Metallkundlich-technologische Untersuchungen zum EB-Schweißen mit kombinierter Mehrprozesstechnik von austenitisch-ferritischen Stählen ohne Schweißzusatz : Schlussbericht der Forschungsstellen Technische Universität Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs), Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Werkstoff- und Fügetechnik (IWF) zu dem über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) ... geförderten Vorhaben ... ; Bewilligungszeitraum: 01.12.2009 - 31.05.2012

Abstract

Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand in der qualitätssicheren Herstellung von EB-Schweißnähten an dickwandigen Bauteilen aus Lean- und Standard-Duplexstählen in Walz- und Gussqualität ohne Schweißzusatz und Lösungsglühen durch die Entwicklung einer an die metallurgischen Besonderheiten dieser Werkstoffgruppe angepassten innovativen Mehrstrahltechnologie. Als Versuchswerkstoffe fanden daher industriell relevante Standard- und Lean-Duplexstähle (gewalzt: 1.4462 und 1.4362 sowie gegossen: 1.4470 und 1.4392) in einem Blechdickenbereich von 15 bis 17 mm Anwendung. Im ersten Schritt erfolgten umfassende Untersuchungen zur Ermittlung optimaler Abkühl-bedingungen für das EB-Schweißen mit Mehrbadtechnik. Hierbei sind wichtige Erkennt-nisse zur Kurzzeitmetallurgie beim EB-Schweißen von Duplex-Stählen ohne Zusatzwerk-stoff gewonnen und Möglichkeiten zur Beeinflussung des Austenit/Ferrit-Verhältnisses ermittelt worden. Aufbauend auf diesen Untersuchungsergebnissen gelang es, unter-schiedliche EB-Mehrbadtechniken zu entwickeln und zum Schweißen von Blindnähten anzuwenden. Die Bewertung der Blindnähte erfolgte mit Hilfe verschiedener metallkund-lich-technologischer Analysen, wie metallographische Bestimmung der Ferritgehalte, Schmelzextraktion zur Messung der Stickstoffanteile und Kerbschlagbiegeversuche bei T = -40 °C. Der Parametersatz der Mehrbadtechnik, der die geringsten Ferritanteile in der EB-Schweißnaht zur Folge hatte, bildete die Basis zum Schweißen von I-Nähten. Einen Ferrit-Gehalt unter 65-70 %, der laut mehrerer Spezifikationen und Angaben der Fachliteratur als maximal zulässiger Ferrit-Gehalt im Duplex-Schweißgut genannt wird, ließ sich nur beim EB-Schweißen der Lean-Duplex-Gusslegierung 1.4392 erzielen. Trotz der erhöhten Ferritwerte bewirkte der Einsatz der entwickelten EB-Mehrbadtechnik an den drei verwendeten Versuchswerkstoffen (1.4362, 1.4462, 1.4470) I-Nähte mit sehr guten mechanisch-technologischen Eigenschaften (Kerbschlagbiege- und statischer Zugversuch) und sehr guter Lochkorrosionsbeständigkeit. Beim 1.4362 fielen die Werte etwas geringer aus, was jedoch schon aus den geringeren Gütewerten im Anlieferungszustand heraus resultierte. Bei den anderen drei Duplexstählen traten höhere Ferritanteile auf. Im Ergebnis der Unter-suchungen war festzustellen, dass bei Anwendung der entwickelten Mehrbadtechnik zur Absicherung des o.g. Ferrit-Gehaltes, über die Norm EN 10088 hinausgehende Anforderungen an den Gehalt der austenitbildenden Legierungselemente Stickstoff und Nickel im Grundwerkstoff gestellt werden müssen. Bei einem CrÄq/NiÄq von  2,4 kann die ent-wickelte Mehrbadtechnik zusammen mit einer Vorwärmtemperatur von mind. 250 °C er-folgreich eingesetzt werden, um ein Schweißgut mit dem geforderten Ferrit-Gehalt zu erzeugen. Bei niedrigeren Werten des CrÄq/NiÄq kann sogar eine niedrigere Vorwärm-temperatur genutzt werden. Alle EB-Schweißungen sind durch Spritzeranhaftungen und Nahteinfall gekennzeichnet. Daher erfüllen sie im Hinblick auf die äußeren Nahtunregelmäßigkeiten nicht die Anfor-derungen der Bewertungsgruppe B nach DIN EN ISO 13919-1. Allerdings ist der starke Nahteinfall auf die horizontale Position der eingesetzten EB-Schweißanlage zurückzu-führen. Diese äußeren Unregelmäßigkeiten wären bei einer technischen Anwendung durch das Schweißen in PC-Position bzw. weiterer Anpassung der Schweißparameter zu vermeiden. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.