Eigenschaften geschweißter Mischverbindungen zwischen Stählen und Chrom-Nickel-Stählen

Transkript

1 Eigenschaften geschweißter Mischverbindungen zwischen Stählen und Chrom-Nickel-Stählen von Ing. c. Pohle

2 Vorwort 1 Einführung. l.l Einsatzgebiete und Bezeichnungen von Mischverbindungen 1 Werkstoffliche Besonderheiten 1 Historischer Überblick Mischkristalle und Phasen 5 Einleitung 5 Kristallgitter von Mischkristallen 5 Intermetallische Phasen 7 Sigma-, Chi- und Etaphase 8 Entstehungsmechanismus 8 Sigmaphase 8 Chi- und Etaphase 10 Ferritzerfall 11 Eigenschaften der Phasen Werkstoffe 14 Grundwerkstoffe 14 Schweißzusatz 14 Auswahl des Schweißzusatzes Herstellen von Schwarz-WeiB-Verbindungen 18 Schweißnahtgestaltung 18 Verbindungs nähte 18 Ausführungsbeispiele 18 Apparatebau 18 Dampfkesselbau 21 Schwarz-Weiß-Übergangsstücke 22

3 Eigenschaften geschweißter Mischverbindungen zwischen Stählen und Chrom-Nickel-Stählen von Ing. c. Pohle

4 Schweißen von Mischverbindungen 24 Schweißprozeß 24 Das Schaeffler-Diagramm 26 Aussagefähigkeit 26 Martensit-Starttemperatur 29 Diskussion 30 Schweißtechnologie 30 Spannungsarmglühen 31 Allgemeine Hinweise 31 Einfluß des Glühens auf die Eigenspannungen 32 Qualitätssicherung 33 Betriebssicherheit der Schweißung 33 Zerstörungsfreie Prüfmethoden Metallographische Untersuchungsmethoden 36 Lichtoptische Metallographie 36 Mikrohärteprüfung 40 Rasterelektronenmikroskopie 41 Ambulante Metallographie Fertigungsbedingte Rißbildung 44 Heißrisse 44 Dilatations-Heißrisse 45 Kaltrisse (wasserstoffinduzierte Risse) Mechanisch-technologisches Verhalten 53 Allgemeines Bruchbild 53 Trennbruch (Sprödbruch) 53 Zähbruch (Verformungsbruch) 53 Schwingbruch 53 Verfahrensprüfung der Firma Krupp (1935) 53 Zugversuch 55 Einleitung 55 Versuchsergebnisse 55 Schwarz-Weiß-Stumpfnaht 55 Plattierungsstumpfnaht 56 Biegeversuch 56 Einleitung 56 Querbiegeversuch 57 Längsbiegeversuch 57 Seitenbiegeversuch 57 Plattierungsproben 58 Anwendungsbezogener Biegeversuch 58

5 Kerbschlagbiegeversuch 59 Einleitung 59 Versuchsergebnisse 59 Blech X6 CrNiTi und Schweißgut 18-8-Mn 59 Schweißgut 18-8-Mn und Schweißgut 18-8-Mn und Ergebnisse nach Zürn und Morach 61 Ergebnisse nach Decker u. a 63 Ergebnisse nach Engelhard u. a 64 Diskussion des Proben verhaltens 65 Schwingversuch 66 Einleitung 66 Versuchsergebnisse 66 Zug-Druck-Wechselversuch 66 Umlaufbiegeversuch nach Pohle u. a 69 Zugschwellversuch mit gekerbten Proben 72 Zug-Druck-Wechselversuch nach lrsid und UNIREC 73 Biegewechselversuch nach Gülec 78 Biegewechselversuch nach Fujiwara 80 Diskussion des RIßverhaltens 83 Innendruck-Schwellversuch 83 Kesseltrommel-Modell der Firma Krupp (1935) 83 Modell mit gekerbten Längsnähten 85 Berstversuch 86 Kesseltrommel-Modell der Firma Krupp (1935) 86 Modell mit gekerbten Längsnähten 87 Härteprüfung 88 Diskussion "Wanddicke von innendruckbeanspruchten Bauteilen" 93 8 Mechanisch-thermisches Verhalten Einleitung Zeitstandversuch Zeitstandversuch nach Nath Zeitstandversuch nach Ruttmann Temperaturwechselversuch Abschreckversuch nach Löjblad und Lindh Zugbeanspruchung nach Jahn Zugschwellbeanspruchung nach Gülec Biegebeanspruchung nach Klueh u. a Innendruck-Temperaturwechselversuch Druckgefäß aus Kesselrohr nach Jahn Druckgefäß aus Kesselrohr nach Moles u. a Druckgefäß aus Rohr nach Emerson u. a Halbschalen-Druckgefäß nach Pohle Austausch von Temperatur und Zeit beim Glühen Diskussion "Thermische Beanspruchung" 114

6 9 Wärmespannungen Dilatationsspannungen Wärmespannungen in Erzeugnisdicke durch Temperaturgradienten Wärmespannungen im Prüfkörper aus Abschnitt Diskussion Korrosionsbeständigkeit Einführung Korrosion durch heiße Gase Korrosion durch wäßrige Medien Einleitung Korrosionsmechanismus Korrosionsarten der Naßkorrosion Galvanische Korrosion Spaltkorrosion Schwingungsrißkorrosion Spannungsrißkorrosion Übersicht Laugeninduzierte Spannungsrißkorrosion Chloridinduzierte Spannungsrißkorrosion Wasserstoffinduzierte Spannungsrißkorrosion Einführung Schwarz-Weiß-Verbindung im NACE-Test Prüfergebnisse nach Risch Einfluß von Druckwasserstoff Diskussion Betriebsbewährung und Schadensfälle Einleitung 130 Dampfkesselanlagen 130 Dampfkessel in den USA 130 Dampfkessel in England 132 Dampfkessel in Deutschland 132 Heißdampfüberhitzer nach Schneider 133 Heißdampfüberhitzer nach Müsch 133 Heißdampfüberhitzer nach Kaes u. a 134 Einspritzstation nach Kaes u. a 136 Chemieanlagen 136 Herstellungsfehler 136 Flansch-Rohr-Verbindung DN 50 ; 136 Plattierungsstumpfnaht 137 Flansch-Rohr-Verbindung DN

7 Stumpfnähte an Kugelhähnen DN Stutzeneinschweißung DN 25/ Rührerwelle, Durchmesser 140 mm " 141 Rohrleitung DN Betriebsbedingte Ausfälle 142 Kühlkammer 142 Kolonne mit Natronlauge-Sumpf 143 Reformerrohre, Durchmesser 118 mm 143 Rohrleitungsfestpunkt 144 Tragpratzen an Reaktormänteln nach Anhalt 145 Rohr-Flansch-Verbindung nach Kahle und Wendel 146 Rohrleitung DN 300 nach Kahle und Wendel Martensitischer Übergangsbereich Mechanismus der Martensitbildung 147 Martensitstruktur im Übergangsbereich 148 Einleitung 148 Martensitstrukturen nach Ornath 148 Martensitstruktur an der Schmelzgrenze nach Wang 149 Eigenschaften des Martensits nach Pohle 150 Wärmeausdehnungs koeffizient 150 Elastizitätsmodul und mechanisch-technologische Gütewerte 152 Härte 152 Verhalten bei Rißausbreitung 153 Einleitung 153 Untersuchungen nach IRSID und UNIREC 153 Untersuchungen nach Nath 153 Rißzähigkeitsuntersuchungen nach Pohle 154 Diskussion "Martensitischer Übergangsbereich" Kohlenstoffdiffusion in Mischverbindungen Einleitung 161 Kinetik der Volumendiffusion 161 Löslichkeit von Kohlenstoff in Eisen 162 Diffusionskoeffizient des Kohlenstoffs 163 Kohlenstoffdiffusion in Eisen 163 Einfluß von Legierungselementen 164 Karbidsysteme 164 Thermodynamische Zustandsgrößen 165 Einleitung 165 Enthalpie, Entropie, freie Enthalpie 165 Chemisches Potential, chemische Aktivität 167 Aktivierungsenergie 167

8 Vorausberechnung der Breite der entkohlten Zone 168 Gedankenmodell zur Kohlenstoffdiffusion 168 Beispiele nach Christoffel und Curran 169 Methode nach Beckert 171 Methode nach Eckel 172 Weitere Ergebnisse zur Kohlenstoffdiffusion 174 Kurzzeitglühungen nach Emerson und Hutchinson 174 Einfluß des Mangans auf die Entkohlungsgeschwindigkeit 175 Karbidsaumbildung nach Beres 176 Schwarz-Weiß-Verbindung X 20 CrMoV 12 1/ INCOLOY 8()() 176 Diskussion "Kohlenstoffdiffusion " 177 Ursachen der Kohlenstoffdiffusion 177 Mechanismus der Kohlenstoffdiffusion 177 Diffusion der Legierungse1emente 178 Einfluß der martensitischen Übergangszone 179 Ausbildung des Karbidsaumes 179 Einfluß einer Kurzzeitglühung 180 Auswirkungen bei Langzeitglühung 180 Temperaturbereich unterhalb 350 C 180 Auswirkungen oberhalb 350 C 180 Anwendungsmöglichkeiten der Berechnungsformeln Zusammenfassung Folgerungen Gegenüberstellung von DIN- und EN-Normen 186 Schrifttum 187 Sachwortverzeichnis 195