DE2525395C3

DE2525395C3 - Verwendung eines Stahles für Gegenstände, die mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60000 J/cm geschweißt werden

Info

Publication number: DE2525395C3
Application number: DE2525395A
Authority: DE
Inventors: Tokushi Ichihara Funakoshi; Syuzo Chiba Ueda
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1974-06-08
Filing date: 1975-06-06
Publication date: 1982-12-23
Also published as: SE7506002L; US4025368A; GB1504536A; JPS5531819B2; SE423554B; DE2525395B2; JPS50155418A; SE423554C; NL7506650A; FR2273880B1; FR2273880A1; DE2525395A1

Description

In jüngerer Zeit sind Schweißverfahren zum Herstellen von großdimensionierten Konstruktionen, wie von Schiffen, Brücken, Druckgefäßen, Druckrohren oder dergl., als automatische Schweißverfahren entwickelt worden, die unter Zufuhr sehr großer Wärmemengen zur Schweißstelle arbeiten. Zu diesen Schweißverfahren zählen das einseitige Unterpulverschweißen, das Elektrogas-Bogenschweißen und das Elektroschlackeschweißen.

Übliche Konstruktionsstähle sind für Schweißungen mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm nicht geeignet, da sie in ihren von der Schweißwärme beaufschlagten Bereichen ein versprödetes Gefüge aufweisen, welches zur Rißbildung neigt. Diese Überhitzungsgefüge zeichnen sich durch ein voreutektoides Ferrit-Netzwerk aus.

Aus E. Houdremont »Handbuch der Sonderstahlkunde«, 2. Band, 1956, S. 1465 ist es bekannt, daß Borzusätze eine Verzögerung der Ausbildung eines solchen voreutektoiden Ferrit-Netzwerkes zur Folge haben. Die auf eine derart erzielte Bildungsverzögerung des voreutektoiden Ferrit-Netzwerkes zurückgehenden Zähigkeitssteigerungen sind jedoch nur sehr gering und keinesfalls ausreichendem in überhitzten Schweißgefü gen ausreichende Zähigkeitseigenschaften zu gewährleisten. Aus »Stahl und Eisen«, 93. Jahrgang, 1973, S. 354/355 ist es bekannt, daß durch Zusätze an Seltenen Erden die Zähigkeit und Warmrißbeständigkeit geschweißter Stähle verbessert werden kann, weil durch solche Zusätze das Ausbilaen schädlicher, niedrigschmelzender Korngrenzentilme verhindert wird. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sich durch Zusätze an Seltenen Erden zu herkömmlichen Stahlen keinesfalls Zähigkeitssteigerungen erreichen lassen, die den Anforderungen gerecht werden, die an Konstruktionsteile gestellt werden, die unter großer Wärmezufuhr mit

ίο modernsten Verfahren verschweißt worder, sind.

Aus der US-PS 28 23 992 ist ein Stahl bekannt, der neben den üblichen Legierungselementen auch Gehalte an Bor und Seltenen Erden aufweist. Untersuchungen haben jedoch erbracht, daß dieser bekannte Stahl

is unzureichende Zähigkeitseigenschaften aufweist, die sich im Grunde nicht von Ergebnissen unterscheiden, die an Stählen gewonnen wurden, welche weder Bor noch Seltene Erden enthielten.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde,

:o einen Stahlwerkstoff anzugeben, der für das Herstellen von verschweißten Konstruktionsteilen unter großer Wärmezufuhr geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 autgeführten Merkmale gelöst.

Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß nunmehr Stahlzusammensetzungen benannt worden sind, die ohne Versprödungen im von einer besonders großen Schweißwärme beaufschlagten Bereich mitein-

jo ander verschweißt werden können. Die als geeignet aufgefundenen Stähle zeichnen sich dadurch aus, daß gleichzeitig Bor und Seltenerdmetalle in sehr engen Gehaltsgrenzen vorhanden sein müssen, da nur durch die im Anspruch 1 aufgeführten Gehaltsbereiche die

J5 überraschend hohen Zähigkeitseigenschaften im überhitzten Gefüge zu erreichen sind. Durch Kombination von Bor und Seltenerdmetall innerhalb der angegebenen engen Gehaltsgrenzen werden in den erfindungsgemäß zur Verwendung vorgeschlagenen Stählen feine Ferrit-Perlit-Gefüge hervorgerufen, bei welchen die Ausbildung feiner Ferrit-Körner im Inneren des Austenitkorns gefördert ist.

Weitere bevorzugte Stahlzusammensetzungen für den in Rede stehenden Zweck sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden die angegebenen Gehaltsbereiche der erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle kurz diskutiert.

Der Kohlenstoffgehalt ist auf 0,03 bis 0,22% begrenzt.

Der untere Grenzgehalt von 0,03% Kohlenstoff ist im Hinblick auf die Festigkeit eines derartigen Konstruktionsstahls erforderlich und außerdem ist solch ein unterer Grenzgehalt im Hinblick auf die Stahlerzeugung erforderlich. Der obere Grenzgehalt ist im Hinblick auf das Härtungsvermögen der Schweißung und auf die Anfälligkeit für Schweißrisse auf 0,22% Kohlenstoff festgelegt. Der am meisten bevorzugte Bereich liegt zwischen 0,05 und 0,18% C.

Silicium ist in einer Menge von nicht weniger als 0,02% mit Rücksicht auf die Erzeugung des Stahls erforderlich und eine Menge von bis zu 0,8% Si kann zugesetzt werden, um eine geeigente Festigkeit zu erzielen. Übersteigt der Siliciumgehalt jedoch 0,8%, so wird die Zähigkeit des Grundmaterials beträchtlich

tr, verringert. Demzufolge ist der Siliciumgehalt auf 0.02 bis 0,8% und vorzugsweise auf 0,15 bis 0,4% festgelegt.

Mangan ist in Mengen von nicht weniger als 0,4% erforderlich, um dem Grundmetall die Duktilität und

Festigkeit zu erteilen, wohingegen Mangangehalt von mehr als 2,0% zu einer beträchtlichen Festigkeitserhöhung der Schweißung führen. Demzufolge ist der Mangangehalt auf 0,4 bis 2,0% begrenzt. Der bevorzugte Bereich beträgt im Hinblick auf die Zähigkeit der Schweißnaht beim Schweißen mit großer Wärmezufuhr 0,7 bis 1,7% Mn. Gemeinschaftlich mit Bor vorliegendes Seltenerdmetall führt zu einer beträchtlichen Steigerung der Zähigkeit der mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000 J/cm niedergebrachten Schweißverbindung. Liegt der Seltenerdmetallanteil jedoch unterhalb von 0,005%, so wird diese Wirkung nicht mit Sicherheit erreicht, während bei einem Seltenerdmetallgehalt von mehr als 0,1% die Zähigkeit des Grundmetalls beeinträchtigt wird, weshalb der Seltenerdmetallanteil auf 0,005 bis 0,1 % festgelegt ist.

Bor führt zu einer beträchtlichen Steigerung der Zähigkeit der mit großer Wärmezufuhr niedergebrachten Schweißung bei gemeinschaftlichem Vorliegen mit Seltenerdmetall, wobei sich das Bor jedoch bei Gehalten von weniger als 0,0005% nicht merklich auswirkt, wohingegen durch Borgehalte von mehr als 0,01% die Zähigkeit des Grundmaterials beträchtlich beeinträchtigt wird. Demzufolge ist der Borgehalt auf 0,0005 bis 0,01% festgelegt. Ist ein Seltenerdmetallanteil von 0,01 bis 0,05% und ein Borgehalt von 0,001 bis 0,005% vorhanden, so wird eine besonders ausgezeichnete Zähigkeit der mit großer Wärmezufuhr niedergebrachten Schweißung erzielt.

Im folgenden werden die Gründe dargelegt, aus welchen die Wahlkomponenten in der oben angegebenen Weise begrenzt sind.

Niob und Vanadium sind zur Steigerung der Festigkeit des Grundmetalls von besonderer Bedeutung. Ihre vorteilhafte Wirkung stellt sich bei Anteilsmengen von nicht mehr als 0,1% ein, wohingegen bei Gehalten an Niob und Vanadium von mehr als 0,1% die Schlagzähigkeit des Grundmaterials beeinträchtigt und die Anfälligkeit für Schweißrisse vergrößert wird, weshalb Gehalt von mehr als 0,1% für Niob und Vanadium nicht empfehlenswert sind.

Werden solche für ein Schweißen mit hoher Wärmezufuhr bestimmte Stähle geschweißt, so erfolgt trotzdem an Teilen des Grundmetalls eine Schweißung mit nur geringer Wärmezufuhr, weshalb es anzustreben ist, daß der Stahl auch eine ausgezeichnete Schweißbarkeit bei nur geringer Wärmezufuhr besitzt. Der Zusatz von nicht mehr als 0,1% an Niob oder Vanadium, vorzugsweise von nicht mehr als 0,03% Niob oder nicht mehr als 0,05% Vanadium, dient zur Verbesserung im Hinblick auf das Auftreten von Schweißrissen bei Schweißungen mit geringer Wärmezufuhr von etwa 15 000 bis 20 000 J/cm.

Kupfer trägt auch zur Steigerung der Festigkeu bei. Übersteigt der Kupfergehalt jedoch 0,5%, so wird die Anfälligkeit gegen das Auftreten von Schweißrissen größer, weswegen der Kupfergehalt auf nicht mehr als 0,5% und vorzugsweise auf nicht mehr als 0,3% begrenzt ist. In einer Menge von nicht mehr als 0,5% trägt Kupfer auch zur Verbesserung der Korrosionsbe- t ständigkeit des Stahls bei.

Nickel erhöht die Festigkeit und die Schlagzähigkeit des Grundmetalls, ist jedoch ein kostspieliges Element, weshalb der Nickelgehalt im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit dieser Stähle auf nicht mehr als 1,0% t beschränkt ist. Im Hinblick auf die Härtbarkeit oder Härtung der mit einer geringen Wärmezufuhr niedergebrachten Schweißverbindung und im Hinblick auf die Anfälligkeit gegen da:; Auftreten von Schweißrissen ist der Nickelgehalt vorzugsweise auf nicht mehr als 0,6% begrenzt.

Chrom ist ein zur Steigerung der Festigkeit wirksames Element, führt jedoch zur Erhöhung der Schweißhärtung oder des Härtungsvermögens der Schweißung und der Anfälligkeit gegen das Auftreten von Schweißrissen, weshalb der Chromgehalt auf nicht mehr als 0,8% und vorzugsweise auf nicht mehr als 0,6% begrenzt ist.

Molybdän kann zur Steigerung der Festigkeit verwendet werden, führt jedoch zur Beeinträchtigung der Zähigkeit des Grundmetalls und der durch die Schweißhitze beaufschlagten Zone, weshalb der Molybdängehait auf nicht mehr als 0,5% und vorzugsweise auf nicht mehr als 0,1% begrenzt ist. Aluminium, insbesondere in Form eines säurelöslichen Aluminiums, ist wegen der Desoxydation und der Kornfeinung ein wirksames Element zur Erhöhung von Festigkeit und * Zähigkeit. Da diese Wirkung jedoch durch Gehalte von mehr als 0,1% nicht mehr zu steigern ist, ist der Aluminiumgehalt auf nicht mehr als 0,1 % beschränkt.

Titan ist nicht nur wegen der Desoxydation und der Kornfeinung wirksam zur Steigerung der Festigkeit, sondern erhöht auch die Duktilität der durch Wärme beaufschlagten Zone bei einer Schweißung mit kleiner Wärmezufuhr und verringert die Gerichtetheit der mechanischen Eigenschaften (insbesondere der beim Charpy-Versuch als shelf emergy bezeichneten Eigenschaft). Bei Titangehalten von mehr als 0,1% wird jedoch die Schlagzähigkeit des Grundmetalls beeinträchtigt, weshalb der Titangehalt auf nicht mehr als 0.1 und vorzugsweise nicht mehr als 0,04% begrenzt ist.

Zirkonium steigert die Festigkeit des Stahls und dient außerdem zur Verbesserung der Gestalt der im Stahl vorliegenden Sulfide sowie zur Verhinderung der Vergröberung der Kristallkörner. Übersteigt die Zirkoniummenge 0,1%, so wird die Schlagzähigkeit des Grundmetalls beträchtlich beeinträchtigt, weswegen der Gehalt an Zirkonium auf nicht mehr als 0,1 und vorzugsweise nicht mehr als 0,04% begrenzt ist.

Selen dient zur Erhöhung der Festigkeit des Stahls und zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Stahls. Liegen im Stahl jedoch Selenanteile von mehr als 0,1% vor, so wird die Schlagzähigkeit des Grundmetalls beträchtlich beeinträchtigt, weshalb der Selengehalt auf nicht mehr als 0,1 % begrenzt ist.

Im zu verwendenden Stahl können die bei der normalen Stahlerzeugung unvermeidbaren Verunreinigungen toleriert werden. Da durch Phosphor jedoch die Anfälligkeit der Schweißung gegen Warmrisse gesteigert wird, wolke der Phosphorgehalt nicht mehr als 0,035% betragen. Der Schwefelgehalt ist auf nicht mehr als 0,015 und vorzugsweise nicht mehr als 0,01% begrenzt, da durch höhere Schwefelgehalte die durch Seltenerdmetail und Bor erzielte verbesserte Zähigkeit der durch die Schweißhitze beaufschlagten Zone bei einer mit großer Wärmezufuhr durchgeführten Schweißung vermindert wird. Außerdem wird durch Schwefel ein großer Anteil an Einschlüssen im Stahl verursacht und werden die inneren Eigenschaften des Stahles beeinträchtigt.

r*ie Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 den Einfluß von Seltenerd- bzw. Borgehalten auf die Kerbzähigkeit von jeweils mit einer Wärmezufuhr von 230 000 J/cm erzeugten Schweißverbindungen.

F i g. 3 den Verlauf der Temperatur über die Zeit bei der mit einer Wärmezufuhr von 230 000 J/cm erzeugten Schweißung und

Fig.4 und 5 Abbildungen des Feingefüges von mit einer Wärmezufuhr von 230 000 J/cm erzeugten Schweißverbindungen sowie von solchen, die während der Abkühlung von einer Temperatur von 640⁰C abgeschreckt worden waren. Dabei betreffen die Fig.4a und 5a das Gefüge eines sowohl bor- als auch seltenerdmetallfreien Gefüges, die Fig. 4b und 5b das Gefüge eines borhaltigen Stahls, die F i g. 4c und 5c das Gefüge eines seltenerdmetallhaltigen Stahls und die F i g. 4d und 5d das Gefüge eines Bor- und Seltenerdmetall enthaltenden Stahls.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne daß die Erfindung auf dieselben beschränkt wäre.

Beispiel 1

Die chemischen Zusammensetzungen der untersuchten warmgewalzten Stahlplatten sind in der folgenden Tafel 1 zusammengestellt. Die Prüfung der Zähigkeit der mit Hilfe einer Einschichtschweißung mit einer Wärmezufuhr von 230 000 J/cm hergestellten Schweißverbindungen wurde nicht nur an einer tatsächlichen Schweißverbindung, sondern auch an einer synthetischen Probe während des Temperaturzyklus-Wiedergabetestes vorgenommen.

Taiei 1

Chemische Zusammensetzung der verwendeten Stahlplatten: (I) (Gew.-%)

Probenbezeichnung

Si

Mn

S.E.M.*) B
gesamt

Erfindungsgemiiß zu verwendender Stahl

Vergleichsstahl

Herkömmlicher Stahl
~) S.E.M.: Seitenerdmetaü.

A	0,11	0,27	1,43	0,014	0,004	0,025	0,0015
B	0,12	0,27	1,51	0.013	0,004	0,027	0,0023
C	0,08	0,26	1,46	0,014	0,005	0,028	0,0026
D	0,12	0,25	1,46	0,014	0,003	0,028	0,0033
E	0,12	0,26	1,48	0,015	0,006	0,028	0,0040
F	0,14	0,31	1,45	0,014	0,006	0,026	0,0073
G	0,11	0,27	1,45	0,014	0,004	0,009	0,0026
H	0,10	0,26	1,46	0,014	0,005	0,052	0,0027
I	0,15	0,23	1,51	0,013	0,006	0,084	0,0025
J	0,13	0,30	1,62	0,016	0.007	-	0,0026
K	0,13	0,32	1,55	0,012	0,005	0,115	0,0028
L	0,12	0,26	1,48	0,014	0,004	0,027	-
M	0,14	0,23	1,51	0,013	0,006	0,026	0,012
N	0,13	0,28	1,49	0,016	0,005	-	-

Die mechanischen Eigenschaften des Grundmetalls und die absorbierte Energie (Eo) sowie die Umwandlungsoder Übergangstemperatur (vTrs) beim Kerbschlag-Versuch mit V-förmig gekerbten Charpy-Proben der Schweißverbindung sind in der folgenden Tafel 2 zusammengestellt.

Tafel 2

Mechanische Eigenschaften des Grundmetalls und der Schweißverbindung (1)

	Proben	Grundmetall-Platte	den Zugversuch	Zugfestig	gemäß	Schlagprobe	Bei 230000 J/cm
	bezeich		jap. Industrienorm Nr. 4	keit		gemäß jap.	Wärmezufuhr
	nung	Probe für		Kg/mm²		Industrienorm	erzeugte Schweiß
				47,1		Nr. 4	verbindung
			47,8
			42,2			Schlagprobe gemäß
		Streck	47.6	Dehnune	Eo vTrs	jap. Industrienorm
		grenze		(GL = 25)		Nr. 4 '
		Kg/mrrr		%	mKg C	Eo vTrs
		31,5	35	30,0 -36
		32,4	35	30,0 -45	mKg X
Erfindungsgemäß zu ver	A	27,7	38	30,0 -64	4,0 16
wendenden Stahl	B	30.4	?4	28.0 -37	30,0 -40
	C			30,0 -49
	D			30.0 -44

Forlscl/iiim

I'robenhezeich-IHi ng

!■rfinrlungsgpiTuiU zu ver	E
wendenden Stahl	F
	G
	H
	I
Vergleichsstahl	J
	K
	L
	M
Herkömmlicher Stahl	N

(irundme	Ulli-Platte	Zugfestig	gemäß	Sehlagprobe	vTr.s	lici 230000 J/cm
		keit		gemäß jap.		Wärmezufuhr
Probe Hiι	den Zugversuch	Kg/mm"		Industrienorm	C	erzeugte Schweiß
jap. Industrienorm Nr. 4	47,0		Nr. 4	-23	verbindung
	50,4			-10
	47,1			-49	Sclilagprobe gemäß
	45,5	Dehnung	Im	-30	jap. Industrie-norm
	52,8	(GL = 25)		-12	Nr. 4
Streck	48,7	%	niKg	-23	Eo vTrx
grenze	49,0	11	25,3	25
Kg/mnr	49,4	34	14,5	-29	mKy C
30,8	51,0	35	30,0	33	30,0 -21
32,4	52,2	36	30,0	5	10,0 0
31,8		33	13,5	13,8 - 8
28,9		32	20,0	25,0 -34
34,3	33	2,8	17,3 -25
29,4	38	26,8	1,8 47
32,8	34	3,2	3,4 30
33,9	36	9,2	1,6 52
33,1			2,5 28
34,5			1.2 63

Die Beziehungen zwischen den Gehalten an Seitenerdmetall bzw. Bor und der Übergangs- oder Umwandlungstf mperatur (vTrs)smd in den Fig. 1 bzw. 2 anhand der entsprechenden Proben aus den Tafeln 1 und 2 dargestellt.

Die Vergleichsstähle ] und L unterscheiden sich vom erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl dadurch, daß sie kein Seltenerdmetall bzw. kein Bor enthalten. Bei diesen Vergleichsstählen, die entweder kein Seltenerdmetall oder kein Bor enthalten, ist die Zähigkeit der beim Schweißen mit großer Wärmezufuhr erzeugten Schweißverbindung beachtlich niedrig, so daß sich diese Vergleichsstähle nicht wesentlich von dem herkömmlichen Stahl gemäß Probe N unterscheiden, der im Stand der Technik sehr häufig verwendet wird. Demgegenüber zeigen diejenigen Stähle, welche sowohl Seltenerdmetall als auch Bor enthalten, eine beträchtliche Steigerung der mit einer großen Wärmezufuhr erzeugten Schweißverbindung, was insbesondere dann zu beobachten ist, wenn 0,001 bis 0,005% Bor und 0,01 bis 0,05% Seltenerdmetall nebeneinander vorliegen, da bei einer solchen Zusammensetzung die günstigsten Ergebnisse erzielt werden.

In Fig.4 sind Abbildungen des Feingefüges der Schweißverbindungen bei 10Of acher Vergrößerung dargestellt, welche erhalten wurden, nachdem der herkömmliche Stahl (N), der lediglich Bor enthaltende Vergleichsstahl (J), der lediglich Seltenerdmetall enthaltende Vergleichsstahl (L) und der sowohl Bor als auch Seltenerdmetall enthaltende Stahl (B) einer Wärmebehandlung, entsprechend einer Wärmezufuhr von 230 000 J/cm, gemäß F i g. 3, unterworfen worden war. Zur Klärung der Ferritbildung sind in F i g. 5 Abbildungen von Feingefügen dargestellt, welche während des Abkühlens bei der genannten Wärmebehandlung durch Abschrecken von 640° C erhalten wurden.

Aus dem Vergleich der F i g. 5a und 5b geht hervor, daß der Zusatz von Bor dazu führt, daß eine große Ferritmenge inselförmig in Austenitkörnern ausgeschieden wird. Demgegenüber ist bei dem einer Schweißung mit großer Wärmezufuhr entsprechenden Gefüge gemäß F i g. 4b ein Großteil durch Widmannstättensches Ferritgefüge und oberes Bainitgefüge eingenommen, wodurch die Zähigkeit bei niedriger Temperatur schlecht ist.

Andererseits ergibt sich aus dem Vergleich der F i g. 5a und 5c, daß das Seltenerdmetall die Wirkung hat, Widmannstättensches Ferritgefüge unabhängig von den Korngrenzen in Austenitkörnern zu bilden und die Menge gebildeten Ferrits zu erhöhen. Das der einer Schweißverbindung bei Schweißung mit hoher Wärmezufuhr entsprechende Gefüge bleibt jedoch nicht im im Hinblick auf die Zähigkeit ungünstigen oberen Bainitbereich, wie im Falle des Borzusatzes, sondern wird zu einem groben Widmannstättenschen Ferritgefüge mit der Folge, daß die Kerbzähigkeit bei niedriger Temperatur schlecht ist

Beim Zusatz von sowohl Bor als auch Seltenerdmetall, wie in F i g. 5d dargestellt, wird eine größere Menge an feinem inselförmigen Ferrit in Austenitkörnern gebildet als im Falle des Zusatzes von lediglich Bor gemäß F i g. 5b. Das der Schweißverbindung beim Schweißen mit hoher Wärmezufuhr entsprechende Gefüge wird zu dem in Fig.4d dargestellten feinen Ferrit-Perlit-Gefüge mit ausgezeichneter Zähigkeit.

Es wird angenommen, daß das einer Schweißverbindung durch Schweißen mit hoher Wärmezufuhr entsprechende Gefüge dank dem Einfluß des Bors auf die Ausbildung feinen inselförmigen Ferrits in Austenitkörnern und dank des Einflusses des Seltenerdmetalls in Richtung auf Förderung der Ferritausbildung ein Mischgefüge aus feinem Ferrit und Perlit ist, welches sich durch eine ausgezeichnete Zähigkeit auszeichnet.

Die komplexe Wirkungsweise von Bor und Seltenerdmetall ist durch die Erfinder gefunden worden und es ist als sehr vorteilhaft anzusehen, daß diese neue Lehre auf schweißbare Stähle für ein Schweißen mit hoher Wärmezufuhr angewandt wird.

	25 25 395	I₁Tb₁Dy₁Ho,	Proben	Proben	10	gemacht	ist, sind ir	■">	Mn	P	0,03	0,04	Proben- Grundmetall	Probe fur	den Zugversuch	Zugfestig	Cu N	0	gemäß	i Cr	21	0,.	21	S	η	0,18	den	von den Wahlkom-	Ti	jap. Industrienorm Nr. 4	vTrs	0,0024	Zr	ΛΙ	gemäß	vTrs
9		Mischungen	bezeichnung	bezeichnung		und 3B zusammengestellt.				- -		bezeichnung		jap. Industrienorm Nr. 4	keit	_ _			_	-			-		blgenden Tafeln 3A	_			0,0022	_		jap. Industrienorm
Im Rahmen der Erfindung sind unter Seltenerdmetall	allgemeinen		Erfindungsgemäß zu ver- O			1,45	0,014	-				Kg/mm²	-			-	-		0,006	-			-	Eo	C	0,0025	-	0,035	Nr. 4	C
die Elemente La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gc	Mischmetall verwendet, welches aus einer Mischung	Erfindungsgemäß zu ver- O	wendender Stahl ρ	von Seltenerdmetallen besteht.		1,48	0,012	-			Streck	51,0	0,17 0		Dehnung	-		0,004	-			-		-50	0,0015	-	-	Eo	-42
Er, Tm, Yb und Lu allein oder in Form von	Tafel 3 A	wendender Stahl ρ	Q	Beispiele, bei welchen Gebrauch	Zusammensetzung des Grundnielalls	1,41	0,012		grenze	53,7	-		(GL = 25)	-		0,008	-			-	mKg	-40	0,0013	-	-		-30
zu verstehen. In der Praxis wird im	Q	R	ponenten	C Si	1,30	0,016	Kg/mm²	53,2	-		%		0,006		S.Ii.M		-	30,0	-35	0,0025	-	0,015	mKg	-25
R	S		1,45	0,017	Erfindungsgemäß O 33,8	57,6	-	35		0,005			.*) B	o,	27,0	-30	0,0025	017 -	0,031	30,0	-28
S	T	0,15 0,31	1,46	0,014	zu verwendender ρ 3s o	58,5	-	36		0,005			gesamt	-	25,0	-15	0,0030	0,03	-	25,0	-32
T	U	0,13 0,25	1,45	0,015	Stahl _Q ^₁	-	35		0,006			0,035	-	26,2		-	-	-	21,3
U	W	0,09 0,34	1,45	0,015	R 45,0	31	0,004			0,028	-	20,3			-	0,021	24,6
W	Herkömmlicher Stahl V	0,14 0,25	1,42	0,020	S 40,2	32	0,008	Schlagprobe gemäß		0,030						0,023	20,0
Herkömmlicher Stahl V	Tafel 3 B	0,14 0,18						0,017				Bei 230000
*) S.E.M. = Seltenerdmetall.		0,13 0,28				0,029
Tafel 3 A (Fortsetzung)		0,13 0,22	Zusammensetzung des Grundmetalls		0,013
	0,12 0,26	Nb V	Mo	0,026				Se
	0,13 0,36	_ _	_	0,032				_
		0,03	-	-		-
	0,04	-		-
	-
	-
-
-
0,03
-

J/cm
Wärmezufuhr
ei zeugte Soll wci ß-
verbindung
Schlagprobe

•ortset/unu

Proben- (irunilmeuill

he/eiclinung

ErfindungsgemäU T

zu verwendender \j

Stahl _w

Herkömmlicher V
Stahl

Probe für den /.ugver-iich gemiil.t i i|i. Industrienorm Nr-I Hei 2301)00 J/cm Wärmezufuhr erzeugte Schweißverbindung

Schlugprobe gemiiß Schkigprobe gemäß

jiip. Induslrienorm Nr. 4 jap. lndiislrienorm

Nr. 4

Streck	Zuglestig-	Dehnung	r.'n
grenze	keil	(CiL 25)
Kg/mm"	Kg/mm'		mkg
39,8	57.7	31	28,1
33,0	50,2	35	30,0
33,5	50,3	33	30,0
44,3	55,0	32	30,0

r.\	Eu	Γ/CV
	mKg	<
35	25,2	-28
40	30,0	-38
42	26,3	-30
52	2,3	53

Wie die Versuchsergebnisse zeigen, werden die durch gleichzeitiges Vorliegen von Bor und Seltenerdmetall innerhalb der genannten Grenzen erzielbaren günstigen Werte auch durch Gehalte an den genannten Wahlkomponenten nicht beeinträchtigt.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle gewährleisten eine ausgezeichente Zähigkeit der Schweißverbindung beim Schweißen mit großer Wärmezufuhr, ohne daß eine Beeinflussung durch die Wärmebehandlung der Grundplatte auftritt. Ein Beispiel ist der folgenden Tafel 4 zu entnehmen.

Tafel 4

Mechanische Eigenschaften des Grundmetalls und der Schweißverbindung (3)

Probenbezeichnung

Grundmetall

Zugprobe gemäß jap. Industrienorm

Nr. 4 Schlagprobe gemäß
jap. Industrienorm

Streck- Zugfestig- Deh- Eo vTrs

grenze keit nung

Kg/mm² Kg/mm² % mKg C

') Auf 920C gehalten, dann Abkühlung an Luft.

²) Auf 920 C gehalten, dann Abkühlung mit Wasser — auf 580 C gehalten, dann Abkühlung an Luft.

Bei 230000 J/cm Wärmezufuhr erzeugte Schweißverbindung

Schlagprobe gemäß jap. Industrienorm

Nr. 4

Eo

mKg

vTrs

Erfindungs- B gemäß zu ver wendender Stahl	warm gewalzter Stahl	32,4	47,8	35	30,0	-45	30,0	-40
	normalisier ter Stahl¹)	32,0	48.0	34	30,0	-60	28,2	-38
	vergüteter Stahl²)	48,0	62,3	33	22,8	-65	25,0	-40

Aus der vorstehenden Tafel ist ersichtlich, daß der warmgewalzte Stahl, der normalisierte Stahl und der vergütete Stahl über eine ausgezeichnete Zähigkeit der Schweißverbindung verfügen. Dabei fällt insbesondere auf, daß der aus dem gleichzeitigen Vorliegen von Seltenerdmetall und Bor resultierende Effekt im wesentlichen nicht durch die Vorbehanldung der Grundplatte beeinflußt wird. Dieses ist vorteilhaft wenn die Stahlplatte zur Erhöhung ihrer Festigkeit wärmebehandelt wird.

Sodann wurde die Zähigkeit der Schweißverbindung bei unterschiedlicher Wärmezufuhr ermittelt, was anhand des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls (B) und des herkömmlichen Stahls (N) erfoigie. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tafel 5 z'js'mmengcötellt.

Tafel 5

Beziehung zwischen Wärmezufuhr und Zähigkeit (mkg) bei O C

Erfindungsgemäß zu
verwendender Stahl

Herkömmlicher Stahl

Proben- 30000 60000 100000 230000

bezeichnung J/cm J/cm J/cm J/cm

10

Beim herkömmlichen Stahl N erniedrigt sich die Zähigkeit der Schweißverbindung mit steigender Wärmezufuhr, wohingegen beim Stahl B die Zähigkeit mit wachsender Wärmezufuhr immer weiter ansteigt, wobei dieser Effekt insbesondere bei Wärmezufuhren von mehr als 60 000 J/cm auftritt.

Tafel 6

	C	0,1	Mn	Si	B	P	S	Cr
Zusammensetzung gemäß US-PS 28 23 992	0,15 -0,35	0,2 -6	0,1 -0,75	(0,0005 -0,005)	S0,04	S0,04
Ausgewählte Zusammensetzung gemäß US-PS 28 23 992	0,25	1-1 -2	0,1 -0,75	(0,0005 -0,005)	S0,04	S0,04	0,3 1
Reststahl gemäß US-PS 28 23 992		2,04	0,65	0,013	0,003	0,96
Tafel 6 (Fortsetzung)	Mo
		Ni	Al	Seltene Größen
Zusammensetzung gemäß US-PS 28 23 992	0,3	»	-	0,0015 -0,5	WS5
Ausgewählte Zusammensetzung gemäß US-PS 28 23 992	0,2 1 1	-	0,0025 -0,5	W 0,3

Reststahl gemäß US-PS 28 23 992

0,64

1,15

0,0021 0,125

0,35

Tafel 7

Grundmetall

Bei 230 000 J/cm Wärmezufuhr
erzeugte Schweißverbindung

Versuchstemperatur 0 C

Teststahl gemäß US-PS 28 23 992 0,7*) kg · m

Erfindungsgemäß zu verwendende —30,0 kg · m Stähle gemäß Tafel 3 B

*) Durchschnittswert von zwei Proben.

+50 C
1,3*) kg · m

OC

0,6*) kg · m

-30,0 kg · m

+50 C
0,7*) kg · m

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß sich bei Verwendung des empfohlenen Stahls für ein automatisches Schweißen mit hoher Wärmezufuhr, wie solches bei der Errichtung von Bauteilen mit großen Abmessungen häufig verwendet wird, Beeinträchtigungen der Zähigkeit der Schweißverbindung oder

Schweißnaht vermeiden lassen, was selbst dann der Fall ist, wenn die Schweißung einschichtig niedergebracht wird. Somit kann durch die erfindungsgemäße Verwendung die Anzahl der erforderlichen Schweißungen beträchtlich erniedrigt werden und kann die Schweißeffizienz in kostensenkender Weise verbessert werden.

Hier/u 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung eines Stahls, bestehend aus 0,03 bis 0,22% Kohlenstoff, 0,02 bis 0,8% Silicium und 0,4 bis 2,0% Mangan, sowie 0,005 bis 0,1% Seltene Erden und 0,0005 bis 0,01% Bor, Rest im wesentlichen Eisen, als Werkstoff für Gegenstände, die mit einer Wärmezufuhr von mehr als 60 000J/cm bei der Einzellagenschweißung zur Schweißstelle geschweißt werden und in der Schweißverbindung eine Kerbschlagzähigkeit (2 mm V-Kerbe-Charpy-Probe) von wenigstens 4 kpm bei O⁰C sowie eine Übergangstemperatur von wenigstens 16° C erfordern.

2. Verwendung eines Stahls, der zusätzlich zu den in Anspruch 1 genannten Komponenten wenigstens einen der folgenden Gehalte aufweist: max. 0,1% Niob, max. 0,1% Vanadium, max. 0,5% Kupfer, max. 1,0% Nickel, max. 0,8% Chrom, max. 0,5% Molybdän, max. 0,1% Selen, max. 0,1% Aluminium, max. 0,1% Titan und max. 0,1% Zirkonium für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Stahls, bestehend aus 0,05 bis 0,18% Kohlenstoff, 0,15 bis 0,4% Silicium und 0,7 bis 1,7% Mangan, sowie 0,01 bis 0,05% Seltene Erden und 0,001 bis 0,005% Bor, max. 0,35% Phosphor und max. 0,015% Schwefel, Rest im wesentlichen Eisen, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung eines Stahls, der zusätzlich zu den in Anspruch 3 genannten Komponenten wenigstens einen der folgenden Gehalte aufweist: max. 0,03% Niob, max. 0,05% Vanadium, max. 0,3% Kupfer, max. 0,6% Nickel, max. 0,6% Chrom, max. 0,1% Molybdän, max. 0,1% Selen, max. 0,1% Aluminium. max. 0,04% Titan, max. 0,04% Zirkonium, für den Zweck nach Anspruch 1.