Stahlrohre sind lange, hohle Rohre, die für vielfältige Zwecke eingesetzt werden. Sie werden nach zwei unterschiedlichen Verfahren hergestellt, die entweder zu geschweißten oder nahtlosen Rohren führen. Bei beiden Verfahren wird Rohstahl zunächst in eine besser bearbeitbare Form gegossen. Anschließend wird er zu einem Rohr geformt, indem er zu einem nahtlosen Rohr gestreckt oder die Enden zusammengepresst und verschweißt werden. Die ersten Verfahren zur Herstellung von Stahlrohren wurden Anfang des 19. Jahrhunderts eingeführt und haben sich seither stetig zu den modernen Prozessen weiterentwickelt, die wir heute verwenden. Jedes Jahr werden Millionen Tonnen Stahlrohre produziert. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit sind sie das am häufigsten verwendete Produkt der Stahlindustrie.
Geschichte
Die Menschen nutzen seit Jahrtausenden Rohre. Vermutlich verwendeten sie erstmals Bauern der Antike, um Wasser aus Bächen und Flüssen auf ihre Felder zu leiten. Archäologische Funde deuten darauf hin, dass die Chinesen bereits um 2000 v. Chr. Schilfrohre zum Wassertransport nutzten. Auch Tonrohre anderer antiker Zivilisationen wurden entdeckt. Im ersten Jahrhundert n. Chr. wurden in Europa die ersten Bleirohre verlegt. In tropischen Ländern dienten Bambusrohre dem Wassertransport. Die Kolonisten Amerikas verwendeten Holz für einen ähnlichen Zweck. 1652 wurde in Boston das erste Wasserwerk aus ausgehöhlten Baumstämmen errichtet.
Geschweißte Rohre entstehen, indem Stahlbänder durch eine Reihe von gerillten Walzen geführt werden, die das Material in eine runde Form bringen. Anschließend wird das ungeschweißte Rohr durch Schweißelektroden geführt. Diese Vorrichtungen verschließen die beiden Rohrenden miteinander.
Bereits 1840 konnten Eisenarbeiter nahtlose Rohre herstellen. Bei einem Verfahren wurde ein Loch in einen massiven, runden Metallblock gebohrt. Dieser Block wurde anschließend erhitzt und durch mehrere Ziehsteine gezogen, wodurch er zu einem Rohr geformt wurde. Dieses Verfahren war ineffizient, da es schwierig war, das Loch in der Mitte zu bohren. Dies führte zu einem ungleichmäßigen Rohr, bei dem eine Seite dicker war als die andere. 1888 wurde ein verbessertes Verfahren patentiert. Dabei wurde der massive Block um einen feuerfesten Ziegelkern gegossen. Nach dem Abkühlen wurde der Ziegel entfernt, sodass ein Loch in der Mitte zurückblieb. Seitdem haben neue Walztechniken diese Verfahren ersetzt.
Design
Es gibt zwei Arten von Stahlrohren: nahtlose und solche mit einer durchgehenden Schweißnaht. Beide haben unterschiedliche Anwendungsbereiche. Nahtlose Rohre sind in der Regel leichter und haben dünnere Wände. Sie werden für Fahrräder und den Transport von Flüssigkeiten verwendet. Geschweißte Rohre sind schwerer und steifer. Sie weisen eine höhere Formstabilität auf und sind in der Regel gerader. Sie werden beispielsweise für den Gastransport, Elektroinstallationen und Sanitärinstallationen eingesetzt. Typischerweise kommen sie zum Einsatz, wenn die Rohre keiner hohen Belastung ausgesetzt sind.
Rohstoffe
Der wichtigste Rohstoff für die Rohrherstellung ist Stahl. Stahl besteht hauptsächlich aus Eisen. Weitere Metalle, die in der Legierung enthalten sein können, sind Aluminium, Mangan, Titan, Wolfram, Vanadium und Zirkonium. Während der Produktion werden mitunter Oberflächenbehandlungsmaterialien verwendet, beispielsweise Lack.
Nahtlose Rohre werden in einem Verfahren hergestellt, bei dem ein massiver Rohling erhitzt und zu einer zylindrischen Form gebracht wird. Anschließend wird er gewalzt, bis er gestreckt und ausgehöhlt ist. Da der Hohlraum in der Mitte unregelmäßig geformt ist, wird während des Walzens eine kugelförmige Stanzspitze durch die Mitte des Rohlings gedrückt. Wenn das Rohr beschichtet ist, wird üblicherweise am Ende der Produktionslinie eine dünne Menge Öl auf die Stahlrohre aufgetragen. Dies dient dem Schutz des Rohrs. Obwohl Schwefelsäure nicht Bestandteil des Endprodukts ist, wird sie in einem Produktionsschritt zur Reinigung des Rohrs verwendet.
Der Herstellungsprozess
Stahlrohre werden in zwei verschiedenen Verfahren hergestellt. Der gesamte Produktionsprozess beider Verfahren umfasst drei Schritte. Zunächst wird Rohstahl in eine besser verarbeitbare Form gebracht. Anschließend wird das Rohr auf einer kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Produktionslinie geformt. Abschließend wird das Rohr zugeschnitten und an die Kundenbedürfnisse angepasst. Einige Stahlrohrhersteller verwendenRohrlaserschneidmaschinedurch vorheriges Einschneiden oder Aushöhlen des Rohres, um die Wettbewerbsfähigkeit der Rohre zu erhöhen
Nahtlose Rohre werden in einem Verfahren hergestellt, bei dem ein massiver Rohling erhitzt und zu einer zylindrischen Form gebracht und anschließend gewalzt wird, bis er gestreckt und ausgehöhlt ist. Da die Aushöhlung unregelmäßig geformt ist, wird während des Walzens eine kugelförmige Stanzspitze durch die Mitte des Rohlings getrieben.
Barrenproduktion
1. Flüssigstahl wird hergestellt, indem Eisenerz und Koks (eine kohlenstoffreiche Substanz, die beim Erhitzen von Kohle unter Luftabschluss entsteht) in einem Ofen geschmolzen und anschließend der größte Teil des Kohlenstoffs durch Einblasen von Sauerstoff entfernt wird. Der flüssige Stahl wird dann in große, dickwandige Eisenformen gegossen, wo er zu Blöcken erstarrt.
2. Zur Herstellung von Flachprodukten wie Blechen und Platten oder Langprodukten wie Stangen und Stäben werden Blöcke zwischen großen Walzen unter enormem Druck geformt. Herstellung von Brammen und Blöcken
3. Zur Herstellung eines Brammenblocks wird der Block durch zwei übereinander gestapelte, gerillte Stahlwalzen geführt. Diese Walzen werden als „Zweiwalzenwalzwerke“ bezeichnet. In manchen Fällen kommen drei Walzen zum Einsatz. Die Walzen sind so angeordnet, dass ihre Rillen übereinanderliegen und sie sich in entgegengesetzte Richtungen bewegen. Dadurch wird der Stahl gequetscht und gestreckt, sodass dünnere und längere Stücke entstehen. Durch Umkehrung der Walzenbewegung durch den Bediener wird der Stahl zurückgezogen und erneut dünner und länger. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis der Stahl die gewünschte Form erreicht hat. Währenddessen wenden sogenannte Manipulatoren den Stahl, sodass beide Seiten gleichmäßig bearbeitet werden.
4. Blöcke können auch zu Brammen gewalzt werden, ähnlich wie bei der Herstellung von Knüppeln. Der Stahl wird durch zwei übereinanderliegende Walzen geführt und gestreckt. Zusätzlich sind seitlich angebrachte Walzen zur Breitenregulierung der Brammen angebracht. Sobald der Stahl die gewünschte Form erreicht hat, werden die unebenen Enden abgeschnitten und die Brammen oder Knüppel in kürzere Stücke geschnitten. Weiterverarbeitung
5. Vorblöcke werden üblicherweise weiterverarbeitet, bevor sie zu Rohren geformt werden. Dazu werden sie durch Walzwerke geführt, wodurch sie länger und schmaler werden. Anschließend werden die Vorblöcke mit sogenannten fliegenden Scheren geschnitten. Diese bestehen aus zwei synchronisierten Scheren, die mit dem sich bewegenden Vorblock mitlaufen und ihn schneiden. Dies ermöglicht effiziente Schnitte ohne Unterbrechung des Produktionsprozesses. Die Vorblöcke werden gestapelt und ergeben schließlich nahtlose Rohre.
6. Brammen werden weiterverarbeitet. Um sie formbar zu machen, werden sie zunächst auf 1204 °C (2200 °F) erhitzt. Dadurch bildet sich eine Oxidschicht auf der Brammenoberfläche. Diese Schicht wird mit einem Zunderbrecher und Hochdruckwasserstrahl entfernt. Anschließend werden die Brammen in einem Warmwalzwerk durch mehrere Walzen geführt und zu dünnen, schmalen Stahlbändern, sogenannten Skelp, verarbeitet. Dieses Walzwerk kann bis zu 800 Meter lang sein. Während die Brammen die Walzen durchlaufen, werden sie dünner und länger. Innerhalb von etwa drei Minuten kann eine einzelne Bramme von einem 15,2 cm (6 Zoll) dicken Stahlstück zu einem dünnen Stahlband von bis zu 400 Metern Länge verarbeitet werden.
7. Nach dem Strecken wird der Stahl gebeizt. Dabei wird er durch mehrere Bäder mit Schwefelsäure geleitet, um das Metall zu reinigen. Anschließend wird er mit kaltem und heißem Wasser gespült, getrocknet und dann auf große Spulen aufgewickelt und für den Transport zu einer Rohrfabrik verpackt.
8. Sowohl Rohlinge als auch Knüppel werden zur Rohrherstellung verwendet. Rohlinge werden zu geschweißten Rohren verarbeitet. Sie werden zunächst auf eine Abwickelmaschine gelegt. Während die Stahlspule abgewickelt wird, erhitzt sie sich. Anschließend durchläuft der Stahl eine Reihe von Rillenwalzen. Dabei rollen sich die Kanten der Rohlinge zusammen. So entsteht ein ungeschweißtes Rohr.
9. Anschließend wird der Stahl an Schweißelektroden vorbeigeführt. Diese Vorrichtungen verschweißen die beiden Rohrenden. Die Schweißnaht wird dann durch eine Hochdruckwalze geführt, die für eine dichte Verschweißung sorgt. Das Rohr wird anschließend auf die gewünschte Länge zugeschnitten und für die Weiterverarbeitung gestapelt. Das Schweißen von Stahlrohren ist ein kontinuierlicher Prozess, und je nach Rohrgröße können bis zu 335,3 m (1.100 Fuß) pro Minute hergestellt werden.
10. Für die Herstellung nahtloser Rohre werden quadratische Rohlinge verwendet. Diese werden erhitzt und zu einem Zylinder, auch Rundling genannt, geformt. Der Rundling wird dann in einem Ofen bis zur Weißglut erhitzt. Anschließend wird er unter hohem Druck gewalzt. Durch dieses Walzen dehnt sich der Rohling aus und es entsteht ein Loch in der Mitte. Da dieses Loch unregelmäßig geformt ist, wird während des Walzens ein kugelförmiger Durchstoß durch die Mitte des Rohlings getrieben. Nach dem Durchstoßen kann das Rohr noch unregelmäßige Wandstärken und Formen aufweisen. Um dies zu korrigieren, durchläuft es eine weitere Walzwerksreihe.
11. Nach der Herstellung werden die Rohre, egal welcher Art, gegebenenfalls gerichtet. Sie können auch mit Verbindungsstücken versehen werden, um zwei oder mehr Rohre miteinander zu verbinden. Die gängigste Verbindungsart für Rohre mit kleineren Durchmessern ist das Gewindeschneiden – enge Nuten werden in das Rohrende geschnitten. Anschließend werden die Rohre vermessen. Diese Informationen sowie weitere Qualitätskontrolldaten werden automatisch auf das Rohr aufgestempelt. Danach wird das Rohr mit einem dünnen Schutzöl besprüht. Die meisten Rohre werden üblicherweise gegen Rost behandelt. Dies geschieht durch Verzinken oder Aufbringen einer Zinkschicht. Je nach Verwendungszweck können auch andere Lacke oder Beschichtungen zum Einsatz kommen.
Qualitätskontrolle
Um sicherzustellen, dass die fertigen Stahlrohre den Spezifikationen entsprechen, werden verschiedene Maßnahmen ergriffen. Beispielsweise werden Röntgenmessgeräte zur Kontrolle der Stahldicke eingesetzt. Diese Messgeräte arbeiten mit zwei Röntgenstrahlen. Ein Strahl wird auf ein Stahlrohr bekannter Dicke gerichtet, der andere auf das vorbeilaufende Stahlrohr in der Produktionslinie. Bei Abweichungen zwischen den beiden Strahlen löst das Messgerät automatisch eine Anpassung der Walzen aus, um dies auszugleichen.
Am Ende des Produktionsprozesses werden die Rohre auf Mängel geprüft. Eine Prüfmethode ist der Einsatz einer speziellen Maschine. Diese Maschine füllt das Rohr mit Wasser und erhöht anschließend den Druck, um die Dichtheit zu testen. Defekte Rohre werden verschrottet.