Erweiterung des Konstitutionsschaubildes für hoch Mn-haltige Stähle in Mischschweiß-verbindung durch Gefährdungsbereiche

Kurzzusammenfassung
Das grundlegende Forschungsziel bestand in der Bestimmung der Gefährdungsbereiche im COHMS-MS-Diagramm beim Schweißen von austenitischen hoch Mn-haltigen Stählen in Mischverbindung mit ferritischen und martensitischen Stählen. Bei solchen Schwarz-Weiß-Verbindungen können in Abhängigkeit der Vermischung der Fügepartner Probleme, wie inhomogene Durchmischung der Schmelze, unzulässige Aufhärtung durch ungewollte Martensitbildung oder schweißbedingte Heiß- oder Kaltrissbildung auftreten. Zur Ermittlung der Lage der Gefährdungsbereiche wurden daher Mischschweißgüter mit definierten Aufmischungen erzeugt und anschließend mit geeigneten Prüfverfahren, wie 4-Punkt-Biege-, Scher- und Schlagzugversuche, Härteprüfungen (Härterissneigung), Programmierter Verformungsriss (PVR)-Test und Metallographie getestet. Als Versuchswerkstoffe dienten drei Fe-Mn-Stähle (X40MnVAl19-1, X40MnCrVAl19-2, X30CrMn14-16), zwei ferritische Stähle (HX340 und 22MnB5) und verschiedenen Schweißzusätze (G3Si1, LIP-20 und G 18 8 Mn). Im Ergebnis des Forschungsvorhabens gelang es, das COHMS (Constitution of High Manganese Steel Welds)-Diagramm um die Gefährdungsbereiche zu erweitern. Im Zusammenhang mit der Nutzung dieses Diagramms wird jedoch darauf verwiesen, dass sowohl die Heiß- als auch Kaltrissneigung von einer Vielzahl von Einflussfaktoren abhängt. Wenn also eine Materialkombination oder ein Werkstoff im heiß- oder härterissgefährdeten Gebiet des COHMS-Diagramms liegt, ist sowohl bei der Festlegung des Schweißprozesses und der -technologie als auch bei der konstruktiven Gestaltung und der Schweißfolge mit besonderer Sorgfalt vorgehen. Zudem gilt für die Anwendung des COHMS-Diagramms in der Praxis, wie auch für alle anderen Konstitutionsschaubilder, dass die Grenzlinien nicht als allgemeingültige feste Grenzlinien, sondern vielmehr als Übergangsbereiche zwischen den verschiedenen Gefügearten und Gefährdungsbereichen zu verstehen sind.

Förderhinweis
Das Projekt " Erweiterung des Konstitutionsschaubildes für hoch Mn-haltige Stähle in Mischschweißverbindung durch Gefährdungsbereiche " wurde im Rahmen des Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung“ durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Dieses IGF-Vorhaben 01If20244N / P 1323 der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V., Düsseldorf, wurde am Institut für Werkstoff- und Fügetechnik der Otto-von-Guericke Universität durchgeführt.

Extension of the constitution diagram for high Mn-containing steels in dissimilar joints by risk areas

Brief summary
The research objective is to determine the hazard areas in the COHMS-MS diagram when welding austenitic steels with a high Manganese (Mn) content in dissimilar joints with ferritic and martensitic steels. Depending on the combinations of the joining partners, issues such as inhomogeneous dilution of the melt, unacceptable hardening due to unwanted martensite formation or welding-related hot or cold cracking can occur in such black-and-white joints. To identify the risk areas, dissimilar welded materials were therefore produced with defined compositions and then tested using various test methods such as 4-point bending, shear and impact tensile tests, hardness tests (to assess hardening crack tendency), programmed deformation crack (PVR) tests, and metallography. Three Fe-Mn steels (X40MnVAl19-1, X40MnCrVAl19-2, X30CrMn14-16), two ferritic steels (HX340 and 22MnB5) and various welding consumables (G3Si1, LIP-20 and G 18 8 Mn) were used as test materials.
As a result of the research project, it was possible to extend the COHMS (Constitution of High Manganese Steel Welds) diagram to include the hazard areas. n connection with the use of this diagram, however, it should be noted that both the hot and cold cracking tendency depend on a large number of influencing factors. Therefore, if a material combination or a material is located in the area of the COHMS diagram that is at risk of hot or cold cracking, special care must be taken when determining the welding process and technology, as well as the structural design and welding sequence. In addition, when using the COHMS diagram in practice, as with all other constitution diagrams, the boundary lines are not to be understood as universally valid fixed boundary lines, but rather as transition areas between the different types of microstructure and hazard areas.

Acknowledgement
The research project " Extension of the constitution diagram for high Mn-containing steels in dissimilar joints by risk areas " was funded by the Federal Ministry of Economic Affairs and Climate Action as part of the "Industrial Collective Research" programme on the basis of a resolution of the German Bundestag. This project 01If20244N / P 1323 from the Research Association for steel Application (FOSTA), Düsseldorf, was carried out at Institute for Materials and Joining Technology at Otto von Guericke University.