1. Qualitätsmängel an Rohrrohlingen und deren Vermeidung.
Die Rohlinge für die Herstellung nahtloser Stahlrohre können entweder stranggegossene Rundrohrrohlinge, gewalzte (geschmiedete) Rundrohrrohlinge, zentrifugalgegossene Rundhohlrohrrohlinge oder Stahlblöcke sein. Im Produktionsprozess werden hauptsächlich stranggegossene Rundrohrrohlinge verwendet, da diese kostengünstig sind und eine gute Oberflächenqualität aufweisen.
1.1 Äußerliche, form- und oberflächenqualitätsbedingte Mängel an Rohrrohlingen.
1.1.1 Formfehler: Bei Rundrohrblöcken umfassen die Formfehler hauptsächlich den Durchmesser und die Ovalität der Rohrblöcke, die Toleranz der Stirnflächen-Schnittfasen usw. Bei Stahlblöcken umfassen die Formfehler hauptsächlich die durch Verschleiß der Kokille verursachte falsche Form des Stahlblocks usw.
Abweichungen von Durchmesser und Ovalität runder Rohre: In der Praxis gilt allgemein, dass beim Durchstechen eines Rohres die Druckreduktion vor dem Durchstechenkopf proportional zur Einwärtsfaltung des Rohrohrs ist. Je höher die Druckreduktion am Durchstechenkopf ist, desto wahrscheinlicher bildet sich vorzeitig ein Hohlraum im Rohr, und das Rohrohr neigt zu Innenrissen. In der Serienfertigung werden die Parameter der Durchstechmaschine anhand des Nenndurchmessers des Rohrs sowie des Außendurchmessers und der Wandstärke des Rohrohrs bestimmt. Wird die Durchstechform angepasst und der Außendurchmesser des Rohrs überschreitet die positive Toleranz, erhöht sich die Druckreduktion vor dem Durchstechenkopf, und das durchstochene Rohrohr weist eine Einwärtsfaltung auf. Überschreitet der Außendurchmesser hingegen die negative Toleranz, verringert sich die Druckreduktion vor dem Durchstechenkopf, und der erste Durchstichpunkt verlagert sich in den Halsbereich, was den Durchstichvorgang erschwert. Unzureichende Ovalität: Bei ungleichmäßiger Ovalität des Rohrs rotiert dieses nach Eintritt in die Stanzzone instabil, wodurch die Walze die Oberfläche beschädigt und Oberflächenfehler am Rohrohr entstehen. Unzureichende Fase an der Stirnfläche des Rundrohrrohlings: Die Wandstärke des vorderen Endes des perforierten Rohrohrs ist ungleichmäßig. Hauptgrund hierfür ist, dass bei Rohrohrrohlingen ohne Zentrierbohrung der Stempel während des Stanzvorgangs auf die Stirnfläche trifft. Aufgrund der großen Fase an der Stirnfläche des Rohrohrrohlings lässt sich die Spitze des Stempels nicht mittig im Rohrohr ausrichten, was zu einer ungleichmäßigen Wandstärke an der Stirnfläche des Rohrohrs führt.
1.1.2 Oberflächenqualitätsfehler (Strangguss-Rundrohrknüppel): Rohrknüppel-Oberflächenrisse: Längsrisse, Querrisse, Netzrisse Ursachen von Längsrissen:
A. Die durch die Fehlausrichtung von Düse und Kristallisator verursachte Strömungsabweichung führt zur Erosion der erstarrten Hülle des Rohrblocks. B. Die Schmelzeigenschaften der Schutzschlacke sind unzureichend; die flüssige Schlackenschicht ist entweder zu dick oder zu dünn, was zu einer ungleichmäßigen Dicke des Schlackenfilms und damit zu einer lokal zu dünnen erstarrten Hülle des Rohrblocks führt. C. Schwankungen des Kristallisationsflüssigkeitsspiegels (bei Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels von ± 10 mm beträgt die Rissbildungsrate ca. 30 %). D. Phosphor- und Schwefelgehalt im Stahl (P > 0,017 %, S > 0,027 %: Zunahme von Längsrissen). E. Bei einem Kohlenstoffgehalt (C) im Stahl von 0,12 % bis 0,17 %: Zunahme von Längsrissen.
Vorbeugende Maßnahmen: A. Sicherstellen, dass Düse und Kristallisator ausgerichtet sind; B. Stabile Schwankungen des Kristallisationsflüssigkeitsspiegels gewährleisten; C. Geeignete Kristallisationskonusform verwenden; D. Schutzschlacke mit hervorragenden Eigenschaften auswählen; E. Heißkopfkristallisator verwenden.
Ursachen von Querrissen: A. Zu tiefe Vibrationsmarken sind die Hauptursache für Querrisse. B. Ein erhöhter Gehalt an Niob oder Aluminium im Stahl ist die auslösende Ursache. C. Der Rohrrohling wird bei einer Temperatur von 900–700 °C gerichtet. D. Die Intensität der Sekundärkühlung ist zu hoch.
Präventive Maßnahmen:
A. Der Kristallisator arbeitet mit hoher Frequenz und geringer Amplitude, um die Tiefe der Vibrationsmarken auf der inneren Bogenfläche des Blocks zu reduzieren. B. Die Sekundärkühlzone verwendet ein stabiles, schwaches Kühlsystem, um sicherzustellen, dass die Oberflächentemperatur während des Richtens über 900 °C liegt. C. Die Oberfläche der Kristallisationsflüssigkeit wird stabil gehalten. D. Es wird eine Schutzschlacke mit guter Schmierfähigkeit und niedriger Viskosität verwendet.
Ursachen für Oberflächennetzwerkrisse: A. Der Hochtemperaturblock absorbiert das Kupfer des Kristallisationsmittels, das Kupfer wird flüssig und sickert dann entlang der Austenitkorngrenzen; B. Restelemente im Stahl (wie Kupfer, Zinn usw.) bleiben auf der Oberfläche des Rohrs zurück und sickern entlang der Korngrenzen;
Vorbeugende Maßnahmen: A. Verchromung der Oberfläche des Kristallisationsgefäßes zur Erhöhung der Oberflächenhärte; B. Verwendung einer angemessenen Sekundärkühlwassermenge; C. Kontrolle der Restelemente im Stahl; D. Kontrolle des Mn/S-Wertes, um sicherzustellen, dass Mn/S > 40 ist. Es wird allgemein angenommen, dass Risse mit einer Tiefe von maximal 0,5 mm während des Erhitzungsprozesses oxidieren und keine Oberflächenrisse im Stahlrohr verursachen. Da Risse an der Oberfläche des Rohrrohlings während des Erhitzungsprozesses stark oxidieren, treten sie nach dem Walzen häufig zusammen mit Oxidationspartikeln und Entkohlung auf.
Narbenbildung durch Schlauchmaterial und dicke Haut:
Ursachen: Die Temperatur des flüssigen Stahls ist zu niedrig, der flüssige Stahl ist zu zähflüssig, die Düse ist verstopft, der Einspritzfluss ist abgelenkt usw. Die durch Oberflächenrisse und eine starke Hautbildung am Rohling verursachten äußeren Faltungen des Stahlrohrs unterscheiden sich von den Rissen und Faltungen, die beim Walzen von Rohrohren entstehen. Sie weisen sehr deutliche Oxidationsmerkmale auf, begleitet von Oxidationspartikeln und starker Entkohlung; an den Defektstellen ist Eisenoxid vorhanden.
Poren im Rohling: Im Allgemeinen bilden sich beim Gießen des flüssigen Stahls durch das Platzen von Luftblasen unter der Oberfläche kleine Poren an der Oberfläche des Rohlings. Nach dem Walzen des Rohlings bildet sich eine dünne Hautschicht auf der Oberfläche des Stahlrohrs.
Vertiefungen und Rillen im Rohrrohling:
Ursachen für Poren und Rillen im Rohling: Zum einen können diese während des Kristallisationsprozesses beim Gießen entstehen, bedingt durch die starke Konizität des Kristallisators oder die ungleichmäßige Abkühlung der Sekundärkühlzone. Zum anderen können sie durch mechanische Beschädigungen oder Kratzer an der Oberfläche des Rohlings verursacht werden, wenn dieser noch nicht vollständig abgekühlt ist. Nach dem Durchstoßen bilden sich Falten oder Narben (Poren) und große äußere Falten (Rillen) auf der Oberfläche des rauen Rohrs.
„Ohren“ am Rohrrohling: Hauptsächlich aufgrund eines nicht geschlossenen Walzspalts (zwischen der Richtwalze der Stranggießanlage und der Walzwalze des Walzwerks). Beim Richten oder Walzen des Rohrrohlings wird entweder zu viel Druck auf die Richt- oder Walzwalze ausgeübt oder der Walzspalt ist zu klein. Dadurch gelangt zu viel Blech in den Walzspalt. Nach dem Durchstoßen entsteht eine spiralförmige Außenfalte an der Oberfläche des Rohrohrs. Unabhängig von der Art des Oberflächenfehlers am Rohrrohling können beim Walzprozess Fehler an der Oberfläche des Stahlrohrs entstehen. Im schlimmsten Fall muss das gewalzte Stahlrohr verschrottet werden. Daher ist eine verstärkte Kontrolle der Oberflächenqualität des Rohrrohlings und die Beseitigung von Oberflächenfehlern unerlässlich. Nur Rohrrohlinge, die den Normen entsprechen, dürfen in die Rohrwalzproduktion gegeben werden.
1.2 Mangelhafte Organisation der Rohrrohlinge bei geringer Leistung:
Sichtbare subkutane Blasen in Rohrrohlingen: Ursachen für deren Entstehung sind unzureichende Desoxidation des flüssigen Stahls und der darin enthaltene Gasgehalt (insbesondere Wasserstoff), der ebenfalls maßgeblich zur Bildung subkutaner Blasen in Rohrrohlingen beiträgt. Dieser Defekt bildet nach dem Perforieren oder Walzen unregelmäßige, abstehende Hautstellen an der Außenfläche des Stahlrohrs, die an Fingernägel erinnern. In schweren Fällen bedeckt er die gesamte Außenfläche. Diese Art von Defekt ist klein und oberflächlich und kann durch Schleifen entfernt werden.
Unterirdische Risse in Rohrrohlingen: Hauptursache für deren Entstehung ist die wiederholte Temperaturänderung der Oberflächenschicht des Strangguss-Rundrohrrohlings. Die Risse bilden sich nach mehreren Phasenübergängen. Im Allgemeinen entstehen keine Defekte; falls doch, handelt es sich lediglich um leichte äußere Falten.
Mittel- und Kernrisse in Rohrknüppeln: Mittel- und Kernrisse in Strangguss-Rundrohrknüppeln sind die Hauptursache für innere Faltenbildung in nahtlosen Stahlrohren. Die Rissursachen sind sehr komplex und umfassen die Auswirkungen der Erstarrungswärmeübertragung, des Eindringens und der Spannungen im Knüppel. Im Allgemeinen werden sie jedoch durch den Erstarrungsprozess des Knüppels in der Sekundärkühlzone bestimmt.
Lockerstellen und Lunker in Rohrrohlingen: Hauptsächlich aufgrund des fortgeschrittenen Korneffekts im Rohling während des Erstarrungsprozesses basiert die Bewegung des flüssigen Metalls auf der durch die Abkühlung in Erstarrungsrichtung verursachten Schrumpfung. Weist der Strangguss-Rundrohrrohling Lockerstellen und Lunker auf, beeinträchtigt dies die Qualität des Rohrohrs nach dem Schrägwalzen und Perforieren nur geringfügig.
1.3 Mikrostrukturdefekte des Rohrrohlings: hochauflösendes Mikroskop oder Elektronenmikroskop
Bei ungleichmäßiger Zusammensetzung und Struktur des Rohlings sowie starker Entmischung weist das gewalzte Stahlrohr eine ausgeprägte Streifenstruktur auf. Dies beeinträchtigt die mechanischen und Korrosionseigenschaften und führt dazu, dass die geforderten Leistungseigenschaften nicht erfüllt werden. Ein zu hoher Anteil an Einschlüssen im Rohling beeinträchtigt nicht nur die Eigenschaften des Stahlrohrs, sondern kann auch während des Produktionsprozesses zu Rissen führen.
Faktoren: schädliche Elemente im Stahl, Zusammensetzung und Entmischung des Rohrrohlings sowie nichtmetallische Einschlüsse im Rohrrohling.
2. Wärmebehandlungsfehler des Rohlings: Bei der Herstellung warmgewalzter nahtloser Stahlrohre sind in der Regel zwei Wärmebehandlungen erforderlich, um vom Rohling zum fertigen Stahlrohr zu gelangen: die Wärmebehandlung vor dem Perforieren des Rohlings und die Wiedererwärmung des Rohrohrs nach dem Walzen vor dem Kalibrieren. Bei der Herstellung kaltgewalzter Stahlrohre ist eine Zwischenglühung notwendig, um die Eigenspannungen im Stahlrohr abzubauen. Obwohl die Zwecke der einzelnen Wärmebehandlungen unterschiedlich sind und verschiedene Wärmeanlagen zum Einsatz kommen können, führen ungeeignete Prozessparameter und eine fehlerhafte Wärmebehandlungssteuerung zu Wärmebehandlungsfehlern im Rohling (Stahlrohr) und beeinträchtigen die Qualität des Stahlrohrs. Die Wärmebehandlung des Rohlings vor dem Perforieren dient der Verbesserung der Plastizität des Stahls, der Reduzierung des Verformungswiderstands und der Erzielung eines guten metallografischen Gefüges für das gewalzte Rohr. Als Wärmeanlagen kommen Ringöfen, Hubbalkenöfen, Schrägbodenöfen und Wagenbodenöfen zum Einsatz. Das Wiedererwärmen von Rohrohren vor dem Kalibrieren dient dazu, die Temperatur zu erhöhen und zu glätten, die Plastizität zu verbessern, das metallografische Gefüge zu steuern und die mechanischen Eigenschaften des Stahlrohrs sicherzustellen. Zu den verwendeten Wärmeöfen zählen vor allem Hubbalkenöfen, Durchlaufwalzenöfen, Schrägbodenöfen und elektrische Induktionsöfen. Die Glühbehandlung von Stahlrohren während des Kaltwalzprozesses dient dazu, die durch die Kaltverformung verursachte Kaltverfestigung zu beseitigen, den Verformungswiderstand des Stahls zu verringern und die Voraussetzungen für die Weiterverarbeitung zu schaffen. Die für die Glühbehandlung eingesetzten Wärmeöfen umfassen hauptsächlich Hubbalkenöfen, Durchlaufwalzenöfen und Wagenöfen. Häufige Fehler bei der Erwärmung von Rohlingen sind ungleichmäßige Erwärmung (bekannt als Yin-Yang-Oberfläche), Oxidation, Entkohlung, Erwärmungsrisse, Überhitzung und Überbrennen. Die wichtigsten Faktoren, die die Wärmequalität von Rohrrohlingen beeinflussen, sind: Wärmetemperatur, Wärmegeschwindigkeit, Wärme- und Haltezeit sowie Ofenatmosphäre.
Die Erwärmungstemperatur von Rohrrohlingen äußert sich hauptsächlich in zu niedriger, zu hoher oder ungleichmäßiger Erwärmung. Eine zu niedrige Temperatur erhöht den Verformungswiderstand des Stahls und verringert seine Plastizität. Insbesondere wenn die Erwärmungstemperatur keine vollständige Umwandlung des metallografischen Gefüges in Austenit gewährleistet, steigt die Rissneigung des Rohrrohlings beim Warmwalzen. Bei zu hoher Temperatur kommt es an der Oberfläche des Rohrrohlings zu starker Oxidation, Entkohlung und sogar zu Überhitzung oder Verbrennung.
Aufheizgeschwindigkeit des Rohrrohlings: Die Aufheizgeschwindigkeit des Rohrrohlings steht in engem Zusammenhang mit der Entstehung von Erwärmungsrissen. Bei zu hoher Aufheizgeschwindigkeit treten diese Risse leicht auf. Der Hauptgrund dafür ist: Beim Anstieg der Rohlingsoberflächentemperatur entsteht ein Temperaturunterschied zwischen dem Metall im Inneren und der Oberfläche. Dies führt zu ungleichmäßiger Wärmeausdehnung und thermischen Spannungen. Sobald diese thermischen Spannungen die Bruchspannung des Materials überschreiten, entstehen Risse. Diese können sowohl an der Oberfläche als auch im Inneren des Rohrrohlings auftreten. Beim Durchstechen eines solchen Rohlings können leicht Risse oder Falten an der Innen- und Außenfläche des Rohlings entstehen. Vorbeugung: Bei noch niedriger Temperatur des Rohrrohlings nach dem Einbringen in den Ofen sollte die Aufheizgeschwindigkeit reduziert werden. Mit steigender Rohlingstemperatur kann die Aufheizgeschwindigkeit entsprechend erhöht werden.
Aufheiz- und Haltezeit des Rohrrohlings: Die Dauer der Aufheiz- und Haltezeit des Rohrrohlings beeinflusst die Entstehung von Aufheizfehlern (Oberflächenoxidation, Entkohlung, grobes Korn, Überhitzung oder sogar Überbrennen usw.). Generell gilt: Je länger das Rohr auf hoher Temperatur erhitzt wird, desto wahrscheinlicher sind starke Oxidation, Entkohlung, Überhitzung und sogar Überbrennen an der Oberfläche, was im Extremfall zum Ausschuss des Stahlrohrs führen kann. Vorbeugende Maßnahmen: A. Sicherstellen, dass das Rohr gleichmäßig erhitzt wird und vollständig in eine Austenitstruktur umgewandelt wird; B. Karbide müssen sich in den Austenitkörnern auflösen; C. Die Austenitkörner dürfen nicht grob sein und es dürfen keine Mischkristalle auftreten; D. Das Rohr darf nach dem Erhitzen nicht überhitzt oder überbrennen.
Kurz gesagt, um die Erhitzungsqualität des Rohrs zu verbessern und Erhitzungsfehler zu vermeiden, werden bei der Festlegung der Erhitzungsprozessparameter im Allgemeinen folgende Anforderungen beachtet: A. Präzise Erhitzungstemperatur, um sicherzustellen, dass der Perforationsprozess im Temperaturbereich mit optimaler Permeabilität des Rohrs durchgeführt wird; B. Gleichmäßige Erhitzungstemperatur, wobei die Temperaturdifferenz des Rohrs in Längs- und Querrichtung maximal ±10 °C betragen sollte; C. Minimaler Materialausbrand während des Erhitzungsprozesses, um Überoxidation, Oberflächenrisse und Verklebungen des Rohrs zu vermeiden; D. Angemessenes Heizsystem, wobei Erhitzungstemperatur, Erhitzungsgeschwindigkeit und Erhitzungszeit (Haltezeit) optimal aufeinander abgestimmt sein sollten, um eine Überhitzung oder gar ein Überbrennen des Rohrrohlings zu verhindern.
Veröffentlichungsdatum: 29. September 2024