DE19548569A1

DE19548569A1 - Wellrohr

Info

Publication number: DE19548569A1
Application number: DE19548569A
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Usui
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1994-12-29
Filing date: 1995-12-23
Publication date: 1996-07-04
Anticipated expiration: 2015-12-24
Also published as: GB2296552A; JPH08184391A; GB2296552B; GB9526066D0; US5676176A; DE19548569C2; KR0157184B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellrohr, das für Auspuffrohre und EGR-Rohre von Automobilen und Rohrleitungen verschiedener Arten von Maschinen und Geräten, die Vibrationen unterliegen, geeignet ist und die wegen der Flexibilität erforderlich sind und bei Vibrationen benutzt werden müssen, und die Erfindung betrifft ebenfalls ein Wellrohr, das sogar in einer korrosiven Umgebung benutzt werden kann.

Wellrohre dienen der Absorption von Vibrationen und sie werden dementsprechend allgemein für Rohrleitungen in Motorräumen von Automobilen und bei Rohrleitungsverbindungen, beispielsweise in der Umgebung von Schiffsmotoren, und bei Pumpen und Kompressoren zur Klimatisierung benutzt.

Rostfreie Stahlmaterialien vom austenitischen Typ, wie beispielsweise SUS 304 werden im Hinblick auf ihre ausgezeichnete Verarbeitbarkeit für solche Wellrohre benutzt. Da jedoch austenitischer rostfreier Stahl eine schlechte Wärmeleitung aufweist, ergibt sich ein Problem, daß in einem dickwandigen Teil thermische Spannungen auftreten, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen den Innen- und Außenflächen vorliegt, so daß Spannungen ausgeübt werden, die einen 02 3-Bruch durch die thermische Spannung hervorrufen, wobei zusätzliche Beanspruchungen durch Biegedeformation, Vibrationen und/oder Druckschwankungen des sich im Inneren befindenden Fluids während der Benutzung hervorgerufen werden.

Um ein solches Problem zu vermeiden ist vorgeschlagen worden, rostfreie Stahlmaterialien vom Ferrittyp als Rohmaterial für Wellrohre zu verwenden.

Die rostfreien Stahlmaterialien vom Ferrittyp rufen, wenn sie elektrisch verschweißt werden, jedoch ein kristallines Kornwachstum über einen weiten Bereich in der Nähe der Schweißwülste beim Schweißen hervor.

Der Bereich des kristallinen Kornwachstums verursacht einen Bruch, wie beispielsweise einen Axialbruch beim Ausdehnen oder Zusammenziehen nach einer elektrischen Schweißung oder beim Formen eines gewellten Teiles durch eine Wellfabrikation, wie beispielsweise Wellen oder Flüssigkeitsdruck-Formen hervor.

Da die Materialien zusätzlich eine schlechte Korrosionsbeständigkeit aufweisen und als Material für Wellrohre nicht geeignet sind, sind sie nicht zur praktischen Anwendung gelangt.

Da ferner rostfreie Stahlmaterialien vom Ferrittyp weniger resistent gegenüber einem korrosiven, innen befindlichen Fluid oder der Außenatmosphäre sind, ist ihre Verwendung unter korrosiven Bedingungen beschränkt.

Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorgenannten Probleme des Standes der Technik gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellrohr zur Verfügung zu stellen, das frei von kristallinem Kornwachstum in der Nähe eines beim elektrischen Schweißen gebildeten Wulstbereiches ist, und das eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit aufweist und ferner eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit besitzt.

Die vorgenannte Aufgabe kann gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gelöst werden durch ein elektrisch verschweißtes Wellrohr, das aus einem dünnwandigen Bandmaterial aus einem rostfreien Stahl vom Ferrittyp gebildet wird, der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält, sowie gemäß einem zweiten Aspekt durch ein elektrisch verschweißtes Wellrohr, das aus einem dünnwandigen Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrittyp gebildet wird, der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält und eine Plattierungsschicht vom Ni- Typ auf wenigstens einer Oberfläche aufweist.

Das Wellrohr gemäß der vorliegenden Erfindung wird erhalten, indem ein Rohr aus einem dünnwandigen Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit- Typ gebildet wird, das nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält, beispielsweise durch Wellformen und dann elektrisches Verschweißen, um einen zylindrischen Körper zu bilden und sodann die Wellherstellung vorzunehmen.

Der Si-Gehalt ist begrenzt auf nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-%, da ein kristallines Kornwachstum nicht wirksam unterdrückt werden kann, wenn das Si zu weniger als 1 Gew.-% enthalten ist, wodurch ein axialer Bruch entlang des Wulstbereiches des elektrischen Schweißens beim Ausdehnen bzw. Zusammenziehen nach dem elektrischen Schweißen oder durch die Wellfabrikation hervorgerufen wird. Wenn andererseits das Si 3 Gew.-% übersteigt, so verliert das Matrixmaterial seine Dehnbarkeit, so daß eine große Herstellungsrate nicht mehr erzielt werden kann. Das Si liegt vorzugsweise zwischen 1,5 und 2,5 Gew.-%, um das kristalline Kornwachstum zu unterdrücken, ein Aufbrechen im Wulstbereich des elektrischen Schweißens zu verhindern und um eine hohe Herstellungsrate zu erzielen.

Während die zuvor erwähnte Zusammensetzung eine hinreichende Dauerhaftigkeit bei der gewöhnlichen Verwendung vorgibt, ist es bevorzugt, die Korrosionsbeständigkeit bei einer Verwendung in einer korrosiven Umgebung zu verbessern, indem eine Ni-Plattierungsschicht durch elektrische Plattierung oder chemische Plattierung aufgebracht wird, die eine geringe Menge an P oder B auf einer oder beiden Oberflächen enthält, wobei sich die Dicke der Plattierung vorzugsweise zwischen 2,0 µm und 15 µm bewegt.

Wenn die Dicke der Plattierungsschicht geringer als 2,0 µm ist, so kann die Korrosionsbeständigkeit nicht verbessert werden. Wenn sie andererseits 15 µm übersteigt, so kann kein weiterer Effekt hinsichtlich der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit erwartet werden und die Plattierungsschicht kann möglicherweise ein Aufbrechen oder Abblättern bei der nachfolgenden Wellfabrikation oder Biegedeformation während der Benutzung hervorrufen.

Die Form eines gewellten Teiles wird mit einem U-förmigen oder Ω-förmigen Querschnitt ausgebildet und eine spiralförmige oder ringförmige Struktur hergestellt, um einen gewellten Teil mit einem Höhenverhältnis von 1 : 1,1 bis 1,5 relativ zum Durchmesser des Rohrrohlings (zylindrisches Gehäuse) zu erhalten.

Fig. 1 ist eine Ansicht, die ein Wellrohr gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, wobei

Fig. 1(a) eine Querschnittsansicht in einem zentralen Teil ist und

Fig. 1(b) eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1(a) ist.

Gemäß der Zeichnung weist ein Wellrohr 1 einen zylindrischen Körper 2 und einen gewellten Teil 3 auf und besitzt einen Rohrdurchmesser von ungefähr 8 mm bis 100 mm, eine Wanddicke von 0,2 mm bis 1,0 mm, eine Höhe des gewellten Teils von 1,2 mm bis 15,0 mm und eine Steigung von 2,0 mm bis 25 mm. Es wird aus einem dünnwandigen Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ hergestellt, der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält, indem es elektrisch zu einem zylindrischen Körper verschweißt und sodann beispielsweise durch Wellformen oder Flüssigkeitsdruck-Formen einer Wellfabrikation unterzogen wird.

Beispiel 1

Ein Bandmaterial, hergestellt aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, basierend auf SUS 405, wird auf eine Breite von 53,4 mm und eine Wanddicke von 0,4 mm geschnitten und so behandelt, daß es eine Si-Konzentration von 2, 1 Gew.-% enthält. Durch Wellformen wird ein Rohr gebildet und sodann elektrisch verschweißt, um einen zylindrischen Körper von 17 mm Rohrdurchmesser zu bilden. Sodann wird eine Wellfabrikation durch Wellformen des zylindrischen Körpers vorgenommen, um einen gewellten Teil mit einer Höhe von 3,0 mm und einer Wellsteigung von 5,0 mm zu bilden.

Das so erhaltene Wellrohr wird auf eine Länge von 300 mm geschnitten, an einem Ende durch einen Dorn gehalten und an dem anderen Ende zwischen einem Paar von Rollen ergriffen, und es wird ein Biege-Verschleißtest mit einer Biegefrequenz von 1200 mal pro Minute in einer horizontalen Richtung durchgeführt, um einen rechten Winkel, bezogen auf die axiale Linie des gewellten Rohres hervorzurufen, während ein Verbrennungs-Abgas auf 500°C durch einen Brenner aufgeheizt der Innenseite zugeführt wird und Luft mit 20°C auf die äußere Umfangsfläche geblasen wird. Im Ergebnis beträgt der Verschleiß-Grenzwert 64,1 MPa und es tritt kein Bruch auf.

Beispiel 2

Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, basierend auf SUS 405, wie in Beispiel 1, wird so behandelt, daß es 2,7 Gew.-% Si enthält, auf die gleiche Breite zugeschnitten und hat die gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1. Es wird elektrisch verschweißt und der gleichen Wellrohrfabrikation wie in Beispiel 1 unterzogen und sodann der gleiche Biege-Verschleißtest wie in Beispiel 1 ausgeführt.

Im Ergebnis beträgt der Verschleiß-Grenzwert 62,1 MPa und es tritt kein Bruch auf.

Beispiel 3

Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, basierend auf SUS 405, wie in Beispiel 1, wird so behandelt, daß es 1,5 Gew.-% Si enthält und auf die gleiche Breite geschnitten und besitzt die gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1. Es wird elektrisch verschweißt, um einen zylindrischen Körper zu bilden, und es wird eine Ni-Plattierungsschicht von 10 µm Dicke elektrisch auf der Außenfläche unter Verwendung eines Ni-Plattierungsbades gebildet, das NiSO₄, NiCl₂ und H₃BO₃ aufweist. Sodann wird nach Durchführung der gleichen Wellfabrikation wie in Beispiel 1 der gleiche Biege-Verschleißtest wie in Beispiel 1 durchgeführt.

Im Ergebnis beträgt der Verschleiß-Grenzwert 65,1 MPa und es tritt kein Bruch auf.

Sodann werden fünf Testproben präpariert, indem das erhaltene Wellrohr jeweils in eine Länge von 150 mm geschnitten wird. Nach Aufheizen der fünf Testrohre in einer Heizvorrichtung (Ofen) bei 250°C während 2 Stunden werden sie 2 Stunden bei Raumtemperatur belassen, sodann für 2 Stunden in eine Korrosionsflüssigkeit eingetaucht, die 1000 mg/l NH₄NO₃, 70 mg/l (NH₄)₂SO₄, 40 mg/l NH₄Cl und 450 mg/l HCHO (80°C ± 5°C) aufweist, dann 2 Stunden bei Raumtemperatur belassen, wiederum für 2 Stunden in die gleiche Korrosionsflüssigkeit wie zuvor eingetaucht und sodann 14 Stunden bei Raumtemperatur belassen. Wenn ein Korrosions-Beständigkeitstest so durchgeführt wird, daß er die zuvor erwähnten Schritte als einen Zyklus aufweist, so wird roter Rost nach Ablauf von 8 Zyklen (mittlere Anzahl von Zyklen) gebildet.

Vergleichsbeispiel 1

Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ aus SUS 405, das weniger als 1 Gew.-% Si enthält und auf die gleiche Größe geschnitten wird und die gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1 besitzt, wird elektrisch verschweißt, um einen zylindrischen Körper zu bilden.

Der so erhaltene zylindrische Körper hat jedoch kristallines Kornwachstum in der Nähe des Wulstbereiches, was einen axialen Bruch bei der plastischen Fabrikation, wie beispielsweise der Ausdehnung und dem Zusammenziehen nach dem elektrischen Verschweißen verursachte, und ein solcher Bruch wurde ebenfalls hervorgerufen bei der Wellfabrikation unter Verwendung des Zylinders, ohne daß er der plastischen Fabrikation unterzogen wurde, wobei die Formung eines Wellrohres nicht gelingt.

Vergleichsbeispiel 2

Ein Bandmaterial aus rostfreiem Stahl vom gewöhnlichen austenitischen Typ aus SUS 304 wird auf die gleiche Breite zurechtgeschnitten und besitzt die gleiche Wanddicke wie in Beispiel 1. Es wird elektrisch verschweißt und der gleichen Wellfabrikation wie in Beispiel 1 und sodann dem gleichen Biegetest wie in Beispiel 1 unterzogen.

Im Ergebnis ist der Verschleiß-Grenzwert 52,3 MPa.

Referenzbeispiel 1

Fünf Muster werden präpariert, indem das Wellrohr der gleichen Größe, das unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 erhalten wird, jeweils auf eine Länge von 150 mm geschnitten wird. Wenn der gleiche Korrosions- Beständigkeitstest wie in Beispiel 3 für die Musterrohre durchgeführt wird, so wird roter Rost nach dem Ablauf von zwei Zyklen (mittlere Anzahl von Zyklen) gebildet.

Wie zuvor gemaß der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, ist, da das Wellrohr durch elektrisches Verschweißen von rostfreiem Stahlmaterial vom Ferrit-Typ gebildet wird, das nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält, die Temperaturdifferenz zwischen den Innen- und Außenflächen aufgrund der hohen Wärmeleitfähigkeit gering und die thermischen Spannungen sind nur geringfügig, und es entsteht kein kristallines Kornwachstum in der Nähe des Wulstbereiches beim elektrischen Schweißen und kein Bruch bei der Wellrohrherstellung. Somit ist das Wellrohr ausgezeichnet in seiner mechanischen Festigkeit und zeigt zusätzlich eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit bezüglich eines korrosiven, innen befindlichen Fluids oder der Außenatmosphäre, da eine Plattierungsschicht der Ni-Reihe auf wenigstens einer Oberfläche vorgesehen wird.

Claims

1. Wellrohr, gebildet durch elektrisches Verschweißen eines dünnwandigen Bandmaterials aus einem rostfreien Stahl vom Ferrit-Typ, der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält.

2. Wellrohr nach Anspruch 1, wobei der Si-Gehalt zwischen 1,5 und 2,5 Gew.-% liegt.

3. Wellrohr nach Anspruch 1, wobei eine Plattierungsschicht vom Ni-Typ auf wenigstens einer Oberfläche des Bandmaterials aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ vorgesehen ist.

4. Wellrohr nach Anspruch 3, wobei die Dicke der Ni-Plattierungsschicht zwischen 0,2 µm und 15 µm liegt.

5. Wellrohr nach Anspruch 1, wobei der gewellte Teil im wesentlichen in einer U-formigen oder Ω-förmigen Querschnittskonfiguration ausgebildet ist, als Spiral- oder Ringkonfiguration geformt ist und eine Höhe in einem Verhältnis von 1 : 1,1 bis 1,5 relativ zum Durchmesser des Rohrrohlings (zylindrischer Körper) besitzt.

6. Wellrohr, gebildet durch elektrisches Verschweißen eines dünnwandigen Bandmaterials aus rostfreiem Stahl vom Ferrit-Typ, der nicht weniger als 1 Gew.-% und nicht mehr als 3 Gew.-% Si enthält und eine Ni- Plattierungsschicht auf wenigstens einer Oberfläche aufweist.

7. Wellrohr nach Anspruch 6, wobei der Si-Gehalt zwischen 1,5 und 2,5 Gew.-% liegt.

8. Wellrohr nach Anspruch 6, wobei die Dicke der Ni-Plattierungsschicht zwischen 2,0 µm und 15 µm liegt.

9. Wellrohr nach Anspruch 6, wobei der gewellte Teil im wesentlichen in einer U-förmigen oder Ω-förmigen Querschnittskonfiguration ausgebildet ist, als Spiral- oder Ringkonfiguration geformt ist und eine Höhe in einem Verhältnis von 1 : 1,1 bis 1,5 relativ zum Durchmesser des Rohrrohlings (zylindrischer Körper) besitzt.