DE60300676T2

DE60300676T2 - Nickelbasislegierung für das elektrische Schweissen von Nickel-Legierungen und Stählen, Schweissdraht und deren Verwendung

Info

Publication number: DE60300676T2
Application number: DE60300676T
Authority: DE
Inventors: Alain Chabenat; Dominique Pierron; Andre Thomas; François Faure; Claude Guyon
Original assignee: Framatome ANP SAS
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2023-07-24
Also published as: US20040062677A1; FR2845098B1; CN1329160C; SI1408130T1; EP1408130A1; EP1408130B1; DE60300676D1; CN1496781A; ATE295904T1; FR2845098A1; ES2242931T3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Legierungen auf Nickelbasis zum Elektroschweißen von Nickellegierungen und Stählen, insbesondere niedrig oder nicht legierten Stählen und nichtrostenden Stählen.
Die Erfindung betrifft auch Drähte und Elektroden zum Elektroschweißen von Werkstücken aus einer Nickellegierung und/oder aus Stahl, insbesondere im Bereich des Baus, der Montage und der Reparatur von Komponenten für Kernreaktoren.
Für die Herstellung von bestimmten Komponenten oder Elementen von Kernreaktoren werden bekanntlich Legierungen auf Nickelbasis verwendet, die Chrom enthalten.
Für die Herstellung von Elementen oder Komponenten für Druckwasserreaktoren wird insbesondere eine Nickellegierung mit etwa 15 % Chrom verwendet, die als Legierung 600 bezeichnet wird.
Zur Verbesserung des Korrosionsverhaltens der Elemente oder Komponenten von wassergekühlten Druckwasserreaktoren wird die Legierung 600 mit etwa 15 % Chrom immer mehr durch eine Legierung 690 verdrängt, die etwa 30 % Chrom und etwa 10 % Eisen enthält.
Zur Bildung von Schweißverbindungen an diesen Elementen oder Komponenten aus Nickellegierungen werden Drähte oder Elektroden für das Elektroschweißen aus einer Nickellegierung verwendet, deren Zusammensetzung für das Schweißen der Legierung 600 oder der Legierung 690 geeignet ist.
In der nachstehenden Tabelle 1 werden typische Zusammensetzungen für im Handel erhältliche Drähte zum Schweißen der Legierung 690 und zum Schweißen der Legierung 600 (Legierung 52 oder Legierung 82) angegeben.
In den vier ersten Spalten der Tabelle 1 sind die Zusammensetzungen von Drähten aus der Legierung 52 mit der Handelsbezeichnung Inconel 52 der amerikanischen Firma Special Metals angegeben, die ausgehend von vier verschiedenen Chargen hergestellt wurden, wobei sie zum Schweißen der Legierung 690 verwendet werden.
In der letzten Spalte der Tabelle ist eine typische Analyse für einen Draht aus der Legierung 82 mit der Handelsbezeichnung Phyweld 82 der Firma Sprint Metal zum Schweißen der Legierung 600 angegeben.
Die Drähte aus der Legierung 52 oder 82 können insbesondere zum Schutzgasschweißen der Legierung 690 oder der Legierung 600 eingesetzt werden. TABELLE 1 Analysen für Drähte zum Schweißen der Legierungen 600 und 690
Die Schweißdrähte aus der Legierung 52 werden insbesondere im Nuklearbereich zur Bildung von Schweißnähten in den Bereichen der Kernreaktorkomponenten verwendet, die mit dem Primärkühlmittel in Kontakt sind, bei dem es sich bei Druckwasserreaktoren um Wasser von hoher Temperatur (in der Größenordnung von 310 °C) und unter hohem Druck (in der Größenordnung von 155 bar) handelt. Die Legierung 52 wird sowohl zum homogenen Schweißen von Werkstücken aus der Legierung 690 als auch zum heterogenen Schweißen verwendet. Solche heterogenen Schweißungen können beispielsweise Schweißnähte an einer Legierung 600 mit 15 % Chrom in massiver Form oder abgeschieden auf einem Grundmetall sein, wobei der Chromgehalt des abgeschiedenen Metalls im Bereich von 15 bis 20 % liegen kann.
Eine weitere Verwendung der Legierung 52 beim heterogenen Schweißen ist die Oberflächenbehandlung von niedrig legierten Stählen, wie beispielsweise den Stählen 16MND5, 18MND5 oder 20MND5, oder das Verschweißen von niedrig legierten Stählen mit austenitischen oder austeno-ferritischen nichtrostenden Stählen.
Die Legierung 52 kann auch zur Reparatur der Bereiche der Elemente oder Komponenten des Kernreaktors verwendet werden, die aus unterschiedlichen Metallen bestehen, wie niedrig legierten Stählen (beispielsweise vom Typ 18MND5 gemäß der französischen Norm), nichtrostenden Stählen vom Typ 304L (beispielsweise in massiver Form), vom Typ 308L (in abgeschiedener Form) oder auch 316L (in massiver Form oder abgeschieden), wobei die Bezeichnungen den amerikanischen Normen entsprechen. Diese Bereiche können mehrere dieser Materialien enthalten, an denen die heterogenen Schweißungen mit der Legierung 52 durchgeführt werden.
Bei der Verwendung der Legierungen 52, die im Handel erhältlich sind, wie beispielsweise der Legierungen 52 der Firma Special Metals, wurden einige Fehler hauptsächlich in Form von kleinen Rissen festgestellt.
Insbesondere wenn der geschmolzene Schweißdraht auf einer Schicht abgeschieden wird, die aus einer durch Schweißen aufgebrachten Nickellegierung besteht, ist eine Warmrissbildung zu beobachten, die das Ergebnis eines der folgenden Phänomene sein kann: Erstarrung, Seigerung, Neuverteilung oder auch fehlende Hochtemperaturduktilität. Es ist festzustellen, dass in einer Schweißnaht nur ein Typ oder mehrere Typen von Rissen auftreten können. Die unter diesen Bedingungen gebildeten Risse, die kleine Abmessungen aufweisen, werden als Risse vom Typ 1 bezeichnet.
An Schweißdrähten unterschiedlicher Zusammensetzungen wurde unter unterschiedlichen Schweißbedingungen eine Versuchsreihe durchgeführt, insbesondere indem die Drähte auf unterschiedlichen Grundmetallen geschmolzen wurden, beispielsweise: Nickellegierungen, wie den oben genannten, und nichtrostenden Stählen in Form von massiven Metallen oder zuvor durch Schweißen aufgebrachten Schichten.
Im Laufe der Versuche konnte gezeigt werden, dass die im Handel erhältlichen Drähte und insbesondere die Legierungen 52 zum Schweißen von Nickellegierungen 690 zu schlechten Ergebnissen führen, wenn sie auf Nickellegierungen mit 15 % oder 30 % Chrom oder nichtrostende Stähle abgeschieden werden, die in Form von Beschichtungen der Komponenten aus schwach legiertem Stahl durch Schweißen aufgebracht wurden.
Es sind nicht nur kleine Risse vom Typ 1 zu sehen, sondern in einigen Fällen auch andere Risse mit größeren Abmessungen, die als Warmrisse vom Typ 2 bezeichnet werden.
Risse vom Typ 2 treten insbesondere in den Bereichen der starken Durchmischung der Schweißlegierungen (in dem im Laufe der ersten Schweißgänge abgeschiedenen Metall oder in der Nähe der zu verbindenden Werkstücke) oder allgemeiner beim Schweißen von nichtrostenden Stählen auf.
Im Laufe dieser Versuche wurden auch im Handel erhältliche Schweißdrähte verwendet, deren Sorten modifiziert wurden, um ihre Beständigkeit gegenüber Warmrissbildung und ihre Oxidationsbeständigkeit zu verbessern.
Die modifizierte Zusammensetzung dieser im Handel erhältlichen Drähte ist in den Spalten 5 und 6 der Tabelle 1 angegeben. Die zur Verbesserung der Warmrissbeständigkeit und der durch Oxidation verursachten Fehler modifizierten Sorten weisen einen deutlich höheren Niobgehalt (über 0,9 %) und Gehalte an Aluminium und Titan auf, die wesentlich niedriger sind als bei den im Handel erhältlichen, nicht modifizierten Sorten.
Bei den verbesserten Sorten ist das Verhältnis Niob/Silicium hoch (über 30 oder sogar über 45). Diese Sorten enthalten schließlich als zusätzliche Elemente Bor und Zirconium.
Es hat sich herausgestellt, dass diese verbesserten, im Handel erhältlichen Legierungen in den Durchmischungszonen beim Schweißen von Nickellegierungen mit 15 % oder 30 % Chrom zu guten Ergebnissen führen, wobei diese Zonen praktisch keine Warmrisse aufweisen, jedoch beim Schweißen von nichtrostenden Stählen in den Durchmischungszonen schlechte Ergebnisse ergeben, in den Durchmischungszonen werden nämlich Warmrisse vom Typ 2 gefunden.
Die durchgeführte Versuchsreihe zeigt, dass im Handel keine Drähte angeboten werden, mit denen homogenes oder heterogenes Elektroschweißen an Nickellegierungen und Stählen ohne Rissbildung und Oxidation möglich ist.
Die Druckschrift JP-A-1-252750 offenbart eine Legierung auf Nickelbasis, die die folgende massebezogene Zusammensetzung aufweist: C ≤ 0,10 %, Si ≤ 0,20 %, Mn ≤ 0,50 %, Cr 15-40 %, Al 0,05-2 %, Fe ≤ 25 %, wobei der Rest aus Nickel und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, wobei erforderlichenfalls ein oder mehrere der folgenden Elemente enthalten sind: Mo ≤ 3 %, W ≤ 3 %, Nb ≤ 1 %, N ≤ 0,1 %, Ti ≤ 1 %, Zr ≤ 0,3 %, B ≤ 0,03 %, Co ≤ 15 %, Y ≤ 0,5 % und seltene Erden 5 0,5 %.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine Legierung auf Nickelbasis zum Elektroschweißen von Nickellegierungen und Stählen und insbesondere nichtrostenden Stählen anzugeben, die die Durchführung von homogenen oder heterogenen Schweißungen an Materialien ermöglicht, die zu keiner Warmrissbildung und keinen Oxidationsspuren führen.
Hierzu enthält die erfindungsgemäße Legierung auf das Gewicht bezogen weniger als 0,05 % Kohlenstoff, 0,015 bis 0,5 % Silicium, 0,4 bis 1,4 % Mangan, 28 bis 31,5 % Chrom, 8 bis 12 % Eisen, 2 bis 7 % Molybdän, 0 bis 0,8 % Titan, insgesamt 0,6 bis 2 % Niob und Tautal, wobei das Verhältnis der prozentualen Mengen von Niob plus Tautal und Silicium mindestens 4 beträgt, 0 bis 0,75 % Aluminium, weniger als 0,04 % Stickstoff, 0,0008 bis 0,0120 % Zirconium, 0,0010 bis 0,010 % Bor, weniger als 0,01 % Schwefel, weniger als 0,020 % Phosphor, weniger als 0,30 % Kupfer, weniger als 0,15 % Cobalt und weniger als 0,10 % Wolfram, wobei der Rest, abgesehen von unvermeidlichen Verunreinigungen, deren Gesamtgehalt höchstens 0, 5 % beträgt, aus Nickel besteht.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Legierung, die weniger als 0,2 % Silicium, etwa 4 % Molybdän, 0,006 % Zirconium und 0,004 % Bor enthält.
Die Erfindung bezieht sich auch auf Schweißdrähte aus einer erfindungsgemäßen Legierung auf Nickelbasis zum Schutzgasschweißen.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Legierung und des Schutzgasschweißdrahtes zum Schweißen von Elementen oder Kom ponenten von Kernreaktoren und insbesondere Druckwasserreaktoren, für die Realisierung von Verbindungen beim Bau von Kernreaktoren, für die Beschichtung der Komponenten durch Metallabscheidung und zur Durchführung von Reparaturen, wobei die Schweißvorgänge homogene oder heterogene Schweißvorgänge an beliebigen Komponenten aus einer Nickellegierung oder aus Stahl sein können.
Zum besseren Verständnis der Erfindung werden im Folgenden als Beispiele mehrere erfindungsgemäße Legierungssorten beschrieben, die für die Herstellung von Drähten verwendet werden, die bei den Versuchen zum homogenen und heterogenen Schweißen an Nickellegierungen und nichtrostenden Stählen verwendet wurden.
In der Tabelle 2 sind in der Spalte 1 die Minimalwerte der verschiedenen Legierungselemente, in der Spalte 2 die Maximalwerte dieser Elemente und in der Spalte 3 ihre bevorzugten Mengenanteile angegeben.
Die Spalten 4 und 5 der Tabelle geben die Zusammensetzungen der Legierungen für zwei Ausführungsbeispiele an, die im Folgenden beschrieben werden.
Die Wirkung der verschiedenen Legierungselemente und die Gründe, die die beanspruchten Bereiche oder die Grenzen für diese Elemente erklären, werden nachstehend erläutert.
TABELLE 2
Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor
Diese Elemente gehören zu den Restbestandteilen, deren Mengenanteile soweit wie möglich beschränkt und auf jeden Fall im Falle von Kohlenstoff unter 0,05 %, hinsichtlich Schwefel unter 0,010 % und in Bezug auf Phosphor unter 0,020 % eingestellt werden sollten. In Abhängigkeit von den Herstellungsverfahren und den bei der Herstellung der Legierungen verwendeten Ausgangsprodukten können die tatsächlichen Mengen an Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor deutlich unter den angegebenen maximalen Werten liegen. Wie aus den Spalten 4 und 5 der Beispiele 1 und 2 hervorgeht, liegen die tatsächlichen Gehalte an Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor der hergestellten Chargen deutlich unter den angegebenen Maximalwerten.
Silicium
Silicium ist ein Element, das in der Legierung immer vorhanden ist, dessen Gehalt jedoch möglichst gering sein sollte und vorzugsweise unter 0,20 %, beispielsweise im Bereich von 0,12 % oder 0,15 % lie gen sollte. Dieser Mengenanteil muss auf jeden Fall unter 0,5 % liegen, damit die Warmrissbildung des Metalls beim Schweißen eingeschränkt wird. Silicium sollte jedoch in einer Menge von mindestens 0,015 % enthalten sein, damit die Schweißbarkeit gut ist, da es die Benetzung und die Badviskosität beim Schweißen beeinflusst.
Weiter unten wird im Zusammenhang mit Niob erläutert, dass in Hinblick auf die Warmrissbildung der wesentliche Parameter das Verhältnis der prozentualen Gewichtsmengen von Niob und Silicium ist.
Mangan
Die Manganmenge sollte mindestens 0,4 % betragen, damit die Verarbeitungsbedingungen für die Legierung in Gegenwart von Schwefel (wie oben angegeben auf einen Wert von 0,01 % begrenzt) zufriedenstellend sind.
Das Mangan trägt zur Beständigkeit gegenüber Warmrissbildung bei, dieser Effekt erreicht jedoch in Abhängigkeit vom Mangangehalt schnell eine Sättigung; ein auf 1,4 % beschränkter Mangangehalt ermöglicht zufriedenstellende Ergebnisse.
Chrom
Chrom sollte in der Gegend des prozentualen Chromgehalts in der Legierung 690 liegen; ein Bereich der Zusammensetzung von 28 bis 31,5 %, der auch dem Bereich der Legierungen 52 entspricht, hat sich im Falle der homogenen und heterogenen Schweißungen unter Verwendung der Legierung 690 oder nichtrostenden Stählen als zufriedenstellend erwiesen. Dieser Chromgehalt ist für ein gutes Korrosionsverhalten im primären Medium PWR erforderlich.
Kupfer
Kupfer sollte strikt auf einen Wert unter 0,30 % begrenzt werden, um eine Verschlechterung der Legierungseigenschaften zu vermeiden.
Cobalt
Die Cobaltmenge muss auf jeden Fall unter einem Wert von 0,15 % liegen. Dieses Element, das in Gegenwart von Strahlung in einem Kernreaktor aktiviert wird, sollte nämlich soweit wie möglich bei allen Anwendungen für den Bau oder die Instandsetzung von Kernreaktoren vermieden werden.
Molybdän
Molybdän ist für die Herstellung der erfindungsgemäßen Legierungen besonders wichtig, da es ein Element ist, das im Vergleich mit den bekannten Legierungen des Standes der Technik (siehe Tabelle 1), die nur sehr geringe Molybdängehalte aufweisen, zu einem deutlichen Unterschied führt.
Eine von der Anmelderin der vorliegenden Patentanmeldung durchgeführte Versuchsreihe hat gezeigt, dass das Molybdän einen entscheidenden Effekt auf die Beständigkeit gegenüber Rissbildung des durch Schmelzen eines Schweißdrahtes aus einer Nickellegierung abgeschiedenen Metalls hat, insbesondere wenn das zum Schweißen verwendete Metall auf nichtrostende Stähle, beispielsweise Stähle mit 18 % Chrom und 8 % Nickel mit oder ohne Zusatz von Molybdän, in massiver Form oder in Form eines durch Elektroschweißen mit ummantelter Elektrode oder TIG-Elektrode erhaltenen Depots abgeschieden wird.
Die durchgeführte Versuchsreihe hat gezeigt, dass:

– für geringe Molybdänmengen in dem geschmolzenen Metall des Schweißdrahtes typischerweise unter 0,5 % die Bildung von Rissen vom Typ 2 zu beobachten ist, insbesondere beim Schweißen von nichtrostenden Stählen,
– wenn der Molybdängehalt steigt, beispielsweise auf 1 % in dem geschmolzenen Metall, zu sehen ist, dass die Beständigkeit gegenüber Rissbildung der zum Schweißen verwendeten Legierung deutlich besser ist, wenn die Legierung ausreichende Mengen an Titan (und/oder Aluminium) enthält. Durch eine minimale Menge an Titan und/oder Aluminium von 0,3 bis 0,4 % mit einem Molybdängehalt von 1 % in der Schweißlegierung kann die Anzahl der Risse vom Typ 2 auf eine geringe Zahl vermindert werden, insbesondere beim Schweißen von nichtrostenden Stählen; diese Ergebnisse legen nahe, die Mengenanteile an Molybdän, Titan und/oder Aluminium über diese Grenzen zu erhöhen, um die Rissbildung zu beschränken oder zu verhindern,
– wenn der Molybdängehalt in dem geschmolzenen Metall auf mindestens 2 % steigt, zeigen die durchgeführten Versuche, dass die Risse vom Typ 2 vollständig verschwinden und die Wirkung von Titan und/oder Aluminium auf die Beständigkeit gegenüber Rissbildung geringer ist als im Falle eines Molybdängehalts von etwa 1 %.

Die Molybdängehalte wurden in den Schweißdrähten oder Schweißstäben aus der erfindungsgemäßen Legierung festgelegt, wobei zuzugestehen ist, dass in dem Bereich der Fehler die Durchmischung hoch ist und bis zu 50 % erreichen kann, diese Grenze jedoch kaum übersteigt, die in allen Arbeiten gemäß der vorliegenden Patentan meldung als eingehalten angesehen wird, was normalen Schweißbedingungen entspricht.
Als Ergebnis dieser Versuche konnte gezeigt werden, dass der Molybdängehalt mindestens 2 % betragen muss, damit in allen Fällen bei der Verwendung zum Schweißen eine sehr gute Rissbeständigkeit und insbesondere ein vollständiges Verschwinden von Rissen vom Typ 2 erhalten wird, wobei der Gehalt an Titan und Aluminium insgesamt auf einen Wert beschränkt wird, mit dem die Oxidation des Schweißmetalls vermieden wird.
Ein Molybdängehalt über 7 % ist möglich, jedoch nicht erforderlich, da die Wirkung des Molybdäns auf die Rissfestigkeit bei einem Wert in der Größenordnung von 7 % eine Sättigung erreicht. Ein Gehalt über 7 % erhöht die Kosten der Legierung und kann die Eigenschaften des zum Schweißen verwendeten Metalls in nicht gewünschter Weise verändern.
Die Molybdänmenge liegt vorzugsweise in der Gegend von 4 %.
Aluminium und Titan
Es kann ein gewisser Mengenanteil an Titan und/oder Aluminium in dem zum Schweißen verwendeten Metall verwendet werden, wobei jedoch der Mengenanteil des Aluminiums auf einen Wert beschränkt wird, bei dem unerwünschte Oxidationseffekte im Schmelzbad beim Schweißen vermieden werden.
Das Titan kann in der Legierung in einer Menge von 0 bis 0,8 Gew.-%, beispielsweise in der Gegend von 0,30 % vorliegen. Ein Wert über 0,8 % ist nicht wünschenswert.
Das Aluminium kann in der Legierung in einer Menge von 0 bis 0,75 Gew.-%, beispielsweise in der Gegend von 0,15 % vorliegen. Ein Gehalt über 0,75 % ist nicht wünschenswert.
Zirconium und Bor
Wenn sie kombiniert werden, haben diese Elemente wegen des Phänomens der mangelnden Duktilität (in Englisch "Ductility Dip Cracking") eine günstige Wirkung auf die Rissfestigkeit. Diese Elemente sind jedoch alleine nicht ausreichend, um die Probleme hinsichtlich der Rissbildung zu lösen, denen die erfindungsgemäße Legierung abhelfen soll. Außerdem hat Zirconium wie Aluminium eine Wirkung auf die Oxidation des Schmelzbades beim Schweißen. Zirconium und Bor sollten daher in der Legierung enthalten sein, jedoch in begrenzten Mengenanteilen.
Zirconium sollte in der erfindungsgemäßen Legierung in einer Menge von 0,0008 bis 0,012 % und vorzugsweise in einer Menge in der Größenordnung von 0,006 % enthalten sein.
Im Vergleich mit den Zirconiummengen sollte Bor in Mengenanteilen von 0,001 bis 0,010 % und vorzugsweise in der Gegend von 0,004 % vorliegen.
Niob und Tantal
Niob hat einen Effekt auf die Beständigkeit gegenüber Warmrissbildung. Dieses Element sollte nicht in zu großen Mengen vorliegen, um zu vermeiden, dass die Gefahr der Warmrissbildung erhöht und die Eigenschaften des abgeschiedenen Metalls in unerwünschter Weise modifiziert werden.
Die Niobmenge sollte daher mindestens 0,6 %, um die gewünschten Wirkungen auf die Warmrissfestigkeit zu erhalten, und höchstens 2 % betragen.
Innerhalb dieses Bereichs sollte die Niobmenge auf einen solchen Wert festgelegt werden, dass das Verhältnis der prozentualen Menge von Niob und der prozentualen Menge von Silicium über 4 liegt, damit ein ausreichender Effekt auf die Beständigkeit gegenüber Warmrissbildung erzielt wird.
Eisen
Eisen wird wie in den im Handel erhältlichen Legierungen und Grundmetallen vom Typ 690 auf einen Wert von 8 bis 12 % festgelegt, um die strukturelle Stabilität der Legierung zu gewährleisten (Beständigkeit gegenüber den Phänomenen der Bildung einer brüchig machenden Phase bei Alterung im Betrieb, wodurch die Gefahr besteht, dass die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt werden).
Stickstoff
Stickstoff, bei dem es sich um ein Restelement handelt, ist für die Legierung nicht notwendig. Stickstoff sollte auf jeden Fall in einer Menge unter 0,040 % enthalten sein.
Wolfram
Wolfram ist ein Element, das für die Legierung nicht angestrebt wird, dieses unvermeidliche Element sollte auf jeden Fall auf 0,10 % beschränkt werden, damit eine nicht gewünschte Veränderung der Eigenschaften des zum Schweißen verwendeten Metalls vermieden wird.
Weitere Restelemente können in der Legierung in geringen Mengen enthalten sein; bei diesen Elementen kann es sich beispielsweise um Zinn, Vanadium, Blei, Cadmium, Magnesium, Zink, Antimon, Tellur, Calcium oder Cer handeln. Diese Elemente, die in der Legierung in sehr kleinen Mengen enthalten sind, liegen mit den anderen oben angegebenen restlichen Elementen (Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor, Kupfer, Cobalt, Stickstoff und Wolfram) insgesamt in einer Menge unter 0,5 Gew.-% vor.
Nickel
Als Grundmetall der Legierung bildet es den für 100 % erforderlichen Restgehalt der Zusammensetzung.
Die Zusammensetzungen für zwei erfindungsgemäße Legierungen zum Schweißen sind in den Spalten 5 und 6 (Beispiel 1 und Beispiel 2) in der Tabelle 2 angegeben.
Beispiel 1
Für Beispiel 1 liegt der Molybdängehalt bei dem optimalen Wert (4 %). Der Gehalt an Aluminium liegt bei einem Wert von 0,07 % und der Gehalt an Titan bei einem Wert in der Nähe des typischen Wertes von 0,30 %.
Der Siliciumgehalt der Legierung ist niedrig (0,025 %) und liegt deutlich unter der bevorzugten oberen Bereichsgrenze. Obwohl der Niobgehalt nur 0,80 % beträgt, ist das Verhältnis Niob/Silicium hoch und liegt in der gleichen Größenordnung wie bei den im Handel erhältlichen Legierungen des in der Tabelle 1 angegebenen verbesserten Typs (32). Der Wert für das Verhältnis liegt weit über der angegebenen Untergrenze. Die Gehalte an Zirconium und Bor liegen bei der beanspruchten unteren Bereichsgrenze.
Beispiel 2
Im Falle des Beispiels 2 liegt der Molybdängehalt über dem als bevorzugt angesehenen mittleren Gehalt (4 %). Der Gehalt an Aluminium, der deutlich höher ist als in Beispiel 1, wird über dem typischen Wert von 0,15 % eingestellt und der Gehalt an Titan ist niedriger als der typische Wert, wobei der prozentuale Gewichtsanteil von Aluminium und Titan insgesamt in etwa wie in Beispiel 1 ist.
Der Borgehalt liegt höher als in Beispiel 1 und entspricht den bevorzugten Werten.
Der Siliciumgehalt ist höher als im Falle des Beispiels 1. Der Niobgehalt ist ebenfalls etwas größer als in Beispiel 1. Da das Silicium in einer ziemlich hohen Menge enthalten ist, liegt das Verhältnis Niob/Silicium deutlich unter dem Verhältnis des Beispiels 1.
Das Verhältnis ist jedoch immer noch doppelt so groß wie der erforderliche Minimalwert.
Aus den Sorten der Beispiele 1 und 2 wurden Schweißdrähte hergestellt. Diese Schweißdrähte wurden dazu verwendet, verschiedene homogene oder heterogene Schweißungen von Nickellegierungen mit 30 % und 15 % Chrom und nichtrostenden Stählen durchzuführen.
Es konnte das vollständige Fehlen von Rissen vom Typ 2 in dem abgeschiedenen Metall festgestellt werden, sogar in den Durchmischungsbereichen der Schweißung. Das abgeschiedene Metall ist in allen Fällen auch praktisch frei von Rissen vom Typ 1.
Es waren keinerlei Oxidationsspuren festzustellen, die zu einer Beeinträchtigung des abgeschiedenen Metalls führen könnten.
Mit Drähten aus Legierungen nach dem Stand der Technik konnten solche Ergebnisse nicht erzielt werden.
Hinsichtlich der Vergleichsbeispiele der Spalten 5 und 6 der Tabelle 1 ist anzumerken, dass die Vergleichslegierung der Spalte 5 (CF 52) einen Siliciumgehalt aufweist, der mit dem Gehalt des erfindungsgemäßen Beispiels 1 vergleichbar ist, und einen etwas höheren Niobgehalt, wobei das Verhältnis Niob/Silicium über 50 % über dem Verhältnis Niob/Silicium des Beispiels 1 liegt. Diese Legierung des Standes der Technik enthält jedoch nur einen geringen Mengenanteil Molybdän (0,012 %), wohingegen die erfindungsgemäßen Legierungen mehr als 2 % und im Allgemeinen 4 % oder mehr Molybdän enthalten. Trotz des hohen Verhältnisses Niob/Silicium und der ähnlichen Mengenanteile an Aluminium und Titan kann mit der Legierung CF 52 keine Beständigkeit gegenüber Rissbildung erhalten werden, die mit der Beständigkeit der erfindungsgemäßen Legierungen vergleichbar ist.
Für das zweite Vergleichsbeispiel (Legierung 52 M) in der Spalte 6 der Tabelle 2 ähneln die Mengenanteile an Silicium, Niob und das Verhältnis Niob/Silicium denen der Legierung des Beispiels 1. Aluminium und Titan sind auf Werte beschränkt, die mit den Werten der erfindungsgemäßen Beispiele vergleichbar sind. Die Mengenanteile an Zirconium und Bor der Vergleichslegierungen sind mit den Mengen der erfindungsgemäßen Legierungen der Beispiele 1 und 2 vergleichbar.
Es ist vollkommen klar, dass das quasi Fehlen von Molybdän (0,02 %) in der zweiten Vergleichslegierung die Unterschiede im Verhalten beim Schweißen und die guten Ergebnisse, die mit den erfindungsgemäßen Legierungen und insbesondere der Legierung des Beispiels 1 erzielt werden, erklärt.
Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele und der Beispiele für Legierungen der Standes der Technik zeigt, dass eine zum Schweißen verwendete Legierung mit einem Molybdängehalt in der Größenordnung von 4 % oder etwas darüber, einem Niobgehalt, der ausreichend ist, damit das Verhältnis Niob/Silicium deutlich über 4 liegt, sowie mäßigen Mengenanteilen an Aluminium und Titan die Probleme hinsichtlich des Schweißens von Nickellegierungen mit etwa 15 % und 30 % Chrom und nichtrostenden Stählen lösen kann.
Mit der erfindungsgemäßen Legierung können Drähte zum Schutzgasschweißen erhalten werden, mit denen Nickellegierungen und nichtrostende Stähle beim Bau und der Instandsetzung von Komponenten von Kernreaktoren fehlerfrei homogen oder heterogen geschweißt werden können.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die Mengenanteile der verschiedenen Legierungselemente für das Elektroschweißen bei den in Betracht gezogenen Anwendungen können in den beanspruchten Bereichen angepasst werden, um die Eigenschaften des zum Schweißen verwendeten Metalls und die Schweißbedingungen zu optimieren.
Die erfindungsgemäße Legierung kann nicht nur in Form von Drähten oder Stäben zum Schutzgasschweißen verwendet werden, sondern auch in anderen Formen, beispielsweise in Form von ummantelten Elektroden.
Auch wenn die Legierung insbesondere für Anwendungen im Bereich des Baus und der Instandsetzung von Kernreaktoren vorgesehen ist, kann sie auch in anderen technischen Gebieten verwendet werden.

Claims

Legierung auf Nickelbasis für das elektrische Schweißen von Nickellegierungen und Stählen, insbesondere nichtrostenden Stählen, dadurch gekennzeichnet, dass sie auf das Gewicht bezogen enthält: weniger als 0,05 % Kohlenstoff, 0,015 % bis 0,5 % Silicium, 0,4 % bis 1,4 % Mangan, 28 % bis 31,5 % Chrom, 8 % bis 12 % Eisen, 2 % bis 7 % Molybdän, 0,6 % bis 2 % Niob und Tantal insgesamt, wobei das Verhältnis der prozentualen Mengenanteile von Niob plus Tantal und Silicium mindestens 4 ist, weniger als 0,04 % Stickstoff, 0,0008 % bis 0,0120 % Zirconium, 0,0010 % bis 0,0100 % Bor, bis zu 0,75 % Aluminium, bis zu 0,8 % Titan, weniger als 0,01 % Schwefel, weniger als 0,020 % Phosphor, weniger als 0,30 % Kupfer, weniger als 0,15 % Cobalt und weniger als 0,10 % Wolfram, wobei die restliche Legierung abgesehen von unvermeidlichen Verunreinigungen, deren Gesamtmenge höchstens 0,5 % beträgt, aus Nickel besteht.
Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie vorzugsweise weniger als 0,20 % Silicium, etwa 4 % Molybdän, 0,006 % Zirconium und 0,004 % Bor enthält.
Schweißdraht zum elektrischen Schutzgasschweißen von Nickellegierungen und Stählen, insbesondere nichtrostenden Stählen, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 und 2 hergestellt ist.
Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 und 2 oder eines Drahtes nach Anspruch 3 zum Schweißen von Elementen oder Komponenten eines Kernreaktors beim Bau, bei der Montage oder bei der Instandsetzung eines Elements oder einer Komponente des Kernreaktors.