WO2015022294A1 - Verfahren zur herstellung eines vergüteten nahtlos warmgefertigten stahlrohres - Google Patents

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WO2015022294A1
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tempering
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Christof DELHAES
Heiko Hansen
Rolf Kümmerling
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Vallourec Deutschland Gmbh
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B23/00—Tube-rolling not restricted to methods provided for in only one of groups B21B17/00, B21B19/00, B21B21/00, e.g. combined processes planetary tube rolling, auxiliary arrangements, e.g. lubricating, special tube blanks, continuous casting combined with tube rolling

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a quenched, seamless
  • hot-rolled steel tube in which a hollow block heated to forming temperature is rolled into a tube with a finished diameter after rolling in a rolling mill and subsequently tempered, and during the annealing with corresponding
  • Keywords are the Kontiwalzmaschinen, the Stoßbankbacter, the
  • the continuous and plug rolling process is used, for the size range up to 26 "the vocational stepping method is used.
  • the continuous and stopper rolling process are less suitable, while the pilgering process does not cause problems the wall thickness has, but is slower in the production cycle.
  • the tube expands when heated and a subsequent obstruction of shrinkage, inter alia, in the structural transformation during the quenching process can also affect the diameter of the finished tube.
  • Diameter is not always the same, because this is a compromise between manufacturing capabilities and product specifications.
  • Diameter is not always the same, because this is a compromise between manufacturing capabilities and product specifications.
  • the simplest and most common method of dealing with this problem, in particular for diameters equal to or greater than 5 1/2 ", is to reduce the diameter at tempering temperature with the aid of a sizing mill, for example from JP 57155325 A or JP 2006307245 A.
  • a sizing mill usually has three frameworks in which the required finished diameters are produced after tempering the tubes.
  • the object of the invention is a production method for tempered seamless
  • a method for producing a quenched, seamless hot-rolled steel tube in which a warmed to forming temperature hollow block is rolled into a tube with a finished diameter after rolling in a rolling mill and subsequently annealed and during the annealing with appropriate compensation parameters of the diameter the tube increases, thereby improving that is set with knowledge of the diameter growth of the tube during annealing the finished diameter of the tube to be tempered after rolling in the mill.
  • the innovative approach of the invention is that the knowledge of the influence of the compensation parameters on the diameter changes of the tube by tempering for different material grades and dimensions
  • Diameter, wall thickness is used to determine the finished diameter for the rolling mill.
  • the compensation parameters are set in such a way that a pipe having a target diameter which corresponds to a finished diameter after tempering within a predetermined tolerance range is produced.
  • the parameters which have an influence on the cooling rate of the tube heated to austenitizing temperature are to be understood as the tempering parameters.
  • the quenching of the heated tube is carried out according to the invention by means of a
  • Cooling speed and thus can be taken to the diameter change. Also essential is the measurement and control of influencing Cooling parameter. These growth rates depend, on the one hand, on the specific design of the quenching unit (for example annular shower or annular gap shower), on the product parameters of material, diameter / wall thickness ratio and on the other of the parameters of the quenching process (with and without internal cooling),
  • a further simplification of the production process is achieved in that the finished diameter is achieved after tempering without the aid of mills.
  • the proposed method has the advantage that can be dispensed with the method after the tempering of the pipe with this method, so that on the one hand significantly reduces the cost and on the other hand, the investment for the expensive sizing mill and the associated costs of maintenance and energy can be avoided.
  • cheaper materials cheaper
  • Used input materials and lower tempering furnace temperatures can be achieved with correspondingly lower energy consumption.
  • a higher tempering temperature is necessary for the sizing, because the tube must be plastically deformed and the elastic spring back is to be kept small.
  • a so-called “richer” starting material with a higher content of alloy constituents must again be used than is necessary.
  • the setting of the target diameter after annealing is done as before. However, this is not achieved by a sizing after tempering but by a combination of finished diameter of the rolling mill after rolling and a targeted set diameter growth during annealing.
  • a particular simplification of the manufacturing process can be achieved in that, knowing the diameter growth of the tube when tempering a group of tube types with the same nominal diameter but different wall thicknesses, material grades or specifications is determined for the set a uniform finished diameter of the pipe to be tempered after rolling becomes.
  • different types of tubes can be rolled with a uniform finished diameter of the pipe to be tempered after rolling, although these types of tubes have different target diameter after tempering.
  • At least can by an appropriate Grouping of pipe types minimizes the number of finished diameters of the pipe to be tempered after rolling and thus minimizes the frequency of rolling mill refitting.
  • the compensation parameters are set in such a way that, starting from the uniform finish diameter, a tube with its target diameter is produced for each tube type in the group.
  • the finished diameter of the tube is measured after rolling and used as an input for tempering.
  • An advantageous development of the invention provides that the quenching consists of heating in an oven, subsequent continuous cooling in a cooling section and a tempering process, the compensation parameters are set based on the bandwidth previously determined relationships between diameter, pipe wall thickness, material grade, compensation parameters and diameter growth and that subsequently, based on the measured finished diameter of the currently rolled tube, the compensation parameters are finely adjusted with regard to the target diameter of the tube to be achieved after tempering. Especially advantageous and
  • This process is safe to manufacture if the tempering plants currently have the target diameter of the pipes to be coated measured in the pipe rolling mill and the specifications for the selected manipulated variables are finely adjusted due to the dependency of the diameter growth on the pipe material and the quenching parameters.
  • the target diameter of the tube is adjusted after tempering by changing the cooling rate in the cooling section.
  • the tube heated to austenitizing temperature and continuously transported via a roller table is usually quenched by means of stationary application of water to the final temperature to be reached.
  • the temperature of the cooling water, the intensity of the water cooling as quantity per unit of time, and the transport speed of the pipe via the roller table must be mentioned as significant factors influencing the height of the cooling rate. It has proved to be advantageous for the parameters of the quenching process, when in the external cooling on the tube to be cooled amount of water controlled between 50 and 300m 3 / h, the cooling water temperature below 40 ° C and the transport speed of the tube in the cooling section to values between 0 , 1 and 1 m / s.
  • the amount of cooling water should be between 50 and 250 m 3 / h.
  • the internal cooling is preferably realized via an insertable into the tube lance.
  • the heating for hardening or austenitizing can also take place in a furnace which has at least two zones over the length of the furnace and of which the first serves for heating and the second for temperature compensation in the pipe.
  • the heating be used for hardening
  • Temperature compensation takes place in the pipe in a second oven.
  • the heating for hardening or austenitizing takes place in a lifting beam furnace with three zones, the first zone for preheating, the second zone for heating and the third zone for temperaure compensation in the pipe and wherein the different zones in one or more ovens can be located.
  • the holding time should be at least 3 minutes at austenitizing temperature, the holding time commencing when the lowest temperature reached in the pipe reaches the value "pipe set temperature minus 20 ° C.” In this way, optimum starting conditions for homogeneous material properties of the pipe after the following Quenching process created.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the influencing factors on the target diameter after tempering
  • FIG. 2 shows the influence of the pipe diameter on growth with internal cooling
  • FIG. 3 shows the influence of the pipe diameter on growth without internal cooling
  • FIG. 4 shows the influence of the throughput speed on growth without internal cooling
  • FIG. 5 shows the influence of the throughput speed on growth with internal cooling.
  • FIG. 1 shows schematically how the inventive method is used to set for different target diameter to be achieved after tempering a uniform finished diameter for the rolling mill.
  • target diameter is meant a target size.
  • the finished diameter after the rolls or the finished diameter after tempering is understood as a certain actual size.
  • FIG. 1 shows diameter values or ranges of five exemplary tube types, which are qualitatively defined by the influencing factors wall thickness W, material quality G and specification S. Under material quality G are essentially the
  • Target diameter after tempering (see the places marked with "x” in Figure 1) These result from the specification S of the respective pipe type, since all dimensions and tolerances are recorded there .. Accordingly, the first and second or third and fourth pipe types with the same specification X or Y each have the same target diameter after tempering.
  • the minimum and maximum diameter growth in absolute values is now determined for each type of pipe and based on the target diameter after tempering applied in the sense of a diameter reduction.
  • the minimum diameter growth is recorded in the form of the white area with the legend "Minimum growth of the tube diameter during tempering" and results for this type of tube from the minimum required compensation parameters such as a minimum cooling rate to achieve the desired target structure during annealing the tempering parameter can be increased starting from the area "minimum growth of the tube diameter during tempering" with the minimum resulting diameter growth and correspondingly a larger diameter growth can be achieved.
  • This area of additional diameter growth is plotted as hatched area with the legend "area of influence of diameter growth". A comparison of the areas
  • the finished diameter of the rolling mill is now set to a value within the "allowed range for the diameter before tempering", preferably in the middle of the "allowed range for the diameter before annealing". All five tube types can now be rolled uniformly on this rolling mill and the end diameters differing from each other after tempering are achieved by a corresponding adjustment of the tempering parameters.
  • the "allowable diameter pre-tempering range” has sufficient bandwidth to accommodate any manufacturing tolerances, and for other groups of pipe types of the same nominal diameter, the The resulting “allowable diameter range before tempering" is very narrow or no corresponding area is found in the sense of a cut area, in which case the groups should be chosen differently or subgroups of pipe types for which a " permissible range for the diameter before annealing "with a sufficient bandwidth.
  • FIGS. 2 to 5 show by way of example the dependence of the diameter growth of the tube on the tempering parameters, in particular the cooling parameters.
  • the adapted quenching parameters in particular the pipe speed, the volume flow and with or without internal cooling, it is possible to achieve the same
  • Finished diameter of the rolling mill which is within predetermined tolerances of, for example +/- 0.5%, to achieve the desired target diameter after tempering depending on the tube type.
  • FIG. 2 shows how the growth of the diameter during tempering increases depending on the diameter size at a constant tube wall thickness for a material family A from the oil field tube area (OCTG).
  • the pipes were also quenched inside with a constant amount of water per time.
  • FIG. 3 shows the same dependency as in FIG. 2, but without additional
  • FIGS. 4 and 5 show how the selected flow rate influences the diameter growth of the tube for the nominal dimension 406.4 ⁇ 14.6 mm from material group B.
  • FIG. Again, the cooling conditions are kept constant outside. In the experiments according to Figure 4 was worked without additional internal cooling, in the experiments according to Figure 5 but with internal cooling.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines vergüteten, nahtlos warmgewalzten Stahlrohres, bei dem ein auf Umformtemperatur erwärmter Hohlblock zu einem Rohr mit einem Fertigdurchmesser nach dem Walzen in einem Walzwerk gewalzt und nachfolgend vergütet wird und während der Vergütung mit entsprechenden Vergütungsparametern der Durchmesser des Rohres anwächst. Um ein Herstellungsverfahren für vergütete nahtlos warmgefertigte Stahlrohre anzugeben, das unter Einhaltung der geometrischen Anforderungen an das vergütete Fertigrohr eine wirtschaftlichere Herstellung solcher Rohre ermöglicht, wird vorgeschlagen, dass unter Kenntnis des Durchmesserwachstums des Rohres beim Vergüten der Fertigdurchmesser des zu vergütenden Rohres nach dem Walzen in dem Walzwerk eingestellt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines vergüteten nahtlos warmgefertigten Stahlrohres
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines vergüteten, nahtlos
warmgewalzten Stahlrohres, bei dem ein auf Umformtemperatur erwärmter Hohlblock zu einem Rohr mit einem Fertigdurchmesser nach dem Walzen in einem Walzwerk gewalzt und nachfolgend vergütet wird und während der Vergütung mit entsprechenden
Vergütungsparametern der Durchmesser des Rohres anwächst.
Nach der Erfindung der Brüder Mannesmann, aus einem erwärmten Block ein
dickwandiges Hohlblockrohr zu erzeugen, hat es verschiedene Vorschläge gegeben, dieses Hohlblockrohr in gleicher Hitze in einer weiteren Warmarbeitsstufe zu strecken, auf das ein Reduzieren des Außendurchmessers auf den Fertigdurchmesser des
Walzwerks erfolgt.
Stichworte dazu sind das Kontiwalzverfahren, das Stoßbankverfahren, das
Stopfenwalzverfahren und das Pilgerschrittverfahren (Stahlrohr-Handbuch, 10.
Auflage, Vulkan-Verlag Essen 1986, III. Herstellverfahren).
Alle genannten Verfahren haben für verschiedene Abmessungsbereiche und Werkstoffe ihre Vorzüge, wobei es auch Überschneidungen gibt. Für den mittleren
Abmessungsbereich von 5" bis 18" kommen das Konti- und Stopfenwalzverfahren, für den Abmessungsbereich bis 26" das Pilgerschrittverfahren zum Einsatz. Bei dickerer Wand im Bereich von > 30 mm sind das Konti- und Stopfenwalzverfahren weniger geeignet, während das Pilgerschrittverfahren zwar keine Probleme mit der Wanddicke hat, aber im Fertigungstakt langsamer ist.
Insbesondere für den Einsatz von Rohren für die Erdöl- oder Erdgasindustrie ist beispielsweise aus der DE 3127373 A1 bekannt, die Rohre nach dem Reduzierwalzen auf Fertigdurchmesser einer Vergütungsbehandlung zu unterziehen, um die geforderten mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit und Dehnung zu erreichen. Die Vergütungsbehandlung selbst besteht bekanntermaßen aus einer Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur, Abschrecken und Anlassen.
Bekannt ist außerdem, dass im Zuge dieser Vergütungsbehandlung ein Kornwachstum im Gefüge des Stahls stattfindet, was zu einer Durchmesservergrößerung des Rohres führt und bezüglich des geforderten Fertigdurchmessers des Fertigrohrs nach dem Vergüten beachtet werden muss.
Desweiteren dehnt sich das Rohr bei der Erwärmung aus und eine anschließende Behinderung der Schrumpfung unter anderem bei der Gefügeumwandlung während des Abschreckvorgangs kann ebenfalls den Durchmesser des Fertigrohres beeinflussen.
Für Ölfeld- und Leitungsrohre werden durch Normen wie beispielsweise von der API (American Petroleum Institute) abhängig vom Verwendungszeck und Abmessung für das Fertigrohr Vorgaben bezüglich Durchmessertoleranzen, Durchmesserovalität,
Wanddickentoleranzen, Metergewicht, Driftbarkeit etc. gemacht.
Diese Vorgaben führen dazu, dass für die Fertigung der Zieldurchmesser des Rohres nach dem Walzen bei gleichem beispielsweise, durch eine Norm vorgegebenem
Durchmesser nicht immer gleich gewählt wird, da dieser aus einem Kompromiss zwischen Fertigungsmöglichkeiten und Produktspezifikationen besteht. Hinzu kommt, dass werkstoffabhängig bedingt durch die Korngrößenänderung und die
Schrumpfungsbehinderung beim Vergüten der Rohrdurchmesser mehr oder weniger wächst.
Die einfachste und gängigste Methode diesem Problem gerecht zu werden, insbesondere für Durchmesser von gleich oder größer 5 1/2", ist mit Hilfe eines Maßwalzwerkes ein leichtes Reduzieren des Durchmessers bei Anlasstemperatur vorzunehmen. Diese Vorgehensweise ist beispielsweise aus der JP 57155325 A oder der JP 2006307245 A bekannt. Ein solches Maßwalzwerk hat meist drei Gerüste, in denen die geforderten Fertigdurchmesser nach dem Vergüten der Rohre hergestellt werden.
Die Nachteile dieser Methode sind vielfältig. Neben den Investitions- und Betriebskosten für das Maßwalzwerk fallen höhere Energieverbräuche an, da für das Maßwalzen höhere Anlasstemperaturen benötigt werden, damit bei der gewünschten geringen
Durchmesserreduktion im Maßwalzwerk eine plastische Verformung stattfinden kann. Die höheren Anlasstemperauren verursachen zudem einen zusätzlichen Bedarf an
Legierungsanteilen im Werkstoff, um die geforderten mechanisch-technologischen Eigenschaften zu erreichen. Alternativ könnte auch bereits im Walzwerk ein jeweils dem Rohr nach dem Vergüten angepasster Rohrdurchmesser gewalzt werden. Dies würde jedoch zu einer deutlich erhöhten Anzahl von zu walzenden Rohrdurchmessern und zu einem entsprechend umfangreichen Gerüstpark führen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für vergütete nahtlos
warmgefertigte Stahlrohre anzugeben, das unter Einhaltung der geometrischen
Anforderungen an das vergütete Fertigrohr eine wirtschaftlichere Herstellung solcher Rohre ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Herstellungsverfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines vergüteten, nahtlos warmgewalzten Stahlrohres, bei dem ein auf Umformtemperatur erwärmter Hohlblock zu einem Rohr mit einem Fertigdurchmesser nach dem Walzen in einem Walzwerk gewalzt und nachfolgend vergütet wird und während der Vergütung mit entsprechenden Vergütungsparametern der Durchmesser des Rohres anwächst, dadurch verbessert, dass unter Kenntnis des Durchmesserwachstums des Rohres beim Vergüten der Fertigdurchmesser des zu vergütenden Rohres nach dem Walzen in dem Walzwerk eingestellt wird. Der innovative Ansatz der Erfindung liegt darin, dass die Kenntnis des Einflusses der Vergütungsparameter auf die Durchmesserveränderungen des Rohres durch das Vergüten für unterschiedliche Werkstoffgüten und Abmessungen
(Durchmesser, Wanddicke) zur Festlegung des Fertigdurchmessers für das Walzwerk genutzt wird.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Vergütungsparameter derart eingestellt werden, dass ein Rohr mit einem Zieldurchmesser, der einem Fertigdurchmesser nach dem Vergüten in einem vorgegebenen Toleranzbereich entspricht, erzeugt wird.
Als Vergütungsparameter sind insbesondere die Parameter zu verstehen, die Einfluss auf die Abkühlgeschwindigkeit des auf Austenitisierungstemperatur erwärmten Rohres haben. Die Abschreckung des erwärmten Rohres erfolgt erfindungsgemäß mittels einer
Durchlaufkühlung, da nur bei dieser Art der Kühlung gezielt Einfluss auf die
Abkühlgeschwindigkeit und damit auf die Durchmesserveränderung genommen werden kann. Wesentlich ist ebenfalls die Messung und Kontrolle der beeinflussenden Abkühlparameter. Diese Wachstumsraten sind zum einen abhängig von der spezifischen Bauart der Abschreckeinheit (beispielsweise Ringbrause oder Ringspaltdusche), den Produktparametern Werkstoff, Durchmesser/Wanddickenverhältnis und zum anderen von den Parametern des Abschreckprozesses (mit und ohne Innenkühlung),
Rohrgeschwindigkeit, Wasserdruck, Volumenstrom etc.
Eine weitere Vereinfachung des Herstellungsverfahrens wird dadurch erreicht, dass der Fertigdurchmesser nach dem Vergüten ohne Zuhilfenahme durch Maßwalzen erreicht wird. Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, dass mit diesem Verfahren auf das Maßwalzen nach dem Vergüten des Rohres verzichtet werden kann, so dass einerseits die Herstellungskosten deutlich reduziert und andererseits die Investition für das teure Maßwalzwerk und die damit verbundenen Kosten für Instandhaltung und Energie vermieden werden. Außerdem können für diverse Materialgüten günstigere
Einsatzwerkstoffe eingesetzt und niedrigere Anlaßofentemperaturen mit entsprechend geringerem Energieverbrauch erreicht werden. Eine höhere Anlasstemperatur ist für das Maßwalzen notwendig, weil das Rohr plastisch verformt werden muss und die elastische Rückfederung klein zu halten ist. Damit bei den höheren Anlasstemperauren die geforderten Materialeigenschaften eingestellt werden können, muss wiederum ein sogenanntes„fetteres" Vormaterial mit einen höheren Gehalt an Legierungsbestandteilen eingesetzt werden als an sich notwendig.
Das Festlegen des Zieldurchmessers nach dem Vergüten erfolgt wie bisher auch. Jedoch wird dieser nicht durch ein Maßwalzen nach dem Anlassen erzielt sondern durch eine Kombination von Fertigdurchmesser des Walzwerks nach dem Walzen und eines gezielt eingestellten Durchmesserwachstums beim Vergüten.
Eine besondere Vereinfachung des Herstellungsverfahrens kann dadurch erreicht werden, dass unter Kenntnis des Durchmesserwachstums des Rohres beim Vergüten eine Gruppe von Rohrtypen mit gleichem Nominaldurchmesser aber voneinander abweichenden Wanddicken, Materialgüten oder Spezifikationen ermittelt wird, für die ein einheitlicher Fertigdurchmesser des zu vergütenden Rohres nach dem Walzen eingestellt wird. Hierdurch können ohne eine aufwendige Umrüstung des Walzwerkes verschiedene Rohrtypen mit einem einheitlichen Fertigdurchmesser des zu vergütenden Rohres nach dem Walzen gewalzt werden, obwohl diese Rohrtypen unterschiedliche Zieldurchmesser nach dem Vergüten aufweisen. Zumindest kann durch eine entsprechende Gruppenbildung von Rohrtypen die Anzahl von Fertigdurchmessern des zu vergütenden Rohres nach dem Walzen minimiert werden und somit die Häufigkeit eines Umrüstens des Walzwerks minimiert werden.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Vergütungsparameter derart eingestellt werden, dass ausgehend von dem einheitlichen Fertigdurchmesser für jeden Rohrtyp in der Gruppe ein Rohr mit seinem Zieldurchmesser erzeugt wird.
Um das Herstellungsverfahren zu optimieren, wird der Fertigdurchmesser des Rohres nach dem Walzen gemessen und als Eingangsgröße für das Vergüten verwendet.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Vergüten aus einem Erwärmen in einem Ofen, anschließender Durchlaufkühlung in einer Kühlstrecke und einem Anlassvorgang besteht, die Vergütungsparameter auf Basis der Bandbreite vorher ermittelter Zusammenhänge zwischen Durchmesser, Rohrwanddicke, Werkstoffgüte, Vergütungsparametern und Durchmesserwachstum eingestellt werden und dass anschließend auf Basis des gemessenen Fertigdurchmessers des aktuell gewalzten Rohres die Vergütungsparameter im Hinblick auf den zu erreichenden Zieldurchmessers des Rohrs nach dem Vergüten feinjustiert werden. Besonders vorteilhaft und
fertigungssicher wird dieses Verfahren, wenn der Vergüterei die im Rohrwalzwerk aktuell gemessenen Zieldurchmesser der zu vergütenden Rohre zur Verfügung stehen und auf Grund der Abhängigkeiten des Durchmesserwachstums vom Rohrwerkstoff und den Abschreckparametern die Vorgaben für die gewählten Stellgrößen feinjustiert werden.
Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass der Zieldurchmesser des Rohres nach dem Vergüten durch Veränderung der Abkühlgeschwindigkeit in der Kühlstrecke eingestellt wird.
Bei der Durchlaufkühlung wird üblicherweise das auf Austenitisierungstemperatur erwärmte, über einen Rollgang kontinuierlich transportierte Rohr mittels stationärer Wasserbeaufschlagung bis auf die zu erreichende Endtemperatur abgeschreckt. Als maßgebliche Einflussgrößen auf die Höhe der Abkühlgeschwindigkeit sind neben den Rohrabmessungen insbesondere die Temperatur des Kühlwassers, die Intensität der Wasserkühlung als Menge pro Zeiteinheit und die Transportgeschwindigkeit des Rohres über den Rollgang zu nennen. Als vorteilhaft hat sich für die Parameter des Abschreckprozesses herausgestellt, wenn bei der Außenkühlung die auf das abzukühlende Rohr aufgegebene Wassermenge regelbar zwischen 50 und 300m3/h, die Kühlwassertemperatur auf unter 40°C und die Transportgeschwindigkeit des Rohres in der Kühlstrecke auf werte zwischen 0,1 und 1 m/s eingestellt werden.
Falls erforderlich, kann zusätzlich zur Außenkühlung eine Innenkühlung des Rohres erfolgen, wobei die Kühlwassermenge zwischen 50 und 250 m3/h betragen sollte.
Während die Außenkühlung vorteilhaft über zwei oder mehr Ringduschen oder
Ringbrausen erfolgen kann, wird die Innenkühlung vorzugsweise über eine in das Rohr einführbare Lanze realisiert.
Alternativ kann die Erwärmung zum Härten beziehungsweise Austenitisieren auch in einem Ofen stattfinden, welcher über die Ofenlänge mindestens zwei Zonen aufweist und wovon die erste zum Aufheizen und die zweite zum Temperaturausgleich im Rohr dient.
Auch ist vorteilhafter Wese vorgesehen, dass die Erwärmung zum Härten
beziehungsweise Austenitisieren des Rohres in einem ersten Ofen und der
Temperaturausgleich im Rohr in einem zweiten Ofen stattfindet.
Wirtschaftlich besonders vorteilhaft ist es zudem, wenn die Erwärmung zum Härten beziehungsweise Austenitisieren in einem Hubbalkenofen mit drei Zonen erfolgt, wobei die erste Zone zum Vorheizen, die zweite Zone zum Aufheizen und die dritte Zone dem Temperaurausgleich im Rohr dient und wobei sich die unterschiedlichen Zonen in einem oder mehreren Öfen befinden können.
Beim Vergüten sollte die Haltezeit auf Austenitisierungstemperatur mindestens 3 Minuten betragen, wobei die Haltezeit dann beginnt, wenn die tiefste im Rohr erzielte Temperatur den Wert„Rohrsolltemperatur minus 20°C" erreicht. Auf diese Weise werden optimale Ausgangsbedingungen für homogene Werkstoffeigenschaften des Rohres nach dem nachfolgenden Abschreckprozess geschaffen.
Anhand der im Anhang dargestellten Figuren wird das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Einflussfaktoren auf den Zieldurchmesser nach dem Vergüten,
Figur 2 den Einfluss des Rohrdurchmessers auf das Wachstum mit Innenkühlung, Figur 3 den Einfluss des Rohrdurchmessers auf das Wachstum ohne Innenkühlung, Figur 4 den Einfluss der Durchlaufgeschwindigkeit auf das Wachstum ohne Innenkühlung, Figur 5 den Einfluss der Durchlaufgeschwindigkeit auf das Wachstum mit Innenkühlung.
In Figur 1 ist schematisch dargestellt, wie das erfindungsgemäße Verfahren angewandt wird, um für verschiedene zu erreichende Zieldurchmesser nach dem Vergüten ein einheitlicher Fertigdurchmesser für das Walzwerk festgelegt wird. Unter Zieldurchmesser wird eine Soll-Größe verstanden. Der Fertigdurchmesser nach den Walzen oder der Fertigdurchmesser nach dem Vergüten wird als bestimmte Ist-Größe verstanden. Die Figur 1 zeigt Durchmesserwerte beziehungsweise -bereiche von fünf beispielhaften Rohrtypen, die qualitativ durch die Einflussfaktoren Wanddicke W, Materialgüte G und Spezifikation S definiert sind. Unter Materialgüte G sind im Wesentlichen die
Werkstoffeigenschaften und unter Spezifikation S im Wesentlichen die Abmessungen und Toleranzen zu verstehen.
Ob verschiedene Rohrtypen in einem Walzwerk mit einem einheitlichen
Fertigdurchmesser gemäß der vorliegenden Erfindung gewalzt werden können, obwohl das nachfolgende Vergüten zu einen unterschiedlichen Durchmesserwachstum führt, wird an Hand der Figur 1 erläutert. Hierzu werden für die fünf Rohrtypen mit dem gleichen Nominaldurchmesser im Sinne einer Nennweite die unterschiedlichen
Zieldurchmesser nach dem Vergüten (siehe die mit„x" markierten Stellen in Figur 1 ) eingetragen. Diese Ergeben sich aus der Spezifikation S des jeweiligen Rohrtyps, da dort alle Abmessungen und Toleranzen festgehalten sind. Entsprechend haben die ersten und zweiten beziehungsweise dritten und vierten Rohrtypen mit der gleichen Spezifikation X oder Y jeweils den gleichen Zieldurchmesser nach dem Vergüten.
Innerhalb der erlaubten Toleranzen der Spezifikation könnten diese auch leicht voneinander verschieden gewählt werden. Über Versuche und Produktionsergebnisse wird jetzt für jeden Rohrtyp das minimale und das maximale Durchmesserwachstum in Absolutwerten ermittelt und ausgehend von dem Zieldurchmesser nach dem Vergüten im Sinne einer Durchmesserverkleinerung aufgetragen. Das minimale Durchmesserwachstum ist in Form des weiß hinterlegten Bereiches mit der Legende „Mindestwachstum des Rohrdurchmesser beim Vergüten" eingetragen und ergibt sich für diesen Rohrtyp aus den minimal erforderlichen Vergütungsparametern wie beispielsweise eine Mindest-Abkühlgeschwindigkeit, um das gewünschte Zielgefüge beim Vergüten zu erreichen. Durch Verändern der Vergütungsparameter kann ausgehend Bereich„Mindestwachstum des Rohrdurchmesser beim Vergüten" mit dem minimal sich ergebenden Durchmesserwachstum vergrößert werden und entsprechend ein größeres Durchmesserwachstum erreicht werden. Dieser Bereich des zusätzlichen Durchmesserwachstums ist als schraffierter Bereich mit der Legende "Einflussbereich des Durchmesserwachstums" eingetragen. Ein Vergleich der Bereiche
„Mindestwachstum des Rohrdurchmesser beim Vergüten" und "Einflussbereich des Durchmesserwachstums" für die fünf Rohrtypen zeigt, dass es eine Art Schnittbereich gibt, der mit dem Pfeilsymbol und der Legende„erlaubter Bereich für den Durchmesser vor dem Vergüten" eingetragen ist. Der Durchmesser vor dem Vergüten entspricht dem bisher beschriebenen Fertigdurchmesser nach dem Walzen. Der„erlaubte Bereich für den Durchmesser vor dem Vergüten" ist nach oben begrenzt durch den kleinsten Durchmesser der fünf Bereiche„Mindestwachstum des Rohrdurchmesser beim
Vergüten" (siehe vierter Rohrtyp von links, Wert zwischen den Bereichen
„Mindestwachstum des Rohrdurchmesser beim Vergüten" und„Einflussbereich des Durchmesserwachstums"). Nach unten ist der„erlaubte Bereich für den Durchmesser vor dem Vergüten" durch den größten Durchmesser der jeweiligen unteren Grenzwerts der fünf Bereiche„Einflussbereich des Durchmesserwachstums" begrenzt (siehe erster Rohrtyp von links, unterster Grenzwert vom„Einflussbereich des
Durchmesserwachstums").
Hiervon ausgehend wird nun der Fertigdurchmesser des Walzwerks auf einen Wert innerhalb des„erlaubten Bereich für den Durchmesser vor dem Vergüten", vorzugweise in der Mitte des„erlaubten Bereich für den Durchmesser vor dem Vergüten" eingestellt. Alle fünf Rohrtypen können nun einheitlich auf diesem Walzwerk gewalzt werden und die am Ende voneinander abweichenden Zieldurchdurchmesser nach dem Vergüten werden durch eine entsprechende Einstellung der Vergütungsparameter erreicht. Der „erlaubte Bereich für den Durchmesser vor dem Vergüten" weist eine ausreichende Bandbreite auf, um auch etwaige Fertigungstoleranzen zu berücksichtigen. Für andere Gruppen von Rohrtypen mit gleichem Nominaldurchmesser kann sich ergeben, dass der sich ergebende„erlaubte Bereich für den Durchmesser vor dem Vergüten" sehr schmal ist oder sich kein entsprechender Bereich im Sinne eines Schnittbereiches ergibt. Für diesen Fall sind dann die Gruppen anders zu wählen oder Untergruppen von Rohrtypen zu bilden, für die dann wieder sich ein„erlaubter Bereich für den Durchmesser vor dem Vergüten" mit einer ausreichenden Bandbreite ergibt.
Die Figuren 2 bis 5 zeigen beispielhaft die Abhängigkeit des Durchmesserwachstums des Rohres von den Vergütungsparametern, insbesondere den Abkühlparametern. Mit Hilfe der angepassten Abschreckparameter insbesondere der Rohrgeschwindigkeit, des Volumenstroms und mit oder ohne Innenkühlung gelingt es, für einen gleichen
Fertigdurchmesser des Walzwerks, der innerhalb vorgegebener Toleranzen von beispielsweise +/- 0,5 % liegt, den gewünschten Zieldurchmesser nach dem Vergüten je nach Rohrtyp zu erreichen.
So zeigt Figur 2, wie das Wachstum des Durchmessers beim Vergüten abhängig von der Durchmessergröße bei konstanter Rohrwanddicke für eine Materialfamilie A aus dem Ölfeldrohrbereich (OCTG) steigt.
Konstant gehalten ist hierbei die Durchlaufgeschwindigkeit des Rohres durch die
Abkühlstrecke mit 35% des Maximalwertes, die Abschreckbedingungen außen also die Wassermenge, die Anzahl von Ringduschen und der Wasserdruck. Zusätzlich wurden hier die Rohre auch innen mit konstanter Wassermenge pro Zeit abgeschreckt.
Figur 3 zeigt die gleiche Abhängigkeit wie in Figur 2 allerdings ohne zusätzliche
Innenkühlung und für eine gewählte Durchlaufgeschwindigkeit von 22% des
Maximalwertes.
In den Figuren 4 und 5 ist dargestellt, wie die gewählte Durchlaufgeschwindigkeit das Durchmesserwachstum des Rohres für die Nominalabmessung 406,4 x 14,6 mm aus der Materialgruppe B beeinflusst. Auch hier sind die Abkühlbedingungen außen konstant gehalten. Bei den Versuchen gemäß Figur 4 wurde ohne zusätzliche Innenkühlung gearbeitet, bei den Versuchen gemäß Figur 5 jedoch mit Innenkühlung.
In den Wertetabellen der Figuren 4 und 5 sind das minimale und das maximale
Wachstum innerhalb praktikabler Werte für die Vergüteparameter, wie Durchlaufgeschwindigkeit und„mit" oder„ohne" Innenkühlung, dargestellt. Für die Nominalabmessung 406,4 x 14,6 mm ergibt sich aus Figur 5 ein minimales Wachstum des Durchmessers von 0,9 mm und aus Figur 4 ein maximales von 1 ,46 mm.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines vergüteten, nahtlos warmgewalzten Stahlrohres, bei dem ein auf Umformtemperatur erwärmter Hohlblock zu einem Rohr mit einem
Fertigdurchmesser nach dem Walzen in einem Walzwerk gewalzt und nachfolgend vergütet wird und während der Vergütung mit entsprechenden Vergütungsparametern der Durchmesser des Rohres anwächst, dadurch gekennzeichnet, dass unter Kenntnis des Durchmesserwachstums des Rohres beim Vergüten der Fertigdurchmesser des zu vergütenden Rohres nach dem Walzen in dem Walzwerk eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vergütungsparameter derart eingestellt werden, dass ein Rohr mit einem Zieldurchmesser, der einem
Fertigdurchmesser nach dem Vergüten in einem vorgegebenen Toleranzbereich entspricht, erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Fertigdurchmesser nach dem Vergüten ohne Zuhilfenahme durch Maßwalzen erreicht wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass unter Kenntnis des Durchmesserwachstums des Rohres beim Vergüten eine Gruppe von Rohrtypen mit gleichem Nominaldurchmesser aber voneinander abweichenden
Wanddicken, Materialgüten oder Spezifikationen ermittelt wird, für die ein einheitlicher Fertigdurchmesser des zu vergütenden Rohres nach dem Walzen eingestellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergütungsparameter derart eingestellt werden, dass ausgehend von dem einheitlichen Fertigdurchmesser für jeden Rohrtyp in der Gruppe ein Rohr mit seinem Zieldurchmesser erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fertigdurchmesser des Rohres nach dem Walzen gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergüten aus einem Erwärmen in einem Ofen, anschließender Durchlaufkühlung in einer Kühlstrecke und einem Anlassvorgang besteht, die Vergütungsparameter auf Basis der Bandbreite vorher ermittelter Zusammenhänge zwischen Durchmesser, Rohrwanddicke, Werkstoffgüte, Vergütungsparametern und Durchmesserwachstum eingestellt werden und dass anschließend auf Basis des gemessenen Fertigdurchmessers des aktuell gewalzten Rohres die Vergütungsparameter im Hinblick auf den zu erreichenden Zieldurchmessers des Rohrs nach dem Vergüten feinjustiert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zieldurchmesser des Rohres nach dem Vergüten durch Veränderung der
Abkühlgeschwindigkeit in der Kühlstrecke eingestellt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Außenkühlung des Rohres die Veränderung der Abkühlgeschwindigkeit mittels Variation der
Kühlwassermenge, Kühlwassertemperatur und/oder Transportgeschwindigkeit des Rohres in der Kühlstrecke erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das abzukühlende Rohr aufgegebene Wassermenge regelbar zwischen 50 und 300 m3/h, die
Kühlwassertemperatur auf unter 40°C und die Transportgeschwindigkeit des Rohres in der Kühlstrecke auf Werte zwischen 0,1 m/s und 1 ,0 m/s eingestellt werden.
1 1. Verfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Außenkühlung eine Innenkühlung des Rohres erfolgt, wobei die Kühlwassermenge zwischen 50 und 250 m3/h beträgt.
12. Verfahren nach Anspruch 9 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für die
Außenkühlung zwei oder mehr Ringduschen oder Ringbrausen verwendet werden.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Erwärmung zum Härten beziehungsweise Austenitisieren in einem Ofen stattfindet, welcher über die Ofenlänge mindestens zwei Zonen aufweist und wovon die erste zum Aufheizen und die zweite zum Temperaturausgleich im Rohr dient.
14. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung zum Härten beziehungsweise Austenitisieren des Rohres in einem ersten Ofen und der Temperaturausgleich im Rohr in einem zweiten Ofen stattfindet.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung zum Härten beziehungsweise Austenitisieren in drei Zonen erfolgt, wobei die erste Zone zum Vorheizen, die zweite Zone zum Aufheizen und die dritte Zone dem Temperaurausgleich im Rohr dient und wobei sich die unterschiedlichen Zonen in einem oder mehreren Öfen befinden.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vergüten die Haltezeit auf Austenitisierungstemperatur mindestens 3 Minuten beträgt, wobei die Haltezeit dann beginnt, wenn die tiefste im Rohr erzielte Temperatur den Wert „Rohrsolltemperatur minus 20°C" erreicht.
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