Ivan Mesec, dipl. inž. Jernej Markež, dipl. teh. Železarna Jesenice
DK: 621.791.742.41 ASM/SLA: Kla
Elektroda P K /3/6
Novi dodajni material za varjenje
feritno martenzitnih jekel
13 % Cr jekla so visokotrdna korozijsko obstojna jekla, ki se zaradi svojih dobrih lastnosti, kot so visoka trdnost, visoka trdota, velika odpornost proti obrabi, koroziji, eroziji in kavitaciji, uporabljajo predvsem za gradnjo vodnoenerget-skih naprav ter ostalih naprav, ki pridejo v dotik Z rečno, jezersko in morsko vodo, n. pr. vodne turbine, črpalke, ladijski vijaki itd.
Pri varjenju teh jekel pa so nastopale določene težave. Z ozirom na to, da ta jekla zakalijo Že na zraku, je bilo potrebno sorazmerno visoko predgrevanje (300—400° C), da bi preprečili nastanek kalilnih razpok. To pa je bilo v mnogih primerih zelo težko izvedljivo. Dobljeni zvari so imeli zelo slabo žilavost. Za korozijsko obstojne materiale pa je za dobro obstojnost proti eroziji in kavitaciji poleg visoke trdnosti in trdote zaželjena tudi dobra žilavost. Torej, če hočemo pri 13 % Cr jeklih doseči poleg dobrih korozijskih lastnosti še veliko odpornost proti eroziji in kavitaciji, morajo ta jekla imeti čim višjo trdoto ob istočasni dobri žilavosti. Pri dosedanjih 13 % Cr dodatnih materialih, je bilo višjo trdoto mogoče doseči z večjo vsebnostjo ogljika. Žilavost v varjenem stanju pa je bila pri tem zelo nizka. Boljšo žilavost smo dosegli z nadaljnjo toplotno obdelavo, vendar pa se je trdota zelo znižala. Vzrok nizke žilavosti in slabe varivosti je v tem, da struktura zvara sestoji iz krhkega grobozrnatega martenzita ter velike vsebnosti (ca. 40 %) prav tako krhkega /e-rita. Zato je bil pri nadaljnjih raziskavah naš cilj doseči pri 13 % Cr jeklih, namenjenih za gradnjo vodno energetskih naprav, čim boljšo žilavost ob čim višji trdoti. Potrebno je bilo čim bolj znižati vsebnost ferita ter dobiti čim čistejšo martenzitno strukturo. To je bilo doseženo z znižanjem ogljika na ca. 0.04—0.05 % ter z dodatkom niklja 4—6 %. S tem se je zelo znižala vsebnost ferita, krhek martenzit pa se je pretvoril v nizko ogljični žilavi drobnozrnati nikelj martenzit, ki ima tudi boljšo varivost. Rezultat so dodajni materiali, s katerimi dobimo pri zelo visoki trdnosti (120 kp/mm2) in trdoti (350—400 HB) sorazmerno zelo dobro žilavost (6—7 kpm) in s katerimi lahko tudi večje preseke jekel varimo z minimalnim predgreva-njem ali brez njega. V pričujočem članku so prikazani rezultati preiskav čistih varov elektrod PK 13 z vsebnostjo 13 % Cr ter PK13/6 z vsebnostjo 13 % Cr in 4—6 % Ni.
UVOD
Uporaba materialov za gradnjo vodnoenerget-skih naprav, je imela različno razvojno pot. če pogledamo samo razvoj Peltonovih in Francisovih turbin v zadnjih 20 letih, potem vidimo, da so se te izdelovale od nelegiranih ogljikovih jekel preko nizko mangan nikelj legiranih jekel do visoko legiranih jekel. Pregled uporabe posameznih kvalitet jekel pri gradnji Peltonovih turbin v letu 1940—60, je podan v tabeli št. 1. Podoben razvoj je bil tudi pri gradnji Francisovih turbin.
Iz tabele je razvidno, da je za te namene vedno bolj naraščala uporaba 13 % Cr jekel. Poleg omenjenih jekel so se za gradnjo turbin delno uporabljala tudi 18/8% CrNi jekla in Al bronza. Kemijsko sestavo in mehanske lastnosti uporab-
Tabela št. 1 — Pregled uporabe posameznih kvalitet jekel pri gradnji Peltonovih turbin v letih 1940—1960
Leto
C jeklo
Nizko legirana 1.5 % Mn — 2 °/o Ni jekla
Visoko legirana 13 % Cr jekla
1940—45	62 %	34 %	4 %
1946—50	46 %	17%	37 %
1951—55	16 %	30 %	54 %
1956—60	14 %	25 %	61 %
Tabela št. 2 — Primerjava kem. sestave jekel in litine, ki so se uporabljala pri gradnji vodnih turbin
	C	Si	Mn	Cr	Ni
C jekla	0,21	0,30	0,70	0,20	0,40 %
1.5 % Mn-jekla	0,24	0,30	1,60	0,20	0,40
2 % Ni-jekla	0,24	0,30	0,70	0,20	2,0
18/8 CrNi-jekla	0,07	1,0	0,50	18,0	9,0
13 % Cr-jekla	0,10	0,40	0,50	12,5	0,9
Al bronza Al =	10, Fe =	8, Mn:	= 5, Ni:	= 2, Cu	= ostalo
Tabela št. 3 — Primerjava mehanskih lastnosti jekel in litin, ki so se uporabljale pri gradnji vodnih turbin
	B o > a S ^	B B ga b M		TS II	i*! ~ ^ P. NOM	g E "a K M
C jekla	23	45-	-55	22	6	125—165
1.5 % Mn-jekla	34	53-	-60	22	6	140—180
2 % Ni-jekla	35	55-	-65	18	6	155—195
18/8 % CrNi-jeklo	15	40-	-50	30	18	130—170
13 % Cr-jeklo	45	65-	-75	15	4	190—230
Al bronza	30	60-	-70	7	2	190—220
ljenih jekel prikazujeta tabeli št. 2 in št. 3. 13 % Cr jekla so se hitro uveljavila zaradi visoke trdote, ki jo imajo ta jekla proti ostalim jeklom, ter dobre korozijske obstojnosti. Današnji hitri industrijski razvoj pa postavlja glede kvalitete materialov vedno večje in nove zahteve. Predvsem zahteva vedno višjo trdnost, višjo mejo raztezanja ter boljšo žilavost pri nizkih in visokih temperaturah. Pri gradbenih materialih, ki se še posebno uporabljajo v kemijski industriji, gradnji turbin ter gradnji ostalih vodnoenergetskih in termoenergetskih naprav pa se zahteva tudi vedno večja odpornost proti obrabi, koroziji, eroziji in kavita-ciji. Realizacija teh zahtev je v mnogih primerih povezana z razvojem novih materialov. Vzporedno s tem je aktualno tudi vprašanje novih vrst do-dajnih materialov za varjenje, s katerimi dobimo tem materialom enakovredne lastnosti. Članek ima namen prikazati lastnosti in uporabo novih dodajnih materialov na področju varjenja 13 % feritno martenzitnih Cr jekel ter prednosti, ki so bile z njimi dosežene.
2. Lastnosti 13 % Cr jekel
13 % Cr jekla so visokotrdna korozijsko obstojna jekla, ki pri segrevanju preko 950° C zaka-lijo že na zraku. To pomeni, da se tudi pri počasnem ohlajanju na zraku tvori martenzit. Potrebne dobre mehanske lastnosti nastanejo šele s pobolj-šanjem, to je z napuščanjem na temp. 650° C. Razlikujemo martenzitna jekla z minimalno 0.15 % C, ki so popolnoma kaljiva, in feritno martenzitna jekla z manj kot 0.15 % C, ki so delno kaljiva. Zaradi dobrih mehanskih lastnosti: visoka trdnost, velika odpornost proti eroziji, koroziji in kaivitaciji je bilo v zadnjih 10—15 letih osnovno področje uporabe 13 % Cr jekel predvsem pri gradnji vodnih turbin in naprav, ki so prišla v dotik z jezersko, rečno in morsko vodo. Visoka meja raztezanja, visoka trdnost in trdota teh jekel omogočajo, da ta jekla zadoste zahtevam glede visokih pritiskov, ki nastopajo pri teh napravah. Poleg samih tekalnih koles in lopatic
Peltonovih in Francisovih turbin, se iz tega jekla izdelujejo tudi vodilne lopatice, tesnila, šobe in ohišja tekalnih koles. Pomanjkljivosti so se pokazale pri varjenju, kjer je bilo potrebno posebej ukrepati, tako glede osnovnega materiala kot elektrod. Pri varjenju teh jekel z istovrstnimi elektrodami zakalita prehodna cona kakor tudi zvar ter obstaja nevarnost nastanka kalilnih razpok. Martenzitna struktura, visoka vsebnost krhkega ferita, visoka trdnost ter močna utrditev, so vzrok nastanka teh razpok. Za preprečitev teh razpok je bilo mogoče uspešno variti samo z zelo visokim predgrevanjem (300—400° C). Dobljeni zvar ima zaradi krhkega grobozrnatega martenzita in velike vsebnosti krhkega ferita (ca. 40%) zelo krhek lom in slabo žilavost. Za dosego boljše žilavosti je bilo potrebno zvar naknadno toplotno obdelati. Pri tem pa se je občutno znižala trdota. Zato smo v primerih, ko se ni zahtevalo, da mora imeti zvar enako sestavo kot jeklo, načeloma varili ta jekla z avstenitnimi in avstenitnoferitnimi elektrodami: PK 18/8 CrNi, PK 18/8/6 CrNiMn, PK 25/20 CrNi, PK 29/9 CrNi. Zaradi večje žilavosti čistega vara pri teh elektrodah je nevarnost razpok v prehodni coni zelo zmanjšana. Avstenitni čisti var ima to lastnost, da zaradi velike preoblikovalne sposobnosti zelo zniža napetosti, ki nastanejo pri varjenju. Sam zvar pa ima v tem primeru sorazmerno nižjo trdoto. Zato se te elektrode uporabljajo samo za manjša popravila. Povsod tam pa, kjer se zahteva, da ima zvar enako sestavo kot jeklo, to je n. pr. ko pri obratovanju nastopi veliko nihanje v temperaturi, ko mora imeti tudi zvar visoko trdoto, ali če se morajo zavarjeni deli tudi poboljšati, pa je potrebno variti z dodajnim materialom iste sestave.
Tabela št. 4 — Vpliv ogljika na lastnosti čistega
vara
PK 13
V varjenem stanju	Odžarjeno 730° / 5 ur
vsebnost kp/mm2 žil. DVM (20°) kp/mm2 žil. DVM (20°) »C« °/o	HB kpm/cm2 HB kpm/cm2
0,05	275	3,0	175	7,0
0,10	350	1,8	200	5
0,15	400	1,5	210	4
0,20	450	1	220	3,5
0,25	480	1	230	3
0.30	500	0,75	240	2,20
0.35	520	0.75	250	2
0,40	540	0,75	260	1,8
0,45	550	0,75	270	1,75
0,50	560	0,75	280	1,70
0,55	565	0,75	285	1,70
0,60	570	0,75	290	1,70
V tem primeru pa je pri ohlajanju nevarnost razpok v zvaru enaka kot v prehodni coni. Zato je potrebno izvesti predpisano predgrevanje in napetostno odžarjenje.
2. Razvoj novih dodajnih materialov
za varjenje 13 °/o Cr jekel
Za korozijsko odporne dodatne materiale za varjenje 13 % Cr jekel, ki se uporabljajo za vod-noenergetske namene pa je visoka trdota ob istočasni dobri žilavosti zelo zaželena, če hočemo dobiti čim boljše lastnosti glede erozije in kavita-cije. Pri klasičnih 13 % Cr jeklih je bilo to mogoče doseči z večjo vsebnostjo ogljika in odgovarjajočo toplotno obdelavo. Tabela št. 4 prikazuje vpliv C na lastnosti čistega vara z vsebnostjo 13 % Cr. Trdoto navara 350—400 HB dobimo pri vsebnosti ogljika 0.10—0.15 %, trdoto 400—450 HB pa pri
Tabela št. 5 — Lastnosti čistega vara PK 13
	Kem. sestava	čist.	vara			Lastnosti čistega vara v varjenem stanju				Lastnosti čistega vara odžarjeno 6200/2 uri
C	Si	Mn	Cr	o-v kp/mm2	am kp/mm2	L = 5d o/o	4-%	HB kp/mm2	žil. DVM (20°) kpm/cm2	HB kpm/cm2
0,06	0,40	0,50	13,10	62,0	86,0	4,0	6,0	260	2,5	221
0,06	0,20	0,48	12,12	60,0	82,0	3,0	7,0	239	2,5	180
0,07	0,43	0,64	15,06	58,0	75,0	5,0	8,0	213	2,0	160
0,09	0,30	0,66	13,64	65,0	95,0	2,0	4,0	283	2,0	200
0,09	0,30	0,51	12,30	72,0	100	3	6	300	1,8	250
0,09	0,33	0,58	12,62	78,0	105,0	4,0	7,0	291	1,75	205
0,12	0,28	0,58	12,70	78,0	115	2,0	2,0	350	1,75	270
0,12	0,36	0,48	13,20	75,0	110	2,0	2,0	332	1,75	235
0,16	0,34	0,49	14,88	80	120	2	2	398	1,75	280
Tabela št. 6 — Lastnosti čistega vara PK 13/6
vsebnosti ogljika 0.14—0.20 %. Žilavost je pri tem zelo nizka in znaša 1—1.8 kpm/cm2. S toplotno obdelavo sicer žilavost povečamo, vendar pa se pri tem trdota občutno zniža. Zanesljivo varjenje s temi dodajnimi materiali pa lahko izvršimo, kot je bilo že omenjeno, samo z zahtevnim predgreva-njem. To pa je v mnogih primerih zelo težko izvesti, posebno še pri varjenju že vgrajenih delov. Vzrok slabe varivosti in žilavosti čistega vara je v tem, ker struktura zvara sestoji iz grobega martenzita ter velike vsebnosti ferita. Zato smo želeli pri nadaljnjih raziskavah doseči pri varjenju 13 % Cr jeklih, namenjenih za gradnjo vodno-energetskih naprav, čim boljšo žilavost ob istočasni čim višji trdoti. V ta namen je bilo potrebno čim bolj znižati vsebnost ferita ter dobiti čim bolj čisto martenzitno strukturo. To je bilo doseženo z znižanjem ogljika na 0.04—0.05 % ter dodatkom
„ .. . . v	Lastnosti čistega vara	Lastnosti čistega vara
Kemijska sestava c. vara	.	■	„jv . A->no/-> „_;
J	v varjenem stanju	odzarjeno 620yz uri
C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	B B a > M Ž	"e e b M	tj u1 II J #		s »a M ^	^ "a > C o S & >n (n	"B S > » b x	B B B & b	■o m II		S S ga S M	1 1 « I >n <n M
0,04	0,49	0,58	12,55	4,10	0,50	110	118	12	40	400	6,5	88	97	17	55,0	285	7,6
0,04	0,50	0,52	13,10	6,0	0,48	112	122	9	25	420	6,5	77	88	21	59	270	6,7
0,05	0,57	0,60	12.80	4,55	0,52	112	119	12	42	370	6,5	83,3	92,3	14	53	270	7
0,06	0,51	0,60	12,60	5,22	0,27	115	124,9	8	14,5 350		7	84,5	96,4	14	52	278	7,2
0,05	0,23	0,50	12,85	5,30	0,33	110	122	8	18	380	5,5	79,5	90,3	16	55	285	6,8
0,06	0,29	0,54	13.10	5.62	0.38	112,5	125,0	8	15	397	6,2	82,5	95,8	14,5	52,5	320	7
0,06	0,42	0,45	13,15	5,25	0,45	111	122,5	10	15	380	6,2	78,5	94,7	16,8	56,5	283	6,8
niklja 4—6 %. S tem se je zelo znižala vsebnost ferita ter izvršila pretvorba krhkega martenzita v nizko ogljični žilavi drobnozrnati nikelj marten-zit, ki ima tudi boljšo varivost. Rezultat so dodajni materiali, s katerimi dobimo čisti var z izredno visoko trdoto ter sorazmerno dobro žilavostjo in s katerimi lahko tudi večje preseke jekel varimo z minimalnim predgrevanjem ali celo brez njega.
Enako so se tudi na področju uporabe 13 % Cr jekel za vodno energetske namene in naprave, ki delujejo pod visokimi obremenitvami, pričele vse bolj uporabljati jekla in jeklo litine, legirane s 4 % niklja, katera imajo proti klasičnim 13 % Cr jeklom mnogo boljše varilne in mehanske lastnosti. Iz tega jekla je že leta 1968 vlila tvrdka J. M. voith GmbH Heidenhemu prvo tekalno kolo Pelto-nove turbine. Iz enakega jekla so izdelali tudi tekalna kolesa nekaterih zelo visoko obremenjenih črpalk. Jeklena litina je imela naslednje mehanske lastnosti: mejo raztezanja 60 kp/mm2, trdnost 80 do 94 kp/mm2 in žilavost (DVM 20° C) in minimalno 4 kp/cm2.
3. Preiskave in primerjava rezultatov čistih varov elektrod PK 13 in PK 13/6
Z ozirom na to, da se bodo v bodoče pri gradnji vodnoenergetskih naprav vedno bolj uporabljala 13 % Cr jekla in jeklene litine, legirane z niklom, je bila v naš program uvedena nova elektroda
PK 13/6. Preiskave in medsebojne primerjave lastnosti čistega vara obeh elektrod so podane na tabelah št. 5 — št. 9. Strukturno sestavo v varjenem in odžarjenem stanju pa na slikah št. 1—11. Tabeli št. 5 in št. 6 prikazujeta lastnosti čistega vara PK 13 in PK 13/6. Iz tabel je razvidno, da dobimo pri PK 13/6 s sorazmerno nizko vsebnostjo ogljika v varjenem stanju izredno visoko trdnost (120 kp/mm2) in mejo raztezanja (112 kp/mm2) ter temu primerno zelo visoko trdoto, ki znaša 350—400 HB. Kljub tako visoki trdnosti in trdoti pa dobimo še vedno dobro žilavost 5—7 kpm/cm2. Za enako visoko trdnost in trdoto mora čisti var PK 13 vsebovati 0.12—0.16 % C. Pri tem pa dobimo zelo nizko žilavost ter tudi nekoliko nižjo mejo raztezanja. Boljša žilavost PK 13/6 je opazna tudi pri pregledu trgalnih preizkusov čistega vara. Medtem ko je prelom pri PK 13/6 žametastega žilavega videza s sorazmerno veliko kontrakcijo, je ta pri PK 13 zelo krhek, grobozrnat, brez vidne kontrak-cije. Za ocenitev vpliva dodatka Ni na poboljšanje mehanskih lastnosti PK 13, smo izdelali čiste vare, podobne sestave z ozirom na C, Si, Mn in Cr brez Ni in z dodatkom Ni. Rezultati preiskav so podani na tabelah št. 7 in št. 8, strukturna sestava pa na slikah št. 1 in št. 2. Iz rezultatov je razvidno, da dobimo pri PK 13/6 podobne sestave trdoto v varjenem stanju in pri različnih časovnih toplotnih obdelavah za ca. 100 HB višjo kot pri PK 13.
Tabela št. 7 — Lastnosti čistega vara PK 13 in PK 13/6 z isto vsebnostjo Cr
PK 13
PK 13/6
C 0,06
Kem. sestava: Si	Mn
0,40	0,50
Cr 13,10
C Si 0,06 0,42
Kem. sestava: Mn Cr 0,55 13,10
Ni 5,62
Mo 0.38
v varjenem stanju
odžarjeno 600°/2 uri
odžarjeno 600°/6 ur
v varjenem stanju
odžarjeno 60072 uri
odžarjeno 600°/6 ur
304	205	205	365	296	288
274	217	209	407	323	296
213	205	209	425	332	304
255	217	213	378	313	313
281	227	209	392	313	296
249	238	232	365	304	304
232	213	227	425	332	313
249	227	213	425	332	304
288	238	227	392	332	304
260	221	216	397	320	302
Slike struktur	Slike struktur
št. 3	št. 4	št. 5	št. 6, 7	št. 8, 9	št. 10, 11
Tabela št. 8 — Sestava strukture in trdota posameznih faz
PK 13 vsebnost ferita 40 °/o—50 % (slika št. 1) trdota feritne faze: 168—175 HB
trdota martenzitne faze: 303—310 HB
PK 13/6: vsebnost ferita: 0
(slika št. 2) trdota martenzita: 370—430 HB
Način meritve trdote, ki je podoben na tabeli št. 7, prikazuje slika št. 12. Tabela št. 9 prikazuje rezultate mehanskih lastnosti PK 13/6, dobljene od prvih industrijsko izdelanih elektrod.
Za primerjavo so bili s PK 13 in PK 13/6 izdelani tudi zvari na ustreznih kvalitetah jekel. Pregled rezultatov je podan v tabeli št. 10, iz katere je razvidno, da dobimo pri PK 13/6 bolj ugodne rezultate in to z minimalnim pregrevanjem.
Tabela št. 9: Žilavost in trdota čistega vara PK 13/6 (0 4 in 0 5 mm)
Kemijska sestava čistega vara PK 13/6
C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo		
0,06	0,39	0,59	13,90	5,62	0,38	elektroda	0 4 mm
0,06	0,33	0,49	12,85	5,30	0,35	elektroda	0 5 mm
elektroda 0 4 mm elektroda 0 4 mm	elektroda 0 5 mm
odžarjeno 650°/2 uri odžarjeno 600°/6 ur	odžarjeno 600° C/6 ur
žilavost (kpm/cm3	žilavost (kpm/cm2	žilavost (kpm/cm!
trdota	. ,	trdota
HB	DVM	V
20° C 0°	20° 0°	20° 0°	20° 0° 20°
DVM	DVM	V-Notch	^B	DVM	V-Notch	HB
8,0	6	5,8	5,6	5,4	5,0	274	5,8	6	5,0	4,6	261
7,8	5,5	5,8	5,8	5,4	5,1	281	6,2	6,2	5,1	4,9	296
6,8	6,2	6,2	6,0	6,0	5,4	304	6,4	6,2	5,4	5,1	296
7,2	6	6,2	6	6	5,5	296	6,4	6	5,9	5	304
7,6		6,2	5,5	6	5,5	281	6,4	5,5	6,5	4,5	304
6,8	6	6,4	5,0	6,5	5	296 288	6,4	6	6,9	5	296 304
7 5,95 6,10 5,65 5,88 5,25	288.7 6,2 6,0 5,8 4,85	294,5
Povprečna trdota v varjenem stanju znaša pri PK 13 — 260 HB, pri PK 13/6 pa 397 HB. če primerjamo žilavost sestav iz tabel št. 5 in št. 6, potem vidimo, da ima PK 13 s trdoto 260 HB žilavost 2 kpm/cm2 a PK 13/6 s trdoto 397 HB 6.2 kpm/cm2. Vzrok temu je razviden iz slik št. 1 in št. 2. Medtem ko vsebuje struktura PK 13 (brez Ni) ca. 40—50 % krhkega ferita (slika št. 1), sestoji struktura PK 13/6 iz nizkoogljičnega drobnega nikel martenzita, brez ferita (slika št. 2). Meritev trdote posameznih strukturnih faz je dala naslednje rezultate (tabela št. 8). Pri PK 13 z vsebnostjo 40—50 % ferita ima feritna faza trdoto 168 do 175 HB, martenzitna pa 300—310 HB. Pri PK 13/6 brez ferita pa je bila trdota 370—430 HB. Na sliki št. 3—11 so prikazane strukture PK 13 in PK 13/6 pri posameznih toplotnih obdelavah po tabeli št. 7.
4. ZAKLJUČEK
Za dosego visoke trdnosti 120 kp/mm2 in trdote 350—400 HB v varjenem stanju mora čisti var PK 13 vsebovati 0.10—0.15 % C. Pri teh pogojih pa dobimo zelo nizko žilavost 1—1.8 kpm/cm2. Nasprotno pa ima čisti var PK 13/6 z vsebnostjo ogljika ca. 0.05 °/o ter 4—6 % niklja ob enaki trdnosti in trdoti žilavost 6—7 kpm/cm2. Rezultat tega je mnogo večja odpornost proti eroziji in kavita-ciji. Poleg tega dobimo tudi zvare z minimalnim predgrevanjem ali brez njega brez razpok.
Če primerjamo varilne tehnološke lastnosti, potem pridemo do zaključka, ki je podan v tabeli št. 11. S poizkusi je bilo tudi ugotovljeno, da ima PK 13/6 neprimerno boljšo odpornost proti morski
Slika 2
Struktura čistega vara PK 13/6 v varjenem stanju z vsebnostjo 13% Cr in 5,5% Ni
Slika 4
Struktura čistega vara PK 13 — sestave po tabeli št. 7 — odžarjeno 600° 2 uri — povečava 200 X
Slika 5
Struktura čistega vara PK 13 sestave po tabeli št. 7 — odžarjeno 600» 6 ur — povečava 200 X
Slika 1
Struktura čistega vara PK 13 v varjenem stanju z vsebnostjo 13 % Cr
Slika 3	Slika 6
Struktura čistega vara PK 13 sestave po tabeli št. 7 — Struktura čistega vara PK 13/6 sestave po tabeli št. 7 varjeno stanje — povečava 200 X	varjeno stanje — povečava 200 X

Slika 10
Struktura čistega vara PK 13 6 sestave po tabeli št. 7 — odžarjeno 600" 6 ur — povečava 200 X
Slika 7
Struktura čistega vara PK KI 6 sestave po tabeli št. 7 — varjeno stanje — povečava 500 X
Slika 8
Struktura čistega vara PK 13 6 sestave po tabeli št. 7 — odžarjeno 600° 2 uri — povečava 200 X
Slika 9
Struktura čistega vara PK 13/6 — sestave po tabeli št. 7 odžarjeno 600"! 2 uri — povečava 500 X
Slika 11
Struktura čistega vara PK 13/6 — sestave po tabeli št. 7 — odžarjeno 600» 6 ur — povečava 500 X
Slika 12
Način meritve trdote podanih v tabeli št. 7
..»'.»' v v v
Tabela št. 10 — Lastnosti zvarov s PK 13 in PK 13/6
Elektroda			PK 13				PK 13/6	
Jeklo		poboljšano: 1050°/4 ure-zrak 680°/12 ur-zrak				Odžarjeno		: 620°/2 uri
	C	Si	Mn	Cr Ni	C	Si	Mn	Cr Ni Mo
sestava jekla:	0,10	0,40	0,55	12,90 0,75	0,07	0,25	0,51	13,52 4,55 —
sestava č. vara elektrode	0,06	0,45	0,60	13,10 —	0,06	0,40	0,52	13,15 5,20 0,38
debelina zvara			20 mm				20:	mm
oblika zvara		X — zvar					X —	zvar
predgrevanje			400° C				80° C	
Rezultati spoj.	av orn L = kp/mm2 kp/mm2 9		= 5d >|> ■i %	žil. DVM HB kp/mm2 kp/mm2	crv trm L kp/mm2 kp/mm2		= 5d %	ij/ žil. DVM HB % kp/mm2 kp/mm2
1. v varjenem stanju	75,0	105 4,0 7		2 330—380	110	121	8	15 4 370—390
2. odžarjeno	52	75 14	i 51	4 190—220	68,5	95,1	14	55 5,5 280—290
prelom			krhek				žilav	
Risco-test	opazne razpoke	brez sledov razpok
Tabela št. 11: Predgrevanje, trdota in žilavost pri varjenju z PK 13 in PK 13/6 Tip elektrode	predgrev.	Stanje
PK 13	200—400° C	v varj.	320—380	1—1,5
PK 13/6	20—150° C	v varj.	350—400	6—7
HB	Žilavost DVM 20°
kp/mm2	kpm/cm2
vodi, ki je zelo blizu PK 18/8 in zelo dobro žilavost tudi pri nižji temperaturi.
Področje uporabe PK 13/6 so vodne turbine, ladijski vijaki, razne strojne in vodno energetske naprave, prehrambena, mlečna in sladkorna industrija, transportne naprave za kemijske proizvode.
Literatura
1.	D. Seferijan: Metalurgija zavarivanja
2.	Secheron: Fachblatt fiir den Schweisser st. 1/1961
3.	Inco-Nickel: Eine technische Umschau št. 23/1968
4.	Erick Folkard: Neuentwickelte Zusatzvverkstoffe fiir das Schweissen von legierten Stahlen Schweisstechnik (Wien) st. 9/1970
ZUSAMMENFASSUNG
Stahle mit einem Chromgehalt von 13 % sind hoch-feste korrosionsbestandige Stahle, vvelche wegen der aus-gezeichneten Eigenschaften, vvie hohe Festigkeit, hohe Harte, hohe Abriebfestigkeit, Korrosions, Erosions und Kavitationsfestigkeit vor allem im Bau der Hidroenerge-tischen und Thermoenergetischen Anlagen und anderen Anlagen welche mit Flussvvasser, Seewasser und Meer-wasser in Beriihrung kommen, angevvendet werden, zum Beispiel VVasserturbinen, Pumpen, Schiffsschrauben u. s. w. Das Schvveissen solcher Stahle war aber mit grossen Schwierigkeiten verbunden. Da diese Stahle lufthartbar sind, war es notig um die Harterisse zu vermeiden eine ziemlich hohe Vorvvarmung (300—400° C) vorzunehmen, was aber in manchen Fallen sehr schwer auszufiihren war.
Die erhaltenen Schweissverbindungen hatten eine sehr schlechte Kerbschlagszahigkeit. Bei den korrosionsbestan-digen Stahlen) ist um eine gute Erosions- und Kavitations-bestandigkeit zu gewahrleisten, neben einer hohen Festigkeit und Harte, auch eine hohe Kerbschlagzahigkeit er-wiinscht. Wenn wir demnachst beim 13 °/o Cr Stahl, neben einer guten Korrosionsbestandigkeit noch eine hohe Ero-sions- und Kavitationsbestandigkeit erreichen mochten, miissen diese eine moglichst hohe Harte bei zugleich hoher Kerbschlagzahigkeit aufweisen. Bei den zu der Zeit erzeug-ten 13 % Cr Zusatzvverkstoffen war es iiblich eine hohe Harte durch einen hoheren Kohlenstoffgehalt zu erreichen. Nachteilig dabei war eine schlechte Kerbschlagzahigkeit im Schvveissgut. Eine bessere Kerbschlagzahigkeit war
mit einer weiteren VViirmebehandlung zu erreichen, jedoch bei einem starkeren Harteabfall.
Die Ursache fiir eine niedrige Kerbschlagzahigkeit und schlechte Schweissbarkeit liegt an der Zusammensetzung des Schvveissgefiiges, das aus sprodem grobkornigen Mar-tensit und ebenso sprodem Ferrit (etwa 40 °/o) besteht.
Die neueren Untersuchungen hatten fiir das Ziel bei den 13 °/o Cr Stahlen welche im Bau der VVasserkraftanlagen gebraucht werden eine moglichst gute Kerbschlagzahigkeit bei einer hohen Harte zu erreichen. Dazu war notig den Ferritgehalt so viel wie moglich zu erniedrigen und ein moglichst reines martensitisches Gefiige zu erreichen. Das war mit einem niedrigeren Kohlenstoffgehalt von 0.04 bis 0.05 °/o und einem Zusatz von 4 bis 6 °/o Nickel erzielt
worden. Dadurch hat sich der Ferritgehalt sehr erniedrigt und der sprode Martensit in den niedriggekohlten, zahen, feinkornigen Nickelmartensit, welches auch eine bessere Schweissbarkeit besitzt, umge\vandelt.
Das Ergebniss dieser Untersuchungen sind Zusatz-werkstoffe, mit denen bei sehr hoher Festigkeit (120 kp/ mm2) und Harte (350 bis 400 HB) verhaltnismassig gute Zahigkeitswerte (6—7 kpm/cm2) erzielt werden und mit denen auch grossere Querschnitte ohne oder nur mit ge-ringer Vorwarmung geschweisst werden konnen. Im Artikel sind Ergebnisse der Untersuchungen an reinem Schweissgut aus Schvveisselektroden PK 13 mit 13 % Cr und PK 13/6 mit einem Gehalt von 13 % Cr und 4 bis 6 % Ni angegeben.
SUMMARY
13 % Cr steels are high-strength rustless steels which are used mainly for construction of hydroenergetic and thermoenergetic installations and other set-ups vvhich are in contact with river, lake, and sea water, e. g. water impellers, pumps, screw-propellers, etc., because they have high strength, high hardness, high wear resistance, cor-rosion and erosion resistance, and scoring resistance.
Welding of theese steels caused troubles. Because they are self hardening the weld decay can be avoided by relativen high preheating (300 to 400° C) which was often diffi-cult. The obtained welds had low toughness. For corrosion resistant materials also high toughness is desired beside the good erosion and scoring resistance, and high strength and hardness. If high erosion and scoring resistance beside good corrosion behaviour is desired vvith 13 °/o Cr steels they must have high hardness at simultaneous high toughness. In present 13 % Cr adding materials higher hardness was obtained by higher carbon content. But toughness in vvelding state was very low. It was improved
by further heat treatment but the hardness was reduced during such treatment. Low toughness and bad weldability are caused by brittle coarse grained martensite and great amount (about 40 %) of just so brittle ferrite in the vveld structure. New investigations were made to improve toughness at unreduced hardness in 13 % Cr steels for hydroenergetic installations. Amount of ferrite had to be reduced and martensitic structure must be the purer. This was obtained by carbon reduction to about 0.04 to 0.05 °/o, and by adding 4 to 6 % nickel. Ferrite content was highly reduced and brittle martensite was transformed into low-carbon tough fine grained nickel martensite which has also better weldability. Result of investigations are adding materials which give relatively good toughness (6 to 7 kpm) at very high strength (120 kp/mm2) and hardness (350 to 400 B. H. N.) and which can be used also for vvelding greater steel sections without or with minimal preheating. In the paper results of investigation of pure vvelds vvith electrode PK 13 (13 % Cr) and PK 13/6 (13 % Cr and 4 to 6 % Ni) are shown.
3AKAIOTEHHE
AHTHKoppo3noHHaH cTeiAfc c coAep>KaHHeM 13 % Cr SAaroAapa xopouiHX cbohctb h. np.: bbicokoh npo^HoeTH, TBepAOCTH, xopomoii H3HOCOyCTOHKOCTH, XOpOIUOH CTOHKOCTH Ha BAHaHHe KaBHTaHHOHHofi 3po3HH, ynoTpe6Aaetca rAaBHtiM 06pa30M npn nocTpoiiKH H o6opy-AbiBaHHio rHApo- H TepMO-SHeproCTaHHHH. TajOKe 0CTaAbnhix ycTa-HOBaK, KOTOpi.ie npnxOAHTB B COnpHKOCHOBCHHC C BOAaMH 03ep, Mopa h peK, h. np. niAPOBAimccKue TypoHiibi, Hacocbi, rpeSHbie BHHTbI H np. Ilpn CBapKII H3ACAHH H3 3toh CTaAH nOHBHAHCb Onpe-AeAeHHbie jarpvAHCiiHa. TaK KaK 3aKaAKa 3toh CTaAH nponcxoAHT yace Ha B03Ayxe, to He06x0AHM0, HToSbr H36e>KaTb noflBAeHHio 3a-KaAOHHbix TpemHH, cpaBHHTeABHo BbicoKO neperpeTb H3AeAHe npeA-Ha3Ha^eH0 aas CBapKH (300—400° L(), hto bo MHornx CAyyaax SbiAO t5i>KeAO BBinOAHHTb. riOAyMCHbIC CBapOHHe COeAHHeHHfl HMeAH nAoxyio B5J3KOCTB. AAff aHTHK0pp03H0HHLIX MaTepHHAOB npH XOpOUIOH CTOHKOCTH Ha KaBHTaHHOHHyiO 3P03HI0, BBICOKOH npOMHOCTH H TBepAOCTH, »ceAaTeAbHo TaKate xopomaa BHSKOCTb. CAeAyeT, mto stot copT aHTH-KOppOSHOHHOH CTaAH C COAepjKaHHeM 13 % Cr AOA5KeH HMeTb BBICO-Kyio TBepAoCTb OAHOBpeMeHHO c xopomoH BH3KOCTbK>. Ao chx nop, Heo6xoAHMyio BbicoKyio TBepAOCTb noAyMaAH c noBbimeHHeM coAep-
acaHHH C. npH 3T0M B33K0CTb b CBapOIHOM COCTOSHHH He yAOBAe-TBopaAa. IIoBbimeHHe bh3kocth nocAeAOBaAO nocAe TepMimecKoii O0pa6OTKH ho npH 3T0M yMeHbHIHAaCb TBepAOCTb. IIpHHHHa HeAOCTa-TOMHOH BA3KOCTH H CAaSOH CnOCO0HOCTH K CBapKe COCTOSAO b TOM, mto cBapoHHoe coeAHHeHHe cocToaAocb h3 xpynKora, rpy6ora MapTeH-3HTa h npiiSA. h3 40 % TaK»ce xpyxiKora <j>eppHTa.
Il03T0My HeAb HCCAeAOBaHHH 6blAa b yMeHbineHHH coAepJKaHHa 4>eppiITa h YAyHXHeHHfl HHCTOTBI MapTeH3HTH0H CTpyKTypbI. YAOBAe-TBopaiomHH pe3yALTaT noAyneH yMeHbmeHneM coAepacaHHa yrAbe-poAa Ha ypoBeHb 0.04—0.05 % h AoCaBKOH 4—6 % Ni. IloA¥^eHaa CTaAb c yMeHbineHHbiM coAepacaHHeM xpynKora cJieppHTa h c MeAKO-3epHHcrbiM Ni-MapTeH3HTOM HMeAa ropa3AO Aynnyio cBapiiBaeMocTb. CBapKy MaiepHaAOB H3 TaKoii CTaAH BecbMa ycneuiHO BeAH c 3AeK-tpoaamh PK 13, c coaepjkahiiem 13 % Cr h c 3aektpoaoft PK 13/6, coAepJKaHHa 13 % Cr h 4—6 % Ni. CBapKy momcho BecTH 6e3 hah npH He3Ha»niTeAbHOM noAorpeBe MaTepHaAa. PaccMOTpeHH pe3yAbTaTbi HCCAeAOBaHHH HHCTHX CBapOiJHbIX COeAHHeHHH CBapKH npH nOMOHJH ynOMaHyTbix SAeKTpoA.