Stainless Steel Bismuth Free Flux-cored Wires for High Temperature Applications

Abstract

Since the 1970s, bismuth has been widely used as an auxiliary ingredient in stainless steel flux-cored wires to improve slag detachability. But for components subject to post weld heat treatment (PWHT) and/or applications at high temperature, bismuth has been confirmed to have a negative effect on weld metal ductility. There are also reports on cracks found in such weldments after service at elevated temperatures. For this reason, specifications recently started limiting the weld metal bismuth content. API RP 582, for instance, has included a maximum bismuth content of 20 ppm in the weld deposit when welding with austenitic stainless steel flux-cored wires for applications above 538 °C, including PWHT. This new demand required development of a new range of flux-cored wires intended for overlay welding (cladding) of creep resistant steels and joining stainless steels for high temperature applications. The fillers that have been developed include the alloys E347, E309 L, and E308H. Two types for each alloy are available: One is optimized for welding in flat/horizontal position, and the other features a fast-freezing slag system supporting the weld pool when welding in other positions. The mechanical properties obtained in all-weld metal, V joints, and weld overlay applications with the newly developed wires are compared with standard wires. The effect of the chemical composition on welding behavior and slag detachability is discussed and some examples are given where these specific flux-cored wires can be used in the oil and gas industry.

Zusammenfassung

Bismut wird seit den 1970iger Jahren weit verbreitet als Zusatzstoff in Fülldrähten eingesetzt um den Schlackenabgang zu verbessern. Für Bauteile, die jedoch einer Wärmebehandlung nach dem Schweißen unterzogen werden oder auch bei höheren Temperaturen eingesetzt werden, wurde ein negativer Einfluss von Bismut auf die Zähigkeit des Schweißgutes gefunden. Es wurden auch Risse in Schweißnähten entdeckt, die höheren Einsatztemperaturen ausgesetzt waren. Daher wird in manchen Spezifikationen bereits eine Beschränkung des Bismut-Gehaltes in Schweißgütern vorgeschrieben. Zum Beispiel wird in der API RP 582 ein maximal zulässiger Bismut-Gehalt von 20 ppm im Schweißgut genannt, wenn mit Fülldrähten geschweißt wird und die Anwendungs- oder Wärmebehandlungstemperatur über 538 °C liegt. Diese Anforderung erforderte eine Neuentwicklung von Fülldrähten, die für Plattierungen von kriechbeständigen Stählen und zum Verbindungsschweißen von korrosionsbeständigen, austenitischen Stählen für höhere Temperaturen eingesetzt werden. Die neu entwickelten Schweißzusatzwerkstoffe umfassen die Legierungen E347, E309 L und E308H. Zwei Typen pro Legierung sind verfügbar: eine optimierte Variante für das Schweißen in Wannenlage (waagrechtes Schweißen) und eine optimierte Variante mit schnell erstarrender Schlacke für das Positionsschweißen. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften im reinen Schweißgut, im V-Verbindungsschweißgut und Plattierungsanwendungen der neu entwickelten Fülldrähte werden mit jenen der Standard-Schweißgüter verglichen. Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung auf das Schweißverhalten und den Schlackenabgang wird diskutiert und einige Anwendungsbeispiele für den Einsatz dieser speziellen Fülldrähte in der Öl- und Gasindustrie aufgezeigt.