DE69635042T2

DE69635042T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von stahlrohren

Info

Publication number: DE69635042T2
Application number: DE69635042T
Authority: DE
Inventors: Takaaki Toyooka; Akira Yorifuji; Motoaki Itadani; Toshio Ohnishi; Yuji Hashimoto; Nobuki Tanaka; Hiroyuki Matsui
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1996-08-21
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2016-08-22
Also published as: CA2201166A1; CA2201166C; JPH09122713A; CN1082855C; US6006789A; WO1997007906A1; DE69635042D1; CN1164836A; EP0788850A1; AU716746B2; EP0788850A4; KR100233700B1; AU6754096A; EP0788850B1; JP3853428B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren eines Stahlrohrs und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und insbesondere ein Verfahren zum Reduzieren eines Stahlrohrs, das durch Stumpfschweißen der beiden Rändern eines offenen Rohrs hergestellt wird und ein Verfahren zum Durchführen des Verfahrens.
Als Verfahren zur Herstellung eines Stahlrohrs mit einem relativ kleinen Durchmesser aus einem Stahlband kennt man zwei Verfahren, wie beispielsweise ein Rohrherstellungsverfahren über autogenes Schweißen (d.h. ein Rohrherstellungsverfahren über autogenes Pressschweißen) wie ein Stumpfschweißverfahren, wobei ein offenes Rohr, das durch kontinuierliches Formen eines Stahlbandes hergestellt wird, ganz auf hohe Temperaturen erwärmt wird und an seinen beiden Rändern pressgeschweißt wird, und ein Rohrherstellungs-Schweißverfahren, bei dem die beiden Ränder eines offenen Rohrs geschweißt werden, wie durch elektrisches Widerstandsschweißen, Laserschweißen oder dergleichen.
Das autogene Pressschweißverfahren ist gewöhnlich an die Massenproduktion schmaler Rohre mit 115 mm Außendurchmesser oder weniger angepasst. Dieses Verfahren ist jedoch insofern nachteilig, als das offene Rohr von seinen Außenbereichen auf hohe Temperaturen erwärmt wird, ein Zunderverlust so stark wird, dass das resultierende Produkt eine schlechte Oberflächenstruktur erhält. Dagegen werden mit dem Schweißverfahren nur beide Ränder des offenen Rohrs auf Temperaturen höher als der Schmelzpunkt beim Schweißen erwärmt. Andere Teile als die Ränder sind in einem kalten Zustand von 100°C oder weniger. Somit kommt das Problem der Oberflächenaufrauung, wie es beim autogenen Pressschweißverfahren vorkommt, nicht auf. Dieses Verfahren ist jedoch ein kaltes Verfahren, so dass man das Auftreten von Gleiteffekten verhindern muss, die zwischen den Rohrherstellungs-Werkzeugen, wie einer Kaliberwalze, und dem offenen Rohr auftreten, und man Maßnahmen zur Unterdrückung einer sich bildenden Last ergreifen muss. Somit wird die Produktionseffizienz schlecht. Weil die Verwendung von Kaliberwalzen, die mit der Abmessung eines Produktstahlrohrs übereinstimmen, wesentlich ist, ist das Schweißverfahren zudem nicht für die Kleinserienfertigung und Mehrzweckfertigung von Stahlrohren geeignet.
Zur Lösung der bei dem Stahlrohrfertigungsverfahren beteiligten Nachteile mit einem autogenen Stumpfschweißverfahren oder dem Schweißverfahren wurden Verfahren zum kalten Reduzieren eines Stahlrohrs durch Schweißverfahren vorgeschlagen, wie offenbart in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 63-331Q5 und 2-187214.
Wenn jedoch ein durch ein Schweißverfahren erhaltenes Stahlrohr der kalten Reduktion unterworfen wird, ist eine große Walzlast erforderlich. Dies wiederum erfordert unweigerlich den Einbau einer schmierenden Walzvorrichtung zur Verhinderung von Verschleiß- oder Fress-Defekten mit der Walze oder den Einbau eines Walzwerks im großen Maßstab, die der Verwendung unter der großen Walzlast standhalten kann. Wird zudem ein Stahlband zu einem Ausgangsrohr (d.h. einem offenen Rohr) geformt, entsteht eine Formspannung, zu der noch die Arbeitsspannung hinzukommt, die während der kalten Reduktion verursacht wird. Folglich erleidet der Stahl einen erheblichen Grad an Arbeitsspannung, mit dem gleichzeitigen Problem, dass nach dem Herstellen des Rohrs ein Wärmebehandlungsschritt zugefügt werden muss.
Zudem wurden wie in der japanischen geprüften Patentveröffentlichung Nr. 2-24606 und in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 60-15082 beschrieben, Verfahren vorgeschlagen, bei denen ein durch ein Schweißvorgang erhaltenes Stahlrohr heiß reduziert wird.
Nach dem Heißreduzieren des durch dieses Schweißverfahren erhaltenen Stahlrohrs wird das Mutterrohr in einem Wiedererwärmungsofen wieder auf 800°C oder darüber erwärmt. Dies führt zu einem frischen Zunderverlust der mit einem anderen Problem einhergeht, dass beim Reduzieren ein Zundereinschluss induziert wird.
In DE 4318931 , welches den nächsten Stand der Technik veranschaulicht, wird ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlrohrs mit rechteckigem Querschnitt durch Umformen eines reinen Rohrs offenbart. Das Umformen erfolgt nach dem Erwärmen des Rohrs für 400 sec. oder weniger auf eine Temperatur über 600°C und unter eine bestimmte Temperatur Acl. Dies verhindert eine Arbeitserhärtung einer Ecke und die Verschlechterung der Oberfläche aufgrund von Oberflächenzunder.
In DE 3801621 ist ein Verfahren zur Gewinnung eines Stahlrohrs offenbart, beispielsweise mittels Widerstandsschweißen, wobei das Rohr zwischen 800°C und 850°C erwärmt wird und ein Kernmetallwerkzeug auf der Innenoberfläche bereitgestellt wird, mit dessen Hilfe das Rohr über eine Querschnittsreduktion verformt wird. Dies eliminiert jegliche Unebenheit aufgrund von Narben bei der Entfernung von Schweißbrand. Zudem erfolgt eine kontrollierte Kühlung, wodurch die Schweißfläche gleichförmig mit dem Basismaterialteil gefertigt wird.
Gemäß DE 4039741 wird ein Verfahren offenbart, bei dem die Dickenverteilung des Rohrs an der Auslassseite der Reduziervorrichtung für Mehrkanaldicke gemessen wird, und die resultierende Messung dient der Kontrolle der lokalen Erwärmung und Kühlung des Rohrs auf der Einlassseite der Reduziervorrichtung.
Es ist daher wünschenswert, die Probleme des Standes der Technik zu lösen und ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reduzieren eines Stahlrohrs bereitzustellen, wobei ein nach einem autogenen Verbindungs- oder Schweißverfahren oder einem Schweißverfahren hergestelltes Stahlmutterrohr bei geringer Last reduzierbar ist, und während die Arbeitshärtung unterdrückt wird, ohne dass die Oberflächeneigenschaften verschlechtert werden und wobei die Dimensionsgenauigkeit eines Produktstahlrohrs auf hohem Niveau gehalten werden kann. Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlrohrs durch kontinuierliches Formen eines Stahlbandes bereit, so dass man ein offenes Rohr erhält, Stumpfschweißen an seinen beiden Rändern und Reduzieren des geschweißten Stahlrohrs mit Hilfe einer Mehrstufen-Reduziervorrichtung mit Kaliberwalzen, wobei das Stahlrohr vor dem Reduzieren auf eine Temperatur von mehr als 100°C und weniger als 800°C erwärmt wird und dann reduziert wird, wobei das Verfahren das Messen der Temperatur des Stahlrohrs an einer Einlassseite und einer Auslassseite der Reduziervorrichtung und ebenfalls an einer Zwischenstufenposition oder -positionen und Erwärmen oder Kühlen des Stahlrohrs vor oder während des Reduzierens umfasst, so dass die Messwerte jeweils mit einem Stellwert übereinstimmen.
Die Herstellung des Rohrs durch das Stumpfschweißen soll folgende Schweißverfahren beinhalten.

(1) Stumpfschweißen, wobei ein offenes Rohr ganz erwärmt wird und beide Randbereiche pressgeschweißt werden.
(2) Autogenes Pressschweißen bei mäßiger Temperatur, wobei nur die beiden Ränder eines offenen Rohrs erwärmt werden.
(3) Autogenes Pressschweißen bei mäßiger Temperatur, wobei ein offenes Rohr ganz erwärmt wird und nur die beiden Ränder weiter erwärmt werden und autogen pressgeschweißt werden.
(4) Elektrisches Widerstandsschweißen, Laserschweißen oder eine Kombination der Schweißmethoden an beiden Randbereichen eines offenen Rohrs.

Es ist daher vorteilhaft, dass das Stahlrohr vor der Reduktion auf 725°C oder weniger erwärmt und bei einem Temperaturenbereich von 375°C oder darüber reduziert wird. Darüber hinaus wird das Stahlrohr vor der Reduktion vorzugsweise derart durchwärmt, dass ein Temperaturunterschied in Umfangsrichtung des Rohrs innerhalb von 200°C liegt. Das Stahlrohr wird stärker bevorzugt vor dem Reduzieren derart durchwärmt, dass ein Temperaturunterschied in Umfangsrichtung des Rohrs innerhalb von 100°C liegt. In diesem Fall ist es günstiger, die Rohrtemperaturen an den Einlass- und Auslassseiten der Reduziervorrichtung sowie an den Zwischenstufenpo sitionen zu messen, und das Stahlrohr vor und während der Reduktion zu erwärmen oder zu kühlen, so dass die Messwerte mit einem Stellwert übereinstimmen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur angemessenen Durchführung der Erfindung ist eine solche Stahlrohr-Reduziervorrichtung, welche umfasst eine Stumpfschweißvorrichtung, eine Durchwärmvorrichtung an der Einlassseite, die erwärmen und kühlen kann, und eine Reduziervorrichtung, die aus einer Vielzahl von Stufen besteht, die nacheinander in dieser Reihenfolge angeordnet sind, Thermometer zum Messen der Temperaturen eines Stahlrohrs an den Einlass- und Auslassseiten der Reduziervorrichtung und eine arithmetische Steuerungseinheit zum Steuern der Durchwärmvorrichtung auf der Einlassseite auf der Basis der Messwerte von den Thermometern, wobei Thermometer und eine Durchwärmvorrichtung in der Zwischenstufe, die jeweils wärmen und kühlen kann, zwischen den Stufen der Reduziervorrichtung bereitgestellt sind, und die arithmetische Steuervorrichtung die Durchwärmvorrichtung an der Einlassseite und die Durchwärmvorrichtung in der Zwischenstufe auf der Basis der Messwerte von den Thermometern zwischen den Stufen steuert. In dieser Vorrichtung bestehen die Heizvorrichtungen der Durchwärmvorrichtungen an der Einlassseite und in der Zwischenstufe vorzugsweise jeweils aus einem Heizofen oder einer Induktionsschlange, und die Kühlvorrichtungen dafür bestehen jeweils aus einer Kühlmittelspritzdüse.
Das durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung hergestellte Produktstahlrohr ist ein nahtstumpfgeschweißtes Stahlrohr mit einer Oberflächenrauheit Rmax von 10 μm oder weniger beim Reduzieren. Daher hat das Rohr gute Eigenschaften.
Nachstehend wird beispielhaft auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer Installationsanordnung zur Durchführung der Erfindung.
2 eine schematische Ansicht einer weiteren Installationsanordnung zur Durchführung der Erfindung.
3 eine schematische Ansicht eines Verfahrens des Standes der Technik zur kalten Reduktion eines Stahlrohrs.
4 eine schematische Ansicht eines Verfahrens des Standes der Technik zur warmen Reduktion eines Stahlrohrs.
5, ein Schaubild, die Beziehung zwischen der Erwärmungstemperatur für ein Mutterrohr und der Oberflächenrauheit Rmax eines Produktstahlrohrs.
6, ein Schaubild, die Abhängigkeit der Walztemperatur einer Streckgrenze und einer Dehnug eines Produktstahlrohrs.
7, ein Schaubild, die Beziehung zwischen dem Temperaturunterschied eines Mutterrohrs längs der Umfangsrichtung des Rohrs und der Dickenabweichung.
8 eine schematische Ansicht eines Steuersystems bei einer herkömmlichen Reduktionstemperatursteuerung.
9, eine schematische Ansicht, ein Beispiel für eine Reduktionsvorrichtung für die im erfindungsgemäßen Beispiel verwendeten Stahlrohre.
10, ein Schaubild, den Gesamtwert der Walzlasten an jeder der Stufen in dem Beispiel.
11, ein Schaubild, die Anzahl der Verschleißdefekte auf den Oberflächen der jeweiligen Produktstahlrohre in dem Beispiel.
12, ein Schaubild, den Gesamtwert der Walzlasten in jeder der Stufen in einem anderen Beispiel.
13, ein Schaubild, die Anzahl der Verschleißdefekte auf den Oberflächen jeder Produktstahlrohre in einem anderen Beispiel.
14, ein Schaubild, die Beziehung zwischen der Heiztemperatur und der Oberflächenrauheit Rmax in dem Beispiel.
15 ein Schaubild, die Beziehung zwischen der Walztemperatur in einer Endstufe und der Dehnung in dem Beispiel.
16 ein Schaubild die Beziehung zwischen der Heiztemperatur und der Oberflächenrauheit Rmax in einem anderen Beispiel.
17, ein Schaubild, die Beziehung zwischen der Walztemperatur in einer Endstufe und der Dehnung bei einem anderen Beispiel.
Eine Technik des Standes der Technik wird anhand der beigefügten Zeichnungen veranschaulicht. Ein offenes Rohr, erhalten durch kontinuierliches Formen eines Stahlbandes, wird durch autogenes Stumpfschweißen oder durch Schweißen zu einem Rohr geformt.
Die Herstellung eines Rohrs durch autogenes Stumpfschweißen hat den Nachteil, dass der Zunderverlust so groß ist, dass die Oberflächenstruktur des Produkts schlecht wird. Bei der Herstellung eines Rohrs durch Schweißen ergibt sich kein Problem mit der Oberflächenrauheit, aber die Produktionseffizienz ist so niedrig, dass dieses Herstellungsverfahren für die Herstellung von Mehrzweck-Stahlrohren nicht geeignet ist.
3, eine schematische Ansicht, zeigt ein Verfahren zur kalten Reduktion eines Stahlrohrs, erhalten durch ein Schweißverfahren, worin ist: 1 ein Stahlband, 2 ein Mutterrohr vor der Reduktion, 3 ein Produktrohr, 4 eine Abwickelvorrichtung, 5 eine Schweißvorrichtung für verschiedene Chargen des Stahlbandes 1, 6 ein Schlingenkanal, 7 eine Rohrbildungsmaschine, 8 ein Induktionsofen, 9 eine Quetschstufe, 11 eine Reduziervorrichtung und 15 eine Aufwickelvorrichtung. Bei dieser Technik ist die Walzlast so groß, dass die Installation eines Walzwerks im großen Maßstab essentiell ist. Darüber hinaus ist die Arbeitshärtung des Ausgangsstahls beträchtlich, so dass nach der Bildung eines Rohrs eine zusätzliche Wärmebehandlung notwendig ist.
4, eine schematische Ansicht, zeigt ein Verfahren zur Wärmereduktion eines Stahlrohrs, erhalten durch ein Schweißverfahren, worin ist: 21 ein Vorwärmofen für ein Stahlband 1, 22 ein Wärmeofen für das Stahlband 1, 23 ein Wiedererwärmungsofen, 12 eine Schneidemaschine und 14 ein Kühlbett. Gleiche Bezugszahlen wie in 3 stehen für gleiche Bauteile, und ihre Erklärungen werden weggelassen.
Wird das durch das Schweißverfahren erhaltene Stahlrohr warm reduziert, wird das Mutterrohr in einem Wiedererwärmungsofen erwärmt, während ein frischer Zunderverlust entsteht, und der Zundereinschluss wird bei der Reduktion induziert.
Es wird das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Temperatur eines Stahlrohrs vor der Reduktion (d.h. des Mutterrohrs) in einem Bereich von mehr als 100°C und unter 800°C reguliert, wodurch die Oberflächenrauheit eines Produktrohrs unterdrückt werden kann. Günstige Bedingungen zur Unterdrückung der Oberflächenrauheit und der Arbeitshärtung umfassen eine Mutterrohrtemperatur von 725°C oder weniger und eine Walztemperatur von 275°C oder mehr.
In der erfindungsgemäßen Praxis kann das Stumpfschweißen entweder ein autogenes Pressschweißen beider Ränder nach dem Erwärmen des gesamten offenen Rohrs auf hohe Temperaturen (Stumpfschweißen) oder eine autogenes Pressschweißen beider Ränder, erwärmt auf hohe Temperaturen nach dem Erwärmen des gesamten offenen Rohrs auf moderate Temperaturen, sein. Alternativ kann elektrisches Widerstandsschweißen durch Anlegen eines elektrischen Stroms oder durch Induktionserwärmen oder Laserschweißen verwendet werden, vorausgesetzt ein offenes Rohr wird an beiden Rändern geschweißt.
1 ist eine schematische Ansicht einer Installationsanordnung, mit der die Erfindung durchgeführt wird. In 1 ist: 1 ein Stahlband, 2 ein Mutterrohr, 3 ein Produktrohr, 4 eine Abwickelvorrichtung, 5 eine Schweißvorrichtung für verschiedene Chargen des Stahlbands 1 (das Schweißen zwischen dem Schwanzende eines vorlaufenden Bandes und dem Vorderende eines nachlaufenden Bandes), 6 ein Schlingenkanal, 7 eine Maschine zur Herstellung eines Ausgangsrohrs, 8 ein Induktions ofen, 9 eine Quetschstufe, 10 eine Induktionswärmeschlange, 11 eine Reduziervorrichtung, 12 eine Rohrkorrekturvorrichtung, 15 eine Aufwickelvorrichtung und 16, 17 Thermometer.
Wie in 1 gezeigt, wird das Stahlband, das von der Abwickelvorrichtung 4 zugeführt wird, mit Hilfe der Maschine 7 zum Formen des Ausgangsrohrs zu einem Rohr geformt. Nach dem Erwärmen beider Ränder auf eine Temperatur unter dem Schmelzpunkt mittels Induktionsofens 8 wird das Rohr einem autogenen Stumpfschweißen (autogenem Pressschweißen) in der Quetschstufe unterworfen, so dass das Mutterrohr 2 vor der Reduktion bereitgestellt wird. Dieses Mutterrohr wird mittels Induktionswärmeschlange 10 über den gesamten Umfangsbereich des Rohrs erwärmt, gefolgt von der Reduktion in der Reduziervorrichtung 11, die aus mehreren Stufen für einen bestimmten Außendurchmesser besteht, so dass man das Produktrohr 3 erhält. Nach der Korrektur in der Rohrkorrekturvorrichtung 12 wird das Rohr mit der Aufwickelvorrichtung 15 aufgewickelt und gekühlt.
Die Installationsanordnung der 1 kann zur Reduktion eines geschweißten Stahlrohrs angewendet werden, wenn die Anordnung derart verändert wird, dass beide Ränder, die auf eine Temperatur höher als der Schmelzpunkt erwärmt wurden, in der Quetschstufe 9 geschweißt werden können.
Die 2 ist eine schematische Ansicht einer anderen Installationsanordnung, mit der die Erfindung durchgeführt wird. In 2 ist: 13 eine Schneidemaschine und 14 ein Kühlbett. Gleiche Bezugszahlen wie in 1 stehen für gleiche Bauteile, und ihre Erklärungen werden weggelassen.
Wie in 2 gezeigt, wird das Stahlband, das von der Abwickelvorrichtung 4 zugeführt wird, mit Hilfe der Maschine 7 zum Formen des Ausgangsrohrs zu einem Rohr geformt, gefolgt von Erwärmen beider Ränder auf eine Temperatur höher als der Schmelzpunkt mit dem Induktionsofen 8 und Schweißen in der Quetschstufe 9, wodurch ein Mutterrohr 2 vor der Reduktion erhalten wird. Das Mutterrohr 2 wird in der Induktionswärmeschlange 10 über den gesamten Bereich des Rohrumfangs erwärmt. Das Rohr 2 wird mit der aus mehreren Stufen bestehenden Reduziervorrichtung 11 auf einen bestimmten Außendurchmesser reduziert, so dass man ein Produktrohr 3 erhält. Nach dem Schneiden auf gegebene Längen mittels Schneidemaschine 13 wird das Rohr in der Rohrkorrekturvorrichtung 12 korrigiert und in Kühlbett 14 gekühlt.
Man beachte, dass die Installationsanordnung der 1 zur Reduktion eines autogen geschweißten Stahlrohrs angewendet werden kann, wenn die Anordnung derart verändert wird, dass beide Ränder, die auf eine Temperatur von weniger als der Schmelzpunkt erwärmt wurden, in der Quetschstufe 9 geschweißt werden können.
Wir haben eine eingehende Untersuchung bzgl. der Oberflächenstruktur eines Produktrohrs, der mechanischen Eigenschaften der Rohre vor und nach dem Walzen, und einer Walzlast durch Verwendung der Installationsanordnung von 1 durchgeführt, wobei ein Kohlestahlrohr für Rohrleitungen (Außendurchmesser: 60,5 mm, Dicke 3,8 mm), das nach dem autogenen Stumpfschweißverfahren hergestellt wurde, bei einer Temperatur von normalen Temperaturen bis 1000°C um 30% reduziert wurde. Entsprechend wurden mit der Walzinstallationsanordnung von 2 ein Kohlestahlrohr für Rohrleitungen (Außendurchmesser: 114,3 mm, Dicke; 4,5 mm) ähnliche Untersuchungen durchgeführt. Die Erfindung wurde wie nachstehend erläutert auf der Basis des Wissens gemacht, das aus den vorhergehenden Untersuchungen gewonnen wurde.
5, ein Schaubild, zeigt die Beziehung zwischen der Heiztemperatur des Mutterrohrs und der Oberflächenrauheit Rmax eines Produktrohrs. (a) ist für das autogen stumpfgeschweißte Stahlrohr, und (b) ist für das geschweißte Stahlrohr. Die Oberflächenrauheit Rmax eines Produktstahls steigt aufgrund der Defekte, die von dem Zundereinschluss während des Verlaufs des Walzens herrühren, wenn die Heiztemperatur des Mutterrohrs 800°C oder höher ist, oder aufgrund der Gleiteffekte mit einer Walze, die dem Anstieg der Walzlast und der Erzeugung von Wärme zugeschrieben werden, wenn die Temperatur 100°C oder weniger ist. Somit wird die Oberflächenrauheit groß. Folglich ist es bevorzugt, dass die Heiztemperatur des Mutterrohrs 100°C übersteigt, jedoch niedriger als 800°C ist. Man beachte, dass angesichts der 5 eine stärker bevorzugte Heiztemperatur des Mutterrohrs von 200 bis 725°C reicht, damit der Anstieg zwischen den Werten von Rmax vor und nach dem Walzen innerhalb von 0,5 μm liegt.
Die 6, ein Schaubild, zeigt die Abhängigkeit der Walztemperatur von der Streckfestigkeit (Y. S.) und der Dehnung (El) eines Produktstahls, wobei (a) für das autogen stumpfgeschweißte Stahlrohr und (b) für ein geschweißtes Stahlrohr steht. Gemäß 6 steigt die Streckfestigkeit und sinkt die Dehnung aufgrund der Arbeitshärtung, die durch eine Walzspannung verursacht wird, bei einer Walztemperatur von 300°C oder weniger, im Vergleich mit denjenigen, die vor dem Walzen bestimmt werden. Im Bereich von 300°C bis 350°C wird die Wiederherstellungsrate der Walzspannung so groß, dass die Streckfestigkeit schnell mit dem raschen Anstieg der Dehnung fällt. Über 375°C werden sowohl die Streckfestigkeit als auch die Dehnung innerhalb von ±10% der Werte vor dem Walzen stabilisiert. In diesem Sinn sollte die Walztem peratur zur Durchführung der Reduktion ohne Beteiligung jeglicher Arbeitshärtung vorzugsweise 375°C oder mehr betragen.
Man beachte, dass die Temperatur eines Walzausgangsmaterials gewöhnlich von der Erzeugung von Wärme während der Arbeit und der Entfernung von Wärme mit den Walzen abhängt. Ist die Walztemperatur 200°C oder mehr bei der Reduktion eines erfindungsgemäßen Stahlrohrs, wird die Entfernung von Wärme mit den Walzen zu stark, so dass die Temperatur des Mutterrohrs während des Walzens sinkt. Folglich empfiehlt es sich, den Temperaturabfall, der von sämtlichen Stufen verursacht wird, vorher zu bestimmen, und eine Heiztemperatur eines Mutterrohrs auf ein Temperaturniveau einzustellen, das durch Zufügen eines Wertes bestimmt wird, der dem Temperaturabfall auf einen Zielwert einer Reduktionsfertigungstemperatur entspricht.
In der erfindungsgemäßen Praxis wird ein Temperaturunterschied vorzugsweise längs einer Umfangsrichtung vor der Reduktion eines Mutterrohrs innerhalb von 200°C gesteuert. Es ist stärker bevorzugt, dass der Temperaturunterschied entlang der Umfangsrichtung stringenter innerhalb von 100°C liegt. Aufgrund dessen kann die Dimensionsgenauigkeit eines Produktrohrs wie nachstehend erläutert auf einem hohen Wert gehalten werden.
7, ein Schaubild, zeigt die Beziehung zwischen dem Temperaturunterschied längs der Umfangsrichtung des Mutterrohrs, das in Bezug auf das Stahlrohr überprüft wird, von dem die Daten der 5 und 6 erhalten wurden, und der Dickenabweichung eines Produktstahls (d.h. einen Wert (%), erhalten durch Division des Unterschieds zwischen den Maximal- und Minimaldicken durch eine mittlere Dicke). Ist der Temperaturunterschied längs der Umfangsrichtung des Mutterrohrs über 200°C, wird die Verformung längs der Umfangsrichtung während der Reduktion ungleichmäßig, so dass die Wahrscheinlichkeit besteht, dass ein Produktrohr mit abgewandelter Dicke erhalten wird. Innerhalb eines Temperaturbereichs von mehr als 100°C, aber nicht mehr als 200°C, wird der Grad der Abweichung gering, während der Temperaturunterschied entlang der Umfangsrichtung sinkt. Bei Temperaturen unter 100°C wird die dem Temperaturunterschied zugeschriebene Dickenabweichung im Wesentlichen vollständig unterdrückt. Man beachte, dass dort, wo kein Temperaturunterschied existiert, eine Dickenabweichung, die durch "winkelige Ecken" (beispielsweise ein Phänomen, wobei bei der Verwendung von n Kaliberwalzen zur Reduktion ein 2× nth Polygon entsteht) verursacht wird und die der Reduktion mit einer Vielzahl von Kaliberwalzen innewohnt, zurückbleibt. Der Nahtabschnitt des Mutterrohrs wird auf eine höhere Temperatur als die anderen Abschnitte erwärmt. Ist beispielsweise der Temperaturunterschied längs der Umfangsrichtung nicht nur durch Überführung von Wärme mit der Induktionsheizschlange 10 der 1 reduziert, wird das Mutterrohr vorzugsweise vor der Reduktion durch Kombination von Erwärmen und Kühlen durchwärmt (da das Kühlen nur am Nahtabschnitt erfolgen kann), so dass eine gleichförmige Temperatur längs der Umfangsrichtung aufgebaut wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muss man die Stahlrohrtemperatur an den Einlass- und Auslassseiten der Reduziervorrichtung und an den Zwischenstufenpositionen und zur Steuerung der Stahlrohrtemperatur messen, die auf der Basis der gemessenen Werte reduziert wird.
8 ist eine schematische Ansicht eines Kontrollsystems, das gewöhnlich zur Kontrolle einer Reduktionstemperatur verwendet wird. In der Figur ist: 31 eine arithmetische Einheit und 32 eine Wärmeeingangssteuereinheit. Gleiche Bezugszahlen wie in 2 geben gleiche Bauteile an, und ihre Erklärung wird weggelassen. Das Kontrollsystem ist so angeordnet, dass die Messwerte der Thermometer 16, 17 an der Eingangs- und Ausgangsseite (eine Temperatur, gemessen an der Auslassseite, und eine Temperatur, gemessen an der Einlassseite) in die arithmetische Kontrolleinheit 31 eingegeben werden. Der vorhergesagte Wert eines Temperaturabfalls in der Reduziervorrichtung 11 wird zu der gemessenen Temperatur an der Auslassseite addiert, so dass eine Zieltemperatur an der Einlassseite erhalten wird. Anschließend wird Information zur Wärmeeingabesteuereinheit 32 für die Induktionswärmeschlange 10 übertragen, so dass die gemessene Temperatur an der Einlassseite mit der Zieltemperatur an der Einlassseite übereinstimmt. Bei dem herkömmlichen Steuersystem, bei dem ein Fehler bei der Vorherbestimmung der Stahlrohrtemperatur innerhalb der Reduziervorrichtung 11 durch den Einfluss einiger Störungen, wie Variationen von Kaliberwalzen und einer Umgebungstemperatur und einer Variation im Kühlwasser in den Kaliberwalzen verursacht wird, besteht die Möglichkeit, dass die Temperaturen an der Einlass- und Auslassseite je nach der beabsichtigten Qualität eines Produktrohrs außerhalb des richtigen Kontrollbereich liegen.
Da die Stahltemperatur dagegen nicht nur an den Einlass- und Auslassseiten gemessen wird, sondern auch an der oder den Zwischenpositionen der Reduziervorrichtung 11, werden diese Messwerte ebenfalls an die arithmetische Vorrichtung 31 als Kontrollparameter übertragen. Kommt es zu einer Störung in der Reduziervorrichtung 11, kann die Temperatur sofort korrigiert werden, und es wird nicht gestattet, dass die Temperaturen außerhalb des richtigen Steuerbereichs sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einem die glatte Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfasst eine autogene Stumpfschweißvorrichtung, eine Durchwärmungsvorrichtung auf der Einlassseite, eine Re duziervorrichtung, bestehend aus einer Vielzahl von Stufen, die hintereinander in dieser Reihenfolge angeordnet sind, Thermometer zum Messen der Temperatur eines Stahlrohrs auf den Einlass- und Auslassseiten der Reduziervorrichtung, und eine arithmetische Steuervorrichtung zum Steuern der Durchwärmungsvorrichtung auf der Einlassseite auf der Basis der Messwerte von den Thermometern, wobei die Durchwärmungsvorrichtung auf der Einlassseite erwärmen und kühlen kann, und wobei Thermometer und eine Durchwärmvorrichtung in der Zwischenstufe, die erwärmen und kühlen kann, beispielsweise zwischen den Stufen der Reduziervorrichtung vorhanden sind, und die arithmetische Steuervorrichtung die Durchwärmungsvorrichtung auf der Einlassseite und die Durchwärmungsvorrichtung in der Zwischenstufe, auf der Basis der Messwerte von den Thermometern zwischen den Stufen steuert.
Durch Verwendung einer Durchwärmungsvorrichtung auf der Einlassseite kann das Mutterrohr vor dem Reduzieren problemlos durchwärmt werden. Da die Durchwärmungsvorrichtung in der Zwischenstufe zusätzlich bereitgestellt wird, ist es effizienter, die Walztemperatur zu steuern, wenn die Reduktion durch Verwendung der Reduziervorrichtung stromabwärts der Autogen-Stumpfschweißvorrichtung oder Schweißvorrichtung erfolgt.
Die Wärmevorrichtung und die Kühlvorrichtung der Durchwärmungsvorrichtung in der Zwischenstufe kann bei verschiedenen Zwischenpositionen bereitgestellt werden, mit der Maßgabe, dass diese Positionen in der Reduziervorrichtung sind.
In der erfindungsgemäßen Praxis wird vorzugsweise ein Heizofen oder eine Induktionsschlange als Heizvorrichtung in der Einlassseite und Durchwärmungsvorrichtungen in der Zwischenstufe und eine Kühlmittel-Spritzdüse als Kühlvorrichtung verwendet. Der Heizofen ist günstigerweise ein Infrarot-Reflexionsofen mit einer guten Heizeffizienz. Das Kühlmittel kann Wasser oder Kaltluft sein. Ist der Raum für den Einbau der Reduziervorrichtung eingeschränkt, wird vorzugsweise eine Induktionsschlange als Heizvorrichtung in der Durchwärmungsvorrichtung der Zwischenstufe angewendet. Ist die Heiz-Effizienz-Ökonomie vergleichbar mit der der Induktionsschlange, können verschiedene Arten von Energiestrahlen, wie Plasma, Elektronenstrahl und Laser angewendet werden.
9, eine schematische Ansicht, zeigt ein Beispiel für eine Reduzieranordnung eines erfindungsgemäßen Stahlrohrs. In 9 ist: 10 eine Kühlmittel-Spritzdüse, 18 Zwischenstufen-Thermometer, 33 eine Einheit zur Steuerung der Fließgeschwindigkeit, 34 ein Flusssteuerventil, 35 eine Kühlmittelquelle, 41 eine Durchwärmungsvorrichtung auf der Einlassseite, 42 eine Durchwärmungsvorrichtung in der Zwischenstufe, 43 eine arithmetische Kontrollvorrichtung, bestehend aus einer arithmetischen Einheit 31, einer Einheit 32 zur Steuerung des Wärmeeingangs und einer Flusssteuereinheit 33. Man beachte, dass in 9 gleiche Bezugszahlen wie in 8 gleiche Bauteile angeben, und ihre Erklärungen werden weggelassen, und dass an der stromaufwärts gelegenen Seite der Induktions-Heizvorrichtung 8 (an der linken Seite der 8) die gleiche Installationsanordnung wie in 8 eingesetzt wird. In diesem Beispiel wird Wasser als Kühlmittel verwendet. Die Durchwärmungsvorrichtungen 41, 42 an der Einlassseite und in der Zwischenstufe bestehen jeweils aus einer Kühlmittel-Spritzdüse 10A zum Aufspritzen eines Kühlmittels aus der Kühlmittelquelle 35 durch das Flusssteuerventil 34, das von der Flusssteuereinheit 33 gesteuert wird, und der Induktionsheizschlange 10, deren Leistung durch die Einheit 32 zur Steuerung der Eingangswärme gesteuert wird. Abgesehen von den Thermometern 16,17 an der Einfass- und Auslassseite befinden sich die Thermometer 18 stromaufwärts und stromabwärts der Durchwärmungsvorrichtung 42 in der Zwischenstufe in der Reduziervorrichtung 11. Die Messungen von diesen Thermometern 16, 17 und 18 werden in die arithmetische Einheit 31 eingegeben, von der Information an die Einheit 32 zur Steuerung der Eingangswärme und die Einheit 33 zur Steuerung der Fließgeschwindigkeit ausgegeben wird, damit die Messungen der Temperatur an der Einlassseite, den Zwischenpositionen und der Auslassseite innerhalb von Zielbereichen gehalten wird, wodurch die Menge der Eingangswärme und die Fließgeschwindigkeit der Eingangswärme und die Fließgeschwindigkeit des Kühlmittels gesteuert wird.
Angesichts des Standpunktes der Reduktion des Temperaturunterschieds längs der Umfangsrichtung des Mutterrohrs 2 sollte die Kühlmittel-Spritzdüse 10A der Durchwärmungsvorrichtung 41 auf der Einlassseite so ausgelegt sein, das sie nur gegen den Nahtabschnitt sprüht, insbesondere im Falle eines geschweißten Stahlrohrs, wobei die Temperatur des Nahtabschnitts hoch ist.
[Beispiele]
(Beispiel 1)
Mit Hilfe der in 1 gezeigten Installationsanordnung (mit einer Reduziervorrichtung 11, bestehend aus 8 Stufen, mit jeweils 3 Kaliberwalzen), wurde ein Kohlestahlrohr für Rohrleitungen, entsprechend dem in JIS G 3452 beschriebenen, auf folgende Weise hergestellt. Eine Stahlband 1 wurde zu einem Mutterrohr 2 mit 27,2 mm Außendurchmesser und 2,3 mm Dicke nach einem Festphasenpressschweißverfahren geformt. Das Mutterrohr 2 wurde unter den folgenden zwei Bedingungen (a) und (b) tandemgewalzt, so dass aufgewickelte Produktrohre 3 mit 17,3 mm Außendurchmesser und 1000 m Länge erhalten wurden.

(a) [Geänderte Heiztemperatur]. Mit Hilfe der Induktionsheizschlange 10 wurde die Heiztemperatur im Bereich von 200 bis 900°C zur Erwärmung des Rohrs geändert, gefolgt von sofortigem Walzen bei einer konstanten Geschwindigkeit (150/min) an der Auslassseite.
(b) [Geänderte Temperatur an der Auslassseite]. Das Rohr wurde bei einer konstanten Heiztemperatur (700°C) mit Hilfe der Induktionsheizschlange 10 erwärmt, gefolgt von unmittelbarem Walzen während die Walzgeschwindigkeit derart geändert wurde, dass die Außentemperatur der Reduziervorrichtung 11 im Bereich von 150 bis 500°C geändert wurde.

14, ein Schaubild, zeigt die Beziehung zwischen der Heiztemperatur und der Oberflächenrauheit Rmax des unter den Bedingungen (a) erhaltenen Stahlrohrs. Die 15, ein Schaubild, zeigt die Beziehung zwischen der Walztemperatur an der letzten Stufe und der Dehnung (El.) des unter den Bedingungen (b) erhaltenen Stahlrohrs. Die Oberflächenrauheit Rmax des reduzierten Produktrohrs 2 ist sogar weniger als 10 μm, wenn die Heiztemperatur für das Mutterrohr 2 nicht höher als 725°C ist, was innerhalb des erfindungsgemäßen Schutzbereichs ist. Bei Temperaturen über 725°C verschlechtert sich diese auf Werte von mehreren 10 μm. Die Dehnung des reduzierten Produktrohrs ist bei 33% oder darüber gut, wenn die Walztemperatur 375°C oder darüber ist, was innerhalb des erfindungsgemäßen Schutzbereichs ist. Ist die Temperatur kleiner als 375°C, erreicht die Dehnung 30% nicht und ist somit schlecht.
(Beispiel 2)
Mit Hilfe der in 2 gezeigten Installationsanordnung (ausgerüstet mit einer Reduziervorrichtung 11, bestehend aus 6 Stufen mit jeweils 4 Kaliberwalzen) wurde ein Kohlestahlrohr für Rohrleitungen, entsprechend dem in JISG3452 beschriebenen, auf folgende Weise hergestellt. Ein Stahlband 1 wurde zu einem Mutterrohr 2 mit 101,6 mm Außendurchmesser und 4,2 mm Dicke nach einem Schweißverfahren hergestellt. Das Mutterrohr 2 wurde unter den folgenden beiden Bedingungen (c) und (d) tandemgewalzt, so dass die Produktrohre 3 einer bestimmten Länge mit 76,3 mm Außendurchmesser und 5,5 m Länge erhalten wurde, wobei je nach dem Ausmaß der jeweiligen Bedingungen 50 Rohre hergestellt wurden.

(a) [Geänderte Heiztemperatur] Mit der Induktionsheizschlange 10 wurde die Heiztemperatur im Bereich von 400 bis 1000°C zur Erwärmung des Rohrs geändert, gefolgt von sofortigem Walzen bei einer konstanten Geschwindigkeit (100 m/min) an der Auslassseite.
(b) [Geänderte Temperatur an der Auslassseite] Das Rohr wurde bei einer konstanten Heiztemperatur (650°C) mit der Induktionsheizschlange 10 erwärmt, gefolgt von sofortigem Walzen, wobei die Walzgeschwindigkeit derart geändert wurde, dass die Temperatur an der Auslassseite der Reduziervorrichtung 11 im Bereich von 200 bis 500°C geändert wurde.

16, ein Schaubild, zeigt die Beziehung zwischen der Heiztemperatur und der Oberflächenrauheit Rmax des unter den Bedingungen (c) erhaltenen Stahlrohrs. Die 17, ein Schaubild, zeigt die Beziehung zwischen der Walztemperatur zwischen der Walztemperatur in der letzten Stufe und der Dehnung (El.) des unter den Bedingungen (b) erhaltenen Stahlrohrs. Die Oberflächenrauheit Rmax des reduzierten Produktrohrs 3 ist sogar weniger als 10 μm, wenn die Heiztemperatur für das Mutterrohr 2 nicht höher als 725°C ist, was innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung ist. Bei Temperaturen über 725°C verschlechtert sie sich auf einen Wert von mehreren 10 μm. Die Dehnung des reduzierten Produktrohrs 3 beträgt sogar 36% oder mehr, wenn die Walztemperatur 375°C oder mehr beträgt, was innerhalb des erfindungsgemäßen Schutzbereichs ist. Ist die Temperatur kleiner als 375°C erreicht die Dehnung 30% nicht und ist somit schlecht.
Aus den erfindungsgemäßen Beispielen 1 und 2 geht hervor, dass die Arbeitshärtung nur durch Steuern der Anzahl der Stufen der Reduziervorrichtung 11 unterdrückt werden kann, unabhängig vom autogenen Pressschweißverfahren und dem Schweißverfahren. Die Produktrohre 2 mit verschiedenen Außendurchmessern können aus einer Sorte Mutterrohr 2 erhalten werden, ohne dass sich die Oberflächenstruktur verschlechtert, wie es beispielsweise durch Zundereinschluss erfolgt. Somit lassen sich Kleinserien- und Mehrzweckstahlrohre leicht herstellen.
Erfindungsgemäß können die Stahlmutterrohre, die entsprechend dem autogenen Stumpfschweißverfahren oder dem Schweißverfahren hergestellt werden, zu Produktrohren mit unterschiedlichen Außendurchmessern bei niedriger Last reduziert werden, oder während die Arbeitshärtung unterdrückt wird, ohne dass die Oberflächeneigenschaften verschlechtert werden.
Dies ermöglicht, dass man Kleinserien- und Mehrzweckrohre herstellen kann. Darüber hinaus lassen sich effizient Produktrohre herstellen, deren Dimensionsgenauigkeit auf hohem Niveau ist.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Stahlrohrs (3) durch kontinuierliches Formen eines Stahlbandes (3), so dass man ein offenes Rohr erhält, Stumpfschweißen des Rohrs an beiden Rändern und Reduzieren des geschweißten Stahlrohrs mit Hilfe einer Mehrstufenreduziervorrichtung (11) mit Kaliberwalzen, wobei das Stahlrohr vor dem Reduzieren auf eine Temperatur von mehr als 100°C und weniger als 800°C erwärmt und dann reduziert wird; gekennzeichnet durch das Messen der Temperatur des Stahlrohrs (3) an den Einlass- und Auslassseiten der Reduziervorrichtung (11) und an Positionen zwischen den Stufen sowie Erwärmen oder Kühlen des Stahlrohrs vor und während des Reduzierens, so dass die resultierenden Messungen jeweils mit einer voreingestellten Temperatur übereinstimmen.
Verfahren zum Herstellen eines Stahlrohrs (3) nach Anspruch 1, wobei das Stumpfschweißen das Erwärmen des gesamten offenen Rohrs und das autogene Pressschweißen beider Randbereiche umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Stahlrohrs (3) nach Anspruch 1, wobei das Stumpfschweißen das autogene Pressschweißen bei mäßiger Temperatur beinhaltet, bei dem nur die beiden Randbereiche des offenen Rohrs erwärmt und autogen pressgeschweißt werden.
Verfahren zum Herstellen eines Stahlrohrs (3) nach Anspruch 1, wobei das Stumpfschweißen das elektrische Widerstandsschweißen oder Laserschweißen beider Randbereiche des offenen Rohrs umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Stahlrohrs (3) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Stahlrohr vor dem Reduzieren auf eine Temperatur von 725°C oder weniger erwärmt wird und in einem Temperaturenbereich von 275°C oder mehr reduziert wird.
Verfahren zum Herstellen eines Stahlrohrs (3) nach Anspruch 5, wobei das Stahlrohr vor dem Reduzieren erwärmt wird, so dass die Temperaturdifferenz entlang der Umfangsrichtung des Rohrs kleiner als 200°C ist.
Verfahren zum Herstellen eines Stahlrohrs (3) nach Anspruch 5, wobei das Stahlrohr vor dem Reduzieren erwärmt wird, so dass die Temperaturdifferenz entlang der Umfangsrichtung des Rohrs kleiner als 100°C ist.
Vorrichtung zum Herstellen eines Stahlrohrs (3), umfassend eine Stumpfschweißvorrichtung (5), eine Durchwärmvorrichtung an der Einlassseite (41), die sowohl Erwärmen als auch Kühlen kann, und eine Reduziervorrichtung (11) aus einer Vielzahl von Stufen, die nacheinander in dieser Reihenfolge angeordnet sind, Thermometer (16, 17) zum Messen der Temperatur des Stahlrohrs an den Einlass- und Auslassseiten der Reduziervorrichtung (11) und eine arithmetische Steuereinheit (31) zum Steuern der Durchwärmvorrichtung an der Einlassseite (41) auf der Basis der Messwerte von den Thermometern (16, 17), dadurch gekennzeichnet, dass Thermometer (18) und eine Durchwärmvorrichtung zwischen den Stufen (42), welche Erwärmen und Kühlen kann, zwischen den Stufen der Reduziervorrichtung (11) bereitgestellt werden, und die arithmetische Steuervorrichtung (31) die Durchwärmvorrichtung an der Einlassseite (41) und die Durchwärmvorrichtung zwischen den Stufen (42) auf der Basis der Messwerte von den Thermometern (18) zwischen den Stufen steuert.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Durchwärmvorrichtung an der Einlassseite (41) und die Durchwärmvorrichtung zwischen den Stufen (42) jeweils Heizvorrichtungen, die aus einem Heizofen oder einer Induktionsspule (10) bestehen, und Kühlvorrichtungen, die aus einer Kühlmittel-Strahldüse (10A) bestehen, umfassen.