Aus der EP 0 297 024 B1 ist ein Verfahren zum Härten zylindrischer Hohlkörper aus Stahl im Rahmen einer Vergütungsbehandlung bekannt, wobei der auf Austenitisierungstemperatur erwärmte Hohlkörper in einem Kühlmittelbad, z. B. in einem Wasserbad in der Weise durch Drehtauchen abgekühft wird, daß er mit seiner Längsachse parallel zum Badspiegel des Kühimittelbades ausgerichtet wird, nur mit einem Teil seiner Oberfläche in das Kühimittelbad eintaucht und während der Abkühlung mehrfach um seine Längsachse gedreht wird. Zur Vermeidung von Härterissen wird bei Erreichen der Martensitstarttemperatur im Bereich der äußeren Oberfläche die Drehzahl des rotierenden Hohlkörpers gegenüber der Drehzahl vor Erreichen der Martensitstarttemperatur deutlich erhöht. Dadurch wird die gesamte Abkühlung in zwei Abschreckphasen unterteilt, wobei in der ersten Abschreckphase die Abkühigeschwindigkeit größer ist als in der zweiten Abschreckphase.

Ferner ist aus der EP 0 345 205 B1 ein ähnliches Verfahren zur Härtung zylindrischer Hohlkörper aus Stahl im Rahmen einer Vergütungsbehandlung bekannt, bei dem der Hohlkörper während der Abschreckung in einem Wasserbad um seine Längsachse gedreht wird. Zur Intensivierung der Kühlwirkung des Wasserbades in der ersten Phase der Abschreckung ist hierbei vorgesehen, das Kühimittelbad zeitweilig mittels Einführung von Druckgas intensiv zu durchwirbeln. Vorzugsweise bei Erreichen der Martensitstarttemperatur soll diese Durchwirbelung beendet werden, um in einer zweiten Phase der Abschreckung eine langsamere Abkühlung zu bewirken.

Schließlich ist aus der EP 0 625 215 B1 eine Anlage zur Abschreckung von Stahlrohren durch Drehtauchen bekannt, bei der das Stahirohr gleichzeitig an der Innen-und Außenoberfläche mit Wasser gekühlt und dabei fortwährend um die Längsachse gedreht wird. Für die Abschreckung der Rohrinnenoberfläche ist eine Wassereinspritzdüse vorgesehen, die oberhalb des Wasserbades in eine entsprechende Einspritzposition zum Stahlrohr gebracht und unter Beibehaltung dieser relativen Position zum Stahlrohr zusammen mit dem Stahlrohr und der Drehvorrichtung in das Wasserbad abgesenkt wird. Die Innenkühlung wird beim Eintauchen eingeschaltet.

Insbesondere bei der Abschreckung von nahtlosen Stahlrohren mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,3 Gew.-% oder höher ist festzustellen, daß bei einer in der vorstehend beschriebenen Weise durchgeführten Abschreckbehandlung vielfach Härterisse entstehen. Diese Härterisse sind vorwiegend auf der Innenoberfläche solcher Rohre vorzufinden. Daher werden üblicherweise zur Vermeidung höherer Ausschußquoten in der Produktion vergüteter Stahlrohre aus derartigen Werkstoffen im Rahmen der Vergütungsbehandlung Ölbäder zur Abschreckung von Austenitisierungstemperatur angewendet, um eine für die Vermeidung von Härterissen günstigere langsamere Abkühlung zu bewirken.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß unter Beibehaltung des Kühtmittets Wasser im Rahmen der Härtebehandlung von zylindrischen Hohikörpern die Entstehung von Härterissen vermieden wird, auch wenn Stahlwerkstoffe für diese Hohlkörper eingesetzt werden, die zur Bildung von Härterissen bei den üblicherweise angewendeten Verfahren neigen. Ferner soll ein Bohrrohr mit angestauchten Rohrenden vorgeschlagen werden, das gehärtet ist und keine Härterisse aufweist.

Gelost wird diese Aufgabe bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß zumindest während einer ersten Abschreckphase, die sich unmittelbar an die Austenitisierung des zu behandelnden Hohlkörpers anschließt, dieser Hohlkörper nur an seiner Innenoberfläche mit Wasser beaufschlagt wird, wobei die erste Abschreckphase mindestens solange ausgedehnt wird, bis die Martensitstarttemperatur auf der Innenoberfläche unterschritten ist. Dieses Verfahren der vorliegenden Erfindung ist mit besonderem Vorteil anwendbar bei Hohlkörpern,

die aus einem Stahl (vorzugsweise niedriglegierter Stahl) gefertigt sind, dessen C- Gehalt mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,4 Gew.-% beträgt.

Zweckmäßigerweise werden als Hohikörper nahtlose Stahlrohre im warmgewalzten Zustand eingesetzt. Selbstverständlich lassen sich auch andere Hohikörper wie etwa geschweißte Stahirohre nach diesem Verfahren behandeln. Es kommt lediglich darauf an, daß das zur Abkühlung eingesetzte Wasser in ausreichendem Umfang an die Innenoberfläche des Hohlkörpers gelangen kann. Zweckmäßigerweise wird das Wasser in der ersten Abschreckphase mit einem Überdruck von mindestens 4 bar, vorzugsweise mindestens 6 bar in den Hohlkörper gespritzt. Der praktisch sinnvolle Druckbereich läßt sich nach oben hin auf ca. 10 bar begrenzen. Höhere Drücke sind aber ohne weiteres auch anwendbar. Die Dauer der Abkühlung der Innenoberfläche sollte mindestens 10 sec betragen. Für viele Anwendungsfälle empfiehlt sich eine Dauer von ca. 15-20 sec für die Innenabkühlung. Insbesondere bei Hohlkörpern mit relativ geringer Wanddicke, d. h. bis zu einer Dicke von etwa 15 mm, kann die gesamte Abschreckbehandlung durch Wasserbeaufschlagung auf der Innenoberfläche vorgenommen werden. Vorzugsweise, insbesondere aber bei Hohlkörpern mit entsprechend dickerer Wand, also mit einer Wanddicke von 17 mm oder größer, wird nach Erreichen der Martensitstarttemperatur auf der Innenoberfläche eine zweite Abschreckphase vorgesehen, in der der jeweilige Hohlkörper zusätzlich auch an seiner Außenoberfläche mit Wasser abgeschreckt wird. Hierzu wird zweckmäßigerweise ein Eintauchen des Hohlkörpers in ein Wasserbad vorgenommen, wobei vorzugsweise auch während der zweiten Abschreckphase der Hohlkörper um seine Längsachse rotiert. Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit ganz besonderem Vorteil angewendet zur Härtung von Bohrrohren mit angestauchten Rohrenden.

Im Rahmen der umfangreichen Untersuchungen, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen, konnte festgestellt werden, daß die Rißbildung bei konventionell abgeschreckten Hohlkörpern normalerweise dann einsetzte, wenn das Gefüge vollständig von Austenit in das Härtungsgefüge umgewandelt war. In der Regel besteht das Härtungsgefüge aus Martensit. Die Rißbildung setzt dementsprechend bei Temperaturen ein, die unter der Temperatur liegen, bei der eine 100 % ige Umwandlung in Martensit erfolgt ist. Diese Temperatur läßt sich je nach Werkstoff aus dem entsprechenden ZTU-Schaubild ablesen. Beispielsweise bei einem Stahl 40CrMo4 liegt diese Temperatur je nach Dauer der Abkühlung bei etwa 100 °C. Es

konnte herausgefunden werden, daß der Startpunkt für die Rißbildung vorwiegend in kleinen Oberflächenungänzen liegt, die als Kerben wirken. Im Kerbgrund kommt es zu Spannungskonzentrationen, die den Start eines Risses verursachen.

Mit der vorliegenden Erfindung wird dieser unerwünschte Effekt auf überraschend einfache Weise umgangen. Dies wird durch eine gezielte Beeinflussung des Abschreckvorgangs erreicht, wobei im Bereich der sogenannten Rißstarter (Kerben) keine Zug-, sondern Druckspannungen erzeugt werden.

Stahlrohre, die nahtlos durch Warmwalzen erzeugt wurden, zeigen Härterisse vorzugsweise auf der Innenoberfläche. Die Innenoberflächen solcher Rohre sind aufgrund der angewendeten Formgebungsverfahren regelmäßig deutlich gefährdeter als die Außenoberflächen. Die Rißstarter sind also auf der Innenseite zu finden. Bei den konventionellen Abschreckverfahren findet die Abkühlung üblicherweise von außen nach innen statt. Auch bei den eingangs erwähnten Verfahren ist dies der Fall.

Infolge der thermisch bedingten Schrumpfung zieht sich die Außenoberfläche zusammen und der Rohrdurchmesser nimmt ab. Im Bereich der Rohrinnenseite kann das Material, das noch vergleichsweise heiß und weich ist, dieser Schrumpfung durch plastische Verformung folgen. Elastische Restspannungen können aufgrund der hohen Temperatur direkt abgebaut werden. Bei weiterer Kühlung wandelt die Außenoberfläche des Rohres in ein martensitisches Gefüge um. Diese Gefügeumwandlung ist jedoch mit einer Volumenzunahme verbunden, so daß die Rohrinnenseite wieder gedehnt wird, also mit Zugspannungen beaufschlagt wird.

Diese Zugspannungen werden teilweise durch Bildung von Martensit auf der Rohrinnenseite kompensiert, wobei allerdings festzuhalten ist, daß die Martensitbildung auf der Rohrinnenseite zeitlich verzögert einsetzt. Da die Rohrinnenseite aber zu Anfang des Abschreckvorgangs plastisch verformt wurde, ist der Innendurchmesser relativ zum Außendurchmesser kleiner als zu Beginn des Abschreckprozesses. Daher bleiben auf jeden Fall erhebliche Zugspannungen an der Rohrinnenseite zurück, die je nach Werkstoff zu der unerwünschten Rißbildung führen können.

Durch die vorliegende Erfindung wird dieser Wirkmechanismus gezielt umgekehrt, indem zuerst die Innenseite des jeweiligen Hohlkörpers abgeschreckt wird, so daß es zu entsprechenden plastischen Verformungen im Bereich der Außenoberfläche

kommt und an der Innenseite Druckspannungen entstehen. Damit ist aber die Gefahr gebannt, daß Oberflächenungänzen auf der Innenseite zu Rißstartern werden. Die Zugspannungen in der Außenoberfläche sind demgegenüber deutlich weniger gefährlich, da infolge der Eigenarten der Warmwalzprozesse normalerweise außen deutlich weniger Kerben erzeugt werden.

Anhand des nachfolgenden Beispiels wird die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert.

Ein auf einer Rohrkontistraße warmgewalztes Stahlrohr von 152,4 mm Durchmesser und 22,2 mm Wanddicke wurde im warmgewalzten Zustand in einen Ofen eingesetzt und bei etwa 870 °C austenitisiert. Der Werkstoff des Stahlrohrs hatte folgende Zusammensetzung : 0,41 % C 0,20 % Si 0,82 % Mn 0,009 % P 0,0014 % S 0,02 % AI ges.

0,009 % N 0,02 % Cu 0,97 % Cr 0,04 % Ni 0,24 % Mo 0,004 % Nb Anschließend wurde das austenitisierte Stahlrohr einer sogenannten Drehtauchanlage zur Abschreckung zugeführt. Als Kühlmittel wurde in der Drehtauchanlage Wasser verwendet. In einer ersten Abschreckphase, die etwa 16 sec dauerte, wurde das Stahlrohr auf der Innenseite mit Wasser, das mit einem Druck von ca. 6 bar eingespritzt wurde, bis auf eine Temperatur von ca. 300 °C abgeschreckt. Im Bereich der Innenoberfläche wandelte das Gefüge weitgehend in Martensit um. Während der ersten Abschreckphase wurde das Rohr mit einer Drehzahl von 60 min-'um seine Längsachse gedreht. In einer zweiten Phase der

Abschreckung wurde das horizontalliegende Rohr weiterhin unter ständiger Drehung in ein Wasserbad eingetaucht und bis auf eine Temperatur (Ausgleichstemperatur) von 25 °C abgekühit. Das auf diese Weise behandelte Stahlrohr zeigte über die gesamte Wanddicke ein nahezu ausschließlich martensitisches Gefüge. Weder die Innenoberfläche noch die Außenoberfläche des Rohres wiesen Härterisse auf.

Es wurden weitere Stahlrohre aus dem gleichen Werkstoff wie zuvor in entsprechender Weise gehärtet. Die Rohre hatten unterschiedliche Durchmesser im Bereich von 88,9 bis 158,75 mm und jeweils eine Wanddicke im Bereich von 12,7 bis 25,4 mm. Keines der 164 erfindungsgemäß behandelten Rohre wies Härterisse auf.