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Verfahren zum Herstellen von Stahlrohren mit großem Durchmesser.
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Die Erfindung betrifft ein VerFahren zum Herstellen von Stahirohren
mit großem Durchmesser. Die Erfindung schafft derartige Rohre mit hoher Gestaltsfestigkeit,
Zähigkeit und Zugfestigkeit.
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Seit einigen Jahren wurden Hand in Hand mit der erhöhten Nachfrage
nach Erdöl und Erdgas, der wachsenden Entfernung von deren Quellen und der Verschiebung
von deren Quellen in polare und kältere Gebiete, Rohrfernleitungen für den Transport
dieser Materialien im Hinblick auf geringe Kosten und Massentransport ausgelegt,
so daß die allgemeine Tendenz in Richtung auf die Vergrößerung des Rohrdurchmessers
und der Hochdruckqualitäten ging und somit vergrößerte Rohrdurchmesser und Wanddicken
der Rohre und ihre verbesserte Zugfestigkeit und Zähigkeit sowie weiter geringere
Rest-Innenspannungen und hohe Gestaltsfestigkeit im Hinblick auf die Geradheit und
Rundheit der Rohre gefordert wurden.
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Es ist bisher nicht möglich, Stahlrohre mit großem Durchmesser bei
ausgezeichneter Cestaltsfestigkeit, Zähigkeit und Zugfestigkeit mit konventionellen
Herstellungsverfahren, wie dem UO-Verfahren, dem Mantelformverfahren, dem Spiralrohr-Formverfahren
oder dgl., herzustellen. Zwar wurden verschiedene Herstellungsverfahren erfunden,
jedoch war keines von ihnen erfolgreich. Einige solcher Herstellungsverfahren werden
weiter unten erläutert.
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Die JP-OS Sho 48-36014 (Offenlegungstag: 28. 5. 1973; im folgenden
mit bekannte Erfindung A") offenbart ein Verfahren zum Behandeln von Stahlrohren
mit großem Durchmesser, welches vorsieht, eine Induktionsheizspule rings des Rohres
anzuordnen, das Rohr und die Spule zum lokalen Beheizen des Rohres mit Wechselstrom
niedriger Frequenz bei einer Temperatur, die nicht niedriger als der Umwandlungspunkt
ist, gegeneinander zu bewegen, das Rohr mittels einer Sprüh-Schnellkühlvorrichtung
zu kühlen, welche das Rohr umgibt, und das Rohr mittels einer Induktionsheizspule
zu glühen, welche rings des Rohres angeordnet ist.
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Auch offenbart die JP-PS (im folgenden als bekannte Erfindung B" bezeichnet)
ein Verfahren, welches umfaßt, ein durch Formen und Schweißen hergestelltes Stahlrohr
aufzuweiten, das Rohr örtlich bei einer Temperatur zwischen 650 und 10000 c mittels
einer Spule für Induktionsstrom niedriger Frequenz zu erwärmen und die erwärmten
Teile des Rohres stark abzukühlen und zu glühen.
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Jedoch ist es nicht möglich, durch die bekannten Verfahren A und B
ein Stahlrohr höchster Güte mit großem Durchmesser zu erhalten, was durch die Erfindung
erzielt wird. Senn nämlich die Wärmebehandlung gemäß den bekannten Erfindungen
A
und B durchgeführt wird, ergeben sich die folgenden Probleme im Vergleich mit dem
Rohr vor der Behandlung: 1. Die Rundheit des Rohres ist merklich schlechter.
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2. Die Geradlinigkeit des Rohres ist merklich schlechter.
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3. Es sind bemerkenswert große Restspannungen vorhanden.
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4. Die Umfangstoleranz ist bemerkenswert schlecht.
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1. Zum Problem 1 werden folgende Erläuterungen gegeben: Wenn ein Stahlrohr
gleichmäßig überall unter denselben Zwangsbedingungen gekühlt wird, ändert sich
die Rundheit des Rohres nicht, solange keine Deformationen aufgrund lokaler Beheizung
verursacht werden. Jedoch beträgt die Länge von Stahlrohren, die durch ein übliches
Verfahren hergestellt werden, höchstens etwa 20 m, und dann werden die Stahlrohre
eines nach dem andern der Wärmebehandlung ausgesetzt. In diesem Fall unterliegen
die beiden Enden der Rohre geringen Zwängen verglichen mit den anderen Teilen des
Rohrs, so daß sie durch Außen- und Innenspannungen merklich verformbar werden. Daher
werden die Abmessungen
und die Formgestalt des Rohres beträchtlich
schlechter, wenn ein Stahlrohr ausreichend aufgeweitet wird, daß es der API-Norm
(Americal Petroleum Institute), wie in Tabelle 1 gezeigt, vollständig genügt und
dann der Wärmebehandlung gemäß der bekannten Erfindung B unterworfen wird. Außerdem
wird in der bekannten Erfindung Bkeine spezielle Kühleinrichtung für das Stahlrohr,
an welchem noch der Zunder vom Jalzen und Erwärmen hängt, angewendet, so daß beträchtlich
ungleichmäßige Kühleffekte verursacht werden und so das gemäß der Erfindung 8 behandelte
Stahlrohr kaum die Norm erfüllt.
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2. Im Hinblick auf das Geradlinigkeitsproblem 2 ist es natürlich wünschenswert,
die von der Schwerkraft herrührende Deformation durch weitestmögliche lokale Begrenzung
der Erwärmung und des Kühlens zu verhindern, wie in der bekannten Erfindung B beschrieben.
Jedoch fällt, wie die Anmelderin durch Testversuche festgestellt hat, die Deformation
aufgrund der Schwerkraft nur ins Gewicht, wenn die beheizte Länge des Rohres das
fünffache oder mehr des Rohrdurchmessers D beträgt und sie ist nicht so sehr von
Bedeutung, solange das übliche Magnetinduktionsheizuerfahren angewendet wird.
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Eher wird die Geradlinigkeit des Rohres durch die Frage bestimmt,
ob oder ob nicht die Starttemperatur für das
Kühlen, die Kühlmittelmenge
und die Endtemperatur beim Kühlen quer über den Querschnitt senkrecht zur Achse
des Rohres hin gleichmäßig sind und dies ist meist nicht abhängig von der Geradlinigkeit
des Rohres vor der Behandlung.
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Mit anderen orten ist es erforderlich, daß die obengenannten drei
Faktoren so gleichmäßig wie möglich innerhalb desselben Querschnitts gehalten werden.
Bei den bekannten Erfindungen A und B wird dies nicht berücksichtigt.
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Die Restspannung, welche während der Abschreck- und Härtebehandlungen
hervorgerufen wird und dann zurückbleibt, sollte so klein wie möglich sein, weil
in der Praxis hinsichtlich der folgenden drei Punkte Probleme entstehen, wenn große
Restspannungen innerhalb des fertigbearbeiteten Stahlrohres vorhanden sind: a) Wenn
das Rohr auf eine vorbestimmte Länge zerschnitten wird, ist die Formhaltigkeit an
der geschnittenen Stelle schlecht, weil diese sich ausdehnt oder zusammenzieht.
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b) Die Biegeeigenschaften werden schlechter.
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c) Der Widerstand gegen Bruch sinkt ab.
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Wenn das Stahlrohr bei der Abschreck- oder Härtebehandlung stark gekühlt
wird, treten große Restspannungen auf, wenn nur die Außenfläche gekühlt wird, wie
in Tabelle 3 gezeigt.
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Diese Restspannung ist ebenfalls ein Faktor für die Verschlechterung
der Rundheit und der Geradlinigkeit.
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Im folgenden werden Erläuterungen zu dem obigen Punkt 3 gegeben. Wenn
der Stahl nach dem bekannten Verfahren A abgeschreckt usw. wird, dann wird der Außenumfang
des Stahlrohres unter Durchmesservergrößerung aufgrund der Umwandlungseigenschaften
des Stahlmaterials vergrörjert und die Wanddicke nimmt ab. Aus diesem Grund ist,
selbst wenn der AußenumFang über die gesamte Länge des Rohres hin durch Streckbehandlung
vor dem Abschrecken geglättet wird, die änderung im Außenumfang nicht gleichmäßig
wegen dem Unterschied in den Umwandlungscharakteristiken, verursacht durch die Unterschiede
in den Abschreckbedingungen und dem Zwangsgrad. Insbesonders bei Abschreckbehandlungen
von Stahlrohren mit großem Durchmesser und geringer Wandstärke sowie geringer Härtbarkeit
treten die oben angeführten Tendenzen merklich auf. Dann wird das Stahl rohr nach
dem Abschrecken einer Glühbehandlung zur Einstellung des Festigkeitsgrades und zur
Verbesserung der Zähigkeit unterworfen. In diesem Fall nimmt der Rohrdurchmesser,
welcher durch die Aufweitbehandlung vergrößert
wurde, in Abhangigkeit
von der Glühtemperatur ab. Wie oben erläutert, ist die Aufweitbehandlung wie auch
bei der vorliegenden Erfindung erforderlich, da die Tendenz zur Durchmesseränderung
nicht konstant ist, sondern in Abhängigkeit von der Behandlungsbedingung variiert,
selbst wenn das ahgeschreckte und geglühte Stahlrohr vor diesen Behandlungen zum
ßleichmäßigmachen des Außenumfangs aufgeweitet wurde.
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Die obigen Erläuterungen sind zutreffend für den mittelteil des Stahlrohres,
welchor während der Behandlung gleichfürmigen Zwangsbedingungen unterworfen ist.
Jedoch ist es für den Fachmann deutlich offensichtlich, daß der Rohrduchmesser für
Rohrteile mit weniger Zwangsgraden, als die des Mittelteils, beträchtlich anwächst
und sie in eine trompetenförmige Form verformen. Dies kann bis zu einem gewissen
Ausmal3 durch Steuerung der Freiheitsgrade der Endteile und der Kühlbedingungen
verhindert werden, jedoch werden in einem solchen Fall die Platerialqualitäten dieser
Teile beträchtlich unterschiedlich zu denen der anderen Teile, wegen der hinderung
der Abkühlbedingungen in diesen Teilen, und somit haben solche Maßnahman keine praktische
Bedeutung.
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Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, die oben angeführten
Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zur *) ,wie den Endteilen des Rohrs,
Herstellung
von Stahirohren mit großem Durchmesser zu schaffen, welches für die Rohre eine überaus
genaue Form uie auch 0eraus gute Zähigkeit und Zugfestigkeit gewährleistet.
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Die Erfindung schaft ein derfahren zur Herstellung von Stahlrohren
mit großem Durchmesser und mit überaus genauer Formgestaltung, besonders guter Zähigkeit
und Zugfestigkeit. Erfindungsgemäß wird das Rohr entzundert und einer Zarmebehandlung
unterworfen, welche das lokale Aufheizen des Stahirohres folgt schreitend von einem
Ende bis zu dem anderen Ende des Stahlrohres in axialer Richtung und das starke
Kühlen des Rohres sowie das Aufweiten des Stahlrohres nach der Wärmebehandlung umfaßt.
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Jeder der oben angeführten, erfindungsgemäßen Verfahrensschritte wird
nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung erläutert.
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I. Das erfindungsgemäß behandelte Stahlrohr mit großem Durchmesser
kann durch gewöhnliche Rohrherstellungsverfahren, wie das U0-Rohrherstellungsverfahren,
das Spiralrohr-Herstellverfahren, das Biegewalzformverfahren oder dgl. hergestellt
werden. Es besteht keine spezielle Beschränkung für die flaterialqualität und die
folgenden Abmessungen des Rohres werden vorzugsweise und beispielsweise gewählt:
Wanddicke:
6 mm oder stärker (vorzugsweise 6 bis 25 mm) Durchmesser: 450 mm oder stärker (vorzugsweise
450 bis 2000 mm) Länge: 2 m oder länger (vorzugsweise 6 bis 20 m) Die obigen Abmessungsbereiche
sind im Hinblick auf die Sirksamkeit der Induktionsheizung für ein schnelles Aufheizen
gewählt, sowie im Hinblick auf die Beschränkungen für die Herstellung des Rohrmaterials
und des Rohres.
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II. Entzundern: Zur praktischen Verwirklichung der Erfindung wird
das zu behandelnde Rohr entzundert. Eine Aufgabe für das Entzundern besteht darin,
die Kühlwirksamkeit am Stahlrohr für den Zeitpunkt der strengen Kühlung zu verbessern,
die auf das lokale Beheizen des Rohres folgt.
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Wenn Zunder an dem Rohr während des Erwärmens und Kühlens hängt, wird
die Kühlwirksamkeit beträchtlich verringert (vgl. Tabelle 4), so daß keine Abschreckung
erreicht wird und für dieselbe Zusammensetzung nur abgesenkte Festigkeiten und Zähigkeiten
erhalten werden können. Die zweite Aufgabe
der Entzunderungsbehandlung
besteht darin, ein gleichförmiges Abkühlen zu gewährleisten und dadurch eine Verformung
des Rohres zu verhindern (Tabelle 4). Im allgemeinen wird der Walzzunder örtlich
durch die Verformungsfreihsitsgrade entfernt, wenn ein Stahlrohr aus Stahlplatten
durch Kaltverformung hergestellt wird. Es entstehen daher Unterschiene in der Kühlwirksamkeit
zwischen den Teilen, an denen der Walzzunder noch dicht anhaftet, und den Teilen
ohne Jalzzunder, so daß die Kühlgeschwindigkeit innerhalb desselben Querschnitts
wegen der ungleichmäßigen Kühlwirkung variiert und dadurch eine beträchtliche DefoImation
verursacht wird.
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Um diese Verformung zu Verhindern, ist es entszrechend dem erfindungsgemäßen
Verfahren wesentlich, das Rohr zu entzundern. Als Entzunderunsverfahren können das
Kugelstrahlen, Sandstrahlen, Säursbeizen und mechanisches Entzundern angewendet
werden.
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Jedoch wird unter dem Gesichtspunkt der Entzunderungswirksamkeit und
-wirtschaftlichkeit und des Einflusses auf die Stahlqualitat das Kugelstrahlen am
meisten bevorzugt.
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Jeiter kann das Entzundern für das Stahlrohr selbst oder für die Stahlplatte
vor der Rohrherstellung geschehen.
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Das Entzundern wird vorteilhaft bis zu'einem Grad von mehr als 90
zur gemessen nach dem Verfahren mit wässriger Lösung von Kupfersulfat durchgeführt.
Die Gründe für diese Forderung sind in Fig. 1 gezeigt, welche das Verhältnis zwischen
der Entzunderungsrate und der Kühlwirksamkeit darstellt.
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In diesem Fall reicht es aus, nur die Außenfläche des Stahlrohrs zu
entzundern, falls das starke Abkühlen von der Außenfläche her erfolgt.
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Die experimentellen Bedingungen für die Bestimmung des Verhältnisses
zwischen der Entzunderungsrate und der Kühlwirksamkeit gemäß Fig. 1 waren wie folgt:
Rohrqualität: SM 50 Rohrabmessungen: Wandstärke 10 x Durchmesser 762 x Länge 12.000
(mm) Heizbedingungen: bei 9100 C für 2,5 Minuten Kühlbedingungen: Anfangstemperatur
beim Kühlen 8800 C Endtemperatur beim Kühlen 420C Kühlwasser (Druck): 43/min. (4kg/cm2)
Kühlverfahren: Anwendung einer zylindrischen Schlitzdüse Vorschubgeschwindigkeit:
100 cm/min
III. Ortliches schnelles Aufheizen: Das großen Durchmesser
und geringe Wandstärke aufweisende Stahl rohr, welches entzundert ist, wird vor
dem Aufweiten einer lokal stattfindenden Wärmebehandlung unterworfen. Die Aufgabe
für die lokale Wärmebehandlung besteht darin, für ein gerades Rohr, welches horizontal
abgestützt ist, Deformationen aufgrund der Schwerkraft zu verhindern, die Zähigkeit
zu verbessern und die Bildung von dicht anklebendem Zunder zu verhindern. In diesem
Zusammenhang bedeutet der Begriff "lokal" eine Teillänge des Stahlrohres in Axialrichtung
und für die Erfindung ist diese Teillänge insbesondere und vorzugsweise kleiner
als das fünffache des Außendurchmessers D des Stahlrohres. Vorzugsweise ist für
das schnelle Aufheizen durch die Kombination von mehr als einer Magnetinduktionsspule
gesorgt. Das schnelle Aufheizen wird zum Erwärmen auf eine Temperatur verwendet,
die höher als 6000 C ist. Im Fall des Erwärmens auf eine Temperatur unter 6000C
wird durch die Erwärmung keine Deformation und kein Zunder hervorgerufen, so daß
das schnelle Aufheizen nicht erforderlich ist und irgendwelche gewünschten Heizeinrichtungen
verwendet werden können.
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Für das Abschrecken oder Härten wird das Stahlrohr auf einen Temperaturbereich
von 850 (nicht geringer als der
Punkt Ar3) bis 10000C (geringer
als die Temperatur, wo die Austenitkornvergröberung einsetzt), und zum Anlassen
wird das Stahlrohr auf einen Temperaturbereich von 450 bis 7000 c (nicht höher als
Ar1) aufgeheizt, welcher höher ist, als die geringste Temperatur, die zur Verbesserung
der Zähigkeit erforderlich ist. Für einen Temperaturbereich, der nicht über 6000
C liegt, kann irgendeine geeignete Erwärmungsrate verwendet werden. Jedoch wird
für einen Temperaturbereich zwischen 600 und 10000C eine Erwärmungsrate von 1000C/min
oder schneller bevorzugt. Zur Erzielung der lokalen Erwärmung ist eine sich bewegende
Heizeinrichtung vorteilhaft, weil durch kontinuier-Lichtes, aus der Bewegung stattfinden
Kühlen die Teile vor und hinter dem geheizten Teil wie ein kaltes Rohr auf einer
Temperatur gehalten werden können, die dicht an der Umgebungstemperatur liegt, und
zur Verhinderung der Deformation der Zwangsgrad vergrößert werden kann. Beispielsweise
katin das gerade Stahl rohr mit großem Durchmesser und dünner Wand stärke horizontal
durch eine fest angeordnete Magnetinduktionsheizspule über ein Wellenantriebssystem
mit trommelförmigen Rollengängen vorgeschoben werden oder die Spule wird entlang
der Länge des festgehaltenen Stahlrohres bewegt.
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IS: Starkes Kühlen Das auf das lokale Aufheizen folgende starke Kühlen
wird vor dem Aufweiten des Rohres durchgeführt. Die Aufgaben für das starke Kühlen
sind wie folgt: 1. Verbesserung der Festigkeit und Zähigkeit durch Abschrecken,
2. Vergrößerung des Zwangsgrades der Teile benachbart den aufgeheizten Teilen, 3.
Gleichmäßiges Kühlen zur Verhinderung der Deformation während des Kühlens (die Kühlwirkung
ist oben anders als unten, wenn das Kühlen in Luft durchgeführt wird), und 4. Korrigieren
der Geradheit des Stahlrohres.
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Als Einrichtung für das starke Kühlen wird wenigstens ein zylindrischer
Kühlring, der Kühlmittel, wie Wasser oder ein Gemisch von Dampf und Wasser ausspritzt,
in gerader Linie koaxial entlang der Länge des Rohres mit großem Durchmesser angeordnet.
Zur Erzielung der oben genannten Aufgabe 4 wird der Kühiring kräftig von der koaxialen
Linie in eine exzentrische Lage versetzt, so daß der Winkel des Wasserstroms beispielsweise
zur
Äußenfläche des Stahlrohres in der Umfangsrichtung des Stahlrohres gesteuert wird.
Dadurch kann die Geradheit des Stahlrohres korrigiert werden.
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Wenn beispielsweise eine Verbiegung des Rohres, die während der Rohrherstellung
aufgetreten ist, zu begradigen ist, kann das Begradigen durch exzentrisches Versetzen
der Düse des zylindrischen Ringes derart erreicht werden, daß die konvexe Seite
der Verbiegung schneller als die geenüberliegende konkave Seite gekühlt wird.
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Die Kühlbedingungen und so, daß das Kühlen mit einem mittleren Wärmeleitverhältnis
mehr als 2000 k cal/°C, m2, h und bei einer mittleren Kühlrate von mehr als 100C/s
von 8000C bis 5000C durchgeführt wird. Wenn das Kühlen den obigen Bedingungen nicht
genügt, ist die Kühlrate für den Umfangsquerschnitt des Rohres im Fall der Verwendung
des zylindrischen Kühlringes nicht konstant und es wird eine merkliche Differenz
in der Kühl rate zwischen der oberen Fläche und der unteren Fläche hervorgerufen,
so daß die Geradheit und Rundheit merklich beeinträchtigt werden.
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Der zylindrische Kühlring kann aus mehreren Abschnitten zusammengesetzt
sein. Durch Steuerung der Wasserstrahlmenge
von jedem Düsenabschnict
können ähnliche Ergebnisse erhalten werden, wie durch das oben beschriebene exzentrische
Versetzen der Kühldüse.
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Fig. 3 zeigt schematisch eine Vorrichtung für die Wärmebehandlung
gemäß der Erfindung. In der Figur repräsentiert das Bezugszeichen 1 Induktionsheizspulen,
die in der Kombination von drei Spulen angeordnet sind. Das Bezugszeichen 2 bezeichnet
einen zylindrischen Kühl ring mit einer Düse zum Ausspritzen von Kühlwasser entlang
des gesamten Innenumfangs.
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In der aus Fig. 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 haftendem
Wasser. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet Einspannvorrichtungen für das Rohr, wie Ausführungswalzen.
Das 3ezugszeichen 5 bezeichnet Rollgangrollen für das Vorschieben des Rohres 6.
Die zelle 5' ist eine nichtmagnetische Rollengangrolle.
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V. Aufweiten des Rohres: Das Ziel des Aufweitens des Rohres mit großem
Durchmesser, nachdem das Rohr entzundert und dann der speziellen Wärmen
behandlung
unterzogen ist, ist wie folgt: 1. Die Rundheit der beiden Endteile des Rohres (entsprechend
etwa 1,5 mal dem Außendurchmesser des Rohres) genügt nicht der in Tabelle 1 gezeigten
Norm, selbst wenn die oben erläuterten verbesserten Herstellun3sschritte miteinander
kombiniert werden. In anderen Worten wird die Rundheit durch die Diskontinuität
des Zwangsführungsgrades und das Anwachsen des Volumens durch Abschrecken beeinträchtigt
und daher wird durch das Aufweiten des Rohres die Rundheit vorzugsweise korrigiert.
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2. Die Restspannun3en aufgrund der Diskontinuität an den beiden Enden
des Rohres mit groBem Durchmesser werden beseitigt.
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3. Die Restspannungen aufgrund des Kühlens nur der Außenfläche werden
beseitigt.(etallurgisch sind die Restspannungen durch Unterschiede in der abgeschreckten
Struktur aufgrund der Kühlgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Außenfläche und
der Innenfläche verursacht. Selbst auch beim Heizen unterhalb Ar1 werden von Wärmespannungen
herrührende Restspannungen durch die Kühlgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der
Außenfläche und der Innenfläche hervorgerufen.)
4. Korrektion der
Rundheit Als Verfahren zum Aufweiten des Rohres kann ein mechanisches oder hydraulisches
Verfahren angewendet werden. Das Aufweiten liegt im Bereich von 0,1 bis 0,8 , vorzugsweise
0,3 bis 0,5 7a' des Durchmessers in bleibender plastischer Verformung aus den Gründen,
die aus Fig. 2 ersichtlich sind.
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Fig. 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:
Stahlrohrqualität: SM 50 Stahrohrabmessung: 15 mm x 762 mm x 12000 mm Erwärmen:
910°C für 2,5 Minuten Kühlen: Anfangstemperatur 8900 C Endtemperatur 42 0C Kühlwasser:
4M³/min Kühlverfahren: Zylindrische Schlitzdüse, Kühlen der Außenfläche Vorschubgeschwindigkeit:
0,6 cm/min Entzunderung: Kugelstrahlen (98 % entzundert)
Aus Tabelle
5 sind die Ergebnisse für die Erfindung ersichtlich, welche eine ausgezeichnete
Form und ausgezeichnete Abmessungen wie auch ausgezeichnete Restspannungswerte angeben.
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Tabelle 1 API Norm für Stahlrohrform und Beispiel des bekannten Verfahrens
A (Rohrabmessung: t = 10 mm, # = 762 mm, L = 12000, Stahlgüte SM50)
| Gerad- Rundheit Außendurchmessertoleranz |
| linigkeit |
| API # 2/1000 Im Abstand von Anders Im Abstand von Anders als |
| 102 mm von den als beide 102 mm von den beide Enden |
| Rohrenden Enden Rohrenden |
| /D0-D/ < 1% D0 /D0-D/ < 1% D0 #(D0-1/32")- -0,25 % #
D0 |
| #(D0+3/32") +0,75 % # D0 |
| Abmessunge- |
| bereich für 754.4 - 769.6 754.4 - 769.6 2390.2- 2386.7- |
| das Versuche- mm mm 2400.2 mm 2410.6 mm |
| rohr mit den |
| obigen Tole- |
| ranzen |
| Vor dem Aus- 2.8/1000 753 - 775 mm 752 # 10 mm 2393 # 6 mm
2393 # 4 mm |
| weiten |
| Nach dem 1.3/1000 762.5 # 764 mm 762 # 3 mm 2396 # 2 mm 2396
# 2 mm |
| Ausweiten |
| (1.25%) |
D0: Nenn-Außendurchmesser D : Tatsächlicher Rohr-Außendurchmesser
Tabelle
2 Gestalt und Genauigkeit eines nach dem Verfahren der bekannten Erfindung A hergestellten
Stahl rohres
| Herstellung Stahl- Rohrabmessungen (mm) Entzunde- |
| zusammen- Wand- Außen- Länge rung |
| setzung stärke durch- |
| Starke Durch- |
| messer |
| A UO-Verfahren SM 50 10 762 12000 nein |
| B " " 15 " " " |
| C " " 20 " " " |
| Wärmebedingungen Kühlbedingungen Ausweitung |
| nach der |
| Heiztem- Heiz- Anfangs- Endtemperatur Wärmebehand- |
| peratur verf. temperatur beim Kühlen lung und ihr |
| °C beim Kühlen °C Varhältnis |
| °C (%) |
| A 910 Indukt- 880 42 nein |
| Heizung |
| B " " 890 " " |
| C " " 900 " " |
| Rundheit Geradlinigkeit Außendurchmesser- j |
| toleranz |
| Beide (9itte Gemessen Beide Mitte |
| Enden Mitte Gemesset Weise |
| (mm) (mm) (mm/mm) (mm) (mm) |
| A 751 # 754# 3.1/1000 2410 # 2408 # |
| 783 775 # 2418 2412 |
| B 756 # 759 # 2.4/1000 " " |
| 783 775 |
| C 755 # 758 # 1.9/1000 2411 # 2404 # |
| 780 755 2420 2410 |
Tabelle 3 Restspannung nach der Heiz-Kühlbehandlung an der Außenfläche
eines durch übliche Herstellungsverfahren hergestellten Stahlrohres
| Herstellungs- Stahlzu- Rohrabmessungen Entzun- Heizbedingungen |
| verfahren sammen- Wand- Außen- Länge derung Heiz- Heizver- |
| setzung dicke durch- temp. °C fahren |
| messer |
| A UO Verfahren SM 50 10 762 12000 nein 910°C & Indukt.- |
| 650 Heizung |
| B " " 15 " " " " " |
| C " " 20 " " " " " |
| D " " 10 " " " 620 " |
| Kühlbedingungen Auseitung nach der |
| Anfangs- Endtemperatur Wärmebehandlung und |
| temperatur beim Kühlen ihr Verhältnis (%) |
| °C °C |
| A 880 42 nein |
| B 890 " " |
| C 900 " " |
| D 600 " " |
Tabelle 3 (Fortsetzung)
| Nessungen der Restspannung (nach dem Dehnungsmeßverfahren) |
| (+ bedeutst Zugspannung; -bedeutet Zugspannung; -bedeutet Drukspannug) |
| Vor der Behandlung Nach der Abschreck-Härtebehandlung |
| (kg/mm²) |
| Radial Radial Radial Radial |
| inners äußere innere äußere |
| Fläche Fläche Fläche Fläche |
| A -4.8 +0.8 +13.8 -45.2 |
| B -7.1 +1.3 +14.2 -49.5 |
| C -9.7 +1.6 +15.3 -50.3 |
| D -5.2 +1.1 +12.9 -44.8 |
Tabelle 4 Mit Zunder an der Rohrfläche sowie Kühlwirksamkeit (Mittel
bei 800°C bis 500°C)
| Bemerkung Herstellungs- Stahlzusammen- Rohrabmessungen (mm)
Entzunderung |
| verfahren setzung Wand- Außen- Länge |
| stärke durch- |
| messer |
| UO Verfahren SM 50 10 762 12000 nein |
| E |
| " " " " " ja (99%) |
| Heizbedingungen Kühlbendingungen Kühlwirksamkeit |
| kcal/m², °C, h |
| Heiztem- Heizver- Anfangstemperatur Endtemperatur |
| peratur °C fahren beim Kühlen °C Kühlen °C |
| 910 Induktione- 880 42 3700 |
| E heizung |
| " " " " 8500 |
* Kugelstrahlen mit anschließender Behandlung durch wässrige Lösung von Kupfersulfat.
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Tabelle 4 (Fortsetzung) Verformungsmessungen
| Rundheit (Mitte, mm) Geradheit (pro 12 M, mm) Außenumfangstoreranz
Aufweitver- |
| (Mitte, mm) hältnis |
| Vor der Nach der Vor der Nach der Vor der Nach der nach der |
| Behand- Behand- Behand- Behand- Behand- Behand- Wärmebehand- |
| lung lung lung lung lung lung lung zur An- |
| passung an |
| die API-Norm |
| (%) |
| E 761 # 754 # 11 18 2391 # 2 2410 # 8 1.5 |
| 763 775 |
| " 765 # " 14 " 2412 # 3 0.3 |
| 773 |
Tabelle 5 Beispiele für das erfindungegemäße Verfahren (Abschrecken
und Antassen mit Kühlen der Außenfläche)
| Bemerkung Hestellungs- Stahlzusammen- Rohrabmessungen (mm)
Entzun- Heizbedingungen |
| verfahren setzung ** Wand- Außen- Länge derung * Heiz- Heiz- |
| stärks durch- temp. verfahren |
| messer °C |
| 1 UO Verfahren SM 50 (JIS) 10 762 12000 Ja (mehr 910 Indukt.- |
| als 98%) 650 Heizung |
| 2 " " 15 " " " " " |
| 3 " " 20 " " " " " |
| 4 SP Verfahren " 10 " " " " " |
| Kühlbedingung (Kühlen zum Aufwsitver- ** Beispiel für SM 50-Zusammen- |
| Korrigieren der Rundheit hältnis nach satzung (%) |
| der Behand |
| Anfangstem- Endtempera- lung |
| peratur beim tur beim |
| Kühlen °C Kühlen °C C Si Mn P S Al |
| 0.14 0.27 1.37 0.018 0.010 0.025 |
| 1 880 42 Ja 0.4 |
| 620 |
| 2 890 " " 0.8 * Kugelstrahlen mit anschießender Be- |
| 625 handlung in wässriger Lösung von |
| 3 900 " " 0.5 Kupfersulfat |
| 630 |
| 4 880 " " |
| 620 |
Tabelle 5 (Fortsetzung)
| Bemer- Rundheit Geradheitsmessung Außenumfangs- Restspannung
in Radial- |
| kung Beide Mitte API (mm/mm) toleranz richtung (Mittelteil
in |
| Enden (mm) beide Mitte Längsrichtung, kg/mm²) * |
| (mm) Enden (mm) Innenober- Außenober- |
| (mm) fläche fläche |
| 1 762 - 765 763 - 765 1.4/1000 2395 # 4 2395 # 2 -1.2 +0.2 |
| 2 761 - 765 762 - 765 1.2/1000 " " -0.8 +0.1 |
| 3 762 - 766 761 - 764 0.8/1000 2395 # 6 2395 # 4 -0.7 +0.3 |
| 4 761 - 763 763 - 764 1.1/1000 2395 # 4 2395 # 2 -1.2 +0.2 |
* Durch Dehnungsspannungsmessung ; + bedeutet Zugspannung, - bedeutet Druckspannung
Tabelle 6 Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Stahlrohres
| YS (Kg/m²) TS (Kg/m²) EL (%) CV-60°C (Kg-m) 50 % FATT |
| 1 49.5 59.6 39 16.5 -80°C |
Herstellungsbedingung (1) disser Tabells ist dieselbe wie (1) in Tabelle 5.