Material und Klassifizierung von Kohlenstoffstahlrohren

Einführung

Rohre aus Kohlenstoffstahl sind einer der Hauptbestandteile verschiedener Industriezweige, und auf dem Markt sind mehrere Arten von Kohlenstoffstahlrohren zu finden. Sie bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff und Eisen, mit geringen Anteilen anderer Materialien. Der Kohlenstoffgehalt beträgt 2,1% des Gesamtgewichts der Legierung.

Variationen bei Stahlrohren ergeben sich aus Unterschieden in der chemischen Zusammensetzung, den Herstellungsmethoden und den Klassifizierungsstandards. Diese Unterschiede wirken sich auf die Leistung, Langlebigkeit und Eignung für bestimmte Anwendungen aus.

Deshalb ist es wichtig, die grundlegenden Aspekte von Kohlenstoffstahlrohren und das Klassifizierungssystem zu verstehen, mit dessen Hilfe ihre spezifischen Verwendungen und Normen definiert werden. Für Ingenieure, Verarbeiter und Unternehmer ist es hilfreich, eine fundierte Entscheidung im industriellen Kontext zu treffen.

Was sind Kohlenstoffstahlrohre?

Rohre aus Kohlenstoffstahl (CS) oder Rundrohre bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff und Eisen. Dies ist der Grundstein für ihre bemerkenswerte Festigkeit und Druckbeständigkeit. Diese Stahlrohre enthalten auch geringe Mengen anderer Materialien. Dazu gehören Mangan, Phosphor, Kupfer und Silizium, die zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften beitragen.

In erster Linie liegt der Kohlenstoffgehalt in Kohlenstoffstahlrohren zwischen 0,02% und 2,1% des Gesamtgewichts der Legierung. Wenn sich Eisen und Kohlenstoff verbinden, bilden ihre Atome ein aus Phasen bestehendes Gefüge. Die spezifische Anordnung hängt vom Kohlenstoffgehalt des Eisens und seiner thermischen Vorgeschichte ab. Daher variieren die Eigenschaften je nach der Menge des bei der Herstellung zugesetzten Kohlenstoffs. Außerdem können sie durch Wärmebehandlungsverfahren wie Abschrecken, Glühen und Normalisieren verändert werden. Zu diesen Eigenschaften gehören Wandstärke, Zugfestigkeit und Härte.

Mehr Kohlenstoff erhöht die Festigkeit und Härte, kann aber die Flexibilität und Schweißbarkeit des Rohrs verringern. Im Vergleich dazu bedeutet ein niedriger Kohlenstoffgehalt eine geringere Festigkeit.

Aufgrund ihrer Kosteneffizienz werden Rohre aus Kohlenstoffstahl in der Industrie häufig verwendet. Sie reichen von kleinen Teilen für die Automobilindustrie bis hin zu umfangreichen Strukturträgern.

Arten von Kohlenstoffstahlrohren

Es gibt verschiedene Arten von Kohlenstoffstahlrohren, die in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden:

die Höhe des Kohlenstoffgehalts
das Herstellungsverfahren.

Diese werden unter bestimmten Bedingungen entwickelt, die ein optimales Gleichgewicht der mechanischen Eigenschaften für bestimmte Anwendungen ergeben. Lassen Sie uns diese Typen im Detail besprechen.

Klassifizierung nach Kohlenstoffgehalt

Rohre aus kohlenstoffarmem Stahl

Bei Rohren aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (auch als Weichstahl bezeichnet) liegt der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,05% und 0,25%. Diese Rohre werden aufgrund ihrer Zähigkeit und Duktilität häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Außerdem sind sie warm- oder kaltverformbar und lassen sich leicht umformen und schweißen. Aufgrund ihres relativ geringen Kohlenstoffgehalts weisen sie jedoch eine geringere Festigkeit auf.

Zu den gängigen kohlenstoffarmen Stahlsorten, die bei der Herstellung verwendet werden, gehören: Q235, ASTM A36, ASTM A53, ASTM A106, #20 Stahl, AISI 1020, S235 und C22E.

Sie werden vor allem in Anwendungen wie Automobilteilen, Strukturträgern und Niederdruckflüssigkeitsanwendungen eingesetzt.

Rohre aus mittelkohlenstoffhaltigem Stahl

Der Kohlenstoffgehalt von Rohren aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt reicht von 0,31% bis 0,6%. Sie bieten eine hohe Festigkeit und Härte. Allerdings besitzen sie eine vergleichsweise geringe Zähigkeit und Duktilität; ihre mechanischen Eigenschaften können jedoch durch Abschrecken und Wärmebehandlung verbessert werden.

Einige Beispiele für Stahlsorten mit mittlerem Kohlenstoffgehalt sind #45 Steel, AISI 1045 und C45E. Sie werden unter anderem für Bauprojekte sowie für Automobil- und mechanische Teile wie Wellen, Rahmen und Auspuffanlagen verwendet.

Rohre aus kohlenstoffreichem Stahl

Diese Rohre aus Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt haben einen Kohlenstoffgehalt von 0,6% bis 2,11%. Sie sind sehr hochfeste Rohre mit geringer Duktilität und Zähigkeit. Außerdem lassen sie sich nicht leicht schweißen. Für den Schweißprozess müssen diese Rohre einem detaillierten Wärmebehandlungsprogramm unterzogen werden, das in den Schweißprozess integriert ist.

Häufig verwendete Stahlsorten mit hohem Kohlenstoffgehalt sind #65 Steel, 65Mn, AISI 1065, T8 und T8A, T10 und T10A, AISI W1 und W2, C60E und C80U. Sie werden häufig für Schneidwerkzeuge, Federn und schwere Maschinenteile verwendet.

Klassifizierung nach Herstellungsverfahren

Nahtlose Rohre aus Kohlenstoffstahl

Nahtlose Rohre werden ohne Schweißnähte hergestellt, in der Regel durch Lochen eines massiven Stahlblocks und dessen Umformung durch Warm- oder Kaltwalzen. Dieses Verfahren führt zu Rohren mit gleichbleibender Festigkeit und erhöhter Widerstandsfähigkeit gegen Druck- und Temperaturschwankungen.

Warmgewalzte Rohre aus Kohlenstoffstahl: Dazu gehört das Erhitzen. Bei diesem Verfahren wird der Stahlknüppel auf etwa 1000 °C erhitzt und dann in die gewünschte Rohrform gewalzt. Dieses Verfahren gewährleistet Gleichmäßigkeit und Haltbarkeit des Endprodukts. Der resultierende Außendurchmesser dieser Rohre beträgt mehr als 32 mm, während die Wandstärke zwischen 2,5 und 75 mm liegt. Diese Rohre werden für Niederdruck- bis Hochdruck-Stahlrohrleitungen verwendet.

Kaltgewalzte Rohre aus Kohlenstoffstahl: Diese Rohre werden hergestellt, indem die Dicke und Breite des Stahls durch eine Reihe von Walzen bei Raumtemperatur oder leicht erhöhten Temperaturen schrittweise verringert wird. Nach dem Kaltwalzen wird der Stahl einer Glühbehandlung unterzogen. Dadurch wird er weicher und die durch das Walzen verursachten inneren Spannungen werden beseitigt. Zu den letzten Schritten gehört die Formgebung des Stahls auf die gewünschten Abmessungen. Deshalb wird er von überschüssigem Material befreit und poliert, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Dieses Verfahren gewährleistet, dass der Stahl die gewünschte Größe, Form und das gewünschte Aussehen hat. Dieses Verfahren führt zu einer hohen Maßgenauigkeit. Der Außendurchmesser kann bis zu 6 mm betragen, während die Wandstärke 0,25 mm erreichen kann.

Geschweißte Rohre aus Kohlenstoffstahl

Diese Rohre werden durch Walzen von Stahlplatten oder -bändern und Schweißen der Naht hergestellt. Sie bieten eine gute Festigkeit. Sie ist jedoch etwas geringer als die von SSAW mit den gleichen Spezifikationen. Ihre Produktionskosten sind nicht hoch. Sie sind für niedrige bis mittlere Drücke geeignet. Je nach Herstellungsverfahren werden sie in zwei Kategorien unterteilt, die wie folgt lauten

ERW-Rohre aus Kohlenstoffstahl (elektrisch widerstandsgeschweißt): ERW-Rohre werden durch Walzprofilieren eines Stahlblechs und Verschweißen der Kanten durch elektrisches Widerstandsschweißen hergestellt. Diese Rohre zeichnen sich durch komplizierte Details und eine gleichmäßige Naht aus und sind wirtschaftlich. Außerdem sind sie leicht, präzisionsgefertigt und entsprechend strukturiert. Es gibt sie in verschiedenen Materialqualitäten wie A, B, X42, X52 usw., und je nach Spezifikation können sie in Nieder- bis Hochdruckanwendungen, einschließlich der Wasser- und Gasverteilung, eingesetzt werden.

LSAW-Rohre (Longitudinal Submerged Arc Welded) aus Kohlenstoffstahl: Sie werden hergestellt, indem Stahlbleche in Längsrichtung gebogen und die Naht mit Unterpulverschweißen verschweißt wird. Das Ergebnis sind robuste, dickwandige Rohre mit großem Durchmesser, die nahtlos verarbeitet und rostfrei sind. Sie sind stark und dehnbar und werden unter anderem für Öl- und Gaspipelines an Land und auf See verwendet. Kurz gesagt, sie sind geeignet, wenn hohe Leistung, hohe Toleranz und starke strukturelle Unterstützung erforderlich sind.

SSAW-Rohre aus Kohlenstoffstahl (Spiral Submerged Arc Welded)

SSAW-Rohre werden durch spiralförmiges Aufwickeln von Stahlbändern in eine Rohrform und anschließendes Verschweißen der Spiralnaht zu einem massiven Rohr hergestellt. Sie ermöglichen Rohre mit größerem Durchmesser und haben eine hohe Festigkeit. Allerdings steigen hier die Produktionskosten leicht an. Sie werden unter anderem für den Transport von Wasser und Gas verwendet, wo Flexibilität bei der Größe wichtig ist.

Vorteile von Kohlenstoffstahlrohren

Rohre aus Kohlenstoffstahl, die für verschiedene Anwendungen von entscheidender Bedeutung sind, bieten verschiedene Vorteile, die im Folgenden erläutert werden:

Erstens besitzen sie eine hohe Erwartungssteifigkeit und Festigkeit. Aus diesem Grund können sie hohen Drücken und schweren Lasten standhalten. So werden sie hauptsächlich in Hochleistungsanwendungen wie Strukturträgern, Gas- und Ölpipelines, Brücken und Übertragungssystemen eingesetzt.
Sie eignen sich hervorragend als korrosionsbeständige Bauteile, da sie rauen Umgebungen und chemischen Belastungen standhalten. Eine Schutzbeschichtung ist jedoch entscheidend, da sie die Widerstandsfähigkeit erhöht. Deshalb können Stahlrohre problemlos in der Schifffahrt eingesetzt werden.
Rohre aus Kohlenstoffstahl sind zweifelsohne gute Wärme- und Stromleiter. Aufgrund dieser Eigenschaften können sie in der Energiewirtschaft eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil von Kohlenstoffstahlrohren ist die einfache Installation. Sie sind in der Regel leicht, wodurch sie einfach zu transportieren sind und eine effiziente Verlegung ermöglichen.
Außerdem sind sie kostengünstig. Der Grund dafür ist der Reichtum an Rohstoffen und die gut etablierte Herstellung. Daraus ergeben sich niedrige Material- und Herstellungskosten, was zu ihrer Kosteneffizienz führt.
Aufgrund der vielen auf dem Markt erhältlichen Typen von Kohlenstoffstahlrohren können diese in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt werden. Dies trägt zu ihrer Vielseitigkeit bei.
Rohre aus Kohlenstoffstahl lassen sich leicht recyceln, ohne dass die Materialintegrität beeinträchtigt wird. Das bedeutet, dass sie ein gutes, umweltfreundliches Produkt sind,

Industrienormen und Spezifikationen

Standard	Beschreibung	Anwendungsbereich	Wesentliche Merkmale
ASTM A53	Umfasst schwarze Stahlrohre, sowohl nahtlos als auch geschweißt, mit der Möglichkeit einer Feuerverzinkung	Strukturelle Unterstützung, Rohrleitung	nahtlose und geschweißte Typen, schweißbar
ASTM A106	Spezifikationen für nahtlose Rohre aus Kohlenstoffstahl werden dort verwendet, wo große Hitze üblich ist.	Hochtemperatur-Pipelines	Hohe Festigkeit und Hitzebeständigkeit
API 5L	Definiert die Anforderungen an Leitungsrohre für den Transport von Gas, Öl und Wasser.	Öl- und Gaspipelines	Druckfest, für den Transport von Flüssigkeiten bestimmt
ASME B36.10	Standardisiert Abmessungen und Eigenschaften für geschweißte und nahtlose Rohre aus Schmiedestahl.	Mechanische und strukturelle Anwendungen	Definiert Rohrdimensionen und Gewichte
DIN 2448	Europäischer Leitfaden für die Herstellung und Prüfung von nahtlosen Stahlrohren.	Industrielle Rohrleitungen und Kesselanlagen	Enthält Abmessungen und Lieferbedingungen
ISO 3183	Globale Norm für Stahlrohre, die in Erdöl- und Erdgaspipelinesystemen verwendet werden.	Transport in Rohrleitungen	Spezifiziert Herstellungs- und Prüfanforderungen
BS EN 10216	Europäische Norm für nahtlose Stahlrohre, die für Druckbehälter bestimmt sind.	Druckbehälter und Heizkessel	Behandelt mechanische Eigenschaften und Prüfungen

Diese Normen stellen sicher, dass Rohre aus Kohlenstoffstahl die Qualitäts-, Sicherheits- und Leistungsanforderungen der verschiedenen Branchen weltweit erfüllen. Jede Norm umfasst Rohrabmessungen, mechanische Eigenschaften, Herstellung und Prüfprotokolle für spezifische Anwendungen.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Rohre aus unlegiertem Stahl wichtige Komponenten für viele industrielle Anwendungen sind. Dazu gehören der Transport von Gas und Öl, strukturelle Unterstützung, Bewässerungssysteme und vieles mehr. Rohre aus Kohlenstoffstahl weisen unterschiedliche mechanische Eigenschaften auf, je nachdem, wie viel Kohlenstoff bei der Herstellung oder Wärmebehandlung hinzugefügt wurde. Sie werden in zwei verschiedene Kategorien eingeteilt. Die Einteilung basiert auf dem prozentualen Kohlenstoffgehalt und den Herstellungsverfahren, wodurch sich verschiedene Varianten ergeben. Es ist wichtig, die Spezifikationen und Normen zu verstehen. Sie helfen Ihnen bei der Auswahl eines geeigneten Kohlenstoffstahlrohrs, das Ihre industriellen und zivilen Anforderungen erfüllt.