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Für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Normstreckgrenze > 690 MPa, ist die Zugabe von Mikrolegierungselementen, wie Nb und Ti, unerlässlich. Die Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle (bspw. in DIN EN 10025-6) geben zur Erzielung der vorgeschriebenen Eigenschaften dabei oft nur Grenzgehalte für die Hersteller vor. Die Wirkung der Legierungselemente bzw. ihrer Karbide und/oder Nitride ist teilweise komplett konträr, insbesondere bei Auflösung und Wiederausscheidung in der WEZ bei identischem Schweißzusatz. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Chargenabhängigkeit hinsichtlich der Schweißeignung und des Tragverhaltens der Schweißverbindung erschwert. Zuzüglich können moderne Schweißprozesse, wie MSG mit modifiziertem Sprühlichtbogen (mod. SLB) durch ihre hohe Wärmeeinwirkung die Phasenumwandlung in der Wärmeeinflusszone negativ beeinflussen. Eine unerwünschte Eigenschaft ist dabei die Erweichung (engl.: softening) der WEZ, wie auch u.U. der gegenteilige Effekt der Aufhärtung (engl.: hardening). Vor diesem Hintergrund werden im Rahmen eines DFG-Vorhabens systematisch Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten des hochfesten und vergüteten Feinkornbaustahls S690QL untersucht. Dazu wird das MAGSchweißen mit mod. SLB verwendet, welches durch hohe Abschmelzleistung gekennzeichnet ist und schmalere Fugenöffnungswinkel (α = 30°) ermöglicht. An diesen Schweißungen wird der Effekt der metallurgischen Zusammensetzung in Kombination mit hoher Wärmeeinwirkung auf die Ausbildung einer kritischen WEZ-Gefügezone mit Erweichung und/oder exzessiver Aufhärtung untersucht. Ein besonderes Augenmerk wird auf die Phasenumwandlungen und das Ausscheidungsverhalten im Gefüge der Wärmeeinflusszone gelegt. Neben umfangreichen metallographischen Untersuchungen einzelner WEZ-Bereiche wurden, unter Variation der chemischen Zusammensetzung, thermodynamische Phasenberechnungen mittels ThermoCalc durchgeführt. Hierdurch wird ein Verständnis zur Phasentransformation und Ausscheidungswachstum und -auflösung während des Schweißens in Abhängigkeit von Temperatur und Abkühlbedingungen geschaffen. Das Ziel ist es, mittels erster Untersuchungen den Einfluss der Wärmeeinwirkung auf die Gefügeausbildung in der WEZ zu zeigen. Insbesondere wird hier auf die Auswirkung der unterschiedlichen Mikrolegierungskonzepte (Ti oder Nb) geachtet.

Mikrolegierungselemente, wie Nb und Ti, sind für die signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten, hochfesten Feinkornbaustählen mit einer Nominalstreckgrenze ≥ 690 MPa unerlässlich. Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung geben dabei nur obere Grenzwerte für die Hersteller vor. Weiterhin wirken sich bereits kleine Abweichungen in der Legierungsroute teilweise drastisch auf die mechanischen Eigenschaften aus. Somit wird eine adäquate Vorhersage der Schweißeignung und der Integrität der Schweißverbindung aufgrund der variierenden Mikrogefüge erschwert bis unmöglich. Unerwünschte Nebeneffekte sind die mögliche Erweichung der Wärmeeinflusszone (WEZ) als auch der gegenteilige Effekt der Aufhärtung. Vor diesem Hintergrund werden erstmals systematisch die unterschiedlichen Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti und Nb-Gehalten an Versuchsschmelzen untersucht. Die Stahlgüte S690QL bildet dabei die Grundlage der chemischen Zusammensetzung sowie der entsprechenden Wärmebehandlung. Zur Untersuchung der jeweiligen Schweißeignung wurden Dreilagen-Schweißungen mittels moderner MAG-Hochleistungsschweißprozesse durchgeführt und kritische Gefügebereiche mit hoher Erweichung/Aufhärtung identifiziert. Der Fokus der analytischen Betrachtungen lag hier auf der Identifikation der Phasenumwandlungen beim Abkühlen und auf dem metallurgischen Ausscheidungsverhalten. Zusätzlich wurden isotherme und nicht-isotherme Phasenberechnungen mit der Software Thermo-Calc durchgeführt. Mechanisch-technologische Untersuchungen zur Kerbschlagzähigkeit mittels Kerbschlagbiegeversuchen durchgeführt wurden, bestätigen dabei die Ergebnisse der thermodynamischen Simulation bezüglich des Ausscheidungsverhaltens während der Temperatur-Zeit Schweißzyklen. Daraus lässt sich der Einfluss der Wärmeeinwirkung beim Schweißen auf die Gefügeausbildung in der WEZ und der korrespondierenden mechanischen Eigenschaften qualitativ beschreiben.

Mikrolegierungselemente wie Nb und Ti sind entscheidend für die erwünschte mechanische Festigkeit von vergüteten Feinkornbaustählen mit einer Nennstreckgrenze von ≥ 690 MPa. Aktuelle Spezifikationen geben lediglich Obergrenzen für die chemische Zusammensetzung vor, allerdings können geringfügige Abweichungen erhebliche Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften haben. Die Vorhersage der Schweißbarkeit und Integrität von Schweißverbindungen stellt aufgrund der variierenden Zusammensetzung und Mikrostrukturen Herausforderungen dar. Unerwünschte Effekte wie Erweichung der Wärmeeinflusszone (WEZ) oder Verfestigung können auftreten. Um dies zu untersuchen, wurden verschiedene Mikrolegierungsrouten mit variierenden Ti- und Nb-Gehalten an Laborschmelzen erforscht. Die Basis jeder Route entsprach der üblichen S690QL in Zusammensetzung und Wärmebehandlung. Dreilagenschweißungen wurden mittels Metallaktivgasschweißens (MAG) durchgeführt, um kritische Gefügebereiche zu identifizieren. Die Analyse konzentrierte sich auf Phasenumwandlungen während der Abkühlung und metallurgisches Ausscheidungsverhalten. Die mechanischen Eigenschaften der Schweißnähte wurden durch Zugversuche ermittelt. Die Ergebnisse zeigen einen bedeutenden Einfluss der Mikrolegierungsroute und Schweißwärmezufuhr auf die Ausscheidungskinetik, trotz insgesamt guter Schweißbarkeit der Werkstoffe.

Microalloying elements such as Nb and Ti are essential to increase the strength of quenched and tempered high-strength low alloy (HSLA) structural steels with nominal yield strength ≥ 690 MPa and their welded joints. Standards such as EN 10025–6 only specify limits or ranges for chemical composition, which leads to variations in specific compositions between steel manufacturers. These standards do not address the mechanical properties of the material, and even small variations in alloy content can significantly affect these properties. This makes it difficult to predict the weldability and integrity of welded joints, with potential problems such as softening or excessive hardening of the heat-affected zone (HAZ). To understand these metallurgical effects, previous studies have investigated different microalloying routes with varying Ti and Nb contents using test alloys. The high-strength quenched and tempered fine-grained structural steel S690QL is the basic grade regarding chemical composition and heat treatment. To evaluate weldability, three-layer welds were made using high-performance MAG welding. HAZ formation was investigated, and critical microstructural areas were identified, focusing on phase transformations during cooling and metallurgical precipitation behavior. Isothermal thermodynamic calculations for different precipitations were also carried out. Mechanical properties, especially Charpy notch impact toughness, were evaluated to understand the influence of different microalloys on the microstructure of the HAZ and mechanical properties.

Für eine signifikante Festigkeitssteigerung von vergüteten hochfesten Feinkornbaustählen ist eine Zugabe von Mikrolegierungselementen wie Nb und Ti unerlässlich. Die Normvorgaben zur chemischen Zusammensetzung dieser Stähle gibt sehr breite Legierungsintervalle für die Hersteller vor, was eine Vorhersage bezüglich der Schweißeignung und des Tragverhaltens der Schweißverbindung erschwert. Zuzüglich kommen vermehrt moderne Schweißprozesse zum Einsatz, die durch ihre hohe Wärmeeinwirkung die Phasenumwandlung in der Wärmeeinflusszone negativ beeinflussen können. Eine unerwünschte Eigenschaft ist dabei die Erweichung (Festigkeitsverlust, engl.: softening) dieser Wärmeeinflusszone.