EP0362122B1 - Verfahren zum Warmrichten von Stahlrohren - Google Patents

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EP0362122B1
EP0362122B1 EP89730188A EP89730188A EP0362122B1 EP 0362122 B1 EP0362122 B1 EP 0362122B1 EP 89730188 A EP89730188 A EP 89730188A EP 89730188 A EP89730188 A EP 89730188A EP 0362122 B1 EP0362122 B1 EP 0362122B1
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EP
European Patent Office
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cooling
pipes
straightening
process according
straightening machine
Prior art date
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EP89730188A
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English (en)
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EP0362122A1 (de
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Ingo Dr. Ing. Von Hagen
Karlheinz Dr. Kutzenberger
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Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
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Publication date
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D3/00—Straightening or restoring form of metal rods, metal tubes, metal profiles, or specific articles made therefrom, whether or not in combination with sheet metal parts

Definitions

  • the invention relates to a method for hot straightening steel pipes according to the preamble of claim 1 and a system for performing this method.
  • a method and a system of this type are known from DE-A-2262140.
  • the cooling of steel pipes from the rolling heat or from an elevated temperature after a heat treatment measure often leads to the pipes being warped, ie to an inadequate pipe geometry (eg poor straightness, ovality).
  • a hot straightening process is carried out on such warped rolling stock, which takes place at such a high temperature that the Bauschinger effect can no longer be observed.
  • the temperature of the rolling stock during the straightening process is therefore usually above about 300 ° C., but below A cl or A rl .
  • the tensile strength of the straightened good is exceeded by suitably applying mechanical stresses in the straightening cross-section, so that a defined curvature of the straightened good is set (normalization curvature).
  • the desired geometry is then achieved by alternate bending and counter-bending with a decreasing bending amplitude.
  • a major disadvantage of the known hot straightening process is that the rolled material undergoes a more or less uncontrolled cooling in air after the straightening process and is uneven in accordance with the geometric conditions. This leads to the fact that the "ideal geometry" achieved in the straightening machine is partially lost again.
  • Even complex cooling bed constructions in which, for example the rolling stock behind the straightening machine is kept in constant rotation in order to cool down evenly, cannot remedy this defect.
  • steel pipes in which wall thickness fluctuations occur due to the manufacturing process due to the circumference and / or length, lead to cooling at different locations and consequently to different degrees of shrinkage, which result in permanent deformations of the warmer zones, so that, for example, ovality arises.
  • the object of the invention is therefore to develop a generic method so that these disadvantages are largely excluded.
  • an installation for carrying out this method is to be specified.
  • the basic idea of the invention is to be seen in the fact that the geometry of the rolling stock obtained during hot straightening is maintained by, as it were, freezing this state as soon as possible after it has been reached. This freezing should take place as quickly as possible, that is to say in the form of a quenching process, up to a temperature at which the geometry practically no longer changes as a result of cooling voltages when cooling further.
  • the necessary cooling measures eg nozzle ring for the supply of water, air, emulsions and / or water / air mixtures
  • part of the tube length in which the desired geometry has already been achieved is therefore cooled while a part length is still being straightened and at the same time a third part length is even being done has not entered the straightener. So cooling is not waited until the entire pipe has run out of the straightener. Rather, the targeted quenching immediately after reaching the desired geometry in the individual length elements of the tube ensures that undesired changes in geometry due to uncontrolled cooling do not occur. It is essential that the cooling takes place as evenly as possible over the cross section of the tubes. In the case of pipes with a non-uniform cross-sectional geometry (e.g.
  • the method according to the invention makes it possible to maintain a high degree of accuracy in the geometry of the tubes after hot straightening and thus to dispense with cold messaging and also has the advantage that a complex cooling bed behind the straightening machine can be dispensed with.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmrichten von Stahlrohren entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein Verfahren and eine Anlage nach dieser Gattung sind aus der DE-A- 2262140 bekannt.
  • Das Abkühlen von Stahlrohren aus der Walzhitze oder von einer erhöhten Temperatur nach einer Wärmebehandlungsmaßnahme (z.B. Vergütung) führt häufig zum Verziehen der Rohre, d.h. zu einer unzulänglichen Rohrgeometrie (z.B. schlechte Geradheit, Ovalität). Um die durch das Walzen oder die Wärmebehandlung eingestellten mechanisch-technologischen Eigenschaften nicht zu gefährden, wird an derartig verzogenem Walzgut ein Warmrichtvorgang vorgenommen, der bei soweit erhöhter Temperatur stattfindet, daß der Bauschinger-Effekt nicht mehr beobachtet werden kann. Die Temperatur des Walzgutes liegt während des Richtvorgangs daher üblicherweise oberhalb von etwa 300°C, aber unterhalb Acl bzw. Arl.
  • In einer Rollenrichtmaschine wird durch geeignetes Aufbringen mechanischer Spannungen im Richtquerschnitt die Streckgrenze des Richtgutes überschritten, so daß eine definierte Krümmung des Richtgutes eingestellt wird (Normierungskrümmung). Danach wird durch wechselweises Biegen und Gegenbiegen mit abklingender Biegeamplitude die gewünschte Geometrie erzielt.
  • Als großer Nachteil des bekannten Warmrichtverfahrens ist es anzusehen, daß das Walzgut nach dem Richtvorgang eine mehr oder weniger unkontrollierte und entsprechend den geometrischen Verhältnissen ungleichmäßige Abkühlung an Luft erfährt. Das führt nämlich dazu, daß die in der Richtmaschine erzielte "Ideal-Geometrie" teilweise wieder verlorengeht. Selbst aufwendige Kühlbettkonstruktionen, in denen z.B. das Walzgut hinter der Richtmaschine in ständiger Drehung gehalten wird, um gleichmäßig abzukühlen, vermögen diesen Mangel nicht zu beheben. So kommt es beispielsweise bei Stahlrohren, bei denen herstellungsbedingt über den Umfang und/oder die Länge Wanddickenschwankungen auftreten, zu örtlich unterschiedlich schneller Abkühlung und folglich unterschiedlich starken Schrumpfungen, die sich in bleibenden Verformungen der wärmeren Zonen auswirken, so daß z.B. eine Ovalität entsteht.
  • In Fällen, in denen eine hohe Maßhaltigkeit der Stahlrohre etwa für eine nachfolgende mechanische Bearbeitung (z.B. Gewindeschneiden an Ölfeldrohren) unbedingt erforderlich ist, muß daher häufig ein zusätzliches Kaltnachrichten angeschlossen werden. Dies ist jedoch nicht nur wegen des damit verbundenen Aufwandes hinsichtlich Zeit und Kosten unerwünscht, sondern kann auch die mechanisch-technologischen Eigenschaften infolge von Kaltverfestigungen negativ verändern. Darüberhinaus kann in den Verformungszonen auch die Korrosionsbeständigkeit beeinträchtigt werden.
  • Aus der DE-A- 22 62 140 ist es bekannt, Stahlhalbzeug wie Drähte, Stangen, Bleche oder Bänder, also Halbzeug mit Vollquerschnitt auf Temperaturen zwischen 149 und 480° C zu erwärmen und warm zu richten. Danach wird das Halbzeug einfach an Luft oder beschleunigt mit Hilfe von Flüssigkeit oder Druckluft abgekühlt. Die Durchführung des Richtvorgangs bei erhöhter Temperatur hat hierbei den Sinn, daß Werkstoffe, die einer Ausscheidungshärtung zugänglich sind, durch den Richtvorgang in ihren Festigkeitseigenschaften nicht beeinträchtigt werden sollen. An das Abkühlen des gerichteten Halbzeugs sind daher weder hinsichtlich des zeitlichen Abstandes zum Richtvorgang noch hinsichtlich der Kühlintensität besondere Anforderungen zu stellen. Insbesondere ergeben sich aus dieser Literaturstelle keinerlei Hinweise darauf, daß die im Richtprozeß erreichte Geometrie bei Stahlrohren durch eine gezielte Abkühlung konserviert werden könnte.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gattungsgemäßes Verfahren so weiterzuentwickeln, daß diese Nachteile weitestgehend ausgeschlossen werden. Außerdem soll eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben werden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben. Eine erfindungsgemäße Anlage ist mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 ausgestattet und kann durch die kennzeichnenden Merkmale der Unteransprüche 8 und 9 weiter ausgestaltet werden.
  • Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, daß die beim Warmrichten erzielte Geometrie des Walzgutes beibehalten wird, indem dieser Zustand möglichst kurz nach seinem Erreichen gleichsam eingefroren wird. Dieses Einfrieren soll dabei möglichst schnell, also in Form eines Abschreckvorgangs erfolgen, und zwar bis auf eine Temperatur, bei der sich die Geometrie durch Abkühlspannungen bei weiterer Abkühlung praktisch nicht mehr ändert. Daher müssen die erforderlichen Abkühlmaßnahmen (z.B. Düsenring für die Zufuhr von Wasser, Luft, Emulsionen und/oder Wasser/Luft-Gemischen) bereits im Auslaufbereich der Richtmaschine getroffen werden. Bei einem einzelnen Stahlrohr wird daher ein Teil der Rohrlänge, in dem die gewünschte Geometrie bereits erreicht wurde, schon gekühlt, während eine Teillänge gerade noch gerichtet wird und gleichzeitig eine dritte Teillänge noch gar nicht in die Richtmaschine eingelaufen ist. Es wird also mit der Kühlung nicht so lange gewartet, bis das gesamte Rohr aus der Richtmaschine herausgelaufen ist. Vielmehr wird durch das gezielte Abschrecken unmittelbar nach Erreichen der gewünschten Geometrie in den einzelnen Längenelementen des Rohres sichergestellt, daß unerwünschte Geometrieänderungen infolge unkontrollierter Abkühlung nicht eintreten. Wesentlich ist, daß die Abkühlung möglichst gleichmäßig über den Querschnitt der Rohre erfolgt. Bei Rohren mit ungleichmäßiger Querschnittsgeometrie (z.B. Oelfeldrohre mit angestauchten Enden) kann es erforderlich sein, zur Erzielung einer gleichmäßigen Abkühlung die Art und/oder die Menge des pro Zeiteinheit zugeführten Kühlmittels örtlich zu verändern, d.h. an den Wärmeinhalt der jeweiligen Kühlzone des Stahlrohres anzupassen. Bereiche mit geringerer Wanddicke sind schwächer zu beaufschlagen als Bereiche mit größerer Wanddicke.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Beibehaltung einer hohen Genauigkeit in der Geometrie der Rohre nach dem Warmrichten und somit den Verzicht auf ein Kaltnachrichten und bringt darüberhinaus den Vorteil mit sich, daß ein aufwendiges Kühlbett hinter der Richtmaschine entfallen kann.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Warmrichten von Stahlrohren in einer Rollenrichtmaschine, bei dem die Rohre eine Temperatur unterhalb Arl bzw. Acl und von mindestens 300 °C aufweisen und nach dem Richten auf Raumtemperatur abgekühlt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die geforderte Geometrie der Rohre unmittelbar nach ihrem Erreichen im Richtprozeß konserviert wird durch beschleunigtes Abkühlen im Auslaufbereich der Rollenrichtmaschine bis mindestens auf eine solche Temperatur, bei der kein Verziehen durch Abkühlspannungen infolge weiterer Abkühlung mehr eintritt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß beim Richten von Stahlrohren mit unregelmäßigem Querschnitt bzw. ungleichmäßiger Wanddicke die Kühlleistung des zur Erzielung der beschleunigten Abkühlung auf das Walzgut aufgebrachten Kühlmittels in der Weise örtlich unterschiedlich eingestellt wird, daß die Wärmeabfuhr pro Volumeneinheit über den gesamten Querschnitt der Rohre etwa gleich ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Abkühlen mit mindestens 30 K/s erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Abkühlen mit mindestens 100 K/s erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die örtlich unterschiedlichen Kühlleistungen durch entsprechende Steuerung der spezifischen Kühlmittelmenge eingestellt werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die örtlich unterschiedlichen Kühlleistungen durch Beaufschlagung der Rohre mit örtlich unterschiedlichen Kühlmedien, insbesondere mit Wasser, Wasser/Luft-Gemisch, Emulsion oder Druckluft eingestellt werden.
  7. Anlage zum Warmrichten von Stahlrohren zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Rollenrichtmaschine und gegebenenfalls einer vorgeschalteten Aufheizvorrichtung für die Rohre, sowie einer Kühlvorrichtung, für die Zuführung eines Kühlmittels zur beschleunigten Abkühlung des Walzgutes
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Konservierung der geforderten Geometrie der Rohre unmittelbar nach ihrem Erreichen die Kühlvorrichtung am Auslauf der Rollenrichtmaschine angeordnet ist.
  8. Anlage nach Anspruch 7 für das Richten insbesondere von rotationssymmetrischem Walzgut,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Abkühlvorrichtung als System von ringförmig angeordneten Düsen ausgebildet ist.
  9. Anlage nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Durchflußleistung der Düsen abschnittweise oder einzeln regelbar ist.
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