DE10020131C1 - Verfahren zur Herstellung eines warmgefertigten nahtlosen Rohres aus hochwarmfesten Stählen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines warmgefertigten nahtlosen Rohres aus hochwarmfesten StählenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmgefertigten nahtlosen Rohres aus einem hochwarmfesten Stahl mit den Arbeitsschritten DOLLAR A - Erwärmung eines Gussblockes auf Umformtemperatur DOLLAR A - Lochen des Gussblockes zum Hohlblock mittels einer vertikalen Lochpresse DOLLAR A - Strecken auf einem Schrägwalzwerk mit zwei Schrägwalzen DOLLAR A - Warmpilgern auf die Endabmessung DOLLAR A - Glätten in einem Maßwalzwerk DOLLAR A - Endwärmebehandlung (Vergüten). DOLLAR A Dabei wird der erwärmte Gussblock auf eine Abmessung gelocht, die nahe der Einsatzabmessung für das Warmpilgern liegt und anschließend der Boden beseitigt und das Strecken auf dem Schrägwalzwerk nur bei einer maximalen Streckung des 1,35-fachen durchgeführt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines warmgefertigten nahtlosen
Rohres aus einem hochwarmfesten Stahl gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Im Laufe der Zeit haben sich bestimmte Verfahren zur Herstellung von nahtlosen
Rohren als wirtschaftlich und vorteilhaft herausgestellt. Neben dem Kontiwalzverfahren
und dem Stopfenwalzverfahren gibt es noch das Warmpilgern und das Zieh-Press-
Verfahren (BRENSING, K-H., SOMMER, B.: III Herstellverfahren In: Stahlrohr Handbuch, 10. Aufl., Oktober 1987, Vulkan-Verlag Essen; Seite 124-
128 und Seite 138-140). Bei Rohrabmessungen < 350 mm und Wanddicken < 10 mm
wird heutzutage überwiegend das Warmpilgern angewandt. Einsatzmaterial ist ein
Gussblock (Ingot), der nach dem Erwärmen in einem Drehherdofen auf
Umformtemperatur zunächst auf einer meist senkrechten Lochpresse in eine runde
Matrize eingebracht wird. Mit Hilfe eines zylindrischen Lochstempels wird der
Gussblock zu einem Hohlblock mit Boden umgeformt. Es folgt eine
Wanddickenreduzierung mit Streckung in einem Schrägwalzwerk und ein Durchwalzen
des verbliebenen Bodens. In gleicher Hitze schließt sich das Abstrecken im
Pilgergerüst an, gefolgt von einem Maßwalzen auf einem ein- oder mehrgerüstigen
Maßwalzwerk.
Beim von Herrn Ehrhardt entwickelten Zieh-Press-Verfahren ist das Ausgangsmaterial
ebenfalls ein Gussblock, heutzutage kann es auch ein Stranggussblock sein. In einem
Tiefofen wird der Gussblock auf Umformtemperatur erwärmt und in einer senkrechten
Lochpresse zu einem Hohlblock mit Boden gepresst. Das Abstrecken des Hohlblockes
auf Endabmessung erfolgt danach auf einer horizontalen Zieh-Presse über einen Dorn,
der den Innendurchmesser des Rohres bestimmt. Zusammen mit dem Dorn wird der
Hohlblock nacheinander durch mehrere Ziehringe mit kleiner werdendem Durchmesser
gestoßen, bis der gewünschte Außendurchmesser erreicht ist. Je nach Anzahl der
Züge kann zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zügen eine Zwischenerwärmung
erforderlich sein. Nach beendeter Umformung wird das Fertigteil mittels einer
Abstreifvorrichtung vom Dorn abgezogen. Je nach Verwendungszweck verbleibt das
Bodenstück am Hohlblock (z. B. für Behälter) oder wird mit dem Rohrende nach
Abkühlung auf Umgebungstemperatur abgetrennt.
Die Herstellung von nahtlosen Rohren aus einem hochwarmfesten Stahl, z. B.
X10CrMoVNb9-1 bekannt auch unter der Typenbezeichnung T91 bzw. P91 (ASTM)
mit 9% Chromgehalt und 1% Molybdängehalt sowie Vanadin- und Niob-Zusätzen und
ggf. W-Zusätzen stellt eine besondere Herausforderung dar. Dieser Stahl neigt zu
großer Lunkerbildung und ist zum anderen stark rissanfällig, sobald größere
Tangentialspannungen bei der Warmumformung auftreten, wie es für das
Schrägwalzverfahren typisch ist. Das erstgenannte Problem kann man dadurch
vermindern, wenn man statt eines wassergedeckelten Gussblockes einen Gussblock
mit Haube einsetzt. Der größte Teil des Lunkers liegt im Haubenbereich, der vor
Beginn des Umformprozesses abgetrennt wird. Nachteilig dabei ist, dass ein großer
Teil des eingesetzten Materials nicht verwendet werden kann, außerdem ist das
Abtrennen großer Querschnitte zeitaufwendig und teuer, zumal die
Schnittgeschwindigkeit niedrig gehalten werden muss, da der große
Formänderungswiderstand dieses Stahles keine größeren Schnittgeschwindigkeiten
erlaubt. Aus diesem hochwarmfesten Stahl gefertigte Rohre werden vorzugsweise im
Kesselbau als Überhitzerrohre eingesetzt. Bei Überhitzerrohren treten
Betriebstemperaturen von über 600°C als Dauerbelastung auf. Speziell für dieses
Anwendungsgebiet ist dieser Stahl entwickelt worden. Für früher übliche
Kesselrohrbaustähle, z. B. aus 10CrMo910, auch bekannt unter der
Typenbezeichnung P22 (ASTM) benötigt man das bis zu Zweifache an Wanddicke, um
den starken thermischen Belastungen im Überhitzungsbereich widerstehen zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines
warmgefertigten nahtlosen Rohres aus einem hochwarmfesten Stahl, insbesondere
X10CrMoVNb9-1 mit einem Außendurchmesser < 350 mm anzugeben unter
Vermeidung der zuvor geschilderten Nachteile.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird der erwärmte Gussblock auf eine Abmessung
gelocht, die nahe der Einsatzabmessung für das Warmpilgern liegt. Anschließend wird
der Boden entfernt, vorzugsweise ausgestanzt und das Strecken auf dem
Schrägwalzwerk wird nur bis zu einer maximalen Streckung des 1,35-fachen
durchgeführt.
Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass ein großer Teil der bisher notwendigen
Wandreduzierung vom Schrägwalzwerk zur Lochpresse hin verlagert wird. Dabei wird
der Umstand genutzt, dass bei der Umformung in der Lochpresse ein nahezu
einachsiger Spannungszustand vorliegt, so dass so gut wie keine
Tangentialspannungen auftreten, die zu Warmrissen führen könnten. Die schwache
Umformung auf dem Schrägwalzwerk wird im wesentlichen nur noch für das
Entzundern genutzt, um sicherzustellen, dass beim anschließenden Warmpilgern
keine noch fest haftenden Zunderreste mit eingewalzt werden.
Die Herstellkosten können nach einem weiteren Merkmal der Erfindung niedrig
gehalten werden, wenn man einen wassergedeckelten Gussblock einsetzt, den man
vor dem Lochen nicht zu behandeln braucht. Im Sinne der Vermeidung von
Warmrissen erfolgt die Erwärmung des Gussblockes in zwei Stufen. Die erste Stufe ist
ein Vorerwärmen auf ca. 700°C in einem beliebigen Vorwärmofen Danach erfolgt ein
Umsetzen in einen Tiefofen und die Erwärmung auf die Endtemperatur im Bereich
1250-1300°C. Die zunehmende Bildung von δ-Ferrit mit steigender
Erwärmungstemperatur ist bei dem vorgeschlagenen Verfahren unproblematisch, da
es durch den einachsigen Spannungszustand in der Lochpresse zu keiner
Warmrissbildung kommt und das spätere Schrägwalzen mit geringer Streckung
durchgeführt wird. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beträgt die
Querschnittsverformung in der Lochpresse mindestens 25%. Durch die große
Umformung in der starken Lochpresse wird sichergestellt, dass die Lunkerstellen ohne
Luftkontakt verschweißt werden und später keine Fehlstellen bilden. Zudem kann
damit ein Hohlblock erzeugt werden, dessen Abmessung nahe der Einsatzabmessung
für das Warmpilgern liegt. Zur Vermeidung einer Rissbildung beim Abkühlen des
Hohlblockes nach dem Lochpressen wird dieser kontrolliert abgekühlt, was fast einem
Spannungsarmglühen entspricht. Vor dem Bodenausstanzen wird der Hohlblock auf
nahezu die ursprüngliche Umformtemperatur im Bereich von 1250-1280°C erwärmt
und dann in einer Hitze weiterverarbeitet.
Das vorgeschlagene Verfahren wird anhand eines Ausführungsbeispieles nachfolgend
näher erläutert.
Beispielhaft soll ein warmgefertigtes nahtloses Rohr der Abmessung 508 × 22 mm aus
X11CrMoWVNb911 (DIN) entsprechend dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellt
werden.
Einsatzmaterial:
Rundblock 710 mm ∅; Gewicht ca 4 t
Erwärmung des Einsatzmaterials:
5-8 h Vorwärmen auf ca. 700°C in einem beliebigen geeigneten Ofen anschließend Umsetzen in einen Tiefofen und weitere Erwärmung bis auf 1250-1300°C
Lochpresse:
Matrize 710 mm ∅
Lochdorn 410 mm ∅
Das entspricht einer Querschnittsverformung von 33%
Abkühlen:
Kontrollierte Abkühlung in geschlossenen Abkühlkammern ca. 24 h.
Danach erfolgt eine Maß- und Oberflächenkontrolle.
Erwärmung:
Erwärmung des abgekühlten Hohlblockes in einem Drehherdofen auf ca. 1250-1280°C.
Boden ausstoßen:
In einer Presse wird der Boden ausgestoßen
Schrägwalzen:
Außendurchmesser 720-730 mm ∅
Walzdorn 470 mm ∅
Pilgern:
Warmpilgern des Rohres auf 510 × 22 mm
Maßwalzen:
Máßwalzen auf die Endabmessung 508 × 22 mm
Endwärmebehandlung:
Erwärmen auf ca. 1050 C° in einem Hubbalkenofen, schnelles Abkühlen und anschließend Anlassen bei 750°C.
Einsatzmaterial:
Rundblock 710 mm ∅; Gewicht ca 4 t
Erwärmung des Einsatzmaterials:
5-8 h Vorwärmen auf ca. 700°C in einem beliebigen geeigneten Ofen anschließend Umsetzen in einen Tiefofen und weitere Erwärmung bis auf 1250-1300°C
Lochpresse:
Matrize 710 mm ∅
Lochdorn 410 mm ∅
Das entspricht einer Querschnittsverformung von 33%
Abkühlen:
Kontrollierte Abkühlung in geschlossenen Abkühlkammern ca. 24 h.
Danach erfolgt eine Maß- und Oberflächenkontrolle.
Erwärmung:
Erwärmung des abgekühlten Hohlblockes in einem Drehherdofen auf ca. 1250-1280°C.
Boden ausstoßen:
In einer Presse wird der Boden ausgestoßen
Schrägwalzen:
Außendurchmesser 720-730 mm ∅
Walzdorn 470 mm ∅
Pilgern:
Warmpilgern des Rohres auf 510 × 22 mm
Maßwalzen:
Máßwalzen auf die Endabmessung 508 × 22 mm
Endwärmebehandlung:
Erwärmen auf ca. 1050 C° in einem Hubbalkenofen, schnelles Abkühlen und anschließend Anlassen bei 750°C.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung eines warmgefertigten nahtlosen Rohres aus einem
hochwarmfesten Stahl mit den Arbeitsschritten
- - Erwärmung eines Gussblockes auf Umformtemperatur
- - Lochen des Gussblockes zum Hohlblock mittels einer vertikalen Lochpresse
- - Strecken auf einem Schrägwalzwerk mit zwei Schrägwalzen
- - Warmpilgern auf die Endabmessung
- - Glätten in einem Maßwalzwerk
- - Endwärmebehandlung (Vergüten)
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Ausgangsmaterial ein wassergedeckelter Gussblock eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erwärmung des Gussblockes in zwei Stufen erfolgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Querschnittsverformung in der Lochpresse mindestens 25% beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Lochpressen der Hohlblock kontrolliert abgekühlt und vor dem
Entfernen des Bodens auf nahezu die ursprüngliche Umformtemperatur
erwärmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Boden warm ausgestanzt wird.
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|---|---|---|---|
| DE2000120131 DE10020131C1 (de) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | Verfahren zur Herstellung eines warmgefertigten nahtlosen Rohres aus hochwarmfesten Stählen |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE2000120131 DE10020131C1 (de) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | Verfahren zur Herstellung eines warmgefertigten nahtlosen Rohres aus hochwarmfesten Stählen |
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| DE10020131C1 true DE10020131C1 (de) | 2001-06-21 |
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| DE2000120131 Expired - Fee Related DE10020131C1 (de) | 2000-04-14 | 2000-04-14 | Verfahren zur Herstellung eines warmgefertigten nahtlosen Rohres aus hochwarmfesten Stählen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10020131C1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102069104A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-05-25 | 攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司 | 热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法 |
| EP2692458A1 (de) * | 2012-08-01 | 2014-02-05 | Benteler Deutschland GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Hohlblockes aus einem metallischen Block |
-
2000
- 2000-04-14 DE DE2000120131 patent/DE10020131C1/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BRENSING, K.-H., SOMMER,B.: III Herstellverfahren.In: Stahlrohr-Handbuch, 10. Aufl., Vulkan-Verlag Essen, Oktober 1987, S. 124-128, 138-140 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102069104A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-05-25 | 攀钢集团钢铁钒钛股份有限公司 | 热轧方式生产大口径长管气瓶用无缝钢管的方法 |
| EP2692458A1 (de) * | 2012-08-01 | 2014-02-05 | Benteler Deutschland GmbH | Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines metallischen Hohlblockes aus einem metallischen Block |
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