Trends in der Hydraulikrohrproduktion in Zeiten der Knappheit, Teil I

Herkömmliche hydraulische Druckleitungen verwenden ein einzelnes konisch zulaufendes Ende und werden normalerweise nach SAE-J525 oder ASTM-A513-T5 hergestellt, Materialien, die aus heimischen Quellen nur schwer zu beschaffen sind. OEMs, die inländische Zulieferer suchen, könnten Schläuche ersetzen, die nach der Spezifikation SAE-J356A gefertigt und mit einer O-Ring-Gleitringdichtung abgedichtet sind, wie hier gezeigt. Tru-Line-Fertigung.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel ist der erste einer zweiteiligen Serie über den Markt und die Produktion von flüssigkeitsführenden Leitungen für Hochdruckanwendungen. Teil I erörtert den Zustand der in- und ausländischen Versorgungsbasis konventioneller Produkte. Teil II bespricht die Details eines weniger konventionellen Produkts für diesen Markt.

Die COVID-19-Pandemie hat in vielen Branchen zu unerwarteten Veränderungen geführt, einschließlich der Lieferkette für Stahlrohre und der Prozesse zur Rohrherstellung. Von Ende 2019 bis heute hat der Rohrmarkt Veränderungen erlebt, die sich sowohl auf den Fabrik- als auch auf den Logistikbetrieb äußerst störend ausgewirkt haben. Und ein seit langem schwelendes Problem ist ins Rampenlicht gerückt.

Arbeit ist heute viel wichtiger als je zuvor. Die Pandemie ist eine menschliche Krise, und die Bedeutung der Gesundheit hat für die meisten, wenn nicht alle, die Vereinbarkeit von Beruf, Privatleben und Freizeit verändert. Die Zahl der qualifizierten Arbeitskräfte ist durch Pensionierungen, die Unfähigkeit einiger Arbeitnehmer, ihre alte Arbeit wieder aufzunehmen oder in der gleichen Branche eine neue zu finden, und viele andere Faktoren zurückgegangen. Zu Beginn der Pandemie herrschte der Arbeitskräftemangel vor allem im Gesundheitswesen, im Einzelhandel und in anderen Branchen, die auf Arbeitsplätze an vorderster Front angewiesen waren, während das Personal im verarbeitenden Gewerbe beurlaubt war oder die Arbeitszeit drastisch reduziert wurde. Jetzt haben die Hersteller Schwierigkeiten, Mitarbeiter zu rekrutieren und zu halten, und dazu gehören auch erfahrene Rohr- und Rohrwerksbetreiber. Bei der Herstellung von Rohren handelt es sich größtenteils um eine handwerkliche Arbeit, die große Anstrengungen in nicht klimatisierten Umgebungen erfordert. Das Tragen zusätzlicher persönlicher Schutzausrüstung (d. h. eine Maske) zur Eindämmung von Infektionen und die Einhaltung zusätzlicher Regeln, wie z. B. die Einhaltung eines 6-Fuß-Sicherheitsabstands. Der lineare Abstand zu anderen erhöht den Stress in einem Job, der bereits viele Stressfaktoren aufweist.

Auch die Stahlverfügbarkeit und die Rohstahlkosten haben sich während der Pandemie verändert. Bei den meisten Rohren ist Stahl der kostenintensivste Bestandteil. Als Faustregel gilt, dass Stahl 50 % der Kosten pro laufendem Fuß Rohr ausmacht. Der Preis für inländischen kaltgewalzten Stahl in den USA lag bis zum vierten Quartal 2020 im Dreijahresdurchschnitt bei etwa 800 US-Dollar pro Tonne. Ende 2021 lagen die Preise bei 2.200 US-Dollar pro Tonne.

Wie können Unternehmen im Röhrenmarkt angesichts dieser beiden Faktoren, die sich während der Pandemie verändert haben, darauf reagieren? Welche Auswirkungen haben diese Änderungen auf die Lieferkette für Rohre und welche nützlichen Leitlinien gibt es, um die Branche aus dieser Krise zu führen?

Vor vielen Jahren fasste ein erfahrener Rohrwerksleiter die Rolle seines Unternehmens in der Branche zusammen: „Wir machen hier nur zwei Dinge – wir stellen Rohre her und wir verkaufen sie.“ Diese Perspektive ist für jede Führungskraft in der Rohrherstellung wertvoll, die durch zu viele Besprechungen, zu viele Ablenkungen, zu viele Faktoren, die die Grundwerte eines Unternehmens verwässern, oder die Krise der Stunde (oder alles auf einmal, was oft der Fall ist) überlastet ist. .

Es ist wichtig, die Kontrolle zu erlangen und aufrechtzuerhalten, indem man sich auf das Wesentliche konzentriert: die Faktoren, die die Herstellung und den Verkauf von Qualitätsrohren beeinflussen. Wenn sich die Bemühungen eines Unternehmens nicht auf diese beiden Aktivitäten konzentrieren, ist es an der Zeit, zu den Grundlagen zurückzukehren.

Im Zuge der Pandemie ging die Röhrennachfrage in einigen Branchen nahezu auf Null zurück. Automobilfabriken und Unternehmen in anderen Sektoren, die als unwesentlich galten, wurden stillgelegt. Eine Zeit lang stellten viele in dieser Branche keine Schläuche her und verkauften sie auch nicht. Der Röhrenmarkt blieb nur für einige wenige wesentliche Unternehmen bestehen.

Zum Glück gingen die Leute ihren Geschäften nach. Manche Leute kauften zusätzliche Gefrierschränke, um sich mit Lebensmitteln einzudecken. Etwas später kam der Wohnungsmarkt in Schwung, und wenn Menschen ein Haus kaufen, kaufen sie oft einige oder viele neue Geräte, sodass beide Trends die Nachfrage nach Rohren mit kleinem Durchmesser begünstigten. Der Landmaschinensektor kam zurück, und immer mehr Grundstückseigentümer wünschten sich kleine Traktoren oder Nullwendekreismäher. Dann starteten die Automobilmärkte wieder, wenn auch aufgrund der Chipknappheit und anderer Faktoren langsamer.

Abbildung 1. SAE-J525 und ASTM-A519 sind etablierte, konventionelle Ersatzstoffe für SAE-J524 und ASTM-A513T5. Der Hauptunterschied besteht darin, dass SAE-J525 und ASTM-A513T5 geschweißt und nicht nahtlos sind. Beschaffungsschwierigkeiten wie sechsmonatige Vorlaufzeiten haben die Möglichkeit für zwei weitere Rohrprodukte geschaffen, SAE-J356 (in geraden Längen geliefert) und SAE-J356A (in Spulenform geliefert), die viele der gleichen Anforderungen wie die anderen Produkte erfüllen .

Der Markt hat sich verändert, aber die Leitlinien sind dieselben. Es gibt nichts Besseres als die Konzentration auf die Herstellung von Rohren und deren Verkauf entsprechend den Anforderungen des Marktes.

Wenn ein Fertigungsbetrieb mit höheren Arbeitskosten und festen oder abnehmenden internen Ressourcen konfrontiert ist, stellt sich die Frage „Mach es oder kaufe es“.

Die Herstellung eines Rohrprodukts im geschweißten Zustand erfordert enorme Ressourcen. Das Schneiden von Breitbandstahl im eigenen Haus ist manchmal ein wirtschaftlicher Vorteil, basierend auf dem Volumen und den Produktionsprofilen der Werke. Unter Berücksichtigung des Arbeitsaufwands, des Kapitalbedarfs für Werkzeuge und der Kosten für Breitbandbestände kann das Schneiden im eigenen Haus jedoch ein Risiko darstellen.

Einerseits kann das Spalten von 2.000 Tonnen pro Monat dazu führen, dass 5.000 Tonnen Stahlrohmaterial auf Lager gehalten werden müssen, was eine Menge Geld bindet. Auf der anderen Seite kostet der Einkauf von Breitbandstahl im Just-in-Time-Verfahren sehr wenig Geld. Tatsächlich kann es zu einer Verzögerung der Geldausgaben kommen, da der Rohrhersteller mit dem Schneidunternehmen Kreditbedingungen aushandeln kann. Jedes Rohrwerk ist in dieser Hinsicht einzigartig, aber man kann mit Sicherheit sagen, dass fast jeder Rohrhersteller im Hinblick auf die Verfügbarkeit qualifizierter Arbeitskräfte, die Stahlkosten und den Cashflow von der COVID-19-Pandemie betroffen war.

Das Gleiche gilt je nach Sachverhalt auch für die Rohrproduktion selbst. Ein Unternehmen mit einer umfassenden Wertschöpfungskette könnte sich dafür entscheiden, aus dem Rohrherstellungsgeschäft auszusteigen. Anstatt die Rohre herzustellen, sie dann zu biegen, zu beschichten und Unterbaugruppen und Baugruppen herzustellen, könnte es sinnvoll sein, die Rohre zu kaufen und sich auf die anderen Aktivitäten zu konzentrieren.

Viele Unternehmen, die hydraulische Baugruppen oder flüssigkeitsführende Bündel für die Automobilindustrie herstellen, verfügen über eigene Rohrmühlen. Bei einigen dieser Mühlen handelt es sich nun eher um Verbindlichkeiten als um Vermögenswerte. Verbraucher in Zeiten der Pandemie tendieren dazu, weniger Auto zu fahren, und die Prognosen für den Fahrzeugabsatz liegen weit unter dem Niveau vor der Pandemie. Der Automobilmarkt wird mit negativen Wörtern wie Schließungen, starken Rückgängen und Engpässen in Verbindung gebracht. Keine davon deutet auf eine große positive Veränderung der Versorgungssituation für Automobilhersteller und ihre Zulieferer in naher Zukunft hin. Bemerkenswert ist die wachsende Präsenz von Elektrofahrzeugen auf diesem Markt, die weniger Stahlrohr-Antriebskomponenten haben.

Geschlossene Rohrmühlen werden typischerweise nach kundenspezifischen Entwürfen gebaut. Dies ist ein Vorteil im Hinblick auf den beabsichtigten Zweck – die Herstellung von Schläuchen für eine bestimmte Anwendung –, jedoch ein Nachteil im Hinblick auf Skaleneffekte. Betrachten Sie als Beispiel eine Rohrmühle, die für die Herstellung eines Produkts mit einem Außendurchmesser von 10 mm für ein bekanntes Automobilprogramm konzipiert ist. Dieses Programm garantiert die Einrichtung basierend auf der Lautstärke. Später wird ein viel kleineres Programm für eine andere Röhre mit demselben Außendurchmesser hinzugefügt. Die Zeit vergeht, das erste Programm läuft aus und das Unternehmen verfügt nicht über genügend Volumen, um das zweite Programm zu rechtfertigen. Die Einrichtungs- und sonstigen Kosten sind einfach zu hoch, um dies zu rechtfertigen. In diesem Fall sollte das Unternehmen versuchen, diesen Artikel auszulagern, wenn es einen fähigen Lieferanten finden kann.

Natürlich hören die Berechnungen nicht beim Grenzwert auf. Nachbearbeitungsschritte wie Beschichten, Ablängen und Verpacken verursachen erhebliche Kosten. Es wird oft gesagt, dass die größten versteckten Kosten bei der Herstellung von Rohren in der Handhabung liegen. Die Rohre aus der Mühle zum Lager transportieren, sie dann aus dem Lager holen und auf einen Tisch laden, um sie auf die endgültige Länge zu schneiden, und dann die Rohre in Schichten anordnen, um sicherzustellen, dass die Rohre einzeln der Schneidemaschine zugeführt werden – all diese Schritte erfordern Arbeit . Diese Arbeitskosten entgehen vielleicht der Aufmerksamkeit der Buchhalter, sind aber in Form eines zusätzlichen Gabelstaplerfahrers oder einer zusätzlichen Person in der Versandabteilung vorhanden.

Abbildung 2. Die chemischen Eigenschaften von SAE-J525 und SAE-J356A sind nahezu identisch, was dazu beiträgt, dass letzteres das erstere ersetzen kann.

Hydraulikschläuche gibt es schon seit Jahrtausenden. Vor mehr als 4.000 Jahren hämmerten die Ägypter Kupferleitungen. Bambusleitungen wurden in China zur Zeit der Xia-Dynastie, etwa 2000 v. Chr., verwendet. Später wurden römische Sanitärsysteme aus Bleirohren gebaut, einem Nebenprodukt des Silberschmelzprozesses.

Nahtlos. Moderne nahtlose Stahlrohre kamen 1890 in Nordamerika auf den Markt. Das Rohmaterial für diesen Prozess war von 1890 bis heute ein massiver runder Knüppel. Innovationen im Strangguss in den 1950er Jahren führten dazu, dass nahtlose Rohre von Barren auf das damals kostengünstige Stahlrohmaterial, den gegossenen Knüppel, umgestellt wurden. Hydraulikrohre wurden damals und heute durch Kaltziehen der durch dieses Verfahren hergestellten nahtlosen Hohlräume hergestellt. Für den nordamerikanischen Markt ist 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 Hydraulikschläuche ist in der Regel ein sehr arbeitsintensiver Prozess, insbesondere bei kleinen Durchmessern. Es verbraucht viel Energie und benötigt viel Platz.

Geschweißt. In den 1970er Jahren veränderte sich der Markt. Nach fast 100 Jahren Dominanz auf dem Markt für Stahlrohre rutschte Seamless ab. Es wurde durch geschweißte Rohre von der Stange geworfen, die sich für viele mechanische Anwendungen im Bau- und Automobilmarkt als geeignet erwiesen. Es beanspruchte sogar ein Gebiet auf ehemals heiligem Boden, der Domäne der Öl- und Gasleitungen.

Zwei Innovationen trugen zu dieser Marktveränderung bei. Eine davon umfasste das Stranggießen von Brammen, das es Stahlwerken ermöglichte, qualitativ hochwertige Flachbänder in großen Mengen effizient zu produzieren. Die andere Methode machte das elektrische Hochfrequenz-Widerstandsschweißen zu einem praktikablen Verfahren für die Rohr- und Leitungsindustrie. Das Ergebnis war ein neues Produkt: Rohre im geschweißten Zustand, die genauso gut funktionierten wie nahtlose und zu geringeren Kosten als vergleichbare nahtlose Produkte erhältlich waren. Solche Rohre werden 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 Prozesse sind nicht so arbeits- und kapitalintensiv wie nahtlose Prozesse, aber die damit verbundenen Kosten sind dennoch erheblich.

Von den 1990er Jahren bis heute wurde ein Großteil der auf dem heimischen Markt verbrauchten Hydraulikleitungsrohre, ob nahtlos und gezogen (SAE-J524) oder geschweißt und gezogen (SAE-J525), importiert. Dies war wahrscheinlich auf die großen Unterschiede bei den Arbeits- und Stahlrohstoffkosten zwischen den USA und den Exportländern zurückzuführen. Diese Produkte waren in den letzten 30 bis 40 Jahren von einheimischen Herstellern erhältlich, konnten sich jedoch nie als dominierende Akteure auf diesem Markt etablieren. Die günstigen Kosten importierter Produkte waren eine zu hohe Hürde, die es zu überwinden galt.

Der laufende Markt. Im Laufe der Jahre ging der Verbrauch des nahtlosen, gezogenen und geglühten Produkts J524 zurück. Es ist immer noch verfügbar und hat seinen Platz auf dem Markt für Hydraulikleitungen, aber wenn das geschweißte, gezogene und geglühte Produkt J525 leicht erhältlich ist, entscheiden sich OEMs häufig für J525.

Die Pandemie schlug zu und der Markt veränderte sich erneut. Das Angebot an Arbeitskräften, Stahl und Logistik ging weltweit etwa genauso schnell zurück wie die oben erwähnte Nachfrage nach Automobilen. Dies gilt auch für die Lieferung importierter J525-Hydraulikschläuche. Angesichts dieser Ereignisse scheint der Inlandsmarkt auf eine weitere Marktverschiebung vorbereitet zu sein. Ist es bereit für ein anderes Produkt, das weniger arbeitsintensiv ist als geschweißte, gezogene und geglühte Rohre? Eine davon existiert, obwohl sie nicht häufig verwendet wird. Es ist SAE-J356A und erfüllt die Anforderungen vieler hydraulischer Anwendungen (sieheAbbildung 1).

Die von SAE veröffentlichten Spezifikationen sind in der Regel kurz und einfach, da sie jeweils nur einen Prozess zur Rohrherstellung definieren. Der Nachteil besteht darin, dass J525 und J356A erhebliche Überschneidungen in Bezug auf Größen, mechanische Eigenschaften und andere Informationen aufweisen, sodass die Spezifikationen zu Verwirrung führen können. Darüber hinaus ist J356A, ein gewickeltes Produkt für Hydraulikleitungen mit kleinem Durchmesser, eine Variante von J356, einem Produkt mit gerader Länge, das hauptsächlich zur Herstellung von Hydraulikleitungsrohren mit großem Durchmesser dient.

Abbildung 3. Obwohl geschweißte und kaltgezogene Rohre von vielen als überlegen gegenüber geschweißten und kaltformatierten Rohren angesehen werden, sind die mechanischen Eigenschaften der beiden Rohrprodukte vergleichbar. Hinweis: Die imperialen Werte in PSI sind weiche Umrechnungen aus den Spezifikationen, bei denen es sich um metrische Werte in MPa handelt.

Einige Ingenieure halten J525 für überlegen bei Hochdruckhydraulikanwendungen, wie sie beispielsweise in schweren Geräten zum Einsatz kommen. J356A ist weniger bekannt, aber es handelt sich ebenfalls um eine Spezifikation für den Transport von Hochdruckflüssigkeiten. Manchmal ist die Anforderung an die Endformung der Unterschied: J525 hat keine ID-Schweißraupe und J356A ist gratgesteuert und hat eine geringfügige ID-Schweißraupe.

Die Rohstoffe haben ähnliche Eigenschaften (vglFigur 2 ). Die sehr geringen Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung beziehen sich auf die erforderlichen mechanischen Eigenschaften. Um bestimmte mechanische Eigenschaften zu erreichen, wie z. B. die Bruchfestigkeit bei Dehnung oder die Zugfestigkeit (UTS), wird die Stahlchemie oder die Wärmebehandlung auf ein bestimmtes Ergebnis beschränkt.

Die Schlauchtypen weisen einen gemeinsamen Satz mechanischer Eigenschaftsparameter auf, wodurch sie für viele Anwendungen austauschbar sind (sieheFigur 3 ). Mit anderen Worten: Wenn eines nicht verfügbar ist, ist es wahrscheinlich, dass das andere die Anforderung erfüllen kann. Niemand muss das Rad neu erfinden; Die Branche verfügt bereits über ein robustes, ausgewogenes Fahrwerk.