DE4019117C2

DE4019117C2 - Process for the production of pipes made of titanium and titanium alloys

Info

Publication number: DE4019117C2
Application number: DE19904019117
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Diederichs; Eckard Kranz
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1990-06-12
Filing date: 1990-06-12
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2010-06-13
Also published as: DE4019117A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren aus Titan und Titanlegierungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for producing pipes from Titanium and titanium alloys according to the preamble of patent 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.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. Seamlessly manufactured and meet this requirement 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 larger tolerances with regard to the wall thickness and have one-sidedness. For this reason, considerations been hired on how to make the deficiency insufficient Cold deformation properties in the weld area of can eliminate longitudinally welded pipes. One suggestion aims at this off, 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 at a subsequent heat treatment for new grain formation (Recrystallization) is coming. Cold forming by pulling with a Corresponding wall thickness reduction is still part of it today failed that the weld 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.

Aus der US-Zeitschrift "Machine Design" 1970, Februar, S. 80-89, ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Rohren aus Titan oder Titanlegierungen ausgehend von einem Band mit den Schritten Einformen zum Schlitzrohr, Schweißen, nachgeschalteter Kaltumformung und Wärmebehandlung bekannt. So wird im letzten Absatz der linken Spalte auf Seite 82 angesprochen, daß Rohre aus Titan mittels Schweißen und nahtlos hergestellt werden können, wobei der Fachmann mitliest, daß geschweißte Rohre aus einem Band hergestellt werden, das eingeformt wird zum Schlitzrohr und dann geschweißt wird. Im drittletzten Absatz in Spaltenmitte auf dieser Seite wird dargestellt, daß mehrmaliges Ziehen mit Glühen bei Titan oder Titanlegierungen angewendet wird. Im Zusammenhang mit den vorher erwähnten Rohren ist es klar, daß diese Verfahrensschritte auch bei Rohren aus Titan bzw. Titanlegierungen angewandt werden.From the US magazine "Machine Design" 1970, February, pp. 80-89, is a generic method for the production of tubes made of titanium or titanium alloys starting from a tape with the steps of forming Slot tube, welding, downstream cold forming and heat treatment known. So in the last paragraph the left column appears Page 82 addressed that titanium tubes by means of welding and seamless can be produced, the skilled person reads that welded Tubes are made from a band that is molded into it becomes a slotted tube and then is welded. In the third last paragraph in the middle of the column on this page it is shown that repeated dragging with glow is applied to titanium or titanium alloys. In connection with the aforementioned pipes it is clear that these Process steps also for tubes made of titanium or titanium alloys be applied.

In diesem Stand der Technik wird darauf hingewiesen, daß das Titanrohr beim Ziehen aufsitzt bzw. ein Fressen auftritt, so daß kein fehlerfreies Rohr herstellbar ist.In this prior art it is pointed out that the titanium tube sits on when pulling or a scuff occurs, so that no error-free Pipe can be produced.

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 pipes made of titanium and titanium alloys to specify with the a tube 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 tube.

Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 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 Umformgrad muß entsprechend hoch sein, damit durch Rekristallisation bei der anschließenden Wärmebehandlung ein feinkörniges Gefüge auch im Schweißnahtbereich erzeugt wird. Der Umformgrad sollte deshalb mindestens 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 at the Subsequent heat treatment also has a fine-grained structure Weld area is generated. The degree of deformation should therefore amount to at least 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 ideally suited 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 that 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 Ultraschallprüfung, 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 evenly, especially in apparatus engineering the lines are bent, narrowed or expanded in cross section and used for Generation of stop surfaces must be flanged. Another one The problem is the non-destructive testing, especially the ultrasonic testing, which is severely 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 of the 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 Relocation of 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 unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.Using an example, the method according to the invention will be described in more detail with reference to the drawing explained.

In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

Fig. 1 die Nahtgeometrie eines WIG-geschweißten Titanrohres, Fig. 1, the seam geometry of a TIG welded titanium tube,

Fig. 2 die Nahtgeometrie des WIG-geschweißten Titanrohres nach der Kaltumformung, Fig. 2, the seam geometry of the TIG welded titanium tube after cold forming,

Fig. 3a das Mischkorngefüge in der Schweißnaht des WIG-geschweißten Titanrohres, Fig. 3a, the mixed grain structure in the weld seam of the TIG welded titanium tube,

Fig. 3b die Gefügeausbildung des Grundwerkstoffes nach dem Schweißen, FIG. 3b shows the microstructure of the base material after welding,

Fig. 4a die Gefügeausbildung der Schweißnaht nach der Kaltumformung und der Wärmebehandlung, und Fig. 4a, the microstructure of the weld after cold forming and heat treatment, and

Fig. 4b das Gefüge des Grundwerkstoffes nach der Kaltumformung und der Wärmebehandlung. Fig. 4b, the structure of the base material after the cold forming and the heat treatment.

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 with dimensions of 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 × 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 pilgered 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 has a microstructure that is uniform over the circumference and length. . Mixing the coarse grain structure in the weld shown 3b 1 of the TIG welded titanium tube and in comparison, in Fig, the microstructure of the base material after welding: in Figure 3a is in a magnification of 100.. 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.

Claims

1. A process for the production of tubes made of titanium and titanium alloys starting from a strip with the steps of forming the slotted tube, welding, downstream cold forming and heat treatment, characterized in that the longitudinally welded tube is then subjected to a minimum forming of 20% (alternatively, a minimum forming of 30 to 40 %), cold pilgered and subsequently heat-recrystallized in a temperature range from 500 to 750 ° C and then cooled in air or under protective gas.

2. The method according to claim 1, characterized, that the heat treatment only at the end of the forming of the tube into the finished part is carried out.

3. Use one according to the procedure below one of claims 1 to 2 produced longitudinally welded tube made of titanium or Titanium alloys as a starting tube for production of a press fitting with a bead-shaped, one Sealing ring receiving end.

4. Use one according to the procedure one of claims 1 to 2 produced longitudinally welded tube made of titanium or Titanium alloys for chemical apparatus engineering.