Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren aus
Titan und Titanlegierungen gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a method for producing pipes from
Titanium and titanium alloys according to the preamble of claim 1.
Für verschiedene Anwendungszwecke werden Rohre aus Titan und
Titanlegierungen benötigt, die bezüglich ihrer
Kaltverformungseigenschaften sowohl über den Umfang und die Länge
homogen sein müssen. Diese Forderung erfüllen nahtlos hergestellte und
wärmebehandelte Titanrohre in ganz hervorragendem Maße. Sie haben aber
den Nachteil, daß sie teurer sind in der Herstellung als
längsnahtgeschweißte Rohre, insbesondere dünnwandige Rohre mit
Wanddicken kleiner 3 mm und größere Toleranzen bezüglich der Wanddicke
und der Einseitigkeit aufweisen. Aus diesem Grunde sind Überlegungen
angestellt worden, wie man den Mangel ungenügender
Kaltverformungseigenschaft im Schweißnahtbereich von
längsnahtgeschweißten Rohren beseitigen kann. Ein Vorschlag zielt darauf
ab, das längsnahtgeschweißte Titanrohr durch Kaltziehen soweit zu
verformen, daß die Schweißnaht nicht nur außen und innen eingeebnet
wird, sondern daß die Schweißnaht so stark kaltverformt wird, daß es bei
einer anschließenden Wärmebehandlung zur Kornneubildung
(Rekristallisation) kommt. Das Kaltverformen durch Ziehen mit einer
entsprechenden Wanddickenreduzierung ist bis heute stets daran
gescheitert, daß die Schweißnaht des Titanrohres schon nach kurzer
Ziehdauer auf dem Ziehstein "aufsitzt", d. h. verschweißt. Bisher ist es
nicht gelungen, Ziehsteine z. B. durch Beschichten oberflächlich so zu
verändern, daß das Verschweißen des Titans mit dem Ziehstein unterbunden
wird.For various applications, tubes made of titanium and
Titanium alloys needed with regard to their
Cold forming properties over both the circumference and the length
have to be homogeneous. This requirement is seamlessly manufactured and
heat-treated titanium tubes to an excellent degree. But you have
the disadvantage that they are more expensive to manufacture than
longitudinally welded pipes, especially thin-walled pipes with
Wall thicknesses less than 3 mm and greater tolerances with regard to the wall thickness
and have one-sidedness. For this reason, considerations
been hired how to make the deficiency insufficient
Cold deformation properties in the weld area of
can eliminate longitudinally welded pipes. One suggestion aims at this
the longitudinally welded titanium tube by cold drawing
deform that the weld seam is not only leveled on the outside and inside
is, but that the weld seam is cold deformed so much that it
a subsequent heat treatment for new grain formation
(Recrystallization) is coming. Cold forming by pulling with a
Corresponding wall thickness reduction has always been part of it
failed that the weld seam of the titanium tube after a short time
"Sitting" on the drawing die, d. H. welded. So far it is
failed to pull dies z. B. superficially by coating
change that the welding of the titanium with the drawing die is prevented
becomes.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren zur
Herstellung von Rohren aus Titan und Titanlegierungen anzugeben, mit dem
ein Rohr erzeugt werden kann, dessen Kaltverformungseigenschaften
sowohl über den Umfang als auch die Länge homogen sind und das bezüglich
seiner Wanddicke und Einseitigkeit bessere Werte aufweist, als ein
nahtlos hergestelltes Rohr.The object of the invention is to provide an inexpensive method for
Manufacture of tubes made of titanium and titanium alloys to specify with the
a pipe can be produced, the cold deformation properties
are homogeneous over the circumference as well as the length, in terms of
its wall thickness and one-sidedness have better values than one
seamless pipe.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1
angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.This object is achieved with the in the characterizing part of claim 1
specified features solved. There are advantageous further developments
from the subclaims.
Das bisher bekannte Problem des Verschweißens des Werkzeuges mit der
Naht eines zuvor längsnahtgeschweißten Rohres beim Kaltziehen kann durch
Walzen, insbesondere Kaltpilgern vermieden werden. Der Umformungsgrad muß
entsprechend hoch sein, damit durch Rekristallisation bei der
anschließenden Wärmenbehandlung ein feinkörniges Gefüge auch im
Schweißnahtbereich erzeugt wird. Der Umformgrad sollte deshalb
mindestens 10%, vorzugsweise jedoch mehr als 20% betragen. Die
anschließende Wärmebehandlung erfolgt in einem Temperaturbereich von 500
bis 750 Grad Celsius an Luft, vorzugsweise unter Schutzgas mit einer
abschließenden Abkühlung an Luft oder vorzugsweise unter Schutzgas. Die
erforderlichen Haltezeiten für die Wärmebehandlung können in
Abhängigkeit von der Glühtemperatur und dem Verformungsgrad bereits
bekannten Rekristallisations-Diagrammen entnommen werden. Solche so
erzeugten Titanrohre sind hervorragend geeignet als Ausgangsrohre für
die Herstellung eines Preßfittings mit wenigstens einem sickenförmigen,
einen Dichtring aufnehmenden Ende. Die Homogenität des Gefüges sowohl in
Umfang als auch in Längsrichtung ist Voraussetzung dafür, einen
Preßfitting aus Titan bzw. Titanlegierung ohne Risse und unzulässige
Meßabweichungen zu erzeugen und Oberflächen zu erzielen, die als
Dichtflächen geeignet sind. Gegenüber dem nahtlosen Rohr hat das
längsnahtgeschweißte Rohr den Vorteil einer kostengünstigeren
Herstellung und geringerer Toleranzen für die Wanddicke und die
Einseitigkeit.The previously known problem of welding the tool with the
The seam of a previously longitudinally welded tube during cold drawing can be pulled through
Rollers, especially cold pilgrims can be avoided. The degree of deformation must
be correspondingly high so that by recrystallization in the
Subsequent heat treatment also has a fine-grained structure
Weld area is generated. The degree of deformation should therefore
be at least 10%, but preferably more than 20%. The
subsequent heat treatment takes place in a temperature range of 500
up to 750 degrees Celsius in air, preferably under protective gas with a
final cooling in air or preferably under protective gas. The
required holding times for the heat treatment can be in
Depending on the annealing temperature and the degree of deformation
known recrystallization diagrams are taken. Such things
Titanium tubes are ideal as starting tubes for
the production of a press fitting with at least one bead-shaped,
a sealing ring receiving end. The homogeneity of the structure both in
Scope as well as lengthways is a prerequisite for one
Press fitting made of titanium or titanium alloy without cracks and inadmissible
Generate measurement deviations and achieve surfaces that as
Sealing surfaces are suitable. Compared to the seamless pipe, it has
longitudinally welded pipe the advantage of a cheaper
Manufacturing and lower tolerances for the wall thickness and the
One-sidedness.
Ein weiteres Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäß erzeugten
Titanrohre ist der chemische Apparatebau. Vorrangig ist hier der
möglichst gleichmäßige Korrosionswiderstand, der bei einem
nichtbehandelten längsnahtgeschweißten Rohr im Schweißnahtbereich
gegenüber dem Grundwerkstoff unterschiedlich sein kann. Außerdem müssen
die Rohre gleichmäßig kaltverformbar sein, da speziell im Apparatebau
die Leitungen gebogen, im Querschnitt verengt oder erweitert und zur
Erzeugung von Anschlagflächen gebördelt werden müssen. Ein weiteres
Problem ist die zerstörungsfreie Prüfung, insbesondere die US-Prüfung,
die durch die Grobkörnigkeit im Schweißnahtbereich stark beeinträchtigt
wird.Another area of application for those produced according to the invention
Titanium tubes are chemical apparatus engineering. The priority here is
corrosion resistance that is as uniform as possible
untreated longitudinally welded pipe in the weld area
can be different from the base material. You also have to
the pipes can be cold-formed uniformly, especially in apparatus engineering
the cables are bent, narrowed or enlarged in cross section and used for
Generation of stop surfaces must be flanged. Another one
Problem is the non-destructive testing, especially the US testing,
which is greatly affected by the coarseness in the weld area
becomes.
Üblicherweise schließt die Wärmebehandlung zur Rekristallisation des
verformten Schweißnahtgefüges unmittelbar an die Umformung an. Es gibt
aber spezielle Gründe diese erst an das Ende der Weiterverarbeitung zum
Fertigteil, z. B. Preßfitting zu legen. Da nach der Kaltumformung des
Rohres zum Preßfitting in jedem Falle eine Wärmebehandlung erforderlich
ist, kann auf diese Weise eine Glühbehandlung eingespart werden. Die
Verlegung der Glühbehandlung an das Ende der Fertigung hat außerdem den
Vorteil, daß das zuvor durch Kaltpilgern kaltverfestigte Titanrohr im
Hinblick auf Oberflächenbeschädigungen nicht so empfindlich ist bei der
Weiterverarbeitung im Vergleich zu einem geglühten Rohr.Usually the heat treatment for recrystallization includes
deformed weld seam structure directly to the deformation. There is
but special reasons these only at the end of further processing at
Finished part, e.g. B. press fitting. Since after the cold forming of the
In any case, a pipe for the press fitting requires heat treatment
annealing treatment can be saved in this way. The
Moving the annealing treatment to the end of production also has the
Advantage that the previously hardened by cold pilgrimage titanium tube in
Is not so sensitive to surface damage
Further processing compared to an annealed pipe.
Anhand eines Beispieles wird das erfindungsgemäße Verfahren näher
erläutert.The method according to the invention is illustrated using an example
explained.
Aus einem Titanband des Werkstoffes 3.7035 mit einer Dicke von 1,9 mm
wurde auf einer Rohrschweißmaschine durch WIG-Schweißen ein
längsnahtgeschweißtes Rohr der Abmessung 48,3 mm äußerer Durchmesser×1,9 mm
Wanddicke hergestellt. Fig. 1 zeigt im Teilquerschnitt bei
einer Vergrößerung von 6 : 1 die Nahtgeometrie des WIG-geschweißten
Titanrohres mit einem Nahtdurchhang von ca. 0,5 mm. Dieses Rohr wurde
anschließend zu einem Rohr der Abmessung 33,4×0,7 mm kaltgepilgert.
Das entspricht einem Umformungsgrad von 74%. Dieser ist sehr hoch und für
den Effekt der Rekristallisation nicht unbedingt erforderlich.
Üblicherweise liegen die Umformgrade bei etwa 30-40%. Fig. 2 zeigt
im gleichen Teilquerschnitt wie Fig. 1 bei einer Vergrößerung von 7,5 : 1
den Nahtbereich nach der Kaltumformung mit blechebener Naht.
Anschließend ist dieses kaltgepilgerte Rohr bei 620 Grad Celsius 15 Minuten
lang unter oxidierenden Bedingungen geglüht worden. Die
Abkühlung fand an ruhender Luft statt. Bedingt durch die hohe
Kaltverformung des Grundwerkstoffes und der Schweißnaht ist das Titan
während der Wärmebehandlung vollständig rekristallisiert. Damit besitzt
es ein über den Umfang und die Länge gleichförmige Mikrogefüge. In Fig. 3a
ist in einer Vergrößerung von 100 : 1 das grobkörnige Mischkorngefüge
in der Schweißnaht des WIG-geschweißten Titanrohres dargestellt und im
Vergleich dazu in Fig. 3b die Gefügeausbildung des Grundwerkstoffes
nach dem Schweißen. Die Korngröße des Grundwerkstoffes liegt in einem
Bereich von 7-8. Nach der Kaltumformung und der Wärmebehandlung ergibt
sich ein Gefüge gemäß den Fig. 4a und 4b. Fig. 4a zeigt in einer
Vergrößerung von 100 : 1 die Gefügeausbildung der Schweißnaht. Die
Korngröße dieses Gefüges liegt bei etwa 10. Im Vergleich dazu zeigt
Fig. 4b das Gefüge des Grundwerkstoffes nach der Behandlung. Im
Vergleich zum Ausgangszustand (Fig. 3b) ist das Gefüge erwartungsgemäß
etwas feinkörniger geworden. Der Wert liegt etwa bei 9. Die
Festigkeitswerte des so behandelten Rohres sind auf die Ausgangswerte
des weichen Titanbandes wieder abgesunken, so daß das Rohr im Hinblick
auf die Weiterverarbeitung gut kaltverformbar ist.A longitudinally welded tube measuring 48.3 mm outer diameter × 1.9 mm wall thickness was produced on a tube welding machine by TIG welding from a titanium band of material 3.7035 with a thickness of 1.9 mm. Fig. 1 shows in partial cross section at an enlargement of 6: 1 the seam geometry of the TIG-welded titanium tube with a seam sag of approx. 0.5 mm. This tube was then cold pilgered into a 33.4 x 0.7 mm tube. This corresponds to a degree of deformation of 74%. This is very high and is not absolutely necessary for the effect of recrystallization. The degree of deformation is usually around 30-40%. Fig. 2 shows in the same partial cross-section as Fig. 1 with an enlargement of 7.5: 1 the seam area after cold forming with sheet-metal seam. This cold-piled tube was then annealed at 620 degrees Celsius for 15 minutes under oxidizing conditions. The cooling took place in still air. Due to the high cold deformation of the base material and the weld seam, the titanium is completely recrystallized during the heat treatment. It therefore has a microstructure that is uniform over the circumference and length. In Fig. 3a in an enlargement of 100: 1 the coarse-grained mixed grain structure in the weld seam of the TIG-welded titanium tube is shown and in comparison to this in Fig. 3b the structure of the base material after welding. The grain size of the base material is in a range of 7-8. After the cold forming and the heat treatment, a structure according to FIGS. 4a and 4b results. FIG. 4a shows in a magnification of 100: 1, the microstructure of the weld. The grain size of this structure is about 10. In comparison, FIG. 4b shows the structure of the base material after the treatment. As expected, the structure has become somewhat more fine-grained compared to the initial state ( FIG. 3b). The value is about 9. The strength values of the tube treated in this way have dropped back to the initial values of the soft titanium strip, so that the tube is readily cold-formable with regard to further processing.