Kalthärte ist die Fähigkeit von Materialien, bei niedrigen Temperaturen verwendet zu werden. Im Bereich der Stahlwerkstoffe bedeutet dies im Allgemeinen den Nachweis einer ausreichenden Schlagzähigkeit von gekerbten Stäben bei -60°C und darunter.
Zusammenfassung
- Allgemein
- Schweißen von kältebeständigen Nickelstählen
- Nickelstahl 5 – 9 %
- Schweißen von kaltgehärteten CrNi- und CrNiMo-Stählen
Allgemein
Kältebeständige Stähle werden zunehmend in Gasverflüssigungsanlagen und für den Transport und die Lagerung von Flüssiggasen eingesetzt. Diese Stähle können im Wesentlichen wie folgt klassifiziert werden:
- Unlegierte und niedrig legierte kaltzähe Stähle
- Nickelstähle mit 1,5 – 3,5% Ni (bis -105°C)
- Nickelstähle mit 5 – 9% Ni (unter -100°C – -196°C)
- Austenitische CrNi- und CrNiMo-Stähle
Schweißen von kältebeständigen Nickelstählen
Für Nickelstähle bis ca. 3%:
Nickel kann ein Schweißzusatz desselben Typs verwenden. Bei höheren Nickelgehalten können ähnliche Schweißzusatzwerkstoffe wegen der Gefahr von Heißrissen nicht verwendet werden; es werden austenitische oder überlegierte Nickelbasis-Zusatzwerkstoffe verwendet. Beim austenitischen Schweißen muss mit einer Ermüdung der Verbindung aufgrund von Temperaturschock durch Dehnungsspannung (unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten) gerechnet werden. Besonders zu beachten sind die Festigkeitswerte und die Prüfspannung von 0,2% des Schweißgutes durch Schmelzen der Verbindung. Nach dem Schweißen sollte keine Wärmebehandlung durchgeführt werden, da sich die Diffusion von Kohlenstoff in Austenit bei niedrigen Temperaturen negativ auf die Kerbschlagzähigkeit des gekerbten Stabes auswirkt.
Nickelstahl 5 – 9 %
Nickelstahl 5 – 9 % hat nach dem Härten und Anlassen ein Gefüge, das hauptsächlich aus weichem Martensit besteht, das auf einen niedrigen Kohlenstoffgehalt vergütet wird. Während des Schweißens wird keine Vorwärmung durchgeführt, um die Verweilzeit bei höheren Temperaturen so kurz wie möglich zu halten und die Bildung von unerwünschtem Austenit zu vermeiden. Darüber hinaus werden kleinere Durchmesser und die Schweißraupentechnik bevorzugt. Die maximale Temperatur der Zwischenschicht muss auf 150°C begrenzt werden. Wärmeeinträge von 6 bis 20 kJ/cm sind üblich. Probleme beim Schweißen von höher legierten Ni-Stählen können durch den Einfluss von Restmagnetismus verursacht werden, der eine starke Ablenkung des Lichtbogens durch magnetisches Blasen verursacht und ein ordnungsgemäßes Schweißen verhindert. Beim Schweißen mit Gleichstrom können stromführende Kabel bereits eine magnetisierende Wirkung haben. 5% Ni-Stähle wie X12Ni5 und 9% Ni-Stähle wie X8Ni9 neigen zur Entwicklung von Dauermagnetismus.
Schritte:
- Lamellen auf eine Feldstärke von weniger als 1,6 kA/m entmagnetisieren, max. 4,8 kA/m an den Fügekanten
- Wechselstromschweißen
- Anwendung des WIG-Verfahrens
- Befestigung von Gegenpfählen oder Permanentmagneten
Schweißen von kaltgehärteten CrNi- und CrNiMo-Stählen
Diese Stähle werden auch als rostfreie Stähle bezeichnet. Sie werden mit ähnlichen Arten von nicht stabilisierten oder stabilisierten Schweißzusätzen geschweißt. Das nicht stabilisierte Schweißgut ist dem stabilisierten Schweißgut in Bezug auf die Tieftemperaturzähigkeit etwas überlegen. Bei längerer Exposition gegenüber niedrigeren Temperaturen, häufigen Druck- und/oder Temperaturwechseln oder plastischer Verformung besteht insbesondere bei Mo- und Nb-legierten Stählen die Möglichkeit, dass Austenit in die Martensitphase übergeht, mit der Gefahr der Versprödung. Unstabilisierte, Mo-freie CrNi-Stähle und insbesondere CrNiN-Güten sollten vorzugsweise ingleicher Weise ausgewählt und geschweißt werden. Schweißbehandlung von nickellegierten Stählen für Anwendungen bei niedrigen Temperaturen.
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