Titanlegierungsrohre, spezielle Rohre, die aus Titanlegierungen präzise gefertigt werden, genießen aufgrund ihrer herausragenden Eigenschaften wie geringes Gewicht, hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit breite Anerkennung und Anwendung in zahlreichen Industriebereichen. Ihre ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und Umformbarkeit, kombiniert mit der Möglichkeit der Verarbeitung durch Schweißen und weitere Verfahren – wobei die Festigkeit der Schweißnähe nahezu der des Grundwerkstoffs entspricht – sowie eine gute Zerspanbarkeit machen Titanlegierungsrohre zu einem unersetzlichen Bauteil in vielen Bereichen: Chemieanlagen, Erdölindustrie, Energiewirtschaft, Meerwasserentsalzung, Bauwesen und Konsumgüter.
Bei der Herstellung von Titanlegierungsrohren beeinflusst die Präzision der Verarbeitungstechnik direkt die endgültige Leistung und Qualität der Rohre. Vom anfänglichen Schmelzen bis zum abschließenden Schmieden wird jeder Prozessschritt streng überwacht und optimiert.
In der Schmelzphase werden fortschrittliche Plasmalanzen oder Elektronenstrahlanlagen verwendet, um eine Mischung aus Titanschwamm und Zwischenlegierungen direkt zu schmelzen und hochreine hohle Rohbarren herzustellen. Dabei werden Parameter wie Rohstoffverhältnis, Schmelztemperatur und Schmelzdauer präzise gesteuert, um chemische Zusammensetzung und Gefüge des Barrens auf ein optimales Niveau zu bringen. Bei herkömmlichen säulenförmigen Titanlegierungsbarren erfolgt eine Bohrung zur Herstellung von Rohrohlingen. Titanabfälle werden zurückgewonnen und erneut geschmolzen, um die Materialausnutzung zu verbessern und Kosten zu senken.
Der anschließende Schmiedeprozess ist ein zentraler Schritt bei der Formung von Titanlegierungsrohren. Der gegossene Rohrohling wird auf eine festgelegte Temperatur erhitzt und anschließend dreimal radial geschmiedet. Bei jedem Schmiedevorgang wird der Dorn ausgetauscht; Verformung und Bewegungsgeschwindigkeit des Rohrohlings werden streng kontrolliert. Durch diese aufeinanderfolgenden Schmiedevorgänge verändert sich der Querschnitt des Rohrohlings allmählich: von anfänglich quadratischer Außenform mit kreisförmigem Innenquerschnitt über achteckige Außenform mit kreisförmigem Innenquerschnitt bis hin zu einem vollkommen runden Querschnitt. Temperatur- und Geschwindigkeitssteuerung sind hier äußerst kritisch und beeinflussen direkt die mechanischen Eigenschaften, das Gefüge und die Oberflächenqualität des Rohres. Darüber hinaus werden beim Schmieden moderne Prüftechniken und Qualitätskontrollverfahren eingesetzt, damit alle Produktmerkmale den Normen entsprechen und den unterschiedlichen Kundenanforderungen und Einsatzbereichen gerecht werden.
Das Schrägwalzlochen von nahtlosen Titanlegierungsrohlingen unterteilt sich in zwei Verfahren: Zweirohr-Schrägwalzlochen und Dreirohr-Schrägwalzlochen. Die Anwendung des Dreirohr-Schrägwalzlochens bei Titanlegierungen ist zum einen auf die verbesserte Verarbeitbarkeit des Titanwerkstoffs selbst und zum anderen auf die Weiterentwicklung und Verfeinerung dieses Walzverfahrens zurückzuführen.
Beim Zweirohr-Schrägwalzlochen hergestellte Titanrohlinge neigen zu Fehlern wie Ablösungen, Falten und Rissen an Innen- und Außenflächen, zudem ist die Maßgenauigkeit unzureichend. Daher lassen sich mit diesem Verfahren keine hochwertigen Rohrohlinge fertigen. Das aus dem Zweirohr-Verfahren weiterentwickelte Dreirohr-Schrägwalzlochen erzeugt Rohrohlinge mit hoher Maßgenauigkeit und guter Innen- und Außenoberflächenqualität. Es eignet sich zudem für dünnwandige Rohrohlinge mit einem Verhältnis von Außendurchmesser zu Wanddicke von mehr als 10 und steigert die Produktionseffizienz erheblich. Das Dreirohr-Verfahren verfügt gegenüber dem Zweirohr-Verfahren über deutliche Vorteile. Bei technischen Modernisierungen einiger Unternehmen werden bewährte Konstruktionsprinzipien des Dreirohr-Verfahrens auch auf das Zweirohr-Schrägwalzlochen übertragen. Die inhärenten technischen Merkmale der Dreirohr-Schrägwalzmaschine führen zudem zu ihrer breiten Verbreitung beim Lochen von Titanlegierungen.
Beim zweiten Lochen von Titanrohren ist die erforderliche Abnahme beim ersten Durchgang gering, sodass nur eine minimale Verformung stattfindet. Daher ist dieser Vorgang unter Gewährleistung der Dornfestigkeit einfacher durchzuführen als ein Einzellochdurchgang. Eine geringere Durchmesserabnahme reduziert natürlicherweise innere Falten und damit Innenflächenfehler. Beim zweiten Lochen ist der axiale Widerstand geringer; durch eine geeignete Verteilung der Abnahme lassen sich Innenflächenfehler weiter deutlich verringern.
Ein Einzellochdurchgang erfordert nur einen einzigen Heizzyklus. Da Titanlegierungen eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Edelstahl haben, wird auch für das zweifache Lochen grundsätzlich nur ein Heizzyklus angesetzt. Die genaue Anzahl der erforderlichen Heizzyklen hängt jedoch von den Abmessungen des zu bearbeitenden Titanrohres ab und muss in weiteren Untersuchungen geklärt werden.
Bei einem Einweg-Lochverfahren ist die erforderliche Gesamtabnahme sehr groß. Aus diesem Grund ist die Drehzahl beim Einweg-Lochen gleich großer Titanrohre relativ hoch. Bei zweifachem Lochen bleibt die Drehzahl der ersten Walzmaschine niedriger, wodurch die Oberflächenqualität des Rohrohlings besser ausfällt.
