Tieftemperaturzähigkeit erzielt werden.

Chrom bildet eine feste Lösung mit Nickel unter Verstärkung der Matrix und verbessert die Zugfestigkeit, auch wenn sein Gehalt nicht hoch ist. Auch wird die Tieftemperaturzähigkeit durch Chrom verbessert. Deshalb wird Chrom in einer Menge von bis zu 30 % zugegeben. Wenn es in einer Menge von mehr als 30 % zugesetzt wird, wird die Tieftemperaturzähigkeit durch Zugabe anderer Elemente, welche die Zugfestigkeit wirksam erhöhen, stark verschlechtert. Deshalb ist es nicht zweckmäßig, das Chrom in einer derart großen Menge zuzusetzen.

Unter den die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Auftragsmetalls aufbauenden anderen Legierungsmetallen weisen Mangan und Niob die wichtigsten Effekte auf. Bei einer weniger als 5 % Mangan enthaltenden Zusammensetzung führt ein höherer Gehalt an Niob zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit, es besteht jedoch auch die Tendenz, daß die Tieftemperaturzähig-

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' keit scharf abnimmt. Deshalb sollte in einer solchen. Zusammensetzung die Er 25 ie lung einer erforderlichen Zugfestigkeit natürlich zu einer,extremen Herabsetzung der Tieftemperaturzahigkeit führen. Es wurde-nun jedoch gefunden, daß in einer Mangan in einer Menge von mindestens 5 % enthaltenden Zusammensetzung die Erhöhung des Niobgehaltes zu einer Erhöhung der Zugfestigkeit wie im Falle der Zusammensetzung führt, in der der Mangangehalt weniger als 5 °/° beträgt, jedoch ist der Grad des Abfalls der Tieftemperaturzähigkeit viel geringer.

Mangan allein führt nicht zu verbesserten mechanischen Eigenschaften, wie z.B₀ einer verbesserten Zugfestigkeit und Tieftemperaturzähigkeit, es weist jedoch, wie oben erwähnt, einen wertvollen Effekt auf, indem es die Verschlechterung der Tieftemperaturzähigkeit verzögert. Deshalb wird es in einer Menge von 5 ^>is 12 % eingearbeitet. Dieser Effekt kann bei einem Mangangehalt von weniger als 5 °/° nicht erzielt werden. Durch Einarbeitung von Mangan in einem Gehalt von mehr als 12 % erhält man keine wesentliche Erhöhung des obigen Effektes, sondern dies führt zu einer schlechten Verarbeitbarkeit beim Schweißen. Deshalb ist es nicht zweckmäßig, Mangan in einer derart großen Menge einzuarbeiten.

Niob kann in Kombination mit Mangan die Zugfestigkeit wesentlich verbessern und es weist einen wertvollen Effekt auf, indem es die Beständigkeit des Auftragsmetalls gegen Rißbildung

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erhöht. Aus diesem Grunde wird es in einer Menge von mindestens 4 % eingearbeitete Bei einem Niobgehalt von nicht mehr als 4 % kann keine ausreichende Zugfestigkeit erzielt ' werden und die Empfindlichkeit des Schweißmetalls gegen ßißbildung wird erhöhte Demgemäß ist ein derart niedriger Niobgehalt nicht bevorzugt. Bei einem Niobgehalt von jnehr als 8 % wird eine zu hohe Zugfestigkeit erzielt, wobei jedoch die Tieftemperaturzähigkeit stark herabgesetzt wird. Demgemäß ist auch ein solch hoher Niobgehalt nicht bevorzugt.

Ein ausreichender Schweißeffekt kann erzielt werden durch einen Schweißwerkstoff, der die oben erwähnten Elemente allein enthält, es ist jedoch möglich, Je nach Erfordernis, außerdem Kohlenstoff und Eisen einzuarbeiten. Durch Einarbeitung einer geringen Menge Kohlenstoff wird die Zugfestigkeit wirksam verbessert, dadurch wird Jedoch die Tieftemperaturzähigkeit in einem großen Ausmaße verschlechtert und die Empfindlichkeit des Schweißmetalls gegen Hißbildung erhöht. Deshalb ist es erwünscht, daß der Kohlenstoffgehalt bis zu 0,2 % beträgt. Durch Eisen wird die Zmgfestigkeit etwas erhöht, es hat Jedoch die Neigung, die Tieftemperaturzähigkeit zu senken. Da Jedoch der Grad der Verringerung der TieftemperaturZähigkeit nicht beträchtlich ist, kann das Eisen in einer Menge bis zu 20 % eingearbeitet werden.

Wie oben beschrieben, können die erfindungsgemäßen Ziele in

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"befriedigender Weise dadurch erreicht werden, daß man ein übliches Flußmittel vom Kalk- oder Kalk-Titandioxyd-Typ verwendet. S¹Ur den lall, daß der Mangangehalt wie erfindungsgemäß in der Zusammensetzung auf Basis einer Nickellegierung erhöht wird, wird das Auftragsmetall weniger kompatibel mit dem Grundmetall und es besteht die Neigung, daß die Schlacke heißbrüchig (verbrannt) und in dem Auftragsmetall eingeschlossen wird, was dazu führt, daß die Verarbeitbarkeit beim Schweißen gewöhnlich verschlechtert wird. Dieser Nachteil kann jedoch erfindungsgemäß überwunden werden und es kann dem Schweißdraht auf Basis einer legierung mit hohem Mangan-Nickel-Gehalt eine gute Verarbeitbarkeit verliehen werden.

Das erfindungsgemäße Flußmittel enthält 10 bis 50 Gew.-% Oalciumcarbonat, 16 bis 50 Gew.-% Flußspat, 2 bis 20 Gew.-% Magnesiaklinker und bis zu 10 Gew.-% Rutil und ein besonders bevorzugtes Flußmittel ist ein solches, das Magnesiaklinker enthält und ein Verhältnis von Flupspat zu Calciumcarbonat innerhalb des Bereiches von 1 bis 1,5 aufweist. Bis zu 60 % der Bestandteile dieses Flußmittels können durch ein Metallpulver eines desoxydierenden Mittels, eines Legierungselementes oder dgl. ersetzt sein. Nachfolgend wird jeder der Bestandteile des Flußmittels näher beschrieben.

OaIciumcarbonat erhöht nicht nur die Basizität der Schlacke, sondern schirmt auch ein geschmolzenes Bad gegenüber der Luft durch *das beim Schweißen gebildete CO₂-GaS ab. Außerdem

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mm \ ^. ^mm

wird das beim Schweißen gebildete OaO in die Schlacke eingearbeitet und macht sie leicht brüchig» Deshalb wird es in einer Menge von 10 bis 50 % eingearbeitet. Bei einem OaIciumcarbonatgehalt von weniger als 10 % ist es unmöglich, ein geschmolzenes Bad ausreichend abzuschirmen, was zur Bildung von Defekten, wie z.B. Gasblasen, führte Demgemäß ist ein derart niedriger Oalciumcarbonatgehalt nicht bevorzugt. Wenn der Oalciumcarbonatgehalt ^O % übersteigt, wird beim Schweißen eine übermäßige Menge an GOp-Gas gebildet und der Lichtbogen wird dadurch instabil. Demgemäß ist ein Calciumcarbonai&gehalt von mehr als 50 % nicht bevorzugte Galciumcarbonat weist zwar die vorstehend angegebenen wertvollen Effekte auf, das beim Schweißen daraus gebildete GaO hat Jedoch die Neigung, die Kompatibilität des Schweißmetalls zu beeinträchtigen. Deshalb muß es in einem geeigneten Verhältnis mit Flußspat gemischt. werden. Es wurde nun gefunden, daß die besten Ergebnisse erhalten werden, wenn das "Verhältnis von Flußspat zu Galciumcarbonat innerhalb des Bereiches von 1 bis 1,5 liegt. Natürlich ist es möglich, das Galciumcarbonat durch ein Erdalkalimetallcarbonat zu ersetzen.'

Flußspat verbessert die Kompatibilität des Schweißmetalls und die Abschäleigenschaften der Schlacke. Es wird in einer Menge von 16 bis 60 % eingearbeitet. Die gewünschten Effekte können bei einem Flußspatgehalt unterhalb 16 % nicht erzielt werden und bei einem Flußspatgehalt von mehr als 60 % wird

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der Lichtbogen instabile Deshalb ist es bevorzugt, den Flußspatgehalt innerhalb des oben angegebenen Bereiches einzustellen. Flußspat kann durch Uatriumfluorid, Kaliumfluorid, Kaliumsilicofluorid, Hatriumsilicofluorid·, AIuminiumf luorid oder ein anderes. JTuorid ersetzt werden.

Magnesiaklinker stabilisiert den Lichtbogen und macht das Überzugsmaterial feuerbeständig unter Bildung eines starken üb er zug s zylinder s. Er wird deshalb in einer Menge von 2 bis 20 % zugegeben. Bei einem Magnesiaklinkergehalt unterhalb 2 % können diese Effekte nicht erzielt werden und die Abschäleigenschaften der Schlacke werden verschlechtert. Deshalb ist ein derart niedriger Magnesiaklinkergehalt nicht bevorzugt.

Ein Flußmittel der Zusammensetzung der oben angegebenen Bestandteile allein kann einen Schweißdraht mit einer guten Verarbeitbarkeit ergeben, Jedoch können die Schlackenabschäleigenschaften und die Lichtbogenstabilität weiter verbessert werden durch Zugabe von bis zu 10 % Rutil. Wenn Rutil, in einer Menge von mehr als 10 % eingearbeitet wird, wird.die Viskosität der Schlacke erhöht und das Aussehen der Schweißnaht (Schweißraupe) wird ungleichmäßig. Deshalb ist ein derart hoher Rutilgehalt nicht bevorzugt«

Um dem Auftragsmetall (abgelagerten Metall) die erforderliche Zusammensetzung an Legierungselementen zu verleihen, ist es möglich, bis zu 60 % der Bestandteile des erfindungsge»

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gemäßen flußmittels durch Metallpulver zu ersetzen. Wenn jedoch die Menge des Metallpulvers 60 % übersteigt, wird die Verarbeitbarkeit beim Schweißen schlecht und die Ziele· können dadurch nicht erreicht, werden.

Wachfolgend wird eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schweißwerkstoffes unter Bezugnahme auf einen Schweißdraht kurz beschrieben. Die Ausgangsmaterialien jedes Bestandteils, der ein Beschichtungsmaterial des Kalk- oder Kalk-Titandioxyd-Typs aufbaut,. welche die obigen Legierungskomponenten enthalten, werden mit Hilfe von Wasserglas (einer wäßrigen Lösung einer Mischung von Uatriumsilicat und Kaliumsilikat, 10 bis 20 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Beschichtungsmaterials) gemischt und das erhaltene Beschichtungsmaterial wird auf die Peripherie eines Kerndrahtes in einer Menge von 25 bis 4-5 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schweißdrahtes, aufgetragen und anschließend wird das Ganze bei 200 bis 25O⁰O getrocknet. Dieses Verfahren ist somit nicht^sehr verschieden von dem üblichen Verfahren zur Herstellung eines Schweißdrahtes·

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel

j Schwe_ißw£rkstoff<5S_(;2)_

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(a) Chemische Zusammensetzung des Kerndrahtes in %

G Mn Si P S Cr Fb Fe Hi 0*05 10,2 0,42 0,005 0,006 18,5 6,0 11,5" Rest ("b) Mischungsverhältnisse der Bestandteile des Beschichtungsmaterials

Calciumcarbonat = 40 %, Flußspat = 53 %," Rutil = 5 %, Ferrosilicium = 2 % (Siliciumgehalt »' 50 %).

(c) Bindemittel

wäßrige Lösung einer Mischung von Natriumsilicat und Kaliumsilicat (SG 1,40).

(d) Bedeckungsverhältnis des Beschichtungsmaterials

25 %, "bezogen auf das Gesamtgewicht des Schweißdrahtes,

Zusammensetzung des_ Schw^ißwerkstoffe,s_(2)_

(a) Chemische Zusammensetzung des Kerndrahtes in % C Mn Si P S Cr Fb Fe Ni

0,06 1,2 0,55 0,04 0,006 14,0 1,5 7,3 Rest'

(b) Mischungsverhältnisse der Bestandteile des Beschichtungsmaterials

Calciumcarbonat = 28 %, Flußspat = 31 %, Rutil = 2 %, Magnesiaklinker = 4 %, metallisches Mangan =15 %y Ferronioh = 20 % (Niobgehalt = 70 %).

(c) Bindemittel.

wäßrige Lösung einer Mischung von Natriumsilikat und Kaliumsilikat (SG 1,40)

(d) Bedeckungsverhältnis des Beschichtungsmaterials

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40 %, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schweißdrahtes

Zusammensetzung desi Schweißwerkstoffss_(^)_

(a) Zusammensetzung der Stabfüllung in % C Mn Si P S Or Nb Pe Ni 0,10 7,0 0,7 0,05 0,04 14,0 6,0 10 Rest Die obigen drei Schweißwerkstoffe (die Schweißwerkstoffe der Zusammensetzungen (1) und (2) waren für das Lichtbogenschweißen unter Verwendung einer beschichteten Elektrode bestimmt und der Schweißwerkstoff der Zusammensetzung (3) des Füllstabes war für das Mig-Schweißen bestimmt) und ein handelsüblicher Schweißdraht auf Basis einer Nickellegierung mit einer Zusammensetzung entsprechend derjenigen von, ENi* Cr-Pe 3 wurden einem Zugtest, einem Schlagtest und einem chemischen Analysetest hinsichtlich des geschweißten Auftragsmetalls unterzogen. Außerdem wurden der Zugtest und der Schlagtest mit dem Schweißmetall in der Schweißzone eines 9 %-Nickelstahls durchgeführt. Die dabei erhaltenen Ergebnisse waren folgende:

1.) Chemische Zusammensetzung des gesamten Auftragsmetalls (niedergeschlagenen Metalls):

Eine Probe wurde gemäß AWS Δ511 gesammelt und es wurde eine chemische Analyse durchgeführt, wobei die folgenden Ergebnisse erhalten wurden:

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'Erfindungsgemäßer

C Mn Si P S Cr ETd Fe

0,05 9,17 0,40 0,004 0,006 16,8 5,40 10,94'

Erfindungsgemäßer

C Mn Si . P S Cr Nb Pe 0,06 5,88 0,33 0,004 0,005 12,6 4,71 -8,66

Erfindungsgemäßer Schweißdraht_(3)_

C Mn Si P S Cr Nb Fe 0,09 6,80 0,65 0,004 0,006 13,5 5,8 9,7

Handelsüblicher Schweißdraht_auf_Basis_einer_Nickell_iegierung_

C Mn Si P S Cr Nb Fe 0,03 6,82 0,52 0,005 0,004 13,5 1,72 9,20

2.) Mechanische Eigenschaften des Auftragsmetalls (des abgelagerten Metalls):

Das Schweißen wurde gemäß JIS Z 3221 durchgeführt und gemäß JIS A Nr. 1 wurden Zugtestproben und gemäß JIS Nr. 4 wurden Schlagtestproben entnommen. Der Zugtest wurde bei Raumtemperatur und der Schlagtest wurde bei -196 C durchgeführt»

Wie aus den in der folgenden Tabelle I angegebenen Testergebnissen hervorgeht, wies das Auftragsmetall bei den erfindungsgemäßen Üchweißdrähten eine Zugfestigkeit und Duktilität auf, die mit derjenigen eines 9 % Nickel-Stahls vergleichbar war, während die Tieftemperaturzähigkeit gleichzeitig

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ausreichend war.

Tabelle I

Zugfestig-o Dehnung Kerbschlagkeit(kg/mm ) (%) Zähigkeit bei -196^öC(ke;'m)

erfindungsgemäßer
Schweißdraht (1)

erfindungsgemäßer
Schweißdraht (2)

erfindungsgemäßer .
Schweißdraht (3)

handelsüblicher
Schweißdraht auf Basis einer Nickellegierung

9 % Ni-Stahl-Standard

79,1

80,3

79,6

63,1

70,3-84,4

41 38 38

43 > 22

6,1

5,7

6,5

8,0

3.) Mechanische Eigenschaften des Schweißmetalls in der Schweißzone des 9 %-Nickelstahls.

Ein 9 % Nickelstahl, spezifiziert in ASTM A 553-65T (QT-Stahl) wurde einer Schlitzverschweißung unterworfen und es wurden die mechanischen Eigenschaften des Schweißmetalles, verdünnt mit dem Grundmetall, bestimmt. Zwei Bleche einer Dicke von 20 mm, einer Länge von 250 mm und einer Breite von 200 mm wurden zu einer Lasche miteinander verschweißt (butt joint) unter Bildung einer Testprobe. Die Nutenverschweißungsbedingungen waren folgende: ein Nutwinkel von 60°, eine Wurzel von 0,5 nun und ein Wurzelabstand von 1 mm. Die Oberflächenseite wurde metallverschweißt und dann wurde die Meißelung (chipping) der Rückseite durchgeführt und dann wurde auf der Rückseite eine Einschichtenschweißung

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durchgeführt.

In einer Richtung parallel zur Schweißrichtung wurden Zugtestproben (D : 8 /5 G.L 50 mm) entnommen. Die Schlagtestproben wurden gemäß JIS Z 3III (Probe Nr. 4) entnommen. Der Zugtest wurde bei Raumtemperatur durchgeführt und der Schlagtest wurde bei -196°C durchgeführt.

Wie aus den in der folgenden Tabelle II angegebenen Testergebnissen hervorgeht, wies das Schweißmetall der erfindungsgemäßen Schweißdrähte eine Zugfestigkeit auf, die mit derjenigen des Grundmetalls vergleichbar war und sie wiesen außerdem eine ausreichende Tieftemperaturzähigkeit auf.

Tabelle II

Zugfestie- ρ Dehnung Kerbschlagkeit (kg/mm-) » (%) Zähigkeit bei _ -196^gC(kg-m)

erfindungsgemäßer Schweißdraht (1)

erfindungsgemäßer Schweißdraht (2)

erfindungsgemäßer Schweißdraht (3)

handelsüblicher Schweißdraht auf Basis einer Nickellegierung

9 % Nickelstahl-Standard

Pat ent ansprüche:

77,6	42	6,3
78,5	39	5,9
76,3	38	6,0
61,3	43	9,5
70,3 - 84,4	>22	> 3,5

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Claims

Patent an Sprüche

1. Schweißwerkstoff für Superniedertemperaturstähle, dadurch gekennzeichnet, daß er besteht aus bis zu 0,2 % 'Kohlenstoff, 5 bis 12 % Mangan, bis zu 30 % Chrom, M- bis 8 % Niob, bis zu 22 % Eisen und bis zu 1,5 % Silicium, zum Rest im wesentlichen aus Nickel»

2ο Schweißwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge an als Verunreinigung enthaltenem Phosphor und Schwefel jeweils bis zu 0,1 % beträgt.

3. Schweißwerkstoff für Superniedertemperaturstahle, dadurch gekennzeichnet, daß er durch integrale Kombination eines legierungsbildenden Materials mit einem Flußmittel des Kalk- oder Kalk-Titandioxyd-Typs gebildet wird, wobei das legierungsbildende Material aus bis zu 0,2 % Kohlenstoff, 5 bis 12 % Mangan, bis zu 30 % Chrom, 4 bis 8 % Mob, bis zu 22 % Eisen und bis zu 1,5 % Silicium, zum Rest im wesentlichen aus Nickel besteht.

4·. Schweißwerkstoff nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Flußmittel 10 bis 50 % Calciumcarbonat, 16 bis 50 % Flußspat, 2 bis 20 % Magnesiaklinker und bis zu 10 % Rutil enthält, wobei das Verhältnis von Flußspat zu Calciumcarbonat innerhalb des Bereiches von 1 bis 1,5 liegt.

5. Schweißwerkstoff nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

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daß bis zu 60 % des Flußmittels des Kalk- oder Kalk-Titandioxyd-Typs durch Metallpulver eines desoxydierenden Mittels, ein Legierungselement oder dgl. ersetzt sind.

6. Schweißwerkstoff für Superniedertemperaturstähle, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem integramombinierten Körper aus einem metallbildenden Material und einem Flußmittel des Kalk- oder Kalk-Titandioxyd-Typs besteht, wobei das metallbildende Material besteht aus bis zu 0,2 % Kohlenstoff, bis zu 12 % Mangan, bis" zu 30 % Chrom, bis zu 8 % Niob und bis zu 1,5 % Silicium, zum Rest im wesentlichen aus Nickel, und wobei das Flußmittel bis zu 1,6% Kohlenstoff, bis zu 55 % Mangan, bis zu 60 % Chrom, bis zu 24 % Niob und bis zu 10 % Silicium enthält, wobei alle in dem metallbildenden Material und in dem Flußmittel enthaltenen Elemente so aufeinander abgestimmt sind, daß die Zusammensetzung, bezogen auf das metallbildende Material, bis zu 0,2 % Kohlenstoff, 5 bis 12 % Mangan, bis zu 30 % Chrom, 4 bis 8 % Niob, bis zu 22 % Eisen und bis zu 1,5 % Si- . licium enthält.

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