Stahlrohr:Eine Einführung

Geschichte, Herstellung und Verwendung von Stahlrohren

Stahlrohre sind zylindrische Rohre aus Stahl, die in der Fertigung und Infrastruktur vielfältig eingesetzt werden. Sie sind das am häufigsten verwendete Produkt der Stahlindustrie. Die Hauptverwendung von Rohren ist der unterirdische Transport von Flüssigkeiten oder Gasen – einschließlich Öl, Gas und Wasser. Es werden jedoch während der gesamten Herstellung und Konstruktion Rohre unterschiedlicher Größen verwendet. Ein gängiges Beispiel für die Haushaltsherstellung ist das schmale Stahlrohr, das das Kühlsystem in Kühlschränken leitet. Beim Bau werden Rohre für Heizung und Sanitär verwendet. Strukturen können aus Stahlrohren unterschiedlicher Größe gebaut werden, wie z. B. Handläufe, Fahrradständer oder Rohrpoller.

William Murdoch gilt als Pionier der Stahlrohre. 1815 verband er Fässer mit Musketen, um ein Kohlelampen-Brennsystem zu unterstützen. Murdoch nutzte sein innovatives Rohrleitungssystem, um Kohlegas zu Lampen auf den Straßen Londons zu transportieren.

Seit dem 18. Jahrhundert wurden große Fortschritte in der Technologie von Stahlrohren gemacht, einschließlich der Verbesserung von Herstellungsmethoden, der Entwicklung von Anwendungen für ihre Verwendung und der Einführung von Vorschriften und Standards, die ihre Zertifizierung regeln.

Wie wird Stahlrohr hergestellt?

Vom Schmelzen der Rohstoffe bis zum Formen oder Schweißen wird dieses allgegenwärtige Baumaterial durch zwei Hauptprozesse hergestellt:

Rohstahl in eine brauchbarere Form umwandeln

Beide Prozesse müssen mit der Herstellung von qualitativ hochwertigem Stahl beginnen. Rohstahl wird von Gießereien durch Schmelzen von Rohstoffen in einem Ofen hergestellt. Um die Zusammensetzung genau richtig zu machen, können dem geschmolzenen Metall Elemente hinzugefügt und Verunreinigungen entfernt werden. Der resultierende geschmolzene Stahl wird in Formen gegossen, um Barren herzustellen, oder wird zu einer Stranggussmaschine transportiert, um Brammen, Knüppel und Vorblöcke herzustellen. Rohre werden aus zwei dieser Produkte hergestellt:Brammen oder Knüppel.

Stahlbrammen und Stahlskelp in der Rohrherstellung

Stahlskelp wird aus Brammen hergestellt, die auf 2.200 °F erhitzt werden. Durch die Hitze bildet sich auf der Oberfläche ein Zunder, der durch einen Zunderbrecher und eine Hochdruckreinigung entfernt werden muss. Nach der Reinigung wird die Stahlbramme zu dünnen, schmalen Stahlstreifen warmgewalzt, die Skelp genannt werden. Skelp wird mit Schwefelsäure gebeizt (Oberfläche gereinigt), mit Wasser gewaschen und als Rohmaterial für die Pfeifenherstellung auf große Spulen gerollt. Die Breite des Skelps bestimmt den Durchmesser des Rohrs, das hergestellt werden kann.

Skelp wird von der Spule abgewickelt, erhitzt und durch gerillte Walzen gerollt, die die Kanten des Skelp nach oben biegen. Dieser Prozess erzeugt ein zylindrisches Rohr, bei dem die beiden Kanten so gebogen wurden, dass sie aufeinander treffen und einen langen Zylinder bilden. Ein Schweißprozess verbindet die Kanten miteinander und dichtet das Rohr ab.

• In einem kontinuierlichen Schweißvorgang pressen Schweißrollen die Kanten des Rohrs ineinander – durch die bereits auf den Schaft aufgebrachte Hitze entsteht eine Schmiedenaht. Beim Schweißen wird kein Metall hinzugefügt, und die letzten Walzen reduzieren den Durchmesser und die Wandstärke des Rohrs auf die Spezifikationen.
• Das elektrische Widerstandsschweißen folgt einem ähnlichen Prozess wie das kontinuierliche Schweißen, mit der Ausnahme, dass der Skelp in die Rohrform kaltgewalzt wird. Die Rohrkanten werden durch umlaufende Kupferscheiben bestromt, die die Kanten auf Schweißtemperatur aufheizen. Schweißrollen verbinden die Rohrkanten zu einer Schmiedenaht.
• Spiralschweißen und doppeltes Unterpulverschweißen verwenden konventionellere Schweißtechniken und fügen Schweißmaterial hinzu, um die Verbindung herzustellen.

Stahlknüppel für nahtlose Rohre

Stahlknüppel sind lange quadratische Stahlstücke, die direkt von einer Stranggießmaschine oder als Sekundärprodukt aus gewalzten und gestreckten Gussblöcken hergestellt werden. Diese Knüppel können zur Herstellung nahtloser Rohre verwendet werden, was bei einigen Anwendungen sicherer ist, da keine Schweißnaht vorhanden ist.

Der massive Stahlbarren muss auf extreme Temperaturen erhitzt werden, wobei er weißglühend wird, aber nicht schmilzt. Maschinen rollen sie so, dass sie zu einem zylindrischen Festkörper werden. Während es noch heiß ist, wird ein kugelförmiger Dorn verwendet, um das hohle Zentrum gemäß seinen Abmessungen regelmäßig zu machen. Es folgt eine Reihe von Fräsvorgängen, um das Rohr an die erforderlichen Spezifikationen anzupassen.

Abschlussschritte

Rohre können als letzter Prozessschritt durch eine Richtmaschine geführt werden, bevor sie am Ende mit Muffen versehen werden. Rohrleitungen mit kleinem Durchmesser sind normalerweise mit Gewindeverbindungen ausgestattet, Rohre mit größerem Durchmesser sind jedoch normalerweise mit Flanschen ausgestattet, die an das Ende des Rohrs geschweißt werden. Messmaschinen überprüfen die Abmessungen des fertigen Rohrs und stempeln die Details zur Qualitätskontrolle auf die Seite des Rohrs.

Qualitätskontrolle

Zu den Qualitätskontrollschritten gehört die Überprüfung des Rohrs auf Defekte mit Röntgengeräten – insbesondere entlang der Schweißnaht. Eine andere Technik besteht darin, das Rohr einem Drucktest zu unterziehen, indem es mit Wasser gefüllt und dann für eine bestimmte Zeit unter Druck gehalten wird, um alle Defekte aufzudecken, die zu einem katastrophalen Ausfall führen können, bevor es in Betrieb genommen wird.

Wie wird Stahlrohr verwendet?

Rohre werden in Konstruktionen, beim Transport und in der Fertigung verwendet. Sie sind nach ihrem Außendurchmesser bemessen, wobei der Innendurchmesser je nach Wandstärke variiert. Einige Anwendungen erfordern dickere Wände als andere, abhängig von den Kräften, denen das Rohr standhalten muss.

Strukturelle Verwendung

Strukturelle Verwendungen sind gemeinsames Bauen und Bauen. In diesen Branchen wird das Baumaterial üblicherweise als Stahlrohre bezeichnet.

Baupfähle

Stahlrohre verleihen Fundamenten in einem als Pfählen bezeichneten Prozess Festigkeit. Bei diesen Anwendungen wird das Rohr tief in die Erde getrieben, bevor das Fundament gelegt wird. Es bietet Stabilität für ein hohes Gebäude oder eine Konstruktion auf unsicherem Untergrund.

Es gibt zwei grundlegende Arten von Pfahlgründungen:

• Endlagerpfähle Lassen Sie das untere Ende auf einer Schicht aus besonders festem Boden oder Stein ruhen. Die Last des Gebäudes wird durch den Pfahl auf die starke Schicht übertragen.
• Reibungspfähle übertragen die Last des Gebäudes durch Reibung über die gesamte Höhe des Pfahls auf den Boden. Die gesamte Oberfläche des Pfahls trägt dazu bei, die Kräfte auf den Boden zu übertragen.

Gerüststangen

Gerüststangen werden hergestellt, indem Stahlrohre in einem Käfig verbunden werden, der es Bauarbeitern ermöglicht, Bereiche hoch über dem Boden zu erreichen.

Herstellungszweck

Leitplanken

Geländer werden ebenfalls aus Stahlrohren hergestellt und bilden ein ästhetisch ansprechendes Sicherheitselement für Treppen und Balkone.

Poller

Sicherheitspoller werden verwendet, um einen Bereich für den Fahrzeugverkehr abzusperren, um Personen, Gebäude oder Infrastrukturen zu schützen.

Fahrradständer

Viele kommerzielle Fahrradträger werden durch Biegen von Stahlrohren gebildet. Die robusten Materialeigenschaften von Stahl machen ihn sicher vor Langfingern.

Transportnutzung

Die häufigste Verwendung von Stahlrohren ist der Transport von Produkten, da das Material für langfristige Installationen gut geeignet ist. Aufgrund seiner Robustheit und Widerstandsfähigkeit gegen Zusammenbruch kann es unterirdisch vergraben werden.

Niederdruckanwendungen erfordern keine hohe Festigkeit der Rohre, da sie keinen nennenswerten Belastungen ausgesetzt sind. Die geringe Wandstärke ermöglicht eine billigere Herstellung. Speziellere Anwendungen – wie Rohre in der Öl- und Gasindustrie – erfordern strengere Spezifikationen. Die Gefährlichkeit des transportierten Produkts und die Möglichkeit eines erhöhten Drucks auf der Leitung erfordern eine hohe Festigkeit und daher eine größere Wandstärke. Dies bringt im Allgemeinen damit verbundene höhere Kosten mit sich. Die Qualitätskontrolle ist für diese Anwendungen von entscheidender Bedeutung.

Wie wird Stahlrohr spezifiziert?

Es kann zu Verwirrung darüber kommen, wie diese Materialien spezifiziert werden und was die genauen Eigenschaften des Rohrs bedeuten. Die American Society for Testing and Materials (ASTM) ist zusammen mit der American Society of Mechanical Engineers (ASME) und dem American Petroleum Institute (API) die Organisation mit den meisten Referenzen für Rohrleitungsspezifikationen in Nordamerika.

Spezifikationen können in drei Hauptkategorien unterteilt werden:

Nennrohrgröße

Die Rohrgröße wird als „Nennrohrgröße“ oder NPS angegeben. Der Ursprung der NPS-Zahlen für kleinere Rohre (

Zeitpläne

Stahlrohrpläne sind eine Möglichkeit, die Wandstärke des Rohrs zu beschreiben. Dies ist ein kritischer Parameter, da er in direktem Zusammenhang mit der Festigkeit des Rohrs und der Eignung für bestimmte Anwendungen steht. Eine Rohrliste ist eine dimensionslose Zahl und wird basierend auf der Konstruktionsformel für die Wandstärke unter Berücksichtigung des Konstruktionsdrucks und der zulässigen Spannung berechnet.

Beispiele für Zeitplannummern sind wie folgt:5, 5S, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120, 140, 160, STD, XS und XXS – wobei die häufigsten Zeitpläne 40 und 80 sind Mit zunehmender Plannummer nimmt die Wandstärke des Rohres zu. Die Schedule-Nummer eines Rohres definiert also den Innendurchmesser, da der OD durch die NPS-Zahl festgelegt wird.

Rohrgewicht

Das Gewicht eines Rohrs kann auf der Grundlage des NPS, der den Außendurchmesser definiert, und des Zeitplans, der die Wandstärke definiert, berechnet werden. Die Formel verwendet das theoretische Stahlgewicht von 40,8 Pfund pro Quadratfuß pro 1 Zoll Dicke, um die Konstante zu bestimmen.

W =10,69 x t (OD – t)

Wo:

W =Gewicht (in Pfund pro Fuß)
            AD =Außendurchmesser
             t =Dicke

Die folgende Tabelle aus der Engineering Toolbox zeigt die Messungen von Außendurchmesser, Wanddicke und Gewicht für Rohre mit unterschiedlichem NPS. Sowohl Plan-40- als auch Plan-80-Messungen werden angezeigt.

Plan 40
Plan 80
Nenn
Durchmesser
Durchmesser
Nenndicke
Gewicht
Durchmesser
Nenndicke
Gewicht
Rohrgröße
(Zoll)
(Zoll)
(Zoll)
(Zoll)
(Zoll)
(Zoll)
(Zoll)
(Zoll)
(Zoll)
(Zoll)
(Zoll) />Außen
Innen
lb/ft
Innen
lb/ft

1/8

0,405

0,270

0,070

0,240

0,220

0,100

0,310

1/4

0,540

0,360

0,090

0,420

0,300

0,120

0,540

3/8

0,675

0,490

0,090

0,570

0,420

0,130

0,740

1/2

0,840

0,620

0,110

0,850

0,550

0,150

1.000

3/4

1.050

0,820

0,110

1.130

0,740

0,150

1.470

1

1.315

1.050

0,130

1.680

0,960

0,180

2.170

1-1/4

1.660

1.380

0,140

2.270

1.280

0,190

3.000

1-1/2

1.900

1.610

0,150

2.720

1.500

0,200

3.650

2

2.375

2.070

0,150

3.650

1.940

0,220

5.020

2-1/2

2.875

2.470

0,200

5.790

2.320

0,280

7.660

3

3.500

3.070

0,220

7.580

2.900

0,300

10.300

3-1/2

4.000

3.550

0,230

9.110

3.360

0,320

12.500

4

4.500

4.030

0,240

10.790

3.830

0,340

14.900

5

5.563

5.050

0,260

14.610

4.810

0,380

20.800

6

6.625

6.070

0,280

18.970

5.760

0,430

28.600

8

8.625

7.980

0,320

28.550

7.630

0,500

43.400

10

10.750

10.020

0,370

40.480

9.560

0,590

64.400

12

12.750

11.940

0,410

53.600

11.380

0,690

88.600

14

14.000

13.130

0,440

63.000

12.500

0,750

107.000

16

16.000

15.000

0,500

78.000

14.310

0,840

137.000

18

18.000

16.880

0,560

105.000

16.130

0,940

171.000

20

20.000

18.810

0,590

123.000

17.940

1.030

209.000

24

24.000

22.630

0,690

171.000

21.560

1.220

297.000

Basierend auf ASTM A53 – Standardspezifikation für Rohre, Stahl, schwarz und feuerverzinkt, verzinkt, geschweißt und nahtlos.

Zertifizierung

Hersteller stellen einen Materialtestbericht oder Mühlentestbericht aus, um zu bestätigen, dass das Produkt die Spezifikation für die chemische Analyse und die mechanischen Eigenschaften erfüllt. Die MTR enthält alle relevanten Daten zum Produkt und begleitet das Produkt während seines gesamten Lebenszyklus.

Die folgenden sind typische Parameter, die auf einem MTR aufgezeichnet werden können:

• Chemische Zusammensetzung einschließlich Kohlenstoffgehalt, Legierungen und Schwefel
• Materialgröße, -gewicht, -identifikation und -qualität
• Materialschmelzennummer, die auf die Verarbeitungscharge zurückgeht
• Mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit, Streckgrenze und Dehnung

Bei Stahlpollern sind die am häufigsten genannten Spezifikationen ASTM A53 und ASTM A500.

Wie verwendet Reliance Foundry Stahlrohre?

Reliance Foundry liefert Rohrpoller aus Stahlrohren. Poller sind vertikale Rohrstücke, die im Boden installiert sind, um Menschen, Gebäude und die umgebende Infrastruktur vor Fahrzeugkollisionen zu schützen.

Stahlrohrpoller müssen den Sicherheitsspezifikationen entsprechen, um sicherzustellen, dass sie stark genug sind, um den Auswirkungen von Fahrzeugkollisionen standzuhalten. Schedule 40- und Schedule 80-Stahl kann je nach Anwendung zur Herstellung von Stahlrohrpollern verwendet werden.

Poller aus Stahlrohr sind oft mit dekorativen Abdeckungen aus Edelstahl, Kunststoff oder anderen Metallen bedeckt, um die Ästhetik zu verbessern und das Stahlrohr vor Korrosion zu schützen.