DE102004059091A1

DE102004059091A1 - Verfahren zur Herstellung von warmgefertigten nahtlosen Rohren

Info

Publication number: DE102004059091A1
Application number: DE200410059091
Authority: DE
Inventors: Klaus Konrath; Klaus Kraemer
Original assignee: V&M Deutschland GmbH
Current assignee: Vallourec Deutschland GmbH
Priority date: 2004-12-03
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2006-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von warmgefertigten, insbesondere warmgewalzten nahtlosen Rohren mit einem Außendurchmesser bis 711 mm und einer Nennwanddicke bis 100 mm aus Metall, insbesondere Stahl, wobei nach dem Warm- oder Fertigwalzen mindestens an einem Rohrende über eine festgelegte Länge ein nahezu kreisrunder Innenumfang mit einem definierten Innendurchmesser erzeugt wird. DOLLAR A In einem ersten Schritt wird zunächst am betreffenden Rohrende bei gleichem Außendurchmesser eine größere Wanddicke erzeugt als am übrigen Rohrkörper und in einem zweiten Schritt wird in diesem Bereich durch mechanische Bearbeitung der nahezu kreisrunde Innenumfang mit dem definierten Innendurchmesser hergestellt, wobei der Übergang vom bearbeiteten zum unbearbeiteten Bereich fließend und die im Bearbeitungsbereich verbleibende Restwanddicke gleich oder größer der geforderten Mindestwanddicke des Rohres ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung warmgefertigter nahtloser Rohre gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein gattungsgemäßes Rohrherstellungsverfahren wird beispielsweise im Stahlrohr Handbuch (Vulkan-Verlag, Essen, 12. Auflage 1995, S. 97–101) beschrieben.

Mit dem als Schrägwalz-Pilgerschrittverfahren bezeichneten Rohrherstellungsverfahren für nahtlose Rohre sind Rohre im Durchmesserbereich bis etwa 711 mm mit Wanddicken bis etwa 100 mm bei Rohrlängen bis zu 28 m herstellbar.

Als Ausgangsmaterial werden für kleinere Pilgerstraßen gewalzter Rundstahl oder Rundstrangguss mit einem Durchmesser von ca. 100 bis 300 mm und für schwere Pilgerstraßen Rund- oder Polygonal-Gussblöcke von etwa 300 bis 750 mm Kantenlänge eingesetzt. Die Einsatzblöcke sind hinsichtlich Durchmesser, Länge und Gewicht auf die zu fertigende Rohrabmessung abgestimmt.

Bei kleinen Pilgerstraßen werden die Blöcke nach Erwärmen auf Umformtemperatur einem Schrägwalzwerk zugeführt und dort auf einem Lochdorn zu einem dickwandigen Hohlkörper gelocht.

Bei schweren Pilgerstraßen werden die Gussblöcke nach Erwärmen auf Umformtemperatur auf einer meist senkrechten Lochpresse in eine runde Matrize eingebracht und mit Hilfe eines zylindrischen Lochstempels von etwa halbem Matrizendurchmesser zu einem dickwandigen Hohlkörper mit Boden umgeformt.

In einer sich daran anschließenden meist horizontal angeordneten Durchstoßpresse, wird der Boden des Hohlblockes durchstoßen. Alternativ kann jedoch der Boden auch im Schrägwalzwerk durchgewalzt werden.

Als nächster Arbeitsgang folgt eine Wanddickenreduzierung des dickwandigen Rohrkörpers im Schrägwalzwerk mit leichter Streckung auf einem Dorn als Innenwerkzeug. Die Streckung des Materials im Schrägwalzwerk beträgt etwa 1,3 bis 2 bzw. die Querschnittsabnahme etwa 33 bis 50%.

Im Anschluss an den Schrägwalzvorgang wird der Hohlkörper in gleicher Walzhitze im Pilgergerüst auf einem Pilgerdorn als Innenwerkzeug zum fertigen Rohr ausgewalzt. Die Streckung liegt dabei zwischen 3 und 10, entsprechend einer Querschnittsabnahme von 80 bis 90%.

Nach beendetem Walzvorgang wird das fertige Rohr vom Pilgerdorn abgezogen. Der verbleibende unverformte Rest des Hohlkörpers, der sogenannte Pilgerkopf sowie der ungleichmäßig verformte Pilgerfuß, werden durch eine Warmsäge vom Rohr abgetrennt. Anschließend wird das Rohr abhängig von der Rohrwanddicke in einem Maßwalzwerk fertig gewalzt, wo die geforderten Rohrendabmessungen erzeugt werden.

Nach diesem Verfahren erzeugte Rohre werden beispielsweise in der Öl- oder Gasfördertechnik verwendet, wobei die einzelnen Rohrabschnitte durch eine Verbindungsnaht zu einem Endlosstrang verschweißt werden oder als Casing mit Muffen- oder Integralverbindung versehen, zu Casing-Strängen verschraubt werden. Insbesondere werden für diesen Bereich bislang Rohre mit Wanddicken bis zu 1'' verwendet.

Bei der Herstellung der Rohrverbindung ist eine exakte Fluchtung insbesondere der Innendurchmesser eine unbedingte Voraussetzung, um die Schweißverbindung automatisiert herstellen zu können. Weiterhin wird durch eine exakte Fluchtung der Rohrenden nach der Verschweißung oder Verschraubung zu einem Endlosstrang ein weitgehend störungsfreier Medienfluss durch die Rohrleitung gewährleistet.

Bei nahtlosen Rohren mit einer Wanddicke bis ca. 1'' werden deshalb die Innendurchmesser eines oder beider Rohrenden nach dem Fertigwalzen auf ein exaktes Endmaß kalibriert, so dass bei der Herstellung der Rohrverbindung immer eine exakte Fluchtung der Rohrenden gewährleistet ist.

Die Kalibrierung geschieht in der Weise, dass die Rohrenden mit einem Kalibrierwerkzeug auf ein definiertes Endmaß geringfügig aufgeweitet werden. Hiermit wird über eine festgelegte Länge ein nahezu kreisrunder Innenumfang mit einem definierten Innendurchmesser erzeugt.

Zunehmend werden jedoch warmgeformte nahtlos hergestellte Rohre mit Wanddicken oberhalb von 1'' angefragt. Bei derartig großen Wanddicken ist nach dem bekannten Stand der Technik eine Aufweitung durch ein entsprechendes Kalibrierwerkzeug aufgrund der jetzt wesentlich höheren Beanspruchung nicht mehr bzw. nur mit einem nicht mehr vertretbaren Aufwand durchführbar.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, mit dem in einfacher und kostengünstiger Weise auch Rohre mit Wanddicken ≥1'' an mindestens einem Rohrende über eine festgelegte Rohrlänge mit einem nahezu kreisrunden Innenumfang mit einem definierten Innendurchmesser erzeugt werden können.

Diese Aufgabe wird nach dem Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Nach der Lehre der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren verwendet, wobei in einem ersten Schritt am betreffenden Rohrende bei gleichem Außendurchmesser eine größere Wanddicke erzeugt wird als am übrigen Rohrkörper und in einem zweiten Schritt in diesem Bereich durch mechanische Bearbeitung der nahezu kreisrunde Innenumfang mit dem definierten Innendurchmesser erzeugt wird, wobei der Übergang vom bearbeiteten zum unbearbeiteten Bereich fließend und die im Bearbeitungsbereich verbleibende Restwanddicke gleich oder größer der geforderten Mindestwanddicke des Rohres ist.

Vorteil der gezielten Verdickung mindestens eines Rohrendbereiches ist, dass nunmehr auch bei Rohren mit Wanddicken ≥1'', die Erzeugung eines nahezu kreisrunden Innenumfangs mit einem definierten Innendurchmesser durch eine mechanische Bearbeitung der Wandverdickung ermöglicht wird ohne dass die geforderte Mindestwanddicke unterschritten wird.

Günstig ist für einen störungsarmen Medienfluss im späteren Verbindungsbereich des Rohres, dass in Rohrlängsrichtung ein absatzfreier Übergang vom verdickten Rohrende zum nicht verdickten Rohrbereich erzeugt wird.

Vorteilhaft wird die Wandverdickung so groß gewählt, dass die aufgrund der Rohrtoleranzen vorhandenen Maßabweichungen insbesondere bezüglich der Rundheit bzw. Ovalität, durch die nachfolgende mechanische Bearbeitung ohne Unterschreitung der Nennwanddicke nahezu vollständig ausgeglichen werden können.

Auswertungen von Ovalitätsmessungen an Rohren haben gezeigt, dass die Ovalität im Regelfall Werte unterhalb von 1 mm annimmt.

Zur Sicherstellung eines ausreichenden Bearbeitungsspielraumes hat es sich deshalb als günstig herausgestellt, eine Wandverdickung im Bereich von 1 bis 2 mm auf einer Länge von mindestens 500 mm ausgehend von der Stirnseite des Rohres vorzusehen.

Bei Bedarf kann die Wandverdickung jedoch auch größer oder kleiner sein und sich über kürzere oder längere Abschnitte erstrecken.

Andererseits sollte die Wandverdickung und deren Längserstreckung sowohl aus fertigungstechnischen wie auch aus Kostengründen auf ein für die Bearbeitung notwendiges Maß beschränkt werden.

Die mechanische Bearbeitung der Wandverdickung kann beispielsweise durch Ausbohren erfolgen, wobei eine sehr geringe Ovalität bei ebenfalls sehr geringen Durchmessertoleranzen erreicht werden kann.

Als vorteilhaft hat sich zur Sicherstellung einer qualitativ einwandfreien Verschweißung der Rohrenden eine Ausbohrlänge ausgehend von der Stirnseite des Rohres von mindestens 100 mm bewährt.

Im Bedarfsfall kann vor der Verschweißung der Rohrenden ein in die ausgebohrten Bereiche der beiden Rohrenden hinein ragender Zentrierring eingesetzt werden, um ein optimales Fluchten der Rohrenden für die automatisierte Schweißung zu gewährleisten.

Fallweise kann die Wandverdickung auch dazu genutzt werden, das Rohrende mit einem zur Verschraubung mit einer Muffe oder einem anderen Rohrende geeigneten Innengewinde zu versehen, wobei eine aus den Betriebsbeanspruchungen resultierende ausreichend große Restwanddicke erhalten bleibt.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Verdickung der Rohrendenbereiche bereits bei der Herstellung des warmgewalzten nahtlosen Rohres erzeugt werden.

Beispielsweise wird bei einem nach dem Pilgerschrittverfahren erzeugten Rohr, beim Ausstrecken des dickwandigen Hohlkörpers auf einem Pilgerdorn als Innenwerkzeug, eine festgelegte Länge mindestens eines Endes des Hohlkörpers derart gewalzt, dass nach dem Ausstrecken auf dem Pilgerwalzwerk innerhalb der Nutzlänge, der betreffende Rohrendenbereich durch Vergrößerung des Außendurchmessers bei gleichbleibendem Innendurchmesser eine größere Wanddicke als der übrige Rohrkörper aufweist.

Dies wird durch ein Auffahren der Walzen in den entsprechenden Rohrendenbereichen erreicht.

Bei diesem Verfahren wird die vorher erzeugte Wandverdickung am äußeren Rohrumfang beim Fertigwalzen zum Rohrinneren hin gedrückt, so dass nunmehr bei konstantem Außendurchmesser das Rohr zur Innenseite verdickt ist.

Auch ist es möglich, eine Wandverdickung durch Verringerung des Innendurchmessers eines Rohrendenbereiches bei gleichbleibendem Außendurchmesser (d. h. bei gleichem Kaliberöffnungsmaß) zu erreichen.

Bei dieser Verfahrensvariante ist der Pilgerdorn in der Weise konturiert, dass der Pilgerdorn im Fußbereich in dem das verdickte Rohrende bildenden Abschnitt einen reduzierten Durchmesser gegenüber dem übrigen Abschnitt aufweist, so dass sich beim Walzen des Rohres bei gleichem Außendurchmesser in diesem Abschnitt eine Wandverdickung einstellt. Die Wandverdickung ist bei diesem Verfahren nur einseitig im Fußbereich möglich, weil sonst der Pilgerdorn nach der Walzung nicht mehr aus dem Rohr gezogen werden kann.

Bei nachzuwalzenden Rohren wird im nachgeschalteten Maßwalzwerk das Rohr anschließend auf die geforderte Endabmessung des Außendurchmessers fertig gewalzt. Da sich die Wandverdickung bereits an der Rohrinnenseite befindet, wird beim Maßwalzen nur noch der geforderte Außendurchmesser erzeugt.

Alternativ bietet sich das Verfahren mit einem konturierten Pilgerdorn auch immer dann an, wenn die Rohr-Nennwanddicke schon so groß ist, dass ein anschließendes Maßwalzen des nach außen verdickten Rohres aufgrund der dann erforderlichen sehr hohen Umformkräfte nicht mehr durchgeführt werden kann.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es aber auch möglich, die Wandverdickung des Rohrendes durch eine Auftragsschweißung zu realisieren und damit vollständig vom Walzprozess abzukoppeln. Dies hätte den Vorteil, dass Rohre, z. B. Lagerrohre die ursprünglich nicht für den beschriebenen Einsatzzweck vorgesehen waren, nachträglich mit einer Wandverdickung versehen werden können.

Als weitere Verfahren zur Herstellung einer Wandverdickung sind aber auch andere Verfahren vorstellbar. Beispielsweise kommt auch ein Aufstauchen des Rohrendes, insbesondere durch Warmstauchen oder ein Aufsintern der Rohrendenbereiche in Betracht.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der dargestellten Ausführungsbeispiele.

Es zeigen:

1 Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes Rohr vor dem Maßwalzen,

2 wie 1, jedoch nach dem Maßwalzen,

3 erfindungsgemäß konturierter Pilgerdorn.

In der 1 ist ausschnittweise im Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Rohr mit einer Wandverdickung zur Rohraußenseite am Rohrende vor dem Maßwalzen dargestellt.
Eine derartige Wandverdickung wird beim Pilgern durch ein vergrößertes Kaliberöffnungsmaß, (d. h. vergrößerter Rohraußendurchmesser) mit einem zylindrischen Pilgerdorn als Innenwerkzeug erreicht.
Das so gepilgerte Rohr 1 weist bei gleichbleibendem Nenn-Innendurchmesser einen Abschnitt 4 auf, der in Richtung des Rohrendes in eine beispielsweise beim Warmwalzen aber vor dem Fertigwalzen des Rohres 1 erzeugte Wandverdickung 2 auf der Rohraußenseite übergeht, wobei der Übergang 3 absatzfrei ausgebildet ist.
Üblicherweise liegt die Wandverdickung, entsprechend der Ovalität des erzeugten Rohres, mit einem Bearbeitungszuschlag in einem Bereich zwischen 1 und 2 mm bei einer minimalen Erstreckung von 500 mm in Rohrachse. Die Wandverdickung ist in diesem Beispiel zur besseren Darstellung deutlich vergrößert gezeichnet.
Durch das im Anschluss an das Pilgern erfolgende Maßwalzen, wird das Rohr 1 mit dem im Endenbereich vergrößerten Außendurchmesser zu einem Rohr mit einem konstanten Außendurchmesser und auf die geforderte Endabmessung fertig gewalzt.
Hierdurch wird die ursprünglich auf der Rohraußenseite liegende Wandverdickung 2 zur Rohrinnenseite gedrückt, wobei ein erfindungsgemäßes Rohr mit einer zur Innenseite liegenden Wandverdickung 2', entsprechend 2, entsteht.
Bei der im Anschluss an das Fertigwalzen erfolgenden mechanischen Bearbeitung wird die Wandverdickung 2' des Rohres 1 in der Weise bearbeitet, dass ein nahezu kreisrunder Innenumfang mit einem definierten Innendurchmesser erzeugt wird.
3 zeigt in einer ausschnittweisen Darstellung einen erfindungsgemäß konturierten Pilgerdorn zur Herstellung eines warmgewalzten Rohres nach dem Pilgerschrittverfahren, wobei die innenseitige Wandverdickung an dem im Fußbereich des Pilgerdornes befindlichen Rohrende erzeugt wird.
Der Pilgerdorn 5 besteht aus einem mit einem Nenn-Außendurchmesser versehenen Abschnitt 8, der mit einem absatzfreien Übergang 7 in einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser übergeht. Beim Pilgern des Rohres 1 über dem erfindungsgemäßen Pilgerdorn 5 als Innenwerkzeug, fließt bei der Umformung bei gleichbleibendem Kaliberöffnungsmaß der Werkstoff verfahrensbedingt in den mit einem reduzierten Durchmesser versehenen Dornabschnitt 6, so dass in diesem Abschnitt eine innenseitige Wandverdickung 2'' des Rohres 1 erzeugt wird.
Bezugszeichenliste

Claims

Verfahren zur Herstellung von warmgefertigten, insbesondere warmgewalzten nahtlosen Rohren mit einem Außendurchmesser bis 711 mm und einer Nennwanddicke bis 100 mm aus Metall, insbesondere Stahl, wobei nach dem Warm- oder Fertigwalzen mindestens an einem Rohrende über eine festgelegte Länge ein nahezu kreisrunder Innenumfang mit einem definierten Innendurchmesser erzeugt wird dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt am betreffenden Rohrende bei gleichem Außendurchmesser eine größere Wanddicke erzeugt wird als am übrigen Rohrkörper und in einem zweiten Schritt in diesem Bereich durch mechanische Bearbeitung der nahezu kreisrunde Innenumfang mit dem definierten Innendurchmesser hergestellt wird, wobei der Übergang vom bearbeiteten zum unbearbeiteten Bereich fließend und die im Bearbeitungsbereich verbleibende Restwanddicke gleich oder größer der geforderten Mindestwanddicke des Rohres ist.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wandverdickung durch ein Warmwalzen vor dem Fertigwalzen erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 Dadurch gekennzeichnet, dass das Warmwalzen ein Pilgern ist.
Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Wandverdickung bei gleichbleibendem Innendurchmesser des Rohres durch ein Auffahren der Walzen beim Pilgern erzeugt und durch ein anschließendes Fertigwalzen die Wandverdickung zur Rohrinnenseite gedrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Warmwalzen ein Pilgern unter Verwendung eines im Bereich des Pilgerfußes konturierten Pilgerdornes ist.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wandverdickung des betreffenden Rohrendenbereiches durch eine Auftragsschweißung erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wandverdickung des betreffenden Rohrendenbereiches durch ein Stauchen des Rohrendes erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Stauchen ein Warmstauchen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Wandverdickung des betreffenden Rohrendenbereiches durch ein Aufsintern erzeugt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–9 dadurch gekennzeichnet, dass die Wandverdickung mindestens 1 mm beträgt.
Verfahren nach den Ansprüchen 1–10 dadurch gekennzeichnet, dass die Wandverdickung ausgehend von der Stirnseite sich in Rohrlängsrichtung auf einer Länge von mindestens 500 mm erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11 dadurch gekennzeichnet, dass in Rohrlängsrichtung ein absatzfreier Übergang vom verdickten Rohrende zum nicht verdickten Rohrbereich erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–12 dadurch gekennzeichnet, dass Rohre mit einer Nennwanddicke ≥1'' mit mindestens einem verdickten Rohrende hergestellt werden.
Pilgerdorn zur Herstellung eines Rohres nach dem Verfahren gemäß Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Pilgerdorn (5) im Fußbereich in einem das verdickte Rohrende bildenden Abschnitt (6) einen reduzierten Außendurchmesser gegenüber dem übrigen Abschnitt (8) des Pilgerdornes (5) aufweist.
Pilgerdorn nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem reduzierten Außendurchmesser versehene Abschnitt (6) des Pilgerdornes (5) mit einem absatzfreien Übergang (7) in den im Außendurchmesser nicht reduzierten Abschnitt (89) des Pilgerdornes (5) übergeht.