DE19522790A1 - Verfahren zur Herstellung von Rohren nach dem UOE-Verfahren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Rohren nach dem UOE-VerfahrenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, insbesondere
Großrohre nach dem UOE-Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des
Hauptanspruches.
Nach dem UOE-Verfahren hergestellte Rohre zeigen durch das Kaltaufweiten
Veränderungen der Festigkeits- und Verformungseigenschaften gegenüber dem
Ausgangsblech, gekennzeichnet durch Inhomogenitäten am Rohrumfang und
ausgeprägte Verformungsanisotropien.
Insbesondere für dickwandige Offshore-Rohre und für Rohre aus Stahlgüten mit
hohem Streckgrenzenverhältnis haben diese Veränderungen Beeinträchtigungen der
Gebrauchseigenschaften und der Bauteilsicherheit zur Folge.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Rohren, insbesondere
Großrohre, nach dem UOE-Verfahren anzugeben, bei dem die Festigkeits- und
Verformungseigenschaften in Rohrumfangsrichtung weitgehend homogenisiert sind
und bestimmte Eigenschaften gezielt eingestellt werden können.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Rohre durch eine kombinierte Anwendung
von Kaltaufweiten und Kaltreduzieren konditioniert werden, wobei je nach
Anforderungsprofil die Reihenfolge und der Grad des Aufweitens bzw. Reduzierens
festgelegt werden.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind darin zu sehen, daß
- - die Festigkeits- und Verformungseigenschaften in Rohrumfangsrichtung homogenisiert werden, auch von einem Rohr zum anderen, was zu einer Verringerung der Streubreite einzelner Eigenschaftsmerkmale führt
- - die Rohrfließcharakteristik je nach Anwendungszweck für Innen- und/oder Außendruckbelastung verbessert wird
- - die Rohrfließgrenze ganz gezielt je nach Anwendungszweck für Innen- oder Außendruckbelastung eingestellt werden kann
- - der Kollapsdruck und die Bauteilsicherheit von Offshore-Rohren erhöht wird
- - Stahlgüten mit besonders hohem Streckgrenzenverhältnis besser verarbeitet werden können
- - die Umfangseigenspannungen am Rohrumfang homogenisiert werden
- - das Rohrverformungsvermögen im Gleichmaßdehnungsbereich erhöht wird
- - die Maßhaltigkeit und Rohrgeometrie (Vermeidung von Unrundheiten und Aufdachungen) verbessert wird
- - die Umformkräfte beim O-Pressen und beim Kaltaufweiten reduziert werden können.
Der letztgenannte Vorteil ist besonders für dickwandige Rohre von Bedeutung, da hier
sowohl die O-Presse als auch der üblicherweise eingesetzte mechanische Expander
bis an die Belastungsgrenze beansprucht werden. Da ein Teil der erforderlichen
Umformung in die Konditionierung verlagert wird, kann dementsprechend die
Belastung sowohl für die O-Presse als auch für den mechanischen Expander
verringert werden.
Das zuvor erläuterte Verfahren ist auch anwendbar für das Dreiwalzenbiegeverfahren
mit integrierter Kaltaufweitung. Im Unterschied zum UOE-Verfahren wird hier weniger
Wert auf die Homogenisierung als vielmehr auf die Einstellung der
Festigkeitseigenschaften und der Rohrgeometrie gelegt.
In der Zeichnung werden anhand einiger Darstellungen die Vorteile des
erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine grafische Darstellung der Gleichmaßdehnung in
Rohrumfangsrichtung als Funktion des Reduktions- und des
Expansionsgrades,
Fig. 2 eine grafische Darstellung des Streckgrenzenverhältnisses in
Rohrumfangsrichtung als Funktion des Reduktions- und des
Expansionsgrades,
Fig. 3 eine grafische Darstellung der Rt0,5 Fließgrenze über den Rohrumfang
in Abhängigkeit vom Innen- oder Außendruck
Teilbild a: herkömmliches Verfahren
Teilbild b: neues erfindungsgemäßes Verfahren,
Teilbild a: herkömmliches Verfahren
Teilbild b: neues erfindungsgemäßes Verfahren,
Fig. 4 eine grafische Darstellung des Spannungs-Dehnungsdiagrammes für
die Herstellung und Prüfung nach dem herkömmlichen Verfahren
Fig. 5 eine grafische Darstellung des Spannungs- Dehnungsdiagrammes für
die Herstellung und Prüfung nach dem neuen Verfahren für die
Herstellung von Onshore-Rohren,
Fig. 6 wie Fig. 5 für die Herstellung von Offshore-Rohren.
Fig. 1 zeigt eine grafische Darstellung der Gleichmaßdehnung in
Rohrumfangsrichtung als Funktion des Reduktions- und Expansionsgrades. Auf der
Ordinate ist die Gleichmaßdehnung in Prozent und auf der Abszisse der
Verformungsgrad resultierend aus Reduktion und Expansion in Prozent aufgetragen.
Die feinpunktierte gerade Linie 1 ist die Gleichmaßdehnung für das Ausgangsmaterial
Blech beispielhaft für den Stahl X70-TM d. h. thermomechanisch gewalzt. Sie liegt hier
oberhalb von 13%. Der darunter liegende Kurvenzug 2 zeigt das Streuband der
Versuchswerte. Bei einem Umformgrad 0% liegen bedingt durch die Rohrherstellung
die Werte der Gleichmaßdehnung schon unterhalb denen des Bleches. Wird nun im
Zuge der Rohrherstellung das Rohr stark aufgeweitet, dann nimmt, wie das Bild
deutlich zeigt die Gleichmaßdehnung stark ab. Wird dagegen das Rohr reduziert
dann steigt die Gleichmaßdehnung an und kann je nach Reduktionsgrad den
Ausgangswert des Bleches als Einzelwert oder sogar als Mittelwert wieder erreichen.
Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung des Streckgrenzenverhältnisses in
Rohrumfangsrichtung als Funktion des Reduktions- und Expansionsgrades. Auf der
Ordinate ist das Streckgrenzenverhältnis Rt0,5/Rm abgetragen und auf der Abszisse
der Verformungsgrad in Prozent. Die feinpunktierte gerade Linie 3 ist das
Streckgrenzenverhältnis für das Ausgangsmaterial Blech. Beispielsweise soll dieses
Verhältnis 0,8 betragen. Die stark ausgezogene Linie 4 zeigt den Anstieg des
Streckgrenzenverhältnisses mit steigendem Expansionsgrad. Die Fortsetzung dieses
Kurvenzuges in die linke Hälfte der grafischen Darstellung zeigt die Abnahme des
Streckgrenzenverhältnisses, wenn die vorherige Reduktion zunehmend von einer
Expansion überlagert wird. Wird dagegen sofort eine Reduktion auf das Rohr
aufgegeben, dann ergibt sich die strichpunktierte Linie 5. Dieser Verlauf macht
deutlich, daß selbst schon bei einer geringen Reduktion das Streckgrenzenverhältnis
gegenüber dem Ausgangswert Blech stark absinkt.
Fig. 3 zeigt in zwei Teilbildern in grafischer Form die Rt0,5-Fließgrenze über den
Rohrumfang in Abhängigkeit vom Innen- oder Außendruck. Beim herkömmlichen
Verfahren (linkes Teilbild a) liegen die Fließgrenzenwerte bei einer
Außendruckbelastung erheblich unterhalb der bei einer Innendruckbelastung. Dies
bedeutet, daß das Rohr einen geringen Kollapswiderstand aufweist. Außerdem zeigt
der Verlauf über den Rohrumfang, daß die Werte ungleichmäßig verteilt sind. Dies
bedeutet, daß Einflüsse von der Rohrherstellung noch deutlich sichtbar werden und
das Bauteilverhalten unter Innen- oder Außendruck bestimmen. Bei Anwendung des
erfindungsgemäßen neuen Verfahrens (rechtes Teilbild b) werden die Werte über den
Rohrumfang vergleichmäßigt. Die Fließgrenze bei Außendruckbelastung ist deutlich
erhöht, so daß das so hergestellte Rohr einen höheren Kollapswiderstand aufweist.
In den nachfolgenden Fig. 4 bis 5 sind in grafischer Form Spannungs-
Dehnungsdiagramme dargestellt, wobei auf der Ordinate die Spannung in Megapascal
und auf der Abszisse die Verformung in Prozent abgetragen sind.
Fig. 4 zeigt den Verlauf der Spannung bei der Herstellung von Leitungsrohren nach
dem herkömmlichen Verfahren. Die ausgezogene Linie, beginnend im
Koordinatenursprung Null über den Punkt A bis zum Punkt B, zeigt die Veränderung
der Spannung bei der Herstellung. In der O-Presse findet eine gewisse Reduktion
statt, hier gekennzeichnet durch den Kurvenabschnitt 6.1. Nach dem Schweißen findet
eine kräftige Expansion mittels eines mechanischen Expanders statt, hier
charakterisiert durch den Kurvenzug 6.2, der sich bis zum Punkt A erstreckt. Nach der
Entlastung fällt die Spannung auf den Wert bis zum Punkt B ab. Wird bei einem so
hergestellten Rohr eine Probe für den Zugversuch entnommen, dann folgt die
Spannung/Dehnung dem gestrichelt gezeichneten Kurvenabschnitt 7, wobei beim
Punkt F die Fließgrenze und bei Punkt C eine weitere Dehngrenze erreicht wird. Wird
in Umkehrung statt eines Zugversuches ein Druckversuch durchgeführt, dann folgt die
Spannung/Dehnung etwa dem Kurvenverlauf 8, wobei bei F′ die Fließgrenze und bei
C′ eine weitere Stauchgrenze erreicht wird. Bedingt durch den Bauschinger-Effekt ist
aber der Ordinatenwert F′9 signifikant geringer als der Wert F entsprechend der
Ordinate 10 beim Zugversuch. Diese Verhältnisse ändern sich bei Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 5 zeigt die Verhältnisse bei der Herstellung von Onshore-Rohren. Bei diesen
Rohren wird erfindungsgemäß zuerst eine hohe Reduktion aufgebracht entsprechend
dem ausgezogenen Kurvenzug 11, beginnend im Koordinatenursprung Null. Danach
erfolgt eine Expansion entsprechend dem Kurvenzug 12 bis zum Punkt A. Nach der
Entlastung fällt die Spannung ab bis auf den Wert im Punkt B. Der Zugversuch ergibt
für die Fließgrenze einen Ordinatenwert F13, der vergleichsweise so groß ist wie der in
Fig. 4 nach dem herkömmlichen Verfahren. Der entscheidende Unterschied liegt im
Ordinatenwert F′14 bei der Umkehrung der Verformung. Dieser Wert F′ ist annähernd
gleich groß wie der Wert F, vielleicht sogar noch etwas größer.
Fig. 6 zeigt die Verhältnisse bei der Herstellung von Offshore-Rohren. Hier wird
erfindungsgemäß zuerst das Rohr durch Aufweiten homogenisiert und anschließend
durch Reduktion auf Durchmesser und Stauchgrenze eingestellt. Der Anstieg der
Spannung zeigt der dick ausgezogene Kurvenzug 15 beginnend beim
Koordinatenursprung Null. Der Abfall bei Aufgabe der Reduktion zeigt der Kurvenzug
16 bis zum Punkt A. Nach der Entlastung sinkt die Spannung ab bis auf den Wert in
Punkt B. Führt man wieder einen Zugversuch durch, dann steigt die Spannung
entsprechend der gestrichelten Linie 17 bis auf den Ordinatenwert 18 im Punkt F an.
Dieser liegt etwas unterhalb der vergleichbaren Werte F entsprechend den Fig. 4
und 5. Die Umkehrung, d. h. der Druckversuch ergibt einen Ordinatenwert 19 im Punkt
F′, der erheblich größer ist als der beim Zugversuch ermittelte Wert.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Rohren, insbesondere Großrohre nach dem
UOE-Verfahren, bei dem die Rohre nach dem Innen- und Außennahtschweißen
durch Kaltaufweiten kalibriert werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Rohre durch eine kombinierte Anwendung von Kaltaufweiten und
Kaltreduzieren konditioniert werden, wobei je nach Anforderungsprofil die
Reihenfolge und der Grad des Aufweitens bzw. Reduzierens festgelegt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für Onshore-Rohre zuerst eine Reduktion des Rohres um bis zu 2% und
anschließend ein Aufweiten auf Sollmaß um bis zu 4% erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß für Offshore-Rohre zuerst ein Aufweiten des Rohres um bis zu 2% und
anschließend eine Reduktion auf Sollmaß um bis zu 4% erfolgt.
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