Moderne Feinkornbaustähle und ihre schweißtechnische Verarbeitung

Dozentenarbeit

von
Prof. Dr.-Ing. Norbert Jost

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung – Abgrenzung des Themas ... 4

2. Einteilung und Kennzeichen der Baustähle ... 6

2.1 Allgemeine unlegierte Feinkornbaustähle ... 9

2.2 Hochfeste mikrolegierte Feinkornbaustähle ... 11

2.3 Thermomechanisch behandelte Feinkornbaustähle ... 13

2.4 Vergütete Feinkornbaustähle ... 14

3. Schweißtechnische Aspekte für Feinkornbaustähle ... 16

3.1 Mechanische Eigenschaften von Schweißverbindungen ... 17

3.2 Vermeidung von Kaltrissen ... 18

3.3 Allgemeine Verarbeitungshinweise ... 20

3.4 Zusammenfassung der wichtigsten Eigenschafts- und Verarbeitungsparameter und ihre Beeinflussungs- Möglichkeiten ... 21

4. Literaturhinweise ... 22

Anhang ... 23

Beispiele für Werkstoffdatenblätter von schweißgeeigneten Feinkornbaustählen

Zusammenfassung

Hohe Festigkeiten, wie sie wegen der zunehmenden Tendenz zum Leichtbau (auch und insbesondere im Stahlleichtbau) erforderlich sind, werden bei Stählen i.A. durch höhere Kohlenstoffgehalte und durch Bildung harter Gefügebestandteile wie Martensit oder Zwischenstufengefüge erzielt. Bei Stählen mit guter Schweißeignung versagen jedoch diese Mechanismen. Der Kohlenstoffgehalt muss, um gefährliche Aufhärtungen zu vermeiden, auf Anteile unter 0,2% begrenzt bleiben. Feinkornbaustähle mit guter Schweißeignung erhalten daher ihre hohe Festigkeit durch Zugabe von Legierungselementen (Mn, Si, Cr, Cu, Ni, Mo), die u. a. eine Legierungsverfestigung im Ferritmischkristall bewirken. Weitere Legierungselemente wie z.B. AI, Ti, Nb und V bilden schwer lösliche und kornwachstumshemmende Nitride bzw. Karbide. Ein besonders feinkörniges Gefüge ist die Folge, wodurch die Streckgrenze weiter erhöht und gleichzeitig die Kerbschlagarbeit verbessert wird. Ferner wird der Stahl durch das Feinkorngefüge umwandlungsfreudiger und somit die Gefahr einer Aufhärtung in der Übergangszone der Schweißnaht wesentlich gemindert. Weitere Optimierungen, insbesondere bezüglich der Festigkeit (Re und Rm) werden durch gezielte thermomechanische und spezifische Vergütungsbehandlungen erreicht.

1. Einleitung – Abgrenzung des Themas

Baustähle stellen unter den Stählen die mengenmäßig am häufigsten eingesetzte Gruppe dar. Sie werden in vielfältigster Weise im Stahlbau, im Apparatebau und im Maschinenbau eingesetzt.

Ihre Hauptaufgabe ist (wie bei allen Strukturwerkstoffen) die Aufnahme von Lasten aller Art (mechanisch, chemisch, thermisch). Für den erfolgreichen Einsatz in der Pra-xis müssen natürlich noch weitere Anforderungen, insbesondere im Bereich ihrer tech-nologischen Eigenschaften (i.d.R. meint man damit fertigungsbedingte Eigenschaften) erfüllt sein:

• Umformbarkeit
• Sprödbruchsicherheit
• Schweißeignung

Die quantitative Beurteilung dieser Eigenschaften erfolgt über entsprechende Kennwerte:

• Festigkeit → Streckgrenze, Re
• Umformbarkeit → Bruchdehnung, A5
• Sprödbruchsicherheit → Kerbschlagarbeit, Übergangstemp. Av, Tü
• Schweißeignung → Kohlenstoffäquivalenzwert, CEV.

Baustähle haben eine sehr interessante Entwicklung hinter sich, wobei die werkstoffkundlichen Potentiale immer noch nicht ganz ausgeschöpft zu sein scheinen, (Bilder 1, 2).

[...]