DE102008061141A1

DE102008061141A1 - Verfahren zur Herstellung nahtloser Rohre mittels eines Drei-Walzen-Stangenwalzwerks

Info

Publication number: DE102008061141A1
Application number: DE102008061141A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr. Kümmerling; Manfred Bellmann; Winfried Braun; Hidenori Kinugasa; Sasaki Kenichi
Original assignee: V&M Deutschland GmbH; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Vallourec Deutschland GmbH; Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-06-10
Anticipated expiration: 2028-12-10
Also published as: KR20110102443A; HRP20120985T1; CN102245321A; UA100933C2; ZA201104275B; US9056341B2; CN102245321B; TN2011000273A1; DE102008061141B4; WO2010066230A2; BRPI0922639A8; WO2010066230A3; KR101607585B1; ES2396424T3; PL2358485T3; BRPI0922639A2; BRPI0922639B1; EA018319B1; MX2011006054A; CA2745586A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren aus Metall, insbesondere aus Stahl, wobei ein zuvor erzeugter heißer Hohlblock mittels eines Drei-Walzen-Stangenwalzwerks auf einer Dornstange zu einem Mutterrohr abgestreckt wird und der Hohlblock vor Einlaufen in das Stangenwalzwerk über ein vorgeschaltetes Gerüst mit einem der Durchmesser vergleichmäßigenden Walzschritt versehen wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Walzen des vorgeschalteten Gerüstes in gleichem Maße auf- und zugefahren werden wie die Verformungsgerüste des Stangenwalzwerkes, wobei der Kalibergrundradius der Walzen des vorgeschalteten Gerüstes sich über 60° erstreckt und diesem ein Flankenradius mit tangentialem Übergang folgt, der so bemessen ist, dass auch bei maximalem Zustellen der Walzen im Bereich der Flanke nahezu keine Durchmesserreduktion des größten zu erwartenden Hohlblockdurchmessers erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung nahtloser Rohre mittels eines Drei-Walzen-Stangenwalzwerks gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein gattungsgemäßes Verfahren wird im Stahlrohr Handbuch (Vulkan-Verlag, Essen, 12. Auflage 1995, S. 107–111) beschrieben.
Stangenwalzwerke, die z. B. nach dem Rohrkontiverfahren arbeiten, werden für die Herstellung nahtloser Rohre benutzt. Sie haben die Aufgabe, einen zuvor mittels Schrägwalzen erzeugten heißen Hohlblock zu einem Mutterrohr abzustrecken. Dieses Mutterrohr wird anschließend in einem Maß- oder Streckreduzierwalzwerk auf die gewünschte Endabmessung reduziert.
Grundsätzlich gibt es Stangenwalzwerke in zwei Ausführungsformen, mit zwei oder drei Walzen pro Gerüst. Die Gerüstanzahl schwankt dabei üblicherweise zwischen vier und acht.
Es ist bekannt, dass Stangenwalzwerke sehr empfindlich auf Schwankungen der Wanddicke und des Durchmessers des einlaufenden Hohlblocks reagieren. Solche Schwankungen lassen sich beim Schrägwalzprozess, über den der Hohlblock normalerweise hergestellt wird jedoch nicht immer vermeiden.
Insbesondere Schrägwalzwerke mit Diescherscheiben als Führungsmittel erzeugen Hohlblöcke mit Durchmessern, die im Kopf- und Fußbereich vom „Filetbereich” abweichen. Diese Abweichungen können im Stangenwalzprozess zu Kaliberunterfüllungen, Wanddickeneinschnürungen bis hin zu Löchern und Kaliberüberfüllungen führen.
Um solche Fehler zu minimieren ist es weiterhin bekannt, dem Stangenwalzprozess ein Hohlblockreduziergerüst (Void Reduction Stand) vorzuschalten. Bei einem Zwei-Walzen- Stangenwalzwerkes hat ein solches Gerüst vier Walzen und bei einem Drei-Walzen-Walzwerkes drei Walzen.
Nachteilig bei bekannten Hohlblockreduziergerüsten ist, dass sich die Walzbedingungen im Stangenwalzwerk bei unterschiedlichen Durchmessern des Hohlblockes dennoch ändern.
Hieraus resultiert, dass für das Stangenwalzwerk unterschiedliche Eingangsbedingungen bei der Verformung entstehen (Eingangsspiel Hohlblock zu Stange, Außendurchmesserreduktion im 1. Gerüst), was wiederum negative Auswirkungen auf die Qualität des Rohres haben kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es für ein Drei-Walzen-Stangenwalzwerk die Kalibrierung und die Fahrweise des Void Reduction Stands (VRS) so festzulegen, dass auch bei unterschiedlichen Durchmessern des Hohlblocks nahezu gleiche Walzbedingungen für die Umformung im Stangenwalzwerk gelten.
Hierbei gilt es die Durchmesserabweichungen im Hohlblock oder auch von Hohlblock zu Hohlblock für das Walzen im Stangenwalzwerk möglichst auszugleichen und gleichzeitig ein Unter- oder Überfüllen des Kalibers zu verhindern.
Diese Aufgabe wird nach dem Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren verwendet, bei dem die Walzen des vorgeschalteten Gerüstes in gleichem Maße auf- und zugefahren werden wie die Verformungsgerüste des Stangenwalzwerkes, wobei der Kalibergrundradius der Walzen des vorgeschalteten Gerüstes sich über 60° erstreckt und diesem ein Flankenradius mit tangentialem Übergang folgt, der so bemessen ist, dass auch bei maximalem Zustellen der Walzen im Bereich der Flanke nahezu keine Durchmesserreduktion des größten zu erwartenden Hohlblockdurchmessers erfolgt.
Der große Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass mit der vorgeschlagenen Verfahrensweise und der entsprechenden Kalibrierung einerseits die Schwankungsbreite des Durchmessers des in das Stangenwalzwerk einlaufenden Hohlblocks deutlich reduziert werden kann, andererseits wird es durch die erfindungsgemäße Kalibrierung möglich, auch bei unterschiedlichen Durchmessern des Hohlblockrohres nahezu gleiche Bedingungen für das Stangenwalzen einzustellen, was sich in einer sehr viel gleichmäßigeren Qualität in der Geometrie des Rohres bemerkbar macht.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Anstellung des vorgeschalteten Gerüstes entsprechend der Anstellung des ersten Gerüstes des Stangenwalzwerkes so eingestellt, dass das mittlere Spiel zur Stange für den Anstellungsbereich des 1. Gerüstes in seiner absoluten Größe gleich bleibt.
Ein konstantes Stangenspiel am Ausgang des Hohlblockreduziergerüstes führt zu gleichmäßigen Verformungsbedingungen beim Walzen und damit zu einer deutlich verbesserten Rohrqualität.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung können alle Gerüste des Stangenwalzwerks bei gegebenem Stangendurchmesser zum Erzielen der gewünschten Wanddicke hinter dem Stangenwalzwerk um den gleichen Betrag angestellt werden, wobei dieser Betrag auch der Einstellung des vorgeschalteten Gerüstes entspricht.
Hierzu bedarf es im Gegensatz zum konstanten Eingangsspiel keiner komplizierten Berechnung für die Anstellungsänderung. Dies hat den weiteren Vorteil, dass für das Stangenwalzwerk kein Über- und Unterfüllen des Kalibers erfolgen kann, d. h. die Eingangsbedingungen bezogen auf den Außendurchmesser für das Walzen im Stangenwalzwerk sind nahezu konstant.
Nach weiteren vorteilhaften Merkmalen der Erfindung entspricht die Anstellung des vorgeschalteten Gerüstes nur der Anstellung des ersten Gerüstes des Stangenwalzwerkes in seiner absoluten Größe. Das Zusammenarbeiten von Hohlblockreduziergerüst und nachfolgendem 1. Arbeitsgerüst ist entscheidend für die Qualität des Walzprozesses. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Anstellung des vorgeschalteten Gerüstes der Anstellung des ersten Gerüstes des Stangenwalzwerkes in seiner relativen Größe entspricht.
Die Anstellung in seiner relativen Größe hat den Vorteil, dass neben den nahezu konstanten Eingangsbedingungen für das Stangenwalzwerk auch dem Verschleiß Rechnung getragen wird (Verschleißausgleich) und so die Laufzeiten verbessert werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Kalibergrundradius eine Exzentrizität auf, die so bemessen ist, dass diese bei maximalem Auffahren des vorgeschalteten Gerüstes zu Null wird.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die sich so ausbildende Kontaktfläche Walze-Walzgut positiv auf den Walzenverschleiß am Kalibersprung auswirkt. Des Weiteren hat dies den positiven Effekt, dass Außenoberflächenfehler, wie beispielsweise Kaliberstreifen, reduziert werden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. In der einzigen Figur ist die erfindungsgemäße Kalibrierung des vorgeschalteten Gerüstes eines Void Reduction Stands (VRS) dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Reduziergerüste nach dem Stand der Technik werden üblicherweise oval kalibriert. Dazu wird ein Kaibergrundradius AI definiert, der sich ständig vergrößernd in einen Kaliberflankenradius BI übergeht.
Im Gegensatz dazu wird erfindungsgemäß eine Rundkalibrierung vorgeschlagen, bei der ein Grundradius R1 auf einer Winkellänge von 60° tangential in einen Flankenradius übergeht, dessen Arbeitsbereich je Flanke 30° beträgt (1a). Dargestellt ist in 1a außerdem die Walzenachse (1), die Kaliberkontur (2), die Exzentrizität (3) des Kalibergrundradius R1, der Kalibergrundradius R1 (4) sowie der Kaliberflankenradius R2 (5).
Vorteil dieser Kalibrierung ist es, dass damit die Schwankung des aus dem Hohlblockreduziergerüst (VRS) auslaufenden Hohlblockdurchmessers gegenüber der Ovalkalibrierung halbiert werden kann.
Am folgenden Beispiel wird dies näher erläutert. Hierbei werden für den Abstand Walzenachse zum Kalibergrund die Größe BI und für den Abstand Walzenachse zur Kaliberflanke die Größe AI verwendet.
Die vom Schrägwalzwerk erzeugten Hohlblöcke weisen im Allgemeinen eine Toleranz im Außendurchmesser von z. B. 2,5 % auf.
Der VRS sollte im Kalibersprung den maximalen Hohlblockdurchmesser × 0,99 bis 1,00 aufnehmen können (2 × AI). Der Durchmesser in Kalibermitte (2 × BI) sollte dem minimalen Hohlblockdurchmesser × 0,99 bis 1,00 entsprechen.
Die beiden Kalibrierungsmethoden führen zu folgenden Ergebnissen:
Ovalkalibrierung
Radius mit BI auf Kalibermitte und kontinuierlichem Anstieg auf AI im Kalibersprung. Der mittlere Kaliberdurchmesser ergibt sich zu 2 × (BI + (AI – BI)/2)
Rundkalibrierung

Radius mit BI auf Kalibermitte über 60 Grad (+/– 30 Grad) und kontinuierlichem Anstieg auf AI im Kalibersprung (jeweils 30 Grad). Der mittlere Kaliberdurchmesser ergibt sich in guter Näherung zu 2 × (BI + (AI – BI)/4) Beispiel:

Hohlblockdurchmesser maximal	102,50 mm
Hohlblockdurchmesser im Mittel	100,00 mm
Hohlblockdurchmesser minimal	97,50 mm
Eingangstoleranz maximal	5,00 mm

Ovalkalibrierung

AI = 1,00 × Hohlblockdurchmesser max./2	51,25 mm
BI = 1,00 × Hohlblockdurchmesser min./2	48,75 mm
VRS-Durchmesser min. = 2 × BI	97,50 mm
VRS-Durchmesser max. 2 × (48,75 + (51,25 – 48,75)/2)	100,00 mm

Damit verlässt ein Hohlblock mit einem Durchmesser >= 100 mm den VRS mit 100 mm. Ein kleinerer Durchmesse bleibt in seiner Größe erhalten.
Ausgangstoleranz maximal 2,50% Rundkalibrierung

AI = 1,00 × Hohlblockdurchmesser max.	51,25 mm
BI = Hohlblockdurchmesser min./2	48,75 mm
VRS-Durchmesser min. = 2 × BI	97,50 mm
VRS-Durchmesser max. 2 × (48,75 + (51,25 – 48,75)/4)	98,75 mm

Damit verlässt ein Hohlblock mit einem Durchmesser >= 98,75 mm den VRS mit 98,75 mm. Ein kleinerer Durchmesse bleibt in seiner Größe erhalten.
Ausgangtoleranz maximal 1,25% (bezogen auf den Nennhohlblockdurchmesser)
Mit der Ovalkalibrierung wird eine Toleranzverbesserung von 5 auf 2,5% (50%) erreicht und mit der Rundkalibrierung eine Verbesserung von 5 auf 1,25% (75%).
Auf derselben Walzstange werden unterschiedliche Wanddicken gewalzt. Dazu müssen die Arbeitsgerüste auf und zugefahren werden. Diesem Auf und Zufahren sollte der VRS näherungsweise folgen, da nur so die Zusammenarbeit VRS mit den Arbeitsgerüsten näherungsweise gleich bleibt.
In 1b ist das VRS Gerüst (links) und das 1. Gerüst des Stangenwalzwerkes (rechts) dargestellt. c und c' entsprechen der Nominalstellung VRS-Gerüst und 1. Gerüst des Drei-Walzen-Stangenwalzwerks, wobei c' das Öffnungsmaß des Kalibers des VRS und c das Öffnungsmaß des Kalibers des Stangenwalzwerkes bei Nominalanstellung ist.
a und a' symbolisieren die positive Änderung der Anstellung (Auffahren) des Stangenwalzwerkes und des VRS-Gerüstes.
b und b' symbolisieren die negative Änderung der Anstellung (Zufahren) des Stangenwalzwerkes und des VRS-Gerüstes.
Berechnung
„absolut gleich”:
Der Verfahrweg (positiv = Auffahren, negativ = Zufahren) erste Gerüste des Stangenwalzwerks und des VRS-Gerüstes sind in ihrem Betrag absolut gleich (a' = a und b' = b).
„relativ gleich”:
Der Verfahrweg (positiv = Auffahren, negativ = Zufahren) des VRS-Gerüstes zum ersten Gerüst des Stangenwalzwerks ist relativ gleich, d. h. es ist eine Funktion aus Nominalstellung (c, c') und dem Verfahrweg des 1. Walzgerüstes (a, b)
„absolut gleich”:

b ≥ a a' = a b' = boder

„relativ gleich”:

Bezugszeichenliste

Nr.	Bezeichnung
1	Walzachse
2	Kaliberkontur
3	Exzentrizität
4	Kalibergrundradius R1
5	Kaliberflankenradius R2
a, a'	relative Anstellungsänderung (positiv) VRS und 1. Gerüst
b, b'	relative Anstellungsänderung (negativ) VRS und 1. Gerüst
c, c'	Nominalstellung VRS und 1. Gerüst

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Stahlrohr Handbuch (Vulkan-Verlag, Essen, 12. Auflage 1995, S. 107–111) [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren aus Metall, insbesondere aus Stahl, wobei ein zuvor erzeugter heißer Hohlblock mittels eines Drei-Walzen-Stangenwalzwerks auf einer Dornstange zu einem Mutterrohr abgestreckt wird und der Hohlblock vor Einlaufen in das Stangenwalzwerk über ein vorgeschaltetes Gerüst mit einem den Durchmesser vergleichmäßigenden Walzschritt versehen wird dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen des vorgeschalteten Gerüstes in gleichem Maße auf- und zugefahren werden wie die Verformungsgerüste des Stangenwalzwerkes, wobei der Kalibergrundradius der Walzen des vorgeschalteten Gerüstes sich über 60° erstreckt und diesem ein Flankenradius mit tangentialem Übergang folgt, der so bemessen ist, dass auch bei maximalem Zustellen der Walzen im Bereich der Flanke nahezu keine Durchmesserreduktion des größten zu erwartenden Hohlblockdurchmessers erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass alle Gerüste des Stangenwalzwerks bei gegebenem Stangensatz zum Erzielen der gewünschten Wanddicke hinter dem Stangenwalzwerk um den gleichen Betrag angestellt werden, wobei dieser Betrag auch der Einstellung des vorgeschalteten Gerüstes entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellung des vorgeschalteten Gerüstes der Anstellung des ersten Gerüstes des Stangenwalzwerkes in seiner absoluten Größe entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellung des vorgeschalteten Gerüstes der Anstellung des ersten Gerüstes des Stangenwalzwerks in seiner relativen Größe entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass die Anstellung des vorgeschalteten Gerüstes entsprechend der Anstellung des ersten Gerüstes des Stangenwalzwerkes so eingestellt wird, dass das mittlere Spiel zur Stange für den Anstellungsbereich des 1. Gerüstes in seiner absoluten Größe gleich bleibt:
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5 dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibergrundradius eine Exzentrizität aufweist, die so bemessen ist, dass diese bei maximalem Auffahren des vorgeschalteten Gerüstes zu Null wird.