DE2601625B2

DE2601625B2 - Verfahren und Vorrichtung zum Vergüten dünnwandiger Großrohre aus Stahl

Info

Publication number: DE2601625B2
Application number: DE19762601625
Authority: DE
Inventors: Takashi Yokohama Kusakabe; Yutaka Tokio Mihara; Takao Yokohama Noguchi
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1975-01-24
Filing date: 1976-01-17
Publication date: 1979-02-22
Also published as: JPS5818404B2; DE2601625A1; IT1054255B; JPS5184714A; CA1066595A; DE2601625C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Vergüten dünnwandiger Großrohre aus Stahl durch Austenitisieren, Abschrecken, Richten und Anlassen im Durchlaufverfahren.

Dünnwandige Stahlrohre mit großem Durchmesser, insbesondere solche mit einem Innendurchmesser im Bereich von 38 bis 152 cm und Wandstärken im Bereich von 6 bis 38 mm wurden bisher hergestellt, indem gewöhnliche Stahlplatten nach dem bekannten U. O. E.Verfahren, nach dem Biegewalzenverfahren oder dem Spiralwal/.verfahren verformt und die geschlitzten Rohre zu geschlossenen Rohren verschweißt werden. Diese Rohre werden allgemein zur Leistung von Gase. Ölen oder ähnlichem verwendet und müssen bestimmte Eigenschaften aufweisen, wie z. B. eine hohe Festigkeit und eine ausgezeichnete Zähigkeit bei tiefen Tempera- f>5 türen. Daher war es bisher in der Praxis üblich, den Stahlblechen für die Rohre Legierungselemcnte, wie Niob und ähnliches zuzugeben, um eine verbesserte Festigkeit zu gewährleisten, und gleichzeitig ein gesteuertes Walzverfahren bei der Herstellung des Stahlbleches anzuwenden, um eine verbesserte Zähigkeit zu gewährleisten. Der Verbesserung dieser Eigenschaften sind jedoch Grenzen gesetzt. Als Alternative kann ein Verfahren in Betracht gezogen werden, bei dem ein abgeschrecktes und angelassenes Stahlblech als Rohmaterial für das Rohr verwendet wird und das Stahlblech zu einem Rohr verformt und verschweißt wird. Dieses Verfahren ist in vieler Hinsicht nachteilig. Die erhöhte Festigkeit des Stahlblechs erfordert eine größere Kraft für das Verformen des Stahlbleches und macht es daher unmöglich, die herkömmlichen Anlagen zu verwenden. Die erforderlichen neuen Anlagen werden im Vergleich zu den herkömmlichen Anlagen sehr aufwendig. Obgleich dieses Verfahren eine beträchtliche Verbesserung der Eigenschaften des Grundmetalls für das Stahlrohr bewirkt, hat es zusätzlich den Nachteil, daß in dem Schweißbereich ungenügende Eigenschaften erhalten werden.

Unier diesen Umständen wurde ais das beste Verfahren zur Sicherstellung der gewünschten verbesserten Festigkeit und Zähigkeit sowohl im Grundmetall als auch in der Schweißzone ein Verfahren angesehen, bei dem das Stahlblech, das nach dem obenerwähnten U. O. E.-Verfahren oder einem ähnlichen Verfahren verformt wurde, zu einem Stahlrohr verschweißt wird, und das geschweißte Stahlrohr dann Abschreck- und Anlaßbehandlungen unterworfen wird. Dieses Verfahren erfordert mit anderen Worten keine Zugabe von kostspieligen Legierungselementen oder umgekehrt kann die Zugabe dieser Legierungselemenle in geringen Mengen die mechanischen Eigenschaften des geschweißten Stahlrohrs verbessern. Darüber hinaus besteht nicht die Möglichkeit einer Verringerung der Ausbringung beim Walzvorgang aufgrund der Durchführung eines gesteuerten Walzvorgangs. Dieses vorgeschlagene Verfahren ist jedoch nicht vollkommen und es ist insbesondere deshalb nachteilig, da nach dem Abschreckvorgang aufgrund der thermischen Spannungen infolge des plötzlichen Abkühiens beim Abschrekken und aufgrund der Spannungen infolge der Strukturumwandlung das geschweißte Stahlrohr sowohl in seinem Querschnitt verformt wird, wodurch seine runde Gestalt beeinträchtigt wird, als auch in seiner Längsrichtung verformt wird. Da es sich hier um geschweißte Stahlrohre mit großem Durchmesser und geringer Wandstärke handelt, wird das Ausmaß der Verformung weiter vergrößert, und darüber hinaus werden die verschiedenen Spannungen, die während des Abschreckvorgangs erzeugt werden, während des A:ilaßvorgangs freigegeben, wodurch eine beträchtliche Verformung verursacht werden kann, auch wenn diese nicht so groß ist, wie im Falle des Abschreckens.

Es wurden jedoch bisher noch keine in der Praxis wirkungsvollen Verfahren entwickelt, um das Auftreten der obengenannten Verformungen infolge der Wärmebehandlung zu verhindern, und es wurden nur einige illustrative Verfahren in der offengelegtcn japanischen Patentschrift Nr. 48 36 Ol 5 beschrieben.

Aus der US-PS 38 04 390 ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem die Großrohre beim Durchlauf durch einen Induktor erhitzt, sodann abgeschreckt und anschließend mittels Ausrichtwalzen gerichtet werden. Daran kann sich erforderlichenfalls ein Anlassen mit nochmaligem Richten anschließen. Auch bei diesem bekannlen

Verfahren treten jedoch die oben im Zusammenhang mit anderen bekannten Verfahren geschilderten Nachteile auf.

Der Erfindung liegt die Aulgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch welche Stahlrohre mit genau der gewünschten Gestalt erhalten werden können, wobei diese Stahlrohre eine verbesserte Festigkeit und eine hervorragende Tieftemperatur-Zähigkeit aufweisen, ohne daß kostspielige Stahllegierungen verwendet werden müssen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Rohre in einer ersten Stufe auf 400 bis 6C0°C abgeschrecki, bei dieser Temperatur gerichtet und anschließend in einer zweiten Stufe auf Zimmertemperatur abgeschreckt werden.

Der geeignete Temperaturbereich für das Abschrekken gemäß dier Erfindung, d. h. der Temperaturbereich von 400 bis 600⁰C. entspricht etwa dem Temperaturbereich des Stahls für das Durchlaufen durch die Martensit- oder Bainit-Umwandlungspunkte. Durch das zwangsweise Festhalten des Stahlrohres in diesem Temperaturbereich ist es demzufolge mögüch, das Ausmaß der Verformung infolge dieser Umwandlung minimal zu halten. Wird andererseits das Stahlrohr bei Temperaturen oberhalb dieses Temperaturbereiches festgehalten, findet die Umwandlung unterhalb dieser Temperaturen statt, was zu Verformungen des Stahlrohres führt. Wenn das Stahlrohr dagegen bei Temperaturen unterhalb des genannten Tempe; aturbe- 1« reiches zwangsweise festgehalten wird, muß die Umwandlungsverformung ausgerichtet werden, nachdem die Umwandlung stattgefunden hat, was aufgrund des erhöhten Verformungswiderstandes die Durchführung dieser Korrektur erschwert.

Um eine nochmalige Verzerrung der Rohre beim Anlassen zu verhindern, wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Rohre in einer dritten Stufe auf eine AnlaDtemperatur erhitzt, bei dieser Anlaßtemperatur gerichtet und sodann in einer vierten Stufe durch Stehen an Luft auf Zimmertemperatur abgekühlt werden.

Die Anlaßtemperatur wird vorzugsweise im Bereich zwischen 500 und 700⁰C gehalten.

Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Vorrichtung mit einer Heizeinrichtung, einer Abschreckeinrichtung und einer Ausrichtwalzeneinheit, wobei die Abschreckeinrichtung Kühldüsen aufweist, zeichnet sich dadurch aus, daß Kühldüsen sowohl an der Eintritts- als auch an der Austrittsseite der Ausriehtwalzeneinheit angeordnet sind.

Die auf eier Eintrittsscite der Ausrichtwalzeneinheit angeordnete Abschreckeinrichtung dient zur Abschrekkung auf einen Temperaturbereich zwischen 400 und 600°C, während die auf der Ausiirittsseite angeordnet Abschreckeinrichtung zur Abkühlung auf Zimmertemperatur dient.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 5 bis 7 unter Schutz gestellt. μ

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielcn unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I schematisch die Anordnung einer Abschreck- und μ

Anlaßstreckc mit Pinrichtungen gemäß der Erfindung;

F i g. 2 in einer graphischen Darstellung den Zusammenhang zwischen der Abweichung vom kreisförmigen Querschnitt und dem Abstand in Längsrichtung für ein Stahlrohr A, welches nur dem Abschreckverfahren gern der Erfindung unterworfen wurde für ein Rohr B, welches geschweißt, aber keiner Wärmebehandlung unterworfen wurde (im folgenden »Rohrohr« genannt), und für Stahlrohre Ci, Cj und C]. die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden.

Fig.3a eine Frontansicht einer Ausriehtwalzeneinheit gem. der Erfindung,

Fig.3b in Seitenansicht einen Längsschnitt der Ausrichiwalzeneinheit der F i g. 3a, wobei die relative Lage der Ausrichtwalzen und der Kühldüsen zu erkennen ist, und

F ig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende grafische Darstellung, die die Abweichung vom kreisförmigen Querschnitt für ein Stahlrohr A\ welches dem Abschreck- und Anlaßverfahren ge/n. der Erfindung unterworfen wurde, für ein Stahlrohr A, welches nur dem Abschreckverfahren gem. der Erfindung unterworfen wurde, für ein Rohrrohr B und fi> ein Stahlrohr Q, weiches nach dem herkömmlichen Verfahren hergestellt wurde, zeigt.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Abschreck und Anlaßstrecke für ein Stahlrohr gem. der Erfindung gezeigt. Ein dünnwandiges Stahlrohr 9 mit großem Durchmesser wird in Pfeilrichtung befördert und läuft über Walzensätze 2-1 und 2-2. Nach dem Durchtritt durch Einführungswalzen 3-1 wird das Stahlrohr durch eine Heizspule 5 auf eine Abschreckteiiperatur erhitzt und dann werden entweder die Außenoberfläche oder die Innenoberfläche oder beide Oberflächen des Stahlrohrs 9 durch Kühldüsen 4-1 plötzlich auf eine Temperatur zwischen 400 und 600°C abgekühlt. Wenn das Stahlrohr 9 auf die gewünschte Temperatur abgekühlt ist, wird das Stahlrohr 9 durch eine Ausrichtwalzeneinheit 6 geführt, um eine genau kreisförmige Querschnittsgestah zu erhalten, und dann wird es in gleicher Weise durch Kühldüsen 4 2 auf Umgebungstemperatur abgekühlt, womit der Abschreckvorgang beendet ist.

W cnn in der vorliegenden Ausführungsform das Stahlrohr 9 ausgetreten und vollständig durch Ausführungswalzen 3-2 durchgetreten ist, wird das Stahlrohr 9 in umgekehrter Richtung befördert und durch die Ausführungswalzen 3-2 in die Heizspule 5 eingeführt, wo es auf eine Anlaßtemperatur zwischen 500 und 700"C erhitzt wird. Dann wird das Stahlrohr 9 durch eine Ausrichtwalzeneinheit 7 entweder von der Außenoberfläche oder der Innenoberflächc oder von beiden Oberflächen des Stahlrohres zwangsweise in die gewünschte Gestalt gebracht und ausgerichtet. Nachdem das Stahlrohr 9 wieder durch die Einführungswalzcn 3' durchgetreten ist, wird es zum Zwecke des Anlassens luftgekühlt, womit der Anlaßvorgang abgeschlossen ist. Selbst·'erständlich ist es auch ,nöglich, die gewünschte Anlaßbchandlung mit Hilfe einer gesonderten Anlaßstrecke durchzuführen, anstalt das Stahlrohr in umgekehrte Richtung zu befördern. In I- i g. 1 sind mit 1 ein Endanschlag für das Rohr mit 8 ein Dorn über welchen Kühlwasser oder Luft für die Innenoberfläche eingeleitel wird, und mit 2-3 und 2-4 Wal/Ansätze bezeichnet.

Wie die Fig. 5a und 3b zeigen, besteht die Ausriehtwalzeneinheit 6. die das Ausrichten des kreisförmigen Querschnitts von der Außenoberfläche des Rohres bewirkt, aus mehreren Ausrichtwalzcn 10, die gegen die Außenoberfläche des zentrisch angeord-

neten. iuis/.iirichtenderi Stahlrohres 9 gepreßt werden. Die Kühldüscn 4-1 und 4-2 sind ;in den Vorder- bzw. Rückensciten der Walken 10 angeordnet, um das Stahlrohr 9 mit den vorderer. Düsen auf eine geeignete Ausrichtungstemperatur abzukühlen, die in diesem Ausführungsbeispiel zwischen 400 und 600"C liegt. Die Ausrichtwalzcneinheit 7 für das Ausrichten des Stahlrohres in die gewünschte Gestalt unmittelbar nach dem Anlassen ist gleich aufgebaut wie die Ausrichtwalzeneinheit 6 mit der Ausnahme, daß sie nicht mit Kühldüsen ausgestaltet ist.

Die zwangsweise Ausrichtung oder Querschnittskorrektur durch die Wareneinheiten 6 und 7 kann in verschiedener Weise ausgeführt werden. Beispielsweise kann das zwangsweise Ausrichten auch von der Innenoberfläche des Stahlrohres durchgeführt werden oder es kann alternativ dazu sowohl von der inneren als auch von der äußeren Oberfläche des Stahlrohres

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Der geeignete Temperaturbereich für das Abschrekkcn gem. der Erfindung, d. h. der Temperaturbereich von 400 bis 600 C. entspricht etwa dem Temperaturbereich des Stahls für das Durchlaufen durch die Martensit- oder Bainit-Umwandlungspunkte. Durch das zwangsweise Festhalten des Stahlrohres in diesem Temperaturbereich ist es demzufolge möglich, das Ausmaß der Verformung infolge dieser Umwandlung minimal zu halten. Wird andererseits das Stahlrohr bei Temperaturen oberhalb dieses Temperaturbereichs festgehalten, findet die Umwandlung unterhalb dieser Temperaturen statt, was zu Verformungen des Stahlrohres führt. Wenn das Stahlrohr dagegen bei Temperaturen unterhalb des genannten Temperaturbereichs zwangsweise festgehalten wird, muß die Umwandlungsverformung ausgerichtet werden, nachdem die Umwandlung stattgefunden hat. was aufgrund des erhöhten Verformungswiderstandes die Durchführung dieser Korrektur erschwert.

Demzufolge kann in dem obengenannten erfindungsgemäßen Temperaturbereich die Umwandlungsverformung mit einem geringen Kraftaufwand leicht korrigiert werden, um einen nahezu genau kreisförmigen Querschnitt des Stahlrohres sicherzustellen und darüber hinaus ist es durch das zwangsweise Festhalten des Stahlrohres bei Temperaturen in diesem Temperaturbereich möglich, das Ausmaß der Verformung infolge von Wärmespannungen minimal zu machen. Die Durchführung der erforderlichen zwangsweisen Korrekturen bei Temperaturen in dem obengenannten Temperaturbereich während des Abschreckvorgangs ermöglicht die Herstellung von Stahlrohren mit einem im Vergleich zu herkömmlichen Erzeugnissen verringerten Verformungsgrad, ohne daß eine Korrektur während des Anlassens angewendet wird, und das so erhaltene Erzeugnis ist für viele Anwendungszwecke vollständig ausreichend. Aufgrund der Tatsache, daß verschiedene Arten von inneren Spannungen während des Anlassens freigegeben werden und dadurch eine Verformung des Stahlrohres verursachen, ist es zu bevorzugen, das Stahlrohr auf eine Anlaßtemperatur von 500 bis 700"( zu erhitzen und dann das Stahlrohr in der gewünschten Gestalt zwangsweise festzuhalten oder in diese Gestalt auszurichten. Ob das Kühlen eines Stahlrohres während des Abschreckvorgangs von der Außenfläche, von der Innenoberfläche oder von beiden Oberflächen des Stahlrohres durchgeführt wird, bestimmt sich unter to Berücksichtigung von Faktoren wie Wandstärke des Rohres usw.. während andererseits unter Berücksichtigung des Ausmaßes der Verformung festgelegt wird, ob die zwangsweise Korrektur während des Abschreckens bzw. Anlassens von der Außenoberfläche, der Inncnoberfläche oder sowohl der Außen- als auch der Innenoberfläche des Stahlrohres durchgeführt wird. Was weiter die Zuordnung zwischen der Lage der Ausrichtwalzen und der Kühldüscn für das Abschrecken betriff; so soüien die Walzen vorzu"v.vci'c Tüf der Seite angeordnet sein, an welcher die Künldüscn angeordnet sind, da nämlich die Temperatur des mittleren Bereiches des Stahlrohres auf einem Wert zwischen 400 und 600"C bleibt, während die Temperatur der Rohroberflächc, auf welche das Kühlwasser aufgesprüht wird, niedriger als die dieses mittleren Bereiches wird und demzufolge die zwangsweise Korrektur ohne die Verursachung von Fehlern an der äußeren "Her inneren Oberfläche des Stahlrohres durchgeführt werden kann.

ω Die grafische Darstellung der F i g. 2 zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt wurden. Die Abweichung vom kreisförmigen Querschnitt eine Stahlrohres, welches unter Kühlung an der äußeren Oberfläche, einem zwangsweisen Festhalten und einer Korrektur an der äußeren Oberfläche und nur dem Abschrecken gemäß der Erfindung unterworfen wurde, war klein und die Verformung dieses Stahlrohres war nahezu vernachlässigbar im Vergleich zu der Deformation bei einem Rohrohr. Außerdem war die Formbarkeit des erfindungsgemäß hergestellten Stahlrohres derjenigen von nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Produkten weit überlegen.

Wie weiter aus Fig.4 zu erkennen ist, zeigte das Stahlrohr, das dem Abschrecken und Anlassen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen wurde, nahezu keine Verformung im Vergleich zu dem Rohrohr, während das Stahlrohr, das nur dem Abschrecken nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen wurde, ein größeres Ausmaß an Verformung im Vergleich zu dem Rohrohr aufwies, Jas Ausmaß der Verformung war jedoch noch kleiner als das von nach herkömmlichen Verfahren hergestellen Produkten. Im Falle eines Stahlrohres mit einem Außendurchmesser von 91 cm wurde nämlich das Ausmaß der Verformung bei etwa 10 mm gehalten, was praktisch in dem zulässigen Bereich liegt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Vergüten dünnwandiger Großrohre aus Stahl durch Austenitisieren, Abschrecken, Richten und Anlassen im Durchlaufverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in einer ersten Stufe auf 400 bis 600⁰C abgeschreckt, bei dieser Temperatur gerichtet und anschließend in einer zweiten Stufe auf Zimmertemperatur abgeschreckt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in einer dritten Stufe auf eine Anlaßtemperatur erhitzt, bei dieser Anlaßtemperatur erneut gerichtet und sodann in einer vierten Stufe auf Zimmertemperatur abgekühlt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlaßtemperatur im Bereich zwischen 500 und 700⁰C liegt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Heizspule, einer Abschreckeinrichtung und einer Ausrichtwaizeneinheit, wobei die Abschreckeinrichtung Kühldüsen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Kühldüscn (4-1, 4-2) sowohl an der Eintritts- als auch an der Austrittsseite der Ausrichtwalzeneinheit (6) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckeinrichtung (4-1, 4-2) und die Ausrichtwalzeneinheit (6) auf einer Seite der Heizspule (5) angeordnet sind und daß eine weitere Ausrichtwalz:neinheit (7) auf der entgegengesetzten Seite der Heizspule (5) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend an Η^:ί Heizeinrichtung. Abschreckeinrichtung und Ausrichtwalzeneinrichtung (5, 4-1, 6, 4-2) ein Rohrendanschlag (1) angeordnet ist, an dem ein Dorn (8) befestigt ist, welcher innere Abschreck- und Ausrichtwalzeneinrichtungen trägt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß eine Anlaßstrecke anschließend an die Heizeinrichtung, Abschreckeinrichtung und Aus richtwalzeneinheit (5,4-1,6,4-2) angeordnet ist.

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