DE102014016502A1

DE102014016502A1 - Warmumformwerkzeug mit verstärkter Oxid-Schutzschicht

Info

Publication number: DE102014016502A1
Application number: DE102014016502.7A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-05-12
Also published as: JP2017536237A; CN107206442B; EP3017888B1; KR20170086519A; RU2687321C2; US20170333964A1; EP3017888A1; RU2017118964A3; WO2016071423A1; RU2017118964A; BR112017007858A2; CN107206442A

Abstract

Es wird ein Werkzeug aus Stahl, wie Lochdorn oder Walzstange, für die Warmfertigung nahtloser Stahlrohre, mit einer durch Umwandlung von Eisen in Eisenoxid erzeugten Schutzschicht vorgeschlagen, die eine große Dicke und eine Verstärkung durch ein innenliegendes eisenhaltiges Material aufweist Eine erhebliche Standzeiterhöhung bei nur geringen Mehrkosten wird erreicht

Description

Nahtlose Stahlrohre werden im Allgemeinen in drei Umformstufen auf entsprechenden Walzwerken durch Warmumformung gefertigt. In einer ersten Stufe wird auf einem sogenannten Lochschrägwalzwerk ein auf etwa 1200°C erhitzter massiver Stahlblock mittels eines Innenwerkzeuges, des Lochdornes, zum Hohlblock umgeformt. Dabei wird der Block mittels schräg gestellter Walzen über den Lochdorn getrieben. In der zweiten Umformstufe wird der Hohlblock in einem Längswalzprozess über dem Innenwerkzeug, einer Walstange, in Durchmesser und Wanddicke reduziert und in Längsrichtung gestreckt. In der dritten Umformstufe wird das Walzgut zu den geforderten Maßen in Durchmesser und Wanddicke umgeformt, wobei in der Regel kein Innenwerkzeug verwendet wird.
Die Innenwerkzeuge in den beiden ersten Umformstufen sind bei der Produktion hohen Temperaturen und hohen mechanischen Drücken ausgesetzt. In den meisten Fällen bestehen die Innenwerkzeuge aus hochwarmfestem Stahl. Bei der Produktion speziell mit größeren Walzzeiten ist eine sukzessive Erwärmung des Innenwerkzeuges oft nicht zu vermeiden. Infolge der Erwärmung nimmt die Festigkeit des Werkzeuges ab und das Werkzeug kann dann den mechanischen Belastungen nicht mehr standhalten. Das Werkzeug deformiert sich und bricht.
Um hohe Standzeiten zu erreichen, werden Lochdorne mit natürlichen Zunderschichten versehen. Diese Zunderschichten hemmen den Wärmezufluss vom Umformgut in das Werkzeug und schützen das Werkzeug vor schneller Erwärmung und raschem Festigkeitsverlust. Bei der Umformung von höher legierten Werkstoffen wird die Zunderschicht jedoch schnell abgetragen und der Wärmeschutz versagt. Bei Walzstangen werden je nach Umformverfahren natürlich verzunderte oder mit einer Chromschicht versehene Werkzeuge verwendet. In beiden Fallen ist die Wärmedämmung gegenüber dem Wärmezufluss vom Umformgut in das Werkzeug gering. So kommt es speziell bei Innenwerkzeugen mit reduzierter Geschwindigkeit und Kontaktlänge zu Erwärmung des Innenwerkzeuges und dessen Versagen durch Deformation und Bruch.
Die Standzeit der Werkzeuge ließe sich verbessern, wenn die Dicke der Oxidschicht vergrößert werden könnte. Dann wäre die Wärmeisolation besser und bei abrasivem Verschleiß bliebe die Schutzschicht länger erhalten. Die Schutzschicht, die natürlich aus dem Grundmaterial durch Umwandlung in Eisenoxide gebildet ist, weist keine hohe Stabilität auf. Sie ist spröde und porös und kann daher leicht bei mechanischer und thermischer Belastung zerstört werden. Daher sind diese Schutzschichten in ihrer Dicke begrenzt. Der Grenzwert der Schicht liegt bei etwa 0.8 mm. Die Schutzwirkung einer solchen Schicht ist daher entsprechend begrenzt. Wärme dringt daher in den Grundkörper des Werkzeuges ein und vermindert seine Festigkeit, wodurch es dann zum frühzeitigen Versagen des Werkzeuges kommt. Bei hochlegiertem Umformgut führt die Abrasion relativ schnell, d. h. nach einer kleinen Länge gewalzten Materials zum Abtrag der Schutzschicht.
Um höhere Standzeiten zu erreichen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass vor der Erzeugung der Schutzschicht eisenhaltige Körper auf die Oberfläche des Werkzeuges aufgebracht werden, die vollständig oder teilweise in Eisenoxid umgewandelt und so zum Bestandteil der Schutzschicht werden. Die auf die Oberfläche des Werkzeuges aufgebrachten eisenhaltigen Körper bestehen zum Beispiel aus einem Stahlgewebe mit einer Stahldrahtdicke von 2 mm und einer Maschenweite von 3 mm. Ein solches Stahlgewebe kann in unterschiedlicher Weise auf den Werkzeuggrundkörper aufgebracht werden. So kann das Gewebe durch Umformung auf die Gestalt des Werkzeuges vorgeformt und dann auf das Werkzeug aufgezogen werden. Auch ein Verschweißen des Stahlgewebes mit dem Grundkörper ist vorteilhaft. Statt eines Gewebes kann auch ein einfacher Draht um das Werkzeug gewickelt werden.
Bei der Oxidation des Werkzeuges mit dem auf seiner Oberfläche aufgebrachten eisenhaltigen Körper, zum Beispiel einem Stahlgewebe, wird ein Teil der Oberfläche des Werkzeuggrundkörpers sowie ein Teil des auf der Oberfläche aufgebrachten eisenhaltigen Körpers in Oxid umgewandelt. Gleichzeitig wird auf allen Oberflächen eine zusätzliche Oxidschicht gebildet. Dadurch wird auch Oxid in den Zwischenräumen zwischen den Körpern, zum Beispiel zwischen Werkzeuggrundkörper und aufgebrachten Stahlgewebe und innerhalb der Maschen des Stahlgewebes gebildet.
Im Ergebnis erhält man eine besonders dicke Schutzschicht, die durch innenliegende Körper verstärkt ist. Bei dem oben angeführten Beispiel eines Stahldrahtgewebes mit einer Drahtdicke von 2 mm und einer Maschenweite des Gewebes von 3 mm erhält man bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine zusammenhängende lückenlose Schicht von etwa 2.5 mm Dicke, wenn jeweils 0.5 mm der Oberflächen in Oxid umgewandelt werden und eine zusätzliche Schicht auf den Oberflächen von 0.5 mm erzeugt werden.
Doch nicht nur bei Lochdornen, den Innenwerkzeugen beim Lochen durch Schrägwalzen, auch bei den anderen Innenwerkzeugen, die bei der Herstellung nahtloser Stahlrohre verwendet werden, kann die erfindungsgemäße Oberflächenbeschichtung vorteilhaft angewandt werden. Bei den Walzstangen, den Innenwerkzeugen bei den Walzwerken mit mehreren hintereinander angeordneten Walzgerüsten in der zweiten Umformstufe ist insbesondere darauf zu achten, dass die Reibung zwischen Werkzeug und Walzgut gering ist. Daher muss für diesen Anwendungsfall die erfindungsgemäße Oberflächenschicht geschliffen und poliert werden. Auch kann eine zusätzliche Schicht z. B. aus Chrom auf die erfindungsgemäße Schutzschicht aufgetragen werden.
Der wirtschaftliche Nutzen der Erfindung liegt in der Verringerung der werkzeugkosten bei der Erzeugung von Stahlprodukten sowie der Verlängerung der Walzzeit, was in der Regel mit größeren Walzgutlängen und vermindertem Materialausschuß verbunden ist.
In dem oben aufgeführten Zahlenbeispiel wird die Schichtdicke gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik in etwa verdreifacht, was zu einer etwa dreifachen oder größeren Standzeit des Werkzeuges führt. Die Mehrkosten bei der Werkzeugherstellung liegen geschätzt bei etwa 10%. Das Erfindungsgemäße Verfahren bietet demzufolge einen beachtlichen wirtschaftlichen Vorteil.

Claims

Innenwerkzeug aus Stahl, wie Lochdorn oder Walzstange, für die Warmfertigung nahtloser Stahlrohre mit einer durch Umwandlung von Eisen in Eisenoxid erzeugten Schutzschicht, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Erzeugung der Schutzschicht eisenhaltige Körper auf die Oberfläche des Werkzeuges aufgebracht werden, die vollständig oder teilweise in Eisenoxid umgewandelt und so zum Bestandteil der Schutzschicht werden.