AT389827B - Verfahren zum lochwalzen bei der herstellung nahtloser rohre - Google Patents

Description

Nr. 389827

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Lochwalzen bei der Herstellung nahtloser Rohre, bei dem ein erhitzter Knüppel in den Walzenspalt zwischen einander gegenüberliegenden konischen Walzen eingeführt und unter Drehung um die eigene Achse und Vorschub in axialer Richtung mittels eines zwischen den Walzen angeordneten Domes zentral aufgebohrt wird, bis er in eine hohle Rohrluppe umgeformt worden ist, wobei ein Hohlwalzweik eingesetzt wird, das einander gegenüberliegende, horizontal oder vertikal angeoidnete Hauptwalzen mit dazwischenliegender Walzstrecke für das Werkstück aufweist und bei dem das Werkstück im Bereich zwischen den Hauptwalzen von einander gegenüberliegenden, vertikal bzw. horizontal angeordneten Stützoiganen abgestützt wird.

Das Loch- oder Hohlwalzverfahren (Mannesmann-Verfahren) findet bei der Herstellung nahtloser Rohre weit verbreitet Anwendung. Das Verfahren weist eine Reihe von Arbeitsgängen auf. Zunächst wird ein auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmter Knüppel durch ein Loch- oder Hohlwalzwerk geführt und zu einer hohlen Rohrluppe verarbeitet; diese wird mittels Streckwalzwerkes (z. B. eines Stopfen- oder Domwalzwerkes) auf die gewünschte Wandstärke ausgewalzt, und die gewalzte Rohrluppe wird anschließend einem Arbeitsgang der Kalibrierung des Außendurchmessers mittels einer Kalibriervonichtung oder Reckwalze unterworfen, wodurch die fertigen Rohre mit dem festgelegten Außendurchmesser (und entsprechender Wandstärke) erhalten weiden.

Die vorliegende Erfindung betrifft nur den ersten dieser Arbeitsgänge, nämlich das Loch- oder Hohlwalzen. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß, obwohl es eine Reihe verschiedener Hohlwalzverfahren gibt, wie die einzelnen Mannesmann-Verfahren mittels Stopfenwalzwerk, Assel-Walzenstraße, Dornwalzwerk, Pilgerwalzwerk und Vielständer-Rohrwalzwerk, allen diesen Verfahren der erste Arbeitsgang, nämlich das Hohloder Lochwalzen, gemeinsam ist

Derartige Verfahren zum Lochwalzen sind z. B. aus der DE-OS 2 054 541 und der DE-OS 29 49 970 bekannt

Die DE-OS 2 054 541 offenbart ein Loch verfahren für die Herstellung nahtloser Rohre, bei dem ein Hohlwalzwerk eingesetzt wird, das einander gegenüberliegende Hauptwalzen in horizontaler oder vertikaler Anordnung mit dazwischen liegender Walzstrecke für das Werkstück (Knüppel bzw. Rohrluppe) besitzt und Gleitschuhe als Widerlager für die Außenfläche der hohlen Rohrluppe aufweist um Oberflächentorsionen zu verhindern (oder weitgehend zu verhindern).

Bei diesem Lochwalzverfahren wird der auf die vorbestimmte Temperatur erhitzte Knüppel in den Walzenspalt zwischen den Hauptwalzen durch die sich in gleicher Richtung drehenden, faßförmigen Hauptwalzen, deren Achsen zueinander leicht überkreuzend angeordnet sind, hineingetrieben und dreht sich relativ zu den Wadzen in entgegengesetzter Richtung. Ein von einem Dom getragener Stopfen reicht mit seinem vorderen Ende in den Walzenspalt und sticht den Knüppel an, und zwischen den Hauptwalzen sind die Gleitschuhe als Widerlager der äußeren Oberflächen der hohlen Rohrluppe angeordnet, die als solche fortschreitend hohlgewalzt wird.

Die Gefahr des Auftretens von Scherverformungen, nämlich Längsscherverfoimung, Oberflächenverformung unter Drehbeanspruchung und Umfangsscherverfoimung konnte erheblich herabgesetzt werden.

Die Oberflächenverformung unter Drehbeanspruchung und die Umfangsscherverformung kann zur Entwicklung von Säumen bzw. Nahtbildungen und von Bohrungsfehlem auf den Oberflächen der Außen- oder Innenwand des Rohres und zu Rissen führen. Solche Fehler bedingen eine verminderte Ausbeute an einwandfreien Erzeugnissen. Aus diesem Grunde besteht das Bedürfnis nach einem Lochwalzverfahren, das das Auftreten der Oberflächenverformung unter Drehbeanspruchung sowie die Umfangsscherverfoimung auf ein Mindestmaß begrenzt oder vollständig ausschaltet, um Nahtbildungen und Bohrungsfehler in den fertigen Rohren zu verringern. Dies führte zur Entwicklung des aus der DE-OS 2 054 541 bekannten Verfahrens.

Selbst beim Lochwalzen schwieriger zu bearbeitender Materialien, wie Cr-Mo-Stahl, konnte durch das vorangehend genannte Verfahren die Häufigkeit des Auftretens von Nahtkanten auf der Außenseite und von Bohrungsfehlem im Inneren in erheblichem Maße herabgesetzt werden, und es wurden auch in Betrieb befindliche Hohlwalzwerke mit Vorrichtungen für dieses Verfahren ausgerüstet

Es wurde jedoch auch gefunden, daß es selbst mit diesem Verfahren nahezu unmöglich war, das Lochwalzen extrem schwer bearbeitbarer Materialien mit sehr schlechter Warmverarbeitbarkeit, beispielsweise nichtrostender Stähle, wie austenitischer, ferritischer, martensitischer und zweiphasiger sowie hitze- und korrosionsbeständiger Stähle, z. B. Inconel und Hastelloy, in effektiver Weise durchzuführen, wenn dabei die Wirtschaftlichkeit der Produktion in Betracht gezogen wird. Soweit es sich um die Herstellung von Stahlrohren aus diesen hochlegierten Materialien handelt, gibt es nach dem Stand der Technik keine andere Möglichkeit als den Einsatz des Ugine-Sejoumet-Verfahrens an Stelle von Lochwälzverfahren, die für die Massenherstellung Vorteile bieten. Dies liegt darin begründet, daß das Ugine-Sejoumet-Verfahren so gut wie keine Möglichkeit für die Verursachung einer Oberflächenverformung unter Drehbeanspruchung und/oder Umfangsscherverformung des bei dem Verfahren zur Herstellung von Rohren verarbeiteten Materials in sich bringt; dementsprechend ist die Gefahr, wenn sie überhaupt besteht, nur gering, daß Nahtkanten und Bohrungsfehler auf den Oberflächen der Außen- bzw. Innenseite der Rohre entstehen. Bei der praktischen Durchführung des Ugine-Sejoumet-Verfahrens ist jedoch notwendig, daß vorher maschinell ein Führungsloch durch das Zentrum jedes Knüppels über dessen ganze Länge hinweg gebohrt wird. Das bedeutet zwangsläufig eine Erhöhung der Zahl der Arbeitsgänge und damit eine Verminderung der Wirtschaftlichkeit und des Ausstoßes der Knüppelherstellung. Es ist unvermeidlich, daß alle diese Faktoren wegen des hohen Stempeldrucks und der stark erhöhten Kosten Nachteile bedingen.

Weiterhin sind aufgrund neuerer Entwicklungen auf dem Gebiet der Herstellung von Stahlrohren zwei -2-

Nr. 389827 schwierig zu lösende Probleme aufgetreten, von denen das eine die Materialversorgung und das andere die Nachfrage nach Stahlrohren betrifft. Hinsichtlich der Materialversorgung ist die Knüppelherstellung zur Zeit in einer Übergangsphase, in der das Verfahren der Fertigung von Gußblöcken immer mehr von dem Strangguß-Verfahren abgelöst wird. £s erübrigt sich festzustellen, daß mittels Strangguß hergestellte Knüppel zum großen Teil so beschaffen sind, daß sie Mittenporosität aufweisen; prinzipiell sind solche Knüppel nicht für das Lochwalzen geeignet. Auf der Abnehmerseite besteht zunehmende Tendenz der Nachfrage nach Rohren aus hochlegierten Stählen. Betrachtet man beispielsweise den Bedarf an Rohren für Ölbohrungen, so nimmt die Zahl der Tiefbohrungen rasch zu, was eine erhöhte Belastung unter einer Atmosphäre mit hoher Schwefel-Konzentration bedeutet; dementsprechend steigt der Bedarf an Rohren aus hochlegierten Stählen, wie Incoloy und Hastelloy, die diesen härteren Bedingungen standhalten können, progressiv. Aufgrund der beschriebenen Lage besteht ein dringendes Bedürfnis nach einem neuen Lochungsverfahren, das die Massenherstellung derartiger Rohre aus hochlegierten Stählen unter den Arbeitsbedingungen eines Lochwalzverfahrens ermöglicht.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Lochwalzen bei der Herstellung nahtloser Rohre, das die Herstellung von Rohren aus schlechter verarbeitbaren und/oder außerordentlich schwierig warm zu verarbeitenden hochlegierten Stählen ermöglicht.

Ziel der Erfindung ist weiterhin die Schaffung eines Verfahrens zum Lochwalzen bei da Herstellung nahtloser Rohre ohne Auftreten von Oberflächentorsionsverformung und/der Umfangsscherverformung aus derartigen hochlegierten Stählen, das die Fertigung von Stahlrohren hoher Güte, die außen und innen frei von Nahtkanten und Bohrungsfehlem sind, ermöglicht, und daß dabei kaum Ausschuß auftritt

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zum Lochwalzen, das die Herstellung nahtloser Rohre erlaubt, die praktisch frei von äußeren Zunderfehlem sind.

Darüber hinaus ist ein weiteres Ziel der Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zum Lochwalzen bei der Herstellung natloser Rohre, das die Erhöhung da Wirtschaftlichkeit des Betriebes da Anlagen zur Herstellung der Rohre ermöglicht.

Dieses Ziel wird mit einem Verfahren der eingangs angegebenen Art dadach erreicht, daß erfindungsgemäß als Stützorgane an sich bekannte angetriebene Scheibenwalzen verwendet werden, daß die Hauptwalzen derart angeordnet sind, daß der Vorschubwinkel ß und da Schrägwinkel Gamma die folgenden Bedingungen erfüllen: 3° < ß < 25° 3° < Gamma < 25° 15° <ß +Gamma <45° und daß dach Anpressen der Scheibenwalzen an das Werkstück während des Walzvorganges eine in Vorschubrichtung auf das Werkstück wirkende Schubkraft ausgeübt wird.

Der Vorschubwinkel ß ist der Winkel, den die Achse jeder Hauptwalze mit eina waagrechten Ebene (wenn die Hauptwalzen einander horizontal gegenüberliegen) oder einer seidoechten Ebene (wenn die Hauptwalzen einanda vertikal gegenüberliegen) dach das Zentrum der Walzstrecke bildet Da Schrägwinkel Gamma ist der Winkel, den die Achse jeder Hauptwalze mit einer senkrechten Ebene (wenn die Hauptwalzen einander horizontal gegenüberliegen) oder einer waagrechten Ebene (wenn die Hauptwalzen vertikal einander gegenüberliegen) durch das Zentrum der Walzstrecke bildet

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist im folgenden unta Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung za Durchführung des erfindungsgemäßen Vafahrens, Fig. 2 eine Seitenansicht dieser Vorrichtung, Fig. 3 eine Stimansicht diesa Vorrichtung von der Auslaßseite der Rohrluppe her gesehen, Fig. 4 eine Stimansicht dieser Vorrichtung von der Einlaßseite des Knüppels her gesehen, Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Wirkungen des Vorschubwinkels und des Schrägwinkels auf die Möglichkeiten einer Umfangsschovoformung zeigt, Fig. 6 eine graphische Darstellung, die die Wirkungen des Vorschubwinkels und des Schrägwinkels auf die Entstehung von Bohrungsfehlem auf der Oberfläche der Innenseite der Stahlrohre zeigt, Fig. 7 eine Draufsicht auf eine bekannte Vorrichtung za Durchführung des Hohlwalzverfahrens, Fig. 8 eine Seitenansicht dieser Vorrichtung, Fig. 9 eine Stimansicht diesa Vorrichtung von der Auslaßseite der Rohrluppe her gesehen, Fig. 10 eine erläuternde Darstellung, die verschiedene Arten der Scherverformung zeigt, und Fig. 11 eine Draufsicht za Erläuterung der Einstellung des Schrägwinkels.

Es wird zuerst anhand der Fig. 7 bis 9 die Arbeitsweise einer bekannten Vorrichtung za Durchführung des Hohlwalzverfahrens erläutert

Hauptwalzen (71) und (71') sind faßförmig daart ausgebildet, daß ihr Mittelteil den größten Durchmesser besitzt und daß der Dachmesser dieses Teils größer ist als die Länge des Fasses, wobei der Spannwinkel (Alpha) jeweils etwa 2° bis 4° auf der Einlaß- und Auslaßseite beträgt Die Hauptwalzen (71,71') sind solchermaßen überkreuzt angeordnet daß ihre Achsen parallel zu eina senkrechten Ebene dach das Zentrum der Walzstrecke sind, entlang derer sich ein Knüppel (73) während des Hohlwalzens bewegt bis er in eine hohle Rohrluppe (78) umgewandelt worden ist, oder mit anderen Worten, die Achsen da Walzen und die Walzstrecke sind in da in Fig. 7 gezeigten Draufsicht parallel zueinanda und weisen jeweils einen Vorschubwinkel (ß) von etwa 6° bis 12° (einen Winkel, den die Walzenachse mit einer waagrechten Ebene dach das Zentrum der -3-

Nr. 389827

Walzstrecke bildet) relativ zu der waagrechten Ebene und in entgegengesetzter Richtung zueinander auf. Wie aus Fig. 9 (jedoch nicht aus Fig. 7) zu ersehen ist, sind zwischen den Hauptwalzen (71,7Γ) Gleitschuhe (72,72') als Widerlager der äußeren Oberflächen der hohlen Rohrluppe (78) an deren oberer und unterer Seite angeordnet, die die obere und untere Lage der hohlen Rohrluppe (78) steuern, die als solche fortschreitend hohlgewalzt wird. Ein Stopfen (74), der von einem sich von dem Auslaißende für die hohle Rohrluppe (78) her sich erstreckenden Dom (75) getragen wird, ist so angeordnet, daß die Position seines vorderen Endes jenseits des engsten Teils des Walzenspaltes zwischen den Hauptwalzen (71) und (71') ist, wo sich Kehlen (Teile maximalen Walzendurchmessers, d. h. Gebiete minimalen Walzenspalts) in einander gegenüberliegender Lage befinden (eine kleine Strecke von den Kehlen in Richtung auf das Einlaßende für den Knüppel (73)).

Wenn der auf die vorbestimmte Temperatur erhitzte Knüppel (73) in das Hohlwalzwerk eingeführt wird, wird er in den Walzenspalt zwischen den Hauptwalzen (71) und (71') hineingetrieben, die sich in einer Drehbewegung in der in Fig. 7 durch die Pfeile bezeichneten Richtung befinden, durch die der Knüppel sich relativ zu den Hauptwalzen (71, 71') in entgegengesetzter Richtung dreht. Das Vorhandensein des Vorschubwinkels (ß) ermöglicht, daß sich der Knüppel (73) vorwärtsbewegt; währenddessen erleidet der Knüppel (73) eine Walzverformung durch die Walzen (71, 71'). Unter der Walzverformungswirkung dieses Walzens wird der Knüppel (73) in einen solchen Zustand versetzt, daß er leicht zentral angestochen werden kann, und wird dann dem Lochungsvorgang durch Hohlwalzen und einer Aufweitung des Durchmessers durch den Stopfen (74) unterworfen. Der Stopfen (74) wird von dem Dom (75) gehalten und dreht sich frei mit dem Knüppel (73) und setzt dabei den Lochungsarbeitsgang fort, ohne daß er zurückgezogen wird. Somit wird der Knüppel (73) einer Scherverformung aufgrund der Einwirkung der Hauptwalzen (71, 71') und des Stopfens (74) unterworfen, bis er in eine hohle Rohrluppe umgewandelt ist.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren der Umwandlung eines Knüppels (73) in eine hohle Rohrluppe (78) mittels Hohlwalzens wird der Knüppel (73) Scherverformungen in drei Richtungen ausgesetzt, nämlich (i) Längsscherverformung (ii) Oberflächenscherverformung unter Drehbeanspruchung; und (iii) Umfangsscherverformung

Diese Formen der Scherbeanspruchung werden in Fig. 10 schematisch dargestellt. Die Längsscherverformung ist eine Erscheinung, bei der, unter der Annahme, daß der Knüppel aus scheibenförmigen Segmenten mit Endflächen senkrecht zu seiner Achse besteht, wie in Fig. 10 (a) gezeigt wird, ein Metallfluß innerhalb der Knüppelstruktur verursacht wird, der durch eine Verschiebung der Grenzen der einzelnen Segmente in Längsrichtung (d. h. in Richtung auf das Ende des Knüppeleinlasses des Hohlwalzwerks hin) gekennzeichnet ist, wie in Fig. 10 (a1) gezeigt wird. Eine derartige Verformung ist unvermeidlich, da der Knüppel der Streckung in Längsrichtung unterworfen wird.

Die Oberflächenscherverformung unter Drehbeanspruchung ist eine Erscheinung, bei der, unter der Annahme, daß der Knüppel ein Teilelement besitzt, das parallel zu der Achse des Knüppels ist, wie in Fig. 10 (b) gezeigt wird, ein Metallfluß innerhalb der Knüppelstruktur verursacht wird, der diese Teilelemente in solche von Spiralform verformt, wie in Fig. 10 (b*) gezeigt wird. Diese Scherverformung ist unerwünscht, da sie zur Entwicklung von äußeren Nahtkanten oder Säumen (einem Fehler, der von der Bildung einer Naht auf der Knüppeloberfläche unter der Oberflächendrehbeanspruchung herrührt) auf der Außenseite des fertigen Rohres führen kann.

Die Umfangsscherverformung ist eine Erscheinung, bei der, unter der Annahme, daß der Knüppel ein Teilelement besitzt, das seinem Durchmesser vergleichbar ist, wie in Fig. 10 (c) gezeigt wird, ein Metallfluß stattfindet, der eine Verschiebung in Umfangsrichtung sowohl auf der zentralen Seite als auch auf der peripheren Seite des Teilelements verursacht, wie in Fig. 10 (c') gezeigt wird. Diese Scherverformung ist ebenfalls unerwünscht, da sie das Auftreten von Fehlem in der Innenbohrung im Inneren des fertigen Rohres bewirken kann.

Der Grund dafür, daß Oberflächenverformung unter Drehbeanspruchung oder Umfangsscherverformung, je nachdem, zur Entwicklung von Säumen und Bohrungsfehlem auf den Oberflächen der Außen- oder Innenwand des Rohres führen, liegt darin, daß diese Verformung, d. h. ein unter Scherbeanspruchung stehendes Feld, wenn es in dem Knüppel vorliegt, über einem Einschluß in dem Knüppel einen Riß verursacht und ein solcher Riß sich beim Walzen des Knüppels in dem Feld der Scherbeanspruchung sich zu Nähten oder Bohrungsfehlem entwickelt

Solche Fehler bedingen eine verminderte Ausbeute an einwandfreien Erzeugnissen. Aus diesem Grunde besteht ein dringendes Bedürfnis nach einem Hohlwalzverfahren, daß das Auftreten der Oberflächenscherverformung unter Drehbeanspruchung und der Umfangsscherverformung auf ein Mindestmaß begrenzen oder vollständig ausschalten kann, um Nahtbildung und Bohrungsfehler in den fertigen Rohren zu vermindern.

Seitens der Anmelderin wurde bereits ein Verfahren zur Herstellung nahtloser Stahlrohre entwickelt, das frei von einer Oberflächenverformung unter Drehbeanspruchung arbeitet (wie es in der JP-PS 23473/1974 offenbart wurde). Bei diesem Verfahren unter Einsatz eines Hohlwalzwerks mit plattenförmigen Gleitschuhen kann die Entwicklung einer Oberflächenverformung unter Drehbeanspruchung und/oder Umfangsscherverformung, wie sie -4-

Nr. 389827 oben beschrieben wurden, dadurch wesentlich herabgesetzt werden, daß der Vorschubwinkel (ß) und der Schrägwinkel (Gamma) für die Hauptwalzen (der Schrägwinkel ist als derjenige Winkel definiert, den die Walzenachse mit einer senkrechten Ebene durch das Zentrum der Walzbahn bildet, wie in Fig. 11 dargestellt ist) so festgelegt werden, daß die Winkel die nachstehende Bedingung »füllen: 1 22 1:5 (— ß2 + — ß + 3)° < Gamma < 3°. 24 24

Kennzeichnende Teile des bei der Durchführung der Erfindung verwendeten Lochwalzwerks werden unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 erläutert. Hauptwalzen (11,11'), die beiderseits der Walzstrecke einander gegenüber angeordnet sind, sind kegelförmig ausgebildet und besitzen jeweils einen Spannwinkel (Alphaj) auf der Einlaßseite (für den Knüppel (13)) und einen Spannwinkel (Alplu^) auf der Auslaßseite, wobei an der

Schnittstelle oder der Grenze zwischen der einlaßseitigen Walzenoberfläche und der auslaßseitigen Walzenoberfläche eine Kehle im Walzgut gebildet wird. Der Durchmesser jeder Hauptwalze (11,11') ist an ihrem auslaßseitigen Ende am größten. Die Walzenspindel wird an ihren beiden Enden durch (nicht eingezeichnete) Lager gehaltert. Wenn die Walzenspindeln nur an ihrem einen Ende gehaltert werden, ist es sehr wahrscheinlich, daß die Hauptwalzen (11,11') während des Hohlwalzvorgangs in Schwingungen geraten, was eine Ursache auftretender Exzentrizität der Rohrwand sein kann. Derartige Schwingungen beeinflussen auch den Zustand der Rohrluppe nachteilig, und zwar sowohl außen als auch innen. Die Hauptwalzen (11,11') sind in einer solchen Weise angeordnet, daß die Verlängerungen ihrer Achsen sich in entgegengesetzten Richtungen unter den gleichen Spannwinkeln ß relativ zu einer waageiechten Ebene durch die Mitte der Walzstrecke erstrecken, die der Knüppel (13) durchläuft, und daß diese Verlängerungen sich unter symmetrischen Schrägwinkeln (Gamma) relativ zu einer senkrechten Ebene durch die Mitte der Walzstrecke kreuzen. Die Hauptwalzen (11,11') drehen sich mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit in der gleichen Richtung, wie durch die Pfeile angezeigt wird. Wie Fig. 3 zeigt, sind zwischen den Hauptwalzen (11,11') Scheibenwalzen (12,12') angeordnet, die so justiert sind, daß sie auf die hohle Rohrluppe (18) sowohl von der Oberseite als auch von der Unterseite her Druck längs einer Geraden senkrecht zur Walzstrecke ausüben. Der äußere Durchmesser jeder der beiden Scheibenwalzen (12,12') ist etwa 2 bis 3 mal so groß wie der maximale Durchmesser jeder der beiden Hauptwalzen (11,11’). Die Scheibenwalzen (12,12') werden von einem eigenen Motor, getrennt von den Hauptwalzen (11,11') angetrieben und drehen sich in solcher Richtung, daß sie den Knüppel (13) in Richtung der Kehle vorwärtstreiben. Ihre Drehgeschwindigkeit wird relativ zu sin ß festgelegt. Der Vorschubwinkel (ß) variiert in Abhängigkeit von dem zu lochenden Knüppel (13), und der sin ß oder der Sinus des Vorschubwinkels (ß) bestimmt die auf den Knüppel (13) oder die hohle Rohrluppe (18) zur Einwirkung zu bringende Vortriebskraft bzw. dessen/deren Wanderungsgeschwindigkeit in axialer Richtung. Aus diesem Grunde ist es sinnvoll, die Umfangsgeschwindigkeit oder Rotationsgeschwindigkeit der Scheibenwalzen (12,12') relativ sin ß festzulegen, so daß sie in Beziehung zu der Wanderungsgeschwindigkeit des Knüppels (13) oder der hohlen Rohrluppe (18) steht. Konkret kann bei Änderung von sin ß die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibenwalzen (12, 12') proportional zu D.sin ß (wobei (D) der Durchmesser der Kehle ist) verändert werden. Ein Stopfen (14) ist so angeordnet, daß sein vorderes Ende sich in geringem Abstand von der Kehle in Richtung der Einlaßseite für den Knüppel (13) befindet, wobei der Stopfen (14) an seinem rückwärtigen Ende durch einen Dom (15) gehalten wird.

In der vorliegenden Erfindung werden die Bereiche für den Vorschubwinkel (ß) und den Schrägwinkel (Gamma) wie oben angegeben beschränkt, so daß sie den Bedingungen der Praxis des Hohlwalzens genügen. Allgemein gilt, daß, je größer die Vorschub- und Schrägwinkel (ß) und (Gamma) sind, desto größer ihre Wirkung in bezug auf eine Verhinderung der Umfangsscherverformung ist. Naturgemäß gibt es für diese Winkel obere Grenzwerte aufgrund der mechanischen Grenzen, die zwangsläufig der Konstruktion von Hohlwalzwerken gesetzt sind. Wenn eine Winkel-Einstellung von 25° überschritten wird, können Lager zur Halterung der Walzenspindeln nicht im Gehäuse des Hohlwalzwerks untergebracht werden, wodurch es praktisch unmöglich wird, die Konstruktion einer beidseitigen Halterung der Hauptwalzen beizubehalten. Des weiteren würde das Verbindungsglied zwischen der Walzenspindel und der Spindel, die die Antriebskraft auf die Hauptwalze überträgt, der Rohrluppe mechanisch im Wege sein. Vom Standpunkt der mechanischen Konstruktion betrachtet ist es deshalb nahezu unmöglich, eine darüber hinaus gehende obere Grenze der Winkel-Einstellung zu verwirklichen.

Die untere Grenze von 3° für den Winkel wurde in Relation zu dem Lochungsverhältnis festgelegt. Als Parameter, der den Arbeitsgrad eines Lochwalzwerks angibt, wird das Lochungsverhältnis als das Verhältnis der Länge der hohlen Rohrluppe zu der Länge des Knüppels definiert. Je größer das Lochungsverhältnis ist, desto dünner ist die Wandung der hohlen Rohrluppe. Deshalb bedeutet ein größeres Lochungsverhältnis, daß das Material einer stärkeren Bearbeitungsbeanspruchung unterworfen wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Auftretens von Bohrungsfehlem auf der inneren Oberfläche zunimmt. Aus diesem Grunde wird das Lochungsverhältnis im allgemeinen innerhalb eines Bereichs von 1,5 bis 4,5 festgelegt. Um ein Lochungsverhältnis innerhalb eines solchen Bereichs zu erhalten, wird die untere Grenze für die Winkel (ß) und -5-

Nr. 389827 (Gamma) bei 3° festgesetzt

Hinsichtlich des Wertebereichs für (ß + Gamma) ist festznstellen, daß die Entstehung von Bohrangsfehlem auf der Innenseite unvermeidlich werden würde, wenn dieser Wert klein» als 15° ist; darüber hinaus würde auch die Zuführungsgeschwindigkeit des Knüppels mit der Folge abnehmender Produktionsleistung verringert. Wenn er 45° übersteigt, würde eine zunehmende gegenseitige Störung von hohler Rohrluppe und Kupplung zwischen Spindel und Walzenspindel bedingt und dadurch ein zufriedenstellender Lochwalzvorgang verhindert Aus diesem Grunde wird der Auswahlbereich für (ß + Gamma) so festgelegt, daß er von 15° bis 45° reicht

Die vorliegende Erfindung ist insbesondere wirkungsvoll in bezug auf eine Verhinderung des Auftretens von Bohrungsfehlem im Inneren infolge von Umfangsscherverformung. Dies ist vor allem der Verwendung der Scheibenwalzen (12,12') zuzuschreiben. Wie in den Fig. 2,3 und 4 gezeigt wird, sind die Scheibenwalzen (12, 12') zwischen den Hauptwalzen (11) und (11') in einer solchen Weise angeordnet, daß sie auf den Knüppel (13) und die hohle Rohrluppe (18) von der Ober- und Unterseite her drücken und, durch Drehung in Richtung der Pfeile (20,21) den Knüppel zwangsweise von der Einlaßseite her zur Auslaßseite hin bewegen. Fig. 4 ist eine fragmentarische Schnittansicht der Anordnung in Form eines Schnittes senkrecht zur Walzbahn im wesentlichen in der Mitte des Stopfens (14) in Längsrichtung von der Einlaßseite her gesehen. Wie aus der Abbildung zu ersehen ist, haben die Scheibenwalzen (12, 12') auf ihren Rollflächen unsymmetrische Kantenprofile. An den einander entgegengesetzten Kantenteilen an den Stellen, an denen bei fortschreitendem Walzen infolge der Drehung der Hauptwalzen (11,11') und des Stopfens (14) Überschußmetall aus der hohlen Rohrluppe (18) aus der Lücke zwischen den Hauptwalzen (11,11') und dem Stopfen (14) heraus extrudiert wird, werden vorspringende Oberflächen (22,22') gebildet, wohingegen an den einander entgegengesetzten Kantenteilen an den Stellen, an denen solches Überschußmetall in die Lücke zwischen den Hauptwalzen (11,11') und dem Stopfen (14) hineingezogen wird, zurückspringende Oberflächen (23,23') gebildet werden. Mit anderen Worten: Der Umfang der Scheibenwalzen (12, 12') ist in der Rotationsrichtung der hohlen Rohrluppe (18) diametral verkleinert.

Bei dem herkömmlichen Verfahren des Lochwalzens werden plattenförmige Gleitschuhe (72,72') zwischen den Hauptwalzen (71, 71') angebracht. Jeder Gleitschuh (72, 72') ist so ausgelegt, daß er mit seiner Oberfläche Überschußmetall der hohlen Rohrluppe (78) anpreßt, wenn es einen Wulst am Rohr bildet. Da die Gleitschuhe (72, 72') an dem Hohlwalzwerk befestigt sind, ist es wahrscheinlich, daß die hohle Rohrluppe (78) während ihrer Fortbewegung in Längsrichtung sich an den Gleitschuh-Oberflächen reibt. Der dabei auftretende Reibungswiderstand begünstigt die Tendenz zur Entwicklung einer Umfangsscherverformung. Demgegenüber wird bei dem Verfahren der Erfindung ein Druck auf die hohle Rohrluppe (18) durch zwangsweise in Rotation versetzte Scheibenwalzen (12,12') ausgeübt, und dadurch wird die Reibungskraft gegen den in der Bewegungsrichtung der hohlen Rohrluppe (18) wirkenden Schub naturgemäß vermindert; dementsprechend kann im wesentlichen der gleiche Metallfluß erzielt werden wie im Fall der Anwendung des Ugine-Sejoumet-Strangpreßverfahrens.

Zur weiteren Erläuterung der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Beispiele angegeben.

Beispiel 1 Hauptwalzen: maximaler Durchmesser 350 mm

Rotationsgeschwindigkeit: 60 min'1 ß: variabel in 8 Stufen von 6° bis 20°

Gamma: variabel in 5 Stufen von 0° bis 20°

Scheibenwalzen:

Durchmesser 900 mm

Rotationsgeschwindigkeit variabel proportional zu D.sin ß (ca. 33 bis 9,9 min'1)

Stopfen:

Durchmesser 50 mm

Test-Knüppel:

Material: Kohlenstoff - Stahl (0,50 % C)

Durchmess» 70 mm und 72 mm

Der Knüppel sollte zu hohlen Rohrluppen von 70 mm bis 71 mm Durchmesser gelocht werden. -6-

Nr. 389827

Das Lochwalzen wurde unter diesen Bedingungen durchgeführt Die Wirkungen des Vorschubwinkels (ß) und des Schrägwinkels (Gamma) auf die Umfangsscherverformung (Gamma^) wurden untersucht Die Ergebnisse sind in Fig. 5 dargestellt. Die Umfangsscherverformung (Gamma^) wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt'

r.O

GammaI0 = t in der r den äußeren Radius der hohlen Rohrluppe, t die Wandstärke der hohlen Rohrluppe und 0 denVerschiebungswinkel im Bogen bezeichnen.

Die Umfangsscherverformung (Gamma^) wurde auf folgende Weise gemessen: In jeden Knüppel wurden in Teilstücke in bestimmten Abständen Stäbchen in radialer Richtung eingebettet, und die Stellen der Stäbchen wurden nach dem Lochungsvorgang untersucht

Wie Fig. 5 erkennen läßt, zeigen die Vorschubwinkel (ß) beachtliche Auswirkungen auf die Umfangsscherverformung (Gamma,.^). In dem Maße, in dem der Vorschubwinkel größer wird, ergibt sich eine bemerkenswerte Abnahme der Umfangsscherverformung (Gamma^). In ähnlicher Weise nimmt die Umfangsscherverformung (Gamma^) signifikant mit der Zunahme des Schrägwinkels (ß) ab. Besonders beachtlich ist, daß in den Fällen, in denen der Vorschubwinkel ß > 14° bei einem Schrägwinkel Gamma = 15° oder ß > 10° bei einem Schrägwinkel Gamma = 20° beträgt, die Umfangsscherverformung vollständig ausgeschaltet wird, so daß Gamma^ = 0. So wurde im wesentlichen der gleiche Metallfluß wie bei der

Anwendung des Ugine-Sejoumet-Verfaiuens erreicht

Beispiel 2

Die Auswirkung des Vorschubwinkels (ß) und des Schrägwinkels (Gamma) auf das Auftreten von Bohrungsfehlem auf der Innenseite der hohlen Rohrluppe bei Einsatz des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wurde untersucht.

Die Lochungsbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 1. Als Test-Material wurde ein nichtrostender austenitischer Stahl mit Nb-Zusatz (Cr: 17 bis 20 %; Ni: 9 bis 13 %; Nb: 1 %, Rest im wesentlichen Fe), ein nichtrostender Stahl, der als deijenige mit der schlechtesten Warmverarbeitbarkeit bekannt ist. Die Erfahrungen mit diesem Material gehen dahin, daß bei seiner Verwendung zur Herstellung hohler Rohrluppen mittels des konventionellen Mannesmann-Hohlwalzverfahrens im allgemeinen beachtliche Bohrungsfehler auf der Oberfläche der Innenseite auftreten und, was noch schlimmer ist, häufig sogar die Wandung der Rohrluppe durchbrochen ist, so daß sich die Bohrungsfehler bis zur äußeren Oberfläche hin erstrecken.

Die Test-Ergebnisse sind in Fig. 6 dargestellt, in der das Zeichen (·) bedeutsame Bohrungsfehler auf der Innenseite, das Zeichen (x) unbedeutende Bohrungsfehler auf der Innenseite und das Zeichen (o) einen zufriedenstellenden Zustand der Innenseite bezeichnen. Wie aus der graphischen Darstellung unschwer zu erkennen ist, zeitigen der Vorschubwinkel (ß) und der Schrägwinkel (Gamma) bemerkenswerte Auswirkungen. Die Bohrungsfehler auf der Innenseite nehmen in deutlichem Verhältnis zum Anstieg des Vorschubwinkels (ß) und des Schrägwinkels (Gamma) ab. Es ist wichtig festzustellen, daß die Änderungen der Größenordnung der Bohrungsfehler auf der Innenseite denjenigen der Größenordnung der Umfangsscherverformung, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind, entsprechen. Offenbar besteht eine signifikante Beziehung zwischen der Umfangsscherverformung und dem Auftreten von Bohrungsfehlem auf der Innenseite.

Beispiel 3

Außerordentlich schwerbearbeitbare Werkstoffe wurden unter gleichen Bedingungen dem Lochungsvorgang gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung sowie mittels des herkömmlichen Verfahrens (drei Bedingungen) unterworfen. Die erhaltenen hohlen Rohrluppen wurden zu fertigen Rohren weiterverarbeitet. Die Ausbeuten der Güteprüfung wurden verglichen. Die Zusammensetzungen der Werkstoffe sind in Tabelle 1 aufgeführt. -7-

Nr. 389827 Tabelle 1

Werkstoff Zusammensetzung (Gew.-%)

Cr Mi Mo W Nb Fe +

Verunr. A Cr-Mo-Stahl 9 - 1 - - Rest B Zweiphas. nichtrostend. Stahl 25 7 3 1 . Rest C Austenit, nichtrostend. Stahl 18 10 1 Rest D Hochlegierter Cr-Ni-Mo-Stahl 25 50 6 . Rest E Hastelloy 15 60 16 4 - Rest

Folgende Lochungsbedingungen wurden angewandt: (1) Knüppel - Durchmesser 72 mm (2) .Lochungsverhältnis 2,7 (3) Ausdehnungsverhältnis 3 %

(4) Lochungstemperatur 1200°C

Die Ausbeuten der Güteprüfung sind in Tabelle 2 zusammengestellt.

Tabelle!

Außbeuten der Güteprüfung (%)

Vorschubwirikel Schrägwinkel Stahl I 10° 0° Gleit schuh Konventionelles Verfahren Π 15° 0° Scheiben- Walze m 15° 20° Gleit schuh Verfahren d. Erfindung 20° 20° Scheiben- Walze A 90 95 95 100 B 55 65 85 100 C 30 55 75 95 D 15 35 65 90 E — 15 50 90

Allgemein zeigten Stähle mit höheren Cr- und Ni-Gehalten eine stärkere Tendenz zu schlechter Warmbearbeitbarkeit, die in zunehmendem Maße Nahtkanten und Bohrungsfehler, sowohl auf der Außen- als auch auf der Innenseite, und eine Abnahme der Ausbeuten bei der Güteprüfung zur Folge hatten. Die nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Erzeugnisse zeigten jedoch sehr befriedigende Ergebnisse der Güteprüfung mit Ausbeuten von 100 % oder im wesentlichen ähnlichen Ausbeuten, und zwar unabhängig von der Art des verwendeten Stahl-Werkstoffs. Betrachtet man die Ergebnisse besonders im Hinblick auf den Grad der erzielten Verbesserung, so ist festzustellen, daß sich die größeren Ausbeute-Verbesserungen bei Materialien mit materialbedingt schlechterer Warmverarbeitbarkeit ergaben. Dieses Ergebnis lehrt, daß das erfindungsgemäße Verfahren insbesonders vorteilhaft zum Lochwalzen bei der Herstellung von nahtlosen Rohren aus Stählen mit schlechterer Warmverarbeitbarkeit ist

Bei der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Ausbeuten der Güteprüfung, wie sie aus dem Vorstehenden zu ersehen ist, naturgemäß in erster Linie darauf zurückzuführen, daß Bohrungsfehler auf der Innenseite und Nahtkanten auf der Außenseite dadurch im wesentlichen vollständig ausgeschaltet werden, daß die Oberflächenverformung unter Torsionsbelastung ebenso wie die Umfangsscherverformung ganz erheblich herabgesetzt weiden. Ein weiterer Grund für diese Verbesserung der Ausbeute liegt darin, daß die Entwicklung von Zunderfehlem auf der äußeren Oberfläche im wesentlichen verhindert wird. Bei den herkömmlichen Lochwalzverfahren unter Einsatz von Gleitschuhen oder von Scheibenwalzen einer Bauart, bei der die Walzenflächen Kantenprofile mit symmetrischem Kaliber aufweisen, lagert sich Zundermaterial, das während des Lochungsvorgangs von dem Knüppel oder der hohlen Rohrluppe abfällt, auf der Gleitschuh- oder -8-

Claims (4)

1. Nr. 389827 Scheibenwalzen-Fläche als solches ab und werden an die Oberfläche des Knüppels oder der hohlen Rohrluppe angeheftet und verwandeln sich dann im Zuge des Walzvorgangs in Zunderfehler. Bei der vorliegenden Erfindung haben die Walzenflächen der Scheibenwalzen jedoch Kantenprofile mit fliehenden Rächen in Drehrichtung des Knüppels bzw. der hohlen Rohrluppe, so daß die Zunderteilchen daran gehindert werden, sich auf der Walzenfläche abzulagem; dies ist der Grund dafür, daß gar keine oder nur eine geringe Möglichkeit des Auftretens von Zunderfehlem besteht. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls vorteilhaft unter dem Gesichtspunkt der Betriebsleistung. Bei dem herkömmlichen Verfahren unter Einsatz plattenförmiger Gleitschuhe ist es häufig erforderlich, Gleitschuhe auch während des Lochwalzvorgangs zu ersetzen, da sie starkem Verschleiß unterliegen. Aus diesem Grunde treten oft Fälle ein, in denen der Lochungsvorgang zum Ersatz der Gleitschuhe unterbrochen werden muß. Hieraus folgt eine verminderte Betriebsleistung der gesamten Rohrfertigungsanlage. In der vorliegenden Erfindung ist die Möglichkeit eines Verschleißes der Scheibenwalzen-Rollfläche bzw. Oberflächen (22, 23, 22', 23') wesentlich vermindert, und es besteht wenig oder überhaupt keine Notwendigkeit, den Lochungsvorgang wegen Einbaus eines Ersatzteils zu unterbrechen. Dieses alles führt naturgemäß zu einer verbesserten Betiebsleistung. Wie bereits beschrieben wurde, besteht das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung darin, daß kegelförmige Hauptwalzen (11,11'), die an beiden Enden der Walzenspindel gehaltert sind, so eingestellt werden, daß große Vorschub- und Schrägwinkel (ß), (Gamma) erhalten werden, und daß Scheibenwalzen (12, 12') eingesetzt werden, um den Knüppel (13) zwangsweise in seine Lage zu bringen, wobei die Entstehung einer Exzentrizität der Wand während des Lochwalzvorgangs verhindert wird und sich Oberflächenverformung unter Torsionsbeanspruchung und Umfangsscherverformung vollständig ausschalten oder auf ein Mindestmaß herabsetzen lassen, so als ob das Ugine-Sejoumet-Strangpreßverfahren angewandt worden wäre. Das Verfahren ermöglicht es weiterhin, die Lochung von außerordentlich schwer bearbeitbaren Stählen durchzuführen, die bisher mittels eines Lochungsverfahrens im industriellen Bereich als unbearbeitbar galten, ohne daß dabei Bohrungsfehler auf der Innenseite und Nahtkanten auf der Außenseite der Rohre gebildet werden oder solche Fehler nur im geringstmöglichen Maße auftreten. Es läßt sich daher sagen, daß die vorliegende Erfindung ihren Weg in Richtung auf eine Rationalisierung des Verfahrens zur Herstellung von Rohren und eine lange angestrebte Verbesserung der Ausbeute an einwandfreien Erzeugnissen nehmen wird. Sie ist als ein neues und sehr bedeutsames Verfahren des Lochwalzens in der Stahlrohrfertigung anzusehen. In der vorstehenden ausführlichen Beschreibung sind die Hauptwalzen (11,11') waagrecht links und rechts von der dazwischen liegenden Walzstrecke angeordnet, und die Scheibenwalzen (12, 12') sind in der Senkrechten, darüber und darunter, angebracht. Selbstverständlich ist es möglich, die Hauptwalzen (11,11') senkrecht beiderseits der Walzstrecke anzuordnen und die Scheibenwalzen (12,12') waagrecht anzubringen. In beiden Fällen ist die physikalische Wirkung der Anordnung genau die gleiche. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Lochwalzen bei der Herstellung nahtloser Rohre, bei dem ein erhitzter Knüppel in den Walzenspalt zwischen einander gegenüberliegenden konischen Walzen eingeführt und unter Drehung um die eigene Achse und Vorschub in axialer Richtung mittels eines zwischen den Walzen angeordneten Domes zentral aufgebohrt wird, bis er in eine hohle Rohrluppe umgeformt worden ist, wobei ein Hohlwalzwerk eingesetzt wird, das einander gegenüberliegende, horizontal oder vertikal angeordnete Hauptwalzen mit dazwischenliegender Walzstrecke für das Werkstück aufweist und bei dem das Werkstück im Bereich zwischen den Hauptwalzen von einander gegenüberliegenden, vertikal bzw. horizontal angeordneten Stützorganen abgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Stützorgane an sich bekannte angetriebene Scheibenwalzen verwendet werden, daß die Hauptwalzen derart angeordnet sind, daß der Vorschubwinkel (ß) und der Schrägwinkel (Gamma) die folgenden Bedingungen erfüllen: 3° < ß < 25° 3° < Gamma < 25° 15° < ß + Gamma < 45°, und daß durch Anpressen der Scheibenwalzen an das Werkstück während des Walzvorganges eine in Vorschublichtung auf das Werkstück wirkende Schubkraft ausgeübt wird. -9- Nr. 389827
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenwalzen getrennt von den Hauptwalzen von einem eigenen Antriebsmotor angetrieben werden, so daß sie das Anschmiegen des Werkstückes an die Hauptwalzen unterstützen.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibenwalzen in Abhängigkeit von sin ß festgelegt wird.
4. 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Durchmesser jeder Scheibenwalze größer ist als der größte äußere Durchmesser jeder Hauptwalze. Hiezu 8 Blatt Zeichnungen 15