Grundkenntnisse über legierte Stahlrohre: Kurze Einführung, chemische Zusammensetzung, Wärmebehandlungseigenschaften und Schmelzanlagen.
1. Kurze Einführung in legierte Stahlrohre
Legierte Stahlrohre sind Hohlprofile. Sie werden häufig für den Transport von Flüssigkeiten in Rohrleitungen eingesetzt, beispielsweise für Öl, Erdgas, Wasser und bestimmte Feststoffe. Im Vergleich zu Vollstahl, wie etwa Rundstahl, weisen legierte Stahlrohre die gleiche Biege- und Torsionsfestigkeit auf, sind aber leichter.
Legierte Stahlrohre weisen gute mechanische Eigenschaften auf. Sie werden hauptsächlich in Kraftwerken, Kernkraftwerken, Hochdruckkesseln, Hochtemperatur-Überhitzern und Zwischenüberhitzern von Hochtemperatur-Hochdruckleitungen und -anlagen eingesetzt. Sie bestehen aus hochwertigem Kohlenstoffstahl, legiertem Baustahl und hitzebeständigem Edelstahl und werden durch Warmwalzen (Stauchwalzen, Streckwalzen) oder Kaltwalzen (Ziehen) hergestellt. Ihr größter Vorteil ist die vollständige Recyclingfähigkeit. Darüber hinaus entspricht ihre Herstellung den nationalen Strategien zum Umweltschutz, zur Energieeinsparung und zur Ressourcenschonung. Die nationale Politik fördert die Erweiterung des Anwendungsbereichs von Hochdruck-Legierungsrohren. Derzeit beträgt der Anteil von Legierungsrohren am gesamten Stahlverbrauch Chinas nur die Hälfte des Verbrauchs in entwickelten Ländern. Die Ausweitung der Anwendung von Legierungsrohren eröffnet der Branche ein größeres Entwicklungspotenzial.
Laut einer Studie der Expertengruppe für Legierungsrohre des Chinesischen Verbandes für Spezialstahl wird der Bedarf an langen Hochdrucklegierungsrohren in China zukünftig jährlich um 10–12 % steigen. Legierungsrohre werden, wie der Name schon sagt, nach dem verwendeten Material definiert. Nahtlose Rohre hingegen werden nach dem Herstellungsverfahren (geschweißt oder nahtlos) unterschieden.
2. Chemische Zusammensetzungen
C: 0,08 ~ 0,15
Si: 0,17 ~ 0,37
Mn: 0,40 ~ 0,70
Cr: 0,90 ~ 1,20
Mo: 0,25 ~ 0,35
V: 0,15 ~ 0,30
3. Der Einfluss von Legierungselementen
Kohlenstoff (C): Kohlenstoff ist der Hauptbestandteil von Stahl. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt erhöhen sich Festigkeit und Härte des Stahls bei normaler Temperatur. Allerdings nehmen Plastizität, Zähigkeit und Schweißbarkeit ab. Daher liegt der Kohlenstoffgehalt von Stahl für Kesseldruckbauteile üblicherweise zwischen 0,1 % und 0,25 %.
Mangan (Mn): Mangan verbessert die Festigkeit, Härte und Verschleißfestigkeit von Stahl bei normaler Temperatur. Bei hohem Gehalt erhöht sich die Schweißspannung. Mangan steigert die Kurzzeitfestigkeit von Stahl bei hohen Temperaturen, hat aber keinen nennenswerten Einfluss auf die Zugfestigkeit und die Kriechfestigkeit.
Molybdän (Mo) und Chrom (Cr): Sowohl Mo als auch Cr verbessern die Festigkeit von Stahl. Chrom trägt maßgeblich zur Stabilität des Stahlgefüges bei hohen Temperaturen bei, beispielsweise zur Verhinderung von Kugelbildung, Graphitisierung und Oxidation bei hohen Temperaturen. Es verbessert die Korrosionsbeständigkeit. Allerdings neigt Stahl mit hohem Chromgehalt stark zu Schweißrissen und erhöht die Temperaturwechselspannungen. Molybdän erhöht die Zugfestigkeit von Stahl. Molybdän neigt zur Bildung von Metalloxiden, und Chrom kann zur Vorbeugung von Metalloxidationserscheinungen hinzugefügt werden. Das gleichzeitige Vorhandensein beider Elemente verbessert die Gesamteigenschaften von Stahl.
Vanadium (V): V im Stahl kann die Mikrostrukturstabilität bei hohen Temperaturen verbessern und den negativen Einfluss von Chrom auf die Schweißeigenschaften ausgleichen.
Titan (Ti): Titan kann die Zugfestigkeit von Stahl verbessern. Es kann auch die Schweißbarkeit von unlegiertem Stahl verbessern.
Wolfram (W): W kann die Zugfestigkeit und die Härte bei hohen Temperaturen von Stahl verbessern.
Silizium (Si): Silizium verbessert die Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Oxidationsbeständigkeit von Stahl. In Kombination mit Chrom erhöht es die Oxidationsbeständigkeit bei hohen Temperaturen und verbessert zudem die Korrosionsbeständigkeit in Rauchgasen.
Niob (Nb): Nb hat die gleiche Wirkung wie Titan und kann die thermische Festigkeit von Stahl verbessern.
Bor (B): Bor spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Härtbarkeit von Stahl. Die thermische Festigkeit und die dauerhafte Duktilität des Stahls können bei hitzebeständigem Stahl verbessert werden.
4. Die Wärmebehandlungsleistung
Die Wärmebehandlung von legiertem Stahl lässt sich in niedrig-, mittel- und hochkohlenstoffhaltige Stähle unterteilen. Niedrigkohlenstoffhaltige Stähle werden in der Regel aufgekohlt, abgeschreckt und angelassen. Mittelkohlenstoffhaltige Stähle werden üblicherweise abgeschreckt und angelassen, teilweise zusätzlich oberflächengehärtet. Hochkohlenstoffhaltige Stähle werden in der Regel nur abgeschreckt und angelassen.
Zum Beispiel:
Niedrigkohlenstofflegierter Stahl 18CrMnTi: aufgekohlt bei 920–950 °C, ölgehärtet bei 850–870 °C, angelassen bei 180–200 °C, Oberflächenhärte HRC 58–67, Kernhärte HRC 30–45
Mittelkohlenstofflegierter Stahl 40CrMnMo: Ölgehärtet bei 840~850℃, Wasser- oder Ölgehärtet bei 630~650℃, Härte HB 302~341
Hochkohlenstofflegierter Stahl Cr12MoV: Ölhärtung bei 950–1000 °C, Anlassen bei 150–180 °C, HRC 60–64
5. Der Schmelzprozess
Schmelzanlagen: Tiegelwiderstandsöfen und gasbetriebene Durchlaufschmelzöfen
Prozessvorgaben: Das zum Schmelzen verwendete Material muss an einem trockenen und schadstofffreien Ort gelagert und vor Gebrauch entsprechend behandelt werden. Oberflächenverunreinigungen der Schmelzöfen sind vor der Benutzung zu entfernen und die Öfen zu trocknen.
Raffinationsbehandlung: Entfernung von Gasen, nichtmetallischen Einschlüssen und anderen schädlichen Elementen aus der Legierung.
Veröffentlichungsdatum: 06.01.2022