DE2629744B2

DE2629744B2 - Auftragsschweißgut und seine Verwendung

Info

Publication number: DE2629744B2
Application number: DE2629744A
Authority: DE
Inventors: Frederick Floda Nicholson (Schweden)
Original assignee: ESAB AB
Current assignee: ESAB AB
Priority date: 1975-07-10
Filing date: 1976-07-02
Publication date: 1980-10-09
Also published as: NL7607619A; SE393550B; FI761952A7; FR2317367A1; ES449709A1; SE7507899L; DK313476A; NO139179B; CA1065652A; AU1549576A; AU504186B2; NO762417L; DE2629744A1; BR7604508A; ZA763932B; GB1488109A; IT1062455B; FI62008B; DK144660B; CH621276A5

Description

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen besteht, und Niobium und Kohlenstoff zueinander in einem Verhältnis auftreten, das durch die schraffierte Fläche in F i g. 1 der Zeichnung angegeben ist

2. Auftragsschweißgut gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 0,6—13% Mo enthält

3. Auftragsschweißgut gemäß Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Si ein- bis zweimal so groß ist wie der Gehalt an Kohlenstoff.

4. Auftragsschweißgut gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus

Beispiel Nr.

1 2

O, %
Si, %

Mn, %
Cr, %
Mo, %
V %
W, %

Fe, %

0,22
1,0
0,5
5,0

Ul
0,3

Rest

1,10
1,25
1,10
7,70
1,00

1,60
Rest

0,05
0,30
1,50
4,80
0,63

Rest

C	0,65-0,70%
Si	0,5 -1,0%
Mn	0,75-1,25%
Cr	4,0 -6,0%
Nb	3,2 -4,0%
Mo	1.0 -1,25%
Fe	Rest

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen besteht

5. Auftragsschweißgut gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß us aus

C	1,0-1,2%
Si	2.0—2,5%
Mn	2,0-2,5%
Cr	4,0-6,0%
Nb	8,0-9,0%
Mo	0,9-1,1%
Fe	Rest

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen besteht

6. Auftragsschweißgut gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß es aus

C	1,5 - 1,7%
Si	2,75- 3,25%
Mn	2,0 - 2,5%
Cr	4,0 - 5,0%
Nb	11,5 -12,5%
Mo	0,7 - 1,0%
Fe	Rest

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen besteht.

7. Verwendung des Auftragsschweißgutes nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Herstellung einer auf einem Grundkörper eines Warmbearbeitungswerkzeuges aufgeschweißten Verschleißschicht.

Das Schweißgut gemäß Beispiel 2 hat die beste

Verschleißfestigkeit, aber auch eine starke Neigung zur Bildung von Warmrissen (Erstarrungsrisse) und kann daher nur dort angewendet werden, wo das Auftreten von Rissen belanglos ist wie z.B. bei Walzen für Rollgänge oder anderen Walzen, die nur geringen Arbeitsdrücken ausgesetzt werden. Das Auftragsschweißgut gemäß Beispielen 1,3 und 4 und ähnlichen Legierungen hat eine geringere Neigung zur Warmrißbildung. Ein solches Schweißgut wird als Verschleißbelag bei Walzen in Warmwalzwerken verwendet Die

Verschleißfestigkeit ist aber nicht ausreichend, um die Kosten für eine Walzenreparatur durch Aufschweißen einer neuen Verschleißschicht wirtschaftlich vertretbar zu machen.

Durch die DE-AS 12 70 377 ist ein Auftragsschweiß-

gut bekanntgeworden, das 1,62 bis 6% C, 4 bis 30% Cr, 4 bis 25% Nb und wenigstens 25%, vorzugsweise mehr als 60% Fe enthält Insbesondere wird als Auftragsschweißgut zur Verwendung bei höheren Temperaturen eine Legierung vorgeschlagen, die 2,5 bis 4% C, 18 bis 26% Cr und 8 bis 16% Nb en thält.

Weiters ist durch die DE-Patentanmeldung P 2086 VIa/49h B ein Auftragsschweißgut bekanntgeworden, das Nb, C und Cr enthält. Darüber hinaus enthält diese Legierung auch W und/oder Mo in einer Menge, die größer ist, als der Gehalt an jedem anderen Legierungsbestandteil.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Auftragsschweißgut für Warmbearbeitungswerkzeuge zu schaffen, das im ungünstigsten Fall nur eine geringe Neigung zur Rißbildung aufweist und eine ausreichende Härte mit hoher Verschleißfestigkeit vereint. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Auftragsschweißgut zu schaffen, das als Verschleißschicht von Warmbearbeitungswerkzeugen verwendet werden kann. Hierzu

b5 sind beispielsweise zu zählen: Werkzeuge für das Gesenkschmieden, Preßwerkzeuge, Mundstücke für das Strangpressen, Spritzgußformen, Lochdorne für das Lochwalzverfahren, Dorne für das Warmziehen von

Rohren und Walzen für Warmwalzwerke.

Das Auftragsschweißgut gemäß vorliegender Erfindung hat folgende Zusammensetzung:

C	0,55- 2,0%
Si	0.2 - 4,0%
Mn	0,2 - 3,0%
Cr	4,0 - 6,5%
Nb	23 -15,0%
starke Karbidbildner außer
Nb, insgesamt	0 - 33%
Ni	0 - 03%
Fe	Rest,

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen, wobei Niobium und Kohlenstoff zueinander in einem Verhältnis auftreten, das durch die schraffierte Fläche in F i g. 1 der Zeichnung angegeben ist

Unter »starken Karbidbildnern außer Niobium« sind hier die Metalle W, Mo, V und Ti zu verstehen.

Da metallisches Niobium und Ferrcniobium als Handelsware stets Tantal als Verunreinigung enthalten, wird das Auftragsschweißgut gewöhnlich auch etwas Tantal beinhalten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält das Auftragsschweißgut 0,6 bis 1,5% Mo.

Das Auftragsschweißgut gemäß der Erfindung kann mittels irgendeiner geeigneten Schweißmethode aufgetragen werden, das Elektroschlackeschweißverfahren ist darin inbegriffen. Das Auftragsschweißgut wird doch vorzugsweise mittels Lichtbogenschweißung aufgetragen, wobei das Zusatzmaterial in Form einer schmelzbaren Elektrode zugeführt wird, die entweder ein Blankdraht (Unterpulverschweißung und Schutzgasschweißung) oder eine umhüllte Elektrode (Handschweißung) sein kann. Die Blankdrahtelektroden, die bei der Unterpulverschweißung und Schutzgasschweißung verwendet werden, bestehen vorzugsweise aus einer Hülle aus unlegiertem Stahl, die mit Legierungselementen gefüllt ist, die zusammen mit der Stahlhülle die vorgesehene Zusammensetzung des Auftragsschweißgutes ergeben. Die Füllung kann auch Desoxydationsmittel enthalten. Die Füllung einer solchen Elektrode zum Schutzgasschweißen kann zusätzlich Flußmittel enthalten, die die metallische Schmelze überdecken und neben dem Gasschutz einen zusätzlichen Schutz gegen den Luftzutritt bilden. Eine für das genannte Auftragsschweißgut geeignete umhüllte Elektrode besitzt einen Kerndraht aus unlegiertem Stahl und die vorzugsweise kalkbasische Hülle enthält die erforderlichen Legierungsbestandteile als Zusätze.

Wird das Auftragsschweißgut mittels Unterpulverschweißung aufgetragen, empfiehlt sich die Verwendung eines neutralen oder basischen Schweißpulvers. Das Schweißpulver soll außerdem eine leicht abhebbare Schlacke bilden.

Das Auftragsschweißgut gemäß der Erfindung neigt trotz des relativ hohen Kohlenstoffgehaltes kaum zur Warmrißbildung. Diese hervorragende Eigenschaft kann der Wirkung des Niobiumgehaltes zugeschrieben werden, der gemäß der Erfindung dem Kohlenstoffgehalt entsprechend angepaßt ist. Untersuchungen haben ergeben, daß das Niobium mit einem wesentlichen Teil des Kohlenstoffs die Legierung Niobkarbid bildet. Dieses Karbid beginnt sich am Anfang des Erstarrungsprozesses zu bilden und verhindert damit die Steigerung der kohlenstoffreichen Schmelze, die die Bildung von Warmrissen verursacht.

Das Auftragsschweißgut gemäß der Erfindung hat eine Festigkeit und Zähigkeit, die den strengen Prüfbedingungen, denen die Oberfläche eines Warmbearbeitungswerkzeuges unterworfen wird, angemessen ist Darübet hinaus besitzt das Auftragsschweißgut einen hervorragenden Verschleißwiderstand, insbesondere gegenüber einer Abnutzung, die von einem heißen Werkstück an der Oberfläche des Warmbearbeitungswerkzeuges hervorgerufen wird. Der erhöhte Verschleißwiderstand des erfindungsgemäßen Auftragsschweißgutes beruht vermutlich hauptsächlich auf dem Vorhandensein von wesentlichen Mengen Niobkarbid im Metall.

Das Auftragsschweißgut gemäß der Erfindung ist is auch sehr beständig gegenüber thermischer Ermüdung. Die thermische Ermüdung ist durch ein stetiges Anwachsen von Länge und Tiefe winziger Risse in der Arbeitsoberfläche des Warmbearbeitungswerkzeuges gekennzeichnet und kann durch eine graphische Darstellung der Rißlänge als Funktion der Anzahl der thermischen Belastungszyklen des Auftragsschweißgutes angegeben werden. Beim Auftragsschweißgut gemäß der Erfindung ist die Wachstumsgeschwindigkeit der Rissigkeit sehr klein und die Lebensdauer des Auftragsschweißgutes wird daher hauptsächlich durch die Abnützung bestimmt

Der Chromgehalt im Auftragsschweißgut ist für die Verbesserung der Warmfestigkeit des Stahles — die für die thermische Ermüdung ausschlaggebend ist — und der Oxydationsbeständigkeit des Stahles bedeutungsvoll. Das Chrom erfüllt eine weitere wichtige Aufgabe, indem es im Stahl die Voraussetzung für die metallurgische Umwandlung schafft, die zum Erreichen des gewünschten Gefüges der Metallmatrix des Auftragsschweißgutes erforderlich ist

Beim Auftragsschweißen von legierten lufthärtenden Stählen, zu denen auch das Auftragsschweißgut gemäß der Erfindung zu zählen ist, ist es bekannt, das Werkstück, das mit einer Auftragsschweißung versehen werden soll, auf eine Temperatur vorzuwärmen, die über der Ms-Temperatur liegt, unter welcher die Martensitbildung im Schweißmetall beginnt, und das Werkstück innerhalb eines Temperaturbereiches zu halten, in dem das Austenitgefüge unverändert bleibt oder während der Dauer der Schweißarbeit nur einer geringfügigen Umwandlung unterliegt

Die Vorwärmtemperatur beträgt vorzugsweise 400 bis 500⁰C. Diese Richtlinien für die Durchführung der Schweißarbeit gelten auch für das Auftragsschweißgut gemäß der Erfindung. Wegen der verhältnismäßig hohen Vorwärmtemperatur wird die erste Schweißlage aus einer Mischung des eingebrachten Materials und dem aufgeschmolzenen Grundmaterial bestehen. Normalerweise ist es notwendig zumindest zwei, vorzugsweise doch drei Schweißlagen übereinander aufzutragen um sicherzustellen, daß die oberste Lage im wesentlichen nur Material enthält das von der Elektrode herrührt. Es ist jedoch auch möglich unter Anwendung besonderer Methoden die Vermischung (>o des eingebrachten Schweißmaterials der ersten Lage mit dem Grundmaterial so weit hintan zu halten, daß die erste Lage im wesentlichen die gewünschte Zusammensetzung besitzt.

Der allgemeine Bereich der Zusammensetzung des b5 Schweißgutes gemäß der Erfindung kann entsprechend dem Kohlenstoffgehalt unterteilt werden und man erhält drei Gruppen von Legierungen mit verschiedenem metallurgischem Gefüge.

Gruppe

Kohlenstoffgehalt in %

Gefüge der Matrix

1 0,55-0,8 martensitisch/bainitisch

2 0,8 -1,2 überwiegend martensitisch

3 1,2 -2,0 ferritisch

Jede der drei Gruppen wird nun durch ein besonderes Beispiel näher beschrieben.

	Beispiel I
C	0.65-0,7%
Si	0,5 -1,0%
Mn	0,75-1,25%
Cr	4,0 -6,0%
Nb	3,2 -4,0%
Mo	1,0 -1,25%
Fe	Rest

mit oder ohne den üblichen Verunreinigungen einschließlich höchstens 0,04% Schwefel und höchstens 0,04% Phosphor.

Ein Auftragsschweißgut dieser Zusammensetzung besitzt je nach Höhe der Anlaßtemperatur eine Vickershärte zwischen 300 und 600 Hv. F i g. 2 zeigt ein typisches Anlaßdiagramm. Bei einigen Zusammensetzungen innerhalb der angegebenen Grenzen kann bei einer Anlaßtemperatur von etwa 500⁰C ein sekundäres Härtemaximum auftreten.

Beispiel II

C 1,0-1,2%

Si 2,0—2£%

Mn 2,0-2^%

Cr 4,0-6,0%

Nb 8,0-9,0%

Mo 03-1,1%

Fe Rest

mit oder ohne die üblichen Verunreinigungen.

Ein Auftragsschweißgut dieser Zusammensetzung besitzt eine Härte im Bereich von 300 bis 550 Hv. F i g. 3 zeigt ein Anlaßdiagramm für ein Auftragsschweißgut dessen Zusammensetzung in dem Bereich dieses Beispiels liegt.

Beispiel III

C 1,5 - 1,7%

Si 2,75- 3,25%

Mn 2,0 - 2,5%

Cr 4,0 - 5,0%

Nb 11,5 -12,5%

Mo 0,7 - 1,0%

^ID Fe Rest

mit oder ohne die üblichen Verunreinigungen. Die Härte für ein Auftragsschweißgut dieser Zusammensetzung liegt ungefähr zwischen 340 und 380 Hv. F i g. 4 zeigt ein typisches Anlaßdiagramm für eine derartige Zusammensetzung.

Zusammensetzungen der angeführten Beispiele sind mit Erfolg als Auftragsschweißgut für Walzen von Warmwalzwerken zur Verwendung gekommen. Die Walze, die mit einer Verschleißschicht versehen werden soll, wird zunächst auf eine Temperatur zwischen 400 und 500⁰C vorgewärmt und während der Schweißarbeit auf diese Temperatur gehalten. Die Walze wird gedreht und ein Schweißbrenner zum Unterpulverschweißen wird während der Drehung langsam in axialer Richtung verschoben, so daß auf der Walze eine spiralförmige Schweißraupe aufgetragen wird. Zumindest zwei, vorzugsweise jedoch drei Schweißlagen werden übereinander aufgetragen. Der Schweißstrom liegt in einem Bereich zwischen 300 und 1200A. Wird mit hohen Strömen geschweißt, ist die Anwendung von Zwillingselektroden vorzuziehen, d. h. einem Paar von Elektroden, die einem gemeinsamen Schweißbad zugeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die angegebenen Schweißdaten begrenzt, die hier lediglich als Beispiel angegeben sind

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Auftragsschweißgut für Warmbe2rbeitungswerlczeuge, dadurch gekennzeichnet, daß es aus

Si

Mn

Cr

Nb

starke Karbidbildner außer

Nb, insgesamt

Ni

Fe

0,55- 2,0%

0,2 - 4,0%

0,2 - 3,0%

4,0 - 6,5% 2,5 -15,0%

0 - 3,5%

0 - 0,5% Rest

Die Erfindung betrifft ein Auftragsschweißgut für Warmbearbeitungswerkzeuge, das als Verschleißschicht auf Werkzeugen, wie z. B. Arbeitswalzen und Stützwalzen, von Walzwerken Verwendung findet

Es ist bekannt, derartige Werkzeuge, insbesondere Arbeitswalzen von Warmwalzwerken, mittels Lichtbogenschweißung mit einer Schicht aus einer verschleißfesten Legierung zu belegen. In der nachfolgenden Aufstellung werden einige solche bekannte Legierungen angegeben, die als Auftragsschweißgut für Walzen für Warmwalzwerke vorgeschlagen wurden.