DE1184509B

DE1184509B - Die Verwendung von Stahlblechen oder -baendern zur Herstellung von insbesondere schraubennahtgeschweissten Rohren

Info

Publication number: DE1184509B
Application number: DEH38450A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hubert Hoff; Dr-Ing Paul Werthebach
Original assignee: Hoesch AG
Current assignee: Hoesch AG
Priority date: 1960-01-21
Filing date: 1960-01-21
Publication date: 1964-12-31
Also published as: GB931924A; LU39611A1; BE599177A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 22 c

Deutsche Kl.: 40 b -39/02

Nummer: 1184 509

Aktenzeichen: H 38450 VI a/40 b

Anmeldetag: 21. Januar 1960

Auslegetag: 31. Dezember 1964

Für die Herstellung geschweißter Rohre finden im allgemeinen Stähle mit einer Festigkeit von 40 bis 70 kg/mm² Verwendung. Aus Gründen einer guten Verschweißbarkeit ist der Kohlenstoffgehalt dieser Stähle auf maximal 0,23% begrenzt. Die für diese hohe Beanspruchung erforderliche Festigkeit erzielt man entweder durch ein entsprechendes Legieren des Stahles oder durch eine Kaltverformung des Rohres nach dem Schweißen.

Ein Stahl mit einer Festigkeit von 50 bis 60 kg/mm² und einer Streckgrenze von mindestens 36 kg/mm² hat normalerweise folgende Zusammensetzung:

0,17 bis 0,23% Kohlenstoff
0,20 bis 0,70% Silizium
0,80 bis 1,60% Mangan
Rest Eisen

Mit dieser Zusammensetzung werden jedoch die vorgeschriebenen Streckgrenzenwerte bei Blech- und Bandstärken über 8 mm im Walzzustand nicht mehr mit Sicherheit erreicht. Eine weitere Steigerung des Mn- und Si-Gehaltes ist aber aus schweißtechnischen Gründen nicht möglich.

Besondere Schwierigkeiten ergeben sich bei der Herstellung von schraubennahtgeschweißten Rohren. Schraubennahtgeschweißte Rohre werden bekanntlich aus Bändern zu Spiralen gewickelt, die nacheinander innen und außen verschweißt werden.

Im Zusammenhang mit der Verformung der Bänder zu Spiralen tritt abweichend von der üblichen Längs- und Querbeanspruchung eine unter einem Winkel zu den üblichen Beanspruchungen verlaufende Materialbeanspruchung auf. Das erfordert eine gute Biegsamkeit bzw. Fügsamkeit des Materials, da anderenfalls in den aus einer Biege- und einer Schweißeinheit bestehenden Einrichtungen zur Herstellung von Schraubennahtrohren Erschütterungen und Schwingungen auftreten, die die Schweißverbindung zerstören oder zumindest schwächen. Die erforderliche Biegsamkeit bzw. Fügsamkeit besitzen Bänder aus Stahl der angeführten Zusammensetzung insbesondere dann nicht, wenn sie eine größere Dicke, beispielsweise eine Dicke von 12 bis 13 mm aufweisen.

Material der genannten Art zeigt sich im übrigen auch nicht den im Zusammenhang mit der Innen- und mit der Außenverschweißung auftretenden Wärmebeanspruchungen gewachsen.

Der Erfindung gemäß wird nunmehr vorgeschlagen für die Herstellung, insbesondere von schraubenDie Verwendung von Stahlblechen oder
-bändern zur Herstellung von insbesondere
schraubennahlgeschweißten Rohren

Anmelder:

Hoesch Aktiengesellschaft,

Dortmund, Eberhardstr. 12

Als Erfinder benannt:
Dr.-Ing. Hubert Hoff;
Dr.-Ing. Paul Werthebach, Dortmund

nahtgeschweißten Rohren, Stahlbleche oder -bänder der Zusammensetzung von

0,17 bis 0,23 % Kohlenstoff

0,20 bis 0,70% Silizium
0,80 bis 1,60% Mangan
0,02 bis 0,15% Vanadin
0,02 bis 0,10% Aluminium
Rest Eisen mit den zulässigen Verunreinigungen

zu verwenden, wobei der Stahl vor dem Auswalzen auf mindestens 1150 bis 1200° C erhitzt, in einer Hitze ausgewalzt, anschließend schnell auf Temperatüren unter 700° C abgeschreckt und von dieser Temperatur aus langsam abgekühlt wird.

Als besonders geeignet erweist sich die Verwendung von Blechen und Bändern der Zusammensetzung

0,18 bis 0,22% Kohlenstoff

0,40 bis 0,60% Silizium
0,80 bis 1,40% Mangan
0,02 bis 0,15% Vanadin
0,02 bis 0,10% Aluminium

Rest Eisen mit den zulässigen Verunreinigungen

Im Zusammenhang mit der Wärmebehandlung von Bändern ist es zweckmäßig, das aufzuhaspelnde Band nach dem letzten Stich unter 700° C, vorzugsweise unter 680° C abzuschrecken, so daß es beim Aushaspeln eine Temperatur von 680° C und darunter aufweist.

Die Verwendung der gemäß der Erfindung ausgewählten Stahlqualitäten in Verbindung mit den Wärmebehandlungsvorschriften gemäß der Erfindung ergibt ein Band bzw. Blech, das hinsichtlich Streck-

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grenze, Kerbschlagzähigkeit, Biegsamkeit bzw. Fügsamkeit sowie Schweißarbeit, den im Zusammenhang mit der Herstellung von geschweißten Rohren, insbesondere schraubennahtgeschweißten Rohren, auftretenden Materialbeanspruchungen im ausreichenden Umfange genügt.

Die der Erfindung gemäß vorgeschlagene Stahlqualität, die sich von den üblichen Baustählen durch die zusätzlichen Legierungsbestandteile Aluminium und Vanadium unterscheidet, gewährleistet eine Streckgrenze von mindestens 36 kg/mm², auch bei einer über 8 mm liegenden Band- bzw. Blechdicke. Bei Vorliegen der Legierungsbestandteile Aluminium und Vanadin ist es möglich, etwas geringere Mangan- und Siliziumgehalte vorzusehen, wodurch die schweißtechnischen Eigenschaften wesentlich verbessert werden, ohne daß ein Absinken der Streckgrenze befürchtet werden muß. Die Zugabe von Aluminium bzw. Vanadin allein hat eine nur geringe Wirkung. Gelangen beide Elemente gemeinsam in den Stahl, so addieren sich die Wirkungen beider nicht nur, vielmehr ist die Verbesserung so bedeutend, als wenn in etwa das 3fache jedes Einzelelementes hinzulegiert worden wäre.

Durch die Zugabe von Aluminium und Vanadin wird im übrigen nicht nur die Streckgrenze erhöht, sondern darüber hinaus der Vorteil erzielt, daß die Festigkeitswerte in einem wesentlich engeren Bereich streuen und über die ganze Länge des Bleches bzw. Bandes nahezu gleichbleiben, wie aus folgender Aufstellung ersichtlich ist, in der Streckgrenzenwerte eines üblichen Baustahles (Stahl A) denen eines Stahles gemäß der Erfindung (Stahl B) gegenüber gestellt sind:

	Streckgrenze in kg/mm*	nach Vastündiger Glühung bei	36,8	40,7
		800° C I 1000° C I 1150° C und anschließender Luftabkühlung	40,3	52,4
	im Walzzustand	35,5
C	34,8	36,7
D	41,2

Probenlage	Stahl A kg/mm²	Stahl B kg/mm*
Am äußeren Ende 10 m vom äußeren Ende entfernt 20 m vom äußeren Ende entfernt 30 m vom äußeren Ende entfernt 40 m vom äußeren Ende entfernt 10 m vom inneren Ende entfernt	43,0 39,8 35,4 36,7 38,4 42,2	43,1 42,0 40,2 41,0 41,0 42,0

Für den vorgesehenen Verwendungszweck bedarf es gemäß der Erfindung noch der vorgeschlagenen Wärmebehandlung, wonach die zur Band- bzw. Blechauswalzung vorgesehenen Brammen im Stoßofen auf mindestens 1150° C erhitzt, in einer Hitze auf Band oder Blech ausgewalzt und nach dem Fertigstich durch geeignete Abkühlungsmaßnahmen rasch von Temperaturen über den A₃-Punkt auf Temperaturen unter den A_t-Punkt abgekühlt werden. Das gilt vor allem für Bänder, die aufgehaspelt werden. In diesem Fall soll die Haspeltemperatur 680° C nicht überschreiten.

Die Bedeutung der Temperatur vor dem Walzen sowie der Abkühlung geht aus folgender Gegenüberstellung hervor, der die beiden Stähle

Im Walzzustand hat mit Aluminium und Vanadin legiertes Band D eine um 6,4 kg/mm² höhere Streckgrenze als das Band C, das weder V noch Al, sonst aber annähernd die gleiche Grundzusammensetzung wie Band D besitzt. Glüht man beide Bänder Vt Stunde bei 880° C, so wird die Streckgrenze für das Band C etwas erhöht. Bei Band D sinkt die Streckgrenze hingegen nicht unbeträchtlich ab, liegt allerdings noch höher als bei Band C. Al und V üben bei solchen Temperaturen also nur eine geringe Wirkung aus. Glüht man die Bänder Vt Stunde bei 1000° C, so zeigt Band D gegenüber Band C bereits eine deutliche Überlegenheit. Dieser Vorsprung ist noch größer, wenn eine ViStündige Glühung bei 1150° C vorgesehen ist. Die Streckgrenze des Bandes D steigt dabei auf 52,4 kg/mm². Demgegenüber hat das Band C durch die Glühung bei 1150° C nur eine geringe Erhöhung der Elastizitätsgrenze gewonnen. Es bleibt mit 40,7 kg/mm² weit hinter dem Band D zurück. Ersichtlich ist, die Zugabe von Al und V ist um so wirkungsvoller, je höher der Stahl vor dem Auswalzen erhitzt wurde.

Das Hinzulegieren von Al und V hat außerdem den Vorteil, daß die Übergangszonen im Bereich der Schweißnaht geringere Härtespitzen aufweisen als das bei entsprechenden Stählen ohne die Legierungsbestandteile Al und V der Fall ist. Das geht deutlich aus den folgenden Ergebnissen von Untersuchungen an Schweißstellen unter Zugrundelegung der bereits genannten Stähle C und D hervor.

Etwa 5 cm beiderseits der Schweiße ist beim Stahl A noch die Grundhärte von etwa 180Vickers festzustellen. Diese steigt in zunehmendem Maße nach der Schweiße zu an. Kurz vor der eigentlichen Schweißnaht erreicht sie Spitzen von 220 bis 230Vickers. Demgegenüber weist der Härteverlauf in der Schweißverbindung des mit Al+V legierten Stahles B einen wesentlich gleichmäßigeren Übergang auf. Er ist frei von scharfen Spitzen, die häufig Ausgangspunkte von Schweißrissen sind.

Es erweist sich weiterhin als vorteilhaft, daß die mit Al und V legierten Bänder bzw. Bleche eine gute Kerbschlagzähigkeit in der Kälte besitzen. Die folgende Gegenüberstellung gibt das Mittel von bei —40° C gemessenen Kerbschlagzähigkeitwerten geschweißter Rohre aus den Stählen C und D von 12 mm Dicke sowie der Schweiße wieder.

°/oC

0,20
0,21

»A Si

0,35
0,41

%Mn

1,32 1,28

VoV

0,00 0,07

0,00 0,05

zugrunde liegen.

	Kerbschlagzähigkeit in mkg/cm² bei —40° C	radialer Kerb	in der Schwe ' Kerb in der Außennaht	!iße Kerb in der Innennaht
Stahl	im Blech tangentialer Kerb	3,6	6,2	2,2
C	7,3	6,9	6,4	6,9
D	10,2

Es ist zwar schon einmal in ganz allgemeiner Form vorgeschlagen worden, Stählen, die eine hohe Festigkeit und eine geringe Empfindlichkeit gegen Schweißrissigkeit aufweisen sollen, Phosphor, Silizium, Aluminium, Molybdän und/oder Vanadin hinzuzulegieren, daß daraus noch keine geeignete Anregung für die definierte Stahlqualität gemäß der Erfindung zu entnehmen ist, ergibt allein schon die Tatsache, daß ein Auflegieren mit Phosphor, Silizium oder Molybdän infolge der darauf zurückführenden Verschlechterung der Biegsamkeit im Zusammenhang mit der Erzeugung von Schraubennahtrohren nicht angeraten ist. Es sind auch schon schweißbare Stahllegierungen bekannt, die neben den Legierungsbestandteilen Titan, Zirkon und/oder Nickel Alu- minium und Vanadin enthalten können. Solche Legierungen sind jedoch aufwendig, und es ist demgegenüber auf Grund der Erfindung möglich geworden, eine wohlfeilere Stahlqualität einzusetzen.

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Claims

Patentansprüche:

1. Die Verwendung von Stahlblechen- oder -bändern der Zusammensetzung von

0,17 bis 0,23 % Kohlenstoff

0,20 bis 0,70% Silizium *⁵

0,80 bis 1,60% Mangan

0,02 bis 0,15 % Vanadin

0,02 bis 0,10% Aluminium

Rest Eisen mit den zulässigen Verunreinigungen zur Herstellung von insbesondere schraubennahtgeschweißten Rohren, wobei der Stahl vor dem Auswalzen auf mindestens 1150 bis 1200° C erhitzt, in einer Hitze ausgewalzt, anschließend schnell auf Temperaturen unter 700° C abgeschreckt und von dieser Temperatur aus langsam abgekühlt wird.

2. Die Verwendung von Stahlblechen oder -bändern der Zusammensetzung von

0,18 bis 0,22% Kohlenstoff

0,40 bis 0,60% Silizium

0,80 bis 1,40% Mangan

0,02 bis 0,15% Vanadin

0,02 bis 0,10% Aluminium

Rest Eisen mit den zulässigen Verunreinigungen

für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Die Verwendung von Stahlbändern nach den Ansprüchen 1 und 2, wobei das aufzuhaspelnde Band nach dem letzten Stich auf Temperaturen unter 700° C, vorzugsweise unter 680° C abgeschreckt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 071 734;
»Auszüge Deutscher Patentanmeldungen«, Bd. 19, 1948, S. 265, Anmeldung K 147437 VIa/18 d.