Schweißen von martensitischem Stahl: Techniken, die Sie kennen müssen

Das Mikrogefüge von martensitischem Stahl (MS) ist überwiegend martensitisch. Er weist eine hohe Zugfestigkeit auf, wobei die maximale Festigkeit 1600 MPa erreicht. Um seine Plastizität zu verbessern, muss der Stahl angelassen werden, damit er trotz seiner hohen Festigkeit ausreichend formbar bleibt.

Derzeit, Martensitischer Stahl hat das höchste Festigkeitsniveau unter den handelsüblichen hochfesten Stahlblechen.

Martensitischer Stahl wird in zwei Typen unterteilt:

• Einfacher Stahl der Serie Cr13, einschließlich 1Cr13, 2Cr13, 3Cr13, 4Cr13, und so weiter.
• Legierungsverstärkter martensitischer Stahl mit mehreren Elementen, wie z. B. 1Cr11MoV und 1Cr12WMoV, der auf Cr12 basiert und Elemente wie W, Mo, V, Ti, Nb und andere enthält, um seine thermische Festigkeit zu erhöhen.

Martensitischer Stahl ist bekannt für seine starke Abschreckungsneigung, die durch Luftkühlung bei hohen Temperaturen erreicht werden kann. Austenit ein Martensitgefüge zu bilden. Allerdings ist 1Cr13 mit niedrigem Kohlenstoffgehalt bildet nach dem Abschrecken ein halbmartensitisches Gefüge mit Martensit und Ferrit.

Die erste Art von martensitischem Stahl wird in erster Linie für die allgemeine Korrosionsbeständigkeit verwendet, z. B. in Atmosphären, Meerwasser und Salpetersäure, sowie für Bauteile, die ein bestimmtes Maß an Festigkeit erfordern. Die zweite Art wird hauptsächlich für hitzebeständige Stähle verwendet.

Schweißbarkeit von martensitischem Stahl

Martensitische Stähle haben eine starke Tendenz zur Härtung. Bei Luftabkühlung werden hochharte Martensit produziert werden können. Dies führt jedoch auch zu den schlimmsten Schweißbarkeit unter allen nichtrostenden Stählen und hochlegierten hitzebeständigen Stählen.

Die folgenden Probleme treten beim Schweißen häufig auf:

1. Kaltriss beim Schweißen

Dies ist ein bekanntes Problem bei martensitischem Stahl.

Einerseits ist dies auf seine hohe Härtbarkeit zurückzuführen. Andererseits ist es auch eine Folge der schlechten Wärmeleitfähigkeit von Martensit, die zu erheblichen Eigenspannung während des Schweißens.

Insbesondere martensitische Stähle mit hohem Kohlenstoffgehalt und starren Schweißstrukturen sind anfällig für die Entwicklung von Schweißungen kalte Risse.

Um dem entgegenzuwirken, sind häufig Maßnahmen wie das Vorwärmen und die Wärmebehandlung nach dem Schweißen erforderlich.

2. Versprödung der Schweißnaht

(1) Überhitzungsversprödung in der Nähe der Naht

Martensitische Stähle befinden sich aufgrund ihrer Zusammensetzungsmerkmale häufig an der Grenze zwischen Martensit und Ferrit.

Bei einer hohen Abkühlungsgeschwindigkeit können sich in der Nähe der Verbindungsstelle große Martensitkörner bilden, die die Plastizität des Materials verringern.

Ist die Abkühlungsgeschwindigkeit gering, bildet sich ein grobes Gefüge aus massivem Ferrit und Karbiden, was die Form der Verbindung erheblich verschlechtert.

Daher ist es wichtig, die Abkühlgeschwindigkeit während des Schweißens zu kontrollieren.

(2) Anlass zur Versprödung

Martensitische Stähle und ihre Schweißnähte können bei Erwärmung und langsamer Abkühlung im Temperaturbereich von 375 bis 575 °C anfällig für Anlassversprödung sein, was ihre Bruchzähigkeit erheblich verringern kann.

Daher ist es wichtig, diesen Temperaturbereich bei der Wärmebehandlung zu vermeiden, um eine Versprödung zu verhindern.

Eckpunkte des Schweißverfahrens für martensitischen Stahl

1. Verfahren zum Schweißen

Martensitischer Stahl kann mit allen Schmelzverfahren geschweißt werden. Schweißverfahren mit Ausnahme des Gasschweißens, einschließlich des Metallschutzgasschweißens, des Unterpulverschweißens, des Argon-Wolfram-Lichtbogenschweißens und des Argon-Metall-Lichtbogenschweißens, um nur einige zu nennen.

Aufgrund der hohen Empfindlichkeit gegenüber Kaltrissen ist es jedoch wichtig, die Schweißnaht gründlich zu reinigen und zu trocknen. Schweißdraht vor dem Schweißen, um niedrige oder sogar extrem niedrige Wasserstoffwerte zu gewährleisten.

Wenn der Grad der Beanspruchung der Verbindung hoch ist, wird empfohlen, das Argon-Wolfram-Schweißen oder Argon Metallbogen Schweißen.

Um das Risiko von Kaltrissen zu minimieren, ist es wichtig, die Schweißwärme in geeigneter Weise zuzuführen, um Überhitzung und Versprödung in der Nähe der Schweißstelle zu vermeiden.

2. Materialien zum Schweißen

Die Wahl der Schweißmaterialien sollte sich nach der Stahlsorte, dem Schweißverfahren und den Arbeitsbedingungen der Verbindung richten.

Um sicherzustellen, dass die Verbindung wie gewünscht funktioniert, ist es wichtig, Schweißmaterialien zu wählen, deren chemische Zusammensetzung der des Grundmetalls nahe kommt. Dies kann jedoch dazu führen, dass die Schweißnaht und die Wärmeeinflusszone aushärten und spröde werden.

Nach dem Schweißen ist oft eine Wärmebehandlung erforderlich, um Kaltrisse zu verhindern. Wenn eine Wärmebehandlung nicht möglich ist, sind die austenitischen Typen 25-20 und 25-13 Stahlschweißen Werkstoffe können zur Herstellung von austenitischen Schweißnähten verwendet werden, wodurch die Schweißspannung abgebaut und die Neigung zur Kaltrissbildung aufgrund des erhöhten Wasserstoffgehalts verringert werden kann.

Austenitische Schweißnähte haben eine gute Plastizität und Zähigkeit, aber eine geringe Festigkeit, so dass sie sich nur für Verbindungen unter statischen Lastbedingungen mit geringer Spannung eignen. Außerdem kann der große Unterschied in den thermophysikalischen Eigenschaften zwischen der Schweißnaht und dem Grundwerkstoff bei hohen Temperaturen zu zusätzlichen Spannungen an der Verbindungsstelle führen, was ein frühzeitiges Versagen der Verbindung zur Folge hat.

Für das Lichtbogenschweißen mit Schweißstäben werden in der Regel Elektroden mit niedrigem Wasserstoffgehalt verwendet, die vor dem Schweißen zwei Stunden lang bei 400-450 °C getrocknet werden sollten. Beim Unterpulverschweißen sollten siliziumarme, hochalkalische oder schwach saure Flussmittel wie HJ172, HJ173 oder HJ251 verwendet werden. WIG-Schweißen wird hauptsächlich für das Gegenschweißen und das Schweißen dünner Teile beim Mehrlagenschweißen verwendet.

3. Vorwärmung und Zwischenlagentemperatur

Das Vorwärmen und Aufrechterhalten der Zwischenlagentemperatur ist ein entscheidender Schritt zur Vermeidung von Kaltrissen beim Schweißen.

Die Vorwärmtemperatur sollte auf der Grundlage des Kohlenstoffgehalts im Stahl und unter Berücksichtigung des Verformungsgrads der Verbindung, des Füllstoffs Metallzusammensetzungund das Schweißverfahren. Tabelle 1 enthält empfohlene Vorwärmtemperaturen, Wärmezufuhr usw. auf der Grundlage der Klassifizierung des Kohlenstoffgehalts.

Wenn die Verbindung einen hohen Grad an Zurückhaltung aufweist, ist es notwendig, die Vorwärmtemperatur und Zwischenlagentemperatur entsprechend. Die Zwischenlagentemperatur sollte nicht niedriger sein als die Vorwärmtemperatur.

Zum Schweißen mit austenitischen Stahlschweißen Werkstoffen ist ein Vorwärmen oder Vorwärmen bei niedrigen Temperaturen je nach Dicke der Schweißnaht möglicherweise nicht erforderlich.

Tabelle 1 Empfohlene Vorwärmtemperatur und Wärmezufuhr für martensitische Schweißen von Stahl

4. Wärmebehandlung nach dem Schweißen

Eine weitere wichtige Maßnahme zur Vermeidung von Kaltrissen beim Schweißen ist die Wärmebehandlung nach dem Schweißen.

Bei der Verwendung von Schweißwerkstoffen, die eine ähnliche Zusammensetzung wie der Grundwerkstoff aufweisen, sind nach dem Schweißen Anlassen Wärmebehandlung ist in der Regel erforderlich. Beim Schweißen mit austenitischen Stahlwerkstoffen hingegen ist eine Wärmebehandlung nach dem Schweißen in der Regel nicht erforderlich.

Um eine vollständige Umwandlung der Austenit nach dem Schweißen in Martensit umzuwandeln, ist es wichtig, eine Anlaßbehandlung unmittelbar nach dem Schweißen zu vermeiden. Die Verbindung muss auf eine Temperatur abgekühlt werden, die unter der Frau Punkt und für eine bestimmte Zeit bei dieser Temperatur gehalten, bevor sie einer Hochtemperatur-Anlassbehandlung unterzogen werden. Denn wenn das Anlassen unmittelbar nach dem Schweißen erfolgt, werden die Austenit verwandelt sich in Perlit und Karbide scheiden sich entlang der Austenit-Korngrenze aus, wodurch die Verbindung sehr spröde wird.

Um jedoch Kaltrisse zu vermeiden, darf die Hochtemperatur-Anlassbehandlung nicht durchgeführt werden, nachdem die Verbindung auf Raumtemperatur abgekühlt ist. In der Regel wird eine Anlaßbehandlung durchgeführt, wenn die Verbindung auf 100-150°C abgekühlt ist.