DE102020200034A1 - Process for producing a composite pipe and composite pipe - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres umfassend die Herstellung eines Mantelrohres im Schleudergussverfahren aus einem ersten Werkstoff und das Aufbringen eines Werkstoffpulvers aus einem zweiten Werkstoff auf die noch schmelzeheiße Innenwand des Mantelrohres innerhalb der Gussform für das Mantelrohr, sodass der Werkstoff des Mantelrohres mit dem in das Mantelrohr eingebrachten Werkstoffpulver unter Bildung eines Innenrohrs einen innigen Verbund eingeht, wobei der erste Werkstoff im Wesentlichen aus einem unlegierten oder niedriglegierten Stahl besteht und der das Innenrohr bildende zweite Werkstoff ausgewählt ist aus einer Gruppe von Werkstoffen umfassend hochlegierte Stähle, hochkorrosionsfeste, hochverschleißfeste oder hochtemperaturfeste Stähle und keramische Materialien.A method for the production of a composite pipe comprising the production of a casing pipe in the centrifugal casting process from a first material and the application of a material powder made of a second material to the still hot inner wall of the casing pipe within the casting mold for the casing pipe, so that the material of the casing pipe with that introduced into the casing pipe Material powder forms an intimate bond with the formation of an inner tube, the first material essentially consisting of an unalloyed or low-alloy steel and the second material forming the inner tube being selected from a group of materials comprising high-alloy steels, highly corrosion-resistant, highly wear-resistant or high-temperature-resistant steels and ceramic materials .
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres umfassend die Herstellung eines Mantelrohres im Schleudergussverfahren aus einem ersten Werkstoff und das Aufbringen eines Werkstoffpulvers aus einem zweiten Werkstoff auf die noch schmelzeheiße Innenwand des Mantelrohres innerhalb der Gussform für das Mantelrohr, sodass der Werkstoff des Mantelrohres mit dem in das Mantelrohr eingebrachten Werkstoffpulver unter Bildung eines Innenrohrs einen innigen Verbund eingeht.The invention relates to a method for producing a composite pipe comprising the production of a casing pipe in the centrifugal casting process from a first material and the application of a material powder from a second material to the still hot inner wall of the casing pipe within the casting mold for the casing pipe, so that the material of the casing pipe with the Material powder introduced into the jacket tube forms an intimate bond with the formation of an inner tube.
Derartige Verfahren sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt. Ein Verbundrohr, welches zumindest teilweise im Schleudergussverfahren hergestellt wurde, ist beispielsweise aus der
Aus der
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Für die Lagerung, den Transport oder zur Förderung von hochkorrosiven Medien, wie beispielsweise schwefelhaltigem Rohöl oder mit Sauergas versetztem Erdgas oder für den Transport von Wasserstoff müssen verwendete Rohre oder Behältnisse entweder vollständig aus hochlegierten Werkstoffen, wie nicht rostenden austenitischen Stählen oder Duplexstählen oder Nickel bzw. Chrombasislegierungen hergestellt sein, oder sie müssen, wenn sie aus einfacheren, preiswerteren Werkstoffen, wie niedriglegierten Stählen bestehen, in regelmäßigen Abständen erneuert werden.For the storage, transport or pumping of highly corrosive media, such as sulfur-containing crude oil or natural gas mixed with acid gas, or for the transport of hydrogen, the pipes or containers used must either be made entirely of high-alloy materials, such as stainless austenitic steels or duplex steels or nickel or Chromium-based alloys must be produced, or if they consist of simpler, cheaper materials such as low-alloy steels, they must be renewed at regular intervals.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Rohre bereitzustellen, die überwiegend aus einem preisgünstigen und einfach zu verarbeitenden Werkstoff bestehen, die aber dennoch wenigstens innenseitig temperaturfest, korrosionsfest und/oder verschleißfest sind.Against this background, the invention is based on the object of providing tubes which predominantly consist of an inexpensive and easy to process material, but which are nevertheless temperature-resistant, corrosion-resistant and / or wear-resistant at least on the inside.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren umfassend die Merkmale des Anspruchs 1 sowie durch ein Verbundrohr umfassend die Merkmale des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by a method comprising the features of claim 1 and by a composite pipe comprising the features of claim 12. Advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.
Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundrohres umfassend die Herstellung eines Mantelrohres im Schleudergussverfahren aus einem ersten Werkstoff und das Aufbringen eines Werkstoffpulvers aus einem zweiten Werkstoff auf die noch schmelzeheiße Innenwand des Mantelrohres innerhalb der Gussform für das Mantelrohr, sodass der Werkstoff des Mantelrohres mit dem in das Mantelrohr eingebrachten Werkstoffpulver unter Bildung eines Innenrohrs einen innigen Verbund eingeht, wobei der erste Werkstoff im Wesentlichen aus einem unlegierten oder niedriglegierten Stahl besteht und der das Innenrohr bildende zweite Werkstoff ausgewählt ist aus einer Gruppe von Werkstoffen umfassend hochlegierte Stähle, hochkorrosionsfeste, hochverschleißfeste oder hochtemperaturfeste Stähle und keramische Materialien.One aspect of the invention relates to a method for the production of a composite pipe comprising the production of a casing pipe in the centrifugal casting process from a first material and the application of a material powder from a second material to the still hot inner wall of the casing pipe within the casting mold for the casing pipe, so that the material of the casing pipe An intimate bond is formed with the material powder introduced into the jacket tube to form an inner tube, the first material essentially consisting of an unalloyed or low-alloy steel and the second material forming the inner tube being selected from a group of materials comprising high-alloy steels, highly corrosion-resistant, highly wear-resistant or high temperature resistant steels and ceramic materials.
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst insbesondere das Aufsprühen eines Metallpulvers als Werkstoffpulver auf die noch flüssige oder teilflüssige bzw. noch nicht vollständig erstarrte Innenfläche des als Schleudergussteil hergestellten Mantelrohres, vorzugsweise noch während des Schleudergussprozesses. Dabei ist ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung, dass das Mantelrohr, anders als bei den im Stand der Technik bekannten Verfahren aus einem einfachen und preiswerten Werkstoff besteht. Das Mantelrohr besteht erfindungsgemäß aus einem unlegierten oder niedriglegierten Stahl. Unter einem niedriglegierten Stahl im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Stahl zu verstehen, der bis zu 5 Masseprozent Legierungsbestandteile umfasst.The method according to the invention comprises in particular the spraying of a metal powder as material powder onto the still liquid or partially liquid or not yet completely solidified inner surface of the casing tube produced as a centrifugally cast part, preferably during the centrifugal casting process. An essential aspect of the invention is that the jacket tube, unlike the methods known in the prior art, consists of a simple and inexpensive material. According to the invention, the jacket tube consists of an unalloyed or low-alloy steel. A low-alloy steel in the context of the present invention is to be understood as a steel which comprises up to 5 percent by mass of alloy constituents.
Die Temperatur des Schleudergußteils ist bei dem Verfahren gemäß der Erfindung zweckmäßigerweise beim Aufsprühen bzw. Auftragen des Werkstoffpulvers so hoch, dass das aufgesprühte Werkstoffpulver zumindest an geschmolzen wird, um einen innigen Materialverbund bzw. eine metallene Verbindung beider Werkstoffe zu erhalten.In the method according to the invention, the temperature of the centrifugally cast part is expediently so high when spraying or applying the material powder that the sprayed material powder is at least partially melted in order to obtain an intimate material bond or a metallic bond between the two materials.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Werkstoffpulver unmittelbar nach dem Schleudergießen des Mantelrohres oder zeitlich versetzt danach aufgebracht wird, je nach Temperatur des Mantelrohres.According to the invention, it can be provided that the material powder is applied immediately after the centrifugal casting of the jacket tube or afterwards, depending on the temperature of the jacket tube.
Bei einer vorteilhaften Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur der Innenwand des Mantelrohres vor dem Einbringen des Werkstoffpulvers gemessen wird und dass Werkstoffpulver anschließend in zeitlicher Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur auf die Innenwand des Mantelrohres aufgebracht wird. Hierzu kann einseitig, bevorzugt an der Öffnung der Gussform/Kokille gegenüber einer Eingangsseite eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen sein, um über die Temperatur der unbeschichteten Innenfläche des Schleudergussteils den optimalen Zeitpunkt zum Aufsprühen des Werkstoffpulvers bestimmen zu können.In an advantageous variant of the invention, it is provided that the temperature of the inner wall of the jacket tube is measured before the material powder is introduced and that material powder is then applied to the inner wall of the jacket tube as a function of time on the measured temperature. For this purpose, a temperature measuring device can be provided on one side, preferably at the opening of the casting mold / chill opposite an inlet side, in order to be able to determine the optimal point in time for spraying the material powder via the temperature of the uncoated inner surface of the centrifugally cast part.
Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass das Abkühlverhalten des Mantelrohres nach dem Schleuderguss berechnet und/oder simuliert wird und dass aus der Berechnung und/oder Simulation ein optimaler Zeitpunkt für die Einbringung des Werkstoffpulvers ermittelt wird.As an alternative to this, it can be provided that the cooling behavior of the jacket tube is calculated and / or simulated after the centrifugal casting and that an optimal point in time for the introduction of the material powder is determined from the calculation and / or simulation.
Das Werkstoffpulver kann Werkstoffe umfassen, die ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend rostträge martensitische oder austenitische Stähle oder Duplexstähle oder andere metallene Werkstoffe auf Nickel-, Chrom-, Kupfer-, Beryllium- oder Titanbasis.The material powder can comprise materials selected from a group comprising rust-resistant martensitic or austenitic steels or duplex steels or other metallic materials based on nickel, chromium, copper, beryllium or titanium.
Zur Erhöhung der Resistenz gegen Verschleiß oder Korrosion kann das aufzusprühende Werkstoffpulver partikelverstärkt sein, beispielsweise mit Keramikartikeln und/oder anderen Hartstoffen und/oder mit Graphitpartikeln. Die Einlagerung von Graphitpartikeln hat insbesondere den Vorzug, dass damit dem Werkstoff des Innenrohrs Lagereigenschaften vermittelt werden.To increase the resistance to wear and tear or corrosion, the material powder to be sprayed on can be reinforced with particles, for example with ceramic articles and / or other hard materials and / or with graphite particles. The inclusion of graphite particles has the particular advantage that it gives the material of the inner tube storage properties.
Weiterhin kann zur Verbesserung der metallischen Verbindung des Werkstoffs des Mantelrohres mit dem aufzuschmelzenden Werkstoffpulver ein Flussmittel, beispielsweise auf Phosphat- oder Boratbasis beigefügt werden. Alternativ kann vor dem Aufsprühen des Werkstoffpulvers ein Flussmittel auf die Innenseite des Mantelrohres aufgetragen werden.Furthermore, a flux, for example based on phosphate or borate, can be added to improve the metallic connection between the material of the jacket pipe and the material powder to be melted. Alternatively, a flux can be applied to the inside of the jacket tube before the material powder is sprayed on.
Zweckmäßigerweise umfasst das Werkstoffpulver zwischen 5 % und 40 % verschleißfeste Werkstoffe, die ausgewählt sind aus einer Gruppe umfassend Titancarbid, Titannitrit, Bornitrid, Borcarbid und Aluminiumoxid.The material powder expediently comprises between 5% and 40% wear-resistant materials which are selected from a group comprising titanium carbide, titanium nitride, boron nitride, boron carbide and aluminum oxide.
Bevorzugt beträgt die Schmelztemperatur des Werkstoffpulvers zwischen 850 °C und 1530 °C.The melting temperature of the material powder is preferably between 850 ° C and 1530 ° C.
Das Werkstoffpulver weist zweckmäßigerweise eine mittlere Korngröße aufweist, die so bemessen ist, dass aufgrund der kinetischen Energie der Pulverteilchen eine etwaige noch flüssige Deck-bzw. Deoxidationsschicht oder Zunderschicht durchdrungen werden kann.The material powder expediently has an average grain size which is dimensioned in such a way that, due to the kinetic energy of the powder particles, any still liquid covering or. Deoxidation layer or scale layer can be penetrated.
Bei einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass der mittlere Korndurchmesser des Werkstoffpulvers zwischen 0,01 mm und 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,02 mm und 0,5 mm beträgt.In a particularly preferred variant of the method according to the invention, it is provided that the mean grain diameter of the material powder is between 0.01 mm and 1 mm, preferably between 0.02 mm and 0.5 mm.
Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Werkstoffpulver auf die Innenwand des Mantelrohres aufgebracht wird, während das Mantelrohr in der Gussform rotiert.In the method according to the invention it can be provided that the material powder is applied to the inner wall of the casing tube while the casing tube rotates in the casting mold.
Das Werkstoffpulver kann mittels wenigstens eines innerhalb des Mantelrohres in Richtung der Rohrachse verfahrbaren Sprühkopfs aufgebracht werden. Zweckmäßigerweise ist eine pneumatische Förderung des Werkstoffpulvers an den Sprühkopf mittels eines Inertgases oder im einfachsten Fall mittels Druckluft vorgesehen. Der Sprühkopf kann zusätzlich innerhalb des Mantelrohres rotiert werden.The material powder can be applied by means of at least one spray head that can be moved within the jacket tube in the direction of the tube axis. Appropriately, a pneumatic conveying of the material powder to the spray head by means of an inert gas or in the simplest case by means of compressed air is provided. The spray head can also be rotated inside the jacket tube.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen und auch besonders vorteilhaft, dass die Dicke des hergestellten Innenrohres variabel ist. Dadurch lässt sich die Dicke des Innenrohres auf den gewünschten Einsatzfall abstimmen. Dies hat den Vorzug, dass die Menge des verhältnismäßig teureren Werkstoffpulvers für das Innenrohr minimiert werden kann.In the method according to the invention, it is provided and also particularly advantageous that the thickness of the inner tube produced is variable. This allows the thickness of the inner tube to be matched to the desired application. This has the advantage that the amount of the relatively more expensive material powder for the inner tube can be minimized.
Die Erfindung umfasst weiterhin die Bereitstellung eines Verbundrohres, dass vorzugsweise nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt wurde, welches ein Mantelrohr aus einem unlegierten oder niedriglegierten Werkstoff und ein mit dem Werkstoff des Mantelrohres innig verbundenes Innenrohr aus einem korrosionsfesten und/oder verschleißfesten und/oder hochtemperaturfesten Werkstoff aufweist.The invention further comprises the provision of a composite pipe that has preferably been produced according to the method described above, which comprises a casing pipe made of an unalloyed or low-alloy material and an inner pipe intimately connected to the material of the casing pipe made of a corrosion-resistant and / or wear-resistant and / or high-temperature-resistant material having.
Vorzugsweise ist der Werkstoff des Innenrohres ausgewählt aus einer Gruppe umfassend rostträge martensitische oder austenitische Stähle oder Duplexstähle oder andere metallene Werkstoffe auf Nickel-, Chrom- oder Titanbasis.The material of the inner tube is preferably selected from a group comprising rust-resistant martensitic or austenitic steels or duplex steels or other metallic materials based on nickel, chromium or titanium.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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