Rohre lassen sich in Metallrohre und Nichtmetallrohre unterteilen. Metallrohre werden weiter in Eisen- und Nichteisenrohre unterteilt. Eisenmetalle bestehen hauptsächlich aus Eisen, während Nichteisenmetalle kein Eisen enthalten. Kohlenstoffstahlrohre, Edelstahlrohre, Chrom-Molybdän-Rohre und Gusseisenrohre sind Eisenmetallrohre mit Eisen als Hauptbestandteil. Nickel- und Nickellegierungsrohre sowie Kupferrohre zählen zu den Nichteisenmetallrohren. Kunststoffrohre, Betonrohre, kunststoffbeschichtete Rohre, glasemaillierte Rohre, betonbeschichtete Rohre und andere Spezialrohre für besondere Anwendungen werden als Nichtmetallrohre bezeichnet. Eisenmetallrohre sind die am weitesten verbreiteten Rohre in der Energiewirtschaft; Kohlenstoffstahlrohre finden ebenfalls breite Anwendung. Die Normen ASTM und ASME regeln eine Vielzahl von Rohren und Rohrmaterialien, die in der Prozessindustrie eingesetzt werden.
Kohlenstoffstahl ist der am häufigsten verwendete Stahl in der Industrie und macht über 90 % der gesamten Stahlproduktion aus. Basierend auf dem Kohlenstoffgehalt werden Kohlenstoffstähle in drei Kategorien unterteilt:
Bei legierten Stählen werden unterschiedliche Anteile an Legierungselementen verwendet, um gewünschte (verbesserte) Eigenschaften wie Schweißbarkeit, Duktilität, Bearbeitbarkeit, Festigkeit, Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit usw. zu erzielen. Einige der am häufigsten verwendeten Legierungselemente und ihre Funktionen sind wie folgt:
Edelstahl ist ein legierter Stahl mit einem Chromgehalt von mindestens 10,5 %. Er zeichnet sich durch eine außergewöhnliche Korrosionsbeständigkeit aus, die auf der Bildung einer sehr dünnen Cr₂O₃-Schicht auf der Oberfläche beruht. Diese Schicht wird auch als Passivschicht bezeichnet. Eine Erhöhung des Chromgehalts verbessert die Korrosionsbeständigkeit des Materials weiter. Neben Chrom werden Nickel und Molybdän hinzugefügt, um die gewünschten (oder verbesserten) Eigenschaften zu erzielen. Edelstahl enthält außerdem unterschiedliche Mengen an Kohlenstoff, Silizium und Mangan. Edelstahl wird weiterhin wie folgt klassifiziert:
Zusätzlich zu den oben genannten Güteklassen werden in der Industrie auch einige fortgeschrittene (oder spezielle) Edelstahlsorten verwendet:
Werkzeugstähle weisen einen hohen Kohlenstoffgehalt (0,5 % bis 1,5 %) auf. Ein höherer Kohlenstoffgehalt sorgt für höhere Härte und Festigkeit. Dieser Stahl wird hauptsächlich zur Herstellung von Werkzeugen und Formen verwendet. Werkzeugstähle enthalten unterschiedliche Mengen an Wolfram, Kobalt, Molybdän und Vanadium, um die Hitzebeständigkeit, Verschleißfestigkeit und Haltbarkeit des Metalls zu erhöhen. Dadurch eignet sich Werkzeugstahl ideal für Schneid- und Bohrwerkzeuge.
Diese Rohre finden breite Anwendung in der Prozessindustrie. Die Bezeichnungen nach ASTM und ASME für Rohre sehen zwar unterschiedlich aus, die Werkstoffgüten sind jedoch identisch. Beispiel:
Die Materialzusammensetzung und -eigenschaften der ASME- und ASTM-Normen sind bis auf die Bezeichnung identisch. Die Zugfestigkeit von ASTM A 106 Gr A beträgt 330 MPa, von ASTM A 106 Gr B 415 MPa und von ASTM A 106 Gr C 485 MPa. Das am häufigsten verwendete Kohlenstoffstahlrohr ist ASTM A 106 Gr B. Eine Alternative zu ASTM A 106 Gr A (330 MPa) ist ASTM A 53 (feuerverzinkt oder Leitungsrohr), ebenfalls eine weit verbreitete Güteklasse für Kohlenstoffstahlrohre. ASTM A 53-Rohre sind in zwei Güteklassen erhältlich:
ASTM A 53-Rohre werden in drei Typen unterteilt: Typ E (ERW – widerstandsgeschweißt), Typ F (ofen- und stumpfgeschweißt) und Typ S (nahtlos). Typ E umfasst sowohl ASTM A 53 Gr A als auch ASTM A 53 Gr B. Typ F ist ausschließlich ASTM A 53 Gr A erhältlich, während Typ S sowohl ASTM A 53 Gr A als auch ASTM A 53 Gr B anbietet. Die Zugfestigkeit von ASTM A 53 Gr A-Rohren entspricht mit 330 MPa der von ASTM A 106 Gr A. Die Zugfestigkeit von ASTM A 53 Gr B-Rohren entspricht mit 415 MPa ebenfalls der von ASTM A 106 Gr B. Diese Rohre aus Kohlenstoffstahl werden häufig in der Prozessindustrie eingesetzt.
Die am häufigsten in der verarbeitenden Industrie verwendeten Edelstahlrohre sind austenitische Edelstähle. Das Hauptmerkmal von austenitischem Edelstahl ist, dass er nicht magnetisch oder paramagnetisch ist. Drei wichtige Spezifikationen für austenitische Edelstähle sind:
Diese Spezifikation umfasst 18 Güteklassen, von denen 304L die gebräuchlichste ist. Eine beliebte Kategorie ist 316L aufgrund seiner hohen Korrosionsbeständigkeit. ASTM A 312 (ASME SA 312) gilt für Rohre mit einem Durchmesser von 8 Zoll oder weniger. Das „L“ in der Güteklasse kennzeichnet einen niedrigen Kohlenstoffgehalt, was die Schweißbarkeit des Rohrs verbessert.
Diese Spezifikation gilt für geschweißte Rohre mit großem Durchmesser. Die in dieser Spezifikation abgedeckten Rohrleitungsnormen sind Schedule 5S und Schedule 10.
Schweißbarkeit von austenitischen Edelstählen – Austenitische Edelstähle weisen eine höhere Wärmeausdehnung als ferritische oder martensitische Edelstähle auf. Aufgrund des hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten und der geringen Wärmeleitfähigkeit von austenitischem Edelstahl kann es beim Schweißen zu Verformungen oder Verzug kommen. Austenitischer Edelstahl neigt zu Erstarrungs- und Verflüssigungsrissen. Daher ist bei der Auswahl von Zusatzwerkstoffen und Schweißverfahren besondere Sorgfalt geboten. Unterpulverschweißen (UP-Schweißen) wird nicht empfohlen, wenn Schweißnähte aus vollständig austenitischem Edelstahl oder mit geringem Ferritgehalt erforderlich sind. Die Tabelle (Anhang 1) dient als Leitfaden für die Auswahl des geeigneten Schweißdrahts oder der Elektrode basierend auf dem Grundwerkstoff (für austenitische Edelstähle).
Chrom-Molybdän-Rohre eignen sich für Hochtemperaturleitungen, da ihre Zugfestigkeit auch bei hohen Temperaturen unverändert bleibt. Die Rohre finden Anwendung in Kraftwerken, Wärmetauschern und ähnlichen Anlagen. Sie entsprechen der Norm ASTM A 335 und sind in verschiedenen Güteklassen erhältlich.
Gusseisenrohre werden für Brandschutz, Entwässerung, Abwasserentsorgung, Schwerlastinstallationen (unter hoher Belastung) – unterirdische Rohrleitungen und andere Anwendungen verwendet. Die Güteklassen von Gusseisenrohren sind:
Duktile Gusseisenrohre werden für unterirdische Rohrleitungen in der Brandschutztechnik verwendet. Dürr-Rohre sind aufgrund des Siliziumgehalts hart. Diese Rohre werden für den Einsatz in säurehaltigen Umgebungen verwendet, da die Güteklasse beständig gegen handelsübliche Säuren ist, sowie für Wasseraufbereitungsanlagen, die saure Abfälle einleiten.
Nirmal Surendran Menon erwarb 2005 einen Bachelor-Abschluss in Maschinenbau an der Anna University in Tamil Nadu, Indien, und 2010 einen Master of Science in Projektmanagement an der National University of Singapore. Er ist in der Öl-, Gas- und Petrochemieindustrie tätig und arbeitet derzeit als Feldingenieur an einem LNG-Verflüssigungsprojekt im Südwesten Louisianas. Zu seinen Aufgaben im Rahmen der Projektabwicklung gehören die Reinigung von Rohrleitungssystemen und die Verlustprävention für LNG-Verflüssigungsanlagen.
Ashish besitzt einen Bachelor-Abschluss in Ingenieurwesen und verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in den Bereichen Ingenieurwesen, Qualitätssicherung/Qualitätskontrolle, Lieferantenqualifizierung/-überwachung, Beschaffung, Inspektionsressourcenplanung, Schweißen, Fertigung, Bauwesen und Subunternehmertum.
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