DE69005168T2

DE69005168T2 - Verfahren zur Herstellung von langen Rohren mit kleinem Durchmesser.

Info

Publication number: DE69005168T2
Application number: DE69005168T
Authority: DE
Inventors: Munekatsu Furugen
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-27
Filing date: 1990-03-27
Publication date: 1994-06-30
Anticipated expiration: 2010-03-28
Also published as: US5076084A; JP2522397B2; CA2013068C; EP0390482B1; JPH0318419A; CA2013068A1; EP0390482A1; DE69005168D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser, das zur Herstellung eines Rohres mit einem Außendurchmesser von 40 mm oder weniger und einer Länge von 15 m oder mehr verwendet wird, zum Beispiel zur Herstellung von Rohren, die zum Wärmeaustausch in thermoelektrischen Kraftwerken, Kernkraftwerken und dergleichen verwendet werden und von besonders hoher Qualität sein müssen.
Ein Wärmetauscherrohr, das in Wärmetauschern, wie zum Beispiel Dampfgeneratoren und Brauchwassererhitzern, thermoelektrischen Kraftwerken und Kernkraftwerken, verwendet wird, hat einen Außendurchmesser von 40 mm oder weniger und wird hergestellt, indem ein langes Rohr mit einer Lange von 20 m oder mehr zu einer U-Form gebogen wird. Dieses U-förmige Wärmetauscherrohr wird bei der Untersuchung vor dem eigentlichen Betrieb nach dem Einbau in den Wärmetauscher und bei der periodischen Untersuchung nach einem vorbestimmten Betriebszeitraum einer Wirbelstrom-Messung auf interne Fehler unterzogen. Zu diesem Zweck wird ein zum Beispiel in der japanischen Patentveröffentlichung 60-621 offenbartes Defektoskop verwendet. Selbstverständlich sind die bei der Untersuchung durch die Wirbelstrom-Messung auf interne Fehler gestellten Anforderungen an die in thermoelektrischen Kraftwerken und Kernkraftwerken verwendeten U-förmigen Wärmetauscherrohre aus Gründen der Sicherheit sehr hoch.
Ein ähnliches Verfahren zum Erkennen interner Wirbelstromfehler ist ebenso für gerade lange Rohre erforderlich, die als Material für die U-förmigen Wärmetauscherrohre verwendet werden. Die Ergebnisse der Fehlererkennung bei diesen geraden langen Rohren werden für jedes einzelne Rohrstück festgehalten, so daß sie mit den Ergebnissen der Fehlererkennung in den Wärmetauscherrohren bei der Untersuchung vor der Inbetriebnahme und nach dem Biegen zu einer U-Form und mit den Ergebnissen der Fehlererkennung in den Wärmetauscherrohren bei der periodischen Untersuchung verglichen werden können. Natürlich werden Artikel geringerer Qualität aufgrund eines positiven oder negativen Ergebnisses von Wirbelstrom-Messungen der langen Rohre auf interne Fehler entfernt. Es ist jedoch auch für die geeigneten Rohre erforderlich, die Ergebnisse der Wirbelstrom-Messung auf interne Fehler für jedes einzelne Rohrstück in bezug auf die Positionen entlang der Achse des Rohres aufzuzeichnen.
Die geraden langen Rohre, die als Material für die in thermoelektrischen Kraftwerken und Kernkraftwerken verwendeten U-förmigen Wärmetauscherrohre dienen, werden durch Kaltbearbeitung aus Ausgangsrohren, wie zum Beispiel durch warme Rohrherstellungsverfahren hergestellte nahtlose Rohre oder durch Schweißen hergestellte geschweißte Rohre, hergestellt. Unter den Kaltbearbeitungsverfahren umfassen die mit einer Verringerung der Wandstärke einhergehenden Verfahren generell das Stopfenziehverfahren, das Kaltwalzverfahren und das Dornziehverfahren.
Beim Stopfenziehverfahren werden im allgemeinen chemisch hergestellte Beschichtungen und Schmieröle als Schmiermittel verwendet. Wenn chemisch hergestellte Beschichtungen verwendet werden, sind auch die Ausgangsrohre beim Ziehen der langen Rohre lang, so daß die Ausgangsrohre aufgrund der Umstände in der Länge nicht ausreichend chemisch beschichtet sind. In diesem Fall treten in schlecht geschinierten Bereichen der gezogenen langen Rohre Beschädigungen durch Festklemmungen auf. Bei der Verwendung von Schmierölen ist darüber hinaus die Schmierfähigkeit geringer als bei den chemisch hergestellten Beschichtungen, so daß ein Festfressen im Innern wahrscheinlich ist. Daher ist die Verwendung des Stopfenziehverfahrens unter den üblichen Bedingungen zur Kaltbearbeitung langer Rohre schwierig anzuwenden.
Obwohl beim Kaltwalzverfahren die langen Rohre ohne ein Festfressen hergestellt werden können, erfolgt das Walzen indem die Ausgangsrohre in der Walzstraße synchron zur reziproken Bewegung zweier konisch ausgekehlten Walzen intermittierend vorgeschoben werden, so daß die diesem intermittierenden Vorwärts schieben entsprechende dimensionale Fluktuation in Achsrichtung des Rohres unweigerlich auftritt. Dementsprechend ist das Kaltwalzverfahren zur Verwendung bei der End-Kaltbearbeitung hochgenau gefertigter langer Rohre, zum Beispiel der Ausgangsmaterialien für die U-förmigen Wärmetauscherrohre, nur schwer einsetzbar.
Im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Verfahren ist das Dornziehverfahren ein Verfahren, bei dem ein Dorn, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der langen Rohre entspricht, in die Ausgangsrohre eingeführt wird, um die Ausgangsrohre mit dem Dorn zu ziehen. Die Relativbewegung der Innenfläche der Ausgangsrohre relativ zum Innenwerkzeug ist geringer als bei dem Stopfenziehverfahren und selbst bei den langen Rohren tritt kein Festfressen an deren Innenfläche auf. Darüber hinaus wird das Ziehen kontinuierlich durchgeführt, so daß die dimensionalen Fluktuationen, die dem Kaltwalzverfahren eigen sind, während des Arbeitsvorgangs nicht auftreten. Daher wird das mit einer Wandstärkenverringerung der langen Rohre verbundene Dornziehverfahren für die End-Kaltbearbeitung von Rohren verwendet, die als die U- förmigen Wärmetauscherrohre verwendet werden.
Bei diesem Dornziehverfahren ist jedoch ein Vorgang vorgesehen, in dem sowohl das an dem Dorn anhaftende lange Rohr als auch der Dorn gemeinsam glattgewalzt werden, um eine Lücke zwischen diesen zu bilden, 50 daß das lange Rohr und der Dorn nach dem Ziehen voneinander getrennt werden können. Daraus entsteht durch diesen Walzvorgang in den langen Rohren unweigerlich eine sehr geringe periodische spiralförmige Abweichung des Außendurchmessers. Obwohl die vom Dorn gelösten langen Rohre zum Vergleichmäßigen des Außendurchmessers in ihrer axialen Richtung einem druckfreien Ziehen unterzogen werden, wird diese sehr geringe Abweichung des Außendurchmessers lediglich in eine sehr geringe Abweichung des Innendurchmessers umgewandelt. Somit ist die Abweichung der Wanddicke in der axialen Richtung des langen Rohres nicht ausgleichbar.
Wenn die in axialer Richtung eine sehr geringe dimensionale Abweichung aufweisenden langen Rohre der zuvor beschriebenen Wirbelstrom-Innenfehlermessung mit strengen Anforderungen unterzogen werden, wird ein sich aus dieser sehr geringen diinensionalen Abweichung ergebendes Signal als Rauschen erkannt. Daraus ergibt sich, daß auch in dem Fall, daß sehr kleine Fehler in den langen Rohren existieren, die Fehlersignale in dem die dimensionale Abweichung wiedergebenden Signal verborgen sind, wodurch die sehr kleinen Fehler aufgrund der Umstände bei der automatischen Prüfung übersehen werden.
Eine automatische Bewertung auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Defektoskops ist nicht möglich und gegenwärtig wird die Fehlererkennung von einem Prüfer an einem Bildschirm durchgeführt. Wenn ein zweifelhaftes Signal ausgegeben wird, wird dieser Bereich erneut einer Fehlererkennung mit geringerer Geschwindigkeit unterzogen, um sehr kleine Fehler angebende Signale zu erkennen. Daher ist die Effizienz der Fehlererkennung erheblich verringert und die Ermüdung der Augen des Prüfers wird verstärkt.
In der japanischen Patentveröffentlichung 62-39045 ist eine Vorrichtung offenbart, die das Stopfenziehverfahren mit druckbeauf schlagtem Schmieröl verwendet, welches eines der Stopfenziehverfahren ist. Diese Vorrichtung wurde von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung entwickelt und mit dieser wird ein darin eingesetztes Ausgangsrohr mit unter hohem Druck stehendem Schmieröl gefüllt und das Ausgangsrohr wird in diesem Zustand herausgezogen, wobei es dem Stopfenziehen unterzogen wird. Nach diesem Verfahren wird das Schmieröl ausreichend über die Innen- und die Außenfläche selbst eines solchen Rohres verteilt, bei dem die chemisch hergestellte Beschichtung als Gleitmittel verwendet werden muß; das heißt, daß dieses Verfahren dem eine chemisch hergestellte Beschichtung verwendenden Verfahren hinsichtlich des Verhinderns eines Festfressens überlegen ist.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben ihre Forschungen auf dem Gebiet des Stopfenziehens unter Verwendung eines druckbeauf schlagten Schmieröls (im folgenden verkürzt als Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel bezeichnet) seit der Entwicklung dieses Verfahrens fortgeführt und haben jüngst ebenfalls Untersuchungen bezüglich der Herstellung langer Rohre mit kleinem Durchmesser angestellt. Aus den Untersuchungen langer Rohre mit kleinem Durchmesser hat sich ergeben, daß den langen Rohren mit kleinem Durchmesser durch das Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel die vorteilhafte Gleitfähigkeit verliehen werden kann; in dem Fall, in dem die langen Rohre mit kleinem Durchmesser, die zur Verwendung als U-förmige Wärmetauscherrohre vorgesehen sind, durch Dornziehen hergestellt werden, ist das Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel zur Beseitigung der bei der Wirbelstrom-Innenfehlermessung erkannten geringen Abweichung des Außendurchmessers in axialer Richtung des Rohres wirksam; anders ausgedrückt: der Druck des Schmieröls beim Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel hat einen großen Einfluß auf die Gleitfähigkeit und somit auf die geringe Abweichung des Außendurchmessers.
Die CH-A-563197 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kaltziehen langer Rohre mit kleinem Durchmesser. Mit hohem Druck beaufschlagtes Schmiermittel wird an der Berührungsfläche zwischen dem Ausgangsrohr und einem Formwerkzeug verwendet. Die DE-A-2516611 betrifft ein Verfahren zum hydrostatischen Druckextrudieren eines massiven Teils.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres von wenigstens 20 in Länge mit einem kleinen Durchmesser von höchstens 40 mm, bei dem ein Ausgangsrohr zur Herstellung des langen Rohres einem oder mehreren Kaltbearbeitungsvorgängen unterzogen wird, wobei es sich bei dem einen oder den mehreren Kaltbearbeitungsvorgängen um Stopfenziehen handelt, das die Wanddicke des Rohres verringert, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsrohr in einem Behälter angeordnet wird, der zur Durchführung des Stopfenziehens mit druckbeaufschlagtem Schmieröl mit einem Druck von 49 MPa (500 kp/cm²) oder mehr gefüllt ist.
Jegliches weiteres Kaltbearbeiten kann durch Stopfenziehen in Verbindung mit der Verringerung der Wandstärke oder durch Kaltwalzen oder Dornziehen erfolgen.
Darüber hinaus kann, wenn das Rohr nach der End-Kaltbearbeitung in Verbindung mit der Verringerung der Wanddicke, also nach dem Stopfenziehen, noch nicht die erforderliche Größe aufweist, das druckfreie Ziehen erfolgreich angewendet werden.
Der Druck des bei dein Stopfenziehen verwendeten druckbeaufschlagten Schmiermittels beträgt vorzugsweise 98,1 MPa (1000 kp/cm²) oder mehr, jedoch höchstens 147,1 MPa (1500 kp/cm²) oder weniger. Darüberhinaus ist der Umformgrad des Rohres beim Stopfenziehen auf 20 bis 50 % eingestellt. Ferner ist der Umformgrad beim druckfreien Ziehen auf 20% oder weniger, vorzugsweise 10% oder weniger eingestellt.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser zu schaffen, das ein Festfressen des langen Rohres mit kleinem Durchmesser verhindert.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser zu schaffen, das in der Lage ist, eine sehr geringfügige Abweichung des Außendurchmessers, die sich auf die Wirbelstrom-Messung von Innenfehlern auswirkt, fast vollständig zu verhindern.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser zu schaffen, das in der Lage ist, sehr geringfügige Abweichungen des Außendurchmessers beinahe völlig zu eliminieren, um das sich durch die dimensionale Abweichung ergebende Rauschen zu unterdrücken, wodurch ein einfaches und genaues Erkennen sehr kleiner Fehler bei der Wirbelstrom-Messung von Innenfehlern ermöglicht wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser zu schaffen, das in der Lage ist, eine Herstellung des langen Rohres mit kleinem Durchmesser unter nahezu vollständigein Eliminieren der sehr geringen Abweichung des Außendurchmessers und ohne Festfressen zu ermöglichen, indem nach dem Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel ein druckfreies Ziehen durchgeführt wird.
Die genannten und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen deutlich.
Fig. 1 ist ein Diagramm des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Arbeitsschritts des in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Stopfenziehens unter Verwendung von druckbeaufschlagtem Schmieröl.
Fig. 4 zeigt eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Druck des Schmieröls und dem Anteil der Flüssigkeitsschmierung beim Stopfenziehen mit druckbeauf schlagtem Schmieröl.
Fig. 5 ist ein Wellenformdiagramm eines Ausgangs bei der Wirbelstrom-Messung innerer Fehler bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und beim herkömmlichen Verfahren.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens nach einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens nach einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens nach einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 9 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens nach einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens nach einem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens nach einem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens nach einem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die für Wärmetauscher vorgesehenen langen Rohre mit kleinein Durchmesser (üblicherweise mit einem Außendurchmesser von 40 mm oder weniger und einer Gesamtlänge von 25 in oder mehr), die bisher durch Dornziehen hergestellt wurden, durch Stopfenziehen mit Schmieröl, das mit einem Druck von 49 MPa (500kp/cm²) oder mehr beaufschlagt ist, hergestellt.
Fig. 1 zeigt ein Diagramm der erfindungsgemäßen Herstellungsvorgänge. Die vorliegende Erfindung weist acht Arten von bevorzugten Ausführungsbeispielen auf, wie in P1 bis P8 dargestellt. Im allgemeinen wird ein aus einem nahtlosen Rohr oder einem geschweißten Rohr gebildetes Ausgangsrohr 10 einer ein- oder mehrmaligen Kaltbearbeitung unterzogen, um ein langes Rohr 20 mit kleinem Durchmesser und der erforderlichen Größe und Quantität (im folgenden als langes Rohr 20 bezeichnet) herzustellen.
Zunächst folgt eine Beschreibung des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels (P1 in Fig. 1). Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Vorgangs gemäß dein ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels. Das aus einem nahtlosen oder einem geschweißten Rohr gebildete Ausgangsrohr 10 wird dem Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel unterzogen, um als Produkt das lange Rohr 20 herzustellen.
Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel kann zum Beispiel durch Verwendung einer in der japanischen Patentveröffentlichung 62-39045, eingereicht von der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung, offenbarten Vorrichtung realisiert werden. Fig. 3 ist eine schematische Schnittdarstellung eines Arbeitsschritts des Ziehens mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel.
In Fig. 3 bezeichnet das Bezugs Zeichen 1 einen Behälter mit einem zylindrischen vorderen Teil 1a und einem mit einem Boden versehenen zylindrischen hinteren Teil 1b, wobei ein hinterer Bereich des vorderen Teils 1a mit einer Dichtung 5 in den vorderen Bereich des hinteren Teils 1b eingesetzt ist. Der Behälter 1 ist an seinem vorderen Ende offen und am hinteren Ende im Ganzen abgeschlossen. Der vordere Bereich des Vorderteils 1a des Behälters 1 weist eine Teleskopstruktur auf, mit der er an der Rückseite einer Form 2 selbst dichtend anliegt. Ein von einer durch den Behälter 1 geführten Stopfenstützstange 3 gestützter Stopfen 4 ist im Bereich der Form 2 gehalten. Ein Ausgangsrohr 10 wird in den Behälter 1 eingeführt, wobei sich die Stopfenstützstange 3 durch dieses erstreckt. Darüber hinaus ist der Behälter 1 mit einem Ölzufuhrrohr 6 versehen, das mit einer (nicht dargestellten) Ölzufuhrquelle verbunden ist, wobei das Ölzufuhrrohr 6 mit einer in seiner Mitte angeordneten Hochdruckpumpe 7 versehen ist.
Bei einer solchen Vorrichtung wird zur Herstellung eines langen Rohres 20 durch Ziehen des Ausgangsrohres 10 unter Verwendung druckbeaufschlagten Schmiermittels der Behälter 1 durch die Hochdruckpumpe 7 über das Ölzufuhrrohr 6 mit druckbeaufschlagtem Schmieröl mit einem Druck von 49 MPa (500kp/cm²) oder mehr gefüllt, wobei eine kreisförmige Lücke zwischen der Form 2 und dem Stopfen 4 durch einen verjüngten Bereich des vorderen Endes des Ausgangsrohres 10 derart abgedichtet ist, daß das Ausgangsrohr 10 in der in Fig. 3 durch einen Pfeil angegebenen Richtung durch die kreisförmige Lücke aus dem Behälter ziehbar ist. Über die gesamte Zeit des Ziehens werden die Innen- und die Außenfläche des Ausgangsrohres 10 mit dem druckbeauf schlagten Schinieröl versorgt, um die kreisförmige Lücke mit dein gerade bearbeiteten Ausgangsrohr 10 vollständig abzudichten. Ferner enthält das beim Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel verwendete Schmieröl zum Beispiel eine zusammengesetzte Mischung aus chlorinierten Paraffinen und geschwefelten Ölen und Fetten, wobei Cl in einer Menge von 10% und S in einer Menge von 5% als Hochdruckzusätze hinzugesetzt sind, deren Mengen jedoch nicht speziell begrenzt sind.
Im folgenden wird der Grund dafür dargelegt, warum der Druck des Schmieröls bei dein Ziehen mit druckbeauf schlagtein Schmieröl gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren auf 49 MPa (500 kp/cm²) eingestellt ist.
Fig. 4 ist eine Kurvendarstellung des Verhältnisses zwischen dem Druck des Schmieröls (Schmiermitteldruck in kp/cm² : lkp/cm² = 98,0665 kPa) und dem Schmierfaktor (Anteil der Flüssigkeitsschmierung in %) beim Stopfenziehen von SUS 304 Stahlrohren. Der Umformgrad Rd beträgt 46% (ein Außendurchmesser von 25 mm und eine Wanddicke von 3,5 mm werden zu einem Außendurchmesser von 21,6 mm und einer Wanddicke von 2,1 mm). Der Schmierfaktor bezeichnet das Verhältnis zwischen einer Öffnungsfläche für Öl des gezogenen Rohres und einer Rohroberflächeneinheit. Je größer dieses Verhältnis ist, desto besser ist die Schmiereigenschaft. Die Öffnungsfläche für Öl ist die Fläche eines Bereichs, in den das Schmieröl hineingegeben wird, um aufgenommen zu werden. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, ist der Schmierfaktor bei einem Schmieröldruck von weniger als 49 MPa (500 kp/cm²) durch diesen Schmieröldruck kaum dahingehend beeinflußt, daß er einen niedrigeren Wert annimmt. Wenn der Druck des Schmieröls 49 MPa (500 kp/cm²) oder mehr beträgt, steigt der Schmierfaktor mit dem Anstieg des Schmieröldrucks. Bei einem Schmieröldruck von 98,1 MPa (1000 kp/cm²) oder mehr beträgt der Schmierfaktor das Doppelte oder mehr des Schmierölfaktors beim Druck des Schmieröls von weniger als 49 MPa (500 kp/cm²).
Es hängt von der Möglichkeit des Verhinderns des Festfressens ab, ob das lange Rohr durch Stopfenziehen hergestellt werden kann oder nicht. Wenn der Druck des Schmieröls 49 MPa (500 kp/cm²) oder mehr beträgt, ist, wie zuvor beschrieben, ein hoher Schmierfaktor gewährleistet, so daß das lange Rohr zuverlässig durch Stopfenziehen herstellbar ist. Da das Stopfenziehen kontinuierlich durchgeführt wird, tritt die dem Kaltziehen eigene dimensionale Abweichung in axialer Richtung, die sich aus dein intermittierenden Einschieben des Ausgangsrohres ergibt, nicht auf. Da es ferner nicht erforderlich ist, das Rohr nach dem Ziehen von einem Dorn zu lösen, tritt auch die sehr geringe Abweichung des Außendurchmessers in der axialen Richtung des Rohres, die sich aus dem Schwenken beim Dornziehen ergibt, nicht auf.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden als Untergrenze für den Druck des Schmieröls 49 MPa (500 kp/cm²) eingestellt, welches der zum Ermöglichen der Herstellung von langen Rohren durch Stopfenziehen erforderliche Mindestdruck des Schmieröls ist, jedoch sind 98,1 MPa (1000 kp/cm²) oder mehr erwünschter. Die Obergrenze ist nicht spezifisch festgelegt, wenn sie jedoch 98,1 MPa (1000 kp/cm²) oder mehr beträgt, wird die Anstiegstendenz des Schmierölfaktors verringert, und wenn sie sehr hoch ist, nimmt ferner die Größe des Hydraulikkreislaufs zu, so daß der Druck des Schmieröls aus praktischen Betriebsgründen auf 147,1 MPa (1500 kp/cm²) oder weniger eingestellt ist.
Der Umformgrad beim Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel ist nicht spezifisch begrenzt, jedoch ist es vorteilhaft, den Umformgrad zwischen 20 und 50% einzustellen. Beträgt der Umformgrad weniger als 20%, ist es schwierig, den gesamten Querschnitt zu bearbeiten, und dementsprechend ist keine einheitliche Struktur zu erzielen, während bei einem Umformgrad von mehr als 50% besonders ein Rohr mit kleinem Durchmesser in dem Bereich, der dem Ziehen unterzogen wurde, unter Umständen abgetrennt wird.
Auch gibt es keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich des Materials der langen Rohre, jedoch sind rostfreie Stähle, auf Ni basierende Legierungen und dergleichen, die als Materialien für hochwertige Wärmetauscherrohre verwendet werden, besonders unter den Gesichtspunkten effektiv, daß es zum Beispiel für Wärmetauscher verwendet wird und das durch die sehr geringe Abweichung des Außendurchmessers verursachte Rauschen durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung auch in den Fällen verhindert wird, in denen die nach strengen Maßstäben erfolgende Wirbelstrom-Innenfehlermessung durchgeführt wird.
Im folgenden wird ein konkretes Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Ein Ausgangsrohr mit einem Außendurchmesser von 28 mm, einer Wanddicke von 1,65 mm und einer Länge von 17 m, das aus einer "Legierung 600" (auf Ni basierende Legierung) durch Warmextrudieren und Kaltwalzen hergestellt wurde, wurde bei verschiedenen Drücken des Schmieröls einem Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel unterzogen, wobei ein langes Rohr mit einem Außendurchmesser von 22,2 mm, einer Wanddicke von 1,27 mm und einer Länge von 28 m (Umformgrad: 39%) erhalten wurde. Dieses lange Rohr dient als U-förmiges Wärmetauscherrohr zur Verwendung in einem Kernreaktor. Die zuvor beschriebene zusammengesetzte Mischung mit den Hochdruckzusätzen wurde als Schmieröl verwendet.
Zum Vergleich wurde das gleiche lange Rohr durch herkömmliches Dornziehen gefertigt. Nach dem Zeihen wurde das Schwenken durchgeführt, um den Dorn aus dem Rohr ziehen zu können, woraufhin die Glättung des Außendurchmessers durch druckfreies Ziehen erfolgte.
Das hergestellte lange Rohr wurde auf das Auftreten von Festfressen, auf die innere Oberflächenrauheit (RMAX) und das S/N-Verhältnis bei der Wirbelstrom-Messung innerer Fehler untersucht, wobei die Ergebnisse in der Tabelle 1 dargestellt sind. Die innere Oberflächenrauheit (RMAX) wurde in Übereinstimmung mit dem JIS-0601 gemessen. Das S/N-Verhältnis ist ein Verhältnis des Ausgangssignals (S) eines auf einen Standardfehler reagierenden Signals zu dem Ausgangssignal (N) eines auf eine dimensionale Abweichung reagierenden Signals. Da für einen Fehler stets ein Signal mit dem gleichen Pegel ausgegeben wird, ist die Fehlererkennung umso einfacher, je niedriger der Ausgangspegel des von der dimensionalen Abweichung herrührenden Signals ist, d.h. je größer das Signal-/Rauschverhältnis ist. Tabelle 1 Herstellungsbedingungen Untersuchungsergebnisse Verfahrensart Ziehen Ziehen mit druckbeauf-Schmiermittel Dornziehen Vergleichsverfahren Erfindungsgemäßes Verfahren Stand der Technik * Druck des Schmieröls (kp/cm²) (lkp/cm²=98,0665 kPa) ** Auftreten von Festfressen (%)
Wie in der Tabelle 1 gezeigt, ist es, obwohl beim Dornziehen kein Festfressen auftritt, erforderlich, den Außendurchmesser nach dem Schwenken durch das druckfreie Ziehen nach dem Ziehen zu vergleichmäßigen, und das S/N-Verhältnis bei der Erkennung der inneren Wirbelstromfehler beträgt selbst nach der Vergleichmäßigung des Außendurchmessers 3. Der Grund hierfür ist, daß die sehr geringe Abweichung des Außendurchmessers, die sich aus dem Schwenken ergibt, durch die Vergleichmäßigung des Außendurchmessers durch das druckfreie Ziehen wie zuvor beschrieben in eine sehr geringe Abweichung des Innendurchmessers umgewandelt wird. Darüber hinaus beträgt die innere Oberflächenrauheit 6 um.
Im Gegensatz hierzu tritt beim Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel gemäß der vorliegenden Erfindung bei einem Druck des Schmieröls von 29,4 MPa (300 kp/cm²) ein Festfressen mit einer Häufigkeit von 25% auf, wenn jedoch der Druck des Schmieröls 49 MPa (500kp/cm²) beträgt, so tritt das Festfressen mit einer Häufigkeit von 2% auf, und bei einem Druck von 98,1 MPa (1000 kp/cm²) oder mehr tritt kein Festfressen auf. Ferner weist das erf indungsgemäße Ziehen mit druckbeauf schlagtem Schmiermittel in dem bezüglich des Auftretens des Festfressens wirksamen Schmieröldruckbereich zwischen 49 MPa (500kp/cm²) und 196,1 MPa (2000kp/cm²) ein erheblich besseres S/N-Verhältnis und eine ebensolche innere Oberflächenrauheit auf als das Dornziehen.
Fig. 5 zeigt bei der Wirbelstrommessung innerer Fehler erhaltene Wellenformen für ein durch Dornziehen gefertigtes langes Rohr und für ein langes Rohr, das durch Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel hergestellt wurde (Schmieröldruck: 147,1 MPa (1500 kp/cm²)). In dem durch Dornziehen hergestellten langen Rohr tritt aufgrund der sehr geringen Abweichung des Innendurchmessers ein Rauschen von 0,5V auf, das bei dem durch Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel hergestellten langen Rohr auf 0,1V reduziert ist. Gleichzeitig ist das sich aus dem Standardfehler ergebende Signal auf 1,5V geregelt. Dementsprechend wird die Signalstärke durch das Rauschen nicht beeinflußt, selbst wenn es ungefähr 1/10 desjenigen beträgt, das von dem Standardfehler in dem durch Ziehen mit druckbeaufschlagtein Schmiermittel erzeugten langen Rohr herrührt, so daß der innere Fehler genau erkannt werden kann.
Wenn das Ausgangsrohr zur Herstellung der langen Rohre mehreren Kaltbearbeitungsvorgängen unterzogen wird, besteht wenigstens der letzte Kaltbearbeitungsvorgang in dem Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel (P2, 3 und 4 in Fig. 1). In diesem Fall können die dem letzten Kaltbearbeitungsvorgang vorausgehenden Kaltbearbeitungsvorgänge in gleicher Weise wie beim letzten Kaltbearbeitungsvorgang im Ziehen mit druckbeaufschlagtein Schmiermittel (P2 in Fig. 1, BEISPIEL 2), Kaltwalzen (P3 in Fig. 1, BEISPIEL 3) oder Dornziehen (P4 in Fig. 1, BEISPIEL 4) bestehen.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß BEISPIEL 2. Ein Ausgangsrohr 10 wird, wie in der Fig. 3 dargestellt, dem Ziehen mit druckbeaufschlagtein Schmiermittel unterzogen, um in ein Zwischenrohr 11 umgeformt zu werden, welches, wie im BEISPIEL 1, einem weiteren Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel bei einem Schmieröldruck von 49 MPa (500 kp/cm²) oder mehr unterzogen wird, um als Produkt das lange Rohr 20 zu erzeugen.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß BEISPIEL 3. Ein Ausgangsrohr 10, in das ein von einem Stütz stange 3 gestützter Dorn 40 eingesetzt ist, wird einem Kaltwalzen in einer Kaltwalzstraße, die beispielsweise aus den beiden Walzen 8 besteht, unterzogen, um zu einem Zwischenrohr 12 geformt zu werden, welches, wie im BEISPIEL 1, einem weiteren Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel bei einem Schmieröldruck von 49 MPa (500 kp/cm²) oder mehr unterzogen wird, um als Produkt das lange Rohr 20 zu erzeugen.
Fig. 8 ist eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß BEISPIEL 4. Eine Dornstange 9 wird in ein Ausgangsrohr 10 eingesetzt und das Ausgangsrohr 10 wird zusammen mit der Dornstange 9 aus einer Form 2 gezogen, um zu einem Zwischenrohr 13 geformt zu werden, welches, wie im BEISPIEL 1, einem weiteren Ziehen mit druckbeaufschlagtein Schmiermittel bei einem Schmieröldruck von 49 MPa (500 kp/cm²) oder mehr unterzogen wird, um als Produkt das lange Rohr 20 zu erzeugen.
Im BEISPIEL 2, in dein das Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel in sämtlichen von mehreren Kaltbearbeitungsvorgängen verwendet wird, tritt in axialer Richtung des Rohres nicht nur nach der letzten Kaltbearbeitung keine dimensionale Abweichung auf, sondern auch bei den dieser End-Kaltbearbeitung vorausgehenden Kaltbearbeitungsvorgängen. Auch im BEISPIEL 3 und im BEISPIEL 4, welche in den Kaltbearbeitungsschritten, die der End-Kaltbearbeitung vorausgehen, das Kaltwalzen bzw. das Dornziehen verwenden, wird die in den vorausgehenden Kaltbearbeitungsschritten erzeugte dimensionale Abweichung eliminiert, wenn als letzter Kaltbearbeitungsschritt das Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel verwendet wird. Darüber hinaus ist in den BEISPIELEN 2, 3 und 4 die Zahl der dem letzten Kaltbearbeitungsschritt vorausgehenden Kaltbearbeitungsschritte beliebig.
Auch wenn bei der End-Kaltbearbeitung das Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel mit dein maximalen zulässigen Umformgrad durchgeführt wird, ist es unter Umständen nicht möglich, nach dem Kaltbearbeiten ein Rohr mit den erforderlichen Abmessungen zu erhalten. Wenn in einem solchen Fall der letzte Schritt des Ziehens mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel in zwei Teile unterteilt wird, um die jeweiligen Schritte des Ziehens mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel mit einem Umformgrad im ziehbaren Bereich durchzuführen, kann ein Rohr mit den erforderlichen Abmessungen erhalten werden. Wenn jedoch in diesem Fall der Umformgrad von den Abmessungen nach dem letzten Ziehvorgang zu den erforderlichen Abmessungen klein ist, ist es angebracht, nach dem letzten Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel ein druckfreies Ziehen durchzuführen.
Die BEISPIELE 5 bis 8 (P5 bis P8 in Fig. 1) der vorliegenden Erfindung betreffen Verfahren, die für die genannten Umstände entwickelt wurden. Fig. 9 ist eine schematische Darstellung des Herstellungsverfahrens gemäß BEISPIEL 5 (P5 in Fig. 1). Im BEISPIEL 5 wird wenigstens die letzte Kaltbearbeitung des Ausgangsrohres 10, die mit der Verringerung der Wanddicke einhergeht, wie im BEISPIEL 1, durch Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel durchgeführt, wobei der Schmieröldruck 49 MPa (500 kp/cm²) oder mehr beträgt, um ein Zwischenrohr 14 zu erhalten, das darüber hinaus zur Herstellung eines langen Rohres 20 einem druckfreien Ziehen unterzogen wird. Genauer gesagt ist der Arbeitsablauf beim Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel, welches der letzte Wanddickenverringerungsvorgang ist, derart ausgelegt, daß die Wanddicke nach dem letzten Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel fast gleich der erforderlichen Wanddicke ist, woraufhin die Verringerung des Durchmessers auf den erforderlichen Außendurchmesser (oder Innendurchmesser) durch druckfreies Ziehen erfolgt. Beim druckfreien Ziehen erfolgt keine wesentliche Bearbeitung der Wandstärke, sondern die Wandstärke wird je nach verwendeter Form geringfügig vergrößert oder verringert. In diesem Fall genügt es, daß der Arbeitsablauf des Ziehens mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel entsprechend einer zu erwartenden Vergrößerung oder Verringerung der Wanddicke beim druckfreien Ziehen gewählt wird.
Der Uinformgrad beim druckfreien Ziehen ist auf ungefähr 20% oder weniger, vorzugsweise ungefähr 10% oder weniger eingestellt. Beim druckfreien Ziehen ist die Innenfläche des Rohres eine freie Oberfläche, die durch das Werkzeug nicht vergleichmäßigt wird, so daß die innere Oberflächenrauheit geringfügig erhöht wird, jedoch ist der Grad der Rauheitszunahme bei einem Umformgrad von 20% oder weniger reduziert. Darüber hinaus tritt bei einem solchen Umformgrad kein Festfressen auf, obwohl kein druckbeaufschlagtes Schmieröl verwendet wird. Da das druckfreie Ziehen lediglich unter Verwendung der Form erfolgt, tritt die sehr geringe dimensionale Abweichung in axialer Richtung des Rohres nicht auf. Dementsprechend tritt die dimensionale Abweichung in axialer Richtung des Rohres auch bei einem Rohr nicht auf, das, obwohl es einer Endbehandlung durch Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel unterzogen wurde und keine geringfügige dimensionale Abweichung in axialer Richtung aufweist, einem druckfreien Ziehen unterzogen wird.
Die jeweiligen langen Rohre des BEISPIELS 1 (die durch den Kaltbearbeitungsschritt des Ziehens mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel hergestellt wurden und die in der Tabelle 1 dargestellten Eigenschaften aufweisen) wurden einer Erweichungsbehandlung und einem anschließenden druckfreien Ziehen unterzogen, woraufhin eine Untersuchung der inneren Oberflächenrauheit und des S/N-Verhältnisses mit den in der nachfolgenden Tabelle 2 angegebenen Ergebnissen erfolgte. Tabelle 2 Herstellungsbedingungen Untersuchungsergebnisse Druck des druckbeaufschalgtem Schmieröl (kp/cm²) Umformgrad beim druckfreien Ziehen (%) Innere Oberflächenrauheit (um) (lkp/cm² = 98,0665 kPa)
Die innere Oberflächenrauheit ist geringfügig größer als in dem Fall, in dem nur das Ziehen mit druckbeaufschlagtem Schmiermittel durchgeführt wird, jedoch ist sie geringer als der in der Tabelle 1 angegebene Wert beim Dornziehen. Ferner ist das S/N-Verhältnis vor und nach dem druckfreien Ziehen fest und gegenüber demjenigen beim Dornziehen erheblich günstiger.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß BEISPIEL 6 (P6 in Fig. 1). Im BEISPIEL 6 wird ein Ausgangsrohr 10 dem Vorgang gemäß BEISPIEL 2 unterzogen, um ein Zwischenrohr 15 zu erhalten, das, wie im BEISPIEL 5, einem druckfreien Ziehen unterzogen wird, um als Produkt das lange Rohr 20 zu erzeugen.
Fig. 11 ist eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß BEISPIEL 7 (P7 in Fig. 1). Im BEISPIEL 7 wird ein Ausgangsrohr 10 dem Vorgang gemäß BEISPIEL 3 unterzogen, um ein zwischenrohr 16 zu erhalten, das, wie im BEISPIEL 5, einem druckfreien Ziehen unterzogen wird, um als Produkt das lange Rohr 20 zu erzeugen.
Fig. 12 ist eine schematische Darstellung des Verfahrens gemäß BEISPIEL 8 (P8 in Fig. 1). Im BEISPIEL 8 wird ein Ausgangsrohr 10 dem Vorgang gemäß BEISPIEL 4 unterzogen, um ein Zwischenrohr 17 zu erhalten, das, wie im BEISPIEL 5, einem druckfreien Ziehen unterzogen wird, um als Produkt das lange Rohr 20 zu erzeugen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres von wenigstens 20 m Länge mit einem kleinen Durchmesser von höchstens 40 mm, bei dem ein Ausgangsrohr (10) zur Herstellung des langen Rohres einem oder mehreren Kaltbearbeitungsvorgängen unterzogen wird, wobei es sich bei dem einen oder den mehreren Kaltbearbeitungsvorgängen um Stopfenziehen handelt, das die Wanddicke des Rohres verringert, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsrohr in einem Behälter (1) angeordnet wird, der zur Durchführung des Stopfenziehens mit druckbeaufschlagtem Schmieröl mit einem Druck von 49 MPa (500 kp/cm²) oder mehr gefüllt ist.

2. Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser nach Anspruch 1, bei dem nach dem Stopfenziehen ein druckfreies Ziehen durchgeführt wird.

3. Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinein Durchmesser nach Anspruch 2, bei dem der Umformgrad beim Stopfenziehen auf 20 bis 50% und der Umformgrad beim druckfreien Ziehen auf 20% oder weniger eingestellt ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser nach Anspruch 2, bei dem das druckfreie Ziehen auf 10% oder weniger eingestellt ist.

5. Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Druck des druckbeaufschlagten Schmieröls 98,1 MPa (1000 kp/cm²) oder mehr, höchstens 147,1 MPa (1500 kp/cm²) oder weniger beträgt.

6. Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Umformgrad beim Stopfenziehen auf 20 bis 50% eingestellt ist.

7. Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das lange Rohr mit kleinem Durchmesser ein aus rostfreien Stählen oder Ni-Basislegierungen bestehendes Rohr ist.

8. Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die von der Endstufe verschiedenen Stufen der Kaltbearbeitung das Stopfenziehen in Verbindung mit der Verringerung der Wanddicke unter Verwendung von druckbeaufschlagtem Schmieröl sind.

9. Verfahren zum Herstellen eines langen Rohres mit kleinem Durchmesser nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die von der Endbearbeitung verschiedenen Kaltbearbeitungs- Vorgänge das Kaltwalzen oder das Dornziehen sind.