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Stahl für Schweissungen, insbesondere Lichtbogenschweissungen
Lichtbogengeschweisste Konstruktionen erfordern im allgemeinen Stähle, die ohne besondere Vorbereitung, wie Vorwärmen auf höhere Temperaturen, beispielsweise über 100 C, mit geeigneten Elektroden verschweisst, haltbare rissfreie Schweissverbindungen zulassen. Schweissverbindungen können durch Veränderungen, die durch die Erwärmung beim Schweissen im Einflussgebiet einer Schweissnaht entstehen, gefährdet werden.
Im besonderen ist dabei an eine Härtung zu denken, die dadurch entsteht, dass das eingetragene Schweissgut den anliegenden Teil des zu schweissenden Werkstoffes hoch erhitzt, wobei durch den schnellen Abfluss der Wärme in die kalten Querschnittsteile eine Härtung entsteht, die so gross sein kann, dass als Wirkung der Eigenspannungen oder äusserer Belastungen Risse entstehen können.
Die Neigung zur Härtung im Einflussgebiet einer Schweissnaht ist bei unlegierten Kohlen- stoffstählen durch den Kohlenstoffgehalt bestimmt. Man muss daher, um der Gefahr der Aufhärtung im Einflussgebiet einer Schweissung entgegenzuwirken, den Kohlenstoffgehalt von schweissbaren Baustählen gering halten und hat in den Liefervorschriften hiefür den Kohlenstoffgehalt mit 0, 2% für die Gussanalyse und mit 0, 23% für die Stückanalyse begrenzt.
Da Kohlenstoff ein Legierungselement ist, das die Festigkeitseigenschaften (Streckgrenze und Zugfestigkeit) bestimmt, bedeutet die Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes auch eine Begrenzung der in unlegierten Baustählen erreichbaren Streckgrenze und Festigkeit.
Die technische Entwicklung der geschweissten Bauwerke trachtet nach einer Steigerung der Wirtschaftlichkeit und. einer Ausdehnung der Anwendung des Werkstoffes Stahl. Dieses Ziel ist nur durch Steigerung der Streckgrenze und Zugfestigkeit bzw., der von diesen Grössen abhängigen zulässigen Beanspruchung zu erreichen. Es ist aber bekannt, dass eine Erhöhung der Streckgrenze und Zugfestigkeit über die kennzeichnenden Zahlen des St 52 hinaus bei der gegebenen, Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes nur durch Anwendung von Legierungselementen, wie Mangan, Nickel, Chrom, Vanadin, Kupfer u. dgl. möglich ist. Silizium ist für schweiss; bare Stähle im allgemeinen mit 0, 5% begrenzt und kommt daher über diesen Betrag' als festigkeitssteigerndes Element nicht in Frage.
Bezüglich der Gefahr der Aufhärtung ist Silizium das harmloseste Legierungselement, alle anderen genannten Elemente steigern die Gefahr der Aufhärtung.
Die heute bekannten schweissbaren Baustähle höchster Streckgrenze und Festigkeit sind Stähle mit mindestens 40 kgjmm2 Streck- grenze und einer Mindestzugfestigkeit von 58 bis 60 kg/mm2. Diese Stähle sind mit Mangan oder Vanadin legiert. Die Aufhärtung der Einflusszone liegt, wenn ohne Vorwärmung bei normaler Raumtemperatur geschweisst wird, im allgemeinen schon hart an der zulässigen Grenze. Aus Amerika ist auch ein Stahl bekannt geworden, dessen Mindeststreckgrenze bei 60 kg/mm2 und dessen Zugfestigkeit bei 70 kg/mrn liegt. Dieser Stahl, dessen C-Gehalt 0, 20% nicht übersteigt, ist mit Ni, Mo, Cr, Cu, V und B legiert, wobei die festigkeitssteigernde Wirkung dieser Elemente durch eine aus Abschrecken und Anlassen bestehende Wärmebehandlung verstärkt wird.
Indessen wird aber durch diese Wärmebehandlung der härtende Einfluss der genannten Legierungselemente auf die Aufhärtung im Einflussgebiet einer Schweissnaht nicht verändert und es ist daher notwendig, Stähle dieser Art unter entsprechender Vor- bereitung (Vorwärmung) zu schweissen, um Rissschäden in der Aufhärtezone zu vermeiden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Erweiterung des Anwendungsgebietes von Stählen für geschweisste Konstruktionen bei gleichzeitiger Verbesserung der Wirtschaftlichkeit, indem der Gehalt an teueren Legierungselementen so gering als möglich gehalten wird.
Gegenstand der Erfindung ist die An-
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wendung eines Stahles mit einem Kohlen- stoffgehalt bis zu 0, 20%, einem Siliziumgehalt bis zu 0, 5%, einem Mangangehalt von 1, 2 bis 1, 8% und einem Aluminiumgehalt von 0, 03 bis 0, 1 /o, der bei Werkstoffdicken bis zu 30 mm auf eine Festigkeit von über 65 kg/mm2 bei einer Streckgrenze von mindestens 50 kgfmm2 vergütet wurde, für Zwecke, bei denen es auf die Durchführbarkeit von Schweissungen, insbesondere Lichtbogenschweissungen ohne besondere Vorbereitung, d. h. ohne Vorwärmen auf Temperaturen über 1000 C, ankommt. Bei Werkstoffdicken oberhalb 30 mm liegt die Streckgrenze des vergüteten Stahles etwas niedriger, d. h. beispielsweise zwischen 50-45 kg/mm2.
Bei den erfindungsgemäss vorgeschlagenen Stählen ist die Aufhärtung im Einflussgebiet einer Schweissnaht unter gleichen Bedingungen des Schweissvorganges nicht grösser als bei einem der heute. gebräuchlichen Baustähle mit mindestens 40 kgfmm2 Streckgrenze. Beim Legen einer Schweissraupe mit einer kalkbasischen Elektrode von 5 mm , bei einer Schweiss !stromstärke von 190 A, bleibt die Aufhärtung, mit dem Rolldur-Härteprüfer gemessen, unter 350 HB-Einheiten (Schweissung bei Raumtemperatur ohne Vorwärmung).
Die höhere Streckgrenze und Festigkeit des erfindungsgemäss vorgeschlagenen Stahles beruht auf der Einhaltung der C-Grenze von 0, 2%, der Si-Grenze von 0, 5% und dem Mn- Gehalt von 1, 2 bis 1, 8%, in Verbindung, mit der Abschreck- und Anlassbehandlung des Stahles. Von besonderer Wichtigkeit ist der Gehalt an Aluminium von 0, 03 bis 0, 10''/os welches sonst im allgemeinen als Legierungselement von vergütbaren Stählen gemieden wird. Im vorliegenden Fall kompensiert aber das Aluminium die härtesteigende Wirkung der zur Erhöhung von Streckgrenze und Zug, festigkeit erfolgten Zulegierung von Mangan. : Ohne Aluminiumgehalt würde die Aufhärtung des Stahles zu hoch liegen.
Die Abschreck-und Anlassbehandlung des Stahles besteht vorzugsweise in einem Abschrecken in Wasser von Temperaturen oberhalb Ac, und einem Anlassen auf Tempera- turen zwischen 350 und 6500 C, vorzugsweise 5001 C.
Die Erfindung wird durch das folgende Ausführungsbeispiel näher erläutert :
Ein Stahlblech mit einem Gehalt von 0, 20% C, 0, 50% Si, 1, 65% Mn, 0,040% A1 und einer Stärke von 20 mm wurde von einer Temperatur von 8000 C in Wasser abgeschreckt und
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messer von 5 mm hatte, geschweisst.
Die maximale Aufhärtung beim Schweissen ohne Vorwärmung wurde mit einem Rolldur-Gerät geprüft und mit 342 HB-Einheiten feste-
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:1, 2 bis 1, 8% und einem Aluminiumgehalt von 0, 03 bis 0, 1%, der bei Werkstoffdicken bis zu 30 mm auf eine Festigkeit von über 65 kgjmm2 bei einer Streckgrenze von mindestens 50 kg/mm2 vergütet wurde, für Zwecke, bei denen es auf die Durchführbarkeit von Schweissungen, insbesondere Lichtbogenschweissungen ohne Vorwärmung ankommt.