DE102022114337A1 - Method for producing a seamless precision steel tube, such precision steel tube and corresponding manufacturing system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs mit gewünschten Dimensionen ist vorgesehen, dass dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst:(i) Warmwalzen eines Stahls, der die folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweist: C: bis 0,25, insbesondere 0,06 bis 0,22, Mn: 0,30 bis 2,0, Si: bis 0,60, und optional weiterhin Cr: bis 0,60, insbesondere bis 0,35, Ni: bis 0,80, Mo: bis 0,10, V: bis 0,15, Nb: bis 0,06, Ti: bis 0,06, Al: bis 0,060, Cu: bis 0,60, N: bis 0,02, S: bis 0,02 und P: bis 0,025, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen sind, um daraus ein nahtloses Stahlrohr zu erhalten,(ii) darauf folgend optionale Wärmebehandlung des nahtlosen Stahlrohrs,(iii) darauf folgendes Abkühlen des nahtlosen Stahlrohrs und anschließendes Kaltfertigen des abgekühlten nahtlosen Stahlrohrs zur Erzeugung des nahtlosen Präzisionsstahlrohrs mit den gewünschten Dimensionen inklusive eines gewünschten Innendurchmessers DI, wobei das Kaltfertigen ein Kaltziehen des abgekühlten nahtlosen Stahlrohrs in einem oder mehreren Kaltzügen umfasst, wobei zur Reduktion von Oberflächenfehlern an einer den Innendurchmesser DIbestimmenden Innenoberfläche des nahtlosen Stahlrohrs bei der Kaltfertigung, zusätzlich zum Kaltziehen, eine Feinbearbeitung der Innenoberfläche erfolgt, bei der eine 100 µm bis 2000 µm dicke Oberflächenschicht der Innenoberfläche chemisch und/oder spanenden abgetragen wird.Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes kaltgefertigtes nahtloses Präzisionsstahlrohr und eine entsprechende Anlage zur Herstellung eines kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs mit gewünschten Dimensionen.The invention relates to a method for producing a cold-finished seamless precision steel tube with desired dimensions, it is envisaged that this method comprises the following steps: (i) hot rolling a steel having the following composition in% by weight: C: to 0.25, in particular 0.06 to 0.22, Mn: 0.30 to 2.0, Si: up to 0.60, and optionally further Cr: up to 0.60, in particular up to 0.35, Ni: up to 0.80, Mo: up to 0.10, V: up to 0.15, Nb: up to 0.06, Ti: up to 0.06, Al: up to 0.060, Cu: up to 0.60, N: up to 0.02, S: up to 0, 02 and P: to 0.025, the balance being iron and unavoidable impurities to obtain a seamless steel pipe therefrom, (ii) subsequently optionally heat treating the seamless steel pipe, (iii) subsequently cooling the seamless steel pipe and then cold finishing the cooled seamless Steel pipe for producing the seamless precision steel pipe with the desired dimensions including a desired inner diameter DI, the cold finishing comprising cold drawing of the cooled seamless steel pipe in one or more cold drawings, wherein to reduce surface defects on an inner surface of the seamless steel pipe which determines the inner diameter DI during cold production, In addition to cold drawing, a fine machining of the inner surface takes place, in which a 100 µm to 2000 µm thick surface layer of the inner surface is removed chemically and / or by machining. The invention further relates to a corresponding cold-finished seamless precision steel pipe and a corresponding system for producing a cold-finished seamless precision steel pipe desired dimensions.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs mit gewünschten Dimensionen sowie ein entsprechendes kaltgefertigtes nahtloses Präzisionsstahlrohr und eine entsprechende Anlage zur Herstellung eines kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs mit gewünschten Dimensionen.The invention relates to a method for producing a cold-finished seamless precision steel tube with desired dimensions as well as a corresponding cold-finished seamless precision steel tube and a corresponding system for producing a cold-finished seamless precision steel tube with desired dimensions.
Entsprechende kaltgefertigte nahtlose Präzisionsstahlrohre werden unter anderem auch als HPL-Rohre genutzt. Sie werden vorwiegend in hydraulisch oder pneumatisch betriebenen Anlagen als Leitungen eingesetzt (HPL-Rohr: Hydraulik- und/oder Pneumatikleitungs-Rohr). Der Zusammenbau erfolgt in der Regel durch lösbare oder dauerhafte Verbindungen. Im Betrieb hydraulischer Anlagen treten unter Betriebsbedingungen Änderungen von Geschwindigkeit und Druck des strömenden Mediums auf. Durch die Geschwindigkeitsänderungen entstehen Druckstöße, die sich dem Innendruck überlagern. Die Rohrleitung ist in der Regel schwellend beansprucht. Für die Auslegung ist die Beanspruchung unter Betriebsbedingungen zu berücksichtigen.Corresponding cold-finished seamless precision steel tubes are also used as HPL tubes, among other things. They are primarily used as lines in hydraulically or pneumatically operated systems (HPL pipe: hydraulic and/or pneumatic line pipe). Assembly is usually carried out using detachable or permanent connections. During the operation of hydraulic systems, changes in the speed and pressure of the flowing medium occur under operating conditions. The changes in speed create pressure surges that are superimposed on the internal pressure. The pipeline is usually subject to swelling stress. When designing, the stress under operating conditions must be taken into account.
Als Anwendung für kaltgefertigte nahtlose Präzisionsstahlrohre gibt es neben der Nutzung als Hydraulik- oder Pneumatikleitungen diverser Dimensionen auch die Nutzung als Vorprodukt bei der Herstellung von Hydraulikzylindern und die Nutzung als Transportleitung für fluide Medien wie Flüssigkeiten und Gase.In addition to being used as hydraulic or pneumatic lines of various dimensions, cold-finished seamless precision steel tubes can also be used as a preliminary product in the production of hydraulic cylinders and as a transport line for fluid media such as liquids and gases.
Das Dokument
Insbesondere bei der Nutzung als HPL-Rohr ist es wünschenswert, dass das kaltgefertigte nahtlose Präzisionsstahlrohr bei einem höheren Dauerdruck genutzt, also mit einem höheren Dauerdruck beaufschlagt, werden kann. Dies kann durch eine Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit dieses Rohres ermöglicht werden. Bezüglich einer Mehrzahl von kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohren ist es wünschenswert, wenn die Streuung der Ermüdungsfestigkeits-Werte deutlich eingegrenzt ist, denn dadurch ist eine präzisere Prognose der Drucklaststufen möglich. In der Anwendung kann dann bei gleicher Rohr-Geometrie ein höherer Arbeitsdruck realisiert werden.Particularly when used as an HPL pipe, it is desirable that the cold-finished seamless precision steel pipe can be used at a higher continuous pressure, i.e. can be subjected to a higher continuous pressure. This can be made possible by increasing the fatigue strength of this pipe. With regard to a large number of cold-finished seamless precision steel tubes, it is desirable if the spread of the fatigue strength values is significantly limited, as this enables a more precise prediction of the pressure load levels. In the application, a higher working pressure can then be achieved with the same pipe geometry.
Durch eine Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit bei derartigen Präzisionsstahlrohren ergeben sich zusätzliche Potentiale in Richtung Leichtbau beziehungsweise eine höhere Leistungsfähigkeit entsprechender hydraulisch angetriebener Maschinen.Increasing the fatigue strength of such precision steel tubes results in additional potential for lightweight construction or higher performance of corresponding hydraulically driven machines.
Es ist Aufgabe der Erfindung Maßnahmen zur Bereitstellung eines nahtlosen Präzisionsstahlrohrs anzugeben, das eine hohe Ermüdungsfestigkeit aufweist.It is the object of the invention to provide measures for providing a seamless precision steel tube that has high fatigue strength.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß bezüglich des Verfahrens zur Herstellung eines kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs durch die Merkmale des Anspruchs 1, bezüglich des kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs durch die Merkmale des Anspruchs 7 und bezüglich der Anlage zur Herstellung eines kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs durch die Merkmale des Anspruchs 11. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.The problem is solved according to the invention with regard to the method for producing a cold-finished seamless precision steel pipe by the features of claim 1, with regard to the cold-finished seamless precision steel pipe by the features of claim 7 and with regard to the system for producing a cold-finished seamless precision steel pipe by the features of claim 11. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims, which can each represent an aspect of the invention individually or in combination.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs mit gewünschten Dimensionen ist vorgesehen, dass dieses Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- (i) Warmwalzen eines Stahls, der die folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweist: C: bis 0,25, insbesondere 0,06 bis 0,22, Mn: 0,30 bis 2,0, Si: bis 0,60, und optional weiterhin Cr: bis 0,60, insbesondere bis 0,35, Ni: bis 0,80, Mo: bis 0,10, V: bis 0,15, Nb: bis 0,06, Ti: bis 0,06, Al: bis 0,060, Cu: bis 0,60, N: bis 0,02, S: bis 0,02 und P: bis 0,025, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen sind, um daraus ein nahtloses Stahlrohr zu erhalten,
- (ii) darauf folgend optionale Wärmebehandlung des nahtlosen Stahlrohrs,
- (iii) darauf folgendes Abkühlen des nahtlosen Stahlrohrs und anschließendes Kaltfertigen des abgekühlten nahtlosen Stahlrohrs zur Erzeugung des nahtlosen Präzisionsstahlrohrs mit den gewünschten Dimensionen inklusive eines gewünschten Innendurchmessers DI, wobei das Kaltfertigen ein Kaltziehen des abgekühlten nahtlosen Stahlrohrs in einem oder mehreren Kaltzügen umfasst, wobei zur Reduktion von Oberflächenfehlern an einer den Innendurchmesser DI bestimmenden Innenoberfläche des nahtlosen Stahlrohrs bei der Kaltfertigung, zusätzlich zum Kaltziehen, eine Feinbearbeitung der Innenoberfläche erfolgt, bei der eine 100 µm bis 2000 µm dicke Oberflächenschicht der Innenoberfläche chemisch und/oder spanenden abgetragen wird.
- (i) hot rolling a steel which has the following composition in% by weight: C: up to 0.25, in particular 0.06 to 0.22, Mn: 0.30 to 2.0, Si: up to 0.60, and optionally further Cr: up to 0.60, in particular up to 0.35, Ni: up to 0.80, Mo: up to 0.10, V: up to 0.15, Nb: up to 0.06, Ti: up to 0.06 , Al: up to 0.060, Cu: up to 0.60, N: up to 0.02, S: up to 0.02 and P: up to 0.025, the balance being iron and unavoidable impurities in order to obtain a seamless steel pipe,
- (ii) subsequent optional heat treatment of the seamless steel pipe,
- (iii) subsequent cooling of the seamless steel pipe and subsequent cold-finishing of the cooled seamless steel pipe to produce the seamless precision steel pipe with the desired dimensions including a desired inner diameter D I , wherein the cold-finishing comprises cold drawing of the cooled seamless steel pipe in one or more cold drawings, whereby for Reduction of surface defects on an inner surface of the seamless steel pipe that determines the inner diameter D I during cold production, in addition to cold drawing, a fine machining of the inner surface is carried out, in which a 100 µm to 2000 µm thick surface layer of the inner surface is removed chemically and / or by machining.
Es hat sich herausgestellt, dass Oberflächenfehler, wie etwa Risse, an der Innenoberfläche des nahtlosen Stahlrohrs, die - bezogen auf die entsprechende Oberflächennormale - deutlich weiter als in eine kritische Tiefe, die grob mit etwa 20 bis 45 µm abgeschätzt werden kann, in den Stahl hineinreichen, sich negativ auf die Ermüdungsfestigkeit dieses Rohrs auswirkt. Der Ursprung von zumindest einem Teil dieser Oberflächenfehler liegt in dem der Kaltfertigung vorgelagerten Warmwalzprozess bei der Herstellung des kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs. Bei einer Kaltfertigung durch reines Kaltziehen erreicht man in der Regel eine Ermüdungsfestigkeit des Präzisionsstahlrohrs, die etwa dem 0,3-fachen der axialen Zugfestigkeit des Stahls entspricht.It has been found that surface defects, such as cracks, on the inner surface of the seamless steel pipe, which - based on the corresponding surface normal - penetrate the steel significantly further than a critical depth, which can be roughly estimated at around 20 to 45 µm reach into it, has a negative effect on the fatigue strength of this pipe. The origin of at least some of these surface defects lies in the hot rolling process preceding cold production in the production of the cold-finished seamless precision steel tube. During cold production by pure cold drawing, a fatigue strength of the precision steel tube is usually achieved that corresponds to approximately 0.3 times the axial tensile strength of the steel.
Trägt man nun durch Feinbearbeitung im Rahmen der Kaltfertigung eine 100 µm bis 2000 µm dicke Oberflächenschicht der Innenoberfläche chemisch und/oder spanenden ab, so eliminiert man die vorhandenen Oberflächenfehler oder dezimiert zumindest deren Tiefenausdehnung derart, dass das kaltgefertigte nahtlose Präzisionsstahlrohr eine Ermüdungsfestigkeit zeigt, die oberhalb des 0,4-fachen der axialen Zugfestigkeit des Stahls liegt.If a 100 µm to 2000 µm thick surface layer of the inner surface is removed chemically and/or by machining through fine machining as part of cold production, the existing surface defects are eliminated or at least their depth expansion is decimated in such a way that the cold-finished seamless precision steel pipe shows a fatigue strength that is above 0.4 times the axial tensile strength of the steel.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die spanabhebende Feinbearbeitung ein Honen und/oder Schälen und/oder Rollieren. Hier ergeben sich Mittenrauhwerte Ra von deutlich weniger als einem Mikrometer (< 1 µm).According to a preferred embodiment of the invention, the precision machining is honing and/or peeling and/or burnishing. This results in average roughness values Ra of significantly less than one micrometer (< 1 µm).
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die Feinbearbeitung durch chemisches Abtragen durch Beizen erfolgt. Unter Beizen versteht man dabei die Behandlung zur Veränderung der Oberfläche mithilfe einer Beize oder eines Beizmittels. Bei Metall- und insbesondere Stahloberflächen geschieht das Beizen in der Hauptsache durch ein Anätzen mittels aggressiver Chemikalien, meist Säuren oder Laugen. In diesem Fall erfolgt die Feinbearbeitung durch chemisches Abgetragen also durch ein Ätzen, genauer gesagt ein Anätzen.It is advantageously provided that the fine machining is carried out by chemical removal by pickling. Staining is the treatment of changing the surface using a stain or a stain. For metal and especially steel surfaces, pickling is mainly done by etching using aggressive chemicals, usually acids or alkalis. In this case, the fine machining is carried out by chemical removal, i.e. etching, or more precisely, initial etching.
Die Feinbearbeitung der Innenoberfläche kann vor dem Kaltzug beziehungsweise dem ersten der Kaltzüge und/oder zwischen zwei Kaltzügen und/oder nach dem Kaltzug beziehungsweise dem letzten der Kaltzügen erfolgt.The fine machining of the inner surface can take place before the cold drawing or the first of the cold drawings and/or between two cold drawings and/or after the cold drawing or the last of the cold drawings.
Dabei erfolgt die Feinbearbeitung der Innenoberfläche bevorzugt vor dem Kaltzug oder dem letzten der Kaltzüge. Bei mehreren Kaltzügen erfolgt die Feinbearbeitung dann vor dem ersten der Kaltzüge oder zwischen zwei Kaltzügen. Alternativ erfolgt die Feinbearbeitung der Innenoberfläche dann insbesondere nach dem Kaltzug oder dem letzten der Kaltzüge.The fine machining of the inner surface is preferably carried out before cold drawing or the last of the cold drawings. If there are several cold drawings, the fine machining is carried out before the first of the cold drawings or between two cold drawings. Alternatively, the fine machining of the inner surface then takes place in particular after the cold drawing or the last of the cold drawings.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch das Kaltfertigen
- - ein Wanddicke zu Außendurchmesser-Verhältnis d/DA des kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs von d/DA ≤ 0,2, insbesondere d/DA ≤ 0,02, und/oder
- - ein Rohrlänge zu Außendurchmesser-Verhältnis L/DA von L/DA > 5
- - a wall thickness to outside diameter ratio d/D A of the cold-finished seamless precision steel pipe of d/D A ≤ 0.2, in particular d/D A ≤ 0.02, and/or
- - a pipe length to outside diameter ratio L/D A of L/D A > 5
Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das kaltgefertigte nahtlose Präzisionsstahlrohr durch die Feinbearbeitung eine derart bearbeitete Innenoberfläche aufweist, dass das Präzisionsstahlrohr eine Ermüdungsfestigkeit zeigt, die dem 0,46- bis 0,49-fachen der axialen Zugfestigkeit des Stahls entspricht. Eine derartig hohe Ermüdungsfestigkeit kommt der maximal erwartbaren Ermüdungsfestigkeit schon recht nahe. Die maximal erwartbare Ermüdungsfestigkeit liegt bei rund dem 0,5-fachen der axialen Zugfestigkeit des Stahls.It is advantageously provided that the cold-finished seamless precision steel tube has an inner surface machined by the fine machining in such a way that the precision steel tube shows a fatigue strength which corresponds to 0.46 to 0.49 times the axial tensile strength of the steel. Such a high fatigue strength comes quite close to the maximum expected fatigue strength. The maximum expected fatigue strength is around 0.5 times the axial tensile strength of the steel.
Bei dem erfindungsgemäßen kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohr aus einem Stahl, der die folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweist: C: bis 0,25, insbesondere 0,06 bis 0,22, Mn: 0,30 bis 2,0, Si: bis 0,60, und optional weiterhin Cr: bis 0,60, insbesondere bis 0,35, Ni: bis 0,80, Mo: bis 0,10, V: bis 0,15, Nb: bis 0,06, Ti: bis 0,06, Al: bis 0,060, Cu: bis 0,60, N: bis 0,02, S: bis 0,02 und P: bis 0,025, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen sind, und wobei das Präzisionsstahlrohr einen Innendurchmesser DI aufweist, der durch eine Innenoberfläche bestimmt wird, ist vorgesehen, dass vorhandene Risse oder andere Strukturen von Oberflächenfehlern in dieser Innenoberfläche bezogen auf ein Oberflächen-Mittelwertniveau maximal bis in eine Tiefe von 45 µm in den Stahl hineinreichen.In the cold-finished seamless precision steel pipe according to the invention made of a steel which has the following composition in% by weight: C: up to 0.25, in particular 0.06 to 0.22, Mn: 0.30 to 2.0, Si: up to 0 .60, and optionally further Cr: up to 0.60, in particular up to 0.35, Ni: up to 0.80, Mo: up to 0.10, V: up to 0.15, Nb: up to 0.06, Ti: up 0.06, Al: to 0.060, Cu: up to 0.60, N: up to 0.02, S: up to 0.02 and P: up to 0.025, the balance being iron and unavoidable impurities, and the precision steel pipe having an inner diameter D I determined by a If the inner surface is determined, it is envisaged that existing cracks or other structures of surface defects in this inner surface, based on a surface average level, extend into the steel to a maximum depth of 45 µm.
Das Oberflächen-Mittelwertniveau ist im Zusammenhang mit der Beschreibung der Rauheit einer Oberfläche wohlbekannt und fällt bei hinreichend glatten Oberflächen mit dem Niveau der Oberfläche zusammen, welches die Strukturen der Oberflächenfehler umgibt. Als Rauheitskennwert am Profil ist beispielsweise ein Mittenrauwert RA definiert, der den mittleren Abstand eines Messpunktes - auf der Oberfläche - zu einer Mittellinie angibt. Diese Mittellinie schneidet innerhalb einer entsprechenden Bezugsstrecke das wirkliche Oberflächenprofil derart, dass die Summe der Profilabweichungen in einer parallelen Ebene zur Mittellinie auf die Länge der Messstrecke verteilt wird. Mit anderen Worten ist diese Mittellinie das Oberflächen-Mittelwertniveau bezüglich der gewählten Messstrecke. Das Oberflächen-Mittelwertniveau bezüglich der Fläche ergibt sich analog bei den Rauheitskennwerten auf der Fläche. Die Rauheit auf der Fläche ist in der ISO 25178 genormt.The surface average level is well known in connection with the description of the roughness of a surface and, for sufficiently smooth surfaces, coincides with the level of the surface surrounding the structures of the surface defects. For example, an average roughness value R A is defined as the roughness parameter on the profile, which indicates the average distance of a measuring point - on the surface - to a center line. This center line intersects the actual surface profile within a corresponding reference distance in such a way that the sum of the profile deviations in a plane parallel to the center line is distributed over the length of the measuring distance. In other words, this center line is the surface average level with respect to the selected measuring section. The surface average level with respect to the surface results analogously from the roughness parameters on the surface. The roughness on the surface is standardized in ISO 25178.
Wie bereits erwähnt, hat es sich herausgestellt, dass Oberflächenfehler, wie etwa Risse, an der Innenoberfläche des nahtlosen Stahlrohrs, die - bezogen auf die entsprechende Oberflächennormale - deutlich weiter als in eine kritische Tiefe, die grob mit etwa 20 bis 45 µm abgeschätzt werden kann, in den Stahl hineinreichen, sich negativ auf die Ermüdungsfestigkeit dieses Rohrs auswirkt. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass vorhandene Risse oder andere Strukturen von Oberflächenfehlern in dieser Innenoberfläche bezogen auf ein Oberflächen-Mittelwertniveau maximal bis in eine Tiefe von nur 25 µm in den Stahl hineinreichen.As already mentioned, it has been found that surface defects, such as cracks, on the inner surface of the seamless steel pipe, which - based on the corresponding surface normal - are significantly deeper than a critical depth, which can be roughly estimated at around 20 to 45 µm , reaching into the steel, has a negative effect on the fatigue strength of this pipe. It is therefore preferred that existing cracks or other structures of surface defects in this inner surface, based on a surface average level, extend into the steel to a maximum depth of only 25 μm.
Das kaltgefertigte nahtlose Präzisionsstahlrohr ist insbesondere ein per vorstehend erwähntem Herstellungsverfahren hergestelltes kaltgefertigtes nahtloses Präzisionsstahlrohr.The cold-finished seamless precision steel pipe is in particular a cold-finished seamless precision steel pipe produced by the above-mentioned manufacturing method.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs weist das kaltgefertigte nahtlose Präzisionsstahlrohr eine durch chemischen und/oder spanenden Abtrag feinbearbeitete Innenoberfläche mit entsprechender Oberflächenbeschaffenheit auf.According to a preferred embodiment of the cold-finished seamless precision steel pipe according to the invention, the cold-finished seamless precision steel pipe has an inner surface with a corresponding surface quality that has been finely machined by chemical and/or machining.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das kaltgefertigte nahtlose Präzisionsstahlrohr eine Rohrlänge L, eine Wanddicke d, einen Außendurchmesser DA, sowie
- - ein Wanddicke zu Außendurchmesser-Verhältnis d/DA des kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs von d/DA ≤ 0,1, insbesondere von d/DA ≤ 0,02, und/oder
- - ein Rohrlänge zu Außendurchmesser-Verhältnis L/DA von L/DA > 5 auf.
- - a wall thickness to outside diameter ratio d/D A of the cold-finished seamless precision steel pipe of d/D A ≤ 0.1, in particular of d/D A ≤ 0.02, and/or
- - a pipe length to outside diameter ratio L/D A of L/D A > 5.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass das kaltgefertigte nahtlose Präzisionsstahlrohr eine per Feinbearbeitung derart bearbeitete Innenoberfläche aufweist, dass das Präzisionsstahlrohr eine Ermüdungsfestigkeit zeigt, die dem 0,46- bis 0,49-fachen der axialen Zugfestigkeit des Stahls entspricht.In particular, it is envisaged that the cold-finished seamless precision steel tube has an inner surface finely machined such that the precision steel tube exhibits a fatigue strength which corresponds to 0.46 to 0.49 times the axial tensile strength of the steel.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung eines kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs mit gewünschten Dimensionen, die die folgenden Mittel umfasst: (a) Mittel zum Warmwalzen eines Stahls, der die folgende Zusammensetzung in Gewichts-% aufweist: C: bis 0,25, insbesondere 0,06 bis 0,22, Mn: 0,30 bis 2,0, Si: bis 0,60, und optional weiterhin Cr: bis 0,60, insbesondere bis 0,35, Ni: bis 0,80, Mo: bis 0,10, V: bis 0,15, Nb: bis 0,06, Ti: bis 0,06, Al: bis 0,060, Cu: bis 0,60, N: bis 0,02, S: bis 0,02 und P: bis 0,025, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen sind, um daraus ein nahtloses Stahlrohr zu erhalten, (b) optional Wärmebehandlungs-Mittel für eine nachfolgende Wärmebehandlung des nahtlosen Stahlrohrs, (c) Abkühl-Mittel für ein nachfolgendes Abkühlen des nahtlosen Stahlrohrs und (d) Kaltfertigungsmittel für ein anschließendes Kaltfertigen des abgekühlten nahtlosen Stahlrohrs zur Erzeugung des nahtlosen Präzisionsstahlrohrs mit den gewünschten Dimensionen inklusive eines gewünschten Innendurchmessers DI, wobei das Kaltfertigen ein Kaltziehen des abgekühlten nahtlosen Stahlrohrs in einem oder mehreren Kaltzügen umfasst, ist vorgesehen, dass die Kaltfertigungsmittel zur Reduktion von Oberflächenfehlern an einer den Innendurchmesser DI bestimmenden Innenoberfläche des nahtlosen Stahlrohrs bei der Kaltfertigung, ein Feinbearbeitungsmittel zur Feinbearbeitung der Innenoberfläche durch chemischen und/oder spanenden Abtrag aufweist, welches insbesondere eingerichtet ist, eine 100 µm bis 2000 µm dicke Oberflächenschicht abzutragen. Das Feinberarbeitungsmittel zur Feinbearbeitung der Innenoberfläche durch chemischen Abtrag ist insbesondere eine Beizvorrichtung. Das Feinberarbeitungsmittel zur Feinbearbeitung der Innenoberfläche durch spanenden Abtrag ist insbesondere eine Werkzeugmaschine zum Honen und/oder Schälen und/oder Rollieren der Innenoberfläche.In the plant according to the invention for producing a cold-finished seamless precision steel pipe with desired dimensions, which comprises the following means: (a) Means for hot rolling a steel having the following composition in% by weight: C: up to 0.25, in particular 0.06 up to 0.22, Mn: 0.30 to 2.0, Si: up to 0.60, and optionally further Cr: up to 0.60, in particular up to 0.35, Ni: up to 0.80, Mo: up to 0, 10, V: up to 0.15, Nb: up to 0.06, Ti: up to 0.06, Al: up to 0.060, Cu: up to 0.60, N: up to 0.02, S: up to 0.02 and P : to 0.025, the balance being iron and unavoidable impurities to obtain a seamless steel pipe, (b) optionally heat treatment means for subsequent heat treatment of the seamless steel pipe, (c) cooling means for subsequent cooling of the seamless steel pipe and (d) Cold manufacturing means for subsequent cold finishing of the cooled seamless steel pipe to produce the seamless precision steel pipe with the desired dimensions including a desired inner diameter D I , wherein the cold finishing includes cold drawing of the cooled seamless steel pipe in one or more cold drawings, it is provided that the cold manufacturing means to reduce surface defects on an inner surface of the seamless steel pipe that determines the inner diameter D I during cold production, a fine machining agent for fine machining of the inner surface by chemical and / or machining, which is in particular designed to remove a 100 µm to 2000 µm thick surface layer. The fine processing means for fine processing of the inner surface by chemical removal is in particular a pickling device. The fine processing means for fine machining of the inner surface by metal removal is in particular a machine tool for honing and/or peeling and/or rolling the inner surface.
Die Anlage zur Herstellung eines kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs ist insbesondere eine Anlage zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs mit gewünschten Dimensionen. Die im Zusammenhang mit diesem Verfahren genannten bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung sollen entsprechend auch für die besagte Anlage gelten.The system for producing a cold-finished seamless precision steel tube is in particular a system for carrying out the previously described method for producing a cold-finished seamless precision steel tube with desired dimensions. The preferred embodiments of the invention mentioned in connection with this method should also apply accordingly to the system in question.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnung exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Oberflächenprofils der Innenoberfläche eines nahtlosen Präzisionsstahlrohrs beim Kaltfertigungsschritt des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
-
1 a schematic representation of a surface profile of the inner surface of a seamless precision steel tube in the cold manufacturing step of the manufacturing method according to the invention.
Die
Neben dem entsprechenden Oberflächenprofil der Innenoberfläche ist auch eine Abtragungsgrenze eines Materialabtrags der Innenoberfläche im Rahmen einer Feinbearbeitung (als Strich-Punkt-Linie) eingetragen, bei der eine 150 µm dicke Oberflächenschicht der Innenoberfläche chemisch und/oder spanenden abgetragen wird. Diese Abtragungsgrenze gibt die feinbearbeitete Innenoberfläche des kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs vor. Es ist klar erkennbar, dass die Oberflächenfehler durch einen entsprechenden Abtrag vollständig entfernt sind. Die Struktur der feinbearbeiteten Innenoberfläche wird also nur durch die Rauigkeit bestimmt sein, die durch die Feinbearbeitung und gegebenenfalls nachfolgende Bearbeitungsprozesse vorgegeben wird.In addition to the corresponding surface profile of the inner surface, a removal limit of material removal from the inner surface is also entered as part of a fine machining (as a dash-dot line), in which a 150 µm thick surface layer of the inner surface is removed chemically and/or by machining. This removal limit is determined by the finely machined inner surface of the cold-finished seamless precision steel tube. It is clearly visible that the surface defects have been completely removed by appropriate removal. The structure of the finely machined inner surface will therefore only be determined by the roughness, which is determined by the fine machining and possibly subsequent machining processes.
Neben dem Oberflächenprofil und der Abtragungsgrenze ist noch ein Oberflächen-Mittelwertniveau der Innenoberfläche vor der Feinbearbeitung als gepunktete Linie eingezeichnet.In addition to the surface profile and the removal limit, a surface average level of the inner surface before fine machining is shown as a dotted line.
Das hier betrachtete kaltgefertigte nahtlose Präzisionsstahlrohr ist ein HPL-Rohr. Der im Beispiel verwendete Stahl hat die folgende Zusammensetzung in Gewichts-%: C: bis 0,25, insbesondere 0,06 bis 0,22, Mn: 0,30 bis 2,0, Si: bis 0,60, und optional weiterhin Cr: bis 0,60, insbesondere bis 0,35, Ni: bis 0,80, Mo: bis 0,10, V: bis 0,15, Nb: bis 0,06, Ti: bis 0,06, Al: bis 0,060, Cu: bis 0,60, N: bis 0,02, S: bis 0,02 und P: bis 0,025, wobei der Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen sind. Die Zugfestigkeit Rm ist im Bereich 340 bis 690 MPa.The cold-finished seamless precision steel pipe considered here is an HPL pipe. The steel used in the example has the following composition in% by weight: C: up to 0.25, in particular 0.06 to 0.22, Mn: 0.30 to 2.0, Si: up to 0.60, and optionally further Cr: up to 0.60, especially up to 0.35, Ni: up to 0.80, Mo: up to 0.10, V: up to 0.15, Nb: up to 0.06, Ti: up to 0.06, Al: to 0.060, Cu: to 0.60, N: to 0.02, S: to 0.02 and P: to 0.025, the balance being iron and unavoidable impurities. The tensile strength Rm is in the range 340 to 690 MPa.
Die durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreichte Ermüdungsfestigkeit des kaltgefertigten nahtlosen Präzisionsstahlrohrs liegt entsprechend im Bereich von 153 MPa bis 339 MPa.The fatigue strength of the cold-finished seamless precision steel tube achieved by the measures according to the invention is in the range from 153 MPa to 339 MPa.
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