Ein kaltgezogenes nahtloses Rohr (CDS) ist ein hochpräzises zylindrisches Metallbauteil, das in zwei Kernverfahren hergestellt wird: nahtlose Rohrbildung (um Schweißnähte zu vermeiden) und Kaltziehen (um Abmessungen, Oberflächenqualität und mechanische Eigenschaften zu verbessern). Im Gegensatz zu geschweißten oder warmgewalzten Rohren bieten CDS-Rohre eine überlegene Festigkeit, enge Toleranzen und glatte Oberflächen, was sie für industrielle Anwendungen, die Zuverlässigkeit und Präzision erfordern, unverzichtbar macht. In diesem Artikel werden das Herstellungsverfahren, die wichtigsten Vorteile, die industriellen Anwendungen, der Vergleich mit alternativen Rohren und die Kriterien für die Qualitätsauswahl beschrieben.
Die Herstellung von CDS-Röhren erfolgt nach einem sequentiellen, präzisionsorientierten Arbeitsablauf, um Nahtlosigkeit und Maßgenauigkeit zu gewährleisten. Der Prozess ist in zwei Hauptstufen unterteilt:
1,1 Nahtlose Rohrbildung (Vorstufe)
In dieser Phase wird das erste hohle, schweißfreie Rohr (bekannt als "Mutterrohr") mit einem von zwei industriellen Verfahren hergestellt:
- Dornfräsverfahren: Ein erhitzter Stahlknüppel (typischerweise Kohlenstoffstahl, legierter Stahl oder Edelstahl) wird durch einen Locher geschoben, um eine hohle Schale zu erzeugen. Ein Dorn (ein massiver Metallstab) wird in die Schale eingesetzt, um das Innenloch zu erhalten, und die Schale wird dann gewalzt, um ihren Außendurchmesser (OD) und ihre Wandstärke zu verringern.
- Stopfenfräsverfahren: Bei Rohren mit kleinerem Durchmesser (<100 mm Außendurchmesser) wird die Hohlschale mit einem Stopfen (anstelle eines Dorns) gewalzt, um den Innendurchmesser (ID) und den Außendurchmesser zu verfeinern.
Beide Verfahren erzeugen ein nahtloses "heißfertiges" Rohr, das dann zum Kaltziehen übergeht.
1,2 Kaltzeichnung (Endphase)
Das Kaltziehen erfolgt bei Raumtemperatur (unterhalb des Rekristallisationspunkts des Stahls, ~ 600 ° C für Kohlenstoffstahl), um die Eigenschaften des Rohrs zu verbessern:
1. Schmierung: Das warmfertige Rohr ist mit einem Schmiermittel (z. B. Mineralöl, Phosphatbeschichtung) beschichtet, um die Reibung zu verringern und Oberflächenschäden beim Ziehen zu vermeiden.
2. Ziehvorgang: Das geschmierte Rohr wird mit einer hydraulischen oder mechanischen Ziehbank durch eine Präzisionsmatrize (mit einem kleineren ID als das Rohr) gezogen. Dadurch wird der Außendurchmesser des Rohrs verringert und seine Länge erhöht (um 20-50% pro Ziehdurchgang).
3. Glühen (optional): Bei Rohren, die eine verbesserte Duktilität erfordern (z. B. zum Biegen oder Bearbeiten), wird ein Zwischenglühen durchgeführt - Erhitzen des Rohrs auf 600-800 ° C und langsames Abkühlen, um die Kaltverfestigung durch Kaltziehen zu verringern.
4. Veredelung: Das fertige Rohr wird gereinigt (um eine Geradheit von ≤ 0,1 mm / m zu erreichen), auf Länge geschnitten und einer Oberflächenbehandlung unterzogen (z. B. Verzinkung für Korrosionsbeständigkeit, Passivierung für rostfreien Stahl).
2. Kernvorteile von kaltgezogenen nahtlosen Rohren
CDS-Rohre übertreffen geschweißte und warmgewalzte Rohre in wichtigen Kennzahlen und sind damit die bevorzugte Wahl für anspruchsvolle Anwendungen:
- Überlegene mechanische Eigenschaften: Das Kaltziehen führt zu einer Kaltverfestigung, die die Zugfestigkeit um 20-40% erhöht (z. B. haben CDS-Rohre aus Kohlenstoffstahl eine Zugfestigkeit von 500-700 MPa, gegenüber 400-550 MPa für warmgewalzte Rohre) und die Streckgrenze um 30-50%. Dadurch eignen sie sich für Hochdruck- oder tragende Anwendungen (z. B. Hydraulikzylinder, Automobilachsen).
- Enge Maßtoleranzen: CDS-Rohre erreichen OD / ID-Toleranzen von H7-H8 (z. B. ± 0,015 mm für ein 50-mm-OD-Rohr) und Wanddickentoleranzen von ± 5-10%, was weitaus enger ist als warmgewalzte Rohre (± 15-20%). Durch diese Präzision entfällt in den meisten Fällen die Notwendigkeit einer Nachbearbeitung.
- Glatte Oberfläche: Das Kaltziehverfahren erzeugt eine äußere Oberflächenrauhigkeit von Ra 0,8-3,2 μm und eine innere Rauheit von Ra 1,6-6,3 μm, verglichen mit Ra 6,3-12,5 μm bei warmgewalzten Rohren. Eine glatte Oberfläche verringert die Reibung (entscheidend für den Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit) und verbessert die Kompatibilität der Dichtung.
- Nahtlosigkeit: Ohne Schweißnähte beseitigen CDS-Rohre "Schwachstellen", an denen Korrosion oder Druckermüdung typischerweise beginnen. Dadurch sind sie ideal für Hochdrucksysteme (z. B. Öl- und Gaspipelines) und korrosive Umgebungen (z. B. chemische Verarbeitung).
3. Industrielle Anwendungen
CDS-Röhren werden in allen Sektoren eingesetzt, in denen Präzision, Festigkeit und Zuverlässigkeit nicht verhandelbar sind:
| Industrie | typische Anwendungen | Hauptgrund für die Verwendung von CDS-Röhren |
|--------------------|--------------------------------------------------------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------|
| | Antriebswellen, Achsen, Aufhängungskomponenten, hydraulische Bremsleitungen | Hohe Festigkeit widersteht mechanischer Beanspruchung; enge Toleranzen gewährleisten die Passform der Komponenten. |
| Hydraulik / Pneumatik | Hydraulikzylinderzylinder, Kolbenstangen, Pneumatikleitungen | Glatte Innenfläche minimiert die Flüssigkeitsreibung; Nahtlosigkeit verhindert Druckverluste. |
| Öl & Gas | Bohrrohre, Bohrlochgehäuse, Hochdruck-Flüssigkeitstransportleitungen | hält einem Druck von 30-100 MPa stand; korrosionsbeständige Typen (z. B. Edelstahl 316L) halten rauen Flüssigkeiten stand. |
| | Kesselrohre, Wärmetauscherrohre, Maschinenwellen | Enge Toleranzen gewährleisten die Effizienz der Wärmeübertragung; die Kaltverfestigung widersteht thermischer Ermüdung. |
| | Tragfähige Stützen für Hochhäuser, tragende Brückenteile | Das hohe Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht reduziert das Gewicht der Struktur; die Maßgenauigkeit gewährleistet die Ausrichtung. |
4. Vergleich zu warmgewalzten nahtlosen Rohren
Beide sind zwar nahtlos, aber CDS-Rohre und warmgewalzte nahtlose (HRS) Rohre unterscheiden sich erheblich in ihren Eigenschaften und Anwendungsfällen. Die nachstehende Tabelle zeigt die wichtigsten Unterschiede auf:
| Parameter | Kaltgezogene nahtlose (CDS) Rohre | Warmgewalzte nahtlose (HRS) Rohre |
|--------------------------|----------------------------------------------------------|----------------------------------------------------------|
| Fertigungstemperatur | Raumtemperatur (Kaltumformung) | Über Rekristallisationstemperatur (~ 800-1200 ° C, Heißumformung) |
| Oberfläche | glatt (Ra 0,8-3,2 μm) | rau (Ra 6,3-12,5 μm) |
| Maßtoleranz| (OD ± 0,015 mm, Wandstärke ± 5-10%) | Lose (OD ± 0,1 mm, Wandstärke ± 15-20%) |
| | (Zugfestigkeit 500-700 MPa) | Mäßig (Zugfestigkeit 400-550 MPa) |
| Duktilität | Geringere (Kaltverfestigung verringert die Flexibilität) | Höhere (Warmumformung behält die Duktilität bei) |
| | Höher (zusätzliche Kaltzieh- / Glühschritte) | Niedriger (einfachere Herstellung) |
| Am besten geeignet für | Präzisions-, Hochdruck- oder tragende Anwendungen | Anwendungen mit geringer Präzision und geringer Belastung (z. B. Konstruktionsrahmen, allgemeine Rohrleitungen) |
5. Kriterien für die Qualitätsauswahl
Um sicherzustellen, dass CDS-Röhren die Anwendungsanforderungen erfüllen, sollten Sie die folgenden Kriterien priorisieren:
1. Materialqualität: Wählen Sie die Sorten je nach Umgebung und Belastung:
- Kohlenstoffstahl (1045, ST52): Allgemeine industrielle Verwendung (kostengünstig, hohe Festigkeit).
- Legierter Stahl (40Cr, 27SiMn): Hochdruck-Hydrauliksysteme (überlegene Ermüdungsfestigkeit).
- Rostfreier Stahl (304, 316L): Korrosive Umgebungen (chemische Verarbeitung, Schiffsanwendungen).
2. Einhaltung der Normen: Überprüfung der Einhaltung der internationalen Normen:
- ASTM A106 (CDS-Rohre aus Kohlenstoffstahl für den Hochtemperaturbetrieb).
- EN 10305-1 (Präzisions-CDS-Röhren für mechanische Anwendungen).
- API 5L (CDS-Rohre für Öl- und Gaspipelines).
3. Maß- und Oberflächeninspektion: Testberichte anfordern für:
- OD / ID-Toleranz (über Mikrometer oder Bohrungsmessgeräte).
- Oberflächenrauhigkeit (über Ra-Tester).
- Geradheit (über Laserausrichtungswerkzeuge).
4. Reputation des Lieferanten: Zusammenarbeit mit Lieferanten, die Folgendes anbieten:
- Materialzertifikate (MTC), die die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften bestätigen.
- Ergebnisse der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) (z. B. Ultraschallprüfung auf innere Defekte).
