DE69525171T2

DE69525171T2 - Verfahren zum herstellen nahtloser stahlrohre und produktionsanlage dafür

Info

Publication number: DE69525171T2
Application number: DE69525171T
Authority: DE
Inventors: Kunio Kondo; Yasutaka Okada; Seiji Tanimoto
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-10-20
Filing date: 1995-10-20
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2015-10-21
Also published as: MX9702792A; EP0787541B1; CN1161010A; WO1996012574A1; CN1064276C; EP0787541A4; EP0787541A1; US5873960A; DE69525171D1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs sowie eine zur Durchführung des Verfahrens verwendete Anlage. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs mit ausgezeichneter Festigkeit, Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit unter Anwendung eines/einer einfachen und kontinuierlichen Herstellungsverfahrens und Ausrüstung, wodurch auf effiziente Weise ein nahtloses Stahlrohr bei verringerten Kosten erhalten wird.

Stand der Technik

Röhrenartikel von Ölländern, Leitungsrohre, Wärmetauscherröhren, allgemeine Rohre und Rohre für Tragringe werden allgemein aus nahtlosem Stahlrohr erzeugt. Das für solche Zwecke verwendete nahtlose Stahlrohr besteht typischerweise aus Kohlenstoffstahl, niedriglegierten Stählen, die Legierungskomponenten, wie Cr und Mo, enthalten und nicht rostenden Stählen mit hohem Cr-Gehalt hergestellt. Ein nahtloses Stahlrohr wird in der Regel durch das Mannesman- Dorn-Walzverfahren hergestellt. Allerdings ist dieses Verfahren häufig sehr kompliziert, weil zum Beispiel eine extreme Heißverarbeitung durch ein Lochwalzwerk durchgeführt wird und ein hohes Maß an Eigenschaften von den resultierenden Produkten verlangt wird.
Die Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Herstellungsprozesses, der eine Mannesman-Dorn- Walzverfahren anwendet. Es gibt eine Reihe von Schritten bei der Formung eines. Ausgangsstahl-Ingots zu einem Rohrprodukt. Das zu bearbeitende Material erfährt verschiedene Arten der Bearbeitung, Erwärmung und Abkühlung in einer sich wiederholenden Weise. Die unterbrochene Linie in Fig. 1 zeigt Veränderungen von Leitungen an, was den Transfer von Materialien zwischen den Schritten und die Verarbeitung, wie die temporäre Lagerhaltung, beinhalten. Bei einem Herstellungsverfahren, in dem ein Mannesman-Dorn-Walzverfahren angewandt wird, kommt eine Reihe von Fertigungsstraßen zum Einsatz, die viele Arten von Ausrüstungen mit hochentwickelten Funktionen erfordern und eine große Menge an Energie verbrauchen. Dies führt zu einem unvermeidlichen Kostenanstieg.
Um die Herstellungskosten zu verringern, ist es notwendig, die Produktivität zu verbessern, die Ausrüstungskosten zu senken und die Betriebskosten zu verringern. Insbesondere ist es bei der Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs erwünscht, die Herstellungsschritte und die Ausrüstung zu vereinfachen und Produkte mit überlegenen Eigenschaften gegenüber den herkömmlichen zu erhalten.
Zu diesem Zweck sind eine Vielzahl an Techniken für die Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs entwickelt worden. Insbesondere wurden zahlreiche Vorschläge gemacht, was das Formen eines Barrens aus einem Stahl-Ingot, das Heißlochen, Dehnen, Finish-Walzen und die anschließende Wärmebehandlung angeht, um vorbestimmte Eigenschaften des Produkts nach dem Finish- Walzen vorzusehen.
Bezüglich des Schritts zur Erzeugung eines Barrens mit einem runden Querschnitt aus einem Stahlingot bzw. -block wird eine Verfahrensweise vorgeschlagen, bei welcher ein runder Barren durch kontinuierliches Gießen gebildet wird, um so ein Vorwalzen oder Schmieden zu vermeiden. Zum Beispiel beschreibt die offengelegte Japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 63- 157 705 ein Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs, in welchem ein Barren mit einem runden Querschnitt gelocht und anschließend gedehnt wird. Bei dem in dieser Veröffentlichung beschriebenen Verfahren werden allerdings technische Probleme hinsichtlich der Erwärmungsbedingungen für das Barren-Lochen und die Lochbedingungen eines Lochwalzwerks (d. h. eines Schrägwalz-Lochungswerks) nicht ausreichend gelöst. Deshalb erzeugt ein gemäß diesem Verfahren gelochtes Material leicht Risse während des Lochens.
Ferner wird vom Standpunkt der Durchführung der Verfahrensschritte auf eine kontinuierliche Weise in "Iron and Steel", Band 71 (1985) Nr. 8, Seiten 965-971, eine Herstellungsanlage beschrieben, in welcher ein Dornwalzwerk (bei dem es sich um eine kontinuierliche Dehnungswalze handelt) und ein Schlichter (bei dem es sich um ein Finish-Walzwerk handelt) direkt miteinander verbunden sind. Der Grund für die direkte Verbindung eines kontinuierlichen Dehnungswalze und eines Finish-Walzwerks, wie in dieser Veröffentlichung angegeben, ist lediglich die Sicherstellung einer Abschrecktemperatur. Als eine natürliche Folge davon wird das Material, das einem Finish-Walzen unterzogen wurde, einem Abschrecken unterworfen, während es immer noch eine hohe Temperatur besitzt, was zu einer Vergröberung der Körnung und einer Verminderung der Zähigkeit des resultierenden Rohrprodukts führt.
Zahlreiche Verbesserungen sind hinsichtlich des Wärmebehandlungsschritts, um dem Material vorbestimmte Eigenschaften zu veleihen, welche die Endprodukte aufweisen müssen, vorgeschlagen worden. Ein nahtloses Stahlrohr muß eine äußerst zuverlässige Qualität und ausgezeichnete Eigenschaften besitzen. Deshalb wird, wie in Fig. 1 gezeigt, die Wärmebehandlung, einschließlich des Abschreckens und Vergütens, die für die Produktqualität kritisch sind, normalerweise offline durchgeführt, weil dies eine genaue Anlagensteuerung ermöglicht. Das bedeutet, eine Abschreckungsvorrichtung und ein Vergütungsofen sind normalerweise unabhängig von der Rohrformungsanlage vorgesehen. Eine derartige Offline-Verarbeitung steht einer Vereinfachung der Herstellungsanlagen und Senkungen des Energieverbrauchs im Wege.
Um dieses Problem zu lösen, gab es in jüngster Zeit bei der Herstellung von nahtlosem Stahlrohr den Versuch, ein Online-Abschrecken durch eine sogenannte direkte Abschreckungsmethode durchzuführen, welche sich die Wärme eines Rohrs zunutze macht, das ein Finish-Walzen erfahren hat. Die direkte Abschreckungsmethode ist dadurch vorteilhaft, dass sie die Offline- Abschreckungsausrüstung überflüssig macht und Herstellungsschritte vereinfacht, wobei eine beträchtliche Kostensenkung erzielt wird.
Zum Beispiel beschreiben die offengelegte Japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 56-166 324, 58-120 720, 58-224 116, 56-020 423, 60-033 312, 60-075 523 und 62-151 523 ein Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs, welches das direkte Abschrecken einschließt, wobei das Stahlrohr zwangsweise gekühlt wird, unmittelbar nachdem es einen Finish-Walzschritt durchlaufen hat. Leider besitzen Produkte, die durch ein das direkte Abschrecken beinhaltendes Verfahren hergestellt wurden, keine so gute Qualität wie diejenigen, die durch ein Verfahren erhalten wurden, in welchem ein Offline-Abschrecken durchgeführt wird. Mit anderen Worten, die Körnung der Mikrostruktur ist gröber als die durch herkömmliche Verfahren erhaltene, und deshalb sind die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit niedriger.
Um die Körnung zu verfeinern, ist eine thermomechanische Online-Behandlung vorgeschlagen worden. Zum Beispiel beschreibt die offengelegte Japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 56- 003 626 ein Verfahren, in welchem ein Kühlungsschritt und ein Wiedererwärmungsschritt zwischen dem Dehnen und dem Finish-Walzen eingebunden ist. Die offengelegte Japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 58-091 123, 58-104 120, 63-011 621 und 04-358 023 beschreiben ein Verfahren, in welchem eine das Kühlen und Wiedererwärmen kombinierende Behandlung nach dem Finish-Walzen durchgeführt wird. Die offengelegte Japanische Patentanmeldung (kokai) Nr. 58-117832 beschreibt ein Verfahren, in welchem das Kühlen und Wiedererwärmen zweimal durchgeführt werden, wobei das erste Mal im Verlaufe des Walzens (zwischen der Dehnung und dem Finish-Walzen) erfolgt und das zweite Mal nach dem Finish-Walzen erfolgt. Jedes dieser Verfahren verwendet eine Online-Kombination aus Kühlen und Wiedererwärmen und weist insgesamt zwei oder mehr Wiederholungen der Transformation von Austenit zu Ferrit und der Transformation von Ferrit zu Austenit auf.
Jedes der oben stehenden Verfahren erfordert, dass das zu verarbeitende Rohrmaterial zwangsweise auf einen Temperaturbereich gekühlt wird, in welchem die Transformation einsetzt oder vollendet wird und im Anschluß daran auf einen Temperaturbereich wiedererwärmt wird, in welchem die Austenitisierung vollendet wird. So verbrauchen diese Verfahren große Mengen an Energie, was zu hohen Energiekosten führt. Darüber hinaus erfordern sie eine komplizierte Herstellungsausrüstung, was die Baukosten für Herstellungsanlagen erhöht. Ferner sind die mechanischen Eigenschaften, wie Festigkeit etc., des durch ein direktes Abschreckungsverfahren hergestellten nahtlosen Stahlrohrs in hohem Maße unvereinbar. Dies liegt daran, weil die Abschreckungstemperatur in Längsrichtung eines Stahlrohrs nicht gleichmäßig ist oder weil die Temperatur zwischen den Herstellungschargen schwankt. Daher gibt es immer noch zu lösende Probleme, um ein nahtloses Stahlrohr mit gleichmäßiger Qualität effizient durch Massenproduktion herzustellen. Daher erfordern die oben stehend genannten Verfahren Verbesserungen hinsichtlich der Ausrüstungskosten und Betriebskosten und auch der Eigenschaften der resultierenden Produkte, verglichen mit herkömmlichen Verfahren, welche das offline-betriebene Abschrecken beinhalten.
Bei der Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs entsteht, wenn die betreffenden Schritte offline auf unabhängige Weise angeordnet werden, das Problem, dass Raum zum Lagern der Barren und ähnlichen Materialien, die verarbeitet werden, benötigt wird, weil die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Schritt zu Schritt variiert. Da zum Beispiel ein Barrengelände zum Aufbewahren von Barren, die gelocht werden, und ein Ort zur vorübergehenden Lagerung von Stahlrohren vor der Wärmebehandlung benötigt werden, wird eine große Fläche benötigt. Zudem wird, um die Materialien vom einen Schritt zum anderen zu befördern, eine ganze Reihe von Transporteinrichtungen, einschließlich Hilfseinrichtungen wie Krane, Lastwagen etc., benötigt.
Wie oben stehend beschrieben, war keines der oben stehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren bei der Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs mit ausgezeichneten Eigenschaften unter Verwendung vereinfachter Herstellungsschritte und Ausrüstung mit hoher Produktivität und verminderten Herstellungskosten erfolgreich.
Die vorliegende Erfindung wurde bewerkstelligt zur Lösung der oben genannten Probleme und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Stahlrohren mit überlegenen Eigenschaften gegenüber denen herkömmlicher Produkte unter Verwendung einfacher Herstellungsschritte und -ausrüstung bei verminderten Kosten bei guter Produktivität sowie eine Herstellungsanlage zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Beschreibung der Erfindung

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs mit überlegenen Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Produkten unter Verwendung einfacher Herstellungsverfahren und Ausrüstung bei verringerten Kosten bei guter Produktivität, sowie einer Herstellungsanlage zur Durchführung des Verfahrens.
Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt die folgenden Schritte 1) bis 8), welche der Reihe nach auf der gleichen Fertigungsstraße durchgeführt werden:
1) einen Schritt zur Herstellung eines Barrens mit einem runden Querschnitt durch kontinuierliches Gießen;
2) einen Schritt zum Kühlen des Barrens auf eine Temperatur von nicht höher als die An- Transformationstemperatur;
3) einen Schritt des Erhitzens des Barrens, welcher auf eine Temperatur von nicht höher als der Ar1-Transformationstemperatur gekühlt wurde, auf eine Temperatur, welche das Lochen des Barrens ermöglicht;
4) einen Schritt des Lochens bei einer Verformungsgeschwindigkeit von nicht höher als 200/s, wobei der Barren auf eine Temperatur erhöht wird, welche das Lochen des Barrens ermöglicht, in so eine hohle Schale zu erhalten;
5) einen Schritt zum Erhalt eines Stahlrohrs durch Dehnen und Finish-Walzen der hohlen Schale durch Verwendung einer kontinuierlichen Dehnungswalze und eines Finish-Walzwerks, welche direkt miteinander verbunden sind, bei einer durchschnittlichen Verformungsgeschwindigkeit von nicht weniger als 0,01/s., einem Reduktionsgrad von nicht weniger als 10% und bei einer Finishing-Temperatur zwischen 800 und 1 050ºC;
6) einen Schritt des Rekristallisierens des Stahlrohrs bei einer Temperatur von nicht niedriger als der Ar3-Transformationstemperatur;
7) einen Schritt des Abschreckens des in Schritt 6 erhaltenen Stahlrohrs von einer Temperatur von nicht niedriger als der Ar3-Transformationstemperatur; und
8) einen Schritt des Vergütens des abgeschreckten Stahlrohrs.
Die Herstellungsanlage, welche das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet, schließt Ausrüstung entsprechend den oben stehenden Schritten 1) bis 8) ein, und die Ausrüstung ist der Reihe nach für den kontinuierlichen und sequentiellen Betrieb miteinander geschaltet.
Entsprechend dem Verfahren und der Anlage zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein nahtlosen Stahlrohr mit überlegenen Eigenschaften gegenüber einem herkömmlichen nahtlosen Stahlrohr mit verminderten Herstellungskosten bei guter Produktivität zu erhalten. Auf diese Weise trägt die vorliegende Erfindung in signifikanter Weise zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs im industriellen Maßstab bei.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Fig. 1 ist ein Fließdiagramm, welches ein Beispiel eines herkömmlichen Verfahrens zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs zeigt;
die Fig. 2 ist ein Fließdiagramm, welches die Schritte zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
die Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, welche ein Layout der Ausrüstung zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
die Fig. 4 ist eine Tabelle, welche die chemischen Zusammensetzungen und Transformationstemperaturen der in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendeten Testbarren zeigt;
die Fig. 5 ist eine Tabelle, welche die Ergebnisse des Tests 1 zeigt, in welchem die maximale Rißtiefe bei hohlen Schalen gemessen wurde;
die Fig. 6 ist eine Tabelle, welche die Bedingungen für das Lochen, Dehnen und Finish-Walzen in Test 2 zeigt;
die Fig. 7 ist ein Diagramm, welches die Rekristallisationsbedingungen, die Abschreckbedingungen und die Vergütungsbedingungen in Test 2 zeigt;
und die Fig. 8 ist eine Tabelle, welche die Festigkeiten, die Vor-Austenit-Korngrößen und die Korrosionsbeständigkeit der in Test 2 erhaltenen Materialien zeigt.

Bester Weg zur Durchführung der Erfindung

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten umfassende Untersuchungen durch in dem Versuch, ein Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs zu vereinfachen und optimale Behandlungsbedingungen in jedem Schritt des Verfahrens zu finden. Basierend auf ihren neuesten Erkenntnissen waren sie erfolgreich bei der Schaffung des folgenden Herstellungsverfahrens und der Anlage, welche nicht mit den oben genannten Problemen behaftet sind.
Die Fig. 2 zeigt das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung basiert auf den folgenden Ideen und technischen Verfahrensweisen.
(1) Ein Barren mit einem runden Querschnitt wird durch kontinuierliches Gießen hergestellt. Diese Verfahrensweise eliminiert die Schritte des Vorwalzens, Walzens und Schmiedens, die erforderlich sind, wenn ein Stahlingot oder ein kontinuierlich gegossener quatratischer Vorblock verwendet wird.
(2) Der Barren, welcher einen Gießschritt durchlaufen hat, wird auf eine Temperatur von nicht höher als der Ar1-Transformationstemperatur gekühlt, bevor er für das Lochen erhitzt wird. Durch diesen Kühlungsvorgang kann die Korngröße wirksam in dem anschließenden Erhitzungsschritt verringert werden. Das Verfeinern der Korngröße verhindert die Bildung von Rissen in dem Barren selbst bei einer extremen Heißverarbeitung beim Lochen.
(3) Nachdem der Barren auf eine Temperatur von nicht höher als der Ar1-Transformationstemperatur gekühlt wurde, wird er auf eine Temperatur erhitzt, die das Lochen ermöglicht. Zu diesem Zeitpunkt wird das Erhitzen des Barrens vorzugsweise von einer Temperatur, die so hoch wie möglich ist, gestartet, solange dieser unter die Ar1-Transformationstemperatur abgekühlt wird, um so die in dem Gießschritt angesammelte Wärme vollständig zu nutzen. Durch diese Vorgehensweise kann die für das Erhitzen des Barrens erforderliche Energie beträchtlich vermindert werden. Darüber hinaus kann im Vergleich mit Verfahren, in welchen Stahlingots oder quadratische, kontinuierlich gegossene Vorblöcke verwendet werden, die Größe des Lagergeländes beträchtlich verringert werden.
(4) Beim Lochen kommt ein Schrägwalz-Lochungswerk zum Einsatz. Wenn ein Barren gelocht wird, wird eine passend ausgewählte Verformungsgeschwindigkeit angewandt, um die Bildung von Rissen in dem Barren zu verhindern.
(5) Beim kontinuierlichen Dehnen und Finish-Walzen, die nach dem Lochen durchgeführt werden, werden eine Dehnungswalze und ein Finish-Walzwerk der Reihe nach dicht nebeneinander auf einer gleichachsigen Linie aufgestellt. Durch diese Anordnung wird eine Absenkung der Temperatur des zu walzenden Materials unterdrückt, und die durch das Verarbeiten herbeigeführte Verformung wird wirksam akkumuliert. Diese Vorgehensweise ist wirksam zur Erzielung einer bemerkenswerten Verfeinerung der Körnung in einem nachfolgenden Rekristallisationsschritt.
(6) Nach dem Finish-Walzen und vor dem Abschrecken wird eine Rekristallisationsbehandlung auf das zu bearbeitende Stahlrohr angewandt. Das heißt, wenn das Stahlrohr von einem Finish- Walzschritt zu einem Abschreckungsschritt überführt wird, wird das Rohr langsam gekühlt, einer Wärmebeibehaltung unterworfen oder erhitzt, um eine Rekristallisation zu bewirken. In Folge der Akkumulation der Verformung, die durch die Verarbeitung in dem vorausgehenden Schritt und die Behandlung in diesem Schritt herbeigeführt wird, kann die Körnung wirksam verfeinert werden. In diesem Schritt kann auch auf Wunsch ein Heizofen zum Einsatz kommen, um die Temperatur des Stahlrohrs einzustellen. Durch Einstellen der Temperatur des Stahlrohrs können Unterschiede bei der Abschreckungstemperatur in Längsrichtung des Rohrs und unter den hergestellten Chargen minimiert werden. Darüber hinaus läßt sich durch Erhöhen oder Verringern der Rohrtemperatur die Präzipitation von Carbonitriden oder ähnlichen Substanzen regulieren. Als ein Resultat davon läßt sich die Festigkeit eines Materials mit einer bestimmten Zusammensetzung regulieren und zudem kann die Vergröberung von rekristallisierten Körnern unterdrückt werden.
(7) Ein Stahlrohr, welches auf einen passenden Bereich für die Korngrößen und die geeignete Menge an Präzipitaten eingestellt wurde, wird sogleich von einer Temperatur von nicht niedriger als der Ar3-Transformationstemperatur abgeschreckt. Beachten Sie, dass dieser Schritt nicht das langsame Kühlen eines Rohrs auf eine Temperatur von höher als einer Ar3-Transformationstemperatur ausschließt.
(8) Das Rohr wird anschließend in einem Vergütungsofen, welcher auf derselben Fertigungsstraße vorgesehen ist, vergütet.
Eine ganze Reihe von Verfahren (6) bis (8) verbessert die Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und andere Eigenschaften im Vergleich mit herkömmlichen Produkten.
Die vorliegende Erfindung wurde auf Basis der oben stehend beschriebenen technischen Konzepte bewerkstelligt.
Die Fig. 3 ist eine schematische Zeichnung, welche ein Layout der Herstellungsausrüstung zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 wird die vorliegende Erfindung als nächstes ausführlich beschrieben.

Schritt 1) Herstellung eines Barrens

Ein Barren mit einem runden Querschnitt wird unter Verwendung eines kontinuierlichen Gießers, der mit einer Vertiefung bzw. Form mit einem Schmelzstahleinlaß mit einem runden Querschnitt ausgestattet ist, hergestellt. Der Innendurchmesser der Vertiefung wird in Abhängigkeit von dem Außendurchmesser eines Barrens gewählt, welcher entsprechend dem Außendurchmesser des Stahlrohrs, das hergestellt wird, bestimmt wird. Auf diese Weise wird ein Barren mit einem vorgeschriebenen Außendurchmesser und Länge kontinuierlich gegossen.
Die Ziffer 1 in Fig. 3 gibt einen kontinuierlichen Gießer an, welcher mit einer Vertiefung mit einem Schmelzstahleinlaß mit einem runden Querschnitt ausgestattet ist. Der kontinuierliche Gießer besitzt eine Struktur, die einen Austausch von Formen entsprechend dem Außendurchmesser des Barrens, der hergestellt wird, ermöglicht. Unter Verwendung dieses kontinuierlichen Gießers wird der runde Barren mit einem Außendurchmesser, der einem Rohrformungsschema entspricht, in einer kontinuierlichen Weise gegossen. Am unteren Ende eines Barren- Gießabschnitts ist eine Schneidevorrichtung zum Schneiden eines Barrens vorgesehen, nachdem der Kern des Barrens größtenteils oder vollständig verfestigt ist. Ferner kann der kontinuierliche Gießer eine Zylinderstanze zur Anwendung einer leichten Reduktion auf einen Barren für den Zweck der Reformierung der metallographischen Struktur des Gießbarrens etc. einschließen. In diesem Fall wird die Zylinderstanze an der oberen Seite der Barren-Schneidevorrichtung angeordnet.

Schritt 2) Verfeinerung eines Barrens

Der gegossene Barren wird auf eine Temperatur von Raumtemperatur bis zur Ar1-Transformationstemperatur gekühlt. Der Zweck dieser Behandlung ist die Bereitstellung eines Barrens mit Heißverarbeitbarkeit, sodass dieser eine intensive Bearbeitung durch ein Schrägwalz- Lochungswerk (im Folgenden als Lochwalzwerk bezeichnet) im anschließenden Lochungsschritt aushalten kann. Um die Heißverarbeitbarkeit eines Barrens zu verbessern, muß die metallographische Struktur des Barrens verfeinert werden. Gemäß der Strategie der vorliegenden Erfindung wird der Barren vorübergehend auf eine Raumtemperatur von nicht höher der Ar1- Transformationstemperatur abgekühlt, bei welcher die Transformation von der Austenit-Phase zu der Ferrit-Phase vollendet wird, und im Anschluß wird die metallographische Struktur des Barrens durch Ausnutzen der für den Zweck des Lochens des Barrens angewandten Hitze verfeinert. Die Abkühlungstemperatur zu diesem Zeitpunkt liegt vorzugsweise dicht bei, aber nicht höher als der Ar1-Transformationstemperatur, um die für das Erhitzen des Barrens in dem anschließenden Schritt erforderliche Energie zu minimieren. Die Untergrenze für die Abkühlungstemperatur kann aber knapp über Raumtemperatur liegen. Für das Kühlen des Barrens läßt sich die Distanz zwischen dem kontinuierlichen Gießer und einem weiter abwärts gelegenen Barren- Erhitzungsofen in geeigneter Weise bestimmen, um so ein Kühlen des Barrens auf eine Temperatur von nicht höher als der Ar1-Transformationstemperatur zu ermöglichen. Alternativ kann eine Kühleinrichtung, welche einen Barren zwangsweise kühlt, vorgesehen werden.
In Fig. 3 umfasst die Ausrüstung zur Durchführung dieser Schritts einen quer verlaufenden Förderer 2 und einen Barren-Erhitzungsofen 3. Der quer verlaufende Förderer 2 hat vorzugsweise eine Länge, die erforderlich ist, um den Gießbarren auf eine Temperatur von nicht höher als der Ar1-Transformationstemperatur zu kühlen. Wenn das Anlagen-Layout oder andere Bedingungen einen solchen Abstand nicht erlauben, kann der Barren durch eine in dem Förderer 2 angebrachte Zwangskühlungseinrichtung gekühlt werden.

Schritt 3) Erhitzen eines Barrens

In diesem Schritt wird der Barren ausreichend erhitzt und in dem Erhitzungsofen 3 einem Ausgleichglühen auf eine Temperatur, die ein Lochen mit einem Lochwalzwerk 5 in dem anschließenden Lochungsschritt ermöglicht, unterzogen. Die optimale Temperatur hängt von dem Material ab und wird im Hinblick auf die Charakteristika des zu lochenden Materials bestimmt, darin eingeschlossen die Hochtemperatur-Duktilität und die Hochtemperatur-Festigkeit. Die Erhitzungstemperatur liegt allgemein im Bereich zwischen 1100 und 1300ºC.
Der Barren-Erhitzungsofen 3 ist vorzugsweise ein Typ, welcher einen Barren in Querrichtung befördert. Da die Erhitzungseffizienz eines Barrens durch Erhöhen des Barren-Beschickungsverhältnisses in dem Heizofen verbessert werden kann ist der Barren vorzugsweise so lang wie möglich. Daher ist die Länge des in einen Heizofen eingeschobenen Barrens vorzugsweise ein Mehrfaches der Länge des Barrens, welcher einem Lochen unterzogen wird. In diesem Fall wird der Barren mit einer Schneideausrüstung 4a wie einem Gasschneider oder einer Heißsäge, die zwischen dem Barren-Heizofen 3 und dem Lochwalzwerk 5 vorgesehen sind; geschnitten, und die resultierenden Barrenstücke werden dem Lochwalzwerk 5 zugeführt. Wenn die Temperatur der Barrenstücke während der Schneideoperation übermäßig stark abfällt, müssen diese unter Verwendung der zusätzlichen Heizvorrichtung 4b, wie einem Induktionsheizeinrichtung vom Schacht-Typ, welche auf der unteren Seite der Schneideausrüstung vorgesehen ist und welche zum Erhitzen des Barrens in einem kurzen Zeitraum in der Lage ist, erhitzt werden.

Schritt 4) Lochen

In der vorliegenden Erfindung wird ein Gießbarren, welcher nicht warmgewalzt worden ist, unter Verwendung des Lochwalzwerks 5 unter Bildung einer hohlen Schale gelocht. Da das Lochen eine extrem intensive Verarbeitung ist, bildet das Material, das eine Lochung erfährt, leicht Risse, wenn es gelocht wird. Eine in der vorliegenden Erfindung angewandte Gegenmaßnahme zur Vermeidung der Erzeugung von Rissen ist eine Kombination aus einer Verfeinerung der metallographischen Struktur des Barrens und dem Lochen des Barrens bei einer begrenzten Verformungsrate von nicht höher als 200/s. Somit ist eine Verformungsgeschwindigkeit von nicht höher als 200/s während des Lochens ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung. Die Verformungsgeschwindigkeit ist durch die nachstehende Gleichung definiert:
(SB - SA)/(SB · T)
worin:
SB: Querschnittsfläche des Materials vor der Verarbeitung
SA: Querschnittsfläche des Materials nach der Verarbeitung
T: für die Verarbeitung benötigte Zeit (Sekunden).
Wenn das Material eine schlechte Heißverarbeitbarkeit besitzt, wird es vorzugsweise bei einer Temperatur, die so hoch wie möglich ist, gelocht.
Zu diesem Zweck wird eine Zusatzheizeinrichtung 4b, wie die vorgenannte Induktionsheizeinrichtung vom Schacht-Typ, vorzugsweise unmittelbar vor dem Lochwalzwerk 5 vorgesehen, um die Temperatur des Barrens zu erhöhen.
Die Verformungsgeschwindigkeit ist nicht höher als 200/s. Es gibt keine kritische Untergrenze bei der Verformungsgeschwindigkeit. Da aber eine Verformungsgeschwindigkeit von weniger als 0,1/s. die Lebensdauer von Werkzeugen, wie einen Bolzen und Gleitklötzen des Lochwalzwerks 5, beträchtlich verkürzt, beträgt die Verformungsgeschwindigkeit vorzugsweise nicht weniger als 0,1/s.
Das Lochwalzwerk 5 kann ein beliebiger Typ sein, soweit es sich dabei um ein Schrägwalz- Lochungswerk handelt. Um das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchzuführen, ist ein Schrägwalz-Lochungswerk mit hohem Übergangswinkel, mit welchem ein dünnwandiges Rohr erhalten werden kann und ein hohes Rohrdehnungsverhältnis erzielt werden kann, besonders geeignet. Der Grund für diese Auswahl ist der, dass ein runder Barren mit einem einzigen Durchmesser genügt, um unterschiedliche hohle Schalen mit einer großen Vielzahl an Durchmessern zu erzeugen, wodurch die Anzahl der erforderlichen Barrengrößen verringert wird. Die Temperatur einer hohlen Schale, welche diesen Lochungsschritt durchlaufen hat, liegt normalerweise zwischen 1050 und 1250ºC, obwohl sie in Abhängigkeit von dem Material, den Lochungsbedingungen etc. schwankt.

Schritt 5) Dehnen und Finish-Walzen

Die resultierende hohle Schale wird durch einen quer laufenden Förderer 6 zu einem Schaleneinführtisch einer kontinuierlichen Dehnungswalze (einer Dornwalze) 7, welches am hinteren Ende des Förderers 6 vorgesehen ist, befördert. Auf dem Tisch wird ein Dornstab in die Schale eingeführt, während das hintere Ende des Dornstabs durch ein Stellring gesichert wird. Anschließend wird mit einer kontinuierlichen Dehnungswalze 7 und einem Finish-Walzwerk 8 die Schale gedehnt und finish-gewalzt mit einer durchschnittlichen Verformungsgeschwindigkeit von nicht weniger als 0,01/s, einem Reduktionsverhältnis von nicht weniger als 10% und einer Finishing- Temperatur zwischen 800 und 1050ºC, wodurch ein Stahlrohr mit einer vorgeschriebenen Größe erhalten wird.
Vorzugsweise ist die Dehnungswalze eine Dornwalze, welche eine Dehnungswalze vom kontinuierlichen Typ ist, die eine Vielzahl von Zylinderstanzen umfasst. Um das Finish-Walzen durchzuführen, wird ein Schlichter oder ein Reck-Reduzier- bzw. Übergangsformstück, die beide eine Vielzahl von Zylinderstanzen wie eine Dornwalze umfassen, verwendet. Das Bearbeiten in diesem Schritt wird bei einer niedrigeren Temperatur im Verhältnis zu derjenigen in dem vorausgehenden Lochungsschritt durchgeführt als eine Folge davon, dass das Material zwischen den zwei Schritten abkühlt. Die vorliegende Erfindung nutzt diese relativ niedrige Temperatur für die Durchführung einer thermomechanischen Behandlung, die ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist. Deshalb ist dies ein wichtiger Schritt in der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Erfindung liegen eine Dornwalze 7 (die eine kontinuierliche Dehnungswalze ist) und ein Schlichter 8 (der ein Finish-Walzwerk ist) oder ein Reck-Übergangsformstück nicht weit auseinander, vielmehr sind diese direkt miteinander verbunden. Insbesondere sind die zwei- Walzwerke der Reihe nach auf derselben Fertigungsstraße angeordnet, mit einem Abstand von weniger als der Länge des Stahlrohrs, das durch eine kontinuierliche Dehnungswalze zwischen den Walzwerken gedehnt wird. Mit dieser Anordnung ist es möglich, unmittelbar eine zusätzliche Bearbeitung bei dem Rohr mit einem Finish-Walzwerk anzuwenden, bevor die durch die Bearbeitung mit der kontinuierlichen Dehnungswalze herbeigeführte Verformung zurückgeführt wird. Eine Bearbeitung, welche diesen Zweck erfüllt, kann wirksam die Verfeinerung der Körnung des Stahlrohrs in dem nachfolgenden Rekristallisationsschritt erreichen.
Insbesondere, selbst wenn das gleiche Durchlaufschema angewandt wird, wenn eine kontinuierliche Dehnungswalze und ein Finish-Walzwerk in isolierter Weise in einem großen Abstand zueinander angeordnet sind, werden die Körner größer, nachdem das Rohr den Rekristallisationsschritt durchlaufen hat. Um das Ziel der vorliegenden Erfindung zu erreichen, das heißt um ein Stahlrohr mit einer verbesserten Qualität, das einem herkömmlichen Rohr überlegen ist, zu erhalten, ist dieses Merkmal des Anordnens einer kontinuierlichen Dehnungswalze und eines Finish-Walzwerks der Reihe nach dicht nebeneinander von wesentlicher Bedeutung.
In diesem Schritt darf die durchschnittliche Verformungsgeschwindigkeit (Ve), die durch die nachstehende Gleichung (a) definiert ist, nicht niedriger als 0,01/s. sein. Falls die durchschnittliche Verformungsgeschwindigkeit geringer als 0,01/s. ist, kommt es zu einer Rekristallisation zwischen den einzelnen Durchläufen und daher wird eine Akkumulation der Verformung behindert. Unter solchen Bedingungen kann ein späterer Rekristallisationsschritt keinen ausreichenden Grad der Verfeinerung der Körner bereitstellen. Das Bearbeitungsverhältnis in diesem Schritt darf nicht weniger als 10% betragen. Wenn der Grad der bei dem Bearbeitungsverhältnis (Reduktionsverhältnis des Querschnittsbereichs) berechneten Verformung weniger als 10% beträgt geht die Rekristallisation nur schwer von statten, und somit wird die gewünschte Wirkung einer Verfeinerung der Körner nicht erhalten.
Die Finishing-Temperatur des Materials, welches einem Finishing-Walzen unterzogen wurde, liegt zwischen 800 und 1050ºC. Dieser Temperaturbereich ist gewählt, weil er eine signifikante Verfeinerung der Körner bewerkstelligt.
Somit beträgt in diesem Schritt die durchschnittliche Verformungsgeschwindigkeit nicht weniger als 0,01/s, das Bearbeitungsverhältnis beträgt nicht weniger als 10% und die Finishing- Temperatur in einem Finish-Walzwerk liegt zwischen 800 und 1050ºC.
Es ist nicht erforderlich, spezielle Obergrenzen für die durchschnittliche Verformungsgeschwindigkeit und das Bearbeitungsverhältnis vorzusehen. Da aber eine durchschnittliche Verformungsgeschwindigkeit von mehr als 10/s. die Lebensdauer von Werkzeugen, wie von einem Dornstab der Dornwalze, verkürzt, beträgt die durchschnittliche Verformungsgeschwindigkeit vorzugsweise nicht mehr als 10/s. Da zudem ein Bearbeitungsverhältnis von über 95% beträchtliche Mengen an Rissen erzeugt, beträgt das Bearbeitungsverhältnis vorzugsweise nicht mehr als 95%.
Ve = (Me + Se)/Mt (a)
worin:
Me: durch die kontinuierliche Dehnungswalze herbeigeführte Verformung;
Se: durch das Finish-Walzwerk herbeigeführte Verformung; und
Mt: Zeit (s), nachdem das obere Ende einer hohlen Schale in die kontinuierliche Dehnungswalze eintritt, bis es das Finish-Walzwerk verläßt (s).
Die Dornwalze, welche in der vorliegenden Erfindung für die kontinuierliche Dehnungswalze verwendet werden kann, kann jeglicher Typ sein, solange er eine Aufnahmeeinrichtung bzw. Retentionsvorrichtung für einen Dornstab besitzt (eine Stab-Aufnahmeeinrichtung), welche das hintere Ende eines Dornstabs, der die Innenfläche einer Schale reguliert, sichert und welche die Wiederverwendung des Stabs durch Ziehen des Stabs durch eine Reihe von Kaliberwalzen, nachdem das Dehnungswalzen beendet ist, ermöglicht. Insbesondere ist es bevorzugt, dass eine Dornwalze mit einem Stab-Aufnahmebehälter ausgestattet ist, welcher zur Regulierung der Geschwindigkeit des beweglichen Dornstabs auf eine Geschwindigkeit, die unabhängig ist von der Geschwindigkeit der Schale, die durch Walzen während des Dehnungswalzens der hohlen Schale übertragen wird, fähig ist. Das Finish-Walzwerk (ein Schlichter oder ein Reck- Übergangsformstück) kann jedweder Typ sein, solange es nicht ein inneres Regulierungswerkzeug verwendet. Insbesondere ist es bevorzugt, einen Extraktionsschlichter oder ein Extraktions- Reck-Übergangsformstück zu verwenden, welches zum Extrahieren der Schale fähig ist, um den die Schale einschließenden Dornstab abzutrennen, welcher eine kontinuierliche Dehnungswalze durchlaufen hat.
Der Förderer 6 kann nicht nur ein quer verlaufender Typ sein, sondern auch ein längs verlaufender Typ.

Schritt 6) Rekristallisation

In der vorliegenden Erfindung wird vor dem Abschreckungsschritt eine Rekristallisationsbehandlung bei einer Temperatur von nicht niedriger als der Ar3-Transformationstemperatur nach dem Dehnen und Finish-Walzen durchgeführt. In diesem Schritt wird die durch kontinuierliches Dehnen und Finish-Walzen in dem vorherigen Schritt herbeigeführte Verformung mit dem Ausglühen, Wärmebeibehaltung oder Erwärmen, die in dem vorliegenden Schritt durchgeführt werden, um die Rekristallisation wirksam herbeizuführen und die Korngröße zu verfeinern, kombiniert. Die durch die Kombination dieser zwei Schritte durchgeführte Behandlung ist für die vorliegende Erfindung einzigartig und ist eine sehr wirksame thermomechanische Behandlung zur Verbesserung der Qualität der resultierenden Produkte.
Die Rekristallisation erfolgt unter Einsatz eines Förderers 9, welcher auf der abwärts gelegenen Seite eines Schlichters (eines Finishing-Walzwerks) 8 angeordnet ist und welcher zum langsamen Kühlen des Stahlrohrs fähig ist. Alternativ kann diese unter Einsatz eines Wärmebeibehaltungsofens bzw. Wärmeretentionsofens oder eines Heizofens oder eines Wärmebeibehaltungs- /Heizofens auf der Strecke der Fördererroute durchgeführt werden.

Verfahren zum langsamen Kühlen

Das Stahlrohr, welches das Finish-Walzen durchlaufen hat, wird langsam auf eine vorbestimmte Abschrecktemperatur von nicht niedriger als die Ar3-Transformationstemperatur gekühlt.
In diesem Schritt ist es erforderlich, dass die Rekristallisation vollendet wird, um die Körner vor dem Beginn des Abschreckens zu verfeinern, sodass langsamere Abkühlungsgeschwindigkeiten bevorzugt sind. Wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit das Luftkühlen übertrifft, führen grobe Körner oder gemischte Kornstrukturen zur Verringerung der Zähigkeit von Stahl. Deshalb wird die Abkühlungsgeschwindigkeit auf eine langsamere Geschwindigkeit festgelegt als beim Luftkühlen. Vorzugsweise ist die Abkühlungsgeschwindigkeit nicht höher als 0,5ºC/s.
Um das Stahlrohr langsam in diesem Schritt abzukühlen, kann der Förderer 9 zwischen dem Ausgang des Finishing-Walzwerks und dem Eingang einer Abschreckungsvorrichtung mit einer Abdeckung eingeschlossen werden, wobei die Abdeckung mit einem isolierenden Material, wie Glaswolle, oder mit einer Platte mit einer Spiegeloberfläche, welche Strahlungswärme reflektieren kann, um ein rasches Abkühlen zu verhindern, ausgelegt ist.

Wärmeretentionsmethode

Die Wärmeretentionsmethode dient zum Halten der Temperatur des Stahlrohrs, nachdem dieses einem Finish-Walzen bei der Finishing-Temperatur unterzogen worden ist. Wenn die Haltezeit weniger als 30 Sekunden beträgt, erfolgt keine Rekristallisation. Demgegenüber sind verbesserte Wirkungen, was die Rekristallisation angeht, nicht erzielbar, selbst wenn die Temperatur über 30 Minuten gehalten wird. Da die Retention für einen längeren Zeitraum Energiekosten erhöht unter gleichzeitiger Verringerung der Produktionseffizienz, wurde die Retentionszeit so festgelegt, dass sie auf einen Bereich zwischen 30 Sekunden und 30 Minuten abfällt.

Erwärmungs- und Ausgleichglühverfahren

Ein Stahlrohr wird, nachdem es einem Finish-Walzen unterzogen worden ist, auf einer Temperatur zwischen 850ºC und 980ºC 10 Sekunden bis 30 Minuten lang gehalten. Wenn die Temperatur niedriger als 850ºC ist und die Haltezeit weniger als 10 Sekunden beträgt, erfolgt keine Kristallisation. Wenn andererseits die Temperatur höher als 980ºC ist und die Haltezeit über 30 Minuten liegt, nimmt die Korngröße zu. Deshalb wird in der vorliegenden Erfindung ein Stahlrohr bei einer Temperatur zwischen 850 und 980ºC 10 Sekunden bis 30 Minuten lang gehalten. In dieser Beschreibung soll das Ausgleichglühen eine Operation umfassen, in welcher das Stahlrohr in einem Heizofen bei einer niedrigeren Temperatur als der Finishing-Temperatur des Stahlrohrs in dem vorausgehenden Schritt einem Ausgleichglühen unterworfen wird.
Die obenstehend beschriebene Wärmeretention, das von einer erhöhten Temperatur begleitete Erhitzen oder Ausgleichglühen kann unter Einsatz eines Wärmebeibehaltungsofens, eines Heizofens und eines Wärmebeibehaltungs-/Heizofens, die häufig in diesem technischen Gebiet zum Einsatz kommen, durchgeführt werden. Der Einsatz dieser Öfen wird empfohlen, da die gewünschte Temperatur des abzuschreckenden Materials leicht erreicht werden kann. Ferner ist eine solche Anwendung vorteilhaft, dadurch dass die Temperatur leicht in Längsrichtung eines Stahlrohrs und über hergestellten Chargen gleichmäßig eingestellt werden kann, und auf diese Weise können Unterschiede bei der Produktqualität beträchtlich minimiert werden. Wenn zudem die Temperatur, bei welcher das Stahlrohr gehalten wird oder auf welche das Stahlrohr mit oder ohne Temperaturerhöhung erwärmt wird, etwas höher eingestellt wird, können Carbide, die während der Dehnung und dem Finish-Walzen präzipitiert wurden, aufgelöst werden, und somit wird die Vergütungs-Erweichungsbeständigkeit durch sekundäres Präzipitationshärten verbessert. Wenn umgekehrt diese Temperatur etwas niedriger eingestellt wird, kann die Präzipitation beschleunigt werden, um eine Vergröberung der Körner durch den Korngrenzflächen-Pinneffekt zu vermeiden.

Schritt 7) Abschrecken

Nachdem die Rekristallisationsbehandlung beendet ist, wird das Stahlrohr zu einer Abschreckvorrichtung 11 durch den Förderer 9 befördert. Während der Beförderung darf die Temperatur des Stahlrohrs nicht unter die Ar3-Transformationstemperatur abfallen. Daher werden ein Finish- Walzwerk 8 und eine Abschreckvorrichtung 11 der Reihe nach über den Förderer 9 oder eine ähnliche Einrichtung verbunden. Bei der Abschreckvorrichtung 11 wird ein Stahlrohr bei einer Temperatur von nicht niedriger als der Ar3-Transformationstemperatur abgeschreckt.
Es ist notwendig, dass das Abschrecken von einer Temperatur von nicht niedriger als der Ar3- Transformationstemperatur mit einer hohen Geschwindigkeit erfolgt, um für eine ausreichende Festigkeit und Zähigkeit des Stahlrohrs zu sorgen. Selbst wenn ein Stahlrohr mit eine dicken Wand behandelt wird, muss die Kühlungsgeschwindigkeit ausreichend hoch sein. Um dies zu erreichen, wird die Verwendung einer Vorrichtung mit einer Struktur, welche zum gleichzeitigen Kühlen sowohl der Innen- als auch der Außenflächen des Stahlrohrs fähig ist, empfohlen.

Schritt 8) Vergüten

Das Stahlrohr, welches die Abschreckung durchlaufen hat, wird zu einem Vergütungsofen 12 verbracht, welcher nahe bei und auf der weiter abwärts gelegenen Seite der Abschreckvorrichtung 11 auf derselben Fertigungsstrasse angeordnet ist. Daher sind die Abschreckvorrichtung und der Vergütungsofen 12 innerhalb der Fertigungsstrasse über den Förderer verbunden. Das Stahlrohr wird vergütet, indem es erhitzt wird und bei einer vorgeschriebenen Temperatur einem Ausgleichglühen unterzogen wird.
Da das Vergüten ein wichtiger Prozess ist, welcher die Eigenschaften der Endprodukte beeinflusst, ist es notwendig, dass eine optimale Vergütungstemperatur entsprechend den gewünschten Eigenschaften des Endprodukts bestimmt wird und dass das Stahlrohr bei der auf diese Weise bestimmten Temperatur gründlich einem Ausgleichglühen unterzogen wird. Schwankungen bei der Vergütungstemperatur dürfen höchstens ±10ºC, und vorzugsweise innerhalb ±5ºC, betragen. Mit dieser Behandlung können Schwankungen bei der Dehngrenze (YS) und der Zugfestigkeit (TS) unterdrückt werden, um in einen Bereich von ±5 kgf/mm² der Zielfestigkeit zu fallen.
Nach dem Vergüten wird das Stahlrohr mit einem Geraderichter 13 gerade gerichtet und auf diese Weise wird ein Stahlrohr-Endprodukt erhalten.

Ausführungsformen

Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wurde in den nachstehenden zwei Tests durchgeführt.

Test 1

Das Verhältnis zwischen der Verformungsgeschwindigkeit, wenn ein Barren gelocht wird, und dem Auftreten von Rissen in einer gelochten hohlen Schale wurde untersucht. Die Testbarren wurden durch Gießen von zwei Arten von geschmolzenem Stahl mit den Zusammensetzungen A und B wie in Fig. 4 gezeigt zu einer Form mit einem Innendurchmesser von 90 mm geformt. Die Zusammensetzungen A und B entsprechen AISI 1524 bzw. AISI 4130. Nachdem der geschmolzene Stahl sich verfestigt hatte, wurden die Barren sogleich aus den Formen entnommen. Die Barren wurden jeweils auf 600ºC (Stahl A) bzw. auf 500ºC (Stahl B) gekühlt, wobei die Temperaturen nicht höher waren als die in Fig. 4 gezeigte Ar1-Transformationstemperatur. Anschließend wurden sie für 1 Stunde in einem Heizofen auf 1250ºC gehalten, im Anschluss wurde ein Lochungstest unter Verwendung eines Lochwalzwerks für Versuchszwecke durchgeführt, wobei hohle Schalen erhalten wurden. Die hohlen Schalen wurden hinsichtlich des Auftretens von Rissen und der maximalen Tiefe der Risse untersucht.
Die Fig. 5 zeigt die Messungen hinsichtlich der maximalen Risstiefen der hohen Schalen.
Wie anhand der Fig. 5 offensichtlich wird, bildete weder der Stahl A noch B Risse in den resultierenden hohlen Schalen, wenn die Verformungsgeschwindigkeit während des Lochens nicht höher als 200/s war. Dagegen bildeten sich bei einer Verformungsgeschwindigkeit von über 200/s Risse.
Deshalb wurde nachgewiesen, dass die Verformungsgeschwindigkeit während des Lochens nicht höher als 200/s sein darf, wenn das Lochen eines Barrens in einer Situation erfolgt, wo ein Gießbarren auf eine Temperatur von nicht höher als der Ar1-Transformationstemperatur gekühlt wird und anschließend auf eine Temperatur erwärmt wird, die ein Lochen ermöglicht.

Test 2

Die Außendurchmesser und chemischen Zusammensetzungen der in diesem Test verwendeten Barren waren dieselben wie die im Test 1 verwendeten. Als die Barren vollständig verfestigt waren, wurden sie sogleich aus den Formen entnommen und wurden auf eine Temperatur von nicht höher als der Ar3-Transformationstemperatur gekühlt. Im Anschluss wurden sie in einem Heizofen 1 Stunde lang auf 1250ºC gehalten, anschließend wurde ein Heißpressverarbeitungstest unter den in den Fig. 6 und 7 gezeigten Bedingungen durchgeführt. Der Heißpressverarbeitungstest sollte das Lochen (Bearbeiten mit einem Lochwalzwerk), Dehnen (Bearbeiten mit Dornwalzen) und Finish-Walzen (Bearbeiten mit einem Schlichter) simulieren.
Wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt, geben die Testrohre Nr. 1 bis 18 Produkte der vorliegenden Erfindung an, und die Testrohre Nr. 19 bis 24 geben Vergleichsprodukte an, die unter Herstellungsbedingungen außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung geformt wurden. Die Testrohre Nr. 25 und 26 geben Stahlrohre, die in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen, in Fig. 1 gezeigten Verfahren hergestellt wurden. Bei der Durchführung des herkömmlichen Verfahrens war die Verformungsgeschwindigkeit der Barren während des Lochens etwas höher als der durch die vorliegende Erfindung erlaubte Bereich, und ferner wurden die Verarbeitungssimulationen des Dehnens und Finish-Walzens nicht kontinuierlich durchgeführt. Darüber hinaus wurden die Testrohre zwischen dem Finish-Walzen und dem Abschrecken auf Raumtemperatur gekühlt. Die Testrohre der vorliegenden Erfindung, jene des Vergleichsverfahrens und herkömmliche Rohre wurden jeweils aus zwei Arten von Stählen A und B erzeugt. Die in Fig. 7 gezeigte Abkühlungsgeschwindigkeit gibt die Geschwindigkeit an, die ermittelt wurde, als Testrohre, die ein Lochen und Finish-Walzen unter den in Fig. 6 gezeigten Bedingungen erfahren hatten, allmählich von der Finishing-Temperatur auf eine Temperatur von nicht niedriger als der Ar3-Transformationstemperatur gekühlt wurden. Ferner wurden im Hinblick darauf, dass die Stähle A und B eine unterschiedliche Festigkeit hätten, wenn sie derselben Wärmebehandlung unterzogen werden, und dass ihre Dehngrenze und Zähigkeit nicht zu vergleichen wäre, zwei verschiedene Vergütungstemperaturen angewandt, sodass ein Vergleich bei nahezu derselben Festigkeit der Testrohre vorgenommen wurde.
Die Teststücke nach der Verarbeitung wurden in Bezug auf die Materialfestigkeit, Größe der vorherigen Austenitkörner, Zähigkeit (vTrs) und Korrosionsbeständigkeit (Sc) untersucht.
Die Sc-Werte wurden gemäß den Vorschriften TM01-77-92, Verfahren B, von der NACE INTERNATIONAL, gemessen. Die vorherige Austenitkorngröße wurde durch Erhalt der durchschnittlichen Länge der Körner ermittelt, die eine Distanz von 1 mm überschritt.
Die Resultate sind in Fig. 8 gezeigt.
Die Teststücke der vorliegenden Erfindung wurden zuerst mit den Testrohren Nr. 25 und 26, die durch ein herkömmliches Verfahren geformt wurden, verglichen. In den Tests, wo der bei einer Vergütungstemperatur von 600ºC verarbeitete Stahl A verwendet wurde, ergaben die Testrohre Nr. 1 bis 6 der vorliegenden Erfindung kleinere Körner und zeigten eine Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit, die mit einem herkömmlichen Rohr (Nr. 25) vergleichbar waren oder noch ausgezeichneter waren. Ferner ergab in Tests, wo der bei einer Vergütungstemperatur von 720ºC verarbeitete Stahl B verwendet wurde, ein Vergleich zwischen den zwei Gruppen, den Testrohren Nr. 7 bis 18 der vorliegenden Erfindung und dem durch ein herkömmliches Verfahren geformten Testrohr Nr. 26 analoge Resultate zu den im Falle des Stahlrohrs A erhaltenen Resultaten.
Die Testrohre Nr. 19 bis 24, die Vergleichsprodukte repräsentierten und unter Bedingungen außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, wiesen größere Körner und eine schlechtere Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit im Verhältnis zu den gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Testrohren auf. Der Grund für dieses Ergebnis ist, dass die Verfeinerung der Körner infolge der Bearbeitung und Rekristallisation unzureichend war.
Wie anhand der Resultate der obenstehenden Tests offensichtlich wird, wurde nachgewiesen, dass das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellte nahtlose Stahlrohr ausgezeichnete mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit aufwies, die mit dem durch das herkömmliche Verfahren hergestellten nahtlosen Stahlrohr vergleichbar waren oder noch ausgezeichneter waren.
Wie obenstehend beschrieben, kann gemäß dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein nahtloses Stahlrohr unter Anwendung eines einfachen Verfahrens und einer einfachen Ausrüstung in einer einzigen Fertigungsstrasse, die vom Barren bis zum Produkt unter stabilen Herstellungsbedingungen verbunden ist, erhalten werden. Deshalb besitzt das resultierende nahtlose Stahlrohr, das durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung und unter Verwendung der Herstellungsanlage der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, ausgezeichnete Eigenschaften, die vergleichbar sind mit herkömmlichen Produkten oder diesen überlegen sind.
Da darüber hinaus die Konstruktions- und Betriebskosten gesenkt werden können, können die Kosten für die Herstellung des nahtlosen Stahlrohrs gesenkt werden. Zudem kann ein nahtloses Stahlrohr effizient in Massenproduktion hergestellt werden. Somit ist das Verfahren und die Anläge zur Herstellung von nahtlosen Stahlrohren gemäß der vorliegenden Erfindung besonders geeignet für die Herstellung von nahtlosen Stahlrohren im industriellen Maßstab.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs, umfassend die folgenden Schritte (1) bis (8), welche der Reihe nach durchgeführt werden:

(1) Herstellen eines Barrens mit einem runden Querschnitt durch kontinuierliches Gießen,

(2) Kühlen des Barrens auf eine Temperatur von Raumtemperatur bis zu einer Temperatur nicht höher als die Ar1-Transformationstemperatur, (3) Erhitzen des in Schritt (2) erhaltenen Barrens auf eine Temperatur, welche das Lochen des Barrens ermöglicht,

(4) Lochen des in Schritt (3) erhaltenen Barrens bei einer Verformungsgeschwindigkeit von nicht höher als 200/s, um so eine hohle Schale zu erhalten,

(5) Erhalten eines Stahlrohrs durch Dehnen und Finish-Walzen der in Schritt (4) erhaltenen hohlen Schale durch Verwendung einer kontinuierlichen Dehnungswalze (7) und eines Finish-Walzwerks (8), welche direkt miteinander verbunden sind, bei einer durchschnittlichen Verformungsgeschwindigkeit von nicht weniger als 0,01 / s, einem Reduktionsgrad von nicht weniger als 10% und bei einer Finishing-Temperatur zwischen 800 und 1.050ºC,

(6) Rekristallisieren des in Schritt (5) erhaltenen Stahlrohrs bei einer Temperatur von nicht geringer als der Ar3-Transformationstemperatur, (7) Abschrecken des in Schritt (6) erhaltenen Stahlrohrs von einer Temperatur von nicht geringer als der Ar3-Transformationstemperatur, und (8) Vergüten des abgeschreckten Stahlrohrs.

2. Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs nach Anspruch 1, wobei der Rekristallisationsschritt (6) das Kühlen des in Schritt (5) gebildeten Stahlrohrs auf eine Temperatur von nicht geringer als der Ar3-Transformationstemperatur bei einer Kühlungsrate von geringer als Luftkühlung umfasst.

3. Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs nach Anspruch 1, wobei der Rekristallstationsschritt (6) das Halten des in Schritt (5) gebildeten Stahlrohrs bei der Finishing-Temperatur in Schritt (5) während 30 s bis 30 min umfasst.

4. Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs nach Anspruch 1, wobei der Rekristallissationsschritt (6) das Halten oder das Halten unter erneutem Erhitzen des in Schritt (5) gebildeten Stahlrohrs bei einer Temperatur zwischen 850 und 980ºC während 10 s bis 30 min umfasst.

5. Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs nach Anspruch 3 oder 4, umfassend weiterhin: Kühlen eines Stahlrohrs, welches der Rekristallisationsbehandlung aus Schritt (6) unterzogen worden ist, auf eine Temperatur von nicht geringer als der Ar3-Transformationstemperatur.

6. Anlage zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs und zur Durchführung des in Anspruch 1 oder 2 beschriebenen Verfahrens, umfassend die folgenden Ausrüstungen (a) bis (g), welche der Reihe nach angeordnet sind:

a) einen kontinuierlichen Gießer (1) zur Herstellung eines Barrens mit einem runden Querschnitt,

b) einen Barren-Erhitzungsofen (3) zur Erhitzung des gegossenen Barrens,

c) ein Schrägwalz-Lochungswerk (5) zum Lochen des erhitzten Barrens zur Bildung einer hohlen Schale,

d) eine kontinuierliche Dehnungswalze (7) zum Dehnen der hohlen Schale.

e) ein Finish-Walzwerk (8) zum Finish-Walzen der gedehnten hohlen Schale, um ein Stahlrohr mit einer vorbestimmten Größe zu erhalten,

f) eine Abschreckvorrichtung (11) zum Abschrecken des finish-gewalzten Stahlrohrs in der gleichen Fertigungsstraße, und

g) einen Vergütungsofen (12) zum Vergüten des abgeschreckten Stahlrohrs in der gleichen Fertigungsstraße,

wobei die Anlage die folgenden zusätzlichen Merkmale umfasst:

1) der Abstand zwischen dem kontinuierlichen Gießer (1) und dem Barren-Erhitzungsofen (3) ermöglicht, dass der Barren auf eine Temperatur von Raumtemperatur bis zur Ar1-Transformationstemperatur gekühlt und in den Barren-Erhitzungsofen (3) eingeschoben werden kann, während er sich bei der besagten Temperatur befindet, oder alternativ ist eine Kühlungseinrichtung vorgesehen, welche fähig ist, den Barren zwangsweise auf eine Temperatur von Raumtemperatur bis zu der Ani Transformationstemperatur zu kühlen,

2) der Raum zwischen der kontinuierlichen Dehnungswalze (7) und dem Finish-Walzwerk (8) ist kürzer als die Länge eines Stahlrohrs, das durch die kontinuierliche Dehnungswalze (7) gedehnt worden ist, und die kontinuierliche Dehnungswalze (7) und das Finish-Walzwerk (8) sind der Reihe nach auf der gleichen Fertigungsstraße angeordnet, und

3) das Finish-Walzwerk (8) und die Abschreckvorrichtung (11) sind durch einen Förderer (9) verbunden, welcher mit einer Einrichtung ausgerüstet ist, die es ermöglicht, ein Stahlrohr, das finish-gewalzt worden ist, stufenweise mit einer Kühlungsrate von geringer als Luftkühlung zu kühlen.

7. Anlage zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs und zum Durchführen des in Anspruch 3, 4 oder 5 beschriebenen Verfahrens, umfassend die folgenden Ausrüstungen (a) bis (h), welche aufeinanderfolgend angeordnet sind:

b) einen Barren-Erhitzungsofen (3) zur Erhitzung des gegossenen Barrens,

d) eine kontinuierliche Dehnungswalze (7) zum Dehnen der hohlen Schale,

e) ein Finish-Walzwerk (8) zum Finish-Walzen einer gedehnten hohlen Schale, um ein Stahlrohr mit einer vorbestimmten Größe zu erhalten,

f) einen Wärmeretentionsofen (10) zum Halten des finish-gewalzten Stahlrohrs bei der Finishing-Temperatur oder einer vorbestimmten Temperatur, oder einen Heizofen zum Halten des finish-gewalzten Stahlrohrs bei einer vorbestimmten Temperatur nach Erhitzen auf diese Temperatur,

g) eine Abschreckvorrichtung (11) zum Abschrecken des finish-gewalzten Stahlrohrs in der gleichen Fertigungsstraße, und

h) einen Vergütungsofen (12) zum Vergüten des abgeschreckten Stahlrohrs in der gleichen Fertigungsstraße, wobei die Anlage die folgenden zusätzlichen Merkmale umfasst:

l) der Abstand zwischen dem kontinuierlichen Gießer (1) und dem Barren-Erhitzungsofen (3) ermöglicht, dass der Barren auf eine Temperatur von Raumtemperatur bis zur Ar1-Transformationstemperatur gekühlt und in den Barren-Erhitzungsofen (3) eingeschoben werden kann, noch während er sich bei der besagten Temperatur befindet, oder alternativ ist eine Kühlungseinrichtung vorgesehen, welche fähig ist, den Barren zwangsweise auf eine Temperatur von Raumtemperatur bis zu der Ar1-Transformationstemperatur zu kühlen,

2) der Raum zwischen der kontinuierlichen Dehnungswalze (7) und dem Finish-Walzwerk (8) ist kürzer als die Länge eines Stahlrohrs, das durch die kontinuierliche Dehnungswalze (7) gedehnt worden ist, und die kontinuierliche Dehnungswalze (7) und das Finish-Walzwerk (8) sind der Reihe nach auf der gleichen Fertigungsstraße angeordnet und,

3) das Finish-Walzwerk (8) und die Abschreckvorrichtung (11) sind durch einen Förderer (9) verbunden, der ausgerüstet ist mit einem Wärmeretentionsofen zum Halten des finish-gewalzten Stahlrohrs bei der Finishing-Temperatur oder einer vorbestimmten Temperatur, oder einem Heizofen zum Halten des finish-gewalzten Stahlrohrs bei einer vorbestimmten Temperatur nach Erhitzen auf diese Temperatur.

8. Anlage zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs nach Ansprüch 6 oder 7, wobei das Schrägwalz-Lochungswerk (5) und der Barren-Erhitzungsofen (3) mit einem Förderer verbunden sind, welcher ausgerüstet ist mit einer Barren-Schneidausrüstung (4a) zum Schneiden eines auf eine Temperatur, welche das Lochen des Barrens ermöglicht, erhitzten Barrens.

9. Anlage zur Herstellung eines nahtlosen Stahlrohrs nach mindestens einen der Ansprüche 6, 7 oder 8, wobei eine Barren-Wiedererhitzungsausrüstung (4b) vorgesehen ist zwischen der Barren-Schneidausrüstung (4a) und dem Schrägwalz-Lochungswerk (5).