DE2520812C2 - Verfahren zum Herstellen von Stahlrohren mit großem Durchmesser - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von Stahlrohren mit großem DurchmesserInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Rohre zur Herstellung von Fernleitungen für Erdöl oder Erdgas müssen neben einem großen Durchmesser,
großer Zähigkeit und großer Spannungsfestigkeit besonders maßhaltig angefertigt sein, da ein Nachrichten
der Rohre beim Verlegen wegen des großen Formates kaum möglich ist und da die Belastungen der Verbindungsstellen
auf ein Mindestmaß reduziert sein sollten. Die Rohre sollten ferner möglichst spannungsfrei sein,
um sicherzustellen, daß das Rohr auch nach Abtrennen eines Abschnitts formhaltig bleibt. Es ist daher erforderlich,
daß ein nach einem herkömmlichen Verfahren hergestelltes Rohr einer besonders gleichmäßigen Wärmebehandlung
unterzogen wird, um sicherzustellen, daß nicht noch etwa durch die erforderliche Wärmebehandlung
Fehler an Form, Abmessung und Spannungsverhalten auftreten.
Um dieses Ziel zu erreichen, verwendet das eingangs genannte, bekannte Verfahren (US-PS 38 04 390) eine
radial zum Rohr angeordnete Induktionsspule, um das Rohr zu erwärmen, sowie nachgeschaltet eine Sprüheinrichtung,
welche ebenfalls radial auf das Rohr einwirkt, um dieses abzuschrecken. Die bekannte Anordnung
soll hierbei bezwecken, daß alle Wandteile des Rohres, die in einer gemeinsamen Radialebene liegen, jeweils
gleichzeitig die gleiche Wärmebehandlung erfahren.
Die durch das bekannte Verfahren hergestellten Rohre genügen aber nicht höheren Anordnungen an
Formgenauigkeit, Zähigkeit, Spannungsfestigkeit und Restspannungsfreiheit, weswegen bereits vorgeschlagen
wurde, die Rohre nach abgeschlossener Wärmebehandlung radial aufzuweiten, wie dies etwa durch die
DE-OS 15 83 392 bekannt ist.
Kombiniert man die beiden bekannten Verfahren miteinander und optimiert man zusätzlich die erforderlichen
Verfahrensparameter, wonach bei der Wärmebehandlung das Rohr auf 850 bis 1000° C aufgeheizt,
s anschließend um mindestens 10 K pro Sekunde gekühlt und gegebenenfalls nachfolgend bei 450 bis 70ü°C
angelassen wird, dann gelingt es, Rohre der erforderlichen Qualität herzustellen, wobei allerdings die Aufweitung
des Rohres, bezogen auf den Rohrdurchmesser,
ίο in der Größenordnung von 1,5% liegen muß. Beim Aufweiten
muß allerdings zum Erreichen dieser bleibenden Verformung das Rohrwandmaterial stark belastet
werden, wobei die Gefahr von Schäden insbesondere bei Schweißnähten um so höher wird, je größer die Aufweitung
ist
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, die Kombination der beiden eingangs
genannten, bekannten Verfahren dahingehend zu verbessern, daß trotz wesentlich geringerer Aufweitung
des Rohres dessen oben genannte, erreichbare Qualitätseigenschaften beibehalten werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Rohr vor der Wärmebehandlung bzw. vor
der ersten Wärmebehandlung mindestens an den zur Kühlwasserbeaufschlagung vorgesehenen Oberflächen
zusätzlich derart entzundert, daß diese Oberflächen zu mindestens 90% zunderfrei sind.
Es hat sich nämlich herausgestellt, daß trotz einer möglicherweise bereits weit fortgeschrittenen Entzunderung
der Materialoberflächen bei der vorausgehenden Herstellung des Rohrrohlings Zunder in meist
ungleichmäßiger Verteilung verbleibt, der dann an den betreffenden Stellen den Wärmeübergang zwischen
Rohrwandmaterial und Kühlwasser beeinträchtigt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit eine gleichmäßigere Abkühlung erzielt, als dies ohne die
zusätzliche Entzunderung erreichbar wäre. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß ein derart
behandeltes Rohr nach der Wärmebehandlung nur um höchstens 0,8% aufgeweitet zu werden braucht, um die
erforderlichen Eigenschaften zu erreichen.
Um das Maß der Entzunderung festzustellen, können herkömmliche Verfahren Anwendung finden, wie sie
etwa zur Feststellung des anteiligen Rostbefalles lackierter Stahlflächen verwendet werden (American
National Standard ANSI/ASTM D 610-68).
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Zunder bis zu 98% entfernt, wobei vorzugsweise das
Rohr durch Kugelstrahlen entzundert und anschließend in wäßriger Kupfersulfatlösung nachbehandelt wird.
Bei einer derartigen Rohrbehandlung kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer Aufweitung auskommen,
die einen Wert von 0,8% unterschreitet und bis zu 0,1% erreichen kann.
Der Gegenstand der Erfindung ist anhand nachfolgender, praktischer Ausführungsbeispiele und der
Zeichnungen noch näher erläutert; es zeigt:
F i g. 1 ein Diagramm, in welchem die beim Abkühlen einer Probe erreichte Wärmeübergangszahl in
Abhängigkeit von der Verzunderung der Probenfläche dargestellt ist,
F i g. 2 ein Diagramm, in welchem die Restspannungen über der Aufweitrate aufgetragen sind und
F i g. 3 schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
F i g. 3 schematisch eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nachfolgend werden die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Stahlrohres unter Bezug auf die Zeichnung
im einzelnen erläutert.
I. Ausgangsmaterial
Das eifindungsgemäß behandelte Stahlrohr mit
großem Durchmesser kann durch gewöhnliche Rohrherstellungsverfahren, wie das UO-Rohrherstellungsverfahren
(Schlitzrohrfertigung durch Biegepressen), das Spiralrohr-Herstellungsverfahreti, das Biegewalzformverfahren
oder dergleichen hergestellt werden. Es besteht keine spezielle Beschränkung für die Materialqualität,
und die folgenden Abmessungen des Rohres werden vorzugsweise und beispielsweise gewählt:
Wanddicke .mindestens 6 mm
(vorzugsweise 6 bis 25 mm)
Durchmesser mindestens 450 mm
(vorzugsweise 450 bis 2000 mm)
Länge mindestens 2 m
(vorzugsweise 6 bis 20 m)
Die obigen Abmessungsbereiche sind im Hinblick auf die Wirksamkeit der Induktionsheizung für ein
schnelles Aufheizen gewählt, sowie im Hinblick auf die Beschränkungen für die Herstellung des Rohrmateriales
und des Rohres.
II. Entzundern
Wenn Zunder an dem Rohr während des Erwärmens und Kühlens haftet, wird die Kühlwirksamkeit beträchtlich
verringert (vgl. Tabelle 1), so daß nur unzureichend abgeschreckt werden kann und für dieselbe Zusammensetzung
nur abgesenkte Festigkeits- und Zähigkeitswerte erhalten werden können. Die zweite Aufgabe des
Entzunderungsverfahrens besteht darin, ein gleichförmiges Abkühlen zu gewährleisten und dadurch eine
Verformung des Rohres zu verhindern (Tabelle 1). Im allgemeinen platzt der Walzzunder örtlich durch die
Verformung ab, wenn ein Stahlrohr aus Stahlplatten durch Kaltverformung hergestellt wird. Es entstehen
daher Unterschiede in der Kühlwirkung zwischen den Teilen, an denen der Walzzunder noch dicht anhaftet,
und den Teilen ohne Walzzunder, so daß die Abkühlgeschwindigkeit innerhalb desselben Querschnitts wegen
der ungleichmäßigen Kühlwirkung variiert und dadurch eine beträchtliche Deformation verursacht wird.
Als Entzunderungsverfahren können das mechanische Entzundern, wie Kugelstrahlen oder Sandstrahlen,
und Säurebeizen angewendet werden, wobei unter dem Gesichtspunkt der Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit
sowie des Einflusses auf die Stahlqualität das Kugelstrahlen bevorzugt wird. Das Entzundern kann
bereits bei einer Stahlplatte vor der eigentlichen Rohrherstellung geschehen.
Es wird derart vorgenommen, daß mehr als 90% der behandelten Oberflächen zunderfrei sind. Diese werden
zur Feststellung des Maßes der Entzunderung in wäßriger Lösung von Kupfersulfat gebeizt.
Es reicht aus, nur die Außenfläche des Stahlrohres zu entzundern, falls bei der Wärmebehandlung nur die
Außenfläche abgeschreckt wird.
F i g. 1 zeigt das Verhältnis zwischen der Entzunderung und der Kühlwirkung.
Die experimentellen Bedingungen fur die Bestimmung
des Verhältnisses gemäß Fig. 2 waren wie folgt:
Rohrqualität SM 50 (s. Tabelle im Anhang) Rohr- Wandstärke 10 mm,
abmessungen Durchmesser 762 mm. Länge 12 000 mm
Glüh- bei 910° C für 2,5 min
bedingungen
Kühl- Anfangstemperatur beim Kühlen
bedingungen 880° C, Endtemperatur beim
Kühlen 42° C
Kühlen 42° C
Kühlwasser 4 m3/min (40 N/cm2)
(Druck)
(Druck)
Kühlverfahren Anwendung einer zylindrischen
Schlitzdüse
Vorschubge- 1 m/min
schwindigkeit
schwindigkeit
III. Örtliches schnelles Aufheizen
Das entzunderte Stahlrohr wird vor dem Aufweiten einer lokal stattfindenden Wärmebehandlung unterworfen.
Deren Aufgabe besteht darin, für ein gerades Rohr, welches horizontal abgestützt ist, Deformationen
aufgrund der Schwerkraft zu verhindern, die Zähigkeit zu verbessern und die erneute Bildung von dichthaftendem
Zunder zu verhindern. In diesem Zusammenhang bedeutet der Begriff »lokal« eine Teillänge des Stahlrohres
in Axiairichtung, und für die Erfindung ist diese Teillänge insbesondere und vorzugsweise kleiner als das
5fache des Außendurchmessers D des Stahlrohres. Vorzugsweise geschieht das schnelle Aufheizen auf über
600° C durch mindestens zwei kombiniert angeordnete
in Induktionsspulen.
Für das Abschrecken oder Härten wird das Stahlrohr auf einen Temperaturbereich von 850° C (nicht geringer
als der Punkt Ar.i) bis 1000° C (geringerals die Temperatur, bei der Austenitkornvergröberung einsetzt), und
zum Anlassen auf einen Temperaturbereich von 450 bis 700° C (nicht höher als An) aufgeheizt, welcher höher
ist als die geringste Temperatur, die zur Verbesserung der Zähigkeit erforderlich ist.
Es wird insbesondere oberhalb 600° C eine Erwärmung von mindestens 100 K/min bevorzugt. Eine
bewegliche Heizeinrichtung wird bevorzugt.
IV. Abschrecken
Das auf das lokale Aufheizen erfolgende Abschrekken wird vor dem Aufweiten des Rohres durchgeführt.
Durch gleichmäßiges Kühlen zur Verhinderung der Deformation während des Kühlens (die Kühlwirkung ist
oben anders als unten, wenn das Kühlen in Luft durchgeführt wird) und durch Steuerung der Kühlung kann
so auch ein Korrigieren der Geradheit des Stahlrohres erreicht werden.
Als Einrichtung zum Abschrecken ist wenigstens ein zylindrischer Kühlring in gerader Linie koaxial zur
Länge des Rohres angeordnet, der Kühlmittel, wie Wasser oder ein Gemisch von Dampf und Wasser, ausspritzt.
Zur Erzielung der angestrebten Wirkung wird der Kühlring in eine gegenüber der koaxialen Linie
exzentrische Lage versetzt, so daß der Winkel des Wasserstromes beispielsweise zur Außenfläche des
bo Stahlrohres in der Umfangsrichtung des Stahlrohres
gesteuert wird, um die Ausrichtung des Stahlrohres zu korrgieren; es kann somit beispielsweise eine Verbiegung
des Rohres, die während der Rohrherstellung aufgetreten ist, durch exzentrisches Versetzen der Düse
b5 des zylindrischen Ringes begradigt werden, indem die
konvexe Seite der Verbiegung schneller als die gegenüberliegende, konkave Seite gekühlt wird.
Die Kühlbedingungen sind so einzustellen, daß das
Die Kühlbedingungen sind so einzustellen, daß das
Kühlen bei einem mittleren Wärmeübergangskoeffizient von mehr als 2325 W/m2 · K und bei einer mittleren
Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 10 K/s von 800° C bis auf 500° C durchgeführt wird. Wenn die
Abkühlung den obigen Bedingungen nicht genügt, kann für den Umfangsquerschnitt des Rohres im Fall
der Verwendung des zylindrischen Kühlringes die konstante Abkühlung und die Formhaltigkeit beeinträchtigt
werden.
Der zylindrische Kühlring kann aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt sein. Durch Steuerung
der Wasserstrahlmenge von jedem Düsenabschnitt können ähnliche Ergebnisse erhalten werden, wie das oben
beschriebene exzentrische Versetzen der Kühldüse.
F i g. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung für die Wärmebehandlung gemäß der Erfindung. In F i g. 3
entspricht das Bezugszeichen 1 Induktionsheizspulen, die kombiniert angeordnet sind. Das Bezugszeichen 2
bezeichnet jeweils einen zylindrischen Kühlring mit einer Düse zum Ausspritzen von Kühlwasser entlang
seines gesamten Innenumfangs. In der aus F i g. 3 ersichtlichen Ausführungsform sind zwei Kühlringe
vorgesehen, so daß das Stahlrohr in zwei Kühlabschnitten gekühlt wird. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine
Entwässerungsvorrichtung zum Entfernen von am Rohr 6 anhaftendem Wasser. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet
Einspannvorrichtungen für das Rohr, wie ζ. Β. Walzen. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet Rollgangrollen
für das Vorschieben des Rohres 6. Die Rolle 5' ist eine nichtmagnetische Rollgangrolle.
Kühlverfahren
Vorschubgeschwindigkeit
Entzunderung
Entzunderung
zylindrische Schlitzdüse Kühlen der Außenfläche 6 mm/min
Kugelstrahlen (98% entzundert)
Aus Tabelle 2 sind die ausgezeichneten Ergebnisse der erfmdungsgemäß behandelten Rohre hinsichtlich
ίο der Formhaltigkeit und Restspannung ersichtlich.
Beispiel für die Zusammensetzung des SM 50-Stahles:
Stahlrohrqualität
Stahlrohrabmessung
Glühen
Kühlen
Glühen
Kühlen
Kühlwasser
SM 50 (s. Tabelle im Anhang) 15 mm X 762 mm Χ 12 000 mm
910° C für 2,5 min
Anfangstemperatur 890° C Endtemperatur 42° C 4 mVmin
40
45 Si
Mn
Al
V. Aufweiten des Rohres
Das Aufweiten des Rohres beseitigt Unrundheit und Restspannungen. Als Verfahren zum Aufweiten des
Rohres kann ein mechanisches oder hydraulisches Verfahren entsprechend DE-OS 15 83 392 angewendet werden.
Das Aufweiten liegt erfmdungsgemäß im Bereich von 0,1 bis 0,8%, vorzugsweise 0,3 bis 0,5% des Durchmessers
in bleibender plastischer Verformung und erbringt die Wirkungen, die aus F i g. 2 ersichtlich sind.
F i g. 2 zeigt Änderungen (in der Umfangsrichtung des Rohres, gemessen durch das Spannungsdehnverfahren)
der Restspannungen aufgrund des Aufweitens nach der Wärmebehandlung, welche unter den folgenden
Bedingungen durchgeführt wurde:
0,14 0,27 1,37 0,018 0,010 0,025
Jeweils ein im UO-Verfahren hergestelltes Stahlrohr aus SM 50 (siehe oben) mit einer Länge von 12 000 mm,
einem Außendurchmesser von 762 mm und einer Wandstärke von 10 mm wird induktiv erwärmt, bei
910° C geglüht und bei 880° C beginnend bis auf 42° C abgekühlt. Vor der Behandlung betragen die Rundheit
in der Mitte 761 bis 763 mm, die Geradheit (mm pro 12 m) 11 mm und die Außenumfangstoleranz in der
Mitte 2391 ± 2 mm. Das Rohr a wird nicht entzundert, während das Rohr b zu 99% entzundert wird.
Rohr a
Rohr b
754-775 765-773
2410 ±8 2412 ±3
50
55
Entzunderung nein 99%
Wärmeübergangskoeffizient 4300 9900
(W/m2 · K)
Rundheit in der Mitte (mm)
Rundheit in der Mitte (mm)
nach der Behandlung
Geradheit (mm pro 12 m)
Geradheit (mm pro 12 m)
nach der Behandlung
Aufweitverhältnis in % 1,5 0,3
Aufweitverhältnis in % 1,5 0,3
nach der Wärmebehandlung
Alle Rohre aus SM 50 (JIS) (siehe oben), 12 000 mm lang, Außendurchmesser 762 mm, mehr als 98% durch
Kugelstrahlen mit anschließender Behandlung mit wäßriger Lösung von Kupfersulfat entzundert, durch Induktionsheizung
erstmals auf 910° C und im zweiten Durchgang auf 650° C erwärmt und nach dem Kühlen
auf 42° C zum Korrigieren der Rundheit aufgeweitet.
Rohr Nr.
Herstellungsverfahren | UO | UO | UO | SP |
Wandstärke (mm) | 10 | 15 | 20 | 10 |
Anfangstemperatur | 880 | 890 | 900 | 880 |
beim Abkühlen (°C) **) | 620 | 625 | 630 | 620 |
Aufweitverhältnis (%) | 0,4 | 0,8 | 0,5 | 0,5 |
25 20812 | 7 | Fortsetzung | 1 | 2 | 8 | 3 | ±4 | ±6 | 4 |
Rohr Nr. | 762-765 | 761-765 | 762-766 | ±2 | ±4 | 761-763 | |||
Rundheit (mm): beide Enden | 763-765 | 762-765 | 761-764 | 763-764 | |||||
Rundheit (mm): Mitte | 1,4 | 1,2 | 0,8 | -7,8 | -6,9 | 1,1 | |||
Formhaltigkeit API (mm/1000 mm) | auf ein Grundmaß von 2395 mm: | + 1,0 | + 2,9 | ||||||
Außenumfangstoleranz (mm), bezogen | ±4 | ±4 | |||||||
beide Enden | ±2 | ±2 | |||||||
Mitte | |||||||||
Restspannung (N/mm2) *): | - i 1,8 | - 11,3 | |||||||
Innenoberfläche | + 2,0 | + 2,0 | |||||||
Außenoberfläche | |||||||||
*) Restspannung in Radialrichtung, im Mittelteil in Längsrichtung, durch Spannungsdehnungs
messung ermittelt;
+ bedeutet Zugspannung, - bedeutet Druckspannung
*) Zweimaliges Aufheizen
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen |J
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Stahlrohren mit großem Durchmesser und hoher Formgenauigkeit,
Zähigkeit und Zugfestigkeit, wobei das bereits teilweise entzunderte Rohr mindestens einer Wärmebehandlung
unterworfen wird, welche das vom einen Ende zum anderen des Stahlrohres in axialer Richtung
fortschreitende lokale Erwärmen des Stahlrohres und dessen nachfolgendes Abschrecken umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
- daß zumindest die Außenoberfläche des Stahlrohres zusätzlich vor der Wärmebehandlung
derart entzundert wird, daß diese Oberfläche zu 90% zunderfrei ist, und
- daß das Stahlrohr nach abgeschlossener Wärmebehandlung um 0,1 bis 0,8%, bezogen auf den
Rohrdurchmesser, aufgeweitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr um 0,3 bis 0,5% aufgeweitet
wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr durch
Kugelstrahlen entzundert und mit wäßriger Kupfersulfatlösung gebeizt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlrohr mindestens
zu 98% entzundert wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752520812 DE2520812C2 (de) | 1975-05-09 | 1975-05-09 | Verfahren zum Herstellen von Stahlrohren mit großem Durchmesser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752520812 DE2520812C2 (de) | 1975-05-09 | 1975-05-09 | Verfahren zum Herstellen von Stahlrohren mit großem Durchmesser |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2520812A1 DE2520812A1 (de) | 1976-11-18 |
DE2520812C2 true DE2520812C2 (de) | 1984-04-19 |
Family
ID=5946215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752520812 Expired DE2520812C2 (de) | 1975-05-09 | 1975-05-09 | Verfahren zum Herstellen von Stahlrohren mit großem Durchmesser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2520812C2 (de) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1583392A1 (de) * | 1967-12-19 | 1970-10-29 | Alfons Mertes | Verfahren und Vorrichtung zum hydraulischmechanischen Expandieren von Rohren |
US3804390A (en) * | 1971-09-08 | 1974-04-16 | Ajax Magnethermic Corp | Apparatus and method for heat-treating large diameter steel pipe |
-
1975
- 1975-05-09 DE DE19752520812 patent/DE2520812C2/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2520812A1 (de) | 1976-11-18 |
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