DE69805896T2

DE69805896T2 - Geschweisste hochfeste Stahlstrukturen und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69805896T2
Application number: DE69805896T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Hamada; Yu-Ichi Komizo; Takeshi Moncho
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 2003-03-20
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: DE69805896D1; NO981348D0; US6188037B1; NO323347B1; EP0867520A3; CA2231985A1; EP0867520B1; NO981348L; CA2231985C; EP0867520A2

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft geschweißte hochfeste Stahlkonstruktionen wie geschweißte Stahlrohre, Rohrleitungen, marine Konstruktionen, Druckbehälter und Tanks, die aus einem Stahl gebildet sind, der eine Zugfestigkeit (Rm) von mindestens 900 MPa und ausgezeichnete Zähigkeit bei niedrigen Temperaturen besitzt, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung.

Stand der Technik

Bei Rohrleitungen für den Transport von Erdgas, Erdöl und dergleichen über große Entfernungen hinweg wird die Transporteffizienz durch erhöhten Betriebsdruck verbessert, wodurch die Transportkosten verringert werden. Um den Betriebsdruck zu erhöhen, muss auch die Wanddicke des Rohrs vergrößert oder die Festigkeit des Rohrmaterials erhöht werden. Die Vergrößerung der Wanddicke des Rohrs bedeutet jedoch eine Verschlechterung der Schweißbarkeit vor Ort und die Notwendigkeit, die Fundamente zu verstärken, damit sie dem vergrößerten Gewicht der Rohrleitung entsprechen. Unter diesen Umständen entsteht ein verstärkter Bedarf an der Verbesserung der Festigkeit geschweißter Stahlrohre. So hat beispielsweise in jüngster Zeit das American Petroleum Institute (API) geschweißte Stahlrohre der Qualität X80 mit einer Streckgrenze (Re) von mindestens 551 MPa und einer Rm von mindestens 620 MPa standardisiert und in die Praxis umgesetzt.
Als Ergebnis der Verbesserung der Festigkeit geschweißter Stahlrohre ist bekannt, dass die Herstellung geschweißter Stahlrohre mit einer Qualität von bis zu X100 (Re: mindestens 689 MPa, Rm: mindestens 760 MPa), basierend auf dem Verfahren zur Herstellung von geschweißten Stahlrohren mit X80-Qualität, machbar ist. Weiterhin ist hochfester Stahl mit ausgezeichneter Kaltzähigkeit und Schweißbarkeit vor Ort und einer Rm von mindestens 950 MPa (offengelegte japanische Patentanmeldungen (kokai) Nr. 8-104 922 und 8-209 291) vorgeschlagen worden.
Soweit es die Kaltzähigkeit und die Beständigkeit gegen Kaltschweißrisse bei einem relativ kleinen Wärmeeintrag betrifft, ist die Herstellung von Stahlerzeugnissen, die für geschweißte hochfeste Stahlrohre verwendet werden, aufgrund der zuvor genannten technischen Entwicklung machbar. Jedoch erfordert die Herstellung hochfester geschweißter Stahlrohre nicht nur oben genannten hochfesten Stahl, sondern auch einen hochfesten Zusatzwerkstoff mit geeigneter Zähigkeit. Dabei ist bekannt, dass die Zähigkeit des Zusatzwerkstoffs durch ein feineres Gefüge erhöht wird. Insbesondere wird die praktische Verwendung eines Zusatzmetalls vergrößert, in welchem feiner "nadelförmiger Ferrit" durch Einstellung des Al/O-(Sauerstoff-)Wertes durch Zugabe von Ti- und B-Spuren zum Zusatzwerkstoff eingestellt wird. Die Festigkeit, die durch nadelförmigen Ferrit erreicht wird, ist jedoch im Allgemeinen begrenzt. Durch nadelförmigen Ferrit im Zusatzwerkstoff kann keine Rm von mindestens 900 MPa auf stabile Weise erhalten werden. Demgemäß muss, um eine Rm von 900 MPa bei geeigneter Zähigkeit zu erhalten, ein anderes Verfahren angewendet werden. Insbesondere sinkt, wenn der Wärmeeintrag beim Schweißen erhöht wird, um dessen Effizienz zu verbessern, die Abkühlungsgeschwindigkeit des Zusatzwerkstoffs. Dementsprechend wird es schwierig, eine Rm von mindestens 900 MPa zu erreichen.
In EP-A-753 596 ist ein schweißbarer hochfester Stahl für Rohrleitungen mit einem Martensit/Bainit-Mischgefüge, einer Zugfestigkeit von mindestens 950 MPa und einer ausgezeichneten Kaltzähigkeit offenbart. Insbesondere ist dieser Stahl durch ein Gefüge gekennzeichnet, das mindestens 60% angelassenes Martensit enthält, der aus nicht rekristallisiertem Austenit mit einer mittleren Korngröße von höchstens 10 um umgewandelt worden ist. Es ist jedoch schwierig, dieses Martensit/Bainit-Mischgefüge in einem Zusatzwerkstoff zu erhalten und die Eigenschaften des Zusatzwerkstoffs zu verbessern, da das Gefüge des Zusatzwerkstoffs durch einen Erstarrungsvorgang nach dem Schweißen gebildet wird, das dem gemischten Martensit/Bainit-Gefüge nicht ähnlich ist, das durch Walzen und/oder eine Wärmebehandlung erzeugbar ist.
In JP-A-3 060 894 ist ein Zusatzwerkstoff mit einer Hochtemperaturzähigkeit offenbart, wobei aber die Zugfestigkeit des Zusatzwerkstoffs bei Raumtemperatur höchstens 690 MPa beträgt.

Beschreibung der Erfindung

Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, geschweißte hochfeste Stahlkonstruktionen (geschweißte Stahlrohre, Rohrleitungen, marine Konstruktionen und dergleichen) mit Kaltzähigkeit und einer Rm von mindestens 900 MPa, selbst wenn sie mit einem Wärmeeintrag von bis zu 10 kJ/mm geschweißt werden, sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bereitzustellen. Insbesondere besteht eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, geschweißte Stahlrohre bereitzustellen, deren Zusatzwerkstoff folgende Parameter hat.
Zugfestigkeit: Rm ≥ 900 MPa
Schlagzähigkeit: Schlagarbeit in der Hochlage ≥ 80 J,
Übergangstemperatur beim Bruch vTs ≤ -50ºC.
Im Allgemeinen wird mit sinkender Temperatur der Stahl spröder, und es wird wahrscheinlicher, dass, ausgelöst von einem kleinen Fehler, ein Sprödbruch auftritt. Dabei dient die Übergangstemperatur vTs beim Bruch als Maß für die Temperatur, bei welcher von einem Fehler, der so klein ist, dass er von einer üblichen zerstörungsfreien Werkstoffprüfung nicht gefunden werden kann, kein Sprödbruch verursacht wird. Je niedriger die vTs, umso weniger wahrscheinlich ist die Auslösung eines Sprödbruchs. Die Schlagarbeit in der Hochlage dient als Maß dafür, wieviel Energie für die Ausbreitung eines duktilen Bruchs erforderlich ist. Je höher die Schlagarbeit in der Hochlage ist, umso weniger wahrscheinlich ist die Auslösung eines instabilen duktilen Bruchs.
Um diese Aufgaben zu lösen, sind von den Erfindern verschiedene Schweißverbindungen durch Unterpulver-(UP-)Schweißen und Metall-Gas-Schweißen (MG-Schweißen) hergestellt und ihre Festigkeit und Kaltzähigkeit geprüft worden. Insbesondere wurden durch die Verwendung von Grundmetallen und Schweißdrahten mit verschiedener Zusammensetzung und von Schweißpulvern mit unterschiedlichen Basizitätsgraden die Metallkomponenten des Zusatzwerkstoffs und der Sauerstoffgehalt des Zusatzwerkstoffs variiert. Der Sauerstoffgehalt des Zusatzwerkstoffs, der durch UP-Schweißen gebildet wurde, wurde hauptsächlich durch Veränderung der Zusammensetzung des Schweißpulvers eingestellt.
Die so erhaltenen Zusatzwerkstoffe wurden auf ihre Kaltzähigkeit geprüft, wobei Folgendes herausgefunden wurde.
a) Wie Fig. 1 zu entnehmen, steigt die Rm des Zusatzwerkstoffs mit Pcm (wird später definiert), wobei einige Zusatzwerkstoffe eine Rm von mindestens 900 MPa und ein Pcm von 0,25% oder darüber aufweisen,
b) bei Zusatzwerkstoffen mit einer Rm von mindestens 900 MPa nimmt unterer Bainit einen beträchtlichen Anteil am Gefüge ein; im Gegensatz dazu weisen Zusatzwerkstoffe mit einer Rm von weniger als 900 MPa ein Gefüge auf, das hauptsächlich aus feinem nadelförmigen Ferrit besteht,
c) wie dem Vergleich von Zusatzmetallen mit gleichen Pcm-Werten zu entnehmen, zeigen Zusatzwerkstoffe mit einem Al/O-(Sauerstoff-)Wert von über 0,6 eine deutlich erhöhte Rm; auch bei einem Pcm von 0,25% oder darüber steigt der Anteil an unterem Bainit mit dem Al/O-Wert; bei einem Al/O-Wert von 1,2 oder darüber wird der untere Bainit im Gefüge vorherrschend; bei einem Pcm von 0,25% oder darüber und einem Al/O- Wert von 0,6 bis 1,2 wird nur ein Mischgefüge aus nadelförmigem Ferrit und unterem Bainit beobachtet, wobei sich oberer Bainit kaum beobachten lässt,
d) wenn sich das Gefüge von nadelförmigem Ferrit zu oberem Bainit mit steigendem Al/O ändert, tritt eine deutliche Verschlechterung (Erhöhung) der Übergangstemperatur beim Bruch auf; im Gegensatz dazu wird, wenn das Gefüge sich von nadelförmigem Ferrit zu unterem Bainit ändert, die Zähigkeit kaum verschlechtert,
e) die Schlagarbeit in der Hochlage nimmt mit zunehmender Festigkeit des Zusatzwerkstoffs und mit steigendem Sauerstoffgehalt des Zusatzwerkstoffs ab.
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht in der Bereitstellung der folgenden geschweißten hochfesten Stahlkonstruktionen und des folgenden Verfahrens zu deren Herstellung. In der anschließenden Beschreibung bedeutet "%" bei einem Legierungselement "Gew.-%", sofern nichts anderes angegeben ist.
(1) Geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion, wobei das Grundmetall ein Stahl ist, dessen Gefüge im Wesentlichen von einem Mischgefüge aus Martensit und unterem Bainit gebildet wird, und welcher eine Zugfestigkeit von mindestens 900 MPa besitzt, und der Zusatzwerkstoff ein Stahl ist, dessen Zugfestigkeit mindestens 900 MPa beträgt, folgende Legierungselemente in Gewichtsprozenten enthält: C 0,01% bis 0,15%, Si: 0,02% bis 0,6%, Mn: 0,6% bis 3%, Al: 0,004% bis 0,08%, Ti: 0,003% bis 0,03 %, O (Sauerstoff): höchstens 0,06%, B: 0,0002% bis 0,005%, Cu: 0% bis 1,2%, Ni: 0% bis 3%, Cr: 0% bis 1,2%, Mo: 0% bis 1%, V: 0% bis 0,05% und Nb: 0% bis 0,05% und nachstehenden Gleichungen 1) und 2) genügt:
1) 0,25 ≤ Pcm ≤ 0,32
Pcm = C + (Si/30) + (Mn/20) + (Ni/60) + (Cu/20) + (Cr/20) + (Mo/15) + (V/10) + 5B
2) 0,6 ≤ Al/O (Sauerstoff) 1,4,
wobei die Elementsymbole in den Gleichungen 1) und 2) für ihren Anteil (Gew.-%) am Stahl stehen.
(2) Geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion wie in (1) beschrieben, wobei die Zugfestigkeit des Zusatzwerkstoffs um 20 bis 150 MPa höher als die des Grundmetalls ist.
(3) Geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion wie in (2) beschrieben, wobei das Grundmetall 0,0002 bis 0,0025 Gew.-% B enthält und sein Ceq-Wert 0,4 bis 0,58% beträgt und der Ceq-Wert des Zusatzwerkstoffs um 0,08 bis 0,3% größer als der des Grundmetalls ist.
(4) Geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion wie in (2) beschrieben, wobei das Grundmetall im Wesentlichen kein B enthält und sein Ceq-Wert 0,53 bis 0,7% beträgt und der Ceq-Wert des Zusatzwerkstoffs um 0,05 bis 0,2% größer als der des Grundmetalls ist.
(5) Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Stahlrohrs als geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion wie in (1) beschrieben, das die Stufen Biegen eines Stahlblechs zu einer röhrenförmigen Gestalt und Nahtschweißen der Stöße des Stahlblechs durch Unterpulverschweißen umfasst.
(6) Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Stahlrohrs als geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion wie in einem Punkt von (l) bis (5) beschrieben, wobei das Nahtschweißen durch Unterpulverschweißen mit einer Wärmeleistung von 3 bis 10 kJ/mm durchgeführt wird.
(7) Verfahren zur Herstellung einer Rohrleitung, das die Stufen Aneinanderlegen der Stöße zweier benachbarter Stahlrohre mit einer Zugfestigkeit von mindestens 900 MPa und Verschweißen der Stöße durch Metall-Gas-Lichtbogenschweissen umfasst, wobei der Zusatzwerkstoff der miteinander verschweißten Stöße ein Stahl ist, dessen Zugfestigkeit mindestens 900 MPa beträgt, der folgende Elemente in Gewichtsprozentanteilen enthält: C: 0,01% bis 0,15%, Si: 0,02% bis 0,6%, Mn: 0,6% bis 3%, Al: 0,004% bis 0,08%, Ti: 0,003% bis 0,03%, 0 (Sauerstoff): höchstens 0,06%, B: 0,0002% bis 0,005%, Cu: 0% bis 1,2%, Ni: 0% bis 3%, Cr: 0% bis 1,2%, Mo: 0 % bis 1%, V: 0% bis 0,05% und Nb: 0% bis 0,05% und den obigen Gleichungen 1) und 2) genügt.
(8) Verfahren zur Herstellung einer Rohrleitung wie in (7) beschrieben, wobei die Zugfestigkeit des Zusatzwerkstoffs der miteinander verschweißten Stöße um 20 bis 150 MPa höher als die des Grundmetalls ist.
In den zuvor beschriebenen (1), (2), (3) und (4) betrifft das Grundmetall hauptsächlich ein Stahlblech, kann aber auch ein warmgewalztes Stahlcoil, ein nahtloses Stahlrohr oder ein geschweißtes Stahlrohr sein. Wenn das Grundmetall ein geschweißtes Stahlrohr ist, betrifft die erfindungsgemäße geschweißte Stahlkonstruktion eine Rohrleitung. Die "geschweißte Stahlkonstruktion" kann eine marine Konstruktion, ein Tank oder dergleichen sein. Wenn auch das Grundmetall hauptsächlich der zuvor beschriebene Stahl ist, ist auch eine Kon struktion, die aus einem Grundmetall mit Verbindungen aus einem anderen Metall aufgebaut ist, im Erfindungsumfang enthalten.
In den zuvor beschriebenen (5) und (6) betrifft das Grundmetall ein Stahlblech oder ein warmgewalztes Stahlcoil, und das erfindungsgemäße "Verfahren zur Herstellung einer geschweißten Stahlkonstruktion" ist auf das "Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Stahlrohrs" beschränkt. In den zuvor beschriebenen (7) und (8) ist das Grundmetall ein nahtloses Stahlrohr oder ein geschweißtes Stahlrohr und ist das erfindungsgemäße "Verfahren zur Herstellung einer Stahlkonstruktion" auf das "Verfahren zur Herstellung einer Rohrleitung" beschränkt.
In den zuvor beschriebenen (l), (2), (3) und (4) betrifft die "geschweißte Stahlkonstruktion" auch eine Stahlkonstruktion, die durch ein Verfahren hergestellt ist, das kein Unterpulverschweißen oder Metall-Gas-Schweißen ist.
In weiter oben beschriebener (6) betrifft bei einem Mehrelektrodenschweißen mit einem Schweißbad der Wärmeeintrag durch Schweißen den gesamten Wärmeeintrag der Elektroden pro Durchgang.
In den weiter oben beschriebenen (l), (2), (3) und (4) besteht, wenn das Grundmetall ein geschweißtes Stahlrohr ist, das Grundmetall, d. h. das geschweißte Stahlrohr, aus einem geschweißten Metallteil und einem Teil, der zuvor ein Stahlblech war. Dabei wird die Beschränkung auf das Grundmetall, d. h. die Definition "ein Grundmetall ist ein Stahlmaterial, dessen Gefüge aus einem Mischgefüge aus Martensit und unterem Bainit gebildet ist", nur auf den Teil, der zuvor ein Stahlblech war und nicht auf den geschweißten Metallteil angewendet. Auch wird die Beschränkung auf Ceq nur auf den Teil angewendet, der zuvor ein Stahlblech war. In diesem Fall entspricht das "geschweißte Metall" demjenigen eines geschweißten Umfangsteils oder demjenigen eines nahtgeschweißten Teils.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Rm und Pcm im geschweißten Metall,
Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Einfluss von Ceq auf Rm sowohl bei Grundmetallen, B- haltigem Stahl und B-freiem Stahl (Stahl, der im Wesentlichen kein B enthält,
Fig. 3 ist eine Tabelle, welche die chemische Zusammensetzung von Grundmetallen (Stahlblechen), die im Versuch 1 der Beispiele verwendet worden waren,
Fig. 4 ist eine Tabelle, welche die chemische Zusammensetzung von Schweißdrähten für UP-Schweißen, die in Versuch 1 der Beispiele verwendet worden waren,
Fig. 5 ist eine Tabelle, welche die chemische Zusammensetzung von Zusatzwerkstoffen, die in Versuch 1 der Beispiele getestet worden waren, und die Gehalte an Hauptbestandteilen,
Fig. 6 ist eine Tabelle, welche die chemische Zusammensetzung von Zusatzwerkstoffen, die in Versuch 1 der Beispiele getestet worden waren, und die Gehalte an optionalen Elementen,
Fig. 7 ist eine Tabelle, welche die Ergebnisse des Versuchs der Beispiele,
Fig. 8 ist eine Tabelle, welche die chemische Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffs, der in Versuch 2 der Beispiele getestet worden war,
Fig. 9 ist eine Tabelle, welche die Ergebnisse von Versuch 2 der Beispiele,
Fig. 10 ist eine Tabelle, welche die chemische Zusammensetzung von Zusatzwerkstoffen, die in Versuch 3 der Beispiele getestet worden waren, und
Fig. 11 ist eine Tabelle, welche die Ergebnisse von Versuch 3 der Beispiele zeigt.

Beste erfindungsgemäße Ausführungsform

Anschließend werden die Gründe für die oben genannten erfindungsgemäßen Beschränkungen beschrieben.

1. Grundmetall

Rm und Gefüge

Die Erfindung wird auf geschweißte hochfeste Stahlkonstruktionen mit einer Rm von mindestens 900 MPa angewendet. Demgemäß muss die Rm des Grundmetalls mindestens 900 MPa betragen. Auch ist, um dem Grundmetall eine vorteilhafte Zähigkeit zu verleihen, das Gefüge des Grundmetalls ein Mischgefüge aus Martensit und unterem Bainit. Wenn das Gefüge des Grundmetalls eine einzige Phase aus Martensit ist oder teilweise ausgebildeten oberen Bainit enthält, erreicht die Zähigkeit des Grundmaterials nicht die gewünschte Höhe.
Bei den oben beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren (10), (11) und (12) ist es erforderlich, dass ein Stahlrohr eine Rm von mindestens 900 MPa besitzt. Jedoch ist vorzugsweise das Gefüge des Stahlblechteils (des Teils, der nicht aus Zusatzwerkstoff besteht) eines geschweißten Stahlrohrs oder das Gefüge eines nahtlosen Stahlrohrs ein Mischgefüge aus Martensit und unterem Bainit, wobei das Kohlenstoffäquivalent im oben genannten Bereich liegt, unabhängig davon, ob B enthalten ist.

B und Ceq

B wird erforderlichenfalls zugesetzt. In dem Bereich des Stahls, der von der Außenseite bis zur Mitte in Dickenrichtung geht, muss, um das oben genannte Mischgefüge auszubilden, die Härtbarkeit eingestellt werden. Der Einfluss von C, Mn, Cu, Ni, Cr, Mo und V auf die Härtbarkeit wird durch das Kohlenstoffäquivalent Ceq bewertet, dessen Definition die Gehalte an diesen Elementen beinhaltet. Erfindungsgemäß beinhaltet die Definition von Ceq keinen Borgehalt. Jedoch muss, wenn sogar eine Spur von B merklich zur Verbesserung der Härtbarkeit beiträgt, dieser Beitrag des B berücksichtigt werden.
Ist B enthalten, wird das Kohlenstoffäquivalent unter dasjenige des B-freien Stahls gesenkt, um ein übermäßig ausgehärtetes Gefüge zu vermeiden. D. h., dass Ceq von B-haltigem Stahl auf 0,4 bis 0,58% gesetzt wird. Bei einem Ceq-Wert von unter 0,4% kann, selbst wenn der Einfluss von B ausreichend erhalten wird, eine Rm von 900 MPa auf zuverlässige Weise nicht erhalten werden. Demgemäß sollte der Ceq-Wert mindestens 0,4% betragen. Im Gegensatz dazu wird bei einem Ceq-Wert von über 0,58%, wenn der Einfluss von B sichtbar zu erkennen ist, die Härtbarkeit übermäßig hoch und demzufolge die Zähigkeit verschlechtert. Deshalb wird ein Ceq-Wert von nicht mehr als 0,58% angewendet.
Um einen stabilen Einfluss des B zu erhalten, sollte der Borgehalt mindestens 0,0002% betragen. Im Gegensatz dazu wird, wenn der Borgehalt mehr als 0,0025% beträgt, die Zähigkeit von HAZ deutlich verschlechtert. Deshalb wird die Obergrenze für den Borgehalt vorzugsweise auf 0,0025% festgelegt. Um eine ausreichende Zähigkeit und Härtbarkeit von HAZ zu erhalten, beträgt der Borgehalt vorzugsweise 0,0005 bis 0,002%.
B hat keinen Einfluss auf die Verbesserung der Härtbarkeit in einem Bereich, der an den Zusatzwerkstoff von HAZ angrenzt. Somit wird die Aushärtung um einen Grad gesenkt, der der Verringerung des Ceq-Wertes entspricht, wodurch die Empfindlichkeit gegenüber Schweißrissen abnimmt. Jedoch neigt B zur Vergrößerung der mittleren Länge von Martensit und unterem Bainit in ihren Wachstumsrichtungen. Somit wird, wenn eine gewisse Vergrößerung der Empfindlichkeit gegenüber Schweißrissen akzeptabel ist und eine ausgezeichnete Zähigkeit erreicht werden muss, B nicht eingesetzt. B hat, wenn es mit einem Anteil von unter 0,0002% enthalten ist, keinen Einfluss auf die Verbesserung der Härtbarkeit. Demgemäß meint der Fall, in welchem B im Wesentlichen nicht enthalten ist, d. h. Bfreier Stahl, einen Borgehalt von unter 0,0002%. Bei B-freiem Stahl wird ein Ceq-Wert von 0,53 bis 0,7% angewendet, um die erforderliche Härtbarkeit des Grundmetalls zu erhalten. Liegt der Ceq-Wert unter 0,53%, wird die Härtbarkeit unzureichend, was darin resultiert, dass keine Rm von mindestens 900 MPa erhalten wird. Im Gegensatz dazu ist, wenn der Ceq-Wert 0,7 übersteigt, die Härtung übermäßig, was in einer Verschlechterung der Haltbarkeit resultiert. Deshalb wird die Obergrenze des Ceq-Werts auf 0,7% festgelegt.

2. Zusatzwerkstoff

Die chemische Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffs für eine geschweißte Strahlkonstruktion wird wie weiter oben beschrieben aus folgenden Gründen beschränkt.

O (Sauerstoff): nicht mehr als 0,06%

O ist im Zusatzwerkstoff hauptsächlich in Form von Oxiden enthalten. Wenn der Sauerstoffgehalt steigt, nimmt die Schlagarbeit in der Hochlage, wie sie im Charpy- Kerbschlagbiegeversuch erhalten wird, ab. Dementsprechend ist ein niedriger Sauerstoffgehalt bevorzugt. Die Obergrenze des Sauerstoffgehalts beträgt 0,06% und vorzugsweise 0,04%. Obwohl ein niedriger Sauerstoffgehalt bevorzugt ist, beträgt beim im Allgemeinen praktizierten Schmelzschweißen (UP-Schweißen, MG-Schweißen, Laserschweißen und dergleichen) die Untergrenze des Sauerstoffgehaltes etwa 0,005%. Damit der O-Gehalt nicht größer als 0,06 Gew.-% wird, beträgt der Basizitätsgrad des Schweißpulvers vorzugsweise nicht mehr als 1,0.

Al/O (Sauerstoff): 0,6 bis 1,4

Wenn das Gewichtsverhältnis von Al zu 0 im Zusatzwerkstoff unter 0,6 liegt, wird das Gefüge von nadelförmigem Ferrit dominiert und demzufolge eine ausreichend hohe Festigkeit nicht erhalten. Übersteigt der Al/O-Wert 0,6, beginnt der nadelförmige Ferrit abzunehmen und die Festigkeit höher zu werden. Im Gegensatz dazu bildet sich, wenn der Al/O-Wert 1,2 übersteigt, nadelförmiger Ferrit im Wesentlichen nicht und die Festigkeit erhöht sich langsam mit dem Al/O-Wert. Somit geht eine übermäßige Zunahme des Al/O-Wertes nicht nur mit einer Erhöhung der Festigkeit einher, sondern verursacht auch die Bildung grober Al- Oxide, was einen nachteiligen Einfluss auf die Zähigkeit hat. Demgemäß wird die Obergrenze des Al/O-Wertes auf 1,4 festgelegt. Vorzugsweise beträgt die Untergrenze des Al/O- Wertes 0,8 und die Obergrenze des Al/O-Wertes 1,2. Die Art und Weise wie der Al/O-Wert des Zusatzwerkstoffs in den Bereich von 0,6 bis 1,4 gebracht wird, wird weiter unten in 5. Schweißverfahren erläutert.

Pcm: 0,25 bis 0,32%

Um dem Zusatzwerkstoff ausreichende Festigkeit und Zähigkeit zu verleihen, werden nicht nur die Bereiche des Gehalts an einzelnen Elementen wie zuvor beschrieben begrenzt, sondern es muss auch der Bereich des Pcm-Wertes begrenzt werden. Liegt der Pcm-Wert unter 0,25% wird keine ausreichende Festigkeit erhalten und anstelle von unterem Bainit bildet sich oberer Bainit. Die Bildung von oberen Bainit führt zu einer deutlichen Verschlechte rung der Übergangstemperatur beim Bruch. Im Gegensatz dazu nimmt, wenn der Pcm-Wert 0,32% übersteigt, die Festigkeit übermäßig zu, weshalb die Schlagarbeit in der Hochlage verschlechtert wird, was dazu führt, dass die gewünschten Eigenschaften nicht erhalten werden. Auch ist, um die Beständigkeit gegenüber Kaltrissen zu verbessern, ein kleinerer Pcm-Wert bevorzugt.
Wenn die Gehalte an Legierungselementen wie weiter unten beschrieben begrenzt werden, ist die Bedingung "eine Rm von mindestens 900 MPa" automatisch erfüllt, weshalb eine spezielle Beschränkung der Rm nicht erforderlich ist. Wenn jedoch die Gehalte an Legierungselementen nicht beschränkt werden, muss die Beschränkung der Rm "mindestens 900 MPa" für den Zusatzwerkstoff zusätzlich zu den oben genannten Beschränkungen für den Sauerstoffgehalt, Al/O-Wert und Pcm-Wert aufgestellt werden.
Wenn die folgenden Beschränkungen der Gehalte der Legierungselemente eingehalten werden, braucht für die Rm keine Beschränkung aufgestellt werden.

C: 0,01 bis 0,15%

Um eine ausreichende Festigkeit des Zusatzwerkstoffs zu erhalten, muss der Kohlenstoffgehalt mindestens 0,01% betragen. Übermäßiger Kohlenstoffgehalt verursacht jedoch eine Zunahme der Carbidausscheidungen und eine Vergröberung der Carbide. Deshalb wird die Obergrenze für den Kohlenstoffgehalt auf 0,15% festgelegt. Um eine günstige Zähigkeit zu erhalten, beträgt der Kohlenstoffgehalt vorzugsweise höchstens 0,1% und noch bevorzugter höchstens 0,08%.

Si: 0,02 bis 0,6%

Si erhöht, wenn es zugegeben wird, die Festigkeit des Zusatzwerkstoffs und hat eine desoxidierende Wirkung. Um solche Wirkungen zu erhalten, beträgt der Siliziumgehalt des Zusatzwerkstoffs mindestens 0,02%. Jedoch verursacht ein übermäßiger Siliziumanteil eine Verschlechterung der Zähigkeit des Zusatzwerkstoffs und eine Erhöhung der Empfindhch keit gegenüber Schweißrissen. Deshalb wird die Obergrenze des Siliziumgehalts auf 0,6% festgelegt.

Mn: 0,6 bis 3%

Mn erhöht, wie Si, die Festigkeit des Zusatzwerkstoffs und hat eine desoxidierende Wirkung. Um diese Wirkungen zu erhalten, wird die Untergrenze des Mangangehalts auf 0,6% festgelegt. Ein Mangangehalt von über 3% verursacht jedoch eine Verschlechterung der Zähigkeit des Zusatzwerkstoffs und eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Schweißrissen. Deshalb wird die Obergrenze des Mangangehalts auf 3% festgelegt. Für eine günstiger Zähigkeit und Empfindlichkeit gegen Schweißrisse beträgt der Mangangehalt vorteilhafterweise höchstens 2,5% und noch bevorzugter höchstens 1,7%.

Al: 0,004 bis 0,08%

Al ist ein wichtiges Element, das als Desoxidationsmittel dient. Um die desoxidierende Wirkung zu erhalten, wird die Untergrenze des Aluminiumgehalts auf 0,004% festgelegt. Im Gegensatz dazu verursacht ein übermäßiger Aluminiumgehalt die Bildung von groben Einschlüssen. Deshalb wird die Obergrenze des Aluminiumsgehalt auf 0,08% festgelegt. Erfindungsgemäß ist Al ein sehr wichtiges Element, da es Festigkeit und Zähigkeit des Zusatzwerkstoffs durch Einstellung des Gefüges des Zusatzwerkstoffs erhöht. Damit Al diese Wirkung in ausreichendem Maße aufweist, wird das Verhältnis von Aluminiumgehalt zu Sauerstoffgehalt wie weiter unten beschrieben begrenzt.
Wenn der Aluminiumgehalt 0,004% beträgt, muss, um einen Al/O-(Sauerstoff-)Wert von höchstens 1,4 zu erhalten, der Sauerstoffgehalt mindestens 0,0029% betragen. Diese Anforderung wird ausreichend erfüllt, wie weiter oben in dem Abschnitt über den Sauerstoffgehalt beschrieben.

Ti: 0,003 bis 0,03%

Ti ist ein wichtiges Element, das als Desoxidationsmittel dient. Weiterhin verhindert Ti, dass sich B-Spuren mit N verbinden, wodurch B seine Wirkung der Verbesserung der Härtbarkeit entfaltet und deshalb die Bildung von unterem Bainit effizient beschleunigt, aber die Bildung von nadelförmigem Ferrit unterdrückt. Um diese Wirkung des Ti zu erhalten, wird die Untergrenze des Titangehalts auf 0,003% festgelegt. Im Gegensatz dazu verursacht ein übermäßiger Titangehalt die Ausscheidung von TiC, was zu einer deutlichen Verschlechterung der Zähigkeit des Zusatzwerkstoffs führt. Deshalb wird die Obergrenze des Titangehalts auf 0,03% festgelegt.

B: 0,0002 bis 0,005%

B verbessert, wenn es als Spurenbestandteil zugesetzt wird, die Härtbarkeit deutlich, wodurch es zum Erreichen hoher Festigkeit des Zusatzwerkstoffs beiträgt. Demgemäß wird B in einem Anteil von mindestens 0,0002% zugesetzt. Im Gegensatz dazu verschlechtert ein übermäßiger Borgehalt die Schweißrissbeständigkeit. Deshalb wird die Obergrenze des Borgehalts auf 0,005% festgelegt. Für eine bessere Schweißrissbeständigkeit beträgt der Borgehalt vorzugsweise höchstens 0,004% und noch bevorzugter höchstens 0,003%.

Cu: 0 bis 1,2%

Cu kann nicht enthalten sein. Da Cu zur Festigkeitserhöhung durch Ausscheidungshärtung beiträgt, wird Cu erforderlichenfalls zugesetzt, um eine hohe Festigkeit zu erhalten. Liegt der Kupfergehalt jedoch über 1,2%, wird das Auftreten von Schweißrissen wahrscheinlich. Deshalb sollte, wenn Cu zugesetzt wird, der Kupfergehalt höchstens 1,2% betragen. Um die Schweißrissbeständigkeit zu verbessern, beträgt der Kupfergehalt höchstens 0,8% und vorzugsweise höchstens 0,6%.

Ni: 0 bis 3%

Ni kann nicht enthalten sein. Da Ni für eine Zähigkeitssteigerung hocheffizient ist, wird Ni erforderlichenfalls zugesetzt, um eine hohe Zähigkeit zu erhalten. Liegt der Nickelgehalt jedoch über 3%, wird die Fluidität des geschmolzenen Stahls während des Schweißens schlechter, weshalb wahrscheinlich Schweißfehler auftreten werden. Somit wird, wenn Ni zugesetzt wird, ein Nickelgehalt von höchstens 3% eingesetzt.

Cr: 0 bis 1,2%

Cr kann nicht enthalten sein. Da Cr für die Verbesserung der Härtbarkeit effizient ist, wird Cr zugesetzt, wenn nadelförmiger Ferrit aufgrund einer Verlangsamung der Abkühlungsgeschwindigkeit gebildet werden kann, die durch einen erhöhten Wärmeeintrag beim Schweißen verursacht wird. Liegt jedoch der Chromgehalt über 1,2% treten wahrscheinlich Schweißrisse auf. Somit wird, wenn Cr zugesetzt wird, ein Chromgehalt von höchstens 1,2 % eingesetzt.

Mo: 0 bis 1%

Mo kann nicht enthalten sein. Da Mo für die Verbesserung der Härtbarkeit und für eine Festigkeitserhöhung durch Ausscheidungshärten effizient ist, wird Mo zugesetzt, wenn der Wärmeeintrag beim Schweißen vergrößert oder eine hohe Festigkeit erhalten werden muss. Liegt der Molybdängehalt jedoch über 1%, treten wahrscheinlich Schweißrisse auf. Somit wird, wenn Mo zugesetzt wird, ein Molybdängehalt von höchstens 1% eingesetzt.
V: 0 bis 0,05%
V kann nicht enthalten sein. Da V jedoch für eine Festigkeitserhöhung durch Ausscheidungshärten effizient ist, wird V erforderlichenfalls zugesetzt, um eine hohe Festigkeit zu erhalten. Liegt der Vanadiumgehalt über 0,05%, treten wahrscheinlich Schweißrisse auf. Somit wird, wenn V zugesetzt wird, ein Vanadiumgehalt von höchstens 0,05% eingesetzt.

Nb: 0 bis 0,05%

Nb kann nicht enthalten sein. Da jedoch Nb für die Verbesserung der Härtbarkeit und für eine Festigkeitserhöhung durch Ausscheidungshärten effizient ist, wird Nb zugesetzt, um eine höhere Festigkeit zu erhalten. Liegt der Niobgehalt jedoch über 0,05%, wird die Be ständigkeit gegenüber Schweißrissen verschlechtert. Somit wird, wenn Nb zugesetzt wird, ein Niobgehalt von höchstens 0,05% eingesetzt.
Die Gehalte an unvermeidlichen Verunreinigungen wie P, S und dergleichen sind vorzugsweise niedrig. Die erfindungsgemäßen Merkmale werden jedoch nicht verschlechtert, solange ihre Gehalte am Zusatzwerkstoff wie folgt sind: P höchstens 0,03%, S höchstens 0,02 % und N höchstens 0,01%.
Legierungselemente des Zusatzwerkstoffs werden hauptsächlich sowohl durch UP- Schweißen als auch MG-Schweißen eingetragen. Die Legierungselemente des Zusatzwerkstoffs können jedoch durch ein beliebiges Grundmetall, beliebigen Schweißdraht und beliebiges Schweißpulver eingetragen werden. Die erfindungsgemäßen Merkmale bleiben erhalten, sofern die Endgehalte an Elementen des Zusatzwerkstoffs innerhalb der zuvor genannten Bereiche liegen.
3. Übereinstimmung der Festigkeit von Grundmetall und Zusatzwerkstoff in der geschweißten Stahlkonstruktion
In einer geschweißten Stahlkonstruktion ist keine spezielle Aufmerksamkeit auf die Übereinstimmung der Festigkeit von Grundmetall und Zusatzwerkstoff erforderlich, solange die Komponenten von Grundmetall und Zusatzwerkstoff innerhalb oben genannter Bereiche der Gehalte liegen. Um jedoch zu vermeiden, dass dem Zusatzwerkstoff dieselbe Verwindung wie dem Grundmetall aufgezwungen wird, welcher Fehler wahrscheinlich auftritt, sind folgende Übereinstimmungsbedingungen einzuhalten.
ΔRm: 20 MPa bis 150 MPa
Die Rm des Zusatzwerksstoffs wird um 20 bis 150 MPa höher als diejenige des Grundmetalls eingestellt. Unter dieser Bedingung erträgt das Grundmetall der Verbindung, wenn die Schweißverbindung belastet wird, eine durch die Belastung hervorgerufene größere Verwindung. Da es sehr wahrscheinlich ist, dass der Zusatzwerkstoff einen Fehler aufweist, wenn er einer Verwindung ausgesetzt ist, konzentriert sich die Verwindung an diesem Feh ler, wobei es möglich ist, dass davon ein Sprödriss ausgeht. Liegt die Rm des Zusatzwerkstoffs nur um weniger als 20 MPa höher als diejenige des Grundmetalls ist der Zusatzwerkstoff im Wesentlichen nicht frei von einer Verwindungslast, weshalb ein potenzieller Ursprung für einen Sprödbruch von einem inneren Fehler des Zusatzwerkstoffs bleibt. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Rm des Zusatzwerkstoffs um mehr als 150 MPa höher als diejenige des Grundmetalls ist, die Festigkeit des Zusatzwerkstoffs übermäßig hoch und die Zähigkeit des Zusatzwerkstoffs deutlich schlechter, weshalb selbst eine geringe Verwindung einen Sprödbruch auslösen kann.

ΔCeq

Als Nächstes werden die Gründe für die Festlegung einer Differenz des Kohlenstoffäquivalents zwischen Zusatzwerkstoff und Grundmetall beschrieben. Der Zusatzwerkstoff enthält einen zehn Mal höheren O-(Sauerstoff-)Gehalt als der Grundwerkstoff. Durch diesen hochdichten Sauerstoff werden Oxide gebildet, die Ausgangspunkte für eine Umwandlung (in nadelförmigen Ferrit oder unteren Bainit) werden. Dieses Phänomen wird für die Verbesserung der Zähigkeit genutzt. Jedoch wird, da Martensit weniger wahrscheinlich im Zusatzwerkstoff gebildet wird, wenn dieser und das Grundmetall denselben Ceq-Wert haben, die Festigkeit des Zusatzwerkstoffs geringer als diejenige des Grundmetalls. Die Tatsache, dass der Zusatzwerkstoff porös ist, ist ein weiterer Grund dafür, dass die Festigkeit des Zusatzwerkstoffs niedriger als diejenige des Grundmetalls ist.
In Fig. 2 ist die Wirkung des Ceq auf die Rm von B-haltigen und B-freien Stählen und auf die Rm von Zusatzwerkstoff gezeigt, wenn B-haltige und B-freie Stähle durch UP- Schweißen (Wärmeeintrag: 5 kJ/mm) verschweißt werden. Wie Fig. 2 zu entnehmen, muss der Ceq-Wert des Zusatzwerkstoffs höher als derjenige des Grundmetalls gesetzt werden. Auch muss der Differenz-Ceq-Wert (ΔCeq) für B-haltigen Stahl höher als für B-freien Stahl gesetzt werden (die Wirkung von B im Grundstahl auf die Rm des Zusatzwerkstoffs wurde nicht beobachtet).
In einer geschweißten Konstruktion aus B-freiem Stahl wird der Ceq-Wert des Zusatzwerkstoffs um einen um 0,05 bis 0,2% höheren Wert als derjenige des Grundmetalls gesetzt.
Liegt ΔCeq unter 0,05%, liegt ΔRm nicht innerhalb des oben genannten Bereichs, weshalb die oben genannte Übereinstimmung der Festigkeit von Zusatzwerkstoff und Grundmetall nicht erreicht wird. Im Gegensatz dazu wird, wenn ΔCeq größer als 0,2% wird, die Rm des Zusatzwerkstoffs übermäßig hoch, was in einer Verschlechterung der Zähigkeit des Zusatzwerkstoffs resultiert. Deshalb wird die Obergrenze von ΔCeq auf 0,2% festgelegt.
ΔCeq von B-haltigem Stahl muss höher als diejenige von B-freiem Stahl gesetzt werden und beträgt 0,08 bis 0,3%. Die Ober- und die Untergrenze von ΔCeq werden aus demselben Grund wie im Fall von B-freiem Stahl festgelegt.
Der Schweißdraht für eine Verwendung beim UP-Schweißen oder MG-Schweißen ist nicht besonders beschränkt, wobei jedoch ein Stahl mit folgender Zusammensetzung bevorzugt ist.

4. Schweißdraht

C: 0,02 bis 0,2%

C ist in einem Schweißdraht enthalten, um einen geeigneten Kohlenstoffgehalt des Zusatzwerkstoffs aufzubauen, damit ausreichende Festigkeit erhalten wird. Um diese Wirkung zu erreichen, beträgt die Untergrenze des Kohlenstoffgehalts vorzugsweise 0,02%. Im Gegensatz dazu treten, wenn der Kohlenstoffgehalt zu hoch ist. Schweißrisse auf. Deshalb beträgt die Obergrenze des Kohlenstoffgehalts vorzugsweise 0,2%.

Si: 0,25 bis 0,9%

Si ist ein wichtiges Element, durch welches dem Zusatzwerkstoff ausreichende Festigkeit verliehen wird und welches als Desoxidationsmittel dient. Um diese Wirkungen zu erzielen, wird die Untergrenze des Siliziumgehalts auf 0,25% festgelegt. Ein zu hoher Siliziumgehalt verursacht jedoch eine Verschlechterung der Zähigkeit des Zusatzwerkstoffs und eine Vergrößerung der Empfindlichkeit gegenüber Schweißrissen. Deshalb wird die Obergrenze des Siliziumgehalts auf 0,9% festgelegt.

Mn: 0,7 bis 4%

Mn ist wie Si ein wichtiges Element, das dem Zusatzwerkstoff ausreichend Festigkeit verleiht, und welches als Desoxidationsmittel dient. Um diese Wirkungen zu erzielen, wird die Untergrenze des Mangangehalts auf 0,7% festgelegt. Ein zu hoher Mangangehalt des Schweißdrahts führt jedoch zu einem hohen Mangangehalt des Zusatzmetalls, was in einer Verschlechterung der Zähigkeit des Zusatzmetalls und einer Erhöhung der Empfindlichkeit gegenüber Schweißrissen resultiert. Deshalb wird die Obergrenze des Mangangehalts auf 4 % festgelegt.

Al: 0,02 bis 0,2%

Al ist ein wichtiges Element, das als Desoxidationsmittel dient. Um die desoxidierende Wirkung zu erhalten, wird die Untergrenze des Aluminiumgehalts eines Schweißdrahtes auf 0,02% festgelegt. Im Gegensatz dazu verursacht ein zu hoher Aluminiumgehalt die Bildung grober Einschlüsse im Zusatzwerkstoff. Deshalb wird die Obergrenze des Aluminiumgehalts auf 0,2% festgelegt.

O: höchstens 0,01%

Ein Schweißdraht wird durch Frischen von geschmolzenem Stahl hergestellt. Dementsprechend ist der Sauerstoffgehalt eines Schweißdrahts relativ geringer als derjenige des Zusatzwerkstoffs. Ein Sauerstoffgehalt von über 0,01% verschlechtert jedoch die Formbarkeit und hat eine nachteilige Wirkung auf Oxide, die in der Schweißnaht gebildet werden, was weiter unten beschrieben werden wird. Deshalb beträgt der Sauerstoffgehalt vorzugsweise höchstens 0,01%. Je niedriger der Sauerstoffgehalt eines Schweißdrahts ist, umso besser.

Ti: 0,01 bis 0,05%

Ti ist ein wichtiges Element, das als Desoxidationsmittel dient. Ein Schweißdraht wird üblicherweise durch ein kontinuierliches Gießverfahren hergestellt. In diesem Zusammenhang treten, wenn der Titangehalt unter 0,01% liegt, Risse in der Oberfläche eines kontinuierlich gegossenen Drahtes auf. Deshalb beträgt, um einen ordnungsgemäßen Schweißdraht zu erhalten, der Titangehalt vorzugsweise mindestens 0,01%. Andererseits verursacht ein zu hoher Titangehalt eine große Anzahl von TiC-Ausscheidungen in der Schweißnaht, wodurch eine deutliche Verschlechterung der Zähigkeit der Schweißnaht verursacht wird, deshalb wird die Obergrenze des Titangehalts auf 0,05% festgelegt.

Cu: 0 bis 1,2%

Cu kann nicht enthalten sein. Da Cu für eine Erhöhung der Festigkeit durch Ausscheidung von &epsi;Cu im Stahl wirkungsvoll ist, wird Cu erforderlichenfalls zugesetzt, um eine höhere Festigkeit zu erhalten. Beträgt jedoch der Kupfergehalt mehr als 1,2%, treten wahrscheinlich Schweißrisse auf. Deshalb beträgt der Kupfergehalt höchstens 1,2%.

Ni: 0 bis 3%

Ni kann nicht enthalten sein. Da Ni für die Verbesserung der Zähigkeit der Schweißnaht wirkungsvoll ist, wird Ni erforderlichenfalls zugesetzt, um eine größere Zähigkeit zu erhalten. Wenn jedoch der Nickelgehalt mehr als 3% beträgt, wird die Fluidität des geschmolzenen Stahls beim Schweißen schlecht, was in einem Sinken der Schweißproduktivität resultiert. Deshalb beträgt die Obergrenze des Nickelgehalts vorzugsweise 3%.

Cr: 0 bis 1,2%

Cr kann nicht enthalten sein. Da Cr jedoch eine Wirkung auf die Verbesserung der Härtbarkeit hat, wird Cr zugesetzt, wenn es weniger wahrscheinlich ist, dass sich unterer Bainit aufgrund einer Verlangsamung der Abkühlungsgeschwindigkeit der Schweißnaht durch eine Vergrößerung des Wärmeeintrags bildet. Liegt jedoch der Chromgehalt über 1,2%, treten wahrscheinlich Schweißrisse auf. Somit beträgt, wenn Cr zugesetzt wird, der Chromgehalt vorzugsweise höchstens 1,2%.

Mo: 0 bis 1%

Mo kann nicht enthalten sein. Da jedoch Mo für die Verbesserung der Härtbarkeit und die Erhöhung der Festigkeit durch Ausscheidungshärtung wirksam ist, wird Mo zugesetzt, wenn der Wärmeeintrag durch das Schweißen vergrößert wird. Liegt jedoch der Molybdängehalt über 1%, treten sehr wahrscheinlich Schweißrisse auf. Somit wird, wenn Mo zugesetzt wird, ein Molybdängehalt von höchstens 1% eingesetzt,

V: 0 bis 0,08%

V kann nicht enthalten sein. V ist jedoch für die Erhöhung der Festigkeit durch Ausscheidungshärtung wirksam, weshalb V erforderlichenfalls zugesetzt wird, um eine höhere Festigkeit zu erhalten. Liegt der Vanadiumgehalt über 0,08%, treten wahrscheinlich Schweißrisse auf. Somit beträgt, wenn V zugesetzt wird, der Vanadiumgehalt vorzugsweise höchstens 0,08%.

Nb: 0 bis 0,08%

Nb kann nicht enthalten sein. Da jedoch Nb für die Verbesserung der Härtbarkeit und die Erhöhung der Festigkeit durch Ausscheidungshärtung wirksam ist, wird Nb zugesetzt, wenn der Wärmeeintrag durch das Schweißen relativ hoch ist oder eine höhere Festigkeit erhalten werden soll. Liegt jedoch der Niobgehalt über 0,08%, wird die Zähigkeit der Schweißnaht deutlich verschlechtert, weshalb wahrscheinlich Schweißrisse auftreten werden. Somit wird, wenn Nb zugesetzt wird, ein Niobgehalt von höchstens 0,08% eingesetzt.
Von den unvermeidbaren Verunreinigungen sind beispielsweise P, S, N im Schweißdraht und damit in der Schweißnaht enthalten, wobei P und S die Zähigkeit der Schweißnaht verschlechtem, weshalb der Phosphorgehalt vorzugsweise höchstens 0,02 und der Schwefelgehalt vorzugsweise höchstens 0,02% beträgt. N, falls er mit einem zu hohen Anteil enthalten ist, verursacht die Bildung von Oberflächenrissen beim Ziehen eines Schweißdrahts. Deshalb beträgt der Stickstoffgehalt höchstens 0,01%.

5. Schweißverfahren

Bei dem weiter oben in (9) beschriebenen Herstellungsverfahren wird das UP-Schweißen mit einem Wärmeeintrag von 3 bis 10 kJ/mm durchgeführt. Der Grund für die Anwendung des UP-Schweißens besteht darin, dass der Wärmeeintrag, wie weiter unten beschrieben werden wird, leicht erhöht und damit die Schweißproduktivität gesteigert werden kann und auch darin, dass durch das Schweißen der Schweißnaht von einer Seite auf der anderen Seite der Schweißnaht ein durchgängiges Schweißbad mit vorteilhafter Form erhalten wird.
Beim UP-Schweißen wird, wenn der Wärmeeintrag weniger als 3 kJ/mm beträgt, die erforderliche Rm relativ leicht erhalten, da die Abkühlungsgeschwindigkeit relativ hoch ist. Jedoch treten Schweißfehler wie eine mangelnde Durchdringung der Schweißnaht wahrscheinlich auf, und die Effizienz des Schweißens einer Längsnaht bei einem geschweißten Stahlrohr wird deutlich gesenkt. Dementsprechend wird der Wärmeeintrag auf mindestens 3 kJ/mm festgelegt. Andererseits kann, wenn der Wärmeeintrag mehr als 10 kJ/mm beträgt, eine Rm von mindestens 900 MPa nicht erhalten werden, auch nicht durch die oben beschriebene Einstellung von Legierungselementen wie Al im Zusatzwerkstoff.
Beim UP-Schweißen wird neben dem Schweißdraht ein Schweißpulver verwendet. Ein zu verwendendes Schweißpulver ist vorzugsweise ein Schweißpulver mit einem hohen Basizitätsgrad, beispielsweise ein Schweißpulver mit folgender Zusammensetzung: SiO&sub2; 20 bis 40 Gew.-%, MnO etwa 20 Gew.-%, CaO 10 bis 30 Gew.-%, Al&sub2;O&sub3; 5 bis 20 Gew.-%, TiO&sub2; 1 bis 5 Gew.-% und CaF 0 bis 40 Gew.-%. Damit der Al/O-Wert des Zusatzwerkstoffs beim UP-Schweißen im Bereich von 0,6 bis 1,4 liegt, ist es bevorzugt, einen Schweißdraht, der Al vorzugsweise in einem Bereich von 0,02 bis 0,2 Gew.-% enthält, und ein Schweißpulver mit einem Basizizätsgrad von 1,0 bis 3,0 zu verwenden. Dabei ist der Basizitätsgrad (BI) durch folgende Gleichung definiert: BI = (CaO + MgO + CaF&sub2; + 0,5 MnO)/{SiO + 0,5(Al&sub2;O&sub3; + TtO&sub2;)}. Damit der Basizitätsgrad des Schweißpulvers mindestens 1,0 beträgt, ist es bevorzugt, dass der O-Gehalt höchstens 0,06 Gew.-% beträgt. Damit der Al/O-Wert leichter im Bereich von 0,6 bis 1,4 liegt, ist es bevorzugt, dass der Al-Gehalt des Schweißdrahts im Bereich von 0,02 bis 0,1 Gew.-% und der Basizitätsgrad im Bereich von 1,5 bis 2,5 liegt.
Der Wärmeeintrag beim MG-Schweißen ist vorzugsweise kleiner als derjenige beim UP- Schweißen, beispielsweise höchstens 7 kJ/mm. MG-Schweißen wird üblicherweise zum Umfangsstoßschweißen bei Rohrleitungen angewendet. Damit der Al-O-Wert beim MG- Schweißen im oben genannten Bereich liegt, ist es bevorzugt, dass der Al-Gehalt des Schweißdrahts 0,02 bis 0,2 Gew.-% und der CO&sub2;-Gehalt des Strömungsgases, das die Atmosphäre der geschweißten Teile bildet, im Bereich von 5 bis 50 Vol.-% liegt.

6. Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Stahlrohrs

Die Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Stahlrohrs wie weiter oben in (6), (7), (8) und (9) beschrieben, sind das UOE-Rohrherstellungsverfahren oder ein ähnliches Verfahren. Insbesondere wird ein Stahlblech zu einer U-Form gepresst, die dann in eine Form mit einem kreisförmigen Querschnitt gebracht wird. Die so aneinanderstoßenden Enden des Stahlblechs werden nahtgeschweißt. Das so erhaltene nahtgeschweißte Rohr wird aufgeweitet. "Formgebung nach Nahtschweißen" bedeutet eine Aufweitung oder ähnliche Bearbeitung.

Beispiele

Versuch 1

In Versuch 1 wurden die erfindungsgemäßen Effekte bei einer durch UP-Schweißen hergestellten geschweißten hochfesten Stahlkonstruktion getestet.
Als Grundmetall wurden Stahlbleche mit einer Dicke von 25 mm, einem Mischgefüge aus Martensit und unterem Bainit und einer Rm von mindestens 900 MPa verwendet. Mit dem Grundmetall wurden durch UP-Schweißen Schweißnähte hergestellt. In Fig. 3 ist die chemische Zusammensetzung der Stahlbleche gezeigt.
Zur Herstellung der Schweißnähte durch UP-Schweißen wurden Schweißdrähte verwendet, deren Zusammensetzung oben genannten Bereichen entsprach. In Fig. 4 ist die chemische Zusammensetzung von sieben Arten von Schweißdrähten, die in diesem Versuch verwendet worden waren, gezeigt. Diese Schweißdrähte wurden aus einem 500-kg- oder 1-Tonnen- Barren durch Schmieden und Ziehen hergestellt. Das Schweißpulver war ein Gemisch aus SiO&sub2;, MnO, CaO und Al&sub2;O&sub3; mit einem Basizitätsgrad von 2,1.
Das UP-Schweißen wurde durch 3-Elektroden-Schweißen mit einem Schweißbad durchgeführt. Die Führungselektrode war eine Gleichstromelektrode (Strom: 950 A, Spannung: 30 V), gefolgt von einer Wechselstromelektrode (Strom: 850 A, Spannung: 45 V) und einer Wechselstromelektrode (Strom: 750 A, Spannung: 50 V). Der Schweißvorgang wurde durchgeführt, wobei ein Schweißbad aufrechterhalten wurde. Die Schweißgeschwindigkeit betrug 1,2 m/min und der Wärmeeintrag beim Schweißen etwa 5 kJ/mm. Der Sauerstoffgehalt des Zusatzwerkstoffs variierte durch Einstellung des Basizitätsgrades des Schweißpulvers.
In den Fig. 5 und 6 ist die chemische Zusammensetzung der erhaltenen Zusatzwerkstoffe gezeigt.
Aus den Zusatzwerkstoffen wurden runde Prüfstäbe für den Zugversuch herausgeschnitten, die einen Durchmesser von 6 mm und eine Länge des parallelen Teils von 40 mm hatten. Diese Prüfstäbe wurden zur Ermittlung der Rm untersucht. Aus den Schweißnähten wurden Charpy-Probekörper JIS Nr. 4 mit einem Kerb herausgeschnitten, der sich in der Mitte des Zusatzwerkstoffs (10 mm², 2-mm-V-Kerb) befand. Die Charpy-Probekörper wurden bei verschiedenen Temperaturen getestet, um die Schlagarbeit in der Hochlage und die Übergangstemperatur beim Bruch zu ermitteln. Die Prüfergebnisse sind in Fig. 7 gezeigt.
In den Versuchen Nr. 1 bis 6, die Vergleichsbeispiele sind, betrug die gemessene Rm weniger als 900 MPa, da die Pcm- und Al/O-Werte niedriger als die jeweilige erfindungsgemäß festgelegte Untergrenze waren.
In den Versuchen Nr. 7 bis 17, die Vergleichsbeispiele sind, wurde die gewünschte Festigkeit unabhängig von einer Pcm-Erhöhung nicht erhalten, da der Al/O-Wert niedriger als die erfindungsgemäß festgelegte Untergrenze war. In den Versuchen 18 bis 21 wurde eine Rm von mindestens 900 MPa unabhängig davon, dass sich der Al/O-Wert im erfindungsgemäß festgelegten Bereich befand, nicht erhalten, da der Pcm-Wert niedriger als die erfindungsgemäß festgelegte Untergrenze war. Bei den Zusatzwerkstoffen der Versuche Nr. 18 bis 21 bildete sich oberer Bainit, da sie einen relativ niedrigen Pcm-Wert und eine relativ hohen Al/O-Wert hatten, demzufolge wiesen sie eine erhöhte Übergangstemperatur beim Bruch, verglichen mit anderen Zusatzwerkstoffen, auf, was zu einer deutlichen Verschlechterung der Zähigkeit führte.
In den Versuchen Nr. 28 und 33 (Vergleichsbeispiele) und den Versuchen Nr. 29 bis 32 (erfindungsgemäße Beispiele) wurden, außer dem Aluminiumgehalt, gleiche chemische Zusammensetzungen eingehalten, um die Wirkung des Al zu untersuchen. Im Versuch Nr. 28, in welchem der Aluminiumgehalt am niedrigsten ist, wurde keine ausreichende Rm erhalten, da der Al/O-Wert niedriger als die erfindungsgemäß festgelegte Untergrenze war. Der Al/O-Wert nahm mit dem Aluminiumgehalt zu, weshalb in den Versuchen 29 bis 32 eine Rm von mindestens 900 MPa erhalten wurde. Im Versuch Nr. 33, in welchem der Al/O- Wert größer als die erfindungsgemäß festgelegte Obergrenze war, wurde eine ausreichende Rm erhalten, jedoch durch die Vergröberung von Al-Einschlüssen die Zähigkeit verschlechtert, d. h. die Schlagarbeit in der Hochlage verringert und die Übergangstemperatur beim Bruch erhöht.
In den Versuchen Nr. 41 und 42, die erfindungsgemäße Beispiele sind, und in Versuch Nr. 43, der ein Vergleichsbeispiel ist, wurden, außer dem Aluminium- und dem Sauerstoffgehalt gleiche Zusammensetzungen eingehalten, wobei der Al/O-Wert konstant gehalten wurde, um die Wirkung des Sauerstoffgehalts zu untersuchen. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass durch eine Erhöhung des Sauerstoffgehalts die Schlagarbeit in der Hochlage deutlich verringert und eine allmähliche Verschlechterung der Übergangstemperatur beim Bruch verursacht wird. Wie dem Ergebnis von Versuch Nr. 43 zu entnehmen, tritt, wenn der Sauerstoffgehalt größer als die erfindungsgemäß festgelegte Obergrenze ist, eine deutliche nachteilige Wirkung auf.
Im Versuch Nr. 44, in welchem der Pcm-Wert größer als die erfindungsgemäß festgelegte Obergrenze war, wurde die Zähigkeit deutlich verschlechtert. Andererseits wurden in den erfindungsgemäßen Beispielen eine Rm von mindestens 900 MPa und hohe Zähigkeit auf zufriedenstellende Weise erhalten.

Versuch 2

Im Versuch 2 wurden die erfindungsgemäßen Wirkungen für den Fall untersucht, dass die geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion ein geschweißtes Stahlrohr war. Dabei war das verwendete Grundmetall ein Stahlblech mit einer Dicke von 20 mm. Chemische Zusammensetzung, Gefüge und Rm des Stahlblechs waren wie folgt.
a) Chemische Zusammensetzung: 0,08% C, 0,1% Si, 1,2% Mn, 0,4% Cr, 1,0% Ni, 0,4% Mo, 0,02% Nb, 0,03% V, 0,01% Ti, 0,025% Al, 0,001% B (Pcm = 0,22, Ceq = 0,52)
b) Gefüge: Mischgefüge aus unterem Bainit und Martensit
c) Rm: 950 MPa
Das Stahlblech wurde durch das UOE-Rohrherstellungsverfahren geformt und nahtgeschweißt, wodurch ein geschweißtes Stahlblech mit einem Außendurchmesser von 914,4 mm (36") erhalten wurde. Das Nahtschweißen wurde von beiden Seiten, jeweils eine Schicht, durch UP-Schweißen durchgeführt. Der Wärmeeintrag beim Schweißen betrug 3,2 kJ/mm auf der Innenseite und 4,1 kJ/mm auf der Außenseite. Es wurde dasselbe Schweißpulver wie im Versuch 1 eingesetzt.
In Fig. 8 ist die chemische Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffs gezeigt, der durch dieses Schweißverfahren erhalten wurde. Wie Fig. 8 zu entnehmen, betrug der Sauerstoffgehalt 0,027%, der Al/O-(Sauerstoff-)Wert 0,85 und der Pcm-Wert 0,29, was zeigt, dass die chemische Zusammensetzung im erfindungsgemäß festgelegten Bereich liegt. Der Zusatzwerkstoff wurde auf ähnliche Weise wie im Versuch 1 einem Zugversuch und einem Kerbschlagbiegeversuch unterzogen.
In Fig. 9 sind die Ergebnisse von Zugversuch und Kerbschlagbiegeversuch gezeigt. Es wurden vorteilhafte Versuchsergebnisse erhalten, insbesondere eine Rm von 1050 MPa, eine Kerbschlagzähigkeit von 105 J bei -20ºC und eine Übergangstemperatur von -53ºC beim Bruch.

Versuch 3

Im Versuch 3 wurden die erfindungsgemäßen Wirkungen für den Fall untersucht, dass die geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion eine Rohrleitung war. Das verwendete Grundmetall war ein im Versuch 2 hergestelltes geschweißtes Stahlrohr.
Dementsprechend hatte der Stahlblechteil des geschweißten Stahlrohrs (Grundmetall) die wie zuvor beschriebene chemische Zusammensetzung und der nahtgeschweißte Teil die in Fig. 8 gezeigte chemische Zusammensetzung. Aus dem in Versuch 2 hergestellten geschweißten Stahlrohr wurden Teile mit einer Länge von 200 mm herausgeschnitten, wodurch Ringe erhalten wurden. Die Kante der Ringe wurde mit einem Winkel von 30 Grad vorbereitet, sodass ein Schweißnahtwinkel von 60 Grad zwischen den zwei aneinanderstoßenden Ringen gebildet wurde. Die zwei aneinanderstoßenden Ringe wurden umfangsgeschweißt, wodurch ein Umfangsschweißen zur Herstellung einer Rohrleitung simuliert wurde. Die zwei Ringe stießen so aneinander, dass die jeweiligen nahtgeschweißten Bereiche zueinander nicht ausgerichtet waren. Das Umfangsschweißen wurde durch Mg-Schweißen durchgeführt. Indem die chemische Zusammensetzung des Schweißdrahts variiert wurde, wurde auch die chemische Zusammensetzung des Zusatzwerkstoffs variiert. Um eine gleichbleibende Qualität des Zusatzwerkstoffs beim Umfangsschweißen zu erhalten, wurde der Lichtbogen fixiert, während sich die Ringe drehten, d. h., es wurde das so genannte Rohrschweißverfahren angewendet. Weitere Schweißbedingungen werden anschließend aufgeführt.
a) Schweißdraht: 1,2 mm Durchmesser
b) Stromstärke: 250 bis 300 A
c) Spannung: 25 bis 30 V
d) Wärmeeintrag beim Schweißen: 2 kJ/mm
e) Schutzgas: 80% Ar + 20 CO&sub2;
In Fig. 10 ist die chemische Zusammensetzung von Zusatzwerkstoffen von umfangsgeschweißten Schweißnähten aufgeführt, die durch das zuvor beschriebene Umfangsschweißen erhalten wurden. Der Zusatzwerkstoff eines umfangsgeschweißten Bereichs hatte eine im Umfang einheitliche Zusammensetzung. Die Zusatzwerkstoffe wurden den oben beschriebenen Prüfungen unterzogen.
In Fig. 11 sind die Versuchsergebnisse für die Zusatzwerkstoffe der zuvor genannten umfangsgeschweißten Schweißnähte aufgeführt. In den Versuchen Nr. 1 und 2 (Vergleichsbeispiele) und dem Versuch Nr. 6 (erfindungsgemäßes Beispiel) waren Sauerstoffgehalt und Aluminiumgehalt jeweils gleich, wahrend der Pcm-Wert variierte. Rm nahm mit Pcm zu. Im Versuch Nr. 1 wurde die gewünschte Rm nicht erhalten, da der Pcm-Wert kleiner als die erfindungsgemäß festgelegte Untergrenze war. Im Versuch Nr. 2 verursachte eine zu hohe Rm eine Verschlechterung der Schlagarbeit in der Hochlage und der Übergangstemperatur beim Bruch. Demgegenüber waren im Versuch Nr. 6, einem erfindungsgemäßen Beispiel, die erhaltene Rm und Kerbschlagzähigkeit günstig. Im Versuch Nr. 3 (Vergleichsbeispiel, Al/O = 0,41), Versuch Nr. 7 (erfindungsgemäßes Beispiel, Al/O = 0,75), Versuch Nr. 8 (erfindungsgemäßes Beispiel, Al/O = 1,12) und Versuch Nr. 4 (Vergleichsbeispiel, Al/O = 1,58) hatten die jeweiligen Zusatzwerkstoffe eine im Wesentlichen gleiche Zusammensetzung, außer Aluminiumgehalt und Al/O-Wert. Im Versuch Nr. 3 war der Al/O-Wert wegen des Aluminiumgehalts, der relativ niedrig war, kleiner als die erfindungsgemäß festgelegte Untergrenze, weshalb die gewünschte Rm nicht erreicht wurde. Demgegenüber war im Versuch Nr. 4 der Al/O-Wert größer als die erfindungsgemäß festgelegte Obergrenze, wodurch die Zähigkeit verschlechtert wurde. Im Versuch Nr. 5 war der Sauerstoffgehalt größer als die erfindungsgemäß festgelegte Obergrenze, wodurch die gewünschte Zähigkeit nicht erreicht wurde.
Demgegenüber waren in den Versuchen Nr. 6 bis 8, die erfindungsgemäße Beispiele sind, Festigkeit und Zähigkeit zufriedenstellend.

Industrielle Anwendbarkeit

Erfindungsgemäß werden geschweißte Stahlkonstruktionen wie geschweißte Stahlrohre, Rohrleitungen und marine Konstruktionen mit ausgezeichneter Kaltzähigkeit und einer Rm von mindestens 900 MPa erhalten. Somit ergeben sich erfindungsgemäß für die Industrie durch die Verwendung solcher Konstruktionen Vorteile.

Claims

1. Geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion, die ein Grundmetall und einen Zusatzwerkstoff umfasst, wobei das Grundmetall ein Stahl ist, dessen Gefüge im Wesentlichen von einem Mischgefüge aus Martensit und unterem Bainit gebildet wird und welcher eine Zugfestigkeit von mindestens 900 MPa besitzt, und der Zusatzwerkstoff ein Stahl ist, dessen Zugfestigkeit mindestens 900 MPa beträgt und welcher folgende Legierungselemente in Gewichtsprozentanteilen enthält:

C: 0,01% bis 0,15%,

Si: 0,02% bis 0,6%,

Mn: 0,6% bis 3%,

Al: 0,004% bis 0,08%,

Ti: 0,003% bis 0,03%,

O (Sauerstoff): höchstens 0,06%,

B: 0,0002% bis 0,005%,

Cu: 0% bis 1,2%,

Ni: 0% bis 3%,

Cr: 0% bis 1,2%,

Mo: 0% bis 1%,

V: 0% bis 0,05% und

Nb: 0% bis 0,05%

und nachstehenden Gleichungen l) und 2) genügt:

1) 0,25 ≤ Pcm ≤ 0,32

Pcm = C + (Si/30) + (Mn/20) + (Ni/60) + (Cu/20) + (Cr/20) + (Mo/15) + (V/10) + 5B

2) 0,6 ≤ Al/O (Sauerstoff) ≤ 1,4,

wobei die Elementsymbole in den Gleichungen 1) und 2) für ihren Anteil (Gew.-%) am Stahl stehen.

2. Geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion nach Anspruch 1, wobei die Zugfestigkeit des Zusatzwerkstoffs um 20 bis 150 MPa höher als die des Grundmetalls ist.

3. Geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion nach Anspruch 2, wobei das Grundmetall 0,0002 bis 0,0025 Gew.-% B enthält, der durch nachstehende Gleichung 3) definierte Ceq-Wert des Grundmetalls 0,4 bis 0,58% beträgt und der durch nachstehende Gleichung 3) definierte Ceq-Wert des Zusatzwerkstoffs um 0,08 bis 0,3% größer als der des Grundmetalls ist:

3) Ceq = C + (Mn/6) + {(Cu + Ni)/15} + {(Cr + Mo + V)/5},

wobei die Elementsymbole für ihren Anteil (Gew.-%) am Stahl stehen.

4. Geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion nach Anspruch 2, wobei das Grundmetall im Wesentlichen kein B enthält, der durch nachstehende Gleichung 3) definierte Ceq-Wert des Grundmetalls 0,53 bis 0,7% beträgt und der durch nachstehende Gleichung 3) definierte Ceq-Wert des Zusatzwerkstoffs um 0,05 bis 0,2% größer als der des Grundmetalls ist:

3) Ceq = C + (Mn/6) + {(Cu + Ni)/15} + {(Cr + Mo + V)/5},

wobei die Elementsymbole für ihren Anteil (Gew.-%) am Stahl stehen.

5. Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Stahlrohrs als eine geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das die Stufen Biegen eines Stahlblechs zu einer röhrenförmigen Gestalt und Nahtschweißen der Stöße des Stahlblechs durch Unterpulverschweißen umfasst.

6. Verfahren zur Herstellung eines geschweißten Stahlrohrs als eine geschweißte hochfeste Stahlkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das die Stufe Nahtschweißen der Konstruktion durch Unterpulverschweißen mit einer Wärmeleistung von 3 bis 10 kJ/mm umfasst.

7. Verfahren zur Herstellung einer Rohrleitung, das die Stufen Aneinanderlegen der Stöße zweier benachbarter Stahlrohre mit einer Zugfestigkeit von mindestens 900 MPa und Verschweißen der Stöße durch Metall-Gas-Lichtbogenschweißen umfasst, wobei der Zusatzwerkstoff der miteinander verschweißten Stöße ein Stahl ist, dessen Zugfestigkeit mindestens 900 MPa beträgt und welcher folgende Legierungselemente in Gewichtsprozentanteilen enthält:

C: 0,01% bis 0,15%,

Si: 0,02% bis 0,6%,

Mn: 0,6% bis 3%,

Al: 0,004% bis 0,08%,

Ti: 0,003% bis 0,03%,

O (Sauerstoff): höchstens 0,06%,

B: 0,0002% bis 0,005%,

Cu: 0% bis 1,2%,

Ni: 0% bis 3%,

Cr: 0% bis 1,2%,

Mo: 0% bis 1%,

V: 0% bis 0,05% und

Nb: 0% bis 0,05%

und nachstehenden Gleichungen 1) und 2) genügt:

1) 0,25 ≤ Pcm ≤ 0,32

2) 0,6 ≤ Al/O (Sauerstoff) ≤ 1,4, wobei die Elementsymbole in den Gleichungen 1) und 2) für ihren Anteil (Gew.-%) am Stahl stehen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Zugfestigkeit des Zusatzwerkstoffs der miteinander verschweißten Stöße um 20 bis 150 MPa höher als die des Grundmetalls ist.