EP4263083A2 - Hochdruckrohr und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Hochdruckrohr und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP4263083A2
EP4263083A2 EP21839361.9A EP21839361A EP4263083A2 EP 4263083 A2 EP4263083 A2 EP 4263083A2 EP 21839361 A EP21839361 A EP 21839361A EP 4263083 A2 EP4263083 A2 EP 4263083A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
reduction
wall thickness
forming step
cold
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21839361.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas FROBÖSE
Christofer HEDVALL
Udo RAUFFMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alleima GmbH
Original Assignee
Alleima GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alleima GmbH filed Critical Alleima GmbH
Publication of EP4263083A2 publication Critical patent/EP4263083A2/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L9/00—Rigid pipes
    • F16L9/02—Rigid pipes of metal
    • 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
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/16—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes
    • B21C1/18—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes from stock of limited length
    • 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
    • B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
    • B21C1/16—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes
    • B21C1/22—Metal drawing by machines or apparatus in which the drawing action is effected by other means than drums, e.g. by a longitudinally-moved carriage pulling or pushing the work or stock for making metal sheets, bars, or tubes specially adapted for making tubular articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26—Methods of annealing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/004—Heat treatment of ferrous alloys containing Cr and Ni
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/10—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies
    • C21D8/105—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of tubular bodies of ferrous alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/14—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes wear-resistant or pressure-resistant pipes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B21/00—Pilgrim-step tube-rolling, i.e. pilger mills

Definitions

  • the present disclosure relates to a tube for carrying a fluid, the tube having a wall thickness which is at least as great as the inner diameter of the tube and the length of the tube is at least 12 m. Furthermore, a method is described by which a tube of the aforementioned type can be obtained.
  • a high elongation at break is desirable, particularly for transport to the customer, but also for workability when installing a high-pressure pipe in the system. This enables, for example, delivery "in a ring", in which the high-pressure pipe is helically wound to save space.
  • An alternative manufacturing process for high-pressure pipes is cold pilger rolling, in which a hollow-cylindrical blank (shell) is cold-reduced by compressive stresses when it has cooled.
  • the billet is pushed over a rolling mandrel during rolling and is surrounded by two rollers from the outside and rolled out by these in the longitudinal direction over the rolling mandrel.
  • the cold pilger rolling process has the advantage that it can produce tubes that can achieve higher elongation at break values than drawn tubes. However, this is often at the expense of the tensile strength of the pipe, especially when pipes are to be produced that are significantly longer than 10 m.
  • a tube for guiding a fluid which has an outer wall surface, an inner wall surface, an outer diameter, an inner diameter, a wall thickness given by half a difference between the outer diameter and the inner diameter, and an axial length.
  • the tube proposed herein is very well suited for high pressure applications due to its large wall thickness, which is at least as great as the inside diameter of the tube. With a value of Rm 850 N/mm 2 , the tensile strength is in a range that can usually only be achieved with drawn tubes. However, the tube proposed here does not suffer from the disadvantage that the inner wall surface of the tube is too rough. Rather, the mean roughness value Ra of the inner wall surface of the tube proposed here is a maximum of 0.8 ⁇ m.
  • the wall thickness is equal to or greater than the inner diameter of the pipe.
  • the wall thickness corresponds to at least 1.1 times the inner diameter, at least 1.5 times the inner diameter or at least 2.0 times the inner diameter.
  • the wall thickness is up to 2.5 times the inside diameter, up to 3.0 times the inside diameter, or up to 5 times the inside diameter.
  • the inside diameter of the tube is 5 mm or less, 4 mm or less, or 3 mm or less.
  • the inner diameter of the tube is at least 1 mm or at least 2 mm or at least 3 mm.
  • the outside diameter and/or the inside diameter has a tolerance of +/-0.15 mm. In some embodiments of the tube proposed here, the outside diameter and/or the inside diameter has a tolerance of +/- 0.10 mm, and in some embodiments of the tube proposed here, the outside diameter and/or the inside diameter has a tolerance of +/- 0, 05mm up.
  • the pipe proposed here achieves a strength of 500 bar or more in relation to a pressurized fluid in its interior, depending on the wall thickness and the inner diameter. In some embodiments, the tube achieves a resistance to a pressurized fluid inside it of 600 bar or more.
  • the axial length of the tube proposed here is 12 m or more. In some embodiments, the axial length is at least 20 m, at least 50 m, at least 75 m or even at least 100 m.
  • the maximum axial length of the tube proposed here is determined in particular by the maximum achievable length of the shell. In some embodiments, the maximum axial length is up to 150 m, up to 200 m or even up to 250 m.
  • the tensile strength Rm of the pipe proposed here is at least 850 N/mm 2 .
  • the tensile strength Rm is at least 900 N/mm 2 , at least 950 N/mm 2 or even at least 1000 N/mm 2 .
  • the tensile strength is calculated from the results of a tensile test in which a tensile force is applied to the finished pipe in the longitudinal direction until a crack occurs in the pipe.
  • the tensile strength is given as the maximum tensile force achieved during the tensile test, based on the original cross-section of the wall of the pipe.
  • the mean roughness value Ra of the inner wall surface is 0.8 ⁇ m or less in the case of the pipe proposed here. In some embodiments, the mean roughness value Ra of the inner wall surface is 0.75 ⁇ m or less, 0.7 ⁇ m or less or even only 0.65 ⁇ m or less.
  • the average roughness value indicates the average distance of a measuring point on the inner wall surface of the pipe to the center line.
  • the center line intersects the real profile within the reference section in such a way that the sum of the profile deviations in a plane parallel to the center line is distributed over the length of the measurement section.
  • the mean roughness value therefore corresponds to the arithmetic mean of the absolute deviation from the center line.
  • the elongation at break A is 12% or more. This is a value that is typically not achieved with conventional drawing processes in the pipe length range and pressure tolerance range that is relevant here. In some embodiments of the pipe proposed here, the elongation at break A is at least 13%, at least 14%, at least 15% or even at least 20%.
  • the elongation at break indicates the permanent elongation of the pipe after a break in a tensile test in the longitudinal direction, based on an initial gauge length of the pipe before the tensile test.
  • the elongation at break is therefore the permanent change in length after the break has taken place, based on the initial gauge length of a specimen in the tensile test.
  • the elongation at break characterizes the deformability (or ductility) of the pipe.
  • the tube is processed by the end customer, i.e. in particular bent.
  • Such bending reduces the elongation at break A significantly. It is therefore necessary for the tube to have a high elongation at break with previously defined lower limits after pilger rolling, so that the tube still has sufficient elongation at break after the final bending.
  • the elastic limit or yield point (Rp 0.2) is 750 N/mm 2 or more. In some embodiments, the elastic limit is at least 800 N/mm 2 , at least 850 N/mm 2 or even at least 900 N/mm 2 .
  • the elastic limit of the tube is defined as the level of mechanical stress below which the material is elastic, ie it returns to its original shape when the load is removed (non-permanent/reversible deformation). When the elastic limit is exceeded, irreversible stretching or compression or plastic deformation occurs.
  • the tube proposed here is made of metal.
  • the tube is made of steel, and in some embodiments the material of which the tube is made is alloyed or unalloyed stainless steel ( ⁇ 0.04 wt% sulfur, ⁇ 0.04 wt% Phosphorus).
  • the tube is made of a duplex steel (two-phase structure of ferrite (a-iron) matrix with islands of austenite), a duplex stainless steel, an austenitic steel (face-centered cubic crystal structure), or an austenitic stainless steel.
  • the tube consists of a nickel-containing steel or stainless steel alloy with a nickel content in the range from 1 to 25% by weight or in the range from 2 to 15% by weight, optionally with an additional proportion of other alloying elements, which are not limited thereto can be selected from iron, chromium, molybdenum, nickel, copper, manganese, silicon, carbon, tungsten, aluminum, vanadium, titanium, niobium and combinations thereof.
  • the tube is made of an austenitic stainless steel designated 316L or UNS S31603. In some embodiments, this austenitic stainless steel has in % by weight
  • Ni in a range from 10.00 to 14.00
  • this austenitic stainless steel consists of in % by weight
  • Ni in a range from 10.00 to 14.00
  • the tube is made of an austenitic stainless steel with the designation 21-6-9 according to UNS S21900. In some embodiments, this austenitic stainless steel has in % by weight
  • Ni in a range from 5.50 to 7.50
  • N in a range of 0.15 to 0.40 and balance Fe and unavoidable impurities.
  • this austenitic stainless steel consists of in % by weight
  • Ni in a range from 5.50 to 7.50
  • N in a range of 0.15 to 0.40 and balance Fe and unavoidable impurities.
  • the 21-6-9 stainless steel has or consists of the above composition with C up to 0.040 (wt %). Both 316L and 21-6-9 are particularly suitable for carrying hydrogen.
  • the tube is coiled into a coil.
  • Also disclosed herein is a method of making a tube suitable for high pressure applications in an embodiment as previously described.
  • a method for producing a tube in one of the embodiments described above is proposed, which has the following steps:
  • ⁇ providing a shell, the shell having an outer wall surface, an inner wall surface, an outer diameter, an inner diameter, a wall thickness given by half a difference between the outer diameter and the inner diameter, and an axial length,
  • a tube is produced which has the features specified above for the tube described there, the wall thickness of the tube being at least as great as its inside diameter, the axial length of the tube being at least 12 m, the tensile strength of the tube being Rm is at least 850 N/mm 2 and the mean roughness value Ra of the inner wall surface is at most 0.8 pm.
  • the shell is provided by hot extrusion.
  • the billet undergoes a first reduction in wall thickness and a first reduction in the outer diameter in the first forming step
  • the tubular intermediate product undergoes a second reduction in wall thickness and a second reduction in the outer diameter in the second forming step
  • the first reduction of the wall thickness is greater than the second reduction in wall thickness and the first reduction in outside diameter is greater than the second reduction in outside diameter.
  • the first reduction in wall thickness is greater than the second reduction in wall thickness by at least 5%, at least 10%, or at least 15%.
  • the first reduction in wall thickness is greater than the second reduction in wall thickness by up to 20%, up to 25%, or even up to 30%.
  • the first reduction in outer diameter is at least 5%, at least 10%, or at least 15% greater than the second reduction in outer diameter. In some embodiments, the first reduction in outer diameter is greater than the second reduction in outer diameter by up to 20%, up to 25%, or even up to 30%.
  • the billet has an axial length of 12m or less, 10m or less, or 8m or less and the tube obtained from the billet by the method has an axial length of 12m or more, 20m or more, or 50m or more.
  • the tube obtained by the method has a length in the range described above for the tube disclosed with the present disclosure.
  • the tube is coiled after the second forming step. In some embodiments where the tube is coiled, the tube is not annealed after the second forming step and prior to coiling.
  • the cold forming is cold drawing.
  • the first forming step is a first drawing step and the second forming step is a second drawing step.
  • the cold forming is cold pilger rolling.
  • the first forming step is a first cold pilger rolling step and the second forming step is a second cold pilger rolling step.
  • FIG. 1 is a schematic flow diagram of a method according to the present disclosure for manufacturing a tube.
  • a tube is produced using a method with five method steps 1 to 5.
  • step 1 a shell with a length of 10 m and dimensions of 70 mm x 8 mm (outer diameter x wall thickness) is provided.
  • This shell runs into a cold pilger rolling mill and is reduced to dimensions of 33 mm ⁇ 4 mm in a first cold pilger rolling step 2 by cold pilger rolling.
  • the tubular intermediate product obtained by the first cold pilger rolling 2 is annealed in step 3.
  • a second cold pilger rolling step 4 the tubular intermediate product is reduced to the tube with dimensions of 14 mm ⁇ 3 mm by cold pilger rolling.
  • the outgoing tube has a length of about 120 m.
  • the first cold pilgering step can be regarded as coarse pilgering and the second cold pilgering step as fine pilgering. Overall, the reduction in cross-section from the shell to the finished tube is greater than 90%, while the reduction in the first cold pilgering step is 75% and the second cold pilgering step is 65%.
  • the finished tube emerging from the second cold pilger rolling step 4 is coiled.
  • the finished pipe has a tensile strength Rn of 671 MPa, an elastic limit of 495 MPa, an elongation at break A of 15.9% and a mean roughness value Ra of the inner wall surface of 0.5 ⁇ m.

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Abstract

Um ein Rohr mit einer Länge von über 10 m bereitzustellen, dass für Hochdruckanwendungen mit einem Innendruck von 2 bar oder mehr geeignet ist und dass nicht mit den Nachteilen behaftet ist, die Rohre aufweisen, die mit herkömmlichen Zieh- oder Kaltpilgerwalzverfahren hergestellt wurden, wird ein Rohr vorgeschlagen, bei dem die Wanddicke gleich dem Innendurchmesser oder größer ist, die axiale Länge 12 m oder mehr beträgt, die Zugfestigkeit Rm 850 N/mm2 oder mehr beträgt und der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche 0,8 µm oder weniger beträgt. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Rohres vorgeschlagen, bei dem eine Luppe in einem ersten Umformschritt nach dem Kaltumformverfahren zu einem rohrförmigen Zwischenprodukt umgeformt wird, das so erhaltene rohrförmige Zwischenprodukt geglüht wird und das geglühte rohrförmige Zwischenprodukt in einem zweiten Umformschritt nach dem Kaltumformverfahren zu einem Rohr umgeformt wird.

Description

Hochdruckrohr und Verfahren zu dessen Herstellung
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Rohr zum Führen eines Fluides, wobei das Rohr eine Wanddicke aufweist, die mindestens so groß ist wie der Innendurchmesser des Rohres und wobei die Länge des Rohres wenigstens 12 m beträgt. Des Weiteren wird ein Verfahren beschrieben, nach dem ein Rohr der vorgenannten Art erhältlich ist.
HINTERGRUND DER OFFENBARUNG
Für Anlagen, bei denen Gase oder Flüssigkeiten mit hohem Druck durch Leitungen geführt werden müssen, benötigt man Rohre, die den besonderen Druckanforderungen standhaften können. Beispielsweise werden ab einem Arbeitsdruck von über 2 bar oft Rohre aus Metall eingesetzt, bei denen die Dicke der Rohrwand mindestens so groß ist wie der Innendurchmesser des Rohres. Die Herstellung solcher für Hochdruckanwendungen geeigneter Rohre steift insbesondere dann eine große Herausforderung dar, wenn besonders lange Rohre, beispielsweise mit einer Länge von über 10 m oder gar über 100 m, gewünscht sind.
Grundsätzlich könnten solche langen Hochdruckrohre durch Ziehen hergesteift werden. Allerdings weisen die nach diesem Verfahren hergestellten Rohre oft eine zu geringe Bruchdehnung auf, was mit starken Einschränkungen bei der weiteren Verarbeitung und Anwendung verbunden ist. Außerdem ist die Rauigkeit der inneren Oberflächen von langen, gezogenen Hochdruckrohren oft zu groß.
Insbesondere für den Transport zum Kunden aber auch für die Verarbeitbarkeit bei der Installation eines Hochdruckrohres in der Anlage ist eine hohe Bruchdehnung wünschenswert. Dies ermöglicht beispielsweise die Auslieferung „im Ring“, bei dem das Hochdruckrohr aus Gründen der Platzersparnis schraubenförmig gewunden vorliegt.
Ein alternatives Herstellungsverfahren für Hochdruckrohre ist das Kaltpilgerwalzen, bei dem ein hohlzylindrischer Rohling (Luppe) im erkalteten Zustand durch Druckspannungen kalt reduziert wird. Hierfür wird die Luppe beim Walzen über einen Walzdorn geschoben und dabei von außen von zwei Walzen umfasst und von diesen in Längsrichtung über den Walzdorn ausgewalzt. Das Kaltpilgerwalzverfahren hat den Vorteil, dass hierdurch Rohre erzeugt werden können, die höhere Bruchdehnungswerte als gezogene Rohre erreichen können. Dies geht allerdings häufig auf Kosten der Zugfestigkeit des Rohres, insbesondere dann, wenn Rohre produziert werden sollen, die deutlich länger als 10 m sind.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem Rohr mit einer Länge von über 10 m, das für Hochdruckanwendungen geeignet ist und das nicht mit den Nachteilen behaftet ist, die solche Rohre typischerweise aufweisen, die mit herkömmlichen Zieh- oder Kaltpilgerwalzverfahren hergestellt wurden.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Es wird daher gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Rohr zum Führen eines Fluides vorgeschlagen, das eine Außenwandfläche, eine Innenwandfläche, einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser, eine durch eine Hälfte einer Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser gegebene Wanddicke und eine axiale Länge aufweist,
■ wobei die Wanddicke gleich dem Innendurchmesser oder größer ist,
■ wobei die axiale Länge 12 m oder mehr beträgt,
■ wobei die Zugfestigkeit Rm 850 N/mm2 oder mehr beträgt und
■ wobei der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche 0,8 pm oder weniger beträgt.
Das hierin vorgeschlagene Rohr ist aufgrund seiner großen Wanddicke, die mindestens so groß wie der Innendurchmesser des Rohres ist, für Hochdruckanwendungen sehr gut geeignet. Die Zugfestigkeit liegt mit einem Wert von Rm 850 N/mm2 in einem Bereich, der üblicherweise nur mit gezogenen Rohren erreicht werden kann. Das hier vorgeschlagene Rohr ist jedoch nicht mit dem Nachteil einer zu großen Rauigkeit der Innenwandfläche des Rohres verbunden. Vielmehr liegt der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche bei dem hier vorgeschlagenen Rohr bei max. 0,8 pm.
Bei dem hier vorgeschlagenen Rohr ist die Wanddicke gleich dem Innendurchmesser des Rohres oder größer. Bei manchen Ausführungsformen entspricht die Wanddicke mindestens dem 1 ,1-fachen des Innendurchmessers, mindestens dem 1 ,5-fachen des Innendurchmessers oder mindestens dem 2,0-fachen des Innendurchmessers. Bei manchen Ausführungsformen beträgt die Wanddicke dem bis zu 2,5-fachen des Innendurchmessers, dem bis zu 3,0-fachen des Innendurchmessers oder dem bis zu 5-fachen des Innendurchmessers. Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt der Innendurchmesser des Rohres 5 mm oder weniger, 4 mm oder weniger oder 3 mm oder weniger. Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt der Innendurchmesser des Rohres wenigstens 1 mm oder wenigstens 2 mm oder wenigstens 3 mm.
Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres weist der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser eine Toleranz von +/- 0,15 mm auf. Bei manchen Ausführungsformen des hiervorgeschlagenen Rohres weist der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser eine Toleranz von +/- 0,10 mm auf, und bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres weist der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser eine Toleranz von +/- 0,05 mm auf.
Das hier vorgeschlagene Rohr erreicht in manchen Ausführungsformen in Abhängigkeit von der Wanddicke und des Innendurchmessers eine Festigkeit gegenüber einem mit Druck beaufschlagten Fluid in seinem Inneren von 500 bar oder mehr. In manchen Ausführungsformen erreicht das Rohr eine Festigkeit gegenüber einem mit Druck beaufschlagten Fluid in seinem Inneren von 600 bar oder mehr.
Die axiale Länge des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt 12 m oder mehr. Bei manchen Ausführungsformen beträgt die axiale Länge wenigstens 20 m, wenigstens 50 m, wenigstens 75 m oder gar wenigstens 100 m. Die maximale axiale Länge des hier vorgeschlagenen Rohres wird insbesondere von der maximal realisierbaren Länge der Luppe bestimmt. Bei manchen Ausführungsformen beträgt die maximale axiale Länge bis zu bis zu 150 m, bis zu 200 m oder gar bis zu 250 m.
Die Zugfestigkeit Rm des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt wenigstens 850 N/mm2. Bei manchen Ausführungsformen beträgt die Zugfestigkeit Rm wenigstens 900 N/mm2, wenigstens 950 N/mm2 oder gar wenigstens 1000 N/mm2. Dabei ist die Zugfestigkeit aus den Ergebnissen eines Zugversuchs berechnet, bei dem das fertige Rohr in Längsrichtung mit einer Zugkraft beaufschlagt wird, bis in dem Rohr ein Riss auftritt. Die Zugfestigkeit ist als bei dem Zugversuch maximal erreichte Zugkraft bezogen auf den ursprünglichen Querschnitt der Wand des Rohrs angegeben.
Der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche beträgt bei dem hier vorgeschlagenen Rohr 0,8 pm oder weniger. Bei manchen Ausführungsformen beträgt der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche 0,75 pm oder weniger, 0,7 pm oder weniger oder gar nur 0,65 pm oder weniger. Der Mittenrauwert gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes auf der Innenwandfläche des Rohrs zur Mittellinie an. Die Mittellinie schneidet innerhalb der Bezugsstrecke das wirkliche Profil so, dass die Summe der Profilabweichungen in einer parallelen Ebene zur Mittellinie auf die Länge der Messstrecke verteilt wird. Der Mittenrauwert entspricht also dem arithmetischen Mittel der betragsmäßigen Abweichung von der Mittellinie.
Bei manchen Ausführungsformen des hier offenbarten Rohres beträgt die Bruchdehnung A 12% oder mehr. Dies ist ein Wert, der mit herkömmlichen Ziehverfahren in den hier maßgeblichen Rohrlängenbereich und Drucktoleranzbereich typischerweise nicht erreicht wird. Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt die Bruchdehnung A wenigstens 13%, wenigstens 14%, wenigstens 15 % oder gar wenigstens 20%.
Die Bruchdehnung gibt die bleibende Verlängerung des Rohres nach einem Bruch bei einem Zugversuch in Längsrichtung, bezogen auf eine Anfangsmesslänge des Rohres vor dem Zugversuch, an. Die Bruchdehnung ist somit die auf die Anfangsmesslänge einer Probe im Zugversuch bezogene bleibende Längenänderung nach erfolgtem Bruch. Die Bruchdehnung charakterisiert die Verformungsfähigkeit (bzw. Duktilität) des Rohres.
In möglichen Anwendungen des erfindungsgemäßen Rohrs wird das Rohr beim Endkunden verarbeitet, d.h. insbesondere gebogen. Ein solches Biegen verringert die Bruchdehnung A erheblich. Daher ist es erforderlich, dass das Rohr nach dem Pilgerwalzen eine hohe Bruchdehnung mit zuvor definierten Untergrenzen aufweist, so dass Rohr nach dem abschließenden Biegen noch immer eine hinreichende Bruchdehnung zeigt.
Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt die Elastizitätsgrenze oder Dehngrenze (Rp 0,2) 750 N/mm2 oder mehr. Bei einigen Ausführungsformen liegt die Elastizitätsgrenze bei wenigstens 800 N/mm2, wenigstens 850 N/mm2 oder gar wenigstens 900 N/mm2.
Als Elastizitätsgrenze des Rohres bezeichnet man die Größe der mechanischen Spannung, unterhalb der das Material elastisch ist, d. h., es nimmt wieder die ursprüngliche Form ein, wenn die Belastung entfernt wird (nicht-bleibende/reversible Verformung). Beim Überschreiten der Elastizitätsgrenze tritt eine irreversible Dehnung oder Stauchung bzw. eine plastische Verformung auf. Bei manchen Ausführungsformen besteht das hier vorgeschlagene Rohr aus Metall. Bei manchen Ausführungsformen besteht das Rohr aus Stahl, und bei manchen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Material, aus dem das Rohr besteht, um legierten oder unlegierten Edelstahl (< 0,04 Gew.-% Schwefel, < 0,04 Gew.-% Phosphor).
Bei manchen Ausführungsformen besteht das Rohr aus einem Duplexstahl (zweiphasiges Gefüge aus Ferrit-(a-Eisen-)Matrix mit Inseln aus Austenit), einem Duplexedelstahl, einem aus- tenitischen Stahl (kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur) oder einem austenitischen Edelstahl. Bei manchen Ausführungsformen besteht das Rohr aus einer Nickel enthaltenden Stahloder Edelstahllegierung mit einem Nickelanteil im Bereich von 1 bis 25 Gew.-% oder im Bereich von 2 bis 15 Gew.-%, optional mit einem zusätzlichen Anteil an weiteren Legierungselementen, die ohne Einschränkung hierauf ausgewählt sein können unter Eisen, Chrom, Molybdän, Nickel, Kupfer, Mangan, Silizium, Kohlenstoff, Wolfram, Aluminium, Vanadium, Titan, Niob und Kombinationen hiervon.
Bei manchen Ausführungsformen besteht das Rohr aus einem austenitischen Edelstahl mit der Bezeichnung 316L oder UNS S31603. Bei manchen Ausführungsformen weist dieser aus- tenitische Edelstahl auf in Gew.-%
C bis zu 0,040,
Mn bis zu 2,00,
Si bis zu 1 ,00,
Cr in einem Bereich von 16,00 bis 19,00,
Ni in einem Bereich von 10,00 bis 14,00,
Mo in einem Bereich von 2,00 bis 3,00,
Cu bis zu 0,80,
P bis zu 0,050,
S bis zu 0,030,
N bis zu 0,20 und mit einem Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
In manchen Ausführungsformen besteht dieser austenitische Edelstahl aus in Gew.-%
C bis zu 0,040,
Mn bis zu 2,00,
Si bis zu 1 ,00,
Cr in einem Bereich von 16,00 bis 19,00,
Ni in einem Bereich von 10,00 bis 14,00,
Mo in einem Bereich von 2,00 bis 3,00, Cu bis zu 0,80,
P bis zu 0,050,
S bis zu 0,030,
N bis zu 0,20 und mit einem Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
Bei manchen Ausführungsformen besteht das Rohr aus einem austenitischen Edelstahl mit der Bezeichnung 21-6-9 gemäß UNS S21900. Bei manchen Ausführungsformen weist dieser austenitische Edelstahl auf in Gew.-%
C bis zu 0,080,
Si bis zu 1 ,00,
Mn in einem Bereich von 8,00 bis 10,00,
P bis zu 0,030,
S bis zu 0,030,
Cr in einem Bereich von 19,00 bis 21 ,50,
Ni in einem Bereich von 5,50 bis 7,50,
Mo bis zu 0,75,
Cu bis zu 0,75,
N in einem Bereich von 0,15 bis 0,40 und mit einem Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
Bei manchen Ausführungsformen besteht dieser austenitische Edelstahl aus in Gew.-%
C bis zu 0,080,
Si bis zu 1 ,00,
Mn in einem Bereich von 8,00 bis 10,00,
P bis zu 0,030,
S bis zu 0,030,
Cr in einem Bereich von 19,00 bis 21 ,50,
Ni in einem Bereich von 5,50 bis 7,50,
Mo bis zu 0,75,
Cu bis zu 0,75,
N in einem Bereich von 0,15 bis 0,40 und mit einem Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
Bei manchen Ausführungsformen weist der 21-6-9 Edelstahl die zuvor genannte Zusammensetzung auf oder besteht aus dieser mit C bis zu 0,040 (in Gew.-%). Sowohl 316L als 21-6-9 eignen sich in besonderer Weise zum Führen von Wasserstoff.
Bei manchen Ausführungsformen ist das Rohr zu einem Coil aufgecoilt.
Offenbart wird hier auch ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres, das für Hochdruckanwendungen geeignet ist, in einer Ausführungsform, so wie sie zuvor beschrieben wurden. Insbesondere wird ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen, dass die folgenden Schritte aufweist:
■ Bereitstellen einer Luppe, wobei die Luppe eine Außenwandfläche, eine Innenwandfläche, einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser, eine durch eine Hälfte einer Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser gegebene Wanddicke und eine axiale Länge aufweist,
■ Kaltumformen der Luppe zu einem rohrförmigen Zwischenprodukt in einem ersten Umformschritt,
■ Glühen des rohrförmigen Zwischenprodukts,
Kaltumformen des rohrförmigen Zwischenprodukts zu dem Rohr in einem zweiten Umformschritt.
Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird ein Rohr hergestellt, das die oben für das dort beschriebene Rohr angegebenen Merkmale aufweist, wobei die Wanddicke des Rohres wenigstens so groß wie dessen Innendurchmesser ist, die axiale Länge des Rohres wenigstens 12 m beträgt, die Zugfestigkeit des Rohres Rm wenigstens 850 N/mm2 beträgt und der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche höchstens 0,8 pm beträgt.
Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt das Bereitstellen der Luppe durch Heißextrudieren.
Bei manchen Ausführungsformen des Verfahrens erfährt die Luppe in dem ersten Umformschritt eine erste Reduzierung der Wanddicke und eine erste Reduzierung des Außendurchmessers, und das rohrförmige Zwischenprodukt erfährt in dem zweiten Umformschritt eine zweite Reduzierung der Wanddicke und eine zweite Reduzierung des Außendurchmessers, wobei die erste Reduzierung der Wanddicke größer ist als die zweite Reduzierung der Wanddicke und die erste Reduzierung des Außendurchmessers größer ist als die zweite Reduzierung des Außendurchmessers. Bei manchen Ausführungsformen ist die erste Reduzierung der Wanddicke um wenigstens 5%, wenigstens 10% oder wenigstens 15% größer als die zweite Reduzierung der Wanddicke. Bei manchen Ausführungsformen ist die erste Reduzierung der Wanddicke um bis zu 20%, bis zu 25% oder gar bis zu 30% größer als die zweite Reduzierung der Wanddicke.
Bei manchen Ausführungsformen ist die erste Reduzierung des Außendurchmessers wenigstens 5%, wenigstens 10% oder wenigstens 15% größer als die zweite Reduzierung des Außendurchmessers. Bei manchen Ausführungsformen ist die erste Reduzierung des Außendurchmessers um bis zu 20%, bis zu 25% oder gar bis zu 30% größer als die zweite Reduzierung des Außendurchmessers.
Bei manchen Ausführungsformen weist die Luppe eine axiale Länge von 12 m oder weniger, 10 m oder weniger oder 8 m oder weniger auf, und das aus der Lupe nach dem Verfahren erhaltene Rohr eine axiale Länge von 12 m oder mehr, 20 m oder mehr oder 50 m oder mehr.
Bei manchen Ausführungsformen weist das nach dem Verfahren erhaltene Rohr eine Länge in dem Bereich auf, wie es weiter oben für das mit der vorliegenden Offenbarung offenbarte Rohr beschrieben ist.
Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Verfahrens wird das Rohr nach dem zweiten Umformschritt aufgecoilt. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen das Rohr aufgecoilt wird, wird das Rohr nach dem zweiten Umformschritt und vor dem Aufcoilen nicht geglüht.
Bei manchen Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens ist das Kaltumformen ein Kaltziehen. Beim Kaltziehen ist der erste Umformschritt ein erster Ziehschritt und der zweite Umformschritt ein zweiter Ziehschritt.
Bei manchen Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens ist das Kaltumformen ein Kaltpilgerwalzen. Beim Kaltpilgerwalzen ist der erste Umformschritt ein erster Kaltpilgerwalzschritt und der zweite Umformschritt ein zweiter Kaltpilgerwalzschritt.
Soweit in der obigen Beschreibung oder in den nachfolgenden Ansprüchen entweder auf das hier vorgeschlagene Rohr oder das hier vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines Roh- res Bezug genommen wird, sind die jeweils genannten Merkmale sowohl für das hier vorgeschlagene Rohr als auch für das hier vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines Rohres offenbart.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUR
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungen der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen und der beigefügten Figur deutlich. Die vorherhergehende sowie die folgende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen ist besser verständlich, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Die dargestellten Ausführungsformen sind nicht auf die exakte Anordnung beschränkt.
Figur 1 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Herstellen eines Rohres.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In dem gezeigten Beispiel wird ein Rohr mit einem Verfahren mit fünf Verfahrensschritten 1 bis 5 hergestellt. In Schritt 1 wird eine Luppe mit einer Länge von 10 m und einer Abmessung von 70 mm x 8 mm (Außendurchmesser x Wandstärke) bereitgestellt. Diese Luppe läuft in eine Kaltpilgerwalzanlage ein und wird in einem ersten Kaltpilgerwalzschritt 2 durch Kaltpilgerwalzen auf Abmessungen von 33 mm x 4 mm reduziert. Das durch das erste Kaltpilgerwalzen 2 erhaltene rohrförmige Zwischenprodukt wird in Schritt 3 geglüht.
In einem zweiten Kaltpilgerwalzschritt 4 wird das rohrförmige Zwischenprodukt zu dem Rohr mit Abmessungen von 14 mm x 3 mm durch Kaltpilgerwalzen reduziert. Das auslaufende Rohr hat nach den beiden Pilgerschritten 2, 4 eine Länge von etwa 120 m.
Man kann den ersten Kaltpilgerwalzschritt als Grobpilgern betrachten und den zweiten Kaltpilgerwalzschritt als Feinpilgern. Insgesamt ist die Querschnittsreduktion von der Luppe zum fertigen Rohr größer als 90% während im ersten Kaltpilgerwalzschritt 75% und im zweiten Kaltpilgerwalzschritt 65% reduziert wird. In einem finalen Schritt 5 wird das fertige aus dem zweiten Kaltpilgerwalzschritt 4 auslaufende Rohr aufgecoilt. Das fertige Rohr hat in dem hier gezeigten Beispiel eine Zugfestigkeit Rn von 671 MPa, eine Elastizitätsgrenze von 495 MPa, eine Bruchdehnung A von 15,9% sowie einen Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche von 0,5 pm.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort "aufweisen" nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel "eine“ oder "ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Rohr zum Führen eines Fluides, wobei das Rohr eine Außenwandfläche, eine Innenwandfläche, einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser, eine durch eine Hälfte einer Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser gegebene Wanddicke und eine axiale Länge aufweist, wobei die Wanddicke gleich dem Innendurchmesser oder größer ist, wobei die axiale Länge 12 m oder mehr beträgt, wobei die Zugfestigkeit Rm 850 N/mm2 oder mehr beträgt und wobei der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche 0,8 pm oder weniger beträgt.
2. Rohr nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Elastizitätsgrenze (Rp0,2) 750 N/mm2 oder mehr beträgt.
3. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rohr aus einem Edelstahl hergestellt ist.
4. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die axiale Länge 100 m oder mehr beträgt.
5. Rohr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rohr zu einem Coil auf- gecoilt ist.
6. Verfahren zum Herstellen eines Rohrs nach einem der vorgehenden Ansprüche mit den Schritten
Bereitstellen einer Luppe, wobei die Luppe eine Außenwandfläche, eine Innenwandfläche, einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser, eine durch eine Hälfte einer Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser gegebene Wanddicke und eine axiale Länge aufweist,
Kaltumformen der Luppe zu einem rohrförmigen Zwischenprodukt in einem ersten Umformschritt,
Glühen des rohrförmigen Zwischenprodukts und
Kaltumformen des rohrförmigen Zwischenprodukts zu dem Rohr in einem zweiten Umformschritt.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Luppe in dem ersten Umformschritt eine erste Reduzierung der Wanddicke und eine erste Reduzierung des Außendurchmessers erfährt und das rohrförmige Zwischenprodukt in dem zweiten Umformschritt eine zweite Reduzierung der Wanddicke und eine zweite Reduzierung des Außendurchmessers erfährt, wobei die erste Reduzierung der Wanddicke größer ist als die zweite Reduzierung der Wanddicke und die erste Reduzierung des Außendurchmessers größer ist als die zweite Reduzierung des Außendurchmessers.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Luppe eine axiale Länge von 12 m oder weniger aufweist und das Rohr eine axiale Länge von 12 m oder mehr aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Rohr nach dem zweiten Umformschritt aufgecoilt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Rohr nach dem zweiten Umformschritt und vor dem Aufcoilen nicht geglüht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei das Kaltumformen ein Kaltziehen oder ein Kaltpilgerwalzen ist.
12. Verwendung eine Rohrs nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Führen eines Fluids mit einem Druck von 800 bar oder mehr.
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