DE102016111591A1

DE102016111591A1 - Verfahren zum Umformen einer Luppe aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung in ein Rohr

Info

Publication number: DE102016111591A1
Application number: DE102016111591.6A
Authority: DE
Inventors: Jonas Gynerstedt; Thomas Froböse; Fernando RAVE
Original assignee: Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH
Current assignee: Alleima GmbH
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2017-12-28
Also published as: KR102331110B1; US10882090B2; JP6968111B2; JP2019524444A; ES2856965T3; WO2017220757A1; EP3475005A1; CN109328120A; US20190193131A1; KR20190021349A; PL3475005T3; EP3475005B1; CN109328120B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umformen einer Luppe aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung in ein Rohr. Während Rohre, die aus pulvermetallurgisch dispersionsgehärteten ferritischen FeCrAl-Legierungen kommerziell erhältlich sind können Luppen, die aus FeCrAl-Legierungen hergestellt sind bisher kaum zu Rohren mit kleinen Abmessungen umgeformt werden. Der Hauptgrund für die Probleme beim Umformen von Luppen aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung in ein fertiges Produkt ist, dass FeCrAl-Legierungen brüchig sind. Es ist daher ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Rohr, das aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung hergestellt ist, bereitzustellen, dass beliebig kleine Abmessungen aufweist. Darüber hinaus ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umformen einer rohrförmigen Luppe in ein fertiges Rohr aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung bereitzustellen. Mindestens einer der zuvor genannten Aspekte wird gelöst von einem Verfahren zum Umformen einer Luppe in ein Rohr mit den Schritten Bereitstellen der Luppe aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung, Erwärmen der Luppe auf eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C und Umformen der erwärmten Luppe durch Pilgerwalzen oder Ziehen in das Rohr.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rohr, das aus einer ferritischen Eisenchromaluminiumlegierung (FeCrAl-Legierung) hergestellt ist. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zum Umformen eines Rohlings aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung in ein Rohr sowie ein Verfahren zum Umformen einer Luppe in ein Rohr.
FeCrAl-Legierungen bieten eine große Warmwiderstandsfähigkeit bis ungefähr 1.450°C während sie gleichzeitig eine außergewöhnlich gute Formstabilität sowie eine Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion bereitstellen.
Während Rohre, die aus pulvermetallurgischen dispersionsgehärteten ferritischen FeCrAl-Legierungen hergestellt sind, kommerziell erhältlich sind, können Luppen, die aus FeCrAl-Legierungen hergestellt sind, bisher kaum in Rohre mit kleinen Abmessungen umgeformt werden. Die Hauptursache für die Probleme beim Umformen von Luppen bei einer ferritischen FeCrAl-Legierung in ein fertiges Produkt ist, dass FeCrAl-Legierungen spröde sind.
Dies ist insbesondere problematisch, da die pulvermetallurgische Produktion Randbedingungen im Hinblick auf die Abmessungen von extrudierten Rohren hat.
Es ist daher ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Rohr bereitzustellen, das aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung hergestellt ist, und das beliebig kleine Abmessungen aufweist. Darüber hinaus ist es ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umformen der rohrförmigen Luppe in ein fertiges Rohr aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung bereitzustellen.
Zumindest einer der zuvor genannten Aspekte wird durch ein Rohr aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung gelöst, das durch ein Verfahren erhalten wurde, welches die Schritte aufweist: Bereitstellen einer Luppe aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung, Erwärmen der Luppe auf eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C und Umformen der erwärmten Luppe durch Pilgerwalzen oder durch Ziehen in das Rohr.
Mindestens einer der zuvor genannten Aspekte wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Umformen einer Luppe aus der ferritischen FeCrAl-Legierung in ein Rohr mit einer Heizeinrichtung für die Luppe und einer Pilgerwalzanlage oder einer Zieheinrichtung, wobei die Heizeinrichtung für die Luppe vor einem Einlauf der Pilgerwalzanlage oder der Zieheinrichtung angeordnet ist und wobei die Heizeinrichtung so eingerichtet ist, dass sie während des Betriebs der Vorrichtung die Luppe auf eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C erwärmt.
Darüber hinaus wird mindestens einer der zuvor genannten Aspekte auch gelöst durch ein Verfahren zum Umformen einer Luppe in ein Rohr mit den Schritten: Bereitstellen der Luppe aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung, Erwärmen der Luppe auf eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C und Umformen der erwärmten Luppe durch Pilgerwalzen oder Ziehen in das Rohr.
In einer Ausführungsform wird gemäß dem vorliegenden Verfahren, so wie es zuvor und nachstehend definiert wird, die Luppe zu Beginn des Umformprozesses durch Pilgerwalzen oder Ziehen auf eine Temperatur in einem Bereich von 100°C bis 135°C erwärmt, in einer weiteren Ausführungsform auf eine Temperatur in einem Bereich von 110°C bis 130°C und in noch einer Ausführungsform auf eine Temperatur von ungefähr 125°C.
Die Umformprozesse werden verwendet zum Umformen einer metallischen Luppe in ein Rohr. Durch das Kaltumformen ändert das fertige Rohr nicht nur seine Eigenschaften aufgrund von Kaltverfestigung, die mit der Kaltumformung einhergeht, sondern die Wanddicke des Rohrs wird reduziert ebenso wie sein Innendurchmesser und sein Außendurchmesser. Durch Kaltumformen einer Luppe in ein Rohr kann ein Rohr mit genauen Abmessungen hergestellt werden.
Bisher können rohrförmige Luppen aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung aufgrund ihrer Brüchigkeit durch Pilgerwalzen oder Ziehen nicht kaltbearbeitet werden und alle Versuche, eine ferritische FeCrAl-Legierung kalt zu walzen oder kalt zu ziehen, werden zu einer Zerstörung der Luppe führen.
Eine Heißbearbeitung von Rohren bei Temperaturen oberhalb von 150°C führ typischerweise nicht zu den gewünschten Ergebnissen aufgrund der Tatsache, dass das Bearbeiten von Metallen oberhalb von 150°C aufwendigere Ansätze erfordert, um eine Schmierung zwischen der Luppe und dem Werkzeug, d. h. den Walzen der Pilgerwalzanlage oder der Ziehmatrize oder dem Kern, bereitzustellen.
Überraschenderweise wurde herausgefunden, dass eine Luppe aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung in ein Rohr umgeformt werden kann, wobei die als Kaltumformen oder Kaltbearbeiten bekannten Techniken verwendet werden, wenn die Luppe unmittelbar vor ihrem Einlauf die Walzanlage oder die Zieheinrichtung, d. h. bevor sie in Eingriff mit dem Werkzeug zum Kaltumformen kommt, auf eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C erwärmt wird. Mit anderen Worten ausgedrückt hat die Luppe, wenn sie in Eingriff mit dem Werkzeug zum Pilgerwalzen oder Ziehen kommt, eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C. Diese Temperatur vermeidet eine Zerstörung der Luppe während des Umformprozesses während sie dennoch kalt genug ist, um herkömmliche Schmierstoffe, die typischerweise zum Kaltumformen verwendet werden, zu verwenden. In einer Ausführungsform ist daher kein weiteres Element zwischen der Heizeinrichtung und dem Einlauf der Pilgerwalzanlage oder der Zieheinrichtung angeordnet.
Durch Verwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung können Rohre aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung hergestellt werden, die einen Außendurchmesser von 25 mm oder weniger aufweisen. Dieser Außendurchmesser von 25 mm oder weniger kann nicht durch extrudieren eines Walzblocks zu einem Rohr aus einer FeCrAl-Legierung erreicht werden. In einer Ausführungsform ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Herstellung von Rohren aus einer FeCrAl-Legierung mit einem Außendurchmesser von 10 mm oder weniger.
In einer Ausführungsform weist die FeCrAl-Legierung ausgedrückt in Gewichtsprozent auf: Cr 9 bis 25, Al 3 bis 7, Mo 0 bis 5, C 0 bis 0,08, Si 0 bis 3,0, Mn 0 bis 0,5, Rest Fe. In einer Ausführungsform weist die ferritische FeCrAl-Legierung darüber hinaus typischerweise auftretende Verunreinigungen auf.
In einer Ausführungsform weist die ferritische FeCrAl-Legierung darüber hinaus ausgedrückt in Gewichtsprozent auf: Y 0,05 bis 0,60, Zr 0,01 bis 0,30 und Hf 0,05 bis 0,5.
In einer Ausführungsform ist der Gehalt an Mo, C, Si und Mn größer als 0 Gewichtsprozent.
In einer Ausführungsform weist die ferritische FeCrAl-Legierung ausgedrückt in Gewichtsprozent auf: Cr 9 bis 25, Al 3 bi 7, Mo 0 bis 5, Y 0,05 bis 0,60, Zr 0,01 bis 0,30, Hf 0,05 bis 0,50, Ta, 0,05 bis 0,50, Ti 0 bis 0,10, C 0,01 bis 0,05, N 0,01 bis 0,06, O 0,02 bis 0,10, Si 0,10 bis 3,0, Mn 0,05 bis 0,50, P 0 bis 0,8, S 0 bis 0,005, Rest Fe. In einer Ausführungsform weist die ferritische FeCrAl-Legierung darüber hinaus typischerweise auftretende Verunreinigungen auf.
In den vorstehenden Ausführungsformen können die Zusammensetzungen der FeCrAl-Legierung darüber hinaus zusätzlich Elemente und Substanzen in Konzentrationen aufweisen, wobei diese Elemente oder Substanzen die spezifischen Eigenschaften einer FeCrAl-Legierung, so wie sie in dieser Anmeldung beschrieben werden, nicht ändern. In diesem Fall bezeichnet der Ausdruck „Rest Fe” den Rest bis 100% zusätzlich zu den notwendigen Elementen gemäß den Ausführungsformen plus optionale Elemente oder Substanzen.
Legierungen, welche in die zuvor genannten Spezifikationen fallen, sind durch eine außergewöhnliche Wärmebeständigkeit, Formstabilität sowie Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion gekennzeichnet.
Anwendungen für Rohre aus FeCrAl-Legierungen sind Hochtemperaturöfen zum Brennen von Keramiken, Glühöfen und Öfen für die Elektronikindustrie.
In einer Ausführungsform erfordert ein Umformen einer Luppe aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung in ein Rohr bei Temperaturen oberhalb von Raumtemperatur eine detaillierte Betrachtung der verwendeten Schmierstoffe, um die Reibung zwischen dem Werkzeug und der Luppe zu reduzieren. Daher wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vor dem Schritt des Erwärmens mindestens eine Außenfläche der Luppe mit einem Polymer, dass als ein Schmierstoff dient, beschichtet.
In einer Ausführungsform wird das Polymer als eine Polymersuspension auf die Luppe aufgetragen, um die Luppe zu beschichten. In einer Ausführungsform ist die Suspension wasserbasiert. In einer weiteren Ausführungsform ist die Suspension frei von einer Substanz ausgewählt aus organischen Lösungsmitteln, Fluor, Chlor, Schwefel oder irgendeiner Kombination davon.
In einer Ausführungsform wird das Polymer aufgetragen durch Sprühen des Polymers oder der Polymersuspension auf die Luppe oder durch Eintauchen der Luppe in das Polymer oder die Polymersuspension vor dem Schritt des Erwärmens.
In einer weiteren Ausführungsform wird, um eine Polymerbeschichtung bereitzustellen, die Luppe vor dem Schritt des Erwärmens mit einem Polymer, dass als ein Schmierstoff dient, beschichtet durch Eintauchen der Luppe in eine Polymersuspension. In einer Ausführungsform der Erfindung liegt die Konzentration des Polymers in der Suspension in einem Bereich von 30 Gew.-% bis 50 Gew.-%. In einer weiteren Ausführungsform liegt die Temperatur der Polymersuspension während des Eintauchens der Luppe in einem Bereich von 55°C bis 60°C. In einer Ausführungsform wird die Luppe für eine Zeitdauer in einem Bereich von 4 Minuten bis 8 Minuten eingetaucht.
Wenn eine Polymersuspension auf die Luppe aufgetragen wird, wird in einer Ausführungsform die Luppe danach und vor dem Erwärmen davon getrocknet. Auf diese Weise wird ein getrockneter Polymerfilm auf der Oberfläche der Luppe bereitgestellt. In einer Ausführungsform liegt die Dicke des getrockneten Films in einem Bereich von 4 g/m² bis 6 g/m². In einer Ausführungsform wird die Luppe mit warmer Luft getrocknet.
In einer Ausführungsform erfährt die Luppe der ferritischen FeCrAl-Legierung eine Korrosion während der Zeit zwischen der Herstellung der Luppe und dem Umformen der Luppe in ein Rohr gemäß der vorliegenden Erfindung. Daher wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Luppe vor dem Beschichten gestrahlt.
Das Strahlen kann in einer Ausführungsform mit abbrasiven Teilchen wie Sand oder Glas, ausgeführt werden.
In einer Ausführungsform, bei der während des Schritts des Umformens die Luppe durch eine Ziehmatrize und über einen Kern gezogen wird, um die fertigen Abmessungen des Rohrs zu definieren, wird die Luppe vor dem Beschichten nur auf einer Innenfläche gestrahlt. Überraschenderweise führt ein Strahlen der Luppe vor dem Beschichten mit einem als Schmierstoff dienenden Polymer zu den besten Ergebnissen wenn das Strahlen nur auf der Innenfläche der Luppe ausgeführt wird.
In einer weiteren Ausführungsform wird während des Schritts des Umformens ein ölbasierter Schmierstoff auf die Luppe aufgetragen. In einer Ausführungsform wird der ölbasierte Schmierstoff zusätzlich zu der Polymerbeschichtung, d. h. auf die Polymerbeschichtung, aufgetragen. Als ein ölbasierter Schmierstoff zum Ziehen kann irgendein bekanntes Ziehöl zum Kaltziehen verwendet werden. Zum Pilgerwalzen kann irgendein bekannter ölbasierter Schmierstoff, der zum Kaltpilgerwalzen geeignet ist, verwendet werden.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der während des Schritts des Umformens die Luppe durch eine Ziehmatrize und über einen Kern gezogen wird, wird der ölbasierte Schmierstoff nur auf eine Außenfläche der Luppe aufgetragen. Überraschenderweise wird, obwohl ein Ziehkern verwendet wird, der ölbasierte Schmierstoff vorteilhafterweise nur auf die Außenfläche der Luppe aufgetragen.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Bereitstellens der Luppe ein Extrudieren der Luppe aus einem Walzblock. Der Walzblock wiederum wird in einer Ausführungsform entweder durch ein pulvermetallurgisches Verfahren oder durch Gießen hergestellt. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Umformen der erwärmten Luppe in das Rohr durch Pilgerwalzen ausgeführt.
Pilgerwalzen ist ein weit verbreitetes Verfahren zum Reduzieren der Abmessungen eines Rohrs. Pilgerwalzen so wie es hier betrachtet wird, wird im Stand der Technik bei Raumtemperatur ausgeführt und ist daher als Kaltpilgerwalzen bekannt. Während des Pilgerwalzens in einem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Luppe über einen kalibrierten Dorn gedrückt, der den Innendurchmesser des fertigen Rohrs definiert. Die Luppe wird von zwei kalibrierten Walzen, die den Außendurchmesser des Rohrs definieren, gegriffen. Die Walzen walzen die Luppe in einer Längsrichtung über den Kern aus.
Zu Beginn des Pilgerwalzprozesses wird die Luppe von einem Antrieb in das Spannfutter des Zuführers bewegt. An einem in der Zuführrichtung der Luppe vorderen Umkehrpunkt des Walzgerüsts haben die Walzen eine Winkelposition, in der die Luppe in die Einlauftaschen der Walzen eingeführt und zwischen den Walzen angeordnet werden kann. Die beiden vertikal übereinander an dem Walzgerüst befestigten Walzen walzen über die Luppe durch Abrollen vor und zurück in einer Richtung parallel zu der Zuführrichtung der Luppe. Während der Bewegung des Walzgerüsts zwischen dem vorderen Umkehrpunkt und dem hinteren Umkehrpunkt strecken die Walzen die Luppe über dem in der Luppe gehalterten Kern aus.
Die Walzen und der Kern sind kalibriert, sodass der zwischen den Walzen und dem Kern gebildete Spalt in dem Abschnitt der Walzen, der als das Arbeitskaliber bezeichnet wird, kontinuierlich von der Wanddicke der Luppe vor dem Umformen zu der Wanddicke des vollständig gewalzten Rohrs reduziert wird. Darüber hinaus wird der von den Walzen definierte Außendurchmesser von dem Außendurchmesser der Luppe zu dem Außendurchmesser des fertigen Rohrs reduziert. Darüber hinaus wird der von dem Kern definierte Innendurchmesser von dem Innendurchmesser der Luppe zu dem Innendurchmesser des fertigen Rohrs reduziert. Zusätzlich zu dem Arbeitskaliber weisen die Walzen ein Glättkaliber auf. Das Glättkaliber reduziert weder die Wanddicke des Rohrs noch den Innen- oder den Außendurchmesser des Rohrs, sondern wird zum Glätten der Oberflächen des herzustellenden Rohrs verwendet. Wenn die Walzen den hinteren Umkehrpunkt des Walzgerüsts erreicht haben, so haben die Walzen eine Winkelposition, bei der die Walzen eine Auslauftasche bilden um die Walzen außer Eingriff mit dem Rohr zu bringen.
Ein Zuführen der Luppe in der Zuführrichtung erfolgt entweder an dem vorderen Umkehrpunkt des Walzgerüsts oder an dem vorderen Umkehrpunkt sowie an dem hinteren Umkehrpunkt des Walzgerüsts. In einer Ausführungsform kann jeder Abschnitt der Luppe mehrere Male gewalzt werden. In dieser Ausführungsform sind die Zuführschritte für die Luppe in der Zuführrichtung signifikant kleiner als der Weg des Walzgerüsts von dem vorderen Umkehrpunkt zu dem hinteren Umkehrpunkt. Durch mehrmaliges Walzen jedes Abschnitts des Rohrs können eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohrs, eine hohe Oberflächenqualität des Rohrs sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht werden.
Um eine gleichmäßige Form des fertigen Rohrs zu erhalten erfährt die Luppe zusätzlich zu einem schrittweisen Vorschub eine schrittweise Drehung um ihre Symmetrieachse. Eine Drehung der Luppe wird in einer Ausführungsform an mindestens einem Umkehrpunkt des Walzgerüsts bereitgestellt, d. h. sobald die Luppe an der Einlauftasche bzw. der Auslauftasche außer Eingriff mit den Walzen ist.
Ein alternatives Verfahren zum Umformen der Luppe in ein Rohr gemäß der vorliegenden Erfindung wird als Ziehen bezeichnet. Ziehen so wie es hier betrachtet wird, wird im Stand der Technik bei Raumtemperatur ausgeführt und ist daher als Kaltziehen bekannt.
Wenn eine Luppe zu einem fertigen Rohr gezogen wird, so können verschiedene Verfahren als Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, d. h. Hohlzug, Kernzug und Stangenzug. Während des Prozesses des Hohlzugs wird nur der Außendurchmesser der Luppe durch Ziehen der Luppe durch eine Ziehmatrize reduziert ohne darüber hinaus den Innendurchmesser des Rohrs zu definieren. Während des Kernzugs und Stangenzugs werden gleichzeitig der Innendurchmesser und die Wanddicke des gezogenen Rohrs von einem Kern definiert. Entweder ist der Kern nicht festgelegt, jedoch von der Luppe selbst gehalten oder im Stangenzug wird der Kern von einer sich durch den Innendurchmesser der Luppe erstreckenden Stange gehalten. In einer Ausführungsform bei der ein Kern während des Ziehverfahrens verwendet wird, definieren die Ziehmatrize und der Kern einen ringförmigen Spalt, durch den die Luppe gezogen wird. Wenn ein Kern verwendet wird, so können der Außendurchmesser, der Innendurchmesser sowie die Wanddicke während des Ziehprozesses reduziert werden und das fertige Rohr hat Durchmesser innerhalb enger Toleranzen. Eine Zieheinrichtung kann entweder kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden. Während des Ziehprozesses wird das Werkstück von einem Antrieb auf der Seite der Ziehmatrize gehalten, auf der das fertige Rohr gegriffen werden kann. Um eine Luppe kontinuierlich in ein Rohr zu ziehen, benötigt die Zieheinrichtung in einer Ausführungsform mindestens zwei Ziehantriebe, die abwechselnd das Rohr greifen, um kontinuierlich das Rohr durch die Ziehmatrize zu ziehen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Zieheinrichtung eine Ziehbank.
In einer Ausführungsform der Erfindung wir das Rohr nach dem Schritt des Umformens der Luppe in das Rohr in einer Richtmaschine gerichtet, wobei vor dem Zuführen in die Richtmaschine das Rohr wieder auf eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C erwärmt wird. In einer weiteren Ausführungsform wird die Luppe vor dem Beginn des Richtens auf eine Temperatur in einem Bereich von 100°C bis 135°C erwärmt, in einer weiteren Ausführungsform auf eine Temperatur in einem Bereich von 110°C bis 130°C und in einer weiteren Ausführungsform auf eine Temperatur von 125°C.
Weitere Vorteile, Ausführungsformen und Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon sowie der beigefügten Figuren deutlich.
1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine schematische Seitenansicht einer kontinuierlich arbeitenden Ziehbank gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine schematische vergrößerte weggebrochene Seitenansicht der Heizeinrichtung aus 2.
In den Figuren sind identische Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Umformen einer Luppe in ein Rohr gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschreibt. In einem ersten Schritt 100 wird eine Luppe aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung bereitgestellt. In dem Fall der vorliegend beschriebenen Ausführungsform besteht diese ausgedrückt in Gewichtsprozent aus Cr 12 bis 25, Al 3 bis 7, Mo 0 bis 5, C 0 bis 0,08, Si 0 bis 0,7, Mn 0 bis 0,4, Y 0,05 bis 0,60, Zr 0,01 bis 0,30, Hf 0,05 bis 0,5, während der Rest Fe und typischerweise auftretende Verunreinigungen sind.
Diese FeCrAl-Legierung hat eine außergewöhnliche Wärmebeständigkeit, Formstabilität und Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion.
Um in der Lage zu sein die in Schritt 100 bereitgestellte Luppe zu ziehen, wird die Luppe in Schritt 101 ausschließlich auf ihrer Innenfläche glasgestrahlt. Durch Glasstrahlen der Innenfläche wird jede Korrosion auf der Innenfläche abgetragen. Überraschenderweise verbessert ein Strahlen der Luppe auf ihrer Außenfläche die Eigenschaften des fertigen Rohrs nicht weiter.
Nach dem Strahlen wird die Luppe in Schritt 102 in eine wasserbasierte Polymersuspension eingetaucht. Durch Eintauchen der Luppe in die Polymersuspension beschichtet die Polymersuspension die Luppe. Nach Trocknen der Luppen in warmer Luft in Schritt 103 beschichtet das in der Polymersuspension enthaltene Polymer die ganze Luppe als ein Film und dient als ein Schmierstoff für die Luppe während des Umformens davon in ein Rohr. In dem Fall der vorliegend beschriebenen Ausführungsform ist die zum Beschichten der Luppe verwendete Polymersuspension ein als GARDOMER L6332 von Chemetall aus Frankfurt, Deutschland erhältliches Produkt.
Wenn die Beschichtung getrocknet ist, wird die beschichtete Luppe in eine Ziehbank als eine Zieheinrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung eingeführt, um die Luppe in ein Rohr umzuformen.
Die Ausführungsform einer Ziehbank, so wie sie in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist in 2 und 3 abgebildet.
Um in der Lage zu sein, das brüchige Material durch einen zwischen einer Ziehmatrize 7 und einem Kern 8 bereitgestellten Spalt zu ziehen, wird die Luppe in Schritt 104 auf eine Temperatur von 125°C erwärmt, wobei die Temperatur gemessen wird unmittelbar bevor das Rohr in die von den Werkzeugen, d. h. von der Ziehmatrize 7 und dem Kern 8, definierte Umformzone 9 eintritt. Zuletzt wird die Luppe in Schritt 105 durch den von der Ziehmatrize 7 und dem Kern 8 gebildeten Spalt gezogen. Gleichzeitig mit dem Ziehen der Luppe in das Rohr wird ein Schmierstoff auf die Außenfläche der Luppe aufgetragen. In der beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der auf die Außenfläche der Luppe aufgetragene ölbasierte Schmierstoff ein zum Kaltziehen verfügbares Ziehöl.
In 2 ist schematisch eine Vorrichtung zum Umformen der rohrförmigen Luppe wie oben beschrieben für das Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung zum Umformen der Luppe in ein Rohr ist eine herkömmliche kontinuierlich arbeitende Ziehbank 1, wobei in der Ziehrichtung vor der Prozesszone 9 eine Heizeinrichtung 22 angeordnet ist. Diese Heizeinrichtung 22 ist so eingerichtet, dass sie eine Luppe 26 auf eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C erwärmt, wobei die exakte Temperatur in Abhängigkeit von dem exakten Material der rohrförmigen Luppe sowie von den für die schmierende Beschichtung gewählten Polymer gewählt werden kann.
2 ist eine schematische Ansicht einer kontinuierlich arbeitenden Ziehbank 1. Die wesentlichen Elemente der Ziehbank 1 sind zwei Zieheinrichtungen 18, 19 sowie die Ziehwerkzeuge 7, 8. Jede der Zieheinrichtungen 18, 19 hat einen Linearantrieb 3, 4 einen von dem Linearantrieb 3, 4 angetriebenen Ziehschlitten 5, 6 und einen Spannzylinder 12, 13 auf dem Ziehschlitten 5 bzw. 6.
In der gezeigten Ausführungsform sind eine Ziehmatrize 7 und ein Ziehkern 8 in der Prozesszone 9 der Ziehbank 1 angeordnet. Während die Ziehmatrize dazu dient, den Außendurchmesser des Rohrs 2 zu definieren, definiert der Ziehkern 8 den Innendurchmesser des Rohrs 2. Der Kern 8 ist auf einer Kernstange 10 gehalten, die wiederum in einem Kernstangenhalter 11 aufgenommen ist und sich durch die Luppe 26 erstreckt. Diese Luppe 26 ist als der Teil des Rohrs definiert, der noch nicht umgeformt ist, d. h. der betrachtet in der Ziehrichtung 14 vor der Prozesszone 9 angeordnet ist. Mit dem Bezugszeichen 2 ist der umgeformte Teil des Rohrs bezeichnet.
Auf jedem der Ziehschlitten 5, 6 ist ein Spannzylinder 12, 13 montiert, der das Rohr 2 konzentrisch einspannt.
Die Ziehbank 1 weist eine zentrale Steuerung 15 auf, die über Steuerleitungen mit den Linearmotoren 3, 4 sowie mit den hydraulischen Steuerungen für die Spannzylinder 12, 13 verbunden ist.
Um ein detailliertes Verständnis des Ziehprozesses zu ermöglichen, wird nun der Fluss einer Luppe 26 zu dem fertigen Rohr 2 aus einer FeCrAl-Legierung unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Das Ende der Luppe wird durch den Spannzylinder 13 des Ziehschlittens 6 der ersten Zieheinrichtung 19 geführt, von dem Spannzylinder 13 eingespannt und gegriffen. In diesem Schritt des Ziehprozesses ist der Ziehschlitten 6 in seiner werkzeugseitigen Endposition 16 neben der Prozesszone 9.
Die zum Umformen erforderliche Ziehkraft wird dann von dem Linearmotor 4 aufgebracht und das Rohr wird durch den zwischen der Ziehmatrize 7 und dem Ziehkern 8 gebildeten ringförmigen Spalt gezogen. Die Luppe 26 wird dann in der Ziehrichtung 14 nach vorne zugeführt bis sie sich durch den Spannzylinder 12 auf dem Ziehschlitten 5 der zweiten Zieheinrichtung 18 erstreckt.
Sobald der Ziehschlitten 6 des zweiten Linearmotors 4 seine linke Endposition 17 in 1 erreicht, veranlasst die Steuerung 15, dass sich der Spannzylinder 13 öffnet und sich gleichzeitig der Spannzylinder 12 der zweiten Zieheinrichtung 18 schließt. Zur gleichen Zeit fängt der Ziehschlitten 12 der zweiten Zieheinrichtung 18 an, das Rohr 2 in der Ziehrichtung 14 zu bewegen. Der Ziehschlitten 5 bewegt die zweite Zieheinrichtung 18 von ihrer ersten Endposition 20 am nächsten an der Prozesszone 9 zu der zweiten Endposition 21. Gleichzeitig kehrt der Ziehschlitten 6 der Zieheinrichtung 19 in seine Anfangsposition, d. h. zur ersten Endposition 16, zurück.
Dieses Wechselspiel zwischen zwei Zieheinrichtungen 18, 19 wird wiederholt bis das Rohr 2 vollständig durch den ringförmigen Spalt zwischen der Ziehmatrize 7 und dem Ziehkern 8 gezogen wurde.
3 zeigt eine detailliertere Ansicht der Heizeinrichtung 22. Die Heizeinrichtung 22 enthält eine Induktionsspule 23, wobei sich die Luppe 26 in einer Längsrichtung durch die Windungen der Spule 23 erstreckt. Durch Anlegen eines Wechselstroms durch die Spule 23 werden in der Luppe 26 Ströme induziert, die dann wiederum zu einem Erwärmen der Luppe 26 führen. Um einen geregelten Stromfluss durch die Spule 23 bereitzustellen, ist die Spule 23 elektrisch mit einem Treiber 24 verbunden. Der Treiber 24 stellt die erforderliche gesteuerte Wechselstromleistung an die Spule 23 bereit, während er gleichzeitig einen Messeingang von einem Laserthermometer 25 erhält. Das Laserthermometer 25 ist auch elektrisch mit dem Treiber 24 verbunden, um den Strom durch die Spule 23 so zu regeln, dass die Luppe 26 in einer Zuführrichtung der Luppe 26 hinter der Spule 23 eine definierte Temperatur von 125°C aufweist. Eine Messung der Temperatur der Luppe 26 durch das Thermometer 25 erfolgt wie in 2 abgebildet direkt vor der Prozesszone 9 der Ziehbank 1.
Zum Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass alle Merkmale so wie sie aus der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann ersichtlich sind, sogar wenn sie detailliert nur in Verbindung mit bestimmten anderen Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in irgendwelchen Kombinationen mit anderen der hierin offenbarten Merkmale oder Gruppen von Merkmalen kombiniert werden können, es sei denn, dies wurde ausdrücklich ausgeschlossen oder technische Gegebenheiten machen derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos. Eine vollständige explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird nur der Kürze und Lesbarkeit der Beschreibung wegen weggelassen.
Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangegangenen Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, ist diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als eine Beschränkung des Schutzbereichs, so wie er durch die Ansprüche definiert wird, gedacht. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen werden für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen” nicht andere Elemente oder Schritte aus und der unbestimmte Artikel „ein” oder „eine” schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.
Bezugszeichenliste

1: Ziehbank
2: Rohr
3, 4: Linearmotor
5, 6: Ziehschlitten
7: Ziehmatrize
8: Kern
9: Prozesszone
10: Kernstange
11: Kernstangenhalter
12, 13: Spannzylinder
14: Ziehrichtung
15: Steuerung
16: werkzeugseitige Endposition
17: linke Endposition
18, 19: Zieheinrichtung
20: erste Endposition
21: zweite Endposition
22: Heizeinrichtung
23: Induktionsspule
24: Treiber
25: Laserthermometer
26: Luppe
100: Bereitstellen der Luppe
101: Strahlschritt
102: Beschichtungsschritt
103: Trockenschritt
104: Heizschritt
105: Ziehschritt

Claims

Rohr (2) hergestellt einer ferritischen FeCrAl-Legierung, erhalten durch ein Verfahren mit den Schritten Bereitstellen einer Luppe (26) aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung, Erwärmen der Luppe (26) auf eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C und Umformen der erwärmten Luppe (26) in das Rohr durch Pilgerwalzen oder Ziehen.
Rohr (2) nach Anspruch 1, wobei das Rohr einen Außendurchmesser von 25 mm oder weniger raufweist.
Vorrichtung zum Umformen einer Luppe (26) aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung in ein Rohr (2) mit einer Heizeinrichtung (22) für die Luppe (26) und einer Pilgerwalzanlage oder einer Zieheinrichtung (1), wobei die Heizeinrichtung (22) für die Luppe (26) vor einem Einlauf der Pilgerwalzanlage oder der Zieheinrichtung (1) angeordnet ist und wobei die Heizeinrichtung (22) so eingerichtet ist, dass sie die Luppe (26) während eines Betriebs der Vorrichtung auf eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C erwärmt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Heizeinrichtung (22) eine induktive Heizung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die induktive Heizung eine Induktionsspule (23) aufweist, die so angeordnet ist, dass während eines Betriebs der Vorrichtung die Luppe (26) in einer Längsrichtung der Induktionsspule (23) durch die Induktionsspule (23) geführt wird.
Verfahren zum Umformen einer Luppe (26) in ein Rohr mit den Schritten Bereitstellen (100) der Luppe (26) aus einer ferritischen FeCrAl-Legierung, Erwärmen (104) der Luppe (26) auf eine Temperatur in einem Bereich von 90°C bis 150°C und Umformen (105) der erwärmten Luppe (26) in das Rohr durch Pilgerwalzen oder Ziehen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die ferritische FeCrAl-Legierung in Gewichtsprozent aufweist Cr 9 bis 25, Al 3 bis 7, Mo 0 bis 5, C 0 bis 0,08, Si 0 bis 3,0, Mn 0 bis 0,5, Rest Eisen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die ferritische FeCrAl-Legierung in Gewichtsprozent aufweist Cr 9 bis 25, Al 3 bis 7, Mo 0 bis 5, C 0 bis 0,08, Si 0 bis 3,0, Mn 0 bis 0,5, Rest Eisen.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei vor dem Schritt des Erwärmens (104) mindestens eine Außenfläche der Luppe (26) mit einem als Schmierstoff dienenden Polymer beschichtet (102) wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei vor dem Schritt des Erwärmens die Luppe (26) mit einem als Schmierstoff dienenden Polymer beschichtet wird durch Eintauchen (102) der Luppe (26) in eine Polymersuspension und Trocknen (103) der Luppe (26) nach dem Eintauchen.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Luppe (26) vor dem Beschichten gestrahlt (101) wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei während des Schritts des Umformens die Luppe (26) durch eine Ziehmatrize und über einen Kern gezogen wird und wobei vor dem Beschichten die Luppe (26) ausschließlich auf einer Innenfläche bestrahlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei während des Schritts des Umformens ein Öl basierender Schmierstoff auf die Luppe (26) aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei während des Schritts des Umformens die Luppe (26) durch eine Ziehmatrize (7) und über einen Kern (8) gezogen wird und wobei der Öl basierte Schmierstoff ausschließlich auf eine Außenfläche der Luppe (26) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, wobei in dem Schritt des Bereitstellens (100) der Luppe (26) die Luppe aus einem Walzblock extrudiert wird.