DE69629552T2

DE69629552T2 - Verfahren zum herstellen von stahlröhren grosser durchmesser mit einer hochfestigkeit und einer hochbeständigkeit

Info

Publication number: DE69629552T2
Application number: DE69629552T
Authority: DE
Inventors: Takatoshi-Chita Works Kawasaki Steel Okabe; Koichi-Techn. Lab. Kawasaki Steel Co Yasuda
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-12-28
Filing date: 1996-12-18
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2016-12-19
Also published as: WO1997024203A1; EP0812646B1; DE69629552D1; EP0812646A4; EP0812646A1; US5837956A; JP4082464B2

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten und hochzähen, großkalibrigen geschweißten Stahlrohres, das als Leitungsrohr verwendet wird, und insbesondere die Verbesserung der Festigkeit, Zähigkeit und der Rissbildungseigenschaften von Schweißverbindungen eines großkalibrigen geschweißten Stahlrohres. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein hochfestes und hochzähes, großkalibriges geschweißtes Stahlrohr.
Hintergrund der Erfindung
Bekanntlich werden Pipelines als Einrichtungen für den Langstreckenstransport von gefördertem Rohöl oder Erdgas, von Flüssigkeiten oder Gasen, die durch Raffinierung des Rohöls entstehen, bzw. von anderen Arten von Flüssigkeiten, Gasen oder Schlämmen verwendet. Diese Pipelines sind als Einrichtungen für den Transport von industriellem Rohöl über weite Strecken außerordentlich effektiv, und es werden Leitungen benötigt, die gegenüber extremen Umweltbedingungen beständig sind.
Als Leitungsrohre werden hierbei großkalibrige UOE-Stahlrohre eingesetzt. In jüngster Zeit werden die oben genannten Energieträger an verschiedenen Orten befördert, z. B. in kalten Gegenden und am Meeresboden, sodass sich die Anforderungen an Leitungsrohre weiter erhöhen.
Insbesondere müssen Leitungsrohre, die in kalten Gegenden installiert werden, sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine ausgezeichnete Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen aufweisen. Im Falle von Gaspipelines führt der Transportdruck innerhalb der Rohre zudem zu einer Erhöhung der Transportleistung; dementsprechend wird eine höhere Festigkeit für die Leitungsrohre benötigt. Um die oben genannten Anforderungen zu erfüllen, ist die Entwicklung von Stahlplatten und Schweißmaterialien fortgesetzt worden, sodass sich die Festigung von UOE-Stahlrohren allmählich von Klasse X50 auf X70 verbessert hat, wobei derzeit Stahlrohre dieser Klasse in die Praxis eingeführt werden.
Für UOE-Stahlrohre der Klasse bis zu X70 werden dem Schweißgut zur Verbesserung seiner Festigkeit und Zähigkeit angemessene Mengen von Ti, B und Mo beigefügt. Die Mikrostruktur des Schweißgutes besteht deshalb im Wesentlichen aus nadelförmigem Ferrit. Da nadelförmiges Ferrit feine Körnchen aufweist, kann das Schweißgut eine hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit erreichen.
So wird beispielsweise in der geprüften japanischen Patentschrift Nr. 57-17637 ein Unterpulverschweißverfahren vorgeschlagen, wobei durch Beigabe von Ti, B und Mo zu einem Schweißdraht ein hochzähes Schweißgut entsteht, um somit die Zusammensetzung des Schweißgutes zu regulieren und in dem Schweißgut eine verteinerte Mikrostruktur zu erreichen.
Des Weiteren legt die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. 63-2588 ein geschweißtes Stahlrohr offen, das eine ausgezeichnete Montageschweißbarkeit aufweist. Bei diesem Stahlrohr wird die chemische Zusammensetzung (P_cm) des Stahlrohrmaterials auf einen niedrigen Wert eingestellt, und die chemische Zusammensetzung der Schweißnaht, insbesondere der Gehalt an Ti, B und Mo, wird so geregelt, dass das Schweißgut eine geringe Härte erlangt, wobei eine relativ geringe Schweißhitze zu dem von der Wärme betroffenen Bereich und Abschnitt gelangt, wodurch ein Rohr geschaffen wird, das korrosionsbeständig und hochzäh ist.
Darüber hinaus schlägt die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. 3-285770 ein Verfahren zum Herstellen eines großkalibrigen Stahlrohres vor, welches die Härte eines Umfangsschweißgutes und dessen von der Hitze betroffener Zone verringert, indem insbesondere Ti in der chemischen Zusammensetzung des Stahlrohrmaterials und des Schweißgutes enthalten ist, während der Rest Al, O und N enthält, um eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber saurem Gas zu erzielen. Bei diesem Verfahren wird die Zusammensetzung des Schweißgutes so geregelt, dass das Schweißgut nadelförmiges Ferrit bildet.
Mit jedem einzelnen der oben genannten Verfahren können großkalibrige Stahlrohre der Klassen X60 bis 70 hergestellt werden, während gleichzeitig die Härte des Schweißgutes durch Regulierung von dessen chemischer Zusammensetzung verringert wird. Allerdings wächst der Bedarf an Leitungsrohren mit hoher Festigkeit weiter, und es sind bereits Untersuchungen an Leitungsrohren bis zur Klasse X100 im Gange.
Das größte Problem, das bei dem Versuch der Herstellung von Stahlrohren mit höherer Festigkeit überwunden werden muss, besteht darin, die Rissbildung beim Verschweißen von Verbindungsstellen zwischen den Stahlrohren zu verhindern. Bei Rissen in Schweißverbindungen kann es sich um Warmrisse und um Kaltrisse handeln. Warmrisse entstehen in einem Temperaturbereich von über etwa 1 000°C während des Abkühlens der Schweißnaht, und es handelt sich bei ihnen um Komgrenzenrisse, die durch die Bildung von Verbindungen mit niedrigern Schmelzpunkt, z. B. P, S und Ni, an den Kom grenzen zurückzuführen sind. Kaltrisse entstehen während oder nach dem Abkühlen der Schweißverbindung; sie erscheinen in einer von der Schweißhitze betroffenen Zone oder einem Schweißgut und treten infolge von Anstiegen des diffundierbaren Wasserstoffgehaltes und des Legierungselementgehaltes sowie infolge einer vorhandenen begrenzten Zugspannung auf. Demzufolge nimmt die Empfindlichkeit für eine Warm- und Kaltrissbildung je nach Legierungselementgehalt des Schweißgutes zu. Darüber hinaus kommt es beim erneutem Erwärmen zur Rissbildung, wenn das Schweißgut nach dem Schweißen noch einmal erwärmt wird, und auch diese Rissbildung entsteht schnell entsprechend dem Anstieg des Gehaltes an Legierungselementen, wie z. B. Cr, Mo und V.
Es ist außerordentlich schwierig, diese Rissbildungen zu verhindern, wenn zwecks Verbesserung der Festigkeit die Legierungselemente einfach in größeren Mengen beigefügt werden. Wie bereits oben ausgeführt, ist es sehr kompliziert, ein Stahlrohr der Klasse X100 herzustellen und dabei gleichzeitig die Festigkeit und Zähigkeit des Schweißnahtgutes ohne diese Rissbildungen zu gewährleisten, und bislang wurde auch noch keine effektive Maßnahme dafür gefunden.
Zum Verhindern der Versprödung in einem UOE-Stahlrohr beschreibt das Dokument JP-A-7164150, welches als einschlägigste Dokument nach dem Stand der Technik betrachtet wird und die in den Einleitungen von Anspruch 1 und 3 enthaltenen Merkmale offen legt, die Regulierung der Zusammensetzung und des PCM-Wertes des Schweißgutes. Das Schweißgut auf der Innen- und der Außenseite entsteht durch Unterpulverschweißen in einem Durchlauf auf jeder Fläche der Schweißnaht. Das Schweißgut auf der Innenseite hat eine Zusammensetzung, die nicht mehr als 0,08 Gew.-% an C, nicht mehr als 0,5 Gew.-% Si, zwischen 0,8 und 1,8 Gew.-% Mn, nicht mehr als 0,2 Gew.-% Mo, 0,005 bis 0,03 Gew.-% Ti, 0,0005 bis 0,003 Gew.-% B, 0,0080 Gew.-% N, 0,035 Gew.-% 0 enthält, wobei der Rest aus Fe mit unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Das Schweißgut auf der Außenseite hat eine Zusammensetzung, die nicht mehr als 0,10 Gew.-% an C, nicht mehr als 0,5 Gew.-% Si, zwischen 0,8 und 1,8 Gew.-% Mn, 0,1 bis nicht mehr als 0,4 Gew.-% Mo, 0,005 bis 0,05 Gew.-% Ti, 0,0005 bis 0,006 Gew.-% B, nicht mehr als 0,008 Gew.-% N, nicht mehr als 0,035 Gew.-% O enthält, wobei der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Der zulässige Bereich für einen PCM-Wert des Schweißgutes auf der Innenseite ist niedriger als der jeweilige PCM-Wert des Metalls auf der Außenseite. In diesem Dokument nach dem Stand der Technik ist der PCM-Wert definiert durch P_cm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B .
Der zulässige Wert für das Schweißgut auf der Innenseite liegt zwischen 0,110 und 0,170%, während der Wert für das Schweißgut auf der Außenseite zwischen 0,14 und 0,20% liegt.
Offenlegung der Erfindung
Angesichts der oben beschriebenen Umstände hat die vorliegende Erfindung das Ziel, ein Verfahren zum Herstellen eines großkalibrigen geschweißten Stahlrohres zu schaffen, welches eine hohe Festigkeit der Klasse X100 und eine hohe Zähigkeit mit einer absorbierten Energie bei einem Kerschlagbiegeversuch nach Charpy, _vE_–20, von 80 J oder mehr bei einer Temperatur von –20°C aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein großkalibriges geschweißtes Stahlrohr mit einer hohen Festigkeit der Klasse X100 und einer hohen Zähigkeit mit einem Wert _vE_–20 von 80 J oder mehr bei einer Temperatur von –20°C hergestellt werden, indem die chemische Zusammensetzung der Stahlplatte und des Schweißgutes, die durch das interne und externe Einzeldurchlauf-Unterpunktschweißen nach dem Herstellen der Stahlplatte entstanden sind, eingegrenzt werden.
Die Ergebnisse von auf der vorliegenden Erfindung basierenden Experimenten werden nachstehend erläutert.
Zur Herstellung von Schweißverbindungen wurde eine 20 mm dicke Stahlplatte der Klasse X100 mit einer X-Einkerbung unter Verwendung eines Schweißmittels mit geringem Sauerstoffgehalt und eines Schweißdrahtes mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der eine variable Menge an Ti enthält, von beiden Seiten einem Einzeldurchlauf-Unterpulverschweißvorgang unterzogen (drei Elektroden, Schweißgeschwindigkeit 1.200/min). An dem Schweißgut wurde die Mikrostruktur beobachtet, der Kerbschlagbiegeversuch nach Charpy und ein Zugtest ausgeführt. Die Teststücke wurden so bearbeitet, dass die Fusionslinie der Schweißgüter in der Mitte quer zur Schweißrichtung lag.
1 zeigt das Verhältnis zwischen dem Sauerstoffgehalt des Schweißgutes und der Festigkeit und Zähigkeit desselben. Wenn der Sauerstoffgehalt des Schweißgutes zunimmt, erhöht sich die Anzahl von Einschlüssen im Schweißgut, wodurch die Festigkeit und Zähigkeit des Schweißgutes abnehmen. Wenn der Sauerstoffgehalt zu gering ist, sinkt weiterhin die Zähigkeit des Schweißgutes. Daher muss der Sauerstoffgehalt des Schweißgutes in einem Bereich von 0,011 bis 0,038% liegen. Bekanntlich steht der Sauerstoffgehalt des Schweißgutes in einem engen Zusammenhang mit einem Schweißmittel, weshalb erfindungsgemäß ein Schweißmittel mit niedrigem Sauerstoffgehalt ver wendet wird, um den Sauerstoffgehalt des Schweißgutes auf den angemessenen Wert einzustellen.
2 zeigt das Verhältnis zwischen dem Ti-Gehalt des Schweißgutes und dem Anteil an nadelförmigem Ferrit.
3 zeigt das Verhältnis zwischen dem Ti-Gehalt des Schweißgutes und dem Wert _vE_–20.
Aus 2 wird deutlich, dass die Menge an nadelförmigem Ferrit mit der Zugabe einer nachweisbaren Menge von Ti zunimmt, sodass die Mikrostruktur des Schweißgutes im Wesentlichen aus nadelförmigem Ferrit bestehen kann, darüber hinaus wird aus 2 und 3 ersichtlich, dass das Verhältnis von nadelförmigen Ferrit 44% oder mehr erreicht, indem der Ti-Gehalt zwischen 0,007 und 0,028% eingestellt wird, wodurch eine hohe Zähigkeit mit einem Wert _vE_–20 von 80 J oder mehr erreicht wird. Die jeweilige Streckgrenze ähnelt der Festigkeit der Klasse X100.
Anders ausgedrückt, wenngleich konventionelle Stahlrohre der Klasse bis zu X70 eine große Menge an Ti enthalten müssen, um nadelförmiges Ferrit auszubilden, entsteht hier durch die Beigabe einer sehr geringen Menge von 0,007% Ti oder mehr eine nadelförmige Ferritstruktur und eine hohe Zähigkeit in den Stahlrohren der Klasse X100. Wenn der Gehalt demgegenüber 0,028% übersteigt, verschlechtert sich die Zähigkeit. Wie bereits angeführt, wurde festgestellt, dass der Gehalt des Schweißgutes der Klasse X100 an Ti und 0 bestimmte optimale Bereiche aufwies. Dennoch verschlechterte sich die Zähigkeit in manchen Fällen, auch wenn der Ti oder O-Gehalt im oben genannten optimalen Bereich lag.
Bekanntlich schwanken die Festigkeit und Zähigkeit des Schweißgutes mit den Mengen an darin enthaltenen Legierungselementen, und die Mengen der Legierungselemente werden oft mit Hilfe P_cm-Wertes ausgewertet, allerdings beachteten die Erfinder der vorliegenden Erfindung die Tatsache, dass Ti und 0 außerdem einen großen Einfluss als Elemente haben, die sich auf den P_cm Wert auswirken, und sie haben festgestellt, dass die Zähigkeit trotz der hohen Festigkeit nur dann zunahm, wenn ein Parameter in einem angemessenen Bereich lag, wobei der Parameter durch Ti, 0 und andere Legierungselemente und nicht nur einzeln durch Ti und 0 reguliert wurde. Anders ausgedrückt, die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben zum ersten Mal erkannt, dass das Schweißgut mit einer hohen Festigkeit der Klasse X100 und einer hohen Zähigkeit mit einem Wert _vE_–20 von 80 J oder mehr nur dann entstehen kann, wenn Pwm = Pcm + 3,19 Ti – 1,02 O zwischen 0,18 und 0,33 lag, wie in 4 angegeben.
Mit anderen Worten, die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines hochfesten und hochzähen, großkalibrigen geschweißten Stahlrohres gemäß Anspruch 1. In Anspruch 2 ist bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens definiert.
Darüber hinaus schafft die vorliegende Erfindung ein hochfestes und hochzähes, großkalibriges geschweißtes Stahlrohr gemäß Anspruch 3. Eine bevorzugte Ausführungsform dieses erfindungsgemäßen Stahlrohres ist in Anspruch 4 definiert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen dem Sauerstoffgehalt des Schweißgutes und der Zugfestigkeit und der absorbierten Energie (_vE_–20) bei –20°C darstellt;
2 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen dem Ti-Gehalt des Schweißgutes und der Menge an nadelförmigem Ferrit zeigt;
3 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen dem Ti-Gehalt des Schweißgutes und der absorbierten Energie (_vE_–20) bei –20°C zeigt;
4 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen dem P_WM-Wert des Schweißgutes und der Zugfestigkeit und der absorbierten Energie (_vE_–20) bei –20°C zeigt; und
5 ist eine Grafik, die das Verhältnis zwischen einer größer werdenden Härte und dem Parameter P_rh zeigt, der die Rissbildungsanfälligkeit angibt.
Erste Ausführungsform der Erfindung
Zuerst wird erläutert, warum die chemische Zusammensetzung einer erfindungsgemäß verwendeten Stahlplatte eingegrenzt wurde.
C: 0,05 bis 0,10%
C ist eines der wichtigsten Elemente zur Sicherstellung der Festigkeit der Stahlplatte; die erforderliche Festigkeit kann nicht erreicht werden, wenn der Gehalt an C unter 0,05% liegt. Wenn der Gehalt 0,10% übersteigt, nimmt der Kohlenstoffgehalt der geschweißten Verbindungen zu, durch den die geschweißten Verbindungen leicht Risse bilden und die Zähigkeit der Schweißverbindungen abnimmt, weshalb der Gehalt an C im Bereich von 0,05 bis 0,10% eingestellt wird.
Si: 0,1 bis 0,5%
Si ist ein Element, das für die Reduktion benötigt wird, weshalb Si wenigstens in einer Menge von 0,1% vorliegen muss. Wenn jedoch der Gehalt an Si über 0,5% liegt, verschlechtert sich die Zähigkeit des Grundmetalls, weshalb der Si-Gehalt in einem Bereich von 0,1 bis 0,5% eingestellt wird.
Mn: 1,2 bis 2,5%
Mn ist eines der wichtigsten Elemente zur Gewährleistung der Festigkeit der Stahlplatte und des Schweißgutes, und es werden wenigstens 1,2% Mn benötigt, um die Festigkeit der Klasse X100 zu erhalten. Wenn jedoch der Gehalt 2,5% übersteigt, kommt es leicht zur Warmrissbildung in den Schweißverbindungen, weshalb der Mn-Gehalt in einem Bereich von 1,2 bis 2,5% eingestellt wird.
P: nicht mehr als, 0,010%
Durch P kommt es zu einer Beschleunigung einer Seigerung in der Mitte und zu einer Warmrissbildung in den Schweißverbindungen, weshalb der Gehalt an P so niedrig wie möglich sein sollte. Da nicht mehr als 0,010% P zulässig ist, wird der obere Grenzwert auf 0,010% festgesetzt.
S: nicht mehr als 0,008%
S führt zum Entstehen von Einschlüssen und verringert die Duktilität und Zähigkeit. Weiterhin wird es durch dieses Element möglich, dass es in den geschweißten Verbindungen schnell zur Warmrissbildung kommt, weshalb der Gehalt an S so niedrig wie möglich sein sollte. Es sind nicht mehr als 0,008% S zulässig, demgegenüber nimmt die Zähigkeit des Grundmetalls ab und entsteht leicht eine durch Wasserstoff induzierte Rissbildung, wenn der Gehalt an S 0,008% übersteigt, deshalb ist der obere Grenzwert auf 0,008% eingestellt.
Al: nicht mehr als 0,1%
Al dient als Reduktionsmittel und verfeinert die Kornstruktur; wenn der Al-Gehalt jedoch 0,1% übersteigt, verschlechtert sich die Zähigkeit der Zone, die von der Hitze beim Schweißen beeinträchtigt wird, und die Anfälligkeit für eine Rissbildung infolge einer Sulfid-Spannungskorrosion nimmt zu, weshalb der obere Grenzwert auf 0,1% eingestellt wird.
Ti: 0,008 bis 0,055%
Ti bildet im Stahl feines TiN aus und unterdrückt das Kornwachstum von Austenit, wodurch sich die Zähigkeit des Grundmetalls und der von der Schweißhitze beeinträchtigten Zone verbessert. Wenn allerdings mehr als 0,055% Ti enthalten sind, entsteht Ti-Karbid, durch das sich die Zähigkeit verschlechtert, weshalb der obere Grenzwert auf 0,055% eingestellt wird.
Nb: nicht mehr als 0,1%
Nb ist ein Element, das zur Gewährleistung der Festigkeit des Grundmetalls und auch für den Erhalt einer ausgezeichneten Zähigkeit der Zone benötigt wird, die von der Hitze beim Schweißen beeinträchtigt wird; dennoch nimmt die Zähigkeit des Grundmetalls ab, wenn mehr als 0,1% Nb zugesetzt werden, weshalb der obere Grenzwert auf 0,1% festgesetzt wird. Um die Zähigkeit des Grundmetalls zu gewährleisten, sollte Nb günstigerweise in einer Menge von 0,01 bis 0,05% enthalten sein.
V: nicht mehr als 0,1%
V ist enthalten, um die Festigkeit des Grundmetalls sicherzustellen; allerdings nimmt die Zähigkeit des Grundmetalls ab, wenn mehr als 0,1% V zugesetzt wird, weshalb der obere Grenzwert auf 0,1% festgesetzt wird. Der bevorzugte Bereich des Gehaltes an V liegt zwischen 0,01 und 0,05%.
N: nicht mehr als 0,010%
Wenn der Gehalt an N 0,010% übersteigt, nimmt die Menge an N zu, die von dem Grundmetall in das Schweißgut eindringt, sodass sich der Gehalt des Schweißgutes an N erhöht und die Zähigkeit des Schweißgutes verschlechtert, weshalb der obere Grenzwert auf 0,010% eingestellt wird. Vorzugsweise liegt der Gehalt nicht über 0,004%.
O: nicht mehr als 0,0035%
O ist ein Element, das Einschlüsse bildet und die Zähigkeit der Stahlplatte verschlechtert, weshalb es vorzuziehen ist, den Gehalt an O zu verringern. Wenn der Gehalt 0,0035 % übersteigt, kommt es neben der Tatsache, dass sich die Zähigkeit des Grundmetalls verschlechtert, zu einer schnellen Rissbildung infolge einer Sulfid-Spannungskorrosion; deshalb wird der obere Grenzwert auf 0,0035% eingestellt.
Neben den o. g. Grundkomponenten können die folgende Elemente als optionale Bestandteile beigefügt werden:
Cu: 0,2 bis 2,0%
Cu ist ein wichtiges Element, wenn es um die Verbesserung der Festigkeit geht, und wird je nach Erfordernis zugefügt. Es werden Auswirkungen hinsichtlich einer verbesserten Festigkeit erwartet, wenn Cu in einer Menge von 0,2% oder mehr beigegeben wird. Übersteigt der Cu-Gehalt jedoch 2,0%, verschlechtert sich die Zähigkeit, weshalb der obere Grenzwert auf 2,0% eingestellt wird.
Ni: 0,2 bis 2,0%
Ni ist ein Element, das sowohl die Festigkeit als auch die Zähigkeit verbessert, und wird je nach Bedarf beigefügt. Auswirkungen auf eine verbesserte Festigkeit und Zähigkeit erwartet man, wenn Ni in einer Menge von 0,2% oder mehr beigegeben wird, wenn der Gehalt jedoch 2,0% übersteigt, findet eine Warmrissbildung in dem geschweißten Metall infolge der Verdünnung des Grundmetalls statt, sodass der obere Grenzwert auf 2,0% eingestellt wird.
Cr: 0,2 bis 2,0%
Cr ist ein wichtiges Element für die Verbesserung der Festigkeit. Um die Festigkeit zu erhöhen, ist eine Zugabe von nicht weniger als 0,2% Cr nötig. Wenn jedoch mehr als 2,0% Cr beigefügt werden, verschlechtert sich die Zähigkeit; folglich wird der Gehalt an Cr in einem Bereich von 0,2 bis 2,0% eingestellt.
Mo: 0,05 bis 2,0%
Mo ist wichtiges Element für die Verbesserung der Festigkeit. Eine Zugabe von nicht weniger als 0,05% Mo ist erforderlich, um die Festigkeit zu verbessern. Wenn jedoch mehr als zwei 2,0% Mo beigefügt werden, verschlechtert sich die Zähigkeit; folglich wird der Gehalt an Mo in einem Bereich von 0,05 bis 2,0% festgelegt.
Erfindungsgemäß wird eine Stahlplatte mit der obigen Zusammensetzung durch eine U-Formgebungsbearbeitung und eine O-Formgebungsbearbeitung in eine Rohrform gebracht, woraufhin ein Nahtabschnitt einen Einzeldurchlauf-Unterpulverschweißvorgang von der Innenseite und anschließend von der Außenseite unter Verwendung eines Schweißmittels mit niedrigem Sauerstoffgehalt und eines Schweißdrahtes mit niedrigem Kohlenstoffgehalt unterzogen wird. Anschließend wird das entstehende Rohr aufgeweitet, sodass ein geschweißtes Stahlrohr mit großem Durchmesser ausgebildet wird. Das Ausbilden einer Rohrform erfolgt mit einer allgemeinen UO-Formgebungsvorrichtung. Zur Verbesserung der Schweißeffizienz ist es wünschenswert, den Einzeldurchlauf-Unterpulverschweißvorgang mit einem Mehrelektrodensystem auszuführen (vorzugsweise mit 3 bis 4 Elektroden). Eine X-Einkerbung ist günstig und die Verdünnung des Grundmetalls in dem Schweißgut wird vorzugsweise auf etwa 50 bis 75% eingestellt.
Als Schweißmittel wird zusätzlich eines mit niedrigem Sauerstoffgehalt verwendet. Es ist außerordentlich wichtig, den Sauerstoffgehalt des Schweißgutes zu kontrollieren, um ein Schweißgut zu erhalten, welches die erfindungsgemäßen Bedingungen erfüllt. Wenn der Sauerstoffgehalt des Schweißgutes erhöht wird, verringert sich dessen Festigkeit. Wenn der Sauerstoffgehalt zunimmt, nehmen auch die Einschlüsse in dem Schweißgut ab. Wenn der Sauerstoffgehalt zu stark abgesenkt wird, verringert sich zwischenzeitlich auch die Zähigkeit des Schweißgutes; weshalb unter Berücksichtigung eines ausgeglichenen Verhältnisses obiger Bestandteile ein Schweißmittel ausgewählt wird, das den Sauerstoffgehalt des Schweißgutes in einem Bereich von 0,011 und 0,038% einstellt.
Für das erfindungsgemäße Verfahren werden insbesondere Schweißmittel mit den folgenden Zusammensetzungsbereichen verwendet: Für Schweißstahlrohre der Klasse X100 werden beispielsweise Schweißmittel mit niedrigem Sauerstoffgehalt besonders bevorzugt, die zu 20 bis 35% aus SiO₂, aus 3 bis 10% MnO, zu 10 bis 25% aus CaO, zu 2 bis 7% aus MgO, zu 25 bis 40% aus CaF₂, zu 3 bis 14% aus Al₂O₃ und zu 0 bis 5 % aus BaO bestehen. Darüber hinaus kann eine erforderliche Menge an einem Legierungselement dem Schweißmittel zugesetzt werden, sodass das Schweißgut das Legierungselement enthält.
Als Schweißdraht werden speziell solche eingesetzt, die einen geringen Kohlenstoffanteil aufweisen und Ni, Cr und Mo enthalten. Erfindungsgemäß wird durch Einschränkung der chemischen Zusammensetzung des Schweißgutes auf einen speziellen Bereich die Herstellung von großkalibrigen geschweißten Stahlrohren ermöglicht, wobei die Rohre, einschließlich der Schweißverbindungen, eine hohe Festigkeit und eine hohe Zähigkeit aufweisen. Die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes wird durch die Stahlplatten, die Schweißdrähte, die Schweißmittel und die Schweißbedingungen festgelegt und kann nicht nur allein durch die Schweißdrähte bestimmt werden; die chemische Zusammensetzung des Schweißdrahtes beim erfindungsgemäßen Verfahren ist allerdings Folgende: 0,01 bis 0,10% C, nicht mehr als 0,5% Si, 1,2 bis 3,5% Mn, nicht mehr als 0,02 % P, nicht mehr als 0,02% S, nicht mehr als 4,0% Ni, nicht mehr als 1,5% Cr, nicht mehr als 1,5% Mo, nicht mehr als 0,15% Ti, nicht mehr als 0,01% N, nicht mehr als 0,01% O. Nachstehend wird erläutert, warum die Zusammensetzung auf die obigen Bereiche eingegrenzt wurde:
C: 0,01 bis 0,10%
C ist eines der wichtigsten Elemente zur Sicherstellung der Festigkeit des Schweißgutes; die erforderliche Festigkeit kann nicht erreicht werden, wenn der Gehalt an C unter 0,01 % liegt. Wenn der Gehalt 0,10% übersteigt, nimmt der Kohlenstoffgehalt der geschweißten Verbindungen zu, durch den die geschweißten Verbindungen leicht Risse bilden und die Zähigkeit der Schweißverbindungen abnimmt, weshalb der Gehalt an C im Bereich von 0,01 bis 0,10% eingestellt wird.
Si: nicht mehr als 0,5%
Wenn mehr als 0,5% Si beigegeben werden, kommt es zu einer schnellen Rissbildung im Schweißgut, weshalb der obere Grenzwert auf 0,5% eingestellt wird.
Mn: 1,2 bis 3,5%
Mn ist eines der wichtigsten Elemente zur Gewährleistung der Festigkeit des Schweißgutes, und es werden wenigstens 1,2% Mn benötigt, um die Festigkeit der Klasse X100 zu erhalten. Wenn jedoch der Gehalt 3,5% übersteigt, kommt es leicht zur Warmrissbildung in den Schweißverbindungen, weshalb der Mn-Gehalt vorzugsweise in einem Bereich von 1,2 bis 3,5% eingestellt wird.
P und S: nicht mehr als 0,02%
Sowohl P als auch S fungieren als Verunreinigungen, weshalb deren Gehalt vorzugsweise gering sein sollte; bis zu 0,02% sind jedoch zulässig.
Ni: nicht mehr als 4,0%
Ni ist ein Element, das sowohl die Festigkeit als auch die Zähigkeit des Schweißgutes verbessert. Wenn jedoch der Gehalt an Ni über 4,0% liegt, tritt schnell in den geschweißten Verbindungen eine Warmrissbildung auf, weshalb der bevorzugte obere Grenzwert bei 4,0% liegt. Weiterhin wird der Ni-Gehalt vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 bis 1,5% eingestellt.
Cr: nicht mehr als 1,5%
Cr ist ein wichtiges Element im Hinblick auf die Verbesserung der Festigkeit des Schweißgutes, wenn jedoch mehr als 1,5% Cr zugesetzt werden, erhöht sich die Rissbildungsanfälligkeit aufgrund einer höheren Härtbarkeit; deshalb beträgt der bevorzugte obere Grenzwert 1,5%. Im Weiteren liegt der Cr-Gehalt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,6%.
Mo: nicht mehr als 1,5%
Mo ist ein wichtiges Element im Hinblick auf die Verbesserung der Festigkeit des Schweißgutes, wenn jedoch mehr als 1,5% Mo beigegeben werden, erhöht sich die Rissbildungsanfälligkeit aufgrund der erhöhten Härtbarkeit; deshalb wird der bevorzugte obere Grenzwert auf 1,5% eingestellt. Darüber hinaus liegt der Mo-Gehalt vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5%.
Ti: nicht mehr als 0,15%
Ti ist eines der wichtigsten Elemente zur Gewährleistung der Festigkeit und Zähigkeit des Schweißgutes und ist ein unverzichtbares Element, wenn es um den Erhalt eines Schweißgutes der Klasse X100 geht. Durch Beigabe von Ti wird die Mikrostruktur des Schweißgutes von nadelförmigem Ferrit bestimmt. Übersteigt der Gehalt an Ti jedoch 0,15%, verschlechtert sich die Zähigkeit, sodass ein Ti-Gehalt von nicht mehr als 0,15% bevorzugt wird. Zur Ausbildung einer nadelförmigen Ferritstruktur werden mindestens 0,01% Ti benötigt, weshalb der bevorzugte Bereich für den Ti-Gehalt zwischen 0,01 und 0,07% liegt.
N: nicht mehr als 0,01%
Da sich durch N die Zähigkeit des Schweißgutes verschlechtert, liegt der N-Gehalt des Drahtes vorzugsweise nicht über 0,01%.
O: nicht mehr als 0,01%
O steht in einem engen Verhältnis zur Festigkeit und Zähigkeit des Schweißgutes, der Sauerstoffgehalt des Schweißgutes wird jedoch hauptsächlich von dem Schweißmittel bestimmt, sodass der Sauerstoffgehalt des Schweißdrahtes kein Problem darstellt, solange er 0,01% oder weniger beträgt.
Nachstehend wird erläutet, warum die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes, welches durch Unterpulverschweißen unter Verwendung des oben erwähnten Schweißmittels und des Schweißdrahtes entstanden ist, eingeschränkt wurde:
C: 0,02 bis 0,10%
C ist eines der wichtigsten Elemente zur Sicherstellung der Festigkeit des Schweißgutes, und die erforderliche Festigkeit kann nicht erreicht werden, wenn der Gehalt an C unter 0,02% liegt. Wenn der Gehalt 0,10% übersteigt, nimmt der Kohlenstoffgehalt der geschweißten Verbindungen zu, durch den das Schweißgut leicht Risse bildet und dessen Zähigkeit abnimmt, weshalb der Gehalt an C im Bereich von 0,02 bis 0,10% eingestellt wird.
Si: 0,1 bis 0,06%
Obwohl Si zur Verbesserung der Festigkeit des Schweißgutes beiträgt, verschlechtert sich durch einen zu großen Gehalt an Si die Zähigkeit des Schweißgutes, daher wird der Gehalt in einem Bereich von 0,1 bis 0,6% eingestellt.
Mn: 1,0 bis 2,7%
Mn ist eines der wichtigsten Elemente zur Gewährleistung der Festigkeit des Schweißgutes, und es werden wenigstens 1,0% Mn benötigt, um die Festigkeit der Klasse X100 zu erhalten. Wenn jedoch der Gehalt 2,7% übersteigt, kommt es leicht zur Warmrissbildung in den Schweißverbindungen, weshalb der Mn-Gehalt vorzugsweise in einem Bereich von 1,0 bis 2,7% eingestellt wird.
P: nicht mehr als 0,02%
P ist eine Verunreinigung, weshalb dessen Gehalt vorzugsweise gering ist. Allerdings ist ein Gehalt von bis zu 0,02% zulässig, der obere Grenzwert wird auf 0,02% festgesetzt.
S: nicht mehr als 0,02%
S ist eine Verunreinigung, weshalb sein Gehalt vorzugsweise gering ist; dennoch sind bis zu 0,02% S zulässig, der obere Grenzwert wird auf 0,02% eingestellt.
Al: nicht mehr als 0,02%
Al dient als Reduktionsmittel für Schweißgut, wenn der Al-Gehalt jedoch 0,02% übersteigt, verschlechtert sich die Zähigkeit des Schweißgutes; deshalb wird der Gehalt auf nicht mehr als 0,02% eingestellt.
Ti: 0,007 bis 0,028%
Ti ist ein wichtiges Element zur Gewährleistung der Festigkeit und Zähigkeit des Schweißgutes. Die Zugabe einer geringen Menge von Ti ist unverzichtbar dafür, dass das Schweißgut eine Mikrostruktur ausbildet, die im Wesentlichen aus nadelförmigem Ferrit besteht. Die oben erwähnte Mikrostruktur kann durch Zugabe von 0,007% Ti oder mehr ausgebildet werden. Wenn jedoch der Ti-Gehalt 0,028% übersteigt, tritt eine Verstärkung der Bainitstruktur in dem Schweißgut infolge einer übergroßen Menge an Ti auf, wodurch sich die Zähigkeit verringert. Dementsprechend wird der Ti-Gehalt in einem Bereich von 0,007 bis 0,028% festgelegt.
V: nicht mehr als 0,1%
V ist ein Element, das der Verbesserung der Festigkeit des Schweißgutes dient, aufgrund der größeren Härtbarkeit des Schweißgutes verschlechtert sich jedoch die Zähigkeit, wenn der Gehalt an V 0,1% übersteigt, weshalb der obere Grenzwert auf 0,1% festgelegt wird.
Nb: nicht mehr als 0,06%
Das im Schweißgut enthaltene Nb ist nicht auf die Schweißmaterialien zurückzuführen, sondern auf die Verdünnung des Grundmetalls; zur Gewährleistung der Zähigkeit des Schweißgutes ist ein geringer Nb-Gehalt günstig, weshalb der obere Grenzwert auf 0,06 % eingestellt wird. Da eine erhebliche Erhöhung der Festigkeit erwartet wird, wenn 0,01 % Nb oder mehr enthalten sind, wird der bevorzugte Bereich des Nb-Gehaltes des Weiteren zwischen 0,01 und 0,03% festgelegt.
N: nicht mehr als 0,01%
Da sich durch N die Zähigkeit des Schweißgutes verschlechtert, ist der Gehalt an N vorzugsweise gering; der obere Grenzwert wird jedoch auf 0,01% festgelegt, da ein Anteil von bis zu 0,01% zulässig ist.
O: 0,011 bis 0,038%
O hat eine erhebliche Wirkung auf die Festigkeit und Zähigkeit des Schweißgutes. Wenn der Gehalt an 0 unter 0,011% liegt, verringert sich die Zähigkeit des Schweißgutes, und wenn der Gehalt 0,038% übersteigt, nehmen die Einschlüsse in dem Schweißgut zu, wodurch sich die Zähigkeit verschlechtert; deshalb wird der Sauerstoffgehalt in einem Bereich von 0,011 bis 0,038% festgesetzt.
Eines oder mehrere Elemente, das aus der Gruppe, bestehend aus nicht mehr als 1,0% Cu, nicht mehr als 2,0% Ni, nicht mehr als 1,0% Cr, nicht mehr als 1,0% Mo und nicht mehr als 0,01% B, ausgewählt wird Cu, Ni, Cr, Mo und B sind hilfreiche Elemente zur Verbesserung der Festigkeit des Schweißgutes und werden dem Schweißgut je nach Bedarf beigegeben. Wenn eine höhere Rissbeständigkeit benötigt wird, werden weiterhin die Mengen an Elementen, die wahlweise beigegeben werden, streng eingegrenzt.
Wenngleich sich durch einen Anteil von 0,3% Cu oder mehr die Festigkeit wesentlich verbessert, tritt in dem Schweißgut extrem schnell eine Rissbildung während der Erstarrung auf, wenn der Cu-Gehalt 1,0% übersteigt, weshalb der Gehalt auf nicht mehr als 1,0% festgelegt wird. Vorzugsweise liegt der Gehalt in einem Bereich von 0,3 bis 1,0%. Wenn der Rissbeständigkeit eine hohe Bedeutung beigemessen wird, ist es wünschenswert, die Beigabe von Cu so gering wie möglich zu halten. Der bevorzugte Gehalt an Cu liegt nicht über 0,5%, und zwar wegen der Rissbeständigkeit.
Obwohl es durch 0,4% Ni oder mehr zu einer starken Verbesserung der Festigkeit kommt, tritt in dem Schweißgut eine Warmrissbildung und eine Rissbildung infolge der Sulfid-Spannungskorrosion auf, wenn der Ni-Gehalt 2,0% übersteigt, weshalb der Gehalt auf nicht mehr als 2,0% festgelegt wird. Vorzugsweise liegt der Gehalt in einem Bereich von 0,4 bis 1,2%. Unter stärkerer Berücksichtigung der Rissbeständigkeit ist es wünschenswert, die Zugabe von Ni zu minimieren. Angesichts der Rissbeständigkeit liegt der bevorzugte Ni-Gehalt im Bereich von 0,2 bis 0,8%.
Obwohl es durch 0,1% Cr oder mehr zu einer wesentlichen Verbesserung der Festigkeit kommt, verschlechtert sich die Zähigkeit, wenn der Cr-Gehalt 1,0% übersteigt, weshalb der Gehalt auf nicht mehr als 1,0% festgelegt wird. Vorzugsweise liegt der Gehalt in einem Bereich von 0,1 bis 0,5%. Unter stärkerer Berücksichtigung der Rissbeständigkeit ist es wünschenswert, die Zugabe von Cr zu minimieren. Angesichts der Rissbeständigkeit liegt der bevorzugte Cr-Gehalt nicht über 0,3%.
Obwohl es durch 0,05% Mo oder mehr zu einer wesentlichen Verbesserung der Festigkeit kommt, verschlechtert sich die Zähigkeit, wenn der Mo-Gehalt 1,0% übersteigt, weshalb der Gehalt auf nicht mehr als 1,0% festgelegt wird. Unter stärkerer Berücksichtigung der Rissbeständigkeit liegt der Mo-Gehalt vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 bis 0,8%, da mehr als 0,8% Mo die Rissanfälligkeit erhöht.
Obwohl es durch 0,001% B oder mehr zu einer wesentlichen Verbesserung der Festigkeit kommt, verschlechtert sich die Zähigkeit, wenn der B-Gehalt 0,01% übersteigt, weshalb der Gehalt auf nicht mehr als 0,01% festgelegt wird. Vorzugsweise liegt der Gehalt zwischen 0,001 und 0,005%.
Das Flächenverhältnis des nadelförmigen Ferrits in der Mikrostruktur des Schweißgutes wird auf nicht weniger als 55% eingestellt. Wenn das Flächenverhältnis des nadelförmigen Ferrits über 55% liegt, wird eine hohe Zähigkeit selbst dann erreicht, wenn die Festigkeit des Schweißgutes bei der der Klasse X100 liegt, wohingegen die Zähigkeit abnimmt, wenn das Verhältnis unter 55%, weshalb der untere Grenzwert auf 55% eingestellt wurde.
P_WM, definiert als P_WM = P_cm + 3,19 Ti – 1,020, wird in einem Bereich von 0,18 bis 0,33 eingestellt. P_cm wird durch die folgende Gleichung definiert: P_cm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B .
In den obigen Formeln werden die Werte von C, Fe usw. in Gew.-% angegeben.
P_WM ist ein Vergleichswert, von dem ausgehend die Festigkeit und Zähigkeit geschätzt werden kann. Wenn der P_WM-Wert unter 0,18 liegt, ist die Festigkeit des Schweißgutes unzureichend, sodass es nicht die Festigkeit der Klasse X100 erreicht, und wenn der P_WM-Wert 0,33 überschreitet, verschlechtert sich die Zähigkeit; deshalb wird der Wert P_WM zwischen 0,18 und 0,33 festgelegt.
Wenn eine Rissbeständigkeit gefordert wird, wird die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes, in dem es besonders schnell zur Rissbildung kommt, so eingeschränkt, dass der Parameter P_rh für die Rissbildungsanfälligkeit, der durch die folgende Gleichung definiert wird, auf unter 2,8 eingestellt: P_rh = Cr + Cu + Ni + 2Mo + 10V + 7Nb + 5Ti
Im Schweißnahtabschnitt härtet das innere Schweißgut infolge der Außenschweißung aus und unterliegt leicht einer Rissbildung. Erfindungsgemäß wird die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes eingegrenzt, indem der Wert P_rh auf unter 2,8 eingestellt wird. Durch Einstellen des Wertes P_rh auf unter 2,8 wird eine größere Härte vermindert und die Rissbildungsanfälligkeit unterdrückt, wie in 5 abgebildet ist.
[Beispiel]
20 mm dicke Stahlplatten mit einer Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 wurden einem U-Pressvorgang und einem O-Pressvorgang unterzogen; eine Nahtschweißung ertolgte auf der Innenseite und anschließend auf der Außenseite jeder Platte mittels Unterpulverschweißen mit 4 Elektroden und unter Verwendung eines Schweißdrahtes mit niedrigem Kohlenstoffanteil, wie in Tabelle 2 abgebildet, und Flussmitteln mit niedrigem Sauerstoffanteil und hohem Grundstoffanteil, wie in Tabelle 3 angegeben, unter den Schweißbedingungen aus Tabelle 4; anschließend wurden die entstehenden Rohre aufgeweitet, sodass großkalibrige geschweißte Stahlrohre mit einem Innendurchmesser von 750 mm entstanden. Den Schweißmitteln wurde Metallpulver beigemischt, um die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes einzustellen.
Indem Proben aus dem Mittelteil des inneren Schweißgutes zusammengetragen wurden, wurde die chemische Zusammensetzung des Schweißgutes jeder Schweißnaht untersucht. In Tabelle 5 sind die Ergebnisse abgebildet. Des Weiteren wurden Teststücke für einen Zugtest (Probe 6 mm ∅ nach JIS Nr. A2) und für einen Schlagtest (JIS Nr. 4) aus dem Schweißgut jeder geschweißten Naht erfasst, um die Zugfestigkeit und die absor bierte Energie bei –20°C zu messen; die Ergebnisse sind in Tabelle 6 abgebildet. Darüber hinaus wurden Proben aus jedem Schweißgut entnommen, um die Mikrostruktur des Schweißgutes durch Lichtmikroskopbeobachtung an einer Querschnittsfläche zu untersuchen, zudem wurde die Querschnittshärte jedes Schweißgutes in der Mitte der inneren Schweißwulst gemessen (Vickers-Härte bei 10 kg Last), um die maximale Härte zu ermitteln, die Ergebnisse sind in Tabelle 6 abgebildet.
Die erfindungsgemäßen Schweißgüter erfüllen sowohl die Bedingung, dass die _vE_–20-Werte nicht unter 80 J liegen, als auch die Bedingung, dass die Zugfestigkeit nicht unter 760 MPa liegt, und sie weisen Eigenschaften auf, die für die Einstufung in die Klasse X100 genügen. Zudem haben die erfindungsgemäßen Schweißgüter niedrige Hv_max-Werte und weisen eine geringe Anfälligkeit für eine Rissbildung auf.
Die chemische Zusammensetzung der Schweißgüter aus den Vergleichsbeispielen liegt außerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches, und diese Schweißgüter haben entweder _vE_–20-Werte, die unter 80 J liegen, oder Zugfestigkeiten von unter 760 MPa, sodass sie sich nicht als Schweißverbindungen für Stahlrohre der Klasse X100 eignen. Die maximale Härte der geschweißten Verbindungen in den Vergleichsverbindungen ist hoch, wenngleich die Festigkeit und Zähigkeit ausgezeichnet sind.
Wie oben erläutert worden ist, kann erfindungsgemäß ein großkalibriges geschweißtes Stahlrohr hergestellt werden, das gleichzeitig eine Festigkeit der Klasse X100 und eine ausgezeichnete Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen aufweist, was sich erheblich auf die industrielle Fertigung dahingehend auswirkt, dass Leitungsrohre zuverlässig zur Verfügung gestellt werden können, die sich als Pipelines unter härtesten Bedingungen einsetzen lassen.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines hochfesten und hochzähen, großkalibrigen geschweißten Stahlrohrs, das die folgenden Schritte umfasst: Ausführen von UO-Formbearbeitung einer Stahlplatte und Ausführen von Eindurchgang-Unterpulverschweißen, das von der Innenseite und dann von der Außenseite durchgeführt wird, und Dehnen des Durchmessers des Stahlrohrs, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlplatte umfasst: 0,05 bis 0,10 Gew.-% C; 0,1 bis 0,5 Gew.-% Si; 1,2 bis 2,5 Gew.-% Mn; nicht mehr als 0,010 Gew.-% P; nicht mehr als 0,008 Gew.-% S; nicht mehr als 0,1 Gew.-% Al; 0,008 bis 0,055 Gew.-% Ti; nicht mehr als 0,1 Gew.-% Nb; nicht mehr als 0,1 Gew.-% V; nicht mehr als 0,010 Gew.-% N; nicht mehr als 0,0035 Gew.-% 0; eines oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus nicht mehr als 0,2 bis 2,0% Cu, 0,2 bis 2,0% Ni, 0,2 bis 2,0% Cr und 0,05 bis 2,0% Mo besteht, wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind und das Eindurchlauf-Unterpulverschweißen unter Verwendung eines sauerstoffarmen Schweiß-Flussmittels durchgeführt wird, das umfasst: 20 bis 35 Gew.-% SiO₂, 3 bis 10 Gew.-% MnO, 10 bis 25 Gew.-% CaO, 2 bis 7 Gew.-% MgO, 25 bis 40 Gew.-% CaF₂, 3 bis 14 Gew.-% Al₂O₃ und 0 bis 5 Gew.-% BaO; und eines kohlenstoffarmen Schweißdrahtes, der umfasst: 0,01 bis 0,10 Gew.-% C, nicht mehr als 0,5 Gew.-% Si, 1,2 bis 3,5 Gew.-% Mn, nicht mehr als 0,02 Gew.-% P, nicht mehr als 0,02 Gew.-% S, nicht mehr als 4,0 Gew.-% Ni, nicht mehr als 1,5 Gew.-% Cr, nicht mehr als 1,5 Gew.-% Mo, nicht mehr als 0,15 Gew.-% Ti, nicht mehr als 0,01 Gew.-% N, und nicht mehr als 0,01 Gew.-% 0; wobei Schweißgut, das mit dem Eindurchlauf-Unterpulverschweißen erzeugt wird, enthält: 0,02 bis 0,10 Gew.-% C; 0,1 bis 0,6 Gew.-% Si; 1,0 bis 2,7 Gew.-% Mn; nicht mehr als 0,02 Gew.-% P; nicht mehr als 0,02 Gew.-% S; nicht mehr als 0,02 Gew.-% Al; 0,007 bis 0,028 Gew.-% Ti; nicht mehr als 0,1 Gew.-% V; nicht mehr als 0,06 Gew.-% Nb; nicht mehr als 0,01 Gew.-% N; 0,011 bis 0,038 Gew.-% O; eines oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus nicht mehr als 1,0% Cu, nicht mehr als 2,0% Ni, nicht mehr als 1,0% Cr, nicht mehr als 1,0% Mo und nicht mehr als 0,01% B besteht; wobei ein P_WM-Wert wie unten festgelegt zwischen 0,18 und 0,33 liegt und der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind; und wobei das Schweißgut eine Mikrostruktur hat, die Nadelferrit in einem Flächenverhältnis von nicht weniger als 55% enthält: P_WM = P_cm + 3,19Ti – 1,020 , und P_cm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B .
Verfahren zum Herstellen eines hochfesten und hochzähen, großkalibrigen geschweißten Stahlrohrs nach Anspruch 1, wobei das Schweißgut, das mit dem Eindurchlauf-Unterpulverschweißen erzeugt wird, einen P_rh-Wert wie unten festgelegt von weniger als 2,8 umfasst; P_rh = Cr + Cu + Ni + 2Mo + 10 V + 7 Nb + 5Ti.
Hochfestes und hochzähes, großkalibriges geschweißtes Stahlrohr, das eine UO-geformte Stahlplatte umfasst, die auf einen größeren Durchmesser gedehnt wird, nachdem die Stahlplatte mit einem Eindurchlauf-Unterpulverschweißen von der Innenseite und der Außenseite der gepressten Stahlplatte zusammengefügt wurde, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlplatte umfasst: 0,05 bis 0,10 Gew.-% C; 0,1 bis 0,5 Gew.-% Si; 1,2 bis 2,5 Gew.-% Mn; nicht mehr als 0,010 Gew.-% P; nicht mehr als 0,008 Gew.-% S; nicht mehr als 0,1 Gew.-% Al; 0,008 bis 0,055 Gew.-% Ti; nicht mehr als 0,1 Gew.-% Nb; nicht mehr als 0,1 Gew.-% V; nicht mehr als 0,010 Gew.-% N; nicht mehr als 0,0035 Gew.-% O; eines oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus nicht mehr als 0,2 bis 2,0% Cu, 0,2 bis 2,0% Ni, 0,2 bis 2,0% Cr und 0,05 bis 2,0% Mo besteht; wobei der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind; wobei das Schweißgut, das mit dem Eindurchlauf-Unterpulverschweißen erzeugt wird, umfasst: 0,02 bis 0,10 Gew.-% C; 0,1 bis 0,6 Gew.-% Si; 1,0 bis 2,7 Gew.-% Mn; nicht mehr als 0,02 Gew.-% P; nicht mehr als 0,02 Gew.-% S; nicht mehr als 0,02 Gew.-% Al; 0,007 bis 0,028 Gew.-% Ti; nicht mehr als 0,1 Gew.-% V; nicht mehr als 0,06 Gew.% Nb; nicht mehr als 0,01 Gew.-% N; 0,011 bis 0,038 Gew.% O; eines oder mehrere Elemente, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die aus nicht mehr 1,0% Cu, nicht mehr als 2,0% Ni, nicht mehr als 1,0% Cr, nicht mehr als 1,0% Mo und nicht mehr als 0,01% B besteht; wobei ein wobei ein P_WM-Wert wie unten festgelegt zwischen 0,18 und 0,33 liegt und der Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen sind; und wobei das Schweißgut eine Mikrostruktur hat, die Nadelferrit in einem Flächenverhältnis von nicht weniger als 55% enthält: P_WM = P_cm + 3,19Ti – 1,020 , und P_cm = C + Si/30 + (Mn + Cu + Cr)/20 + Ni/60 + Mo/15 + V/10 + 5B , wobei dieses Rohr mit dem Verfahren nach Anspruch 1 erzeugt werden kann.
Hochfestes und hochzähes, großkalibriges geschweißtes Stahlrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schweißgut, das mit dem Eindurchlauf-Unterpulverschweißen erzeugt wird, einen P_rh-Wert wie unten festgelegt von weniger als 2,8 hat; P_rh = Cr + Cu + Ni + 2Mo + 10V + 7Nb + 5Ti.