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Title:
METHOD FOR WELDING COLD-ROLLED NARROW STRIPS IN THE FORM OF FLAT WIRE OR PROFILES OF A TWIP STEEL AND A WELDED COLD-ROLLED NARROW STRIP OF A TWIP STEEL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/033169
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for welding cold-rolled narrow strips (5) in the form of flat wire or profiles of a TWIP steel, in particular for use in flexible pipes (1), in particular in flexible pipes (1) for offshore applications, in which the ends (7) of the portions of the narrow strip (5) that are to be welded are formed as bevelled in relation to the main direction of loading (8) of the narrow strip (5) and are arranged so as to match one another, and the weld seam (9) is created by a fusion welding method with a relatively small melting zone and/or a relatively low welding temperature. Likewise proposed is a cold-rolled narrow strip (5) in the form of flat wire or profiles of a TWIP steel, in particular for use in flexible pipes (1), in particular in flexible pipes (1) for offshore applications, in which the narrow strips (5) to be welded have ends (7) that are respectively made to match one another and are formed as bevelled in relation to the main direction of loading (8) of the narrow strip (5).

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JPS5881578RESISTANCE WELDING DEVICE
Inventors:
BRACHTHÄUSER, Norbert (Salbeiweg 14, Bochum, 44869, DE)
Application Number:
DE2017/000260
Publication Date:
February 22, 2018
Filing Date:
August 17, 2017
Export Citation:
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Assignee:
C.D. WÄLZHOLZ GMBH (Feldmühlenstraße 55, Hagen, 58093, DE)
International Classes:
B23K11/00; B23K11/02; B23K11/04; B23K26/24; B23K26/242; B23K33/00; F16L11/10; F16L11/24; B23K101/04; B23K101/16; B23K103/04
Foreign References:
DE102013012118A12015-01-22
DE102013101276A12014-08-14
DE4236171A11994-04-28
DE10125830A12002-11-28
DE102013012118A12015-01-22
Attorney, Agent or Firm:
SCHNEIDER, Uwe (Holbeinstr. 27, Unna, 59423, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Verschweißen kaltgewalzter Schmalbänder (5) in Form von Flachdraht oder Profilen aus einem TWIP-Stahl, insbesondere für den Einsatz in flexiblen Rohren (1), insbesondere in flexiblen Rohren (1) für Offshore- Anwendungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (7) der zu verschweißenden Abschnitte des Schmalbandes (5) relativ zur Hauptbelastungsrichtung (8) des Schmalbandes (5) abgeschrägt ausgebildet und zueinander passend angeordnet werden und die Schweißnaht (9) durch ein Schmelzschweißverfahren mit einer relativ kleinen Aufschmelzzone und/oder einer relativ geringen Schweißtemperatur ausgeführt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die schräge Lage der Schweißnaht (9) relativ zur Hauptbelastungsrichtung (8) des Schmalbandes (5) die Breite der Wärmeeinflusszone durch die Schweißung quer zur Hauptbelastungsrichtung (8) gegenüber einem stumpfen Stoß der zu verbindenden Enden (7) des Schmalbandes (5) reduziert.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die schrägen Enden (7) der zu verschweißenden Abschnitte des Schmalbandes (5) und damit die Lage der Schweißnaht (9) relativ zur Hauptbelastungsrichtung (8) des Schmalbandes (5) unter einem Schrägungswinkel α zwischen 30° und 75° angeordnet werden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die schrägen Enden (7) der zu verschweißenden Abschnitte des Schmalbandes (5) bezogen auf die Flachseite des Schmalbandes (5) relativ zur Hauptbelastungsrichtung (8) des Schmalbandes (5) unter einem Schrägungswinkel α zwischen 30° und 75° angeordnet wird.

5. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die zu verschweißenden Enden (7) des Schmalbandes (5) jeweils zueinander passende, vorzugsweise planparallele, zur Hauptbelastungsrich- tung (8) des Schmalbandes (5) abgeschrägt ausgebildete Flächen (7) angearbeitet werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zueinander passenden Flächen (7) unter einem Schrägungswinkel α zwischen 30° und 75° relativ zur Hauptbelastungsrichtung (8) des Schmalbandes (5) angeordnet werden.

7. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Schweißverfahren ein Laserschweißen eingesetzt wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Schweißverfahren ein Widerstandsstumpfschweißen eingesetzt wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Widerstandsstumpfschweißen mit einer geringen Schweißstromstärke durchgeführt wird.

10. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erreichbare Festigkeit der Schweißverbindung (9) des verschweißten Schmalbandes (5) 65% - 90% der Ausgangsfestigkeit des kaltverfestigten Schmalbandes (5) vor dem Verschweißen erreicht.

1 1. Kaltgewalztes Schmalband (5) in Form von Flachdraht oder Profilen aus einem TWIP-Stahl, insbesondere für den Einsatz in flexiblen Rohren (1 ), insbesondere in flexiblen Rohren (1) für Offshore-Anwendungen, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschweißenden Schmalbänder (5) jeweils zueinander passende, zur Hauptbelastungsrichtung (8) des Schmalbandes (5) abgeschrägt ausgebildete Enden (7) aufweisen.

12. Schmalband gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die schrägen Enden (7) der zu verschweißenden Abschnitte des Schmalbandes (5) rela- tiv zur Hauptbelastungsrichtung (8) des Schmalbandes (5) unter einem Schrä- gungswinkel α zwischen 30° und 75° angeordnet sind.

13. Schmalband gemäß einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die schrägen Stirnflächen (7) der zu verschweißenden Abschnitte des Schmalbandes (5) in der Ebene der Flachseite des Schmalbandes (5) abgeschrägt ausgebildet sind.

14. Schmalband gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschrägt ausgebildeten Enden (7) der zu verschweißenden Schmalbänder (5) planparallele Stirnflächen (7) aufweisen.

15. Schmalband gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die abgeschrägt ausgebildeten Enden (7) der zu verschweißenden Schmalbänder (5) zueinander passend profilierte Stirnflächen (7) aufweisen.

16. Schmalband gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung (9) mit einem Laserschweißen hergestellt ist.

17. Schmalband gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweißverbindung (9) mit einem Widerstandsstumpfschweißen hergestellt ist.

18. Schmalband gemäß einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erreichbare Festigkeit der Schweißverbindung (9) des verschweißten Schmalbandes (5) 65% - 90% der Ausgangsfestigkeit des kaltverfestigten Schmalbandes (5) vor dem Verschweißen beträgt.

19. Verwendung des Schmalbandes (5), hergestellt gemäß Anspruch 1 , für ein flexibles Rohr (1) für die Erdöl- und Erdgasförderung sowie zum Transport von Flüssiggas (FLNG) mit Sauergas-Bedingungen (saure Angriffsmedien), aufweisend einen inneren schlauchartigen Fluidleiter (3) sowie mindestens eine Lage schraubenförmig in dem Fluidleiter angeordneter oder auf oder über den Fluidleiter gewickelter Armierungsbänder (5, 6) aus dem hochfesten Schmalband (5) gemäß Anspruch 11.

Description:
VERFAHREN ZUM VERSCHWEISSEN KALTGEWALZTER SCHMALBÄNDER IN FORM VON FLACHDRAHT ODER PROFILEN AUS EINEM TWIP-STAHL SOWIE EIN GESCHWEISSTES KALTGEWALZTES

SCHMALBAND AUS EINEM TWIP-STAHL

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschweißen kaltgewalzter Schmalbänder in Form von Flachdraht oder Profilen aus einem TWIP-Stahl gemäß Anspruch 1 sowie kaltgewalztes Schmalband in Form von Flachdraht oder Profilen aus einem TWIP-Stahl, insbesondere für den Einsatz in flexiblen Rohren für Offshore-Anwen- dungen gemäß Anspruch 11.

Sogenannte TWIP-Stähle (Twinning Induced Plasticity = durch Zwillingsbildung induzierte Plastizität) sind austenitische Stähle, die durch Kaltverformung sehr hohe Festigkeiten erlangen und dabei noch ausreichende Zähigkeiten aufweisen. Diese Eigenschaften der TWIP-Stähle basieren auf Eisen-Mangan-Legierungen, beinhalten hohe Mangan-Gehalte Mn von über 15% und weitere Legierungselemente wie Silizium Si, Aluminium AI und Chrom Cr. Ebenso besitzen diese Legierungen, insbesondere wenn sie mit Aluminium AI legiert sind, eine gute Beständigkeit gegen Wasser- stoff-induzierte Spannungsrisskorrosion. Hierdurch ist ein Einsatz in sauren Medien möglich und vorteilhaft gegenüber anderen hochfesten Stahl-Legierungen.

TWIP-Stähle mit hohen Mangan-Gehalten größer als 15% besitzen ein stabiles austenitisches Gefüge. Selbst bei einer starken Kaltverformung bleibt das Gefüge stabil austenitisch, es erfolgt im Gegensatz zu ferritischen Stählen keine Gefügeumwandlung. Austenitische Stähle verfestigen bekanntlich deutlich stärker als ferritische Stähle. Die Verfestigung erkennt man im Gefüge durch eine Zwillingsbildung. Das stabile austenitische, kaltverfestigte Gefüge reagiert bei einer Wärmebehandlung im Bereich der Rekristallisationstemperatur mit einer Korn-Neubildung, was mit einer deutlichen Entfestigung einhergeht. Eine schnelle Abkühlung nach der Wärmebehandlung, wie sie beim Schweißen passiert, ändert das rekristallierte, entfestigte Ge- füge aber nicht mehr. So entsteht nach dem Schmelzschweißen in der Schweißnaht ein austenitisches Gefüge, welches dem des nichtverfestigten Zustandes entspricht.

Durch das Schweißen von kaltverformten TWIP-Stählen kommt es somit zur Entfes- tigung des Stahls in der Schweißnaht, wobei der Grad der Entfestigung eine Abhängigkeit vom Schweißverfahren zeigt. Nach einer Kaltumformung auf eine Zugfestigkeit von ca. R m = 1500 MPa wird ein TWIP-Stahl nach dem Schmelzschweißen auf eine Festigkeit in der Größenordnung von R m = 700 - 900 MPa und damit in die Nähe der nicht kaltverformten Ausgangsfestigkeit entfestigt. Das Material wird also auf ein Niveau von 45 - 60 % der Ausgangsfestigkeit entfestigt.

Bei einer Anwendung, die das hohe Festigkeitspotential eines kaltverfestigten TWIP- Stahles vollständig nutzen will, die aber eine Schmelzschweißung erfordert, muss bei allen Schmelzschweißverfahren mit einem deutlichen Abfall der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung in der Schweißnaht gerechnet werden. Die Schweißnaht bedeutet also eine Schwachstelle in der Konstruktion, was in der Regel nicht akzeptabel ist und die Vorteile des hoch verfestigten TWIP-Stahles deutlich mindert.

Derartige TWIP-Stähle werden auch zur Herstellung flexibler Rohre für verschiedene Anwendungen genutzt. Flexible Rohre werden dabei in vielen Bereichen der Technik für die verschiedensten Zwecke verwendet und haben vorwiegend die Aufgabe, fluide Medien wie Wasser, öl, Gas oder dgl. zu leiten und gegenüber der Umwelt abzuschirmen. Hierbei unterliegen derartige flexible Rohre verschiedensten Einflüssen, einmal Einflüssen aus der mechanischen Belastung aufgrund des Einsatzbereiches und der Einsatzumgebung und zum anderen Einflüssen aufgrund der physikalischen Eigenschaften und chemischen Zusammensetzung der zu leitenden Fluide.

Ein wichtiger und technisch sehr anspruchsvoller Einsatzbereich für derartige flexible Rohre sind die so genannten Offshore-Anwendungen, bei denen die flexiblen Rohre für den Einsatz im Meer verwendet werden. Hierbei werden die flexiblen Rohre zur Leitung von Flüssigkeiten wie Öl oder Gasen verwendet, die beispielsweise vom Meeresboden an die Meeresoberfläche gebracht werden sollen. Der Transport derartiger Flüssigkeiten oder Gase erfolgt dabei über große Strecken, so dass die flexiblen Rohre auch entsprechende Längen aufweisen und demgemäß hohen Belastun- gen sowohl aufgrund ihres Eigengewichtes als auch aufgrund der aus der Umgebung einwirkenden Kräften unterliegen.

Derartige flexible Rohre weisen üblicherweise einen inneren, das zu transportierende Medium aufnehmenden rohrartigen und flexiblen Kern auf, der das zu transportierende Medium leitet und dicht gegenüber der Umgebung abschottet. Dieser flexible Kern wird üblicherweise aus polymeren Materialien hergestellt. Der flexible Kern wird umgeben von einer oder mehreren Armierungsschichten üblicherweise aus Stahlwerkstoffen, wobei aufgrund der notwendigen Flexibilität die Stahlwerkstoffe in Form von gewickelten Stahldrähten oder Stahlbändern auf den flexiblen Kern aufgebracht werden. Der flexible Kern und die eine oder mehrere Armierungsschichten sind dabei relativ zueinander nicht aneinander befestigt, sondern können sich in geringem Maße gegeneinander verschieben, wodurch die Flexibilität und Biegsamkeit der flexiblen Rohre verbessert wird. Die Armierungsschichten umgeben dabei den flexiblen Kern und schützen diesen einerseits gegen Belastungen aus der Umwelt und verstärken das flexible Rohr gegenüber Belastungen beim Transport, bei der Verlegung und beim Betrieb derartiger flexibler Rohre.

Die Armierungsschichten werden aus Stahldrähten oder Stahlbändern hergestellt, die bei der Herstellung des flexiblen Rohres schraubenförmig um den flexiblen Kern herum gewickelt werden. Es können auch Armierungsschichten unterschiedlicher Aufgaben an einem derartigen flexiblen Rohr vorgesehen werden, etwa als reine Verstärkungslage aus nebeneinander liegenden Flachbändern oder als sog. Formschlussprofil, bei dem die nebeneinander gewickelten Schmalbänder profiliert sind und sich mechanisch aneinander über Formschluss verankern und dadurch einen stabileren Verbund als die einfachen Verstärkungsbänder bilden. Hierzu müssen die zu verarbeitenden Schmalbänder vorab entsprechend profiliert werden.

Die flexiblen Rohre werden üblicherweise aus einzelnen Stücken hergestellt, da sie häufig größere Längen erfordern, als herstellungstechnisch aus einem Vormaterial gefertigt werden kann. Daher müssen die Armierungsschichten der jeweiligen Teilstücke miteinander dauerhaft und hoch belastbar verschweißt werden können, so dass die verwendeten Stähle für die Armierungsschichten eine gute Schweißbarkeit aufweisen müssen. Nach der DE 10 2013 012 118 A1 bieten TWIP-Stähle in der Anwendung als Armierungsmaterial für derartige flexible Rohre einen besonderen Vorteil, da diese gleichzeitig hochfest, duktil und gut beständig gegen Wasserstoff-induzierte Spannungsrisskorrosion sind. Durch die Vielzahl der Schweißnähte in flexiblen Rohren sind die mechanischen Eigenschaften der Schweißverbindung von besonderer Bedeutung. Während in ferritischen Kohlenstoff-Stählen in der Stumpfschweißnaht ein Zugfestigkeits-Niveau von mehr als 80% der Basiswerkstoff-Festigkeit bei noch ausreichender Duktilität erreicht wird, ist in TWIP-Stählen bei normalem Stumpfschweißen ein Zugfestigkeitsabfall auf bis zu 40 % des Basismaterials zu verzeichnen. Zum Verschweißen werden die zu verbindenden Enden der Stahlbänder üblicherweise senkrecht zur Längserstreckung der Stahlbänder planparallel abgelängt und diese Enden stumpf stoßend voreinander angeordnet und anschließend verschweißt. Derartige Verschweißungen senken jedoch die Gesamt-Belastbarkeit des hauptsächlich einachsig belasteten Armierungsmaterials signifikant ab und erlauben es daher nicht, die gefügebasierten Vorteile der TWIP-Stähle in diesem Anwendungsbereich voll auszunutzen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Schmalbänder in Form von Flachdraht oder Profilen aus einem TWIP-Stahl derart miteinander zu verschweißen, dass die Verringerung der Zugfestigkeit des Flachdrahtes oder Schmalbandes in der Schweißnaht wesentlich geringer als bei bekannten Verschweißungen derartiger Materialien ausfällt.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und hinsichtlich des Schmalbandes aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 11 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung hinsichtlich des Verfahrens geht aus von einem Verfahren zum Verschweißen kaltgewalzter Schmalbänder in Form von Flachdraht oder Profilen aus einem TWIP-Stahl, insbesondere für den Einsatz in flexiblen Rohren, insbesondere in flexiblen Rohren für Offshore-Anwendungen. Ein derartiges Verfahren wird dadurch in erfindungsgemäßer Weise weiter entwickelt, dass die Enden der zu ver- schweißenden Abschnitte des Schmalbandes relativ zur Hauptbelastungsrichtung des Schmalbandes abgeschrägt ausgebildet und zueinander passend angeordnet werden und die Schweißnaht durch ein Schmelzschweißverfahren mit einer relativ kleinen Aufschmelzzone und/oder einer relativ geringen Schweißtemperatur ausgeführt wird. Gegenstand der Erfindung ist es, durch eine spezielle Nahtvorbereitung und möglichst„kaltes Schweißen", also einer geringen Wärmeeinbringung, die Ent- festigung der Schweißnaht so zu begrenzen, dass Streckgrenze und Zugfestigkeit im Bereich der Schweißnaht auf ein deutlich höheres Niveau angehoben werden. Hierzu werden zwei Ansatzpunkte für die Beeinflussung der Festigkeit der Schweißnaht ausgenutzt. Zum einen wird ein Schmelzschweißen mit einer möglichst geringen Aufschmelzzone sowie einer möglichst geringen Temperatur genutzt. Eine kleine Aufschmelzzone entsteht etwa beim Laserschweißen durch die sehr punktuelle Wärmeeinbringung durch den Laserstrahl. Eine geringe Temperatur lässt sich beispielsweise erreichen, in dem z.B. beim alternativ denkbaren Widerstandsstumpfschweißen eine geringe Schweißstromstärke gewählt wird und damit eine geringe Wärmeeinbringung hervorruft. Dabei ist die Nennung der beiden Schweißverfahren Laserschweißen und Widerstandsstumpfschweißen nur als Nennung besonders vorteilhafter Schweißverfahren anzusehen, selbstverständlich sind auch alle anderen bekannten Schweißverfahren denkbar und anwendbar, so sie denn die Kriterien einer relativ kleinen Aufschmelzzone und/oder einer relativ geringen Schweißtemperatur erfüllen. Die Begriffsdefinition "relativ kleine" Aufschmelzzone und "relativ geringe" Schweißtemperatur sind hierbei nicht als absolute Größenangaben zu bewerten, sondern sollen die Ausbildung der Aufschmelzzone bzw. die Höhe der Schweißtemperatur relativ zu anderen bekannten Schweißverfahren angeben. So sind diese Einflussgrößen zum einen abhängig vom gewählten Schweißverfahren, gleichzeitig können sie aber bei einem gewählten Schweißverfahren stark abhängig von den jeweiligen Schweißparametern sein. Der Fachmann kann anhand der Angaben zu den beiden Kriterien einer relativ kleinen Aufschmelzzone und/oder einer relativ geringen Schweißtemperatur dann selbst bestimmen, welches Schweißverfahren und welche Verfahrensparameter im Sinne der Minimierung der Entfestigung der Schweißnaht jeweils optimal sind und den Schweißprozess entsprechend gestalten. Dieser Ansatzpunkt allein ermöglicht jedoch nur moderat erhöhte Zugfestigkeiten und Bruchdehnungen gegenüber einem Standard-Schweißvorgang. Hiermit allein lässt sich der Zugfestigkeitsabfall in der Schweißnaht nur auf ein Niveau von bestenfalls 65 - 70 % der kaltverfestigten Ausgangs-Zugfestigkeit begrenzen. Deshalb wird erfindungsgemäß zusätzlich das Schmelzschweißen mit einer so veränderten Nahtvorbereitung ausgeführt, dass die Breite der Wärmeeinflusszone aufgrund der Lage der Schweißnaht quer zur Beanspruchungsrichtung deutlich reduziert wird. Hierzu werden erfindungsgemäß die zu verbindenden Enden mit einer vorzugsweise planparallelen Fläche und vorzugsweise in Schräglage von 30° bis 75° zur Bandachse vorbereitet und diese dann mit der wie vorstehend beschrieben lokalen und minimierten Wärmeeinbringung geschweißt. Bei einachsiger Beanspruchung der Schweißverbindung, also parallel zur Bandachse (etwa im Falle zweier zu verbindender Bänder) wird die Schweißverbindung durch die Wärmeeinflusszone nur zu einem Flächenanteil von 30 - 75% geschwächt. Der Nachweis zur Wirksamkeit des Verfahrens kann durch den einachsigen Zugversuch erbracht werden. Das erfindungsgemäße Schweiß-Verfahren kann besonders vorteilhaft angewendet werden, wenn hochverfestigte TWIP-Stahl-Legierungen zu Konstruktionen mit Schweißnähten verarbeitet werden, in denen die Schweißnähte gleichen Belastungen ausgesetzt sind wie das Basismaterial. Die Schweißverbindungen werden deutlich geringer geschwächt als normal stumpf geschweißte Verbindungen. So können die Vorteile der hochverfestigten TWIP-Stahllegierungen mit diesem neuen Verfahren auch in Schweißkonstruktionen und insbesondere für Armierungsbänder von flexiblen Rohren genutzt werden.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die schrägen Enden der zu verschweißenden Abschnitte des Schmalbandes und damit die Lage der Schweißnaht relativ zur Hauptbelastungsrichtung des Schmalbandes unter einem Schrägungswinkel α zwischen 30° und 75° angeordnet werden. Hierdurch wird einerseits ein hinreichender Schrägungswinkel α erreicht, um die Minderung der Festigkeit aufgrund der Wärmeeinflusszone zu begrenzen. Andererseits ist die Herstellung der zu verschweißenden Stirnflächen bei diesen Schrägungswinkeln α noch unproblematisch etwa durch Sägen, Trennen oder dgl. einfachen Herstellungsverfahren möglich und damit einfach und präzise im Hinblick auf einen gleichbleibenden Schweißspalt möglich. In weiterer Ausgestaltung können die schrägen Enden der zu verschweißenden Abschnitte des Schmalbandes bezogen auf die Flachseite des Schmalbandes relativ zur Hauptbelastungsrichtung des Schmalbandes unter einem Schrägungswinkel zwischen 30° und 75° angeordnet werden. Dabei wird das Schmalband in seiner ebenen Erstreckung quer zur Hauptbelastungsrichtung des Schmalbandes abgeschrägt ausgebildet, da hierdurch die Breite der Wärmeeinflusszone aufgrund der Schweißnaht quer zur Hauptbelastungsrichtung deutlich reduziert wird und damit der Einfluss der Wärmeeinflusszone auf die Gesamtfestigkeit des verschweißten Schmalbandes sich verringert.

In weiterer Ausgestaltung ist es denkbar, dass an die zu verschweißenden Enden des Schmalbandes jeweils zueinander passende, vorzugsweise planparallele, zur Hauptbelastungsrichtung des Schmalbandes abgeschrägt ausgebildete Flächen angearbeitet werden. Derartige abgeschrägt ausgebildete Flächen lassen sich herstellungstechnisch einfach durch Sägen, Trennen, Schleifen oder dgl. einfache Bearbeitungsverfahren schnell und genau herstellen und erlauben damit eine in Bezug auf die Gleichmäßigkeit der Schweißfuge vorteilhafte und kostengünstige Schweißnahtvorbereitung.

Insbesondere, wenn als Schweißverfahren ein Widerstandsstumpfschweißen eingesetzt wird, ist eine Ausführung des Widerstandsstumpfschweißens mit einer geringen Schweißstromstärke denkbar, bei der eine deutliche Verringerung der Einbringung von Wärme in die Schweißnaht und damit eine Verringerung der Wärmeeinflusszone in das verschweißte Schmalband möglich wird.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn die erreichbare Festigkeit der Schweißverbindung des verschweißten Schmalbandes 65% - 90% der Ausgangsfestigkeit des kaltverfestigten Schmalbandes vor dem Verschweißen erreicht. Damit stellt eine erfindungsgemäß hergestellte Schweißnaht eine wesentlich geringere Schwächung der Gefügeeigenschaften des kaltverfestigten TWIP-Stahles dar als eine herkömmlich vorgenommene Verschweißung, so dass das verschweißte Schmalband besonders für die überwiegend einachsige Belastung als Armierungsmaterial in flexiblen Rohren die Vorteile der Kaltverfestigung der TWIP-Stähle weitgehend vollständig ausnutzen kann. Die Erfindung hinsichtlich des kaltgewalzten Schmalbandes geht aus von einem kaltgewalzten Schmalband in Form von Flachdraht oder Profilen aus einem TWIP-Stahl, insbesondere für den Einsatz in flexiblen Rohren, insbesondere in flexiblen Rohren für Offshore-Anwendungen, bei dem die zu verschweißenden Schmalbänder jeweils zueinander passende, zur Hauptbelastungsrichtung des Schmalbandes abgeschrägt ausgebildete Enden aufweisen. Die Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Schmalbandes sind schon vorstehend in Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben worden, worauf hier vollumfänglich Bezug genommen wird.

In einer ersten Ausgestaltung können die abgeschrägt ausgebildeten Enden der zu verschweißenden Schmalbänder planparallele Stirnflächen aufweisen, aber es ist auch möglich, dass die abgeschrägt ausgebildeten Enden der zu verschweißenden Schmalbänder zueinander passend profilierte Stirnflächen aufweisen. Planparallele oder zueinander passend profilierte Stirnflächen erlauben eine entsprechende Ausgestaltung der Schweißfuge und damit der Ausbildung der Wärmeeinflusszone.

Weiterhin ist eine Verwendung des Schmalbandes gemäß Anspruch 20 für ein flexibles Rohr für die Erdöl- und Erdgasförderung sowie zum Transport von Flüssiggas (FLNG) mit Sauergas-Bedingungen (saure Angriffsmedien), aufweisend einen inneren schlauchartigen Fluidleiter sowie mindestens eine Lage schraubenförmig in dem Fluidleiter angeordneter oder auf oder über den Fluidleiter gewickelter Armierungsbänder aus dem Schmalband mit profiliertem Querschnitt gemäß Anspruch 1 1.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines flexiblen Rohrs unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schmalbänder zeigt die Zeichnung.

Es zeigt:

Figur 1 - einen schichtweisen Aufbau eines flexiblen Rohrs 1 unter Verwendung der erfindungsgemäßen Drähte/Schmalbänder 5, 6 zum Einsatz in der Erdöl- und Erdgasförderung sowie zum Transport von Flüssiggas (FLNG) mit Sauergas-Bedingungen (saure Angriffsmedien), Figur 2 - eine räumliche Ansicht des Stoßbereichs zweier Abschnitte des erfindungsgemäßen Schmalbandes 5, 6 mit schematischer Andeutung unterschiedlicher Schrägungswinkel α des Stoßbereichs der schräg ausgebildeten Stirnflächen 7,

Figur 3 - Proben des erfindungsgemäß hergestellten Schmalbandes mit unterschiedlich abgeschrägten Stirnbereichen zu verbindender Abschnitte des Schmalbandes,

Figur 4 - eine Draufsicht auf eine Schweißnaht mit einem Schrägungswinkel a=0° sowie zwei Ansichten der gerissenen Schweißnaht nach Durchführung eines Zugversuchs,

Figur 5 - eine Draufsicht auf eine Schweißnaht mit einem Schrägungswinkel a=30° sowie zwei Ansichten der gerissenen Schweißnaht nach Durchführung eines Zugversuchs,

Figur 6 - eine Draufsicht auf eine Schweißnaht mit einem Schrägungswinkel

ct=45° sowie zwei Ansichten der gerissenen Schweißnaht nach Durchführung eines Zugversuchs,

Figur 7 - eine Draufsicht auf eine Schweißnaht mit einem Schrägungswinkel a=60° sowie zwei Ansichten der gerissenen Schweißnaht nach Durchführung eines Zugversuchs.

Ein flexibles Rohr 1 gemäß Figur 1 , das unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schmalbänder 5, 6 hergestellt ist, besteht aus einem inneren schlauchförmigen Innenrohr 3, das eine längserstreckte Öffnung 2 für die Leitung von Fluiden wie Flüssigkeiten oder Gasen aufweist. Das schlauchförmige Innenrohr 3 besteht üblicherweise aus einem polymeren Material und dichtet die längserstreckte Öffnung 2 und damit das zu leitende Fluid gegenüber der Umgebung ab.

Umgeben wird das schlauchförmige Innenrohr 3 von mehreren Lagen aus Polymeren sowie mindestens zwei Lagen Schmalband 5 und einer (oder auch mehrerer Lagen) eines ebenfalls aus derartigem Schmalband 5 hergestellten, aber mit profiliertem Querschnitt ausgebildeten Formschlussprofils 6. Hierbei wird das Formschluss- profil 6 wie hier dargestellt unmittelbar auf dem Innenrohr 3 schraubenförmig unter einem kleinen Schrägungswinkel aufgewickelt. Das Formschlussprofil 6 weist dabei einen derartigen Querschnitt auf, dass sich aufgrund der schraubenförmigen Wicklung benachbart zu liegen kommende Windungen des gleichen oder eines oder mehrerer weiterer Formschlussprofile 6 formschlüssig entlang ihrer Kanten miteinander verhaken können und damit einen wesentlich stabileren Verbund bilden, als wenn die Formschlussprofile 6 nur einfach nebeneinander liegend gewickelt werden. Hierdurch tragen die gewickelten Formschlussprofile 6 deutlich zu den Festigkeitseigenschaften des flexiblen Rohrs 1 bei.

Oberhalb der Lage des Formschlussprofils 6 sind, jeweils getrennt von der Lage des Formschlussprofils 6 und weiteren Lagen 4 aus Polymermaterial, hier zwei Lagen aus Schmalband 5 angeordnet, wobei das diese Lage bildende Schmalband 5 (oder auch nebeneinander liegend gewickelt mehrere Schmalbänder 5) sich an den Kanten berührend, aber nicht miteinander verbunden angeordnet sind. Auch ist das diese Lage bildende Schmalband 5 unter einem deutlich größeren Schrägungswinkel aufgewickelt.

In der Figur 2 ist in einem Ausbruch ein Stoßbereich zwischen zwei Abschnitten zu verschweißender Schmalbänder 5, 5' zu erkennen, bei dem die unterschiedlichen Schrägungswinkel der Stirnflächen 7 der Schmalbänder 5, 5 ' schematisch angedeutet sind. Hierbei ist der bekannte senkrechte Stoß mit 0° Schrägungswinkel sowie drei weitere denkbare Schrägungswinkel α von 30°, 45° und 60° beispielhaft angedeutet. Die Schrägstellung der Stirnflächen 7 ist nur in einer Richtung, nämlich quer zur Ebene der Flachseite des Schmalbandes 5, 5 ' vorgenommen, die Stirnflächen 7 stehen in der anderen Querrichtung unter einem Winkel von ß gleich 90°. Denkbar ist aber auch eine zweite Schrägungsrichtung der Stirnflächen 7 mit einem Winkel ß ungleich 90°.

Die Figuren 3 bis 7 zeigen noch einmal Proben der gemäß Figur 2 beispielhaft angegebenen Schrägungswinkel α von 0°, 30°, 45° und 60° an realen Schmalbändern 5, die zum Zwecke der Untersuchung des Festigkeitsverhaltens der Schweißnähte 7 realer Schmalbänder 5 angefertigt wurden. In der Figur 3 sind die verschiedenen Schrägungswinkel α der Figur 2 noch einmal untereinander an planparallelen Stirn- flächen 7 der Schmalbänder 5 vor dem Verschweißen zu erkennen. Die Figuren 4 bis 7 zeigen jeweils die unter verschiedenen Winkeln α verschweißten Schmalbänder 5 links im verschweißten Zustand und in der Mitte und rechts in zwei verschiedenen Ansichten nach der Durchführung einer Materialprüfung in Form eines Zugversuchs. Hieran erkennt man das Bruchbild im Bereich der Schweißnaht 9. Die Figur 4 zeigt eine Probe mit einem Schrägungswinkel α von 0°, Figur 5 eine Probe mit einem Schrägungswinkel α von 30°, Figur 6 eine Probe mit einem Schrägungswinkel von 45° und Figur 7 eine Probe mit einem Schrägungswinkel α von 60°. Die zugehörigen Materialwerte sind in den nachfolgenden Tabellen unter Probe 0°, Probe 30°, Probe 45°, Probe 60° bezeichnet.

Als Material für die Herstellung der Schmalbänder 5 sowie der Durchführung der Materialprüfung wurde ein TWIP-Stahl gemäß der Zusammensetzung nach Tabelle 1 verwendet:

Tabelle 1 : Chemische Zusammensetzung des TWIP- Stahls

In umfangreichen Versuchsreihen wurde ein derartiger hochverfestigter TWIP-Stahl (Draht mehrstufig flachgewalzt auf den Querschnitt 10 x 5 mm) gemäß Tabelle 1 mit einem Laser geschweißt und anschließend die mechanischen Werte im Bereich der Schweißnaht 9 im Zugversuch ermittelt. Der verwendete TWIP-Stahl wies dabei folgende mechanischen Werte nach der Kaltverformung, aber vor dem Verschweißen auf:

Tabelle 2: Mechanische Werte des hochverfestigten TWIP-Stahls

Nach dem Anbringen der unterschiedlich geschrägten Stirnflächen 7 gemäß Figuren 2 und 3 und dem anschließenden Laserschweißen wurden dann die in Tabelle 3 an- gegebenen mechanischen Werte des TWIP-Stahls im Bereich der Schweißnaht 9 gemessen bzw. ermittelt:

Tabelle 3 : Mechanische Werte der Laser-Schweißproben 0°/30 45 60°

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Abfall der Zugfestigkeit im Bereich der jeweils unterschiedlich abgeschrägt angeordneten Schweißnaht 9 auf ein Niveau von 60-90 % der Basisfestigkeit des kaltverfestigten TWIP-Stahles angehoben werden. Ebenso steigt die Bruchdehnung in der Schweißnaht 9 deutlich an, d.h. die Duktilität wird verbessert, wie dies aus der Tabelle 4 zu entnehmen ist.

Tabelle 4: Vergleich Zugfestigkeit R m und Bruchdehnung A 50 -Schweißnaht/

Basismaterial

Bei den Proben mit angeschrägter Nahtvorbereitung der Schweißnaht 9 mit einem Winkel α von 45° und 60° ist ein deutlicher Anstieg der Zugfestigkeit und der Bruchdehnung zu erkennen. Auch über 60° hinaus ist ein weiterer Anstieg zu erwarten wobei die Nahtvorbereitung aufwendiger und die Schweißnaht 9 länger wird. Sachnummernliste flexibles Rohr

längserstreckte Öffnung

schlauchförmiges Innenrohr

Lagen aus Polymeren

Schmalband

Formschlussprofil

schräg angearbeitete Stirnflächen

Hauptbelastungsrichtung

Schweißnaht