DE2553349B2

DE2553349B2 - Hochfestes Niedertemperatur-Stahlrohr

Info

Publication number: DE2553349B2
Application number: DE2553349A
Authority: DE
Inventors: Isao Fujisawa Aida; Mutsuro Araki; Tomokazu Kamakura Godai; Masatoshi Yokohama Nakagaki; Bunshiro Sakai; Koshiro Fukuyama Tsukada; Itaru Watanabe; Makoto Yamada
Original assignee: Kobe Steel Ltd; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1974-11-27
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE2553349A1; IT1051383B; JPS5431753B2; JPS5161473A; US4020312A; CA1042992A

Description

Die Erfindung betrifft ein Stahlrohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Da die in Gebieten mit kaltem Klima angelegten Pipelines zur Beförderung von Erdöl, Erd- bzw. Naturgas u. dgl. in jüngerer Zeit immer größere Dimensionen annehmen, wächst ständig der Bedarf an dickwandigen, hochfesten Stahlrohren, welche bei geringen Temperaturen eine hervorragende Festigkeit und Zähigkeit bewahren. Im allgemeinen wurden die für solche Zwecke vorgesehenen Stahlrohre mit hohem Durchmesser in Massenfertigung z. B. nach der UOE- oder Spiralmethode, durch Korbformung (cage forming) oder Biegewalzenformung erzeugt Selbstverständlich sind bei diesen Rohrherstellungsverfahren, bei

-, welchen die Schweißung an den geformten Platten erfolgt, höhere Arbeitsgeschwindigkeiten und eine höhere Betriebsleistung außerordentlich gefragt In der Vergangenheit wurde die reguläre Schweißung der nach den vorgenannten Formgebungsmethoden erzeugten

lu Rohre mit Hilfe des mit hoher Wärmezufuhr durchgeführten Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahrens mit einem Durchgang pro Elektrode an jeder Seite der Schweißnaht durchgeführt Obwohl neue Methoden zur Erfüllung der vorgenannten Anforderun- -> gen vorgeschlagen wurden, z. B. die Vergütung (Q-T-Behandlung) der Rohre, gibt es auf diesem Gebiet noch zahlreiche ungelöste Probleme. Eines davon besteht darin, wie man einer den Grundwerkstoff für das geschweißte Rohr bildenden Stahlplatte eine ausrei chende Festigkeit und Zähigkeit verleiht Für diesen Zweck wurde das sogenannte Verfahren des »geregelten Walzens« (controlled rolling; CR) vorgeschlagen und auch in der Praxis angewendet Bei dieser Methode wird die gesamte Stichabnahme während der bei relativ niedrigen Temperaturen (unterhalb 900⁰C) durchgeführten Walzstiche. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der gesamten Stichabnahme bei derart niedrigen Temperaturen, bei denen der Verformungswiderstand höher ist eine Grenze gesetzt ist Im

so Falle von dicken Stahlplatten können die Vorteile des CR-Verfahrens somit nicht im gewünschten Maße ausgenutzt werden. Man muß die dicken Stahlplatten daher zur Erzielung der gewünschten hohen Festigkeit und Zähigkeit weiteren thermischen Behandlungen,

is beispielsweise einer Vergütung (Abschrecken und Anlassen; QT), unterwerfen. Selbstverständlich sind jedoch nicht nur diese Eigenschaften des Grundwerkstoffs von Bedeutung, sondern es muß auch die Schweißnahtzone eine zufriedenstellende Qualität äUf weisen. Bei Leitungsrohren 7,ur Beorderung von Erdgas aus Gebieten mit kaltem Klima wird sowohl vom Grundwerkstoff als auch von eier Schweißnaht eine außerordentlich hohe Kaltzähigkeit gefordert, da diese Leitungsrohre das Erdgas unter hohem Druck und mit

4-, hohen Durchsätzen transportieren. Insbesondere die Härte der Schweißnahtzone ist auf niedrige Werte begrenzt damit die Gefahr einer Spannungsrißkorrosion des Rohres auf Grund der im Erdgas enthaltenen Sulfide gebannt wird. Andererseits ist natürlich auch ein

-,ο Zusatz oder eine Mengenerhöhung von Legierungselementen erforderlich, da die Herstellung von dickwandigen Stahlplatlen mit hoher Festigkeit und Zähigkeit «■benso das »geregelte Walzen« oder thermische Behandlungen erfordert. Um die Härtbarkeit des

-,-> Materials zu verbessern, muß man den Mangangehalt erhöhen oder Elemente wie Chrom und Molybdän zusetzen. Diese stellen die essentiellen Legierungselemente zur Erzielung der gewünschten hohen Zähigkeit des Grundwerkstoffs dar. Während jedoch der Grund-

ho werkstoff zufriedenstellende Eigenschaften aufweist, sind die Eigenschaften (insbesondere die Zähigkeit) der Schweißnahtzone von jenen des Grundwerkstoffs völlig verschieden. Beim herkömmlichen, mit hoher Wärmezufuhr arbeitenden Unterpulver-Lichtbogenschweiß·

f, verfahren muß somit die Wärmezufuhr bei ansteigender Stärke des Stahlrohres gesteigert werden, damit die gewünschte Schweißleistung bei einem Durchgang pro Elektrode an jeder Seite der Schweißnaht erreicht v;ird.

Wenn der Stahl nach diesem Verfahren beispielsweise unter Anwendung der hohen Wärmezufuhr von 65 000 Joule/cm geschweißt wird, verschlechtern sich zwangläufig die Eigenschaften (insbesondere die Kaltzähigkeit) in der Zone der Hitzeeinwirkung (nachstehend als ■-, »wärmebeeinflußte Zone« bezeichnet), welche an die Verbindungs- oder Schmelzlinie der Schweißnahtzone angrenzt Gegenwärtig ist man bestrebt die Verschlechterung der Eigenschaften in der Schweißnahtzone durch Änderung der chemischen Zusammensetzung der ι ο Stahlplatte bzw. des Grundwerkstoffs zu verhindern oder einzudämmen. Das Ausmaß der Verschlechterung der Eigenschaften der Schweißzone ist jedoch natürlich umso größer, je höher die Qualität des als Grundwerkstoff dienenden Stahls ist Hinsichtlich der maximalen ι > Härte in der wärmebeeinflußten Zone besteht die Tendenz, daß diese durch praktisch sämtliche für die Erzielung einer hohen Zähigkeit des Grundwerkstoffs erforderlichen Legierungselemente erhöht wird. Während man sich somit gezwungen sah, Stahlplatten mit höherlegierten chemischen Zusammensetzungen als Grundwerkstoffe zu verwenden, um die gewünschten hochfesten, hochzähen und dickwandigen Stahlrohre zu erhalten, führen die derzeit verfügbaren Sch weißmethoden zu schlechteren Eigenschaften und einer höheren Härte in der wärmebeeinflußten Zone, so daß sich die gewünschten Stahlrohre nicht herstellen lassen.

Um das vorgenannte Problem der Zähigkeitseinbuße im Falle des herkömmlichen Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahrens zu lösen, besteht lediglich die _J0 Möglichkeit die Schweißwärmezufuhr zu regeln bzw. einzuschränken. Durch diese Maßnahme wird es unvermeidlich, das Schweißgut in mehreren Lagen einzubringen. Diese mit verringerter Wärmezufuhr arbeitende Mehrfachlagen-Unterpulver-Lichtbogen- j, schweißmethode erfordert jedoch nach Abschluß jedes Durchgangs eine Pulverbeseitigung. Durch diesen Arbeitsgang vermindert sich die Schweißleistung. Einen weiteren Nachteil bringt das zur Erzielung einer hohen Kaltzähigkeit erforderliche hochbasische Pulver mit sich, da dieses häufig zu Schweißfehlern Anlaß gibt. Selbst im Falle einer dünnen Stahlplatte, bei welcher das Schweißgut mit einem Durchgang pro Elektrode an jeder Seite der Schweißnaht eingebracht werden kann, führt die verringerte Wärmezufuhr zu einer rascheren Abkühlung der wärmebeeinfluß'en Zone, wobei die maximale Härte dieser Zone zwangläufig ansteigt. Diese Tendenz zur Erhöhung der maximalen Härte wird dann ausgeprägt wenn man die der Stahlplatte bzw. dem Grundwerkstoff zugesetzten Legierungselementanteile erhöht Im Hinblick auf die Legierungszusammensetzungen der Stahlplatten bzw. Grundwerkstoffe eignet sich das Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren somit nicht zum Verschweißen von dickwandigen Stahlrohren mi' hohem Durchmesser im Rahmen der -,-> Erzeugung von für sehr niedrige Temperaturen vorgesehenen Leitungsrohren. Insbesondere im Falle von Stahlpiatten mit einer Stärke von mehr als 12 mm kann es unmöglich sein, nach der Unterpulver-Lichtbogenschweißmethode Stahlrohre ohne derartige Fehler zu erzeugen.

Obwohl man auch die Anwendung anderer, mit geringerer Wärmezufuhr arbeitender Schweißmethoden, beispielsweise des M IG-Schweißverfahrens oder des COrSchutzgasschweißverfahrens, in Erwägung ziehen kann, sind diese Methoden darauf festgelegt, daß der SchweiBvorgang in einer hauptsächlich aus Argon oder Kohlendioxid bestehenden Atmosphäre mit Hilfe einer einen geringen Durchmesser (weniger als 2,0 mm) aufweisenden Drahtelektrode bei Schweißströmen von wenige- als 500A erfolgt Während bei diesen Methoden das Problem einer verschlechterten Kaltzähigkeit in der von der Schweißwärme beeinflußten Zone auf Grund der geringen Wärmezufuhr gelöst wird, verringert sich die Schweißleistung und die maximale Härte der wärmebeeinflußten Zone wird erhöht, wie es bei der mit geringer Wärmezufuhr arbeitenden Unterpulver- Lichtbogenschweißung der Fall ist Um die Herabsetzung der Schweißleistung zu verhindern, wurde ein Schweißverfahren vorgeschlagen, bei dem mit Hilfe mehrerer, in einer geraden Reihe längs der Schweißrichtung angeordneter, einen geringen Durchmesser aufweisender Drahtelektroden eine kontinuierliche Schweißung vorgenommen wird. Es wurde jedoch festgestellt daß die durch diese Methode erbrachte bessere Schweißleistung die hohe diesbezügliche Anforderung bei weitem nicht erfüllt und daß die Mängel hinsichtlich der maximalen Härte kaum beseitigt werden. Es kann somi- die Schlußfolgerung gezogen werden, daß keines der derzeit verfügbaren Verfahren zur Herstellung von geschweißten Rohren für die Praxis als Schweißmethode im Rahmen der Erzeugung von Stahlrohren mit hoher Festigkeit und höh- r Zähigkeit sowohl im Grundwerkstoff als auch in der Schweißnahtzone geeignet ist

In der DE-AS 14 40 588 ist ein Lichtbogenschweißverfahren zum Verbinden metallischer Werkstücke beschrieben, bei dem zunächst ein metallischer Leitniederschlag ausgebildet wird, der anschließend mit einer der Normalisierungsbedingung entsprechenden Geschwindigkeit abgekühlt wird, auf den Leitniederschlag bei einer Temperatur zwischen dem Beginn und dem Ende der Martensitbildung ein Folgeniederschlag ausgebildet wird und schließlich die erhaltene doppelte Schweißraupe mit einer der Normalisitrungsbedingung entsprechenden Geschwindigkeit abgekühlt wird. In diesem bekannten Verfahren arbeitet man mit Schweißströmen von weniger als 600 A, Elektrodendurchmessern von weniger als 2 mm und einer Schutzgas-Ströiiiungsmenge von weniger als 25 Liter/min. Die Variationsbreite der Bogenspannung beträgt bei dem bekannten Verfahren nur etwa 2 Volt, und es wird eine geringe Schweißgeschwindigkeit erzielt. Nachteilig ist auch der große Aufwand bei dem bekannten Verfahren, bei dem zwingend eine Leit- und eine Folgeelektrode verwendet werden, wobei für den Leitniederschlag das Schutzgas- und für den Folgeniederschlag das Unterpulver-Schweißverfahren empfohlen werden.

In der US-PS 31 85 812 ist ein Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren beschrieben, bei dem ein schwacher elektrischer Strom, ein Elektrodendraht geringen DL/chmessers, eine geringe Schutzgasmenge und ein enger Bogenspannungsbereich angewendet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein aus Stahlplatten bestimmter Zusammensetzung durch Schutzgas-Lichtbogenschweißen hergestelltes Niedertemperatur-Stahlrohr zur Verfügung zu stellen, das sowohl im Grundwerkstofibereich als auch in der SchweiSnahtzone eine hohe Festigkeit und Kaltzähigkeit aufweist und mit erhöhter Schweißgeschwindigkeit ι·ηά -leistung geschweißt worden ist

Gegenstand der Erfindung ist ein hochfestes Niedertemperatur-Stahkohr, das aus einer Stahlplatte mit einer Stärke von mehr als 12 mm und einem Gehalt von 0,01 bis 0,15% C, 0.02 bis 0,50% Si, 0,1 bis 2,0% Mn, weniger als 0,020% P, weniger als 0,020% S, mindestens

eines Elements aus der Gruppe Cu, Ni, Cr und Mo und/oder W (in einem Anteil von 0,1 bis 1,0% im Falle von Cu, Cr und Mo und/oder W) bzw. in einem Anteil von 0,1 bis 9,50% (im Falle von Ni) und mindestens eines Elements aus der Gruppe säurelösliches Al, Zr, Ti, V, Nb und B in einem Gesamtanteil von 0,005 bis 0,20% und als Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, durch Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit einer Schweißgeschwindigkeit von 300 bis 1500 mm/min hergestellt worden ist und die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der das Kohlenstoffäquivalcnl der vorgenannten Stahlplatte auf weniger als 0.65 eingestellt wurde, wird das verschweißte Stahlrohr im Anschluß an die Lichtbogenschweißung einer thermischen Nachbehandlung unterworfen, bei der es weniger als 1 Stunde bei einer Temperatur von 500 bis 70O⁰C gehalten wird, wodurch ihm entsprechende mechanische Eigenschaften wie dem vorgenannten Stahlrohr verliehen werden.

Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet man minde stcns eine Massivdrahtelektrodc, welche als wesentlichen Bestandteil 0,01 bis 0,3% Ti sowie gegebenenfalls 0,0005 bis 0,01% B enthält, für die Lichtbogenschweißung.

Das Kohlenstoffäquivalent (Cc₁) errechnet sich in bekannter Weise nach folgender Gleichung:

C,„ = C + VeMn + '/«Si + VsCr + ¹A Mo + VwNi

Nachstehend werden die Merkmale der Erfindung näher erläutert.

Das erste Erfindungsmerkmal betrifft die chemische Zusammensetzung der Stahlplatte bzw. des Grundwerkstoffs. Diese wird zur wirksamen Durchführung der Erfindung wie folgt gewählt: Sie beinhaltet 0,01 bis 0,15% C, 0,02 bis 0,50 Si, 0,1 bis 2,0% Mn, weniger als 0,020% P, weniger als 0,020% S. mindestens ein Element aus der Gruppe Cu, Ni, Cr und Mo und oder W in einem Anteil von 0,1 bis 1,0% (bei Verwendung von Cu, Cr und Mo und/oder W) oder in einem Anteil von 0,1 bis 9,50% (bei Verwendung von Ni), mindestens ein Element aus der Gruppe löslichen Al, Zr, Ti, V, Nb und B in einem Gesamtanteil von 0,005 bis 0.20% und als Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, wobei das Kohlenstoffäquivalent bei einem Mangangehalt von weniger als 1,0% auf einen Wert von weniger als 0,50 und bei einem Mangangehalt von mehr als 1,0% auf einen Wert von weniger als 0,45% eingestellt wird. Die auf diese Weise erzeugte, mehr als 12 mm starke Stahlplatte wird zu einem rohrartigen Gebilde geformt, welches durch Einelektroden- oder Mehrelektroden-Hochstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweißung zu einem Rohr verschweißt wird

Das zweite Merkmal der Erfindung besteht darin, daß man die Einelektrode- oder Mehrelektroden-Hochstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweißung unter den folgenden Bedingungen durchführt Die Schweißung der Stahlplatte erfolgt in einer Atmosphäre eines gemischten Schutzgases, welches hauptsächlich aus einem Inertgas mit einem Zusatz von weniger als 30% Kohlendioxid oder weniger als 5% Sauerstoff besteht und mit einer Gesamt-Strömungsmenge von 50 bis 200 Liter/min zugeführt wird, mit Hilfe einer oder mehrerer abschmelzender Elektroden, weiche jeweils aus Massivdraht mit hohem Durchmesser (3,0 bis 6,4 mm) bestehen, bei einem Durchgang pro Elektrode mit einem Schweißstrom von 600 bis 1500 A, einer Bogenspamiun, von 23 bis 36 V und einer Schweißgeschwindigkeit voi 300 bis 1500 mm/min. Das dritte Merkmal der Erfindung besteht darin, dal

-, man, wenn das Kohlenstoffäquivalent der Stahlplatte bzw. des Grundwerkstoffs bei einem Mangangehalt voi weniger als 1,0% mehr als 0,50 oder bei einen Mangangehalt von über 1,0% mehr als 0,45, jedocl weniger als 0,65 beträgt, das geschweißte Stahlroh

κι weniger als 1 Stunde bei einer Temperatur von 500 bi 700°C hält. Diese thermische Nachbehandlung ermög licht es selbst bei einem Kohlenstoffäquivalent voi mehr als 0,45 bzw. 0,50 und weniger als 0,65, eil Stahlrohr mit der gewünschten Festigkeit und Zähigkei

■ ' sowohl im Grundwerkstoff als auch in der Schweißnaht /one 7U erzeugen, wie es bei der Stahlplatte mit einen Kohlenstoffäquivalent von weniger als 0,45 bzw. 0,5( der Fall ist.

Das vierte Erfindiinirsmerkmal hpstpht darin, flail Hif

υ Zusammensetzung des für die Hochstrom-Schutzgas Lichtbogenschweißung verwendeten Massiv- bzw. Voll (Irahts so gewählt wird, daß dieser 0,01 bis 03% Ti mit oder ohne Zusatz von 0,0005 bis 0,01% B enthält.

Das fünfte und letzte Merkmal der Erfindung besteh'

.·■. darin. Jaß das in der vorgenannten Weise erzeugte Stahlrohr derartige mechanische Eigenschaften auf weist, daß die Streck- bzw. Fließgrenze seine; Grund"'f>rkstoffbereichs über 4218 kp/cm² (>6000C psi) beträgt und seine Schweißnahtzone eine maximale Härte von weniger als HvlO-280 und eine beirr Charpy-Test aufgefangene Energie von mehr al; 7 kg mbei -23.33° C ( - 10⁰F) aufweist.

Die Firfindiing ermöglicht es, die Hochstrom-Schutz gas-Lichtbogenschweißung von Stahlplatten sicher

·.·· leicht, rasch und mit hoher Leistung durchzuführen. Die diesbezüglichen Werte sind vergleichbar mit jenen des herkömmlichen, mit hoher Wärmezufuhr arbeitenden Unterpulver-Lichtbogen-Schweißverfahrens, jedoch wesentlich besser als jene der herkömmlichen Schutz-

i·. gas-Lichtbogenschweißmethode. Ferner weist das erhaltene geschweißte Stahlrohr im Grundwerkstoffbereich und in der Schweißnahtzone nicht die verschiedenen Fehler auf, welche bisher bei den Produkten der herkömmlichen Methoden angetroffen wurden.

4, Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen.

Fig. 1 veranschaulicht graphisch die Beziehung zwischen dem Kohienstoffäquivalent und der HvIO-Härtezahh
F i g. 2 zeigt graphisch die Beziehung zwischen dem

■-,ι. Mangangehalt und der HvlO-Härtezahl;

F i g. 3 ist ein Diagramm, welches den stabilen F .reich des Lichtbogens in Abhängigkeit vom Durchmesser der Massivdrahtelektrode und vom Schweißstrom 2eigt; Fig.4 veranschaulicht graphisch die Beziehung zwischen dem CCVProzentgehaJt des Schutzgases und der Schlagzähigkeit sowie der maximalen Härte;

Fig.5 ist ein Diagramm, welches die Wirkung der thermischen Nachbehandlung auf die Eigenschaften in der wärmebeeinflußten Zone verdeutlicht;

F i g. 6 ist eine die Makrostruktur der Schweißnahtzone in natürlicher Größe zeigende photographische Aufnahme; die

F i g. 7(a), 7(b) und 7(c) veranschaulichen die in Tabelle II angeführten Fugenformen.

Die Erfindung soll nun näher erläutert werden. Zunächst wird das erste Erfindungsmerkmai, & h. die Zusammensetzung des bei der Erfindung eingesetzten, hochfesten Niedertemperatur-Stahls und die Gründe

für die Begrenzung der prozentualen Anteile der Komponenten dargelegt.

Kohlenstoff stellt ein für die Festigkeit eines Stahls notwendiges Element dar. Insbesondere wenn das zu verschweißende Material einer Härtungs- bzw. Ab Schreckbehandlung unterworfen wird, wie es bei der Vergütung (Abschrecken und Anlassen; quenching and tentering) der Fall ist, bildet Kohlenstoff ein unverzichtbares Element für die Erzielung der gehärteten Struktur. Mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01% lassen sich die angestrebten Wirkungen nicht erreichen, während eine zu hohe Steigerung des Kohlenstoffgehalts zu einer drastischen Verschlechterung der Zähigkeit des Grundwerkstoffs und der wärmebeeinflußten Zone sowie einer Erhöhung der maximalen Härte führt. Die Obergrenze für den Kohlenstoffgehalt wird daher auf 0,15% festgelegt.

Silicium, welches ein für die Desoxidation während

Begrenzung der maximalen Härte auf den gewünschten Wert erschwert.

Obwohl Phosphor ein Element mit starker Tendenz zur Verschlechterung der Zähigkeit des Grundwerkstoffs darstellt, wirkt er sich nicht schädlich aus, wenn sein Gehalt unterhalb der generell zulässigen Menge von < 0,020% liegt.

Schwefel wirkt sich auf die Zähigkeit stark verschlechternd aus, insbesondere hinsichtlich der bei Schlagzähigkeitstests »verschluckten« Energie. Dieser Effekt von Schwefel ist bei einem Gehalt von weniger als 0,020% jedoch nicht sehr ausgeprägt.

Der Zusatz von Kupfer führt zu einer erhöhten Festigkeit und verbesserten Härtbarkeit, ohne daß sich die Zähigkeit oder die charakteristischen Eigenschaften des erfindungsgemäß erzeugten Stahls verschlechtern. Die Obergrenze wird jedoch auf 1,0% festgesetzt, da ein zu hoher Kupferzusatz zu Verarbeitungsproblemen,

ebenfalls zu einer Verschlechterung der Zähigkeit, wenn es in einem zu hohen Anteil zugesetzt wird. Daher wird der Siliciumgehalt auf den Bereich von 0,02 bis 0,50% begrenzt.

Während Mangan ein wichtiges Element für die Erzielung einer höheren Festigkeit und besseren Zähigkeit darstellt, besteht eine enge Beziehung zwischen dem Mangangehalt und dem Kohlenstoffäquivalent sowie der maximalen Härte der wärmebeeinflußten Zone; der Mangangehaltsbereich bildet somit ein wichtiges Merkmal der Erfindung. Die Beziehung zwi.:hen den vorgenannten Parametern geht aus den Fig. 1 und 2 hervor. Man erkennt aus Fig. 1, daß die maximale Härte stark vom Mangangehalt des Grundwerkstoffs abhängt. F i g. 1 zeigt, daß die Mangananteile, welche Werte der maximalen Härte von weniger als 280 gewährleisten, unterhalb etwa 0,8% liegen. In diesem Falle soll jedoch zusätzlich zum Mangangehalt das Kohlenstoffäquivalent berücksichtigt werden. Selbst wenn der Mangangehalt beispielsweise weniger als 0,8% beträgt, ist es fraglich, ob sich die gewünschte maximale Härte von weniger als 280 in Gegenwart der anderen hochhärtenden Elemente (d. h. von das Kohlenstoffäquivalent erhöhenden Elementen) erzielen läßt. Diese Beziehung geht aus Fig. 2 hervor, welche auch die Ansatzpunkte zur Lösung des Problems liefert. F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffäquivalent und der maximalen Härte; es wurde gefunden, daß oberhalb und unterhalb des Mangangehalts von 1,0% zwei lineare Beziehungen zwischen den beiden Größen bestehen. Bei Mangangehalten von weniger als 1,0% kann die maximale Härte durch Begrenzung des Kohlenstoffäquivalents auf weniger als 0^50% auf unterhalb 280 gesenkt werden, während sich die gewünschte maximale Härte bei Mangangehalten von mehr als 1,0% nur bei einer Herabsetzung des Kohlenstoffäquivalents euf unterhalb 0,45% erzielen läßt Selbst wenn der Mangangehalt weniger als 030% beträgt führen dpher Kohlenstoffäquivalente von mehr als 0,50% zu über der gewünschten Obergrenze liegenden Werten der maximalen Härte. Andererseits läßt sich das gewünschte Ziel selbit bei Mangangehalten von mehr als 03% in befriedigender Weise erreichen, wenn man das Kohlenstoffäquivalent in der vorgenannten Weise berücksichtigt Die Obergrenze wird jedoch auf 2,0% festgesetzt da ein in übermäßigen Mengen erfolgender Zusatz der Elemente die Ausscheidung von Carbiden an den Korngrenzen fördert und die Zähigkeit des Grundwerkstoffs verschlechtert, indem er die

Warmwalzen, führt.

Nickel wird seit langem als das wirksamste zähigkeitsverbessernde Element verwendet. Es stellt das geeignetste Legierungselement zur Erhöhung der Zähigkeit von Stahl dar. Mit seiner Hilfe läßt sich die Zähigkeit des Grundwerkstoffs und der wärmebeeinflußten Zone am wirksamsten verbessern. Da Nickel jedoch teuer und ein Zusatz hoher Anteile daher unwirtschaftlich und außerdem hinsichtlich der Erzielung der gewünschten maximalen Härte in der wärmebeeinflußten Zone unzweckmäßig ist, wird die Obergrenze des Nickelgehalts auf 9,50% festgesetzt.

Chrom und Molybdän verbessern jeweils die Härtbarkeit und Festigkeit des Grundwerkstoffs in wirksamer Weise. Ein Zusatz dieser Elemente in übermäßig hohen Anteilen führt jedoch zu einer beträchtlichen Festigkeitssteigerung, wirkt sich nachteilig auf die Zähigkeit aus und verursacht außerdem eine Erhöhung der maximalen Härte in der von der Schweißwärme erfaßten Zone. Übermäßige Chromanteile fördern die Anlaßsprödigkeit, welche für nickelhal tige Stähle eigentümlich ist. Auch ein zu starker Molybdänzusatz begünstigt die Anlaßsprödigkeit. Im Hinblick darauf wird die Obergrenze für jedes dieser Elemente auf 1,0% festgesetzt. Da Wolfram dieselben Wirkungen wie Molybdän besitzt, kann man das Molybdän ganz oder teilweise durch Wolfram ersetzen.

Lösliches Aluminium stellt ein Element dar, welches bei der Stahlerzeugung für die Desoxidation und Bindung des als Verunreinigung vorhandenen Stickstoffs benötigt wird. Ein Zusatz dieses Elements von weniger als 0,005% ist ohne Wirkung, während ein Anteil von mehr als 0,2% den Stahl spröde macht. Der Anteil des löslichen Aluminiums liegt somit im Bereich von 0,005 bis 0,20%.

Weitere Elemente, wie Zr, Ti, V und Nb, binden den als Verunreinigung vorliegenden Stickstoff in ähnlicher Weise wie AL Zr eignet sich über diese Wirkung hinaus zur Regelung der Form der Einschlüsse. Andere Elemente (V und Nb) eignen sich besonders gut zur Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit des Stahls, wenn die Stahlplatte nach der Methode des »geregelten Walzens« hergestellt wird. Ein Borzusatz hat ähnliche Wirkungen wie jener von AL eignet sich jedoch spezieil zur Verbesserung der Härtbarkeit Da ein Zusatz der vorgenannten Elemente in Anteilen von mehr als 0,20% jedoch die Zähigkeit beeinträchtigt kann jedes beliebige Element innerhalb des Bereichs von 0,005 bis 0,20% den Aluminiumgehalt ganz oder teilweise ersetzen.

Natürlich können außer den vorgenannten Elementen auch andere Elemente, d. h. La, Ce, Mg und Ca, in geeigneten Mengen zur Kontrolle der Form der Einschlüsse im Stahl zugesetzt werden, ohne daß sich die charakteristischen Eigenschaften und die Ge- > brauchsfähigkeit des erfindungsgemäß erzeugten Stahls verschlechtern. Man kann diese weiteren Elemente je nach den angestrebten Wirkungen in selektiver Weise und in verschiedenen Kombinationen zusetzen.

Man kann eine beliebige geeignete chemische ι ο Zusammensetzung innerhalb der vorgenannten Bereiche wählen, um die gewünschte, über 12 mm starke Stahlplatte zu erzielen, welche die angestrebte Streckgrenze von mehr als 4218 kp/cm² (>60 000 psi) sowie die gewünschte Zähigkeit aufweist. ι;

Die Stahlplatte wird dann nach einem geeigneten Verfahren verarbeitet, bei dessen Anwendung die geforderten Festigkeits- und Zähigkeitswerte des Grundwerkstoffs erhalten bleiben, nachdem die Schwei-Bung stattgefunden hat. Es besteht keine bestimmte _>o Beschränkung hinsichtlich der an?uwendenden Methoden; man kann nach einem beliebigen bekannten Verfahren arbeiten. Beispielsweise können das Verfahren des »geregelten Walzens«, die Vergütung (Abschrecken und Anlassen bzw. Rückglühen) sowie andere Walz- und Wärmebehandlungsmethoden angewendet werden. Zur Rohrformung eignen sich die verschiedensten Methoden, vorausgesetzt, daß die Stahlplatte nach der Formgebung verschweißt wird.

Nunmehr soll das zweite Merkmal der Erfindung, d. h. jo das erfindungsgemäße Einelektroden- oder Mehrelektroden-Hochstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren, näher beschrieben werden. Die erfindungsgemäße Schweißmethode weist gegenüber dem herkömmlichen Unterpulver-Lichtbogen-Schweißverfahren sowie )> der MIG- oder CCh-Schweißmethode, bei welcher eine Drahtelektrode mit geringem Durchmesser verwendet wird, folgende Merkmale auf.

Das erste Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung eines Massivdrahts mit hohem Durchmesser (3,0 bis 6,4 mm) als abschmelzende bzw. verzehrbare Elektrode. Der Grund für den Einsatz eines derartigen Massivd'ahts besteht darin, daß die Anwendung höherer Schweißgeschwindigkeiten bei der Lichtbogenschweißung auf Grund der Beziehung zwischen der 4Ί Geschwindigkeit der Bewegung des Lichtbogens (der Wärmequelle) und der Wärmeübertragungsgeschwindigkeit in der zu verschweißenden Stahlplatte den Vorheizeffekt gegenüber dem Grundwerkstoff vermindert und den Schmelzbereich auf jenen Teil der >o Stahlplatte begrenzt, welcher direkt mit dem Lichtbogen in Kontakt kommt. Dies führt zu einer beträchtlichen Verkleinerung der geschmolzenen Fläche und zu einem raschen Temperaturabfall in dem an den Schmelzbereich angrenzenden Grundwerkstoff, mit dem Resultat, daß die Metallschmelze nicht gründlich mit dem Grundwerkstoff vereinigt werden kann und dazu tendiert, eine konvexe Schweißlage auszubilden. Zur Beschleunigung des Schweißvorgangs sind daher eine Erhöhung der Wärmeenergie des Lichtbogens eo sowie eine Verbreiterung des Bogens zur Vergrößerung der geschmolzenen Fläche erforderlich. Wenn die Wärmeenergie des Lichtbogens bei dem mit Draht eines geringen Durchmessers arbeitenden Schweißprozeß erhöht wird, besteht die Tendenz, daß die Breite der Schweißlage auf Grund der eingeschränkten Wärmeverteilung abnimmt, obwohl ein tiefer Euibrand erzielt wird. Mit Hilfe einer gewöhnlichen Drahtelektrode mit geringem Durchmesser läßt sich daher die Schnellschweißung dicker Stahlplatten, wie sie erfindungsgemäß eingesetzt werden, nicht durchführen. Aus diesem Grunde verwendet man erfindungsgemäß den vorgenannten Draht mit hohem Durchmesser, um den Schweißstrom zu erhöhen und die Stromdichte herabzusetzen. Auf diese Weise verhindert man ein Ansteigen der Einschnürungskraft und erhöht die Ausbreitung des Lichtbogens, wodurch das Problem gelöst wird. Das Verhältnis der Schweißstromdichte zwischen dem Schweißstrom von 320 A für einen Draht mit einem Durchmesser von 1,6 mm und dem Schweißstrom von 800 A für einen Draht mit einem Durchmesser von 4,0 mm beträgt beispielsweise 1 :0,4; daraus geht hervor, daß die Kombination des einen hohen Durchmesser aufweisenden Drahts mit dem starken Strom einen breiteren Lichtbogen ergibt. Während üer Bereich der Elektrodendrahtdurchmesser bei der Erfindung von der gegenseitigen Abstimmung des Schweiüsiroms und der Schweißgeschwindigkeit abhängt, läßt sich das gewünschte Ziel mit Hilfe eines Drahtdurchmessers von 3 mm nicht erreichen, wogegen sich übermäßig hohe Drahtdurchmesser bei der Durchführung des Schweißprozesses nachteilig bemerkbar machen. Die Obergrenze für den Drahtdurchmesser wird daher auf 6,4 mm festgelegt.

Während es wichtig ist, den Schweißstrom zu erhöhen und dadurch die Lichtbogenenergie zu steigern, steht der Bereich der zur Ausbildung eines guten und stabilen Lichtbogens erforderlichen Schweißströme in enger Beziehung zum vorgenannten Drahtdurchmesserbereich. F i g. 3 veranschaulicht schematisch die Beziehung zwischen dem Drahtdurchmesser und dem Schweißstrom im Hinblick auf den stabilen Lichtbogenbereich. Gemäß F i g. 3 wird die Bogenlänge im Bereich (I), in welchem die Schweißströme relativ zu den Drahtdurchmessern hoch sind, extrem kurz. Der Grundwerkstoff schmilzt daher tief ein, wodurch die Einbringung einer stabilen Schweißlage erschwert wird. Im Bereich (III), in welchem die Schweißströme relativ zu den Drahtdurchmessern gering sind, vergrößert sich die Lichtbogeniänge, wodurch der Bogen !.!stabil wird. Im Bereich (II) bildet sich somit ein stabiler Lichtbogen aus, weshalb eine hervorragende Schweißlage erzielt werden kann. Die Erfinder u.a. haben den Bereich der Schweißströme, welcher den stabilen Lichtbogen des Bereichs (II) bei den im vorgenannten Bereich liegenden Drahtdurchmessern gewährleistet, genau untersucht und dabei festgestellt, daß für den unteren Grenzwert des Drahtdurchmessers (3,0 mm) Schweißströme von mehr als 600A und für den oberen Grenzwert des Drahtdurchmessers (6,4 mm) Schweißströme von weniger als 1500 A erforderlich sind.

Das erfindungsgemäße Ziel läßt sich nicht einfach dadurch vollständig erreichen, daß man die Lichtbogenschweißung mit Hilfe der vorgenannten, bei geeigneten hohen Schweißströmen arbeitenden Drahtelektrode mit hohem Durchmesser durchführt Die erfindungsgemä ßen Effekte können vielmehr nur dann erzielt werden, wenn der Schweißvorgang unter bestimmten Schutzgasbedingungen, d. h. in einer geeigneten Schutzgasat mosphäre unter Anwendung einer brauchbaren Gesamt-Strömungsmenge, stattfindet Wenn die Hochstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweißung somit einfach unter Verwendung der einen hohen Durchmesser aufweisenden Drahtelektrode durchgeführt wird, kommt es auf Grund der hohen Intensität des Lichtbogens und der hohen Temperatur des äußeren

TeUJ des Bogens in dem Moment, wo der Umfang des Bogens mit dem Grundwerkstoff in Berührung kommt, zu einer tiefen Einschmelzung und Aushöhlung des letzteren. Obwohl dies bei der Schnellschweißung von Vorteil ist, führt bereits eine geringfügige Änderung des Stroms und der Spannung zur Instabilität des Lichtbogens, was zur Ausbildung von »Welligkeitserscheinungen« oder Einbrandkerben bzw. Unterschneidungen im Grundwerkstoff Anlaß gibt. Diese Tendenz tritt bei ansteigender Schweißgeschwindigkeit stärker in Er scheinung. Bisher wurden solche Unregelmäßigkeiten dadurch verhindert, daß die Länge des vom Vorderendc der Kontaktspitze oder Zufuhrstelle vorstehenden Drahtes so weit wie möglich verkürzt wird, um die Bogensp^nnung gering zu halten und den Lichtbogen dadurch zu stabilisieren. In diesem Falle ist der Einstellungsbereich der Bogenspannung jedoch derart begrenzt, daß die maximale Variationsbreite in d'τ Größenordnung von 2 V liegt. Es ist selbst vom schweiötechnischen Standpunkt gesehen schwierig, die reguläre Srhweißung der Naht mit einem derart engen Bogenspannungsbereich durchzuführen. Die Erfinder u. a. haben festgestellt, daß die erwähnten Nachteile durch Vornahme der Schweißung unter speziellen Schutzgasatmosphärenbedingungen überwunden werden können. Es wurde gefunden, daß die Ursache für die Instabilität des Lichtbogens larin besteht, daß der Innendruck des Bogens bei einer Erhöhung des Schweißstroms beträchtlich ansteigt. Daher läßt sich ein stabiler Lichtbogen durch Anwendung eines bestimmten äußeren Drucks zum Ausgleich des Innendrucks erzielen. Im einzelnen kann dieses Ziel durch Erhöhung des Drucks und der Strömungsmenge des Schutzgases verwirklicht werden. Diese Methode ermöglicht es ferner, einen stabilen Lichtbogen im breiten Bereich der Bogenspannungen von 23 bis 36 V für die erfindungsgemäß verwendeten, einen hohen Durchmesser (über 3.0 mm) aufweisenden Drähte unabhängig von den Drahtdurchmessern zu erzielen. Die Untergrenze für die Schutzgas-Strömungsmenge wird deshalb auf 50 Liter/min festgesetzt, weil es beim raschen Schweißen, wie es beim erfindungsgemäßen Verfahren der Fall ist, zu einem heftigen Sieden bzw. Schäumen und Verdampfen des Schweißguts im Schmelzbad kommt, wodurch die Regelung der Bogenspannung unmöglich gemacht wird. Da zu hohe Schutzgas-Strömungsmengen andererseits die Gefahr einer Einsenkung der Metallschmelze und Ausbildung einer Mulde in ihrem mittleren Teil heraufbeschwören und da solche übermäßigen Strömungsmengen zu einer raschen Abkühlung des äußeren Umfangsbereichs des Lichtbogens führen, wodurch die Wärmeverteilung vermindert und der Lichtbogen für die Schnellschweißung unbrauchbar gemacht wird, wird die Obergrenze für die Strömungsmengen auf 200 Liter/min festgesetzt Was den Schutzgastyp betrifft, werden die erfindungsgemäßen Effekte durch die kombinierte Verwendung eines Doppel-Schutzbrenners und einer Nach-Schutzeinrich- tung in keiner Weise beeinträchtigt Eine derartige Kombination kann selbstverständlich unter geeigneten Bedingungen angewendet werden. Bei einer Mehrelektrodenschweißung muß die Schutzgas-Strömungsmenge für jede Elektrode im vorgenannten Bereich liegen. Was die Schutzgaszusammensetzung betrifft, ist es zweckmäßig, dem reinen Argon eine bestimmte Menge eines aktiven Gases einzuverleiben, um den Lichtbogen zu stabilisieren und das Auftreten von Einbrandkerben zu verhindern. Übermäßig hohe Beimengungen von

aktivem Gas können jedoch die feine Oberflächenbeschaffenheit der Schweißlage vernichten und zu Unregelmäßigkeiten wie zum Sieden bzw. Schäumen und Verdampfen des Schweißguts führen, weshalb man die Obergrenze für Sauerstoff auf 5% festlegt. Ein Zusatz von Kohlendioxid steht jedoch, wie F i g. q zeigt, in inniger Beziehung mit den Eigenschaften (insbesondere der Schlagzähigkeit und maximalen Härte) des Schweißguts, weshalb sich CXVZusätze von weniger air 30% auf die Eigenschaften des Schweißguts günstig auswirken.

Andererseits bewirken Bogenspannungen von weniger als 23 V ein heftiges Spritzen, wenn das Schutzgas Kohlendioxid enthält. Bei Bogenspannungen von mehr als 36 V vergrößert sich die Bogenlänge, und der Lichtbogen wird instabil. Die zur Ausbildung sines stabilen Lichtbogens geeigneten Bogenspannungen liegen somit im Bereich von 23 bis 36 V

Die Obergrenze für die Schweißgeschwindigkeit wird auf 1500 mm/min festgelegt, da höhere Schweißgeschwindigkeiten den den Lichtbogen stabilisierenden Effekt der Schutzgas-Strömungsmenge, welche ein erfindungsgemäßes Merkmal darstellt, zunichte machen. Schweißgeschwindigkeiten von weniger als 300 mm/min führen dagegen zu einer beträchtlichen Verminderung der Schweißleistung hinsichtlich der regulären Schweißung der Naht.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht in der Anwendung der Mehrelektroden-Schweißmethode, bei der zwei oder mehr Elektroden vorgesehen sind, welche jeweils dieselbe Funktion wie die vorgenannte Elektrode mit hohem Durchmesser aufweisen. Der Abstand zwischen der vorangehenden bzw Führungselektrode und der nachfolgenden bzw. Nachiaufelektrode kann innerhalb des Bereichs von 10 bis 100 cm ausgewählt werden. Dieses Mehrelektroden-Schweißverfahren weist folgende Vorteile auf. Die Schutzgaszusammensetzung, die Gesamt-Strömungsmenge, der Schweißstrom, die Bogenspannung. die Schweißgeschwindigkeit und der üektrodendrahtdurchmesser liegen in diesem Falle sämtlich innerhalb der vorgenannten Bereiche. Durch richtige Wahl des gegenseitigen Abstands der Elektroden ist es somit möglich, die hohe Abkühlgeschwindigkeit der wärmebee-flußten Zone, welche durch die geringe Wärmezufuhr zwangläufig verursacht wird, zu regeln. Auf diese Weise kann eine ausgeprägte Härtung vermieden werden. Ferner kann ein Teil der wärmebeeinflußten Zone, welche durch den Wärmeeffek; der Führungselektrode gehartet wurde, durch den Temper- bzw. Anlaßeffekt der Nachlaufelektrode erweicht werden. Da der Grundwerkstoffbereich der durch die von der Nachlaufelektrode erzeugte Wärme beeinflußten Zone durch die Führungselektrode vorerhitzt wurde, verlangsamt sich andererseits die Abkühlung des erwärmten Grundwerkstoffs, so daß der Härtungsgrad herabgesetzt wird. Man erkennt somit, daß sich die gewünschten Eigenschaften des Stahlrohrs erfindungsgemäß am besten mit Hilfe der Mehrelektroden-Schweißung erzielen lassen, und daß die angestrebte Zähigkeit und verringerte maximale Härte leicht erreichbar sind.

Ferner wurde gefunden, daß die Schlagzähigkeit des SchweiBguts mit Hilfe der Mehrelektroden-Schweißmethode in sehr wirkungsvoller Weise verbessert werden kann. Während der Grad der Auf mischung der durch die Fuhnjr.gsclcktrodt eingebrachten SchweiSlage mit dem Grundwerkstoff sich von jenem der durch die Nachlaufelektrode eingebrachten Schweißlage unter-

scheidet, ist es möglich, die Legierungszusammensetzung des Schweißguts durch Verwendung verschiedener Drähte und/oder unterschiedlicher Schutzgaszusammensetzun.qen für die einzelnen Elektroden einzustellen. Durch Wahl der eine geeignete Legierungszu- sammensetzung ergebenden Schweißbedingungen läßt sich ein Schweißgut mit hervorragenden Eigenschaften erzielen.

Das vierte wichtige Merkmal der Erfindung betrifft das Schweißmaterial bzw. den Schweißdraht Dieses ι ο Merkmal besteht darin, daß das Schweißmaterial Ti oder Ti und B als obligatorische^) Elemente) enthält, damit eine Schlagzähigkeit des Schweißguts von mehr als 7 kg · mbei -45,56^OC(- 50° F) gewährleistet ist Bei dem erfindungsgemäßen Hochstrom-Schutzgas-Lichtbogensthweißverfahren erfolgt der Schweißprozeß nämlich mit Hilfe des einen hohen Durchmesser aufweisenden Drahts bei hohen Schweißströmen, so daß die bei jedem Durchgang eingebrachte Schweißlage ein extrem, hohes Volumen und Gewicht aufweist und außerdem auf Grund der relativ geringen Schweißwärmezuiuhr rasch abgekühlt wird. Daher kann es in bestimmten Extremfäüen dazu kommen, daß die bei der Erstarrung des Schweißguts erzeugte Dendritstruktur in bestimmten Richtungen rasch wächst und daß es in jenem Teil, wo diese anwachsenden Strukturen aufeinandertreffen, zu einem Erstarrungsriß kommt Sofern das rasche Wachstum des Dendrits keinen Schweißnahtriß hervorruft, wirkt es sich jedenfalls stark auf die Schlagzähigkeit des Schweißguts aus. Die jo Erfinder u. a. haben wiederholt eine Reihe von Versuchen durchgeführt und dabei festgestellt, daß das Dendritwachstum durch einen Zusatz von Ti und/oder B zum Schweißmaterial verhindert wird. Titan und Bor verbinden sich nämlich mit dem aus der umgebenden r> Luft oder dem Schutzgas hinzutretenden Sauerstoff oder Stickstoff, so daß sie teilweise in Form ihrer Oxide oder Nitride im Schweißgut ausgeschieden werden. Durch diese Ausscheidung wird das Dendritwachstum vermieden. Es wurde jedoch auch gefunden, daß ein j» Titanzusatz von mehr als 03% zur Ausscheidung von grobem Titanitrid führt, wodurch die Schlagzähigkeit des Schweißguts verschlechtert wird. Bor ist andererseits wirksam, wenn es als Ausscheidung vorliegt, bewirkt jedoch eine beträchtliche Härtung des Schweiß- 4; guts, wenn es als festes Lösungselement im Ferrit oder an den Korngrenzen auftritt. Die zulässigen Anteile liegen im Bereich von 0,0005 bis 0,01%. Wenn sowohl Titan als auch Bor vorhanden sind, betragen die zulässigen Anteile 0,01 bis 0,30% Ti bzw. 0,05 bis 0,01% w B. Wenn die Desoxidation und Stickstoffbindung beim Schweißvorgang mit Hilfe dieser Elemente in zufriedenstellender Weise erfolgen, weist das Schweißgut nach der Schweißung eine hervorragende Schlagzähigkeit auf, welche unter einer kurzzeitigen thermischen v, Behandlung, wie sie nachstehend beschrieben wird, nicht leidet. Bisher wurden lediglich die erfindungsgemlßen Grenzwerte für die Anteile von Ti oder Ti und B hinsirhtlich der chemischen Zusammensetzung des Schweißmaterials genannt Es können aber auch μ folgende Elemente in den angeführten Anteilen zugesetzt werden. Das Schweißmaterial kann weniger als 0,9% Si, weniger als 3,0% Mn und weniger als 0,15% C als Hauptbestandteile sowie mindestens eines der folgenden Elemente enthalten: weniger als 11,5% Ni, (,5 weniger als 1,0% Mo und Cr, weniger als 0,1% Al und weniger als 0,2% Zr. Wie erwähnt, ist es mit Hilfe einer Massivdrahtelektrode mit einer derartigen Zusammensetzung leicht möglich, dem eingeschweißten Metall die hervorragende Schlagzähigkeit von mehr als 7 kg · m bei -45^6° C (- 50° F) zu verleihen.

Nunmehr soll das dritte Merkmal der Erfindung, d. h. die thermische Behandlung nach der Erzeugung des geschweißten Rohres, näher beschrieben werden. Diese Hitzebehandlung wird lediglich dann vorgenommen, wenn der Wert des Kohlenstoffäquivalents bei einem Mangangehalt von weniger als 1,0% mehr als 0,50 oder bei einem Mn-Gehalt von mehr als 1,0% und weniger als 2,0% mehr als 0,45 beträgt, jedoch weniger als 0,65 ausmacht Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß im Falle einer Formung einer Stahlplatte mit hohem Kohlenstoffäquivalent zu einem Rohrgebilde und anschließenden regulären Verschweißung nach dem vorgenannten Hochstrom-Schutzgas-Lichtbogenverfahren die Kaltzähigkeit in der durch die Schweißwärme beeinflußten Zone auf Grund der Tatsache hervorragend ist, daß der Schweißvorgang trotz hoher vjCSCuWiFmigrCCit üilu i^ciStüng ΐΰίί CiUcF ΗΏ Vergleich zum herkömmlichen Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren geringen Wärmezufuhr durchgeführt wird. Wie jedoch aus F i g. 2 hervorgeht führt eine Erhöhung des Kohlenstoffäquivalents natürlich zu einer beträchtlichen Steigerung der maximalen Härte der durch die Schweißwärme beeinflußten Zone, was zu Korrosionsrissen auf Gnind der in der beförderten Substanz enthaltenen Sulfide Anlaß gibt Eine solche hohe maximale Härte der Stahlplatte läßt sich durch die im folgenden beschriebene thermische Nachbehandlung ohne jegliche Kaltzähigkeitseinbuße verringern. Im einzelnen wurde gefunden, daß die maximale Härte des geschweißten Rohrs leicht dadurch herabgesetzt werden kann, daß man das Stahlrohr nach dem Schweißvorgang weniger als 1 Stunde bei einer geeigneten Temperatur im Bereich von 500 bis 700° C hält Die anzuwendende Temperatur und Verweilzeit hängen von der chemischen Zusammensetzung des Stahlrohrs und von den Schweißbedingungen ab. Temperaturen von weniger als 500° C bewirken keine ausgeprägte Erweichung, während Temperaturen von mehr als 700° C zu einer Verschlechterung der Festigkeit und Zähigkeit des Grundwerkstoffbereichs und der Schweißnahtzone (d. h. der wärmebeeinflußten Zone und des eingeschweißten Metalls) führen. Fig.5 veranschaulicht beispielhaft den Einfluß der Verweilzeit auf die Eigenschaften. Wenn das Stahlrohr augenblicklich so stark abgekühlt bzw. abgeschreckt wird, daß seine Temperatur einen geeigneten Wert innerhalb des vorgenannten Bereichs annimmt (d.h. bei einer Verweilzeit von 0), kann die Auswirkung der thermischen Behandlung auf die Eigenschaften offensichtlich immer noch ausreichend sein. Andererseits haben Verweilzeiten von mehr als t Stunde keine ausgeprägten Wirkungen; zuweilen führen längere Verweilzeiten zu einer beträchtlichen Verschlechterung der Festigkeit und Zähigkeit des Stahlrohrs. Die thermische Nachbehandlung kann nach einer beliebigen der zahlreichen zur Verfugung stehenden Methoden durchgeführt werden, vorausgesetzt, daß die gewünschte Temperatur und Verweilzeit gewährleistet sind. Geeignet sind beispielsweise die Nachglüh-, Hochfrequenzerhitzungs-, Niederfrequenzerhitzungs- und Ofenerhitzungsmethode. Die thermische Nachbehandlung wird so vorgenommen, daß die maximale Hlrte der wärmebeeinflußten Zone des nach der Schweißung eine ausreichende Zlhigkeit aufweisenden Stahlrohrs ohne ZBhigkeitsverlust herabgesetzt wird.

Es folgt eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform.

Die nachstehenden Beispiele sollen die hervorragenden Anwendungsmöglichkeiten, Wirkungen und Vorteile der Erfindung näher erläutern.

Fig.6 zeigt die nach der Schweißung vorliegende Makrostruktur der Schweißnahtzone an einem 25 mm starken Stahlrohr, das an jeder Seite der Naht mit einem Durchgang pro Elektrode geschweißt wurde. Die in natürlicher Größe dargestellte Makrostruktur wird unter folgenden Schweißbedingungen erzielt:

Zweielektroden-Schutzgas-Lichtbogenschweißung:
Führungselektrode: 29 V χ 830A χ 600 mm/min;

Ar + 15% CO₂.
Nachlaufelektrode: 31 V χ 700A χ 600 mm/min;

Ar + 5% CO₂.

Gegenseitiger Abstand der Elektroden: 350 mm.
Drahtdurchmesser: 4,0 mm.

tAän erkennt aus Fig.6, daS die Breite der wärmebeeinflußten Zone lediglich 3 bis 4 mm beträgt Dies ist gegenüber der beim herkömmlichen Unterpulver-Lichtbogenschweißverfahren erzielten Breite der wärmebeeinflußten Zone von etwa 10 mm als hervorragend anzusehen. Während die vorgenannte Wärmezufuhr etwas höher als jene beim herkömmlichen Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahren ist, liegt sie unterhalb jener der Unterpulver-Lichtbogenschweißmethode. Diese Tatsache führt zusammen mit

der hohen Lichtbogenstabilität bei der Erfindung zur Ausbildung eines einwandfreien Schweißguts ohne Fehler, wie F i g. 6 zeigt

Man führt Tests an den Stahlplatten A, B, C, D, E und F, die erfindungsgemäß aus durch Zusammenschmelzen unterschiedlicher chemischer Bestandteile und Mengen gewonnenem Stahl hergestellt wurden, sowie an den Vergleichs-Stahlplatten G, H, I und J durch. Tabelle I zeigt die chemischen Zusammensetzungen, Herstellungsbedingungen und mechanischen Eigenschaften dieser beispielhaften Materialien. Die in Tabelle I angeführten mechanischen Eigenschaften der Grundwerkstoffe stellen die Werte in deren mittleren Teilen in Richtung der Dicke dar, die in der Umfangsrichtung der Rohre gemessen werden. Die Streckgrenze und Zugfestigkeit der Rohre werden an aus d.w Rohren herausgeschnittenen und anschließend gerade gerichteten Prüflingen durchgeführt Die DWTT-Testergebnisse veranschaulichen die 85%-SATT-Werte der 20 mm starken Prüflinge (die über 20 mm starken Materialien wurden auf eine Stärke von 20 mm gebracht). Bei den mechanischen Eigenschaften der Schweißnahtzonen handelt es sich um jene Werte, die an 2 mm unterhalb der Seitenfläche der Endlage befindlichen Stellen, die als bis zum höchsten Grad gehärtet anzusehen sind, gemessen werden. Die Schlagzähigkeit stellen die Durchschnittswerte aus einer großen Anzahl von an verschiedenen Stellen in der Dickenrichtung der verbundenen Platte vorgenommenen Tests dar.

Tabelle 1

Chemische Zusammensetzung der Stahlplatte (Anteile der Komponenten in %)

Stahltyp	Platten-	Rohrdurch	Chemische Zusammensetzung der	Si	Komponenten	in %)	löst. ΛI	Mn	c«,	Stahlplatte (Anteile der Komponenten in %)	S	Cu
	starke	messer			Cr	Mo
	mm	cm	C							I
Erfindungs
gemäßer				0,19				0,71			0,009	—
Stahl				Ο32				131			0,007	—
A	25,0	121,9	0,07	0,24			0,018	0,58	0,48	0,004	0,008	—
B	25,7	121,9	0,08	0,17	036	033	0,023	0,45	0,37	0,010	0,014	0,70
C	32,0	121,9	0,10	0,20	—	0,16	0,02	1,40	0,29	0,007	0,007	—
D	20,0	121,9	0,08	033				1,56	0,010	0,011	0,15
E	16,5	121,9	0,08				0,009
F	203	121,9	0,08			0,004
Vergleichs				0,21	1,31		0,012	—
stahl				0,14	0,74		0,011	0,02
G	25,0	121,9	0,05	0,24	1,41	0,004	0,010	_
H	25,0	121,9	0,08	033	1,60	0,007	0,009	0,73
I	25,0	121,9	0,06			0.014
J	25,0	121,9	0,10	Chemische Zusammensetzung der Stahlplatte		0,011	: Eigenschaftei	ι der Stahlplatte
Tabelle I (Fortsetzung)			(Anteile der
Stahltyp		Ni	Mechanisch!	Zugfestig	Streckver
			keit	hältnis·)
		Streck	kg/mm²	%
		grenze
		kg/mm²
Erfindungs
gemäßer	3,54		63,5	77,0
Stahl	0,78		57,3	83,2
A	3.45	50,8	60.9	77.7
B	47,7
C	473

	17	25 53	Komponenten in %)	Mo	lösl. Al	349	18	Zugfestig	der Stahlplatte
			Cr					keit
Fortsetzung							Mechanische Eigenschaften	kg/mm²	Streckver
Stahltyp		Chemische Zusammensetzung der Stahlplatte		0,17				80,5	hältnis»)
		(Anteile der	0,39	0.17	0,64		Streck	60,5	%
	Ni	—	Nb 0,04	0,046	Ce,	grenze	62,4	754
		V 0,10				kg/mm²		75,4
						60,8		813
D	4,93		033	—	0,41	45,6	66.0
E		0,54	0,17	0,025	0,41	51.1	743
F	0,18	0,78	0,27	—	039		603	74,7
Vergleichs		—	0,50	—			67,8	75,4
stahl		0,60			493		733
G	2,84	0,55	56.0		83,0
H	4,88	0,53	44,6
I	2,06	0,43	56,2
J	2,88	0,69

Bemerkungen- Die Stähle (A) bis (J) werden nach der Tandem-Hochstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweißmethode zu Rohren verschweißt; lediglich beim Stahl (I) wird zu diesem Zweck die Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißmethode angewendet.

	Mechanische	inn	DWTT,	Mechanische Eigenschaften	Prüf-	der	HAZ	Thermische	1	Rohr-	UOE
	Stahlrohrs	LUU.	85%	Schweißnahtzont	temp.	am Stahlrohr	vE')	Behandlung		form-	UOE
_a. Streckgrenze			SATT^d)		°C		kg ■ m	der Stahlplatte	I	verfahren	UOE
' Zugfestigkeit	vTrs^b)	Eigenschaften des		Hv 10		Naht				UOE
Tabelle I (Fortsetzung)				max.		vE
Stahltyp	⁰C					kg - m
		vEs^c)	-620		-62		14,3
			—		-30		183
		kg · m	—		-62		13,5
	-142		-80⁰C	256	-62	9,4	13,4	mehrmals QT²)	UOE')
	-78		-70⁰C	245	-62	15,5	J 5.5	QT	UOE
Erfindungs	-95		-23C	209	-20	9,8	9,5	QT	B.R.3)
gemäßer	-146	19,4		235		9,1		mehrmals QT	B.R.
Stahl	-108	25,3		265		10,2		mehrmals QT	UOE 1
A	-83	15,2		258		8,5		CR bei der	UOE I
B		15,2	-57° C		-62		9,2	Walzung*)	1
C		17,0	-77°C		-62		17,3
D		10,6	-63° C		-20		5.8*)
E	-120		-80° C	*328)**	-62	7,8	12.6	mehrmals QT
F	-138			*305)**		12,3		mehrmals QT
	-110		2) QT = »quenching and tempering« (Vergütung);	275		6,4*)		mehrmals QT
Vergleichs	- 144	11,5		)5b*)		9,8		mehrmals QT
stahl		173
G	17,9
H	1S.4
1	') WärmebeeinfluQte Zone;
J

^!) Bicgewalzenmethode;

⁴) CR = »geregeltes bzw. kontrolliertes Walzen«·

"I Werte nicht innerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche.

^b) vTrs = fatt = Übergangstemperatur des Auftretens von Brüchen bzw. Rissen; ν = Spitzkerb am Prüfkörper.

M vEs = Lagerenergie (shelf energy).

■') Temperatur, bei der 85% der Kißoberfläche bei einem f'aügcwichts-Reißtest dehnbar (duktil) werden.

^l) Rohrformungsmethode, bei der Stahlblech zunächst U-förmig und danach 0-förmig verformt und schließlich expandiert wird.

Tabelle i zeigt, daß die den Mangangehal! entsprechenden Kohlenstoffäquivalentwerte (C_eq) bei den Vergleichsstählen G und H außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche liegen. Daher weisen die betreffenden Grundwerkstoffe zwar eine befriedigende Festigkeit und Zähigkeit auf, die mechanischen Eigenschaften (insbesondere die maximalen HvlO-Werte) in der Schweißmihtzone (d. h. im eingeschweißten Metall und in der wärmebeeinflußten Zone) der geschweißten

Rohre sind jedoch unzureichend oder abnorm hoch. Diese Mängel werden jedoch durch die nachstehend beschriebene thermische Behandlung behoben. Der Vergleichsstahl ] stellt ein anderes Beispiel für einen Stahl mit abnorm hohem Kohlenstoffäquivalent dar. Dieses beträgt 0,69, obwohl der Mangangehalt von 1,60% eine Einstellung des Kohlenstoffäquivalents auf einen Wert von weniger als 0,45 verlangt. Die maximale HviO-Härte in der Schweißnahtzone weist somit den

abnorm hohen Wert von 356 auf. Auf Grund der im Vergleich zu den übrigen Fällen ungewöhnlichen Höhe dieses Werts ist eine Behebung des Mangels nicht einmal mit Hilfe der nachstehend beschriebenen thermischen Nachbehandlung möglich.

Beim Vergleichsstahl I sind zwar die Festigkeit und Zähigkeit des Grundwerkstoffs sowie der maximale HvlO-Wert in der SchweiÜnahtzone zufriedenstellend, die KaltzähigLeit an der Naht bzw. Verbindung und in der wärmebeeinflußten Zone befriedigen jedoch trotz des innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen liegenden Mangangehalts und Kohlenstoffäquivalents deshalb nicht, weil der Stahl nach der herkömmlichen, mit hoher Wärmezufuhr arbeitenden Unterpulver· Lichtbogenschweißmethode verschweißt wurde. Die Mangel des nach diesem Schweißverfahren erzeugten Stahlrohrs lassen sich durch die thermische Nachbehandlung nicht beheben, wie nachstehend erläutert wird.

Die erfindungsgemäßen Stähle A, C und D enthalten Mangananteile von weniger als 1,0%. Da das Kohlenstoffäquivalent bei diesen Stählen jeweils weniger als 0,50% beträgt bleiben die durch die in Tabelle I angegebenen thermischen Behandlungen erzielten hervorragenden Eigenschaften der Siahlplatten an den geschweißten Rohren erhalten, und die Kaltzähigkeit und maximale Härte in der Schweißnahtzone nach der Schweißung befriedigen ebenfalls. Bei den übrigen erfindungsgemäßen Stählen B, E und F liegen die Mangangehalte im Bereich von 1,0 bis 2,0%, während die Kohlenstoffäquivalente weniger als 0,45 betragen. Wie bei den vorgenannten Stählen A, C und D sind sowohl die Eigenschaften der Grundwerkstoffe als auch

to jene der Schweißnahtzonen ausgezeichnet

Es hat sich, wie erwähnt, gezeigt, daß die mechanischen Eigenschaften der nach der Erfindung hergestellten Stahlrohre jenen der nach herkömmlichen Methoden erzeugten Stahlrohre weit überlegen sind. Es ist jedoch noch das Problem der Schweißleistung im Vergleich zu den herkömmlichen Methoden zu untersuchen. Tabelle II zeigt die Ergebnisse von zu diesem Zweck durchgeführten Vergleichstests. Bei diesen Versuchen wird das erfindungsgemäße Verfahren mit der herkömmlichen Tandem-Unfr". pulver-Lichtbogenschweißmethode und der mit einem ^iektrodendraht mit geringem Durchmesser arbeitenden MIG-Schweißmethode verglichen.

Tabelle II	Schweißverfahren	Tandem-Unterpulver-	Schutzg?s- LJchtbogen-
Schweißbedingungen	Hochstrom-Schutzgas-	Lichtbogenschweißver	schweißmeiiiode mit Draht
	Lichtbogenschweißverfahren	fahren (herkömmliche	eines geringen Durchmessers
	(erfindungsgemäß)	Methode)	(herkömmliche Methode)
		Fig.7(b)	Fig.7(c)
	Fig.7(a)	1,28	1.40
Fugenform	033
Innenvolumen der Fuge,		4,8	1,6
cmVcm	4,0
Elektrodendraht-		Tandem	eine
durchmesser, mm	Tandem	90	—
Anzahl der Elektroden	350
Gegenseitiger Elektro		Führungselektrode 1100	<320
denabstand, mm	Führungselektrode <820	Nachlaufelektrode 850
Schweißstrom, A	Nachlaufelektrode <700	Führungselektrode 40	<32
	Führungselektrode <31	Nachlaufelektrode 40
Bogenspannung, V	Nachlanfelektrode <29	700	300
	600
Schweißgeschwindigkeit,		1 Durchgang pro Seite.	insgesamt 13 Durchgänge
mm/min	1 Durchgang pro Seile,	insgesamt 2 Durchgänge	an beiden Seiten
Anzahl der Durchgänge	insgesamt 2 Durchgänge	65	18
	Führungselektrode <24
Schweißwärmezufuhr,	Nachlaufelektrode <22	hocbVsisches,	Ar+ 2% CO₂
kj/cm	Führungselektrode Ar	geschmolzenes bzw.
Art des Schutzes	+ 15% CO₂	gesintertes Pulver
	Nachlaufelektrode Ar
	+ 5% CO₂	1.0	0.06
	0,85
Relative Schweißleistung
(Bezugsgröße 1 beim
SAW-Verfahren)

Tabelle Il zeigt, daß die Schweißleistung der Erfindung wesentlich höher als beim herkömmlichen, mit Draht eines geringen Durchmessers arbeitenden MIG-Schweißverfahren und genügend hoch ist, um <v> einem Vergleich mi' dem mit hoher Wärmezufuhr arbeitenden Tandem-Lnterpulver-Lichtbogenschweißverfahren standzuhalten. Ferner geht aus Tabelle II hervor, daß die Schweißwärmezufuhr der Erfindung wesentlich geringer als bei der Tandem-Unterpulver-Lichtbogenschweißmethode und nahezu so gering wie bei dem mit Drant eines geringen Durchmessers arbeitenden MIG-Schweißverfahren ist Auf Grund dieser Tatsachen können mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bei hohen Schweißgeschwindigkeiten

und mit verbesserter Leistung hochfeste Stahlrohre mit besserer Kaltzähigkeit hergestellt werden.

Tabelle III zeigt die Ergebnisse von Tests, bei denen die Auswirkung der erfindungsgemäßen thermischen Nachbehandlung geprüft wurde. Die Versuche werden an den Vergleichsstählen G, H₁1 und J durchgeführt. Es werden die Verbesserungen der Eigenschaften dieser

Tabelle III

Stähle bestimmt.

Es besteht keine Gefahr, daß die Zähigkeit de' Grundwerkstoffs durch die thermische Nachbehand lung leidet; es kann vielmehr eine gewisse Verbesserunf eintreten. Es erfolgt praktisch keine Verringerung de Festigkeit.

Stahltyp	Thermische Behandlung	Maximale Hüne	Schlagzähigkeit	Naht bzw	wärmebcein
		der warmebeein-		Verbindung	fluQle /one
		fluüten /one	I cm	kg ■ m	kg in
		(Hv 10)	temperatur	8,2	9,5
			C	13,4	18,5
G	640°Cx0min Verweilzeit	268	-62
H	67O°C χ 30 min Verweilzeit	245	h2	6,8*	5,9*
	-► Luftkühlung
I	640°Cx5min Verweilzeit	230	■20	9,5	13,4
	-* Luftkühlung
]	670⁰C χ 60 min Verweilzeit	309*	-62
	-» Luftkühlung

Tabelle III zeigt, daß die maximale Härte durch eine kurzzeitige thermische Nachbehandlung herabgesetzt wird, während die Zähigkeit dadurch verbessert wird. Es sei jedoch festgestellt, daß diesen Verbesserungseffekten eine Grenze gesetzt ist. Beispielsweise werden die Mängel des geschweißten Rohrs im Falle des Vergleichsstahls J, dessen Kohlenstoffäquivalent den erfindungsgemäß festgelegten Wert von 0,65 übersteigt, selbst durch die thermische Nachbehandlung nicht beseitigt. Die chemische Zusammensetzung einer zu verschweißenden Stahlplatte muß somit mit größtmöglicher Sorgfalt eingestellt werden.

Alle bisher in Einzelheiten beschriebenen Maßnahmen bezwecken die Erzielung von vE-Werten in der Schweißnahtzone von mehr als 7 kg · m bei -23,33°C (-10° F). Wenn vE-Werte von mehr als 7 kg ■ m bei -45,56°C(- 50° F) angestrebt werden, muß jedoch, wie erwähnt, ein Schweißmaterial oder Massivdraht mit geeigneter chemischer Zusammensetzung verwendet werden. Die nachstehenden Beispiele geben die Resultate von Tests wieder, bei denen die Eigenschaften des unter Verwendung verschieden zusammengesetzter Schweißmaterialien eingebrachten Schweißguts geprüft wurden.

Beispiel 1

Bei diesem Beispiel enthält der Massivdraht Ti. Die Schweißung erfolgt nach der Erfindung, und das Schweißgut wird in jener Form, wie es nach der Schweißung vorliegt, getestet.

Chemische Zusammensetzung des Drahts

A) Vergleichsmaterial: 0,08% C, 0,03% Si, 0,60% Mn, 3,45% Ni, 1,02% Mo;

B) Erfindungsgemäßes Material: 0,06% C, 0,22% Si, 1,80% Mn, 030% Ni, 0,49% Mo, 0,23% Ti;

Zusammensetzung der Stahlplatte bzw. des Grundwerkstoffs: 0,07% C, 0.23% Si. 054% Mn. 0.013% P, 0,006% S, 3,45% Ni;

Plattenstärke 25 mm;

Schweißbedingungen: einzelne Drahtelektrode mit einem Durchmesser von 4,0 mm,

830 Λ χ 29 V χ 600 mm/min, Einlagenschweißung.
Schlagzähigkeit des Schweißguts: vgl.Tabelle IV.

Tabelle IV	Beim Charpy-Schlag-	Beim Charpy-Schlag-
Drahttvp	Zähigkeitstest (bei	zähigkeitstest (bei
	-62,22° C bzw.	-2333° C bzw.
	-80° F) aufgefangene	— 10° F) aufgefangene
	Energie	Energie
	kg m	kg m
	0,7	7,2
A	8,9	13,8
B

Beispiel 2

Der bei diesem Beispiel verwendete Draht enthält T und B. Das Schweißgut wird analog Beispiel 1 in dem nach dem Schweißvorgang vorliegenden Zustanc getestet.

Drahtzusammensetzung:

A) Vergleichsmaterial: wie in Beispiel 1; C) Erfindungsgemäßes Material: 0,05% C, 035% Si

2,03% Mn, 03% Mo, 0,012% P, 0,010% S, 0,16% Ti 0,008% B;

Zusammensetzung der Stahlplatte bzw. des Grundwerkstoffs: gleich wie in Beispiel 1; Schweißbedingungen: Tandem-Drahtelektroden mit einem Durchmesset von 4,0 mm (Abstand zwischen den Elektroden = 350 mm);

Führungselektrode: 830 A χ 29 V χ 600 mm/mir (Ar + 15% CO₂);

Nachlaufelektrode: 700 A χ 31 V χ 600 mm/mir (Ar+ 5% CO₂);

ein Durchgang pro Seite, insgesamt zwei Durch gänge. Schlagzähigkeit des Schweißguts: vgL Tabelle V.

Tabelle V
Drahttyp

A
C

Heim Charpy-Schlag
zähigkeitstesl (bei
-62,22/C bzw.
- 80" F) aufgefangene
Energie

J<g · m

0,5
10.3

Dasselbe, nur bei der
Temperatur -23,3) C
bzw. - 10" I

kg ■ m

7,4
15.6

B e i s ρ i c I J

Der bei diesem Beispiel verwendete Draht besitzt dieselbe Zusammensetzung wie jener von Beispiel 1. Das geschweißte Rohr wird der erfindungsgemäßen thermischen Nachbehandlung unterworfen. Als Grundwerkstoff dient eine .Stahlplatte mit oinem außerhalb des crfmdungsgcmäßen Bereichs liegenden Kohlensinffäquivalentwert.

Zusammensetzung der Stahlplatte
b/w. des Grundwerkstoffs:

0,0b ¹Vn C, 0,23% Si, 1,41% Mn, 0,50% Cr, 2,88% Ni. 0.27% Mo.0,014% P,0.010%S;C,._q = 0.55;
Schweißbedingungen: wie in Beispiel 2.
Thermische Nachbehandlung:

640'C χ 0 min Vcrweilzeit — Luftkühlung
670" C χ 30 min Verweilzeit-» Luftkühlung
Schlagzähigkeit des Schweißguts nach der thcrmir'hen Nachbehandlung: vgl. Tabelle Vl.

Tabelle Vl	Ther	vF_ des	vE des
Schweiß	mische	Schweißguts	Schweißguts
draht	Behand	bei -62.22'C	bei -23,33 C
	lung	bzw. -80" F	bzw. -IO F
		kg ■ m	kg · m
	640⁰C	0.6	7,2
A	670^cC	0,7	7.1
	640'C	10,5	18.3
B	67O⁰C	11.3	19,5

Draht. Tabelle VII zeigt den Einfluß dieser Behandlungen auf die Schlagzähigkeit des Schweißguts.

Beispiel 4

Der in diesem Beispiel verwendete Draht weist dieselbe Zusammensetzung wie jener von Beispiel 2 auf. F.s wird eine Stahlplatte desselben Typs wie in Beispiel 3 unter Anwendung der Schweißbedingungen von Beispiel 2 verschweißt und anschließend denselben thermischen Behandlungen wie bei Beispiel 3 unterworfen Man prüft die Auswirkungen der thermischen Nachbehandlungen auf den Titan und Bor enthaltender,

Tabelle VII

Schweißdraht

Thermische
Behandlung

640" C
67OT
64 O^ C
670T

vE des
Schweißguts
bei -62,22° C
bzw. -8O⁰F

kg · m

0.6

0.7
14.3
15,8

vE des
Schweißguts
bei -23,33°C
bzw. - 10' F

kg ■ m

7,1

7.0

18.9

24.3

Die Tabellen IV bis VIl /eigen, daß sich selbst im lalle eines Massivdrahls mit gewöhnlicher Zusammensetzung unter \nwendung der erfindungsgemäß festgelegten Bedingungen vE-Werte erzielen lassen, die mit dem angestrebten Wert von 7 kg · m bei -23,33T( - 10⁰F) zufriedenstellend übereinstimmen. Man erkennt jedoch ferner, daß die entsprechenden Werte bei -62,22°C (-80^cF) extrem niedrig sind und daß sich die betreffenden Produkte daher für bestimmte Zwecke nicht eignen würden. Unter Verwendung von Massivdrähten mit erfindungsgemäßen Zusammensetzungen werden diese Werte deutlich verbessert. Es ist daher notwendig, unter Berücksichtigung der Bedingungen, bei welchen ein nach der Erfindung erzeugtes Stahlrohr eingesetzt werden soll, einen Massivdraht mit optimaler Zusammensetzung zu wählen.

Aus der voran sehenden detaillierten Beschreibung geht somit hervor, daß die Erfindung die Herstellung von Stahlrohren mit verbesserter Festigkeit und hervorragender Kaltzähigkeit gestattet, indem man die chemische Zusammensetzung und das Kohlenstoffäquivalent des zu verschweißenden Stahls richtig einstellt. Der Einsatz eines solchen Stahls als Grundwerkstoff ermöglicht erstmalig die Anwendung eines Einelekt.oden- oder Mehrelektroden-Hochstrom-Schutzgas-Lichtbogenschweißverfahrens, welches ungeachtet seiner geringen Wärmezufuhr starke Schweißströme und eine hohe Schweißleistung gewährleistet. Nach der Erfindung können somit in einfacher und beständiger Weise dickwandige, für niedrige Temperaturen geeignete, hochfeste Stahlrohre erzeugt werden, welche im geschweißten oder thermisch nachbehandelten Zustand eine verbesserte Kaltzähigkeit aufweisen, ohne daß die ι maximale Härte in der Schweißnahtzone abnorm erhöht wird.

Hierzu 4 Blatt Zcichnunaen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochfestes Niedertemperatur-Stahlrohr, hergestellt aus einer Stahlplatte mit einer Stärke von mehr als 12 mm und einem Gehalt von 0,01 bis 0,15% C, 0,02 bis 0,50% Si, 0,1 bis 2,0% Mn, weniger als 0,020% P, weniger als 0,020% S, mindestens eines Elements aus der Gruppe Cu, Ni, Cr und Mo und/oder W (in einem Anteil von 0,1 bis 1,0% im Falle von Cu, Cr und Mo und/oder W) bzw. in einem Anteil von 0,1 bis 9,50% (im Falle von Ni) und mindestens eines Elements aus der Gruppe säurelösliches Al, Zr, Ti, V, Nb und B in einem Gesamtanteil von 0,005 bis 0,20% und als Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, durch Schutzgas-Lichtbogenschweißen mit einer Schweißgeschwindigkeit von 300 bis 1500 mm/min, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Kohlenstoffäquivalent des Stahls auf weniger «Is 0,50 bei einem Mangangehalt von weniger als 1,0% bzw. auf weniger als 0,45 bei einem Mangangehalt von mehr als 1,0% eingestellt wurde,

b) bei der Schweißung mit einem Schweißstrom von 600 bis 1500 A, einer Bogenspannung von 23 bis 36 V, einem aus einem Inertgas mit einem Zusatz von weniger als 30% Kohlendioxid oder weniger als 5% Sauerstoff bestehenden und mit einer Gesamt-Strömungsmenge von 50 bis 200 Liter/min zugeführten Schutzgas sowie mindestens · iner abschmelzenden Elektrode mit einem Durchmesser «on 3,0 bis 6,4 mm gearbeitet wurde und gegebenenfalls

c) das geschweißte Stahlrohr im Falle einer Einstellung des Kohlenstoffäquivalents auf weniger als 0,65 weniger als 1 Stunde bei einer Temperatur von 500 bis 700⁰C gehalten wurde, wobei das Stahlrohr

d) nach der Stufe b) bzw. c) eine Streckgrenze des Grundwerkstoffbereichs von mehr als 4218 kp/cm² (> 60 000 psi), eine maximale Härte der Schweißnahtzone von weniger als HvI0-2S0 und eine nach dem Charpy-Test bestimmte aufgefangene Energie von mehr als 7 kg · m bei -2333°C (-10° F) aufweist.

2. Stahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe b) mindestens eine Elektrode aus Massivdraht mit 0,01 bis 0,3% Ti verwendet wurde.

3. Stahlrohr nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stufe b) mindestens eine Elektrode aus Massivdraht mit zusätzlich 0,0005 bis 0,01 % B verwendet wurde.