TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Rohr zum Führen eines Fluides, wobei das Rohr eine Wanddicke aufweist, die mindestens so groß ist wie der Innendurchmesser des Rohres und wobei die Länge des Rohres wenigstens 12 m beträgt. Des Weiteren wird ein Verfahren beschrieben, nach dem ein Rohr der vorgenannten Art erhältlich ist.

HINTERGRUND DER OFFENBARUNG

Für Anlagen, bei denen Gase oder Flüssigkeiten mit hohem Druck durch Leitungen geführt werden müssen, benötigt man Rohre, die den besonderen Druckanforderungen standhaften können. Beispielsweise werden ab einem Arbeitsdruck von über 2 bar oft Rohre aus Metall eingesetzt, bei denen die Dicke der Rohrwand mindestens so groß ist wie der Innendurchmesser des Rohres. Die Herstellung solcher für Hochdruckanwendungen geeigneter Rohre steift insbesondere dann eine große Herausforderung dar, wenn besonders lange Rohre, beispielsweise mit einer Länge von über 10 m oder gar über 100 m, gewünscht sind.

Grundsätzlich könnten solche langen Hochdruckrohre durch Ziehen hergesteift werden. Allerdings weisen die nach diesem Verfahren hergestellten Rohre oft eine zu geringe Bruchdehnung auf, was mit starken Einschränkungen bei der weiteren Verarbeitung und Anwendung verbunden ist. Außerdem ist die Rauigkeit der inneren Oberflächen von langen, gezogenen Hochdruckrohren oft zu groß.

Insbesondere für den Transport zum Kunden aber auch für die Verarbeitbarkeit bei der Installation eines Hochdruckrohres in der Anlage ist eine hohe Bruchdehnung wünschenswert. Dies ermöglicht beispielsweise die Auslieferung „im Ring“, bei dem das Hochdruckrohr aus Gründen der Platzersparnis schraubenförmig gewunden vorliegt.

Ein alternatives Herstellungsverfahren für Hochdruckrohre ist das Kaltpilgerwalzen, bei dem ein hohlzylindrischer Rohling (Luppe) im erkalteten Zustand durch Druckspannungen kalt reduziert wird. Hierfür wird die Luppe beim Walzen über einen Walzdorn geschoben und dabei von außen von zwei Walzen umfasst und von diesen in Längsrichtung über den Walzdorn ausgewalzt. Das Kaltpilgerwalzverfahren hat den Vorteil, dass hierdurch Rohre erzeugt werden können, die höhere Bruchdehnungswerte als gezogene Rohre erreichen können. Dies geht allerdings häufig auf Kosten der Zugfestigkeit des Rohres, insbesondere dann, wenn Rohre produziert werden sollen, die deutlich länger als 10 m sind.

Es besteht daher ein Bedarf nach einem Rohr mit einer Länge von über 10 m, das für Hochdruckanwendungen geeignet ist und das nicht mit den Nachteilen behaftet ist, die solche Rohre typischerweise aufweisen, die mit herkömmlichen Zieh- oder Kaltpilgerwalzverfahren hergestellt wurden.

ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG

Es wird daher gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Rohr zum Führen eines Fluides vorgeschlagen, das eine Außenwandfläche, eine Innenwandfläche, einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser, eine durch eine Hälfte einer Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser gegebene Wanddicke und eine axiale Länge aufweist,

■ wobei die Wanddicke gleich dem Innendurchmesser oder größer ist,

■ wobei die axiale Länge 12 m oder mehr beträgt,

■ wobei die Zugfestigkeit Rm 850 N/mm ² oder mehr beträgt und

■ wobei der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche 0,8 pm oder weniger beträgt.

Das hierin vorgeschlagene Rohr ist aufgrund seiner großen Wanddicke, die mindestens so groß wie der Innendurchmesser des Rohres ist, für Hochdruckanwendungen sehr gut geeignet. Die Zugfestigkeit liegt mit einem Wert von Rm 850 N/mm ² in einem Bereich, der üblicherweise nur mit gezogenen Rohren erreicht werden kann. Das hier vorgeschlagene Rohr ist jedoch nicht mit dem Nachteil einer zu großen Rauigkeit der Innenwandfläche des Rohres verbunden. Vielmehr liegt der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche bei dem hier vorgeschlagenen Rohr bei max. 0,8 pm.

Bei dem hier vorgeschlagenen Rohr ist die Wanddicke gleich dem Innendurchmesser des Rohres oder größer. Bei manchen Ausführungsformen entspricht die Wanddicke mindestens dem 1 ,1-fachen des Innendurchmessers, mindestens dem 1 ,5-fachen des Innendurchmessers oder mindestens dem 2,0-fachen des Innendurchmessers. Bei manchen Ausführungsformen beträgt die Wanddicke dem bis zu 2,5-fachen des Innendurchmessers, dem bis zu 3,0-fachen des Innendurchmessers oder dem bis zu 5-fachen des Innendurchmessers. Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt der Innendurchmesser des Rohres 5 mm oder weniger, 4 mm oder weniger oder 3 mm oder weniger. Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt der Innendurchmesser des Rohres wenigstens 1 mm oder wenigstens 2 mm oder wenigstens 3 mm.

Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres weist der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser eine Toleranz von +/- 0,15 mm auf. Bei manchen Ausführungsformen des hiervorgeschlagenen Rohres weist der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser eine Toleranz von +/- 0,10 mm auf, und bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres weist der Außendurchmesser und/oder der Innendurchmesser eine Toleranz von +/- 0,05 mm auf.

Das hier vorgeschlagene Rohr erreicht in manchen Ausführungsformen in Abhängigkeit von der Wanddicke und des Innendurchmessers eine Festigkeit gegenüber einem mit Druck beaufschlagten Fluid in seinem Inneren von 500 bar oder mehr. In manchen Ausführungsformen erreicht das Rohr eine Festigkeit gegenüber einem mit Druck beaufschlagten Fluid in seinem Inneren von 600 bar oder mehr.

Die axiale Länge des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt 12 m oder mehr. Bei manchen Ausführungsformen beträgt die axiale Länge wenigstens 20 m, wenigstens 50 m, wenigstens 75 m oder gar wenigstens 100 m. Die maximale axiale Länge des hier vorgeschlagenen Rohres wird insbesondere von der maximal realisierbaren Länge der Luppe bestimmt. Bei manchen Ausführungsformen beträgt die maximale axiale Länge bis zu bis zu 150 m, bis zu 200 m oder gar bis zu 250 m.

Die Zugfestigkeit Rm des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt wenigstens 850 N/mm ² . Bei manchen Ausführungsformen beträgt die Zugfestigkeit Rm wenigstens 900 N/mm ² , wenigstens 950 N/mm ² oder gar wenigstens 1000 N/mm ² . Dabei ist die Zugfestigkeit aus den Ergebnissen eines Zugversuchs berechnet, bei dem das fertige Rohr in Längsrichtung mit einer Zugkraft beaufschlagt wird, bis in dem Rohr ein Riss auftritt. Die Zugfestigkeit ist als bei dem Zugversuch maximal erreichte Zugkraft bezogen auf den ursprünglichen Querschnitt der Wand des Rohrs angegeben.

Der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche beträgt bei dem hier vorgeschlagenen Rohr 0,8 pm oder weniger. Bei manchen Ausführungsformen beträgt der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche 0,75 pm oder weniger, 0,7 pm oder weniger oder gar nur 0,65 pm oder weniger. Der Mittenrauwert gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes auf der Innenwandfläche des Rohrs zur Mittellinie an. Die Mittellinie schneidet innerhalb der Bezugsstrecke das wirkliche Profil so, dass die Summe der Profilabweichungen in einer parallelen Ebene zur Mittellinie auf die Länge der Messstrecke verteilt wird. Der Mittenrauwert entspricht also dem arithmetischen Mittel der betragsmäßigen Abweichung von der Mittellinie.

Bei manchen Ausführungsformen des hier offenbarten Rohres beträgt die Bruchdehnung A 12% oder mehr. Dies ist ein Wert, der mit herkömmlichen Ziehverfahren in den hier maßgeblichen Rohrlängenbereich und Drucktoleranzbereich typischerweise nicht erreicht wird. Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt die Bruchdehnung A wenigstens 13%, wenigstens 14%, wenigstens 15 % oder gar wenigstens 20%.

Die Bruchdehnung gibt die bleibende Verlängerung des Rohres nach einem Bruch bei einem Zugversuch in Längsrichtung, bezogen auf eine Anfangsmesslänge des Rohres vor dem Zugversuch, an. Die Bruchdehnung ist somit die auf die Anfangsmesslänge einer Probe im Zugversuch bezogene bleibende Längenänderung nach erfolgtem Bruch. Die Bruchdehnung charakterisiert die Verformungsfähigkeit (bzw. Duktilität) des Rohres.

In möglichen Anwendungen des erfindungsgemäßen Rohrs wird das Rohr beim Endkunden verarbeitet, d.h. insbesondere gebogen. Ein solches Biegen verringert die Bruchdehnung A erheblich. Daher ist es erforderlich, dass das Rohr nach dem Pilgerwalzen eine hohe Bruchdehnung mit zuvor definierten Untergrenzen aufweist, so dass Rohr nach dem abschließenden Biegen noch immer eine hinreichende Bruchdehnung zeigt.

Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Rohres beträgt die Elastizitätsgrenze oder Dehngrenze (Rp 0,2) 750 N/mm ² oder mehr. Bei einigen Ausführungsformen liegt die Elastizitätsgrenze bei wenigstens 800 N/mm ² , wenigstens 850 N/mm ² oder gar wenigstens 900 N/mm ² .

Als Elastizitätsgrenze des Rohres bezeichnet man die Größe der mechanischen Spannung, unterhalb der das Material elastisch ist, d. h., es nimmt wieder die ursprüngliche Form ein, wenn die Belastung entfernt wird (nicht-bleibende/reversible Verformung). Beim Überschreiten der Elastizitätsgrenze tritt eine irreversible Dehnung oder Stauchung bzw. eine plastische Verformung auf. Bei manchen Ausführungsformen besteht das hier vorgeschlagene Rohr aus Metall. Bei manchen Ausführungsformen besteht das Rohr aus Stahl, und bei manchen Ausführungsformen handelt es sich bei dem Material, aus dem das Rohr besteht, um legierten oder unlegierten Edelstahl (< 0,04 Gew.-% Schwefel, < 0,04 Gew.-% Phosphor).

Bei manchen Ausführungsformen besteht das Rohr aus einem Duplexstahl (zweiphasiges Gefüge aus Ferrit-(a-Eisen-)Matrix mit Inseln aus Austenit), einem Duplexedelstahl, einem aus- tenitischen Stahl (kubisch-flächenzentrierte Kristallstruktur) oder einem austenitischen Edelstahl. Bei manchen Ausführungsformen besteht das Rohr aus einer Nickel enthaltenden Stahloder Edelstahllegierung mit einem Nickelanteil im Bereich von 1 bis 25 Gew.-% oder im Bereich von 2 bis 15 Gew.-%, optional mit einem zusätzlichen Anteil an weiteren Legierungselementen, die ohne Einschränkung hierauf ausgewählt sein können unter Eisen, Chrom, Molybdän, Nickel, Kupfer, Mangan, Silizium, Kohlenstoff, Wolfram, Aluminium, Vanadium, Titan, Niob und Kombinationen hiervon.

Bei manchen Ausführungsformen besteht das Rohr aus einem austenitischen Edelstahl mit der Bezeichnung 316L oder UNS S31603. Bei manchen Ausführungsformen weist dieser aus- tenitische Edelstahl auf in Gew.-%

C bis zu 0,040,

Mn bis zu 2,00,

Si bis zu 1 ,00,

Cr in einem Bereich von 16,00 bis 19,00,

Ni in einem Bereich von 10,00 bis 14,00,

Mo in einem Bereich von 2,00 bis 3,00,

Cu bis zu 0,80,

P bis zu 0,050,

S bis zu 0,030,

N bis zu 0,20 und mit einem Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.

In manchen Ausführungsformen besteht dieser austenitische Edelstahl aus in Gew.-%

C bis zu 0,040,

Mn bis zu 2,00,

Si bis zu 1 ,00,

Cr in einem Bereich von 16,00 bis 19,00,

Ni in einem Bereich von 10,00 bis 14,00,

Mo in einem Bereich von 2,00 bis 3,00, Cu bis zu 0,80,

P bis zu 0,050,

S bis zu 0,030,

N bis zu 0,20 und mit einem Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.

Bei manchen Ausführungsformen besteht das Rohr aus einem austenitischen Edelstahl mit der Bezeichnung 21-6-9 gemäß UNS S21900. Bei manchen Ausführungsformen weist dieser austenitische Edelstahl auf in Gew.-%

C bis zu 0,080,

Si bis zu 1 ,00,

Mn in einem Bereich von 8,00 bis 10,00,

P bis zu 0,030,

S bis zu 0,030,

Cr in einem Bereich von 19,00 bis 21 ,50,

Ni in einem Bereich von 5,50 bis 7,50,

Mo bis zu 0,75,

Cu bis zu 0,75,

N in einem Bereich von 0,15 bis 0,40 und mit einem Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.

Bei manchen Ausführungsformen besteht dieser austenitische Edelstahl aus in Gew.-%

C bis zu 0,080,

Si bis zu 1 ,00,

Mn in einem Bereich von 8,00 bis 10,00,

P bis zu 0,030,

S bis zu 0,030,

Cr in einem Bereich von 19,00 bis 21 ,50,

Ni in einem Bereich von 5,50 bis 7,50,

Mo bis zu 0,75,

Cu bis zu 0,75,

N in einem Bereich von 0,15 bis 0,40 und mit einem Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.

Bei manchen Ausführungsformen weist der 21-6-9 Edelstahl die zuvor genannte Zusammensetzung auf oder besteht aus dieser mit C bis zu 0,040 (in Gew.-%). Sowohl 316L als 21-6-9 eignen sich in besonderer Weise zum Führen von Wasserstoff.

Bei manchen Ausführungsformen ist das Rohr zu einem Coil aufgecoilt.

Offenbart wird hier auch ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres, das für Hochdruckanwendungen geeignet ist, in einer Ausführungsform, so wie sie zuvor beschrieben wurden. Insbesondere wird ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen, dass die folgenden Schritte aufweist:

■ Bereitstellen einer Luppe, wobei die Luppe eine Außenwandfläche, eine Innenwandfläche, einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser, eine durch eine Hälfte einer Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser gegebene Wanddicke und eine axiale Länge aufweist,

■ Kaltumformen der Luppe zu einem rohrförmigen Zwischenprodukt in einem ersten Umformschritt,

■ Glühen des rohrförmigen Zwischenprodukts,

Kaltumformen des rohrförmigen Zwischenprodukts zu dem Rohr in einem zweiten Umformschritt.

Mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird ein Rohr hergestellt, das die oben für das dort beschriebene Rohr angegebenen Merkmale aufweist, wobei die Wanddicke des Rohres wenigstens so groß wie dessen Innendurchmesser ist, die axiale Länge des Rohres wenigstens 12 m beträgt, die Zugfestigkeit des Rohres Rm wenigstens 850 N/mm ² beträgt und der Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche höchstens 0,8 pm beträgt.

Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt das Bereitstellen der Luppe durch Heißextrudieren.

Bei manchen Ausführungsformen des Verfahrens erfährt die Luppe in dem ersten Umformschritt eine erste Reduzierung der Wanddicke und eine erste Reduzierung des Außendurchmessers, und das rohrförmige Zwischenprodukt erfährt in dem zweiten Umformschritt eine zweite Reduzierung der Wanddicke und eine zweite Reduzierung des Außendurchmessers, wobei die erste Reduzierung der Wanddicke größer ist als die zweite Reduzierung der Wanddicke und die erste Reduzierung des Außendurchmessers größer ist als die zweite Reduzierung des Außendurchmessers. Bei manchen Ausführungsformen ist die erste Reduzierung der Wanddicke um wenigstens 5%, wenigstens 10% oder wenigstens 15% größer als die zweite Reduzierung der Wanddicke. Bei manchen Ausführungsformen ist die erste Reduzierung der Wanddicke um bis zu 20%, bis zu 25% oder gar bis zu 30% größer als die zweite Reduzierung der Wanddicke.

Bei manchen Ausführungsformen ist die erste Reduzierung des Außendurchmessers wenigstens 5%, wenigstens 10% oder wenigstens 15% größer als die zweite Reduzierung des Außendurchmessers. Bei manchen Ausführungsformen ist die erste Reduzierung des Außendurchmessers um bis zu 20%, bis zu 25% oder gar bis zu 30% größer als die zweite Reduzierung des Außendurchmessers.

Bei manchen Ausführungsformen weist die Luppe eine axiale Länge von 12 m oder weniger, 10 m oder weniger oder 8 m oder weniger auf, und das aus der Lupe nach dem Verfahren erhaltene Rohr eine axiale Länge von 12 m oder mehr, 20 m oder mehr oder 50 m oder mehr.

Bei manchen Ausführungsformen weist das nach dem Verfahren erhaltene Rohr eine Länge in dem Bereich auf, wie es weiter oben für das mit der vorliegenden Offenbarung offenbarte Rohr beschrieben ist.

Bei manchen Ausführungsformen des hier vorgeschlagenen Verfahrens wird das Rohr nach dem zweiten Umformschritt aufgecoilt. Bei manchen Ausführungsformen, bei denen das Rohr aufgecoilt wird, wird das Rohr nach dem zweiten Umformschritt und vor dem Aufcoilen nicht geglüht.

Bei manchen Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens ist das Kaltumformen ein Kaltziehen. Beim Kaltziehen ist der erste Umformschritt ein erster Ziehschritt und der zweite Umformschritt ein zweiter Ziehschritt.

Bei manchen Ausführungsformen des beschriebenen Verfahrens ist das Kaltumformen ein Kaltpilgerwalzen. Beim Kaltpilgerwalzen ist der erste Umformschritt ein erster Kaltpilgerwalzschritt und der zweite Umformschritt ein zweiter Kaltpilgerwalzschritt.

Soweit in der obigen Beschreibung oder in den nachfolgenden Ansprüchen entweder auf das hier vorgeschlagene Rohr oder das hier vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines Roh- res Bezug genommen wird, sind die jeweils genannten Merkmale sowohl für das hier vorgeschlagene Rohr als auch für das hier vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines Rohres offenbart.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUR

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungen der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen und der beigefügten Figur deutlich. Die vorherhergehende sowie die folgende detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen ist besser verständlich, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Die dargestellten Ausführungsformen sind nicht auf die exakte Anordnung beschränkt.

Figur 1 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung zum Herstellen eines Rohres.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

In dem gezeigten Beispiel wird ein Rohr mit einem Verfahren mit fünf Verfahrensschritten 1 bis 5 hergestellt. In Schritt 1 wird eine Luppe mit einer Länge von 10 m und einer Abmessung von 70 mm x 8 mm (Außendurchmesser x Wandstärke) bereitgestellt. Diese Luppe läuft in eine Kaltpilgerwalzanlage ein und wird in einem ersten Kaltpilgerwalzschritt 2 durch Kaltpilgerwalzen auf Abmessungen von 33 mm x 4 mm reduziert. Das durch das erste Kaltpilgerwalzen 2 erhaltene rohrförmige Zwischenprodukt wird in Schritt 3 geglüht.

In einem zweiten Kaltpilgerwalzschritt 4 wird das rohrförmige Zwischenprodukt zu dem Rohr mit Abmessungen von 14 mm x 3 mm durch Kaltpilgerwalzen reduziert. Das auslaufende Rohr hat nach den beiden Pilgerschritten 2, 4 eine Länge von etwa 120 m.

Man kann den ersten Kaltpilgerwalzschritt als Grobpilgern betrachten und den zweiten Kaltpilgerwalzschritt als Feinpilgern. Insgesamt ist die Querschnittsreduktion von der Luppe zum fertigen Rohr größer als 90% während im ersten Kaltpilgerwalzschritt 75% und im zweiten Kaltpilgerwalzschritt 65% reduziert wird. In einem finalen Schritt 5 wird das fertige aus dem zweiten Kaltpilgerwalzschritt 4 auslaufende Rohr aufgecoilt. Das fertige Rohr hat in dem hier gezeigten Beispiel eine Zugfestigkeit Rn von 671 MPa, eine Elastizitätsgrenze von 495 MPa, eine Bruchdehnung A von 15,9% sowie einen Mittenrauwert Ra der Innenwandfläche von 0,5 pm.

Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet.

Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.

Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort "aufweisen" nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel "eine“ oder "ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.