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Ferritische Edelstahlrohre werden aufgrund ihrer hervorragenden Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion (SCC), ihres niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und ihrer Kostenvorteile häufig in Abgassystemen, Wärmetauschern und Haushaltsgeräten eingesetzt. Ihre Herstellungsprozesse werden hauptsächlich in nahtlose und geschweißte Rohre eingeteilt. Diese Prozesse unterscheiden sich erheblich, doch beide sind entscheidend für die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit des Endprodukts.
Herstellungsprozess für nahtlose ferritische Edelstahlrohre
Der Schlüssel zur Herstellung nahtloser Rohre liegt darin, durch Warmlochen und Präzisionskaltbearbeitung eine hohe Gleichmäßigkeit der Materialstruktur und -eigenschaften über die gesamte Rohrwand hinweg zu erreichen und so die Entstehung von Schweißfehlern zu vermeiden.
1. Vorbereitung und Piercing
Rohstoffauswahl: Es werden hochreine runde Knüppel aus ferritischem Edelstahl verwendet. Da ferritische Güten (z. B. 430, 439 und 444) im Allgemeinen eine geringere Duktilität als austenitische Stähle aufweisen, ist die metallurgische Qualität der Knüppel extrem hoch, wobei Einschlüsse und Entmischung streng kontrolliert werden.
Erhitzen: Der Barren wird auf die Einstechtemperatur erhitzt. Eine präzise Temperaturregelung sorgt für Duktilität und vermeidet gleichzeitig eine Vergröberung der Körner oder Oberflächenoxidation.
Lochen: Mit einem rotierenden Locher wird ein massiver Stahlbarren in eine hohle Schale gestanzt. Dies ist der kritischste Schritt bei der Herstellung nahtloser Rohre, da die Qualität des Lochs direkt die Schwierigkeit nachfolgender Prozesse und die Qualität der Innen- und Außenflächen des Rohrs bestimmt.
2. Rollen und Zeichnen
Warmwalzen/Extrudieren: Der Mantel gelangt dann in ein Rohrwalzwerk (z. B. ein Pilgerwalzwerk) zum weiteren Warmwalzen, um den Außendurchmesser und die Wandstärke zu reduzieren und gleichzeitig die innere und äußere Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit zu verbessern, was zu einem Rohrohr führt. Für bestimmte hochlegierte Qualitäten kann Strangpressen eingesetzt werden.
Vorbereitung der Kaltbearbeitung: Das Rohrohr wird gebeizt, um Oxidablagerungen zu entfernen und für die Kaltbearbeitung vorzubereiten.
Kaltumformung: Dies ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu hochpräzisen nahtlosen Rohren. Hierzu zählen vor allem Kaltwalzen und Kaltziehen. Beim Kaltziehen wird das Rohr durch eine Matrize gezogen, wodurch seine Abmessungen reduziert und die Oberflächenbeschaffenheit verbessert wird. Die Kaltumformung erhöht die Festigkeit des Rohrs deutlich, führt aber auch zu einer Kaltverfestigung und verringert die Dehnung.
3. Wärmebehandlung und Endbearbeitung
Glühen: Nach der Kaltumformung muss das Rohr einem Lösungsglühen (oder Zwischenglühen) unterzogen werden, um Kaltverfestigung und Restspannungen zu beseitigen, die Duktilität des ferritischen Edelstahls wiederherzustellen und seine Korrosionsbeständigkeit zu optimieren. Die Glühtemperatur und die Haltezeit haben einen erheblichen Einfluss auf die Korngröße ferritischer Rohre.
Richten: Dadurch werden die bei der Wärmebehandlung entstandenen Biegungen beseitigt.
Endbearbeitung und Inspektion: Dazu gehören Schneiden, Anfasen, Beizen, Polieren und vor allem zerstörungsfreie Prüfungen (NDT) wie Wirbelstromprüfung und Ultraschallprüfung, um sicherzustellen, dass das Rohr frei von inneren Mängeln wie Rissen oder Zwischenschichten ist.
Herstellungsprozess für geschweißte ferritische Edelstahlrohre
Die Herstellung geschweißter Rohre basiert auf Streifen (Coils) und bietet die Vorteile einer hohen Produktionseffizienz und Maßgenauigkeit. Allerdings muss die metallografische Struktur im Schweißbereich mit der des Grundmaterials übereinstimmen und interkristalline Korrosion muss vermieden werden.
1. Vorbereitung und Formung
Rohmaterialvorbereitung: Es wird fertiges kaltgewalztes Coil aus ferritischem Edelstahl (kaltgewalztes Coil) oder warmgewalztes Coil verwendet. Die Kantenqualität und die Dickentoleranz des Bandes sind entscheidend und haben direkten Einfluss auf die Stabilität der späteren Schweißung.
Schlitzen: Das Coil wird in Längsrichtung in Streifen einer bestimmten Breite geschnitten, die genau dem Umfang des gewünschten Rohrs entspricht.
Kontinuierliche Formung: Das Band durchläuft eine Reihe von Rollen und biegt es nach und nach in eine offene, runde Rohrform, die als Rohrrohling bezeichnet wird. Dieser Prozess muss gleichmäßig und kontinuierlich ablaufen, um Spannungskonzentrationen zu vermeiden.
2. Schweißen
Hochfrequenz-Induktionsschweißen (HFIW) oder Plasma-Lichtbogenschweißen (PAW): Dies ist die am häufigsten verwendete Schweißmethode für ferritische Edelstahlrohre.
HFIW nutzt einen hochfrequenten elektrischen Strom, um Wärme zu erzeugen und die Kanten des Rohrrohlings zu verschmelzen. Da ferritische Edelstahlsorten (insbesondere stabilisierte Sorten) im Allgemeinen eine hervorragende Schweißbarkeit aufweisen, kann mit HFIW ein schnelles, qualitativ hochwertiges Autogenschweißen (ohne Zusatz von Zusatzwerkstoff) erzielt werden.
Der Schlüssel zum Schweißprozess liegt in der präzisen Steuerung des Wärmeeintrags und der Extrusion, um eine Kornverfeinerung im Schweißbereich sicherzustellen, die Bildung spröder Phasen wie Martensit zu verhindern und die Oxidation der Schweißnaht zu minimieren.
Abschneiden der Schweißnaht: Nach dem Schweißen müssen hervorstehende Schweißraupen innerhalb und außerhalb der Schweißnaht sofort entfernt werden, um die Anforderungen an die Maßhaltigkeit und die Flüssigkeitsbeständigkeit zu erfüllen.
3. Dimensionierung und Endbearbeitung
Inline-Blankglühen: Bei ferritischem Edelstahl wird das kontinuierliche Inline-Blankglühen typischerweise unmittelbar nach dem Schweißen durchgeführt. Die Wärmebehandlung in einer Schutzatmosphäre (z. B. Wasserstoff oder einem Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch) zielt darauf ab, die Mikrostruktur der Schweißnaht und ihrer Wärmeeinflusszone (HAZ) wiederherzustellen, Eigenspannungen zu beseitigen und die Oberflächenbeschaffenheit des Rohrs aufrechtzuerhalten, sodass kein weiteres Beizen erforderlich ist.
Dimensionieren und Richten: Nach dem Glühen durchläuft das Rohr ein Maßwalzwerk zur endgültigen Dimensionierung und Rundheitskorrektur, gefolgt vom Richten.
Wirbelstromprüfung: Die Wirbelstromprüfung des Schweißbereichs ist ein wichtiger Qualitätskontrollschritt und stellt sicher, dass die Schweißnaht frei von Mängeln wie unvollständiger Durchdringung, Porosität und Rissen ist.
