DE2620377A1

DE2620377A1 - Verfahren zur waermebehandlung von dickwandigen stahlroehren

Info

Publication number: DE2620377A1
Application number: DE19762620377
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Emde; Friedhelm Dr Ing Reinke
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1976-05-08
Filing date: 1976-05-08
Publication date: 1977-11-17
Also published as: JPS52135822A; FR2350402A1; GB1549484A; US4165246A

Description

AEG-Elotherm Gesellschaft mit beschränkter Haftung

0758/76-(ol) Remscheid, 07.05.76

Pat/Seiffert/Sw.

Verfahren zur Wärmebehandlung von dickwandigen Stahlröhren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vergütung dickwandiger Stahlröhren durch Wärmebehandlung des Röhrenmaterials im Durchlauf der Röhren entlang ihrer Längsrichtung durch Wärmebehandlungsstationen mit vorgebbarer Durchlaufgeschwindigkeit, bei dem in Richtung der Röhrenlängsachse nebeneinander liegende Teile des Röhrenmantels zeitlich gegeneinander versetzt und nacheinander der gleichen Wärmebehandlung unterworfen sind.

Zur Erhöhung der Festigkeit von Stahlröhren ist es bekannt, die Stahlröhren einer Wärmebehandlung in der Weise zu unterziehen, daß zunächst das Röhrenmaterial auf seine Austenitisierungstemperatur erhitzt, danach mit überkritischer Geschwindigkeit unter Bildung eines martensitischen Gefüges abgeschreckt und schließlich erneut auf eine AnIaßtemperatür erwärmt und angelassen wird. Diese Art der Behandlung, die auch als Vergütung bezeichnet wird, stellt die Verbesserung der Röhrenfestigkeit sicher, so daß entsprechend behandelte Röhren höheren mechanischen Anforderungen genügen.

Zur Wahrung der Formstabilität des Röhrenmantels werden die Röhren dabei im Regelfall im Durchlaufverfahren gehärtet, wobei entlang der Längsachse der Röhren nebeneinander liegende Röhrenteile sukzessive nacheinander zunächst erhitzt und danach abgeschreckt und schließlich angelassen werden. Vergütungsanlagen, die sich zur Behandlung der Röhren eignen, bestehen im Regelfall aus einer Härtestrecke, die neben einer Wärmstrecke eine Kühlstrecke umfaßt und von den Röhren entlang ihrer Längsrichtung mit wählbarer Geschwindigkeit auf

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Rollen od.dgl. durchlaufen werden, und aus einem der als Standofen ausgebildet zum Anlassen der gehärteten Röhr en di ent.

Anlaßoren,

Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit ist es auch bekannt, die Vergütung der Röhren völlig im Durchlaufverfahren in der Weise vorzunehmen, daß das Röhrenmaterial zunächst in einem Wärmofen im Durchlauf erhitzt, danach in einer Kühlstrecke j.m Durchlauf abgeschreckt und schließlich in einem weiteren Durchlaufofen zum Zweck des Anlassens erneut auf eine Anlaßtemperatur erwärmt und angelassen wird. Die zum Austenitisieren des Röhrenmaterials benutzte Wärmstrecke kann dabei im Rücklauf der gehärteten Röhre auch zum Anlassen des Röhrenmaterials benutzt werden.

Die Anwendung des bekannten Verfahrens trifft bei dickwandigen Stahlrohren jedoch auf Schwierigkeiten, die sich aus der Wandstärke der Röhren ergeben. So müssen z.B. mit wachsender Wandstärke des Röhrenmantels nicht nur die Heizleistungen der Warmstrecken sondern auch die Kühlleistungen der zugehörigen Abschreckstationen erhöht und der jeweiligen Wandstärke angepaßt werden. Der Aufwand ist auch bei Reduktion der jeweiligen Durchlaufgeschwindigkeiten der Röhren durch die Wärmebehandlungsstationen erheblich.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von dickwandigen Stahlröhren zum Zweck der Verbesserung der Festigkeitseigenschaften des Röhrenmaterials anzugeben, das es gestattet, die Wärmebehandlung im Durchlauf durch hintereinander geschaltete Wärmebehandlungsstationen auch bei dickwandigen Stahlröhren in der Weise vorzunehmen, die zur Erwärmung die erforderliche Energie reduziert und die zur Durchführung des Verfahrens abzuführende Energie gemindert wird.

Diese Aufgabe wird der vorliegenden Erfindung entsprechend durch ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art dadurch gelöst, indem erfindungsgemäß die Röhren zunächst

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über den Querschnitt der Röhrenwandung auf die Austenitisierungstemperatur des Röhrenmaterials erhitzt, danach in der Oberfläche durch Zuführung eines Kühlmittels unter Martensitbildung in der Oberflächenzone abgeschreckt und hinter der Abschreckstation in der Oberfläche durch Zuführung von Wärme aus den nicht abgeschreckten Wandungsteilen selbsttätig angelassen und in diesen Teilen unter Bildung von Zwischenstufengefüge der Abkühlung überlassen werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird für solche Fälle, in denen die Restwärme in den ungehärteten Wandungsteilen ungenügend ist, vorgeschlagen, sowohl den Anlassvorgang nach dem Abschrekken unter Zxiführung von Wärme zum Rohrquerschnitt zu unterstützen als auch die Bildung von Zwischenstufengefüge durch Ausgleich der Wärmeverluste des Rohres auf dem Wege der Zuführung einer entsprechenden Menge von Ausgleichswärme zu verbessern.

Das Verfahren nach der Erfindung ist bevorzugt zur Vergütung von Stahlröhren anwendbar, deren Wandstärke bei Abschreckung des Röhrenmantels von seiner inneren oder äußeren Oberfläche her nach dem gegenwärtigen Stand der Technik einen Betrag von l6...l8 mm überschreitet. Soweit die Abschreckung des Röhrenmantels nach der Austenitisierung seines Materials sowohl von der inneren als auch von der äußeren Oberfläche des Röhrenmantels her erfolgt, findet das Verfahren nach der Erfindung bevorzugt zur Wärmebehandlung von Stahlröhren Anwendung, deren Wandstärke das Doppelte des genannten Betrages überschreitet.

Röhren, die nach dem Verfahren entsprechend der Erfindung behandelt worden sind, weisen in ihrem Mantel ein Gefüge auf, das - abhängig von der Art der Abschreckung - aus zwei oder drei konzentrischen Zonen besteht, die auf der Seite der abgeschreckten Oberfläche die übliche Anlaßstruktur und unter der Anlaßstruktur die Ausbildttng des bekannten Zwischenstufengefüges aufweisen.

Die Ausbildung des Zwischenstufengefüges kann dabei durch Steuerung des AblcühlVorgangs - ggf. unter Zuführung von Hilfs-

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wärme - nach dem Zeitpunkt des Abschreckens beeinflulH werden. Dabei ist es zweckmäßig, den Wärmeinhalt des Röhrenmantels ggf. für eine Zeitdauer, die ausreicht, die Bildung von Zwischenstuf engefüge abzuschließen, konstant oder annähernd konstant zu halten. Dazu kann es zweckmäßig sein, die Auskühlung des in Teilen abgeschreckten Rohrmantels durch geeignete Abschirmungen od.dgl., die Wärmeverluste durch Wärmeabstrahlung und Wärmeableitung mindern, herabzusetzen.

Das Verfahren nach der Erfindung ist nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnung, die schematisch eine zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignete Einrichtung wiedergibt, näher erläutert.

In der Zeichnung bezeichnen 1 ein dickwandiges Stahlrohr,das mit vorgebbarer Geschwindigkeit entlang seiner Längsachse auf Rollen od.dgl. mittels geeigneter Antriebsmittel durch mehrere Wärmestationen zwecks Wärmebehandlung in Richtung des Pfeils 2 transportierbar ist.

Die Wärmebehandlungsstationen bestehen zunächst aus einer Induktionsspule 3, die den Mantel der Röhre 1 von außen umfaßt und mit einem Wechselstrom mit Netzfrequenz speisbar ist. Der Wechselstrom ist einer Stromquelle k verstellbarer Leistung entnehmbar, deren Ausgangsleistung mittels eines Leistungsreglers 5 geregelt ist. Zum Regler 5 gehört ein Temperaturmeßfühler 6, der die Oberflächentemperatur des Mantels der Röhre 1 hinter der Induktionsspule 3 mißt. Das elektrische Ausgangssignal des Meßfühlers 6 ist dem Eingang des Reglers 5 als Istwertsignal zugeführt und dort mit einem zugehörigen Sollwertsignal verglichen, das mittels einer Einstellvorrichtung 7 am Regler 5 vorgebbar ist.

Das Ausgangssignal des Leistungsreglers 5 steuert als Stellsignal die Leistung des Generators'4 derart, daß die Oberflächentemperatur des Mantels der Röhre 1 an der Meßstelle der Meßvorrichtung 6 einstellbar konstant ist. Der als Wärmstrekke dienenden Induktionsspule 3 ist eine Kühlstation nachgeschaltet. Sie besteht aus zwei ringförmigen Rohrleitungen 8

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und 9t die über zugehörige Rohrleitungen Io und entsprechende Ventile an eine Kühlwasserleitung angeschlossen sind. Die Ringrohrleitungen 8 und 9 sind mit ringförmig um die Achse des Rohres 1 verteilt angeordneten Ausströmdüsen 11 und 13 ausgestattet, die die Oberfläche des Röhrenmantels ringförmig umfassen und das aus dem Innern der Ringrohrleituncren 8 und 9 austretende Kühlwasser der Oberfläche des Röhrenmantels zuführen. Die Ausströmdüsenkörper 11 sind dazu derart ausgerichtet, daß im spitzen Winkel geneigt gegen die Oberfläche des Röhrenmantels laufende Wasserstrahlen den Röhrenmantel kühlen. Die Düsenkörper 13 führen die zugehörigen Wasserstrahlen 12 senkrecht auf die Oberfläche des Röhrenmantels, wobei die aus den Düsenkörpern 13*)einen dichten Wasservorhang bilden, der den Durchtritt der aus den Düsenkörpern austretenden Wasserstrahlen behindert. Zur Verstellung der in Längsrichtung der Röhrenachse gemessenen Länge der Zone, die von den Wasserstrahlen der Düsenkörper 11 auf der Oberfläche des Röhrenmantels gekühlt wird, ist das Ringrohr 9 entlang der Längsachse des Rohres 1 verstellbar gelagert. Es ist hierzu auf einem Bock 14 befestigt, der seinerseits in einem Lager 15 entlang der Längsachse des Rohres 1 verschiebbar ist. Die Verschiebung erfolgt mittels einer Schraubspindel l6, die den Bock 1*1 über ein zugehöriges Gewinde verstellt und mittels eines Getriebemotors 17 antreibbar ist.

Zur Steuerung des Getriebemotors 17 dient ein Kühlleistungsregler 19, dessen Ausgangssignal als Stellsignal über die Ausgangsleitung l8 dem Motor 17 zur Steuerung der Verstellung des Lagerbocks 14 zugeführt ist.

Der Kühlleistungsregler 19 wird eingangsseitig durch ein Meßsignal gesteuert, das mittels eines Temperaturfühlers 2o gewonnen ist. Der Temperaturfühler 2o mißt die Oberflächentemperatur des Röhrenmantels des Rohrs 1 hinter der Kühlstation 8,9- Der Sollwert für die Oberflächentemperatur, die mittels des Meßfühlers 2o gemessen ist, wird mittels eines Sollwertstellers 21 am Regler 19 vorgegeben.

^austretenden Wasserstrahlen

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Mit 22 ist eine weitere Wärmstrecke bezeichnet, die der Kühlstation 8,9 nachgeschaltet ist und ebenfalls aus einer Induktionsspule besteht, die aus einer Wechselstromquelle 23 mit einem Wechselstrom von Netzfrequenz speisbar ist. Die Spule 22 weist eine relativ kurze Baiilänge auf und beheizt das Rohr 1 mit hoher Leistungsdichte. Die Ausgangsleistung der Wechselstromquelle 23 bzw. ihr Ausgangsstrom ist wiederum mittels eines Reglers 2*1 regelbar, der über einen Temperaturfühler 25 mit einem Istwertsignal abhängig von der Oberflächentemperatur des Röhrenmantels und abhängig von einem Sollwertsignal gesteuert ist, der mittels eines Sollwertstellers 26 am Regler 2^li einstellbar ist.

Die beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt: Das Rohr 1 wird der Induktionsspule 3 mit wählbarer konstanter Transportgeschwindigkeit zugeführt und beim Passieren der Induktionsspule 3 induktiv auf die Austenitisierungstemperatur des Materials des Röhrenmantels aufgeheizt. Das austenitisierte Röhrenmaterial wird von seiner äußeren Oberfläche her mit einstellbarer Kühlleistung in der Kühlstation 8,9 auf eine Temperatur, die unterhalb der Martensitgrenze ihres Materials gelegen ist, mit einer durch die Kühlleistung der Kühlstation und die Transportgeschwindigkeit des Rohres 1 abhängigen Geschwindigkeit, die größer als die kritische Abkühlgeschwindigkeit ist, abgeschreckt, so daß sich in der äußeren Schicht des Röhrentnanteis ein martensitisches Gefüge ausbildet. Die Dicke der so gehärteten Röhrenschicht ist durch Einstellung der Kühlleistung der Kühlstation 8,9 innerhalb gewisser Grenzen frei wählbar. Die Dicke der gehärteten bzw. der ungehärteten Wandschicht wird so gewählt, daß die in der ungehärteten Wandschicht nach dem Abschrecken verbleibende Restwärme ausreicht, um das Material in der gehärteten Schicht anzulassen. Die Wärme der ungehärteten Wandschicht wird dabei teilweise in die gehärtete Schicht selbsttätig überführt, wodurch die raartensitische Schicht erwärmt und angelassen wird. In der ungehärteten Schicht, deren Temperatur oberhalb der Martensitgrenze gelegen ist, bildet sich ein Zwischenstufengefüge aus, dessen Bildung durch Zuführung einer gewissen Ililfswärmemenge über die Wärmstation der Spule 22 unterstützt

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wird. Die dem Röhremnantel so zugeführte Hilfswärnie verhindert das Auskühlen des Röhrenmantels und damit das Absinken der Temperatur unter eine Grenze, die die weitere Bildung von Zwischenstuf engefüge ausschließt. Gleichzeitig wird der Anlaßvorgang im gehärteten Teil des Röhrenmantels unterstützt.

Hinter der Induktionsspule 22 wird das Material des Röhrenmantels der Abkühlung auf die Raumtemperatur überlassen.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Anordnung derart zu treffen, daß durch Abschirmung des Röhrenmantels hinter der Kühlstation 8,9 und damit bei Verhinderung zugehöriger Wärmeverluste durch Abstrahlung und Wärmeableitung die Zuführung von Hilfswärme durch eine nachgeschaltete Warmstation entbehrlich wird. Ob dieses im Einzelfall gelingt, hängt vom Legierungszuschlag des Röhrenmaterials ab.

Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, die Kühlstation 8,9, die eine Abschreckung von der äußeren Oberfläche des Mantels der Röhre 1 bewirkt, durch eine Kühlstation zu ersetzen, die die Abschreckung von der inneren oder von der süßeren und der inneren Oberfläche her vornimmt.

Das Verfahren nach der Erfindung weist den Vorzug auf, daß es in der Röhrenwandung eine Gefügeausbildung herbeiführt, welches eine hohe Festigkeit des Röhrenmantels zur Folge hat und bei einem Einsatz einer minimalen Energie und unter Anwendung einer maximalen Transportgeschwindigkeit des Rohres erzeugbar ist. Das Verfahren ist deshalb kostensparend mit einem hohen wirtschaftlichen Wirkungsgrad ausführbar.

1 Zeichnung

2 Ansprüche

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Claims

η s ρ r u

Γ1. ι Verfahren zur Vergütung dickwandiger Stahlröhren durch Wärmebehandlung des Röhrenmaterials im Durchlauf der Röhren entlang ihrer Längsrichtung durch Wärmebehandlungsstationen mit vorgebbarer Durchlaufgeschwindigkeit, bei dem in Richtung der Röhrenlängsachse nebeneinander liegende Teile des Röhrenmantels zeitlich gegeneinander versetzt und nacheinander der gleichen Wärmebehandlung unterworfen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Röhren zunächst über den gesamten Querschnitt der Röhrenwandung auf die Axistenitisierungstemperatur des Röhrenmaterials erhitzt, danach in einer der Oberflächenschicht des Röhrenmantels durch Zuführung eines Kühlmittels zur Oberfläche unter Martensitbildung abgeschreckt und schließlich in der Oberflächenschicht durch Zuführung von Wärme aus den nicht abgeschreckten Wandungsteilen selbsttätig angelassen und in dies jn Teilen unter Bildung von Zwischenstufengefüge der Abkühlung überlassen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rohrkörper nach der Abschreckung des Röhrenmaterials beim Abkühlen zum Ausgleich von· Wärmeverlusten Wärme zugeführt wird.

AEG-Elotherm G.m.b.H.

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