Wärmebehandlung von Schweißmischverbindungen

Transkript

1 Wärmebehandlung von Schweißmischverbindungen Dr. Klaus Richter, Leiter Qualitätsstelle Dillinger Hütte GTS A. Einführung B. Der Hollomon-Jaffe Parameter C. Definition eines Arbeitsbereiches für das S-Glühen von gleichartigen Schweißverbindungen D. Das S-Glühen von ungleichartigen Schweißverbindungen E. Zusammenfassung und Schlußfolgerungen

2 A. Einführung

3 B. Der Hollomon-Jaffe Parameter HP = T x (20 + logt) x 10-3 T in Kelvin, t in Stunden Ermöglicht die Zusammenfassung verschiedener Anlass- und Spannungsarmglühbehandlungen zu einem Wert, der die thermische Geschichte des Werkstoffs beschreibt.

4 t = 25.5 mm t = 49.0 mm Zugfestigkeit R m [MPa] Wärmebehandlung 925 C 30' C 30' 925 C 30' C 30' 925 C 30' C 30' 925 C 30' C 30' 925 C 30' C 30' 925 C 30' C 30' C 30' 925 C 30' C 30' C 120' 925 C 30' C 30' C 120' 925 C 30' C 30' C 600' 925 C 30' C 30' C 120' 925 C 30' C 30' C 600' 18 18, , ,5 21 HP- Faktor Bild 1: Festigkeit als Funktion von HP für den Stahl A , N + A (+S)

5 t = 25.5 mm t = 49.0 mm Charpy-V-quer [Joule] Wärmebehandlung 925 C 30' C 30' 925 C 30' C 30' 925 C 30' C 30' 925 C 30' C 30' 925 C 30' C 30' 925 C 30' C 30' C 30' 925 C 30' C 30' C 120' 925 C 30' C 30' C 120' 925 C 30' C 30' C 600' 925 C 30' C 30' C 120' 925 C 30' C 30' C 600' Testtemperatur - 18 C , , ,5 21 HP- Faktor Bild 2: Charpy-V-quer, gemessen bei -18 C als Funktion von HP für den Stahl A , N + A (+S)

6 C. Definition eines Arbeitsbereiches für das S-Glühen von gleichartigen Schweißverbindungen

7 Blechdicke 10 mm Rm - Obergrenze Rm Mittelwert 99% Kofidenzgrenze 200 Blechdicke 10 mm Testtemperatur ± 0 C Produktionsfenster 2 Av Av Mittelwert 99% Kofidenzgrenze 650 Rm [MPa] Av [Joule] Rm - Untergrenzergrenze 50 Produktionsfenster ,4 18,8 19,2 19, ,4 Hollomon-Parameter Minimalanforderung Zähigkeit ,4 18,8 19,2 19, ,4 Hollomon-Parameter Bild 3: Der Einfluß streuender mechanischer Eigenschaften auf die Abschätzung eines zuverlässigen Produktionsfensters für eine Blechdicke von 10 mm. Linkes Bild: abgeschätzte Festigkeit als Funktion von HP. Rechtes Bild: abgeschätzte Zähigkeit (Charpy-V-quer, bei ± 0 C) als Funktion von HP.

8 Zugversuch- und Zähigkeit Zähigkeit Zugversuch 20,5 Hollomon Parameter 20,0 19,5 19,0 18,5 18,0 Minimalanforderung Zugversuch Minimalanforderung Zähigkeit Maximalanforderung Zugversuch Blechdicke [mm] Bild 4: Graphische Darstellung der Kombinationen von Blechdicke und HP, für die ein gegebenes Anforderungsprofil mit vertetbarem Risiko erfüllt wird.

9 Zugversuch Zähigkeit 20,7 20,5 20,3 20,1 690 C/560 ' Maximal PWHT A , N+T HP- Faktor 19,9 19,7 19,5 19,3 690 C/75 ' 690 C/40 ' 19,1 18,9 18, Blechdicke [mm] Anlassen 680 C/30 ' Bild 5: Graphische Darstellung des Produktionsfenster für die Stahlsorte A im Zustand N + A bzgl. einer vorgegebenen Analysenzusammensetzung für die Rp0,2 311 MPa; 515 Rm 690 MPa und Av (T = ± 0 C) 17 (21) J erfüllt wird.

10 D. Das S-Glühen von ungleichartigen Schweißverbindungen

11 HP- Faktor 20,7 20,5 20,3 20,1 19,9 19,7 19,5 19,3 19,1 18,9 18,7 690 C/560 ' Maximal PWHT A , N+T 690 C/75 ' 690 C/40 ' Anlassen 680 C/30 ' HP- Faktor 20,7 20,5 20,3 20,1 19,9 19,7 19,5 19,3 19,1 18,9 18,7 690 C/1720 ' Maximal PWHT A , N+T Anlassen 710 C/30 ' Blechdicke [mm] Blechdicke [mm] 20,7 A A A A HP- Faktor 20,5 20,3 20,1 19,9 19,7 19,5 690 C/560 ' 690 C/75 ' 690 C/40 ' Anlassen 710 C/30 ' Zähigkeit Zugversuch Zugversuch- und Zähigkeit 19,3 19,1 18,9 18,7 Anlassen 680 C/30 ' Blechdicke [mm] Bild 6: Graphische Darstellung der überlappenden Produktionsfenster für A und A , beide im normalisierten Zustand, für die Rp0,2 311 MPa; 515 Rm 690 MPa und Av (T = -0 C) 17 (21) J erfüllt wird.

12 20,7 20,5 20,3 20,1 690 C/1700 ' 690 C/1300 ' 690 C/665 ' A A A A Maximal PWHT HP- Faktor 19,9 19,7 19,5 19,3 19,1 18,9 Anlassen 710 C/30 Anlassen 710 C/30 18, Blechdicke [mm] Bild 7: Graphische Darstellung der überlappenden Produktionsfenster für A (Q+A+S) und A (N+A+S), für die das Anforderungsprofil Rp0,2 311 MPa; 515 Rm 690 MPa und Av (T = -0 C) 17 (21) J erfüllt wird.

13 Bild 8: Reaktorbehälter mit Schematisierung dieses Behälters

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15 Bild 9: Schematische Darstellung eines Behälters

16 Stahl: 13 CrMo 44 Lieferzustand : N+A Blechdicke: 95 mm

17 Stahl: 13 CrMo 44 Lieferzustand : N+A Blechdicke: 95 mm 21 20,5 Schmelzanalysen 20 13CrMo44 19,5 C Si 0,154 0,263 HP-Faktor 19 18, ,5 Lieferzustand N+A(650 C/30 ') Maximales PWHT 670 C/620 ' Mn P S Cu Al N 0,579 0,009 0,0008 0,017 0,031 0, ,5 Mo Ni Cr 0,519 0,065 0, ,5 V Nb Ti 0,002 0,001 0, B 0, Dicke [mm] Bild 10: Hauptreaktor aus 13 CrMo 44 mit Existenzbereich für das S-Glühen in Abhängigkeit der Bechdicke.

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19 Stahl: 15Mo3 Lieferzustand : N Blechdicke: 70 mm

20 Stahl: 15Mo3 Lieferzustand : N Blechdicke: 70 mm 21 20,5 Schmelzanalysen 20 15Mo3 19,5 C 0,183 Si 0, Mn 0,82 HP-Faktor 18, , , ,5 Maximales PWHT 670 C/960' P 0,008 S 0,0032 Cu 0,014 Al 0,031 N 0,0052 Mo 0,314 Ni 0,032 Cr 0,066 V 0,001 Nb 0,001 Ti 0, Lieferzustand N B 0, Dicke [mm] Bild 11: Hauptanschluß des Reaktors aus 15Mo3 mit Existenzbereich für das S-Glühen in Abhängigkeit der Bechdicke.

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22 Stahl: P 355 NH Lieferzustand : N Blechdicke: 55 mm

23 Stahl: P 355 NH Lieferzustand : N Blechdicke: 55 mm 21 20,5 Schmelzanalysen 20 P355NH 19,5 C 0,181 Si 0, Mn 1,16 HP-Faktor 18, , , ,5 Maximales PWHT 670 C/10' P 0,011 S 0,0013 Cu 0,16 Al 0,043 N 0,005 Mo 0,013 Ni 0,16 Cr 0,026 V 0,000 Nb 0,029 Ti 0, Lieferzustand N B 0, Dicke [mm] Bild 12: Ausbildung der 4 Stutzen aus P355NH mit Existenzbereich für das S-Glühen in Abhängigkeit von der Bechdicke.

24 E. Zusammenfassung und Schlußfolgerungen

25 Jede Stahlsorte ist neben der Analyse auch durch vorgegebene mech. Mindestwerte ggf. auch Maximalwerte definiert. Durch die vorgesehene Wärmebehandlung können die Kennwerte so beinflusst werden, dass die Grenzwerte nicht mehr eingehalten werden können. Der Hollomon-Parameter ermöglicht die Zusammenfassung versch. Wärmebehandlungen zu einem einzelnen Kennwert. Jede Stahlsorte hat im Rahmen der Schmelzanalyse minimale bzw. maximale Glühbedingungen, die durch ein HP min und ein HP max beschrieben werden. Der Stahl kann nur verwendet werden, wenn er mit allen vorgesehenen Wärmebehandlungen innerhalb des erlaubten HP-Fensters liegt. Bei ungleichartigen Schweißverbindungen muss für jeden Partner das HP-Fenster bestimmt werden. Anschließend sind die Überlappungsbereiche der erlaubten Fenster zu ermitteln. Daraus ergibt sich das erlaubte HP- bzw. Wärmebehandlungsfenster für die Mischverbindung.