AT391430B - Verfahren zum herstellen von rohren aus nichteisenmetall - Google Patents
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Description
Nr. 391 430
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Rohren aus Nichteisenmetall.
Bei der Herstellung von Halbfertigprodukten aus Kupfer und Kupferlegierungen besteht nach dem allgemein angewendeten Stand der Technik das Verfahren zur Weiterbehandlung der gegossenen Blöcke, wie runden Knüppeln und Brammen, zuerst in einer Warmbearbeitung und dann in einer Kaltbearbeitung. Die Warmbearbeitungsstufe besteht beispielsweise aus Walzen, Extrudieren oder Lochen, während die Kaltbearbeitungsstufe beispielsweise Walzen, Ziehen oder Walzen in einem Pilgerschrittwalzwerk umfaßt. Danach wird jedes Produkt einer weiteren Spezialbehandlung in Abhängigkeit von der Art des betreffenden Produktes unterzogen.
Um die Arbeitsstufen beim Herstellungsvorgang zu reduzieren, hat die moderne Industrie in erhöhtem Ausmaß Stranggießverfahren eingesetzt, welche den Zweck haben, die Abmessungen des Gußblockes den Abmessungen des Endproduktes möglichst anzunähem. In einigen Zusammenhängen wird dieses Gießverfahren als Kolben-Stranggießverfahren bezeichnet. Die Kristallstruktur eines im Stranggießverfahren hergestellten Produktes, wie eines Rohrrohlings, ist von Natur aus grobkörnig und inhomogen. Diese Struktur kann insbesondere bei der Kaltbearbeitung eines Rohres eine Materialoberfläche mit sogenanntem Orangenschaleneffekt ergeben, die als Fehler im Endprodukt sichtbar bleibt und seine Annahme bei dar Endinspektion verhindert. Ein weiterer Nachteil dieser Struktur besteht darin, daß bei fortgesetztem Kaltbearbeitungsvorgang ohne Zwischenglühen, wie dies in der Industrie üblich ist, das Material bereits in einem frühen Stadium der Rißbildung unterliegt, die zu Brüchen führt. Dies tritt besonders häufig bei solchen Arbeitsverfahren auf, bei denen sich das Material unter Zugspannung biegen muß, beispielsweise wenn für Rohre ein Giobziehverfahren angewendet wird.
Gemäß einem üblichen Verfahren zum Herstellen von Rohren wird der extrudierte Rohrrohling zuerst in einem Pilgerschrittwalzwerk gewalzt, worauf ein Grobziehvorgang vorgenommen wird. Die Kosten des Pilgerschrittwalzens sind jedoch hoch, und ein weiterer erwähnenswerter Nachteil besteht darin, daß eine mögliche Exzentrizität des Rohrrohlings mittels eines Pilgerschrittwalzwerkes nicht korrigiert werden kann.
Wie bereits erwähnt, ist die Warmbearbeitung die traditionelle Lösung in Verbindung mit dem Blockgießen und teilweise auch mit dem Stranggießen. Bei Anwendung dieses Verfahrens können auch die durch die inhomogene Kristallstruktur nach dem Gießen verursachten Probleme gelöst werden, weil Metalle und Legierungen beim Warmbearbeitungsvorgang bekanntlich rekristallisiert und folglich homogenisiert werden. Die Anwendung der Warmbearbeitung, insbesondere für stranggegossene Blöcke aus Kupfer, Aluminium und deren Legierungen, die kleine Querschnittsflächen haben, ist jedoch bei weitem zu unwirtschaftlich.
Die SMS Schloemann-Siemag AG hat eine Planetenwalztechnik entwickelt, bei welcher drei konische Walzen relativ zueinander unter einem Winkel von 120° stehen. Die Walzen drehen um ihre eigene Achse und auch um eine zentrale Achse des gesamten Planetensystems. Die Flächenabnahme in einem einzigen Durchgang ist groß und beträgt sogar über 90 %. Das Planetenwalzen wird häufig mit der Abkürzung PSW bezeichnet (Planetenschrägwalzwefk), und diese Vorrichtung ist durch verschiedene Patente geschützt
Bisher ist das Planetenwalzen auf das Walzen von Stahl angewendet worden. Im Falle von Rohren durchlaufen die vorerhitzten Blöcke zunächst beispielsweise ein Lochwalzwerk und danach das PSW-Walzwerk. Während des Walzens von Stangen werden die Blöcke zuerst getrennt vorerwärmt; somit findet in Verbindung mit dem Walzen von Stahl in Planetenwalzwerken stets eine übliche Warmbearbeitung statt
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zum Herstellen von Rohren aus Nichteisenmetall zu schaffen, das gute Endergebnisse hinsichtlich der Mikrostruktur des Materials ermöglicht, u. zw. ohne daß eine gesonderte Vorerwärmung oder ein gesondertes Zwischenglühen vorgenommen wird. Das erfindungsgemäße Verfahren hat die Merkmale, daß ein aus Kupfer, Aluminium, Nickel, Zirkon oder Titan oder Legierungen dieser Metalle bestehender Rohrrohling, der durch Stranggießen oder Extrudieren hergestellt worden ist, bei Raumtemperatur durch Planetenwalzen mit einer Flächenabnahme von zumindest 70 % und einem Temperaturanstieg des Materials auf die Rekristallisationstemperatur kaltgewalzt wird.
Vorzugsweise wird der Rohrrohling mit einer Flächenabnahme von etwa 90 % kaltgewalzt Kaltbearbeitung bedeutet im allgemeinen ein Verfahren, bei welchem das behandelte Material ohne Vorerwärmung eingebracht wird und bei welchem die Temperatur des Materials während des Bearbeitungsschrittes unterhalb der Rekristallisationstemperatur bleibt. Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auf Kaltbearbeitung verwiesen wird, bedeutet dies eine solche Bearbeitung, bei welcher die Temperatur am Beginn des Bearbeitungsvorganges die Umgebungstemperatur ist, aber im Verlaufe des Bearbeitungsverfahrens über die normale Kaltbearbeitungstemperatur auf den Rekristallisationsbereich des Materials ansteigt.
Im Rahmen der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, wenn im Verlaufe der Bearbeitung infolge des im Material wegen der großen Flächenabnahme und der inneren Reibung erzeugten Verformungswiderstandes die Temperatur des Materials auf den Bereich von 250 bis 750 °C erhöht wird. Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine geeignete Rekristallisationstemperatur für Kupfer und Kupferlegierungen im Bereich von 250 bis 700 °C liegt, für Aluminium und Aluminiumlegierung im Bereich von 250 bis 450 °C, für Nickel und Nickellegierungen im Bereich von 650 bis 760 °C, für Zirkon und Zirkonlegierungen im Bereich von 700 bis 785 °C, und für Titan und Titanlegierungen im Bereich von 700 bis 750 °C. Die Bearbeitungstemperatur kann erfindungsgemäß durch Einstellen der Kühlung so geregelt werden, daß sie für jedes in Frage kommende Material geeignet ist. Die zumindest teilweise rekristallisierte Struktur gestattet eine weitere Kaltbearbeitung, beispielsweise Gröbziehen eines Rohres, ohne Gefahr einer Rißbildung im Material. -2-
Nr. 391 430
Es ist überdies für das Verfahren vorteilhaft, wenn der Temperaturanstieg in Verbindung mit der Bearbeitung von kurzer Dauer ist, so daß die Gefahr eines übermäßigen Korn Wachstums und einer übermäßigen Oxidation der Oberflächen vermieden wird. Die Korngröße des Materials, das aus diesem Bearbeitungsvorgang hervorgeht, ist klein und beträgt vorzugsweise etwa 0,005 bis 0,050 mm.
Bei der Kaltbearbeitung eines Rohrrohlings hat sich das Planetenwalzverfahren als geeignetes Verfahren zum Anheben der Temperatur bis auf den Rekristallisationsbereich erwiesen. Innerhalb des Rohrrohlings, der vorteilhaft einen Durchmesser von beispielsweise 80/40 mm hat, wird mittels eines Domträgers ein Dom angeordnet, und der Rohrrohling wird auf Abmessungen von zumindest 55/40 mm und vorteilhafter auf Abmessungen von 45/40 mm gewalzt, woran weitere Ziehvorgänge anschließen. Das Walzen von Stangen erfolgt in der gleichen Weise wie jenes von Rohren, aber natürlich ohne Dom. Beim Herstellen von Bändern ist es möglich, ein anderes Arbeitsverfahren zu wählen, das eine ausreichend hohe Querschnittsflächenabnahme ergibt, wie Schmieden.
Wenn der durch den Bearbeitungsvorgang verursachte Temperaturanstieg zur Rekristallisierung des Materials nicht ausreicht, kann diese durch geringe Vorerhitzung des Materials, z. B. mittels einer Induktionsspule, begünstigt werden, welche der Block unmittelbar vor dem Bearbeitungsschritt durchsetzt.
Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, daß ein stranggegossenes Material sich als Ausgangsmaterial für das PSW-Walzen gut eignet, doch kann abgesehen davon dieses Material beispielsweise ein extradierter Rohrrohling sein. Somit kann das teure Pilgerschrittwalzverfahren durch das billigere PSW-Walzverfahren ersetzt werden, und die damit erzielten zusätzlichen Vorteile sind eine bessere Mikrostruktur des Materials und die Möglichkeit, die Exzentrizität eines Rohrrohlings während des Verfahrens herabzusetzen. Die vorteilhafteste Alternative des Verfahrens gemäß der Erfindung bei der Herstellung von Rohren und Stangen ist die Anwendung einer relativ billigen Kombination Stranggießen - PSW-Walzausrüstung, die statt der teuren Technik Blockgießen-Extrusion-(oder Lochen)-Pilgerschrittwalzverfahren angewendet werden kann.
Die Erfindung wird mit Hilfe der folgenden Beispiele weiter erläutert
Beispiel 1 (Stand der Technik)
Ein stranggegossener Rohrrohling aus desoxidiertem Phosphorkupfer (Cu-DHP) wurde in einem Pilgerschrittwalzwerk gewalzt Die Anfangsgröße des Rohlings betrug 80/60 mm und die Korngröße der gegossenen Struktur betrug 1 bis 20 mm. Der Walzvorgang hatte Erfolg, die Größe des austretenden Rohres betrug 44/40 mm und die gegossene Struktur hatte sich somit in eine kaltgehärtete Struktur verwandelt Die Härte des Rohres lag innerhalb des Bereiches von 120 bis 130 HV5. Das in der vorstehend erläuterten Weise gewalzte Rohr hielt jedoch dem Grobziehen nicht stand, und es konnten nur gerade Ziehvorgänge auf einer Ziehbank mit Erfolg durchgeführt werden. Um das auf diese Weise erzeugte Rohr durch eine Grobzieheinrichtung ("bull-blocks") zu ziehen, war ein Zwischenglühen erforderlich. Daraus ergibt sich, daß die Gießstruktur beim Walzen nicht verschwindet weil bei dieser Art des Walzens die Temperatur des Materials niedrig bleibt. Überdies war die Oberflächenqualität wegen der rauhen Gießstruktur nicht zufriedenstellend.
Beispiel 2 (Stand der Technik)
Ein stranggegossener Rohrrohling von 80/40 mm wurde in einer geraden Ziehbank grobgezogen. Die Qualität der Rohroberfläche war schlecht und das Ziehen konnte nicht ohne Zwischenglühen in Form eines Grobziehens fortgesetzt werden, weil die Gießstniktur den großen Abnahmen nicht standhielt. Das Material des Rohlings war dasselbe wie im vorhergehenden Beispiel, und auf ähnliche Weise blieben die Gießstniktur und die arbeitsgehärtete Struktur sowie die Härte des kaltbearbeiteten Rohres innerhalb des gleichen vorstehend angegebenen Bereiches.
Beispiel 3 (Stand der Technik)
Ein Rohrrohling von 80/60 mm mit einer Korngröße über 0,1 mm, der aus einem Gußblock mit der Größe 280 x 660 mm extrudiert wurde und aus desoxidiertem Phosphorkupfer (Cu-DHP) bestand, wurde in einem Pilgerschrittwalzwerk auf die Abmessung 44/40 mm gewalzt. Die Härte des derart gewalzten Rohres betrug etwa 120 bis 130 HVS und die Struktur war eine kaltgehärtete Struktur. Die Weiterbearbeitung des Rohres auf die Endabmessungen erfolgte in Form eines Grobziehens und Ziehbankziehens ohne Zwischenglühen. Das Endprodukt kann, falls erforderlich, spannungsfrei geglüht werden.
Beispiel 4
Ein stranggegossener Rohrrohling aus desoxidiertem Phosphorkupfer (Cu-DHP) vom Durchmesser 80/40 mm und einer normalen Gießstruktur (Korngröße 1 bis 20 mm) wurde in einem PSW-Walzwerk auf die Abmessungen 46/40 mm gewalzt. Das Walzen hatte Erfolg und das auf diese Weise gewalzte Rohr konnte auch mittels Grobziehens weitergezogen werden. Die Mikrostruktur des gewalzten Rohres ergab eine kleine Korngröße, 0,005 bis 0,015 mm, was bedeutet, daß während des Walzens eine Rekristallisation in der Struktur stattgefunden hat. Die Härte des gewalzten Rohres betrag 75 bis 80 HVS, was bedeutet, daß ein Spannungsfreiglühen nicht notwendig war. Das Rohr wurde sechs Grobziehvorgängen unterzogen, und es wurden -3-
Claims (9)
- Nr. 391 430 die Abmessungen 18/16,4 mm erhalten. Nach dem Ziehen betrug die Härte des Rohres 132 HV5. fisispisi.5 Ein extrudierter Rohrrohling von 80/40 mm aus sauerstofffreiem Kupfer Cu-OF wurde in einem PSW-Walzwerk auf die Abmessungen 46/40 mm gewalzt. Das Walzen hatte Erfolg und die Struktur wurde unter dem Einfluß der Temperaturerhöhung beim Beafbeitungsverfahren rekristallisierL Die Korngröße des gewalzten Rohres betrug etwa 0,010 mm und die Härte etwa 80 HV5. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Herstellen von Rohren aus Nichteisenmetall, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Kupfer, Aluminium, Nickel, Zirkon oder Titan oder Legierungen dieser Metalle bestehender Rohrrohling, der durch Stranggießen oder Extrudieren hergestellt worden ist, bei Raumtemperatur durch Planetenwalzen mit einer Flächenabnahme von zumindest 70 % und einem Temperaturanstieg des Materials auf die Rekristallisationstemperatur kaltgewalzt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrrohling mit einer Flächenabnahme von etwa 90 % kaltgewalzt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Materials auf den Bereich von 250 bis 750 °C erhöht wird
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrrohling aus Kupfer oder einer Kupferlegierung verwendet wird und die Temperatur des Materials auf den Bereich von 250 bis 700 °C erhöht wird.
- 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrrohling aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verwendet wird und die Temperatur des Materials auf den Bereich von 250 bis 450 °C erhöht wird.
- 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrrohling aus Nickel oder einer Nickellegierung verwendet wird und die Temperatur des Materials auf den Bereich von 650 bis 750 °C erhöht wird.
- 7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohrrohling aus Zirkon oder einer Zirkonlegierung verwendet wird und die Temperatur des Materials auf den Bereich von 700 bis 750 °C erhöht wird.
- 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur durch Einstellen der Kühlung geregelt wird.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des bearbeiteten Materials innerhalb des Bereiches von 0,005 bis 0,050 mm gehalten wird. -4-
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