EP0077322B1 - Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren - Google Patents

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EP0077322B1
EP0077322B1 EP82890145A EP82890145A EP0077322B1 EP 0077322 B1 EP0077322 B1 EP 0077322B1 EP 82890145 A EP82890145 A EP 82890145A EP 82890145 A EP82890145 A EP 82890145A EP 0077322 B1 EP0077322 B1 EP 0077322B1
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EP
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extrusion
strand
annealing
subjected
castings
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EP82890145A
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Johann Dipl.-Ing. Stiebellehner
Peter Dipl.-Ing. Machner
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Vereinigte Edelstahlwerke AG
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Vereinigte Edelstahlwerke AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/006—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of tubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/08—Making wire, bars, tubes
    • B21C23/085—Making tubes

Definitions

  • the invention relates to a method for producing seamless tubes from austenitic, chromium and nickel-containing steels.
  • Austenitic tubes can be manufactured using an inclined rolling process, by extrusion, continuous casting or by welding sheet metal strips.
  • the welded pipes are less expensive to manufacture, but due to the weld seam present, they have only a relatively small area of application.
  • a mandrel In the cross-rolling process, a mandrel has to be driven through a corresponding die, an economical application only being given for certain cross sections.
  • a heated steel In the production of seamless tubes by means of extrusion, a heated steel is pressed through a die, with the most severe deformations occurring.
  • the present invention has set itself the goal of providing a method for producing seamless tubes from an austenitic, chromium and nickel-containing alloy, in which the above-mentioned. Disadvantages are avoided, the advantages of continuous casting should also be combined with those of extrusion.
  • the process according to the invention for the production of seamless tubes made of austenitic chromium-nickel-containing steels with continuous casting consists essentially in that a molten metal is continuously poured into a cooled mold with a round mold cavity and partially solidified in it, drawn off and the hardened strand is cut to length is, the metal melt which has not yet solidified being electromagnetically stirred in the direction about the longitudinal axis of the strand and that the cut-to-length cast pieces, before or after any perforation which may have taken place, an annealing between 1100 and 1250 ° C, preferably between 1150 and 1200 ° C, between 30 minutes and 4 hours, preferably between 1 and 2 hours, whereupon the extrudates are allowed to cool and mechanically machined to form extrusion dies, after which the extrusion dies which are in the as-cast state and which, apart from possibly being subjected to expansion, have not undergone any hot deformation in themselves b is known to produce seamless tubes by extrusion.
  • the molten metal is moved at least in a part of the mold about the longitudinal axis of the strand, the relative movement between the strand shell and the liquid strand core preferably reaching as far as the casting level.
  • a particularly advantageous, labor-saving method is obtained if the mechanical machining of the continuous castings into an extrusion die is carried out before the annealing. With this procedure, mechanical machining is particularly easy to carry out since there is less material thickness before annealing.
  • extrusion die which is in the as-cast state, is subjected to extrusion from the incandescent heat, additional manipulation is dispensed with, and at the same time the energy for reheating does not have to be consumed.
  • a steel X10CrNiTi 18 9 was melted in a medium-frequency induction crucible furnace, tapped into a pan and taken to a continuous casting plant. From this pan, the alloy was poured into the distributor of the continuous casting plant, the metal overheating being 35 ° C. The steel was introduced from the distributor into the continuous casting mold with an inside diameter of 210 mm by means of a pouring tube, after a start-up phase of 0.3 min. was a casting speed of 1.05 m / min. reached. The casting was carried out with a covered casting mirror, i.e. under powder.
  • a three-pole rotating field device was installed in the system 220 mm below the lower edge of the 650 mm long mold. During the casting, the rotating field was supplied with a power of 72 kVA. On the basis of observations of the casting level or of the casting powder at the casting head, it was found that the liquid strand, up to the casting level in the mold, rotated around the longitudinal axis of the strand.
  • a test piece was taken from it for further investigations.
  • the strand pieces were annealed in an oven at 1180 ° C., the holding time being 1.6 hours. After the annealing treatment, a test piece was again taken from the strand.
  • the comparative investigations showed that after the continuous casting a delta ferrite content of 4.6% was present. Such high delta ferrite contents have an extremely disadvantageous effect on the deformability of the material. After annealing, the delta ferrite content in the strand was below 1%.
  • the extrusion die After machining the surface of the continuous casting, sawing and drilling, the extrusion die was heated up inductively and widened by means of a widening cap and punch. The expansion process went smoothly, i.e. the material had good thermoformability properties. Following the expansion of the billet, after intermediate heating, the extrusion process was carried out (according to the Handbook of Stainless Steels, Mr. Graw Hill Book Comp. 1977, Chapter 23). The pressed raw pipe had a good surface both inside and outside. No difficulties were found during further processing either, since the material was readily deformable.
  • the quality of the pipe was also examined by step turning tests. It was shown that there were no disruptive elongated non-metallic inclusions in the tube wall, ie that the tube had particularly high quality characteristics.
  • Example 2 The procedure was analogous to Example 1, a composite tubular mold with an integrated stirring coil being used and a steel X5CrNi 18 9 being cast.
  • the melt overheated to 25 ° C. After a start-up phase of 0.4 min. the casting speed was 1.0 m / min.
  • the rotating field power of the electromagnetic agitation was 65 kVA.
  • the annealing was carried out at 1150 ° C. and for 2.8 hours.
  • the delta ferrite content was 4.8% before the annealing and was below 1% after the annealing. No problems arose during the extrusion process and the pressed tube had a good surface both inside and outside.
  • a steel X2CrNiMo 18 10 was processed analogously, with the melt overheating at 30 ° C. and after a start-up phase of 0.3 min. a casting speed of 1.1 m / min. complied with.
  • the rotating field power of the electromagnetic stirring device was 72kVA.
  • the strand-strand surface temperature of 715 ° C is placed in an oven and annealed at 1200 ° C etc. Subjected for 1.4 hours.
  • the delta ferrite content was below 1%.
  • the extruded casting then machined mechanically to form an extrusion die was subjected to the extrusion process according to Example 1, the tube obtained having no surface defects and the extrusion process being uneventful.
  • a steel K10CrNiNb 18 9 was processed analogously to Example 1, the mechanical machining of the continuous casting being carried out to form an extrusion die before annealing. Machining was easier than in the previous examples because there were short breaking chips.
  • the continuous cast billet was then heated to 1190 ° C. in a rotary hearth furnace and left at this temperature for 2 hours.
  • the extrusion process was carried out directly from the annealing heat, whereby no difficulties could be determined during processing by the extrusion and the raw tube had a good surface both inside and outside.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren aus austenitischen, Chrom und Nickel enthaltenden Stählen.
  • Austenitische Rohre können mit einem Schrägwalzverfahren, durch Strangpressen, Stranggießen oder durch Schweißen von Blechbändern hergestellt werden. Die geschweißten Rohre sind zwar in ihrer Herstellung weniger aufwendig, weisen jedoch auf Grund der vorhandenen Schweißnaht nur einen relativ geringen Anwendungsbereich auf. Beim Schrägwalzverfahrem muß ein Dorn durch eine entsprechende luppe getrieben werden, wobei eine wirtschaftliche Anwendung nur bei bestimmten Querschnitten gegeben ist. Bei der Herstellung von nahtlosen Rohren mittels Strangpressens wird ein erhitzter Stahl durch eine Matrize gepreßt, wobei stärkste Verformungen auftreten. Für die Qualität der austenitischen Rohre war es für das Strangpressen erforderlich, daß der Stahl, bevor er dem Strangpressen unterworfen wird, einer entsprechenden Verformung unterzogen wird, damit eine entsprechende Gefügeveränderung und Verbesserung der Verformbarkeit erreicht wird.
  • Weiters ist es bekannt, da8 Stähle mit einem hohen Chromund Nickelgehalt durch Stranggie8en zu beliebig langen und nahtlosen Rohren verarbeitet werden. Hierbei wird eine überhitzte Stahlschmelze kontinuierlich in eine um ihre Achse rotierende Kokille geleitet. Die Stanlschmelze wird durch die Zentrifugalkraft gegen die Kokille gepreßt, wobei ein rotationssymmetrischer Hohlraum bei geeigneter geringer Zuführung der Metallschmelze erreicht werden kann. Dieses Verfahren erlaubt einerseits nur Rohre mit einem relativ gro-ßen Durchmesser zu erzeugen, wobei andererseits die mechanischen und metallurgischen Eigenschaften nicht zufriedenstellend sind.
  • Aus der DE-A-1 2921708 ist ein Verfahren zur Herstellung von Stahlrohren bekanntgeworden, bei dem einem druckdichten Behälter Metallschmelze zugeleitet wird und im Behälterinneren ein ausreichender Druck erzeugt wird, um die Schmelze in Richtung einer Form für kontinuierliches Gießen zu drücken, wo es nach und nach verfestigt wird, wobei das aufsteigende Rohr abgezogen wird. Dabei wird der volle aufsteigende flüssige Metallstrom elektromagnetisch einer Drehbewegung um die Achse der Gußform unterworfen. Derartig hergestellte Rohre haben infolge der andersartigen Herstellungsweise nichtso hohe Qualitäten wie durch Strangpressen umgeformte Rohre.
  • Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren aus einer austenitischen, Chrom und Nickel enthaltenden Legierung zu schaffen, bei dem die o.a. Nachteile vermieden sind, wobei weiters die Vorteile des Stranggießens mit jenen des Strangpressens vereint werden sollen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren aus austenitischen Chrom-Nickel-hältigen Stählen mit Stranggießen, besteht im wesentlichen darin, daß eine Metallschmelze kontinuierlich in eine gekühlte Kokille mit einem runden Formhohlraum gegossen und in dieser teilweise erstarren gelassen, abgezogen und der durcherhärtete Strang abgelängt wird, wobei die noch nicht erstarrte Metallschmelze elektromagnetisch in Richtung um die Stranglängsachse gerührt wird und daß die abgelängten Strangguß-stücke,vor oder nach einer gegebenenfalls erfolgenden Lochung, einer Glühung zwischen 1100 und 1250°C, vorzugsweise zwichen 1150 und 1200°C, zwischen 30 min und 4 h, vorzugsweise zwischen 1 und 2 h unterzogen werden, worauf die Stranggußstücke abkühlen gelassen und mechanisch spanabhebend zu Strangpreß-luppen verarbeitet werden, wonach aus den im Gußzustand befindlichen und außer gegebenenfalls einem Aufweiten noch keiner Warmverformung unterworfenen Strangpreßluppen in an sich bekannter Weise durch Strangpressen nahtlose Rohre erzeugt werden.
  • Das in seiner Verfahrensschritt-Kombination nicht bekannte Verfahren ermöglicht es zum ersten Mal, austenitischen Stahl, der im Stranggußverfahren verarbeitet wird, unmittelbar für die Erzeugung von nahtlosen Rohren mit einem Strangpreßverfahren zu verarbeiten. Die zum Zentrum des Stranges ausgerichteten Dendriten und die strahlige, grobkörnige Erstarrungsstruktur haben sich für die Verarbeitung besonders nachteilig ausgewirkt. Allerdings sind solcherart erhaltene Rohrrohlinge beim erfindungsgemäßen Rohrstrangpreßvorgang einsetzbar, womit die mechanische Lochung entfallen kann. Betont sei noch, daß ein geringfügiges Aufweiten der Rohrrohlinge in die für den Strangpresseneinlauf vorgesehene Dimension hier nicht als vorherige Warmverformung zu werten ist. Gleichzeitig mit der obenerwähnten grobkörnigen Struktur sind eine bevorzugte Anreicherung von Verunreinigungen und auch Porositäten im Zentrum des Stranges aufgetreten. Durch die Ungleichmäßigkeit der Porositäten im Stranginneren war ein genaues zentriertes Lochen nicht möglich, sodaß ungleichmäßige Wandstärken der Rohre hervorgerufen wurden. Die Orientierung der Dendriten, die Grobkornstruktur und die Mikroseigerungen führten zu einem unzureichenden Warmverformungsvermögen der luppe, sodaß Risse bzw. Brüchigkeit is gepreßten Rohrrohling auftraten. Es wurde nun völlig überraschend gefunden, daß durch die Kombination der elektromagnetischen Rührung der Schmelme um die Strangachse und einer daran anschließenden Wärmebehandlung der Strangstücke ohne einer Warmverformung vor dem Strengpressen ein vollauf befriedigendes Ergebnis erzielt werden kann. Durch die Rührung der noch nicht erstarrten Metallschmelzein Richtung um die Stranglängsachse wird einerseits eine Homogenisierung der legierung im Strang erreicht, wobei andererseits eine zentrumsmäßige Orientierung der Dendriten vermieden wird. heiters wird eine feinkörnige Struktur und eine feine sowie gleichmäßige Verteilung von ausgeschiedenen Phasen, insbesondere Deltaferrit, durch geringere Mikroseigerungen erreicht. Dieser nunmehr vorliegende feinkörnige Deltaferrit kann durch die nachgeschaltete Glühbehandlung zum größten Teil aufgelöst werden. Es kann somit eine Strangpreßluppe erhaltenwerden, die einen geringen Gehalt an Deltaferrit aufweist, sodaß eine entsprechende hohe Verformung, wie sie beim Strangpressen durchgeführt werden muß, erfolgen kann. Dieses Ergebnis ist umso überraschender, als man bedenken muß, daß män mit Glühungen bei höheren Temperaturen an sich den Gehalt an Deltaferrit im Stahl wesentlich erhöhen kann.
  • Durch die feinkörnige Struktur der Strangpreßluppe wird weiters eine besonders gleichmäßige und hervorragende Oberflächenqualität des an sich dadurch auch leicht zu fertigenden Rohres erreicht.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Metallschmelze zumindest in einem Teil der Kokille um die Stranglängsachse bewegt, wobei vorzugsweise die Relativbewegung zwischen Strangschale und flüssigem Strangkern bis zum Gieß-spiegel reicht. Durch diese Vorgangsweise kann erreicht werden, daß die erwünschte Dendritenkonfiguration und eine feinkörnige Struktur bis zur Strangoberfläche reicht, womit ein höheres Ausbringen beiderluppenfertigungerreichbarist.
  • Werden die Stranggußstücke mit einer Mindesttemperatur von ca. 700 °C an ihrer Oberfläche ummittelbar nach dem Strang-gießen der Glühung untsrmogen, so wird dadurch erreicht, daß eine geringere Ausscheidung von Karbiden, z.B. Chromkarbiden an den Korngrenzen stattfindet, wobei gleichzeitig eine Umhandlung des Deltaferrits in die Sigmaphase nicht stattfindet, wodurch ein längeres Glühen erforderlich wäre.
  • Ein besonders vorteilhaftes arbeitsparendes Verfahren ergibt sich dann, wenn die mechanische spanabhebende Bearbeitung der Stranggußstücke zu einer Strangpreßluppe vor dem Glühen durchgeführt wird. Bei dieser Vorgangsweise ist die mechanische spanabhebende Bearbeitung besonders leicht durchzuführen, da vor dem Glühen eine geringere Materialmähigkeit vorliegt.
  • Wird aus der Glühhitze die im Gußzustand befindliche Strang-preßluppe dem Strangpressen unterworfen, so entfällt eine zusätzliche Manipulation, wobei gleichzeitig die Energie für ein erneutes Erhitzen nicht verbraucht werden muß.
  • Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert.
    • Beispiel 1:
  • Ein Stahl X10CrNiTi 18 9 wurde in einem Mittelfrequenz-Induktionstiegelofen geschmolzen, in eine Pfanne abgestochen und zu einer Stranggußanlage gebracht. Von dieser Pfanne erfolgte der Einguß der legierung in den Verteiler der Strang-gußanlage, wobei die Überhitzung des Metalls 35 ° C betrug. Aus dem Verteiler wurde der Stahl mittels Gießrohres in die Stranggußkokille mit einem Innendurchmesser 210 mm eingeleitet, nach einer Anfahrphase von 0,3 min. war eine Gieß-geschwindigkeitvon 1,05 m/min. erreicht. Der Guß erfolgte mit abgedecktem Gießspiegel, d.h. unter Pulver.
  • Eine dreipolige Drehfeldeinrichtung war in der Anlage 220 mm unterhalb des unteren Randes der 650 mm langen Kokille montiert. Während des Gusses erfolgte die Anspeisung des Drehfeldes mit einer leistung von 72 kVA. Aufgrund von Beobachtungen des Gießspiegels bzw. des Gießpulversam Gießkopf konnte festgestellt werden, daß der flüssige Strang bis zum Gießspiegel in der Kokille eine Drehbewegung um die längsachse des Stranges ausführte.
  • Nach dem Erkalten des Stranges wurde diesem ein Probestück für weitere Untersuchungen entnommen. In einem Ofen erfolgte eine Glühung der Strangstücke bei 1180 °C, wobei die Haltezeit 1,6 Stunden betrug. Nach der Glühbehandlung wurde dem Strang wiederum ein Probestück entnommen. Die vergleichenden Untersuchungen erbrachten, daß nach dem Strangguß im Material ein Deltaferritgehalt von 4,6 % vorlag. Derartig hohe Deltaferritgehalte wirken äußerst nachteilig auf die Verformbarkeit des Materials. Nach der Glühung betrug der Deltaferritgehalt im Strang unter 1 %.
  • Nach dem Bearbeiten der Oberfläche des Stranggußstückes, dem Sägen und Bohren erfolgte ein induktives Aufwärmen der Strang- preßluppe und das Aufweiten mittels Aufweitkappe und lochdorn. Der Aufweitvorgang verlief problemlos, d.h.dasMaterial wies gute Warmverformbarkeitseigenschaften auf. Im Anschluß an das Aufweiten der luppe erfolgte, nach Zwischenwärmung, der Strangpreßvorgang (gemäß Handbook of Stainless Steels, Mr. Graw Hill Book Comp. 1977, Chapter 23). Das gepreßte Rohrohr wies sowohl innen als auch außen eine gute Oberflächs auf. Auch bei der Weiterverarbeitung wurden keine Schwierigkeiten festgestellt, da gute Verformbarkeit des Materials vorlag.
  • Die Güte des Rohres hurde auch durch Stufendrehproben untersucht. Es zeigte sich, daß keine störenden langgestreckten nichtmetallischen Einscnlüsse in der Rohrwand vorlagen, d.h. daß das Rohr besonders hohe Qualitätsmerkmale aufwies.
    • Beispiel 2:
  • Es wurde analog Beispiel 1 verfahren, wobei eine Verbundrohrkokille mit integrierter Rührspule verwendet wurde und ein Stahl X5CrNi 18 9 vergossen wurde. Die Überhitzung der Schmelze betrug 25 °C. Nach einer Anfahrphase von 0,4 min. betrug die Gießgeschwindigkeit 1,0 m/min. Die Drehfeldleistung der elektromagnetischen Rührung betrug 65 kVA. Die Glühung wurde nach Erkalten des Stranges bei 1150 °C und 2,8 Stunden lang durchgeführt. Der Deltaferritgehalt betrug vor der Glühung 4,8 % und war nach derselben unter 1 %. Beim Strangpreßvorgang traten keiner lei Schwierigkeiten auf und das gepreßte Rohr wies eine gute Oberfläche sowohl innen als auch außen auf.
    • Beispiel 3:
  • Ein Stahl X2CrNiMo 18 10 hurde analog Beispiell verarbeitet, wobei die Überhitzung der Schmelze 30 °C betrug und nach einer Anfahrphase von 0,3 min. eine Gießgeschwindigkeit von 1,1 m/min. eingehalten hurde. Die Drehfeldleistung der elektromagnetischen Rühreinrichtung betrug 72kVA. Die Strang-Strangoberflächentemperatur von 715 °C in einen Ofenverbracht und einer Glühung bei 1200°C u.mw. 1,4 Stunden lang unterworfen. Der Deltaferritgehalt betrug unter 1 %. Das sodann zu einer Strangpreßluppe mechanisch spanabhebend bearbeitete Strangguß-stück wurde gemäß Beispiel 1 dem Strangpreßvorgang unterworfen, wobei das erhaltene Rohr keinerlei Oberflächenfehler aufwies und der Strangpreßvorgang klaglos verlief.
    • Beispiel 4:
  • Ein Stahl K10CrNiNb 18 9 wurde analog Beispiel 1 verarbeitet, wobei die mechanische spanabhebende Bearbeitung des Stranggußstückes zu einer Strangpreßluppe vor dem Glühen durchgeführt wurde. Die mechanische Bearbeitung war leichter als in den vorhergehenden Beispielen, da kurzbrechende Späne vorhanden waren. Die Stranggußluppe wurde sodann im Drehherdofen auf 1190 °C erhitzt und 2 Stunden bei dieser Temperatur belassen. Unmittelbar aus der Glühhitze heraus wurde der Strangpreßvorgang durchgeführt, wobei bei der Verarbeitung durch das Strangpressen keine Schwierigkeiten festgestellt werden konnten und des Rohrohr sowohl innen als auch außen eine gute Oberfläche aufgewiesen hat.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren aus austenitischen Chrom-Nickel- hältigen Stählen mit Stranggießen, wobei eine Metallschmelze kontinuierlich in eine gekühlte Kokille mit einem runden Formhohlraum gegossen und in dieser teilweise erstarren gelassen, abgezogen und der durcherhärtete Strang abgelängt wird, wobei die noch nicht erstarrte Metallschmelze elektromagnetisch in Richtung um die Stranglängsachse gerührt wird und die abgelängten Stranggußstücke vor oder nach einer gegebenenfalls erfolgenden Lochung einer Glühung zwischen 1100 und 1250°C, vorzugsweise zwischen 1150 und 12000C zwischen 30 min und 4 h, vorzugsweise zwischen 1 und 2 h unterzogen werden, worauf die Stranggußstücke abkühlen gelassen und mechanisch spanabhebend zu Strangpreßluppen verarbeitet werden, wonach aus den im Gußzustand befindlichen und außer gegebenenfalls einem Aufweiten noch keiner Warmverformung unterworfenen Strangpreßluppen in an sich bekannter Weise durch Strangpressen nahtlose Rohre erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Metallschmelze zumindest in einem Teil der Kokille um die Stranglängsachse bewegt wird, wobei vorzugsweise die Relativbewegung zwischen-Strangschate und flüssigem Strangkern bis zum Gießspiegel reicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stranggußstücke mit einer Mindesttemperatur von ca. 700°C an ihrer Oberfläche unmittelbar nach dem Stranggießen der Glühung unterzogen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mechanische spanabhebende Bearbeitung der Strang-gußstücke zu einer Strangpreßluppe vor dem Glühen durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei aus der Glühhitze die im Gußzustand befindliche preßluppe dem Strangpressen unterworfen wird.
EP82890145A 1981-10-08 1982-10-07 Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren Expired EP0077322B1 (de)

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