Herkömmliche Hydraulikleitungen verwenden ein einzelnes aufgeweitetes Ende und werden normalerweise gemäß SAE-J525 oder ASTM-A513-T5 hergestellt, Materialien, die im Inland schwer zu beschaffen sind. OEMs, die nach inländischen Lieferanten suchen, können stattdessen Rohre verwenden, die gemäß SAE-J356A-Spezifikationen hergestellt und mit O-Ring-Gleitringdichtungen abgedichtet sind, wie gezeigt. Hergestellt von Tru-Line.
Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel ist der erste einer zweiteiligen Serie über den Markt und die Produktion von Flüssigkeitstransferleitungen für Hochdruckanwendungen. Im ersten Teil wird die Situation der in- und ausländischen Bezugsquellen für konventionelle Produkte erörtert. Im zweiten Teil werden die Einzelheiten weniger konventioneller Produkte erörtert, die auf diesen Markt abzielen.
Die COVID-19-Pandemie hat in vielen Branchen zu unerwarteten Veränderungen geführt, darunter in der Lieferkette für Stahlrohre und im Herstellungsprozess von Rohren. Von Ende 2019 bis heute hat der Rohrmarkt disruptive Veränderungen sowohl im Fabrik- als auch im Logistikbetrieb erlebt. Ein lange schwelendes Problem ist ins Rampenlicht gerückt.
Die Belegschaft ist heute wichtiger denn je. Diese Pandemie ist eine humanitäre Krise, und die Bedeutung der Gesundheit hat die Work-Life-Balance für die meisten, wenn nicht alle, verändert. Die Zahl der Fachkräfte ist aufgrund von Pensionierungen zurückgegangen, einige Arbeitnehmer konnten nicht an ihren alten Arbeitsplatz zurückkehren oder in derselben Branche eine neue Stelle finden und viele andere Faktoren. In den frühen Tagen der Epidemie konzentrierte sich der Arbeitskräftemangel hauptsächlich auf Branchen, die auf Arbeit an vorderster Front angewiesen sind, wie das Gesundheitswesen und der Einzelhandel, während Arbeiter im verarbeitenden Gewerbe beurlaubt waren oder ihre Arbeitszeiten erheblich reduzierten. Die Hersteller haben nun Schwierigkeiten, Mitarbeiter zu rekrutieren und zu halten, darunter auch erfahrene Rohrwerksbetreiber. Die Rohrherstellung ist größtenteils eine praktische Arbeitertätigkeit, die sorgfältige Arbeit in einer klimatisierten Umgebung erfordert. Tragen Sie zusätzliche persönliche Schutzausrüstung (z. B. Masken), um Infektionen einzudämmen, und befolgen Sie zusätzliche Regeln, z. B. einen Abstand von 2 Metern. Die Luftlinie zu anderen kann einen Job, der ohnehin schon viele Stressfaktoren hat, zusätzlich stressig machen.
Auch das Stahlangebot und die Rohstahlkosten haben sich während der Pandemie verändert. Bei den meisten Rohren stellt Stahl den größten Kostenfaktor dar. Als Faustregel gilt, dass Stahl 50 % der Kosten pro Fuß Rohr ausmacht. Bis zum vierten Quartal 2020 lagen die inländischen Preise für kaltgewalzten Stahl in den USA drei Jahre lang durchschnittlich bei etwa 800 USD/t. Bis Ende 2021 fielen die Preise auf 2.200 USD pro Tonne.
Wie reagieren die Unternehmen auf dem Rohrmarkt angesichts der Veränderungen dieser beiden Faktoren während der Pandemie? Welche Auswirkungen haben diese Veränderungen auf die Rohrlieferkette und welche hilfreichen Leitlinien gibt es für die Branche, um aus dieser Krise herauszukommen?
Vor vielen Jahren fasste ein leitender Angestellter einer Rohrfabrik die Rolle seines Unternehmens in der Branche wie folgt zusammen: „Wir machen hier nur zwei Dinge – wir stellen Rohre her und wir verkaufen sie.“ Zu viele Ablenkungen, zu viele Faktoren, die die Grundwerte des Unternehmens schwächen, oder die aktuelle Krise (oder all diese Faktoren, was häufig der Fall ist) sind für überforderte Führungskräfte von Bedeutung.
Es ist wichtig, die Kontrolle zu erlangen und zu behalten, indem man sich auf das Wesentliche konzentriert: die Faktoren, die sich auf die Herstellung und den Verkauf hochwertiger Röhren auswirken. Wenn sich die Bemühungen eines Unternehmens nicht auf diese beiden Aktivitäten konzentrieren, ist es an der Zeit, sich auf die Grundlagen zu konzentrieren.
Mit der Ausbreitung der Pandemie ist die Nachfrage nach Rohren in einigen Branchen auf nahezu Null gesunken. Autofabriken und Unternehmen anderer als unbedeutend geltender Branchen stehen still. Es gab eine Zeit, in der viele Unternehmen der Branche weder Rohre herstellten noch verkauften. Der Rohrmarkt existiert nur noch für wenige systemrelevante Unternehmen.
Glücklicherweise machen die Leute ihr Ding. Manche Leute kaufen zusätzliche Gefrierschränke, um Lebensmittel aufzubewahren. Der Immobilienmarkt zieht später an und die Leute neigen dazu, einige oder viele neue Geräte zu kaufen, wenn sie ein Haus kaufen, also unterstützen beide Trends die Nachfrage nach Rohren mit kleinerem Durchmesser. Die Landmaschinenindustrie beginnt sich zu erholen, und immer mehr Besitzer wünschen sich kleine Traktoren oder Nullwendekreismäher. Der Automarkt erholte sich dann wieder, wenn auch langsamer aufgrund von Faktoren wie Chipmangel.
Abbildung 1. SAE-J525 und ASTM-A519 haben sich als allgemeiner Ersatz für SAE-J524 und ASTM-A513T5 etabliert. Der Hauptunterschied besteht darin, dass SAE-J525 und ASTM-A513T5 geschweißt und nicht nahtlos sind. Beschaffungsschwierigkeiten wie sechsmonatige Lieferzeiten haben Möglichkeiten für zwei weitere Rohrprodukte geschaffen, SAE-J356 (Lieferung als gerades Rohr) und SAE-J356A (Lieferung auf Spule), die viele der gleichen Anforderungen erfüllen.
Der Markt hat sich verändert, aber die Richtlinien sind dieselben. Nichts ist wichtiger, als sich auf die Herstellung und den Verkauf von Rohren entsprechend der Marktnachfrage zu konzentrieren.
Die Frage „Make or Buy“ stellt sich, wenn Fertigungsbetriebe mit höheren Arbeitskosten und festen oder abnehmenden internen Ressourcen konfrontiert sind.
Die Herstellung von nachträglich geschweißten Rohrprodukten erfordert erhebliche Ressourcen. Je nach Leistung und Produktion der Anlage ist es manchmal wirtschaftlich vorteilhaft, breite Streifen im eigenen Unternehmen zu schneiden. Allerdings kann das interne Schneiden aufgrund des Arbeitskräftebedarfs, des Kapitalbedarfs für Werkzeuge und der Kosten für Breitbandbestände eine Belastung darstellen.
Einerseits führt das Schneiden von 2.000 Tonnen pro Monat zu 5.000 Tonnen Stahl auf Lager, was eine Menge Bargeld bindet. Andererseits ist sehr wenig Bargeld erforderlich, um breit geschnittenen Stahl in einer sofortigen Vereinbarung zu kaufen. Da der Rohrhersteller mit dem Längsschneider Kreditbedingungen aushandeln kann, kann dies die Bargeldausgabe sogar verzögern. Jedes Rohrwerk ist in dieser Hinsicht einzigartig, aber man kann mit Sicherheit sagen, dass fast jeder Rohrhersteller von der COVID-19-Pandemie im Hinblick auf die Verfügbarkeit von Fachkräften, die Stahlkosten und den Cashflow betroffen war.
Dasselbe gilt je nach Situation auch für die Rohrproduktion selbst. Unternehmen mit umfangreichen Wertschöpfungsketten könnten sich aus der Rohrherstellung zurückziehen. Anstatt Rohre herzustellen und sie dann zu biegen, zu beschichten und daraus Unterbaugruppen und Baugruppen herzustellen, kaufen sie die Rohre und konzentrieren sich auf andere Aktivitäten.
Viele Unternehmen, die Hydraulikkomponenten oder Rohrbündel für die Flüssigkeitshandhabung in der Automobilindustrie herstellen, verfügen über eigene Rohrwerke. Einige dieser Fabriken stellen mittlerweile eher Verbindlichkeiten als Vermögenswerte dar. Während der Pandemie fahren die Verbraucher tendenziell weniger Auto, und die Prognosen für die Autoverkäufe sind weit von den Werten vor der Pandemie entfernt. Der Automobilmarkt wird mit negativen Begriffen wie Stillständen, starken Rückgängen und Engpässen in Verbindung gebracht. Nichts deutet darauf hin, dass sich die Versorgungslage der Automobilhersteller und ihrer Zulieferer in naher Zukunft wesentlich ändern wird. Insbesondere verfügen immer mehr Elektrofahrzeuge in diesem Markt über weniger Antriebsstrangkomponenten aus Stahlrohren.
Eigene Rohrwerke werden in der Regel nach kundenspezifischen Entwürfen gebaut. Dies ist für den vorgesehenen Zweck – die Herstellung von Rohren für eine bestimmte Anwendung – von Vorteil, jedoch im Hinblick auf Skaleneffekte von Nachteil. Stellen Sie sich beispielsweise ein Rohrwerk vor, das für die Herstellung von Produkten mit 10 mm Außendurchmesser für ein bekanntes Automobilprojekt ausgelegt ist. Das Programm garantiert mengenbasierte Einstellungen. Später wurde ein viel kleinerer Vorgang für ein anderes Rohr mit demselben Außendurchmesser hinzugefügt. Die Zeit verging, der ursprüngliche Plan lief aus und das Unternehmen hatte nicht genug Volumen, um den zweiten Plan zu rechtfertigen. Die Einrichtungs- und sonstigen Kosten sind zu hoch, um dies zu rechtfertigen. In diesem Fall sollte das Unternehmen, sofern es einen fähigen Lieferanten findet, versuchen, das Projekt auszulagern.
Natürlich endet die Berechnung nicht beim Zuschneiden. Endbearbeitungsschritte wie Beschichten, Zuschneiden und Verpacken verursachen erhebliche Kosten. Wie man so schön sagt, sind die größten versteckten Kosten der Rohrherstellung die Handhabung. Das Rohr wird vom Werk ins Lager transportiert, dort entnommen und zum Zuschneiden auf die endgültige Länge auf eine Werkbank geladen. Anschließend werden die Rohre geschichtet, um sicherzustellen, dass sie einzeln in die Schneidemaschine eingeführt werden – all diese Schritte erfordern Arbeitskräfte. Diese Arbeitskosten bleiben einem Buchhalter vielleicht unbemerkt, entstehen aber in Form eines zusätzlichen Gabelstaplerfahrers oder einer zusätzlichen Person in der Transportabteilung.
Abbildung 2. Die chemischen Zusammensetzungen von SAE-J525 und SAE-J356A sind nahezu identisch, sodass letzterer ersteren ersetzen kann.
Hydraulikrohre gibt es schon seit Tausenden von Jahren. Die Ägypter haben vor über 4.000 Jahren Kupferdrähte gehämmert. In China wurden während der Xia-Dynastie um 2000 v. Chr. Bambusrohre verwendet und später wurden römische Rohrleitungssysteme aus Bleirohren gebaut, einem Nebenprodukt des Silberschmelzprozesses.
nahtlos. Moderne nahtlose Stahlrohre kamen in Nordamerika erstmals im Jahr 1890 auf den Markt. Von 1890 bis heute ist der Rohstoff für dieses Verfahren ein massiver Rundknüppel. Innovationen im Strangguss in den 1950er Jahren führten zur Umwandlung nahtloser Rohre von Barren in Knüppel, was damals ein kostengünstiger Stahlrohstoff war. Früher und heute werden Hydraulikrohre durch Kaltziehen der durch dieses Verfahren erzeugten nahtlosen Hohlkörper hergestellt. Auf dem nordamerikanischen Markt wird es von der Society of Automotive Engineers als SAE-J524 und von der American Society for Testing and Materials als ASTM-A519 klassifiziert.
Die Herstellung nahtloser Hydraulikrohre ist tendenziell ein arbeitsintensiver Prozess, insbesondere bei kleinen Durchmessern. Sie erfordert viel Energie und Platz.
Schweißen. In den 1970er Jahren veränderte sich der Markt. Nachdem nahtlose Gleitrohre fast 100 Jahre lang den Markt für Stahlrohre dominiert hatten, wurden sie von geschweißten Rohren verdrängt, die sich für viele mechanische Anwendungen im Bau- und Automobilmarkt als geeignet erwiesen. Sie eroberten sogar Gebiete im ehemaligen heiligen Land – dem Öl- und Gaspipeline-Sektor.
Zwei Innovationen haben zu dieser Marktveränderung beigetragen. Eine davon ist das kontinuierliche Brammengießen, das es Stahlwerken ermöglicht, qualitativ hochwertige Flachbänder effizient in Massen zu produzieren. Ein weiteres Verfahren macht das Hochfrequenz-Widerstandsschweißen zu einem praktikablen Verfahren für die Rohrindustrie. Das Ergebnis ist ein neues Produkt: Es weist im Vergleich zu vergleichbaren nahtlosen Produkten eine ebenso gute Leistung wie nahtlose Stahlrohre auf und ist dennoch kostengünstiger. Dieses Rohr wird noch heute hergestellt und auf dem nordamerikanischen Markt als SAE-J525 oder ASTM-A513-T5 klassifiziert. Da das Rohr gezogen und geglüht wird, handelt es sich um ein ressourcenintensives Produkt. Diese Verfahren sind nicht so arbeits- und kapitalintensiv wie nahtlose Verfahren, aber die damit verbundenen Kosten sind dennoch hoch.
Von den 1990er Jahren bis heute werden die meisten Hydraulikleitungsrohre, die auf dem Inlandsmarkt verbraucht werden, importiert, egal ob nahtlos gezogen (SAE-J524) oder geschweißt gezogen (SAE-J525). Dies kann auf die enormen Unterschiede bei den Arbeits- und Stahlrohstoffkosten zwischen den USA und den Exportländern zurückzuführen sein. In den letzten 30 bis 40 Jahren waren diese Produkte von inländischen Herstellern erhältlich, aber sie konnten sich nie als marktbeherrschend etablieren. Die günstigen Kosten importierter Produkte stellen ein gewaltiges Hindernis dar.
Aktueller Markt. Der Verbrauch des nahtlosen, gezogenen und geglühten Produkts J524 ist im Laufe der Jahre zurückgegangen. Es ist immer noch verfügbar und hat seinen Platz auf dem Markt für Hydraulikleitungen, aber OEMs entscheiden sich normalerweise für J525, wenn das geschweißte, gezogene und geglühte Produkt J525 leicht verfügbar ist.
Die Pandemie schlägt zu und der Markt verändert sich erneut. Das weltweite Angebot an Arbeitskräften, Stahl und Logistik sinkt etwa im gleichen Tempo wie der bereits erwähnte Rückgang der Nachfrage nach Automobilen. Dasselbe gilt für das Angebot an importierten J525-Hydraulikrohren. Angesichts dieser Ereignisse scheint der Inlandsmarkt für eine weitere Marktverschiebung bereit zu sein. Sind Sie bereit, ein weiteres Produkt herzustellen, das weniger arbeitsintensiv ist als das Schweißen, Ziehen und Glühen von Rohren? Eins existiert bereits, wird jedoch nicht häufig verwendet. Es handelt sich um SAE-J356A, das die Anforderungen vieler Hydraulikanwendungen erfüllt (siehe Abbildung 1).
Die von der SAE veröffentlichten Spezifikationen sind in der Regel kurz und einfach, da jede Spezifikation nur ein Verfahren zur Rohrherstellung definiert. Der Nachteil besteht darin, dass sich J525 und J356A hinsichtlich Abmessungen, mechanischer Eigenschaften usw. erheblich überschneiden, sodass die Spezifikationen leicht Verwirrung stiften. Darüber hinaus ist J356A ein aufgerolltes Produkt für Hydraulikleitungen mit kleinem Durchmesser und eine Variante von J356, einem geraden Rohrprodukt, das hauptsächlich zur Herstellung von Hydraulikleitungen mit großem Durchmesser verwendet wird.
Abbildung 3. Obwohl geschweißte und kaltgezogene Rohre von vielen als besser angesehen werden als geschweißte und kaltverfestigte Rohre, sind die mechanischen Eigenschaften der beiden Rohrprodukte vergleichbar. Hinweis: Der imperiale Wert in PSI ist eine weiche Umrechnung der Spezifikation, es handelt sich um einen metrischen Wert in MPa.
Einige Ingenieure sind der Meinung, dass sich J525 hervorragend für Hochdruck-Hydraulikanwendungen eignet, wie sie beispielsweise in Schwermaschinen verwendet werden. J356A ist weniger bekannt, weist jedoch ebenfalls eine Spezifikation für den Transport von Flüssigkeiten unter hohem Druck auf. Manchmal sind die endgültigen Formanforderungen unterschiedlich: J525 hat keine Innenwulst, während J356A gratkontrolliert ist und eine kleinere Innenwulst aufweist.
Die Rohstoffe haben ähnliche Eigenschaften (siehe Abbildung 2). Kleine Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung hängen mit den gewünschten mechanischen Eigenschaften zusammen. Um bestimmte mechanische Eigenschaften wie Zugfestigkeit oder Zugfestigkeit zu erreichen, wird die chemische Zusammensetzung oder Wärmebehandlung des Stahls eingeschränkt, um bestimmte Ergebnisse zu erzielen.
Alle Rohrtypen weisen ähnliche mechanische Leistungsparameter auf und sind daher in vielen Anwendungen austauschbar (siehe Abbildung 3). Anders ausgedrückt: Wenn ein Rohrtyp nicht verfügbar ist, erfüllt wahrscheinlich der andere die Anforderungen. Niemand muss das Rad neu erfinden; die Branche verfügt bereits über eine Reihe robuster, ausgewogener Räder.
Tube & Pipe Journal war 1990 das erste Magazin, das sich speziell der Metallrohrindustrie widmete. Heute ist es nach wie vor die einzige Publikation in Nordamerika, die sich ausschließlich dieser Branche widmet, und hat sich zur zuverlässigsten Informationsquelle für Rohrprofis entwickelt.
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