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Technische Eigenschaften von Stahlrohren und Edelstahlrohren
In der folgenden Tabelle werden die wichtigsten Eigenschaften zur Ermittlung der Qualität eines Stahlrohres oder Edelstahlrohres aufgeführt: Verlängerung, Dehngrenze, Zugfestigkeit, Härte, Festigkeit, Ästhetik, Gewicht.
Wie wird ein Stahlrohr hergestellt?
Für den gängigsten Herstellungsprozess von Stahl- und Edelstahlrohren werden Spulen verwendet. Spulen sind Rollen, die aus Blech, das aus Metallguss hergestellt wurde, gewonnen werden. Während der ersten Herstellungsphase des Stahlrohres werden die Spulen längs geschnitten, um so breite Bänder zu formen, wie der Durchmesser des Stahlrohres ist, das man erhalten will.
Danach werden diese Rollen durch eine Reihe von Walzen geschleust. Am Ende wird das Rohr geschweißt, um seine Enden zu verschließen.
Mit diesem Verfahren können sowohl runde als auch quadratische und rechteckige Rohrelemente hergestellt werden. Mit Hilfe von Matrizen können aus den verschiedensten geometrischen Formen unterschiedliche Arten von Stahlprofilen hergestellt werden.
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Arten von Stahlrohren gemäß den DIN-Normen – die Legierungen
Die Stahlrohre, auch Kohlenstoffstahlrohre (AHS-Stähle), werden in zwei Hauptkategorien unterteilt:
- Weichstahl: dazu gehören sehr formbare und leicht zu bearbeitende Stahlrohre mit einer erhöhten mechanischen Zug- und Druckfestigkeit sowie einer ausgezeichneten Schlagfestigkeit
- Hartstahl: die Haupteigenschaft dieser Stahlrohre ist ihre Härte, die sie jedoch auch leichter brechen lässt. Hartstahlrohre sind schwerer zu bearbeiten als Weichstahlrohre. Sie sind ideal für Wärmebehandlungen, wie z. B. Nitrierhärtung oder Abschrecken.
Jede Stahlart erhält ein Kennzeichen , das seine Eigenschaften angibt.
Die folgende Tabelle zeigt die Bedeutung der Stahlkennzeichen:
| Verwendung: Erster Buchstabe des Kennzeichens, nämlich S, E oder P | S | Stähle für Stahlbau | |
| E | Stähle für den Maschinenbau | ||
| P | Stähle für Druckbehälter | ||
| Dehngrenze: numerischer Wert | 235 | Mindesstreckgrenze Rp=235 N/mm2 | |
| 355 | Mindesstreckgrenze Rp=355 N/mm2 | ||
| Qualitätsgrad: zwei Buchstaben | J | KV>=27J | R (bei 20°) |
| K | KV>=40J | 0 (bei 0°) | |
| I | KV>=60J | von 2 (bei – 20°) bis 6 (bei – 60°) | |
| Lieferstatus: Buchstabe N, M, Q oder Kennzeichnung G1, G2, G3 | N | normalisiert | |
| M | thermomechanisch behandelt | ||
| Q | vergütet | ||
| G1; G2; G3 | unberuhigt; beruhigt; vollberuhigt und normalisiert | ||
| Verwendungsbereich: Buchstabe L,S oder W | L | Tieftemperaturen | |
| S | Schiffbau | ||
| W | Beständig gegen atmosphärische Korrosion | ||
Wenn nun die oben stehende Tabelle betrachtet wird, gibt das Kennzeichen S275JR Folgendes an:
- S = Stähle für Baustahl
- 275 = Mindesstreckgrenze 275 N/mm2
- JR = minimale Schlagfestigkeit gleich 20°
Eine genaue Klassifikation der Stahlhärten aufgrund des Kohlenstoffgehalts kann hier entnommen werden. Wir beschränken uns hier darauf zu sagen, dass die Eigenschaften des Stahlrohres, wie Dehnbarkeit, Festigkeit und allgemein seine Bearbeitbarkeit, von den Bestandteilen seiner Legierung abhängen.
Die Eigenschaften des Stahlrohres bestimmen auch seine Eignung für einen bestimmten Verwendungszweck, wie z. B. die Fertigung von Werkzeugen oder, im Bauwesen, die Errichtung von Gebäuden.
Es ist wichtig anzumerken, dass bis 2006 praktisch in jedem Land 17eine andere Kennzeichnung für die Stahllegierung galt. Erst 2006 wurde ein Standard eingeführt, der die Stahllegierungen eindeutig und allgemein festlegt.
Die aktuelle Kennzeichnung des Stahls S275JR existierte zum Beispiel nicht vor 2006 und entsprach in Italien, Deutschland, Spanien und den Vereinigten Staaten unterschiedlichen Kennzeichnungen.
- Italien: Fe 430 B
- Deutschland: St 44-2
- Spanien: AE 275B
- Vereinigte Staaten: A 529
Wie Sie im Beispiel oben erkennen können, wurde der Stahl S355JR in Italien als FE 510 B bezeichnet, in Deutschland als St 44-2, in Spanien als AE355B und in den Vereinigten Staaten als A633
Definition des Stahls mit dem alphanumerischen und numerischen System
Es sollte deutlich gemacht werden, das wir uns bisher auf die europäischen alphanumerischen DIN EN-Normen bezogen haben. Es existieren jedoch auch numerische DIN EN-Normen, wie die folgende Tabelle zeigt.
Das alphanumerische System bezeichnet die Stähle aufgrund ihrer Verwendung und ihrer mechanischen und physischen Eigenschaften. Das numerische System definiert den Stahl dagegen mit einer fünfstelligen Kennnummer, bei der jeder Wert eine eigene Bedeutung hat:
- Die erste Ziffer ist das Material
- Die zweite und dritte Ziffer geben die Materialgruppe der einschlägigen Vorschrift an
- Die vierte und fünfte Ziffer geben die Reihenfolge jeder Materialsorte an
| DIN EN 10027/1-BEZEICHNUNG (alphanumerisch) | DIN EN 10027/2-BEZEICHNUNG (numerisch) |
|---|---|
| S235JR | 1.0038 |
| S235JO | 1.0114 |
| S235J2 | 1.0117 |
| S275JR | 1.0117 |
| S275JO | 1.0143 |
| S275J2 | 1.0145 |
| S355JR | 1.0045 |
| S355JO | 1.0553 |
| S355J2 | 1.0577 |
| S355K2 | 1.0596 |
| SJ450JO | 1.0590 |
| E295 | 1.0050 |
| E355 | 1.0060 |
| E360 | 1.0070 |
Rohre aus rostfreiem Stahl
Das Rohr aus rostfreiem Stahl wird auch als Edelstahlrohr bezeichnet, da Edelstahl einen (minimalen) Prozentsatz von 10,5% an Chrom enthält, was bewirkt, dass das Stahlrohr korrosionsbeständig ist.
Es gibt folgende Arten von Edelstahl:
- martensitische Edelstähle
- austenitische Edelstähle
- ferritische Edelstähle
- austeno-ferritische Edelstähle
Technische Eigenschaften eines Edelstahlrohres
Die am meisten zum Biegen von Rohren verwendeten rostfreien Stähle sind austenitische Stähle, im Besonderen:
- AISI 304
- AISI 316
Was bedeutet AISI?
Die Abkürzung AISI bedeutet American Iron and Steel Institute, also der amerikanische Stahlproduktionsverband, von dem die Standardbezeichnung abgeleitet wird.
| EDELSTÄHLE |
|---|
| AISI 301 |
| AISI 304 |
| AISI 304L |
| AISI 310 |
| AISI 310S |
| AISI 316 |
| AISI 316L |
| AISI 321 |
| AISI 410 |
| AISI 420 |
| AISI 430 |
Der Abkürzung AISI, welche die Standardbezeichnung für Edelstahl ist, können drei Ziffern folgen. Die folgende Tabelle gibt die Bedeutung der ersten Ziffer an:
| AISI 2XX | Austenitischer Chrom-Nickel-Mangan-Edelstahl |
| AISI 3XX> | Austenitischer Chrom-Nickel-Edelstahl |
| AISI 4XX | Ferritischer oder martensitischer Chrom-Edelstahl |
| AISI 5X | Martensitischer Edelstahl mit Chromstahl |
| AISI 6XX | Ausscheidungsgehärteter Chrom-Edelstahl. |
Die letzten beiden Ziffern, die in der Tabelle nicht angegeben sind, dienen dagegen zur Unterscheidung der verschiedenen Materialtypen.
Die Abkürzung AISI kann auch zusammen mit einem Buchstaben stehen, der folgende Bedeutungen hat:
| L | Vorkommen von Kohlenstoff in einem sehr geringen Prozentsatz |
| Ti | Vorkommen von Titan |
| F | Vorkommen von Schwefel |
| N | Vorkommen von Stickstoff |
Unterschied zwischen einem Stahlrohr und einem Edelstahlrohr
Diese Tabelle zeigt den Unterschied in der Zusammensetzung der beiden Metalllegierungen Stahl und Edelstahl
| Metalllegierung | Zusammensetzung |
| Stahl | Hauptsächlich Eisen und Kohlenstoff |
| Edelstahl | Hauptsächlich Kohlenstoff, Chrom und Nickel |
Die folgende Tabelle zeigt dagegen einige Unterschiede zwischen Stahlrohren und Edelstahlrohren hinsichtlich Kosten, Bearbeitbarkeit und Verwendungszweck auf. Wir betrachten insbesondere die Kosten, den Marktpreis, die Oberflächenbeschaffenheit des Rohres, die Korrosionsbeständigkeit und die Bearbeitbarkeit, insbesondere das Biegen, das Rollbiegen und das Schweißen.
| Stahlrohr | Edelstahlrohr | |
|---|---|---|
| Marktpreis | – teuer | + teuer |
| Gewicht | gleich | gleich |
| Oberflächenbeschaffenheit | matt | glänzend, reflektierend |
| Korrosionsbeständigkeit | nein | ja |
| Schweißen | + einfach | + schwierig |
| Verwendungszweck | nicht sichtbare Rohre, es sei denn, sie haben eine besondere Feinbearbeitung (z. B. Lackierung, Verzinkung) | normalerweise sichtbare Rohre ohne die Notwendigkeit einer besonderen Behandlung |
Oft wird ein Edelstahlrohr aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit und seiner mechanischen Eigenschaften als „besser“ angesehen. In Wirklichkeit muss die Auswahl der Metalllegierung des Rohres – Stahl oder Edelstahl – im Hinblick auf folgende drei Faktoren erfolgen:
- Preis
- Gewicht
- Endanwendung oder sein Verwendungszweck
Wann wählt man besser ein Edelstahlrohr?
Das Edelstahlrohr verrostet nicht (rostfrei): aus diesem Grund wird es im Außenbereich verwendet, insbesondere in Bereichen mit einem hohen Alkaligehalt (zum Beispiel in Meeresgebieten) oder einem hohen Säuregehalt.
Normalerweise wird das Edelstahlrohr gegenüber dem Stahlrohr bevorzugt, vor allem, wenn der ästhetische Aspekt der Oberfläche eine besondere Rolle spielt, da das Rohr sichtbar ist.
Im Folgenden sind die Industriebereiche aufgelistet, in denen hauptsächlich Rohre aus rostfreiem Stahl verwendet werden:
- Nahrungsmittelindustrie
- Schiffbau
- Innenausstattung, wie Stühle, Kleiderhaken
- Stadtraummobiliar
- Anlagentechnik
- Schwimmbäder
- Medizinsektor
- Fitnessgeräte
Die folgenden Videos zeigen einige Bearbeitungsmöglichkeiten von Rohren aus Edelstahl:
In diesem Video sieht man, wie ein Rohr aus Edelstahl mit einem Durchmesser Ø20×2 gebogen wird, um eine Griffstange für die Sitze eines Karussells in einem Vergnügungspark herzustellen. Die Bearbeitung erfolgt mittels Rollbiegen: das Rohr hat 4 Biegungen mit einem festen Biegeradius und 3 Biegungen mit einem variablen Radius. Die Bearbeitung erfolgt mit einer CNC-Rohrbiegemaschine, welche die Implementierung von zwei unterschiedlichen Geräten ermöglicht.
In diesem Video sieht man dagegen die verschiedenen Phasen der Bearbeitung eines Edelstahlrohres. Das Rohr wird verwendet, um moderne Anzapfanlagen für Bier herzustellen. Nach der ersten Schnittphase wird das Edelstahlrohr an einem Ende gedreht. Dann wird es gebogen und schließlich auf dem Bearbeitungszentrum bearbeitet, wo ein Gewinde gebohrt wird. Dieser Vorgang kann nicht vor dem Kaltbiegen erfolgen, da sich diese Bohrung zu nahe an dem gebogenen Teil befindet.
Wann wählt man besser ein Stahlrohr?
Das Stahlrohr, auch Carbonrohr genannt, wird dem Edelstahlrohr vorgezogen, wenn es geschweißt werden soll. Ein anderer Grund, warum es gegenüber einem Edelstahlrohr oft den Vorzug erhält, ist der deutlich geringere Preis.
Schließlich wird es auch häufig wegen seiner größeren Anzahl an Feinbearbeitungen, die während der Bearbeitung durchgeführt werden können, und wegen seiner höheren Widerstandskraft gewählt. In folgenden Industriebereichen werden häufig Stahlrohre verwendet:
- Leichtmetallbau
- Mittelschwerer/schwerer Metallbau
- Herstellung von landwirtschaftlichen Maschinen
- Herstellung von Kabinen für Traktoren und verschiedene Maschinen
- Herstellung von verschiedenen Metallstrukturen
- Herstellung von Industriekehrmaschinen
- Einrichtung
- Maschinen für die Forstwirtschaft
- Seilbahnen
- Schienenverkehr, insbesondere zur Herstellung von Fensterrahmen (auch in Aluminium), Armstützen für Sitze oder Haltegriffe.
Biegen des Edelstahlrohres: Techniken und Verfahren
Das Biegen und Rollbiegen sind zusammen mit dem Schweißen und dem Laserschneiden die wichtigsten Bearbeitungsschritte eines Edelstahlrohres.
Das Biegen des Stahlrohres findet auf speziellen Maschinen, den Rohrbiegemaschinen statt.
Bei dieser Art der Rohrbearbeitung wird das Rohr durch Kalt- oder Warmverformung nach einem festen Radius gebogen, der auch Biegeradius genannt wird.
Das Rollbiegen des Stahl- und Edelstahlrohres erfolgt auf sogenannten Rohrwalzen. Das Rohr wird gebogen, indem es über 3 oder 5 Walzen läuft. Das Rollbiegen des Stahlrohres unterscheidet sich vom Biegen, da es in diesem Fall möglich ist, verschiedene Biegeradien am Rohr zu verwenden.
Außerdem ist der Biegeradius, der dem Stahlrohr mit Hilfe des Rollbiegens verliehen werden kann, sehr viel größer als jener, den man mit Biegen durch Kaltverformung erreichen kann.
Das folgende Video zeigt eine Reihe von gebogenen Rohren, Rohrelementen und Spezialprofilen aus Stahl, Edelstahl und Aluminium, die mit unseren hochpräzisen CNC-Rohrbiegemaschinen gebogen wurden.
Sonstige Bearbeitungsmöglichkeiten eines Stahlrohres
Die Rohre, Rohrabschnitte und Profile aus Stahl und rostfreiem Stahl können auf viele verschiedene Arten bearbeitet werden, je nach ihrer endgültigen Verwendung. Viele dieser Rohrbearbeitungen können sowohl zusammen mit dem Biegen als auch mit dem Rollbiegen des Stahlrohres durchgeführt werden:
- Rohrlaser– Diese Maschine ermöglicht das Schneiden von Rohrstangen und die Durchführung von Bohrungen, Senkbohrungen, Schrägschnitten, Ösen und Beschriftungen. Mittlerweile ist Laserschneiden als Bearbeitungstechnik von Rohren nicht mehr wegzudenken: zusätzlich zur Ausführung von absolut präzisen Schnitten am Edelstahlrohr. Mehr zum Rohrlaser lesen
- Schweißen – Schweißen ist ein Verfahren, das den Zusammenbau verschiedener Rohre ermöglicht. Die endgültige Verwendung des gebogenen Rohres aus Stahl erfordert fast immer die Zusammensetzung mit anderen Rohren oder Platten, um ein Endprodukt zu erhalten
- Fräsen – Beim Fräsen werden mit spezifischen, Bearbeitungszentrum genannten Maschinen vielfältige Bearbeitungen wie besondere Bohrungen oder Schnitte am Stahlrohr ausgeführt. Sie werden vor allem für Bearbeitungen verwendet, die erst ausgeführt werden können, nachdem das Rohr gebogen wurde.
- Drehen – Bearbeitungsschritt, mit dem die Dicke des Stahlrohres verringert wird.
- Eindrücken – Gewöhnlich verwendet, um die Rohrenden einzudrücken
- Mechanische Beschriftung – Die Beschriftung dient zur Identifizierung/Benennung jedes einzelnen produzierten Rohres. Diese Bearbeitung wird durchgeführt, da es wichtig ist, die Rückverfolgbarkeit der Rohre, aus denen ein Produkt besteht, zu garantieren.
- Beschneiden – Dieser Bearbeitungsschritt wird an den Rohrenden, die gerade sein müssen, ausgeführt. Sollte das Rohr kein gerades Ende haben oder sollte dieses zu kurz sein, wird das Rohr an seinen Enden mit einem Aufmaß gebogen, um dann sukzessive beschnitten zu werden.
- Gewindeschneiden – Bearbeitungsschritt, der dazu dient, ein Gewinde in ein Rohr zu schneiden, damit eine Schraube eingefügt werden kann. In diesem Fall darf die Bohrung keine Ovalisierung haben, damit die Schraube leicht eingedreht werden kann.
