DE3340029A1

DE3340029A1 - Schweisselektrode

Info

Publication number: DE3340029A1
Application number: DE19833340029
Authority: DE
Inventors: Jan Brits Kaljee; Leo James Benoni Lalor; Sergio Marco Johannesburg Pagani; Frederick Paul Alfred Sandton Robinson
Original assignee: Nasionale Sweisware Eiendoms Beperk
Current assignee: Nasionale Sweisware Eiendoms Beperk
Priority date: 1982-11-12
Filing date: 1983-11-05
Publication date: 1984-05-17
Also published as: AU571391B2; AU2114683A; US4517441A; FR2535996A1; ATA397983A; JPS59101298A; CA1217243A; SE8306218L; ES8407411A1; GB8329477D0; SE8306218D0; GB2130948B; ES527199A0; GB2130948A

Description

NASIONALE SWEISWARE (EIENDOMS) BEPERK 88 Hendrik Verwoerd Avenue,

Extension 13,

BRITS,

Transvaal Province,

Süd-Afrika

Schweißelektrode

Die Erfindung betrifft eine Schweißelektrode, insbesondere zum Schweißen chromhaltiger ferritischer korrosionsbeständiger Stähle.

Nach der Erfindung besitzt die Elektrode einen kohlenstoffarmen Manganstahl-Kerndraht mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,1 Massen-%, einen Mangangehalt von 0,35 bis 0,60 Massen-⁰/ und einen basischen chromlegierten Flußmittel-Überzug, wobei die Elektrode beim Schweißen eine kohlenstoffarme chromhaltige martensitischferritische Schweiße mit einem Kohlenstoffgehalt von max. 0,04 Massen-% niederlegt.

Der Kerndraht hat dabei folgende Zusammensetzung in Massen-%:

Bestandteil Massen-/»

Kohlenstoff (C) max. 0,10

Silizium (Si) max. 0,03

Mangan (Mn) 0,35 - 0,60

Phosphor (P) max. 0,025

Schwefel (S) max. 0,025

Kupfer (Cu) max. 0,1

Chrom (Cr) max. 0,2

Nickel (Ni) max. 0,2

Molybdän (Mo) max. 0,2

Eisen (Fe) Rest.

Eine bevorzugte Zusammensetzung des Kerndrahts in Massen-/o ist folgende:

Bestandteil Massen-%

C max. 0,05

Si ' max. 0,02

Mn 0,35 - 0,60

P max. 0,025

S max. 0,025

Cu max. 0,05

Cr max. 0,10

Ni max. 0,10

Mo ", max. 0,10

Fe Rest.

Der Flußmittel-Überzug hat nach der Erfindung folgende

Zusammensetzung auf Trockenbasis in Massen-%: 25

Bestandteil

SiO₂

TiO₂

Fe 30 Al₂ O₃

CaO*

Mo

Mn

* als CaCO₃ gebunden

	Massen-%
	10 -
	3 -
max.	8
max .	2
	10 -
max.	3
	1 -
- 15
-10


-15

- 3

CaF₂ 15-25

CO₂* 10-15

Cr 20 - 25

Ni 5-12

Na₂O max. 2

K₂ O 1-4

Eine bevorzugte Zusammensetzung des Flußmittel-Überzugs

auf Trockenbasis in Massen-% ist folgende: 10

Bestandteil

SiO₂

TiO₂

Fe
15 Al₂ O₃

CaO*

Mo

Mn

CaF₂ 20 CO₂ *

Cr

Ni

Na₂O

K₂ 0

Unter dem Begriff "Trockenbasis" ist die Zusammensetzung des Flußmittel-Überzugs ohne Wasser gemeint. Üblicherweise hat jedoch der Flußmittel-Überzug einen kleinen Anteil an Wasser, und zwar ist der Feuchtegehalt weniger als 0,30 Massen-%.

Massen-%	max .	1	max.	1	max.	1 -	12
1	max.		1		4 -	6
	2	4
	1
1 -	13
2
1 -	2
8 -	22
2. -	14
1 -	23
7 _	10
1
1 -	2.

* als CaCO₃ gebunden

Die erfindungsgemäße Elektrode legt beim Schweißen eine martensitisch-ferritische Schweiße folgender Zusammensetzung in Massen-% nieder:

Bestandteil Massen-%

C max .0,04

Si max. 0,90

Mn 0,50 - 1 ,00

Cr 11,5 - 13,00

Ni 4,0-5,0

Mo 0,30-0,70

P max. 0,025

S max. 0,025

Cu max. 0,15

Fe Rest.

Eine bevorzugte Zusammensetzung der unter Verwendung der erfindungsgemäßen Elektrode niedergelegten martensitischferritischen Schweiße hat in Massen-^ folgende Zusammen-

Setzung auf Trockenbasis:

Bestandteil Massen-%

C max. 0,04

Si max. 0,45

Mn 0,60-0,90

Cr 12,0-13,0

Ni 4,0-5,0

Mo 0,40-0,70

P max. 0,020

S max. 0,015

Cu max. 0,10

Nb max. 0,05

N max. 0,03

Fe Rest.

Der Überzug kann durch Extrudieren erzeugt werden, er wird also um den Kerndraht herum extrudiert und ist dabei im wesentlichen konzentrisch um den Kerndraht angeordnet. Die Elektrode kann an ihrem Zündende mit Kohlenstoff besprüht sein. Der Flußmittel-Überzug haftet vorzugsweise vollständig entlang der gesamten Gebrauchslänge auf dem Kerndraht. Typische Elektrodendimensionen sind die folgenden:

Nomineller Draht- Durchmesser des Länge Exzentrizität

durchmesser	überzogenen	mm	mm
	Drahtes	300	0,08
mm	mm	350	0,10
2,50	4,25 + 0,05	350	0,12
3,15	5,35 + 0,05	450	0,15
4,00	6,70 + 0,05
5,00	8,50 + 0,05
Beispiel

Elektroden vorgenannter Abmessungen wurden entsprechend der Spezifikation A5.4-1978 der American Welding Society mit der folgenden Zusammensetzung in Massen-% hergestellt

Kerndraht-

Bestandteil

Si Mn P

Cu Cr

Massen-% Flußmittel-Überzug

Bestandteil max. 0,05

max. 0,02

SiO₂ TiO,

0,35 - 0,60 Fe

max. 0,025 Al₂O₃

max. 0,025 CaO*

max. 0,05 Mo

max. 0,10 Mn

Massen-%

11,5 5,0 2,4

0,4 12,0 1,0 1 .1

* als CaCO₃ gebunden

max.	O,	10	CaF₂
max.	o,	10	CO₂*
Rest			Cr
			Ni
			Na₂O
			K₂O

- 11 -

Ni max. 0,10 CaF₂ 20,0

Mo max. 0,10 CO₂* 13,3

Fe Rest Cr 22,0

8,8 0,5 1,4

Verschiedene Elektroden wurden hergestellt, die nur im Mangangehalt des Kerndrahts in dem obigen Bereich von 0,35 bis 0,60 Massen-% differierten. In jedem Fall war der Feuchtegehalt des Flußmittel-Überzugs unter 0,3 Massen-%.

Es wurde festgestellt, daß Elektroden geeignet sind zum Schweißen Chrom enthaltender ferritischer korrosionsbeständiger Stähle, insbesondere solcher, die 11,5 bis 13,0 Massen-% Chrom enthielten, nach Plattenvorbereitung entsprechend Spezifikation A5.4-1978 der Americal Welding Society. Solche Stähle umfassen Stähle vom Typ AISI 410, BX5 CrNi 13 4 und GX5 CrNi 13 4 und insbesondere die Chrom enthaltenden ferritischen korrosionsbeständigen Stähle hergestellt und geliefert durch die Firma Middelburg Steel Alloys (Proprietary) Limited unter der Markenbezeichnung "3CR12", die etwa 12 Massen-% Chrom enthalten.

Elektroden entsprechend dem Beispiel sind Wasserstoffkontrollierte basisch überzogene Elektroden. Sie können als stark beschichtete Chromlegierungselektroden charakterisiert werden und sind geeignet für das Schweißen in allen Positionen (flach, horizontal, senkrecht aufwärts und über Kopf) und erzeugten dauerhafte, geringe Einschlüsse aufweisende Schweißlagen, die rißbeständig im

* als CaCO₃ gebunden

Schweißbereich und im wärmebeeinflußten Bereich sind und

die gute Zähigkeit bei Temperaturen bis - 20° C aufweisen. Die Elektroden erzeugten einen glatten stabilen Lichtbogen an Gleichstrom positiver Polarität und ergaben zufriedenstellende Schweißeignung bei Wechselstrom mit einer Mindestspannung im offenen Stromkreis (minimum open current voltage) von 70V. Geeignete Schweißströme für verschiedene Elektrodendurchmesser sind in der folgenden Tabelle angegeben:
10

Elektroden-Durchmesser Schweiß-Stromstärke

mm A

2,50 . 70-90

3,15 80-130

4,00 125 - 160

5,00 170 - 240

Keine Überhitzung in diesen Stromstärke-Bereichen wurde festgestellt.
20

Elektroden gemäß dem Beispiel konnten folgendermaßen klassifiziert werden:

AWS A5.4 - E410NiMo-16

DIN 8556 - E13.4B26

ISO 3581 - E13.4B120

Eine Schweißlage wurde erhalten mit folgender typischer

Analyse: 30

Bestandteil

Si

Mn 35

Massen-%	,03
o,	,45
O₁	.80
0

Cr 12,0

Ni 4,8

Mo 0,6

S 0,015

Cu 0,06

P 0,020

Nb weniger als 0,05

N weniger als 0,03 Fe Rest

Die niedergelegte Schweiße hatte folgende mechanischen Eigenschaften:

Eigenschaft Wert

0,2 %-Grenze min. 700 MPa

Zugfestigkeit 900 - 1150 MPa

Dehnung (L= 5d) 10-15%

Kerbschlagzähigkeit

(Charpy V-Impact) bei 20° C 40 - 5OJ

bei -20° C 30 - 4OJ

Nach entspannenden Glühen bei 650° C/1 h hatte die Schweißlage folgende mechanischen Eigenschaften:

Eigenschaft Wert

0,2 %-Grenze 600 MPa

Zugfestigkeit 800 - 1000 MPa

Dehnung (L= 5d) min. 15%

Kerbschlagzähigkeit

(Charpy V-Impact) bei 20° C 65 - 75J

bei -20° C 55 - 65J

Die Erfindung schafft somit eine basische stark überzogene Wasserstoffkontrollierte Elektrode mit niedrigem Kohlenstoff-und Mangangehalt im Kerndraht, die eine kohlenstoffarme chromhaltige ferritische Schweiße niederlegt, die die Eigenschaften ferritischer Chromstähle wie die des 3CR12 erreichen. Der niedrige Kohlenstoff- und Mangangehalt im Kerndraht verhindert überhitzung, und der Flußmittel-Überzug gestattet Schweißen in allen Lagen. Die Schweißlagen haben niedrigen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt und sind vom Chrom/Nickel/Molybdän/Wasserstoff-kontrollierten Typ und besitzen ein feinkörniges ferritisch-martensitisches Gefüge mit wünschenswerten metallurgischen Eigenschaften und ausgezeichneter Zähigkeit bei Temperaturen bis -20° C. Der Wasserstoffgehalt liegt unter 5 ml/100 g abgeschmolzenes Schweißmetall, typischer Weise unter 3 ml/100 g.

Chrom enthaltende ferritische korrosionsbeständige Stähle wie der 3CR12 werden typischerweise mit Elektroden geschweißt, die ein vollständig anderes Schweißmetall niederlegen, d.h. ein Schweißmetall mit austenitisch-ferritischem Gefüge, das edler und höher legiert ist als der zu schweißende Stahl und typischerweise 20 bis 25 Massen-% Chrom, 8 bis 14 Massen-% Nickel und 0 bis 3 Massen-% Molybdän enthält. Abgesehen von den höheren Kosten haben diese Elektroden eine verhältnismäßig niedrige Schweißstrom-Tauglichkeit und die Zusammensetzung und Struktur der Schweißlage führt bevorzugt zu galvanischer Korrosion in chemisch aktiver Umgebung, was zu potentiellem Bruch der geschweißten Strukturen führt. Im Gegensatz dazu hat die Schweißlage gemäß der Erfindung, wie erwähnt, martensitisch-ferritisches Gefüge und einen beträchtlich niedrigeren Chromgehalt von etwa 12%. Von solchen Schweißlagen

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- 15 -

würde man normalerweise ein grobkörniges Gefüge erwarten mit niedrigen Zähigkeitseigenschaften. Überraschenderweise wurde jedoch festgestellt, daß das Schweißmetall feinkörniges Gefüge mit guter Zähigkeit besitzt. Das feinkörnige Gefüge des Schweißmetalls besteht aus 90 bis 99% kohlenstoffarmem Martensit und 1 bis 10% Ferrit.

Es wird vermutet, daß die wünschenswerten Eigenschaften der erfindungsgemäßen Elektrode von dem niedrigen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt des Schweißmetalls herrühren in Verbindung mit besonderen Eigenschaften von Chrom, Molybdän, Nickel und Mangan zusammen mit einem niedrigen Schwefel- und Phosphorgehalt. Es wird ein Schweißmetall erhalten mit niedrigen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte was zu einem feinkörnigen Gefüge mit guten mechanischen Eigenschaften führt. Das wird erreicht mit verhältnismäßig niedr'ige'n Kosten, wobei die Zusammensetzung des Schweißmetalls so gewählt ist, daß die Möglichkeit für galvanische Korrosion minimiert wird.

Claims

COHAUSZ & FLORACK

PATENTANWALTSBURO SCHUMANNSTR. 97 D-4000 DÜSSELDORF 1

Telefon: (0211) 68 33 46 Telex 0858 6513 cop α

PATENTANWÄLTE.
Dipl.-lng. W. COHAUSZ · Dipl-Ing. R. KNAUF · D'pl.-Ing. H. B COHAUSZ ■ Dip) -ing. D H AERMER

04.1 1 .1983

Patentansprüche

J Schweißelektrode zum Schweißen Chrom enthaltender ferritischer korrosionsbeständiger Stähle, gekennzeichnet durch 'einen niedrig- kohlenstoffhaltigen Manganstahl als Kerndraht, der

einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,10 Massen-% und einen Mangangehalt von 0,35 bis 0,60 Massen-% und einen basischen chromlegierten Flußmittel-Überzug besitzt, wobei die Elektrode beim Abschmelzen eine kohlenstoffarme chromhaltige martensitisch-ferritische
Schweiße mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,04 Massen-% niederlegt.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß der Kerndraht die
folgende Zusammensetzung in Massen-% aufweist:

Bestandteil Massen-%

Kohlenstoff (C) max. 0,10

Silizium (Si) max. 0,03

Mangan (Mn) 0,35 - 0,60

Phosphor (P) max. 0,025

Schwefel (S) max. 0,025

37 303
W/Ka

Kupfer (Cu) max. 0,1

Chrom (Cr) max. 0,2

Nickel (Ni) max. 0,2

Molybdän (Mo) max. 0,2

Eisen (Fe) Rest.
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Kerndraht folgende Zusammensetzung in Massen-% aufweist:

Bestandteil

Si

Mn 15 P

Cu

Cr

Ni 20 Mo

Fe

4. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußmittelüberzug folgende Zusammensetzung auf Trockenbasis in Massen-% aufweist:

Bestandteil

SiO₂ 30 TiO₂

Fe

Al₂O₃

CaO

Mo 35 Mn

Massen-% 0,05 ■ max. 0,02 max . - 0,60 0,35 0,025 max. 0,025 max. 0,05 max . 0,10 max. 0,10 max . 0,1.0 max. Rest.

Massen-% 10 - 3 - max. 8 max. 2 10 - max. 3 1 - - 15 - 10 - 15 - 3

33A0Q29

CaF₂ 15-25

CO₂ 10-15

Cr 20 - 25

Ni 5-12

Na₂ O max. 2

K₂O 1-4.

5, Elektrode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Flußmittel-Überzug folgende Zusammensetzung auf Trockenbasis in Massen-% aufweist:

Bestandteil

SiO₂ 15 TiO₂

Fe

Al₂O₃

CaO

Mo 20 Mn

. CaF₂

CO₂

Cr

Ni 25 Na₂ 0

K₂O

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flußmittel-Überzug einen Feuchtegehalt von weniger als 0,30 Massen-% besitzt.

Massen-% 12 1 1 - 6 4 - max. 4 max . 1 13 11 - max. 2 2 1 - 22 18 - 14 12 - 23 21 - 10 7 - max. 1 2. 1 -

7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie beim Schweißen eine martensitisch-ferritische Schweiße folgender Zusammensetzung in Massen-^ niederlegt:

Bestandteil

Si Mn Cr Ni Mo

Cu Fe

Massen-% max. 0,04 max. 0,90 0,50 - 1,00 11,5 - 13,00 4,0 - 5,0 0,30 - 0,70 max. 0,025 max. 0,025 max. 0,15 Rest.

8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß sie beim Schweißen eine Schweiße folgender Zusammensetzung in Massen-5 niederlegt:

Bestandteil

Si Mn Cr Ni Mo

Cu Nb

Fe

Massen-% 0,04 max . 0,45 max. - 0,90 0,60 - 13,0 12,0 - 5,0 4,0 -0,70 0,40 0,020 max. 0,015 max. 0,10 max. 0,05 max. 0,03 max. Rest.

O O A O u L - 5 -

9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug im wesentlichen konzentrisch um den Kerndraht extrudiert ist, wobei das Zündende der Elektrode mit Kohlenstoff besprüht ist.