DE1602325A1

DE1602325A1 - Verfahren zum Herstellen mit Rippen versehener Stahlrohre

Info

Publication number: DE1602325A1
Application number: DE19671602325
Authority: DE
Inventors: Tohichiro Tsutsui
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1966-10-24
Filing date: 1967-10-24
Publication date: 1970-04-23
Also published as: US3537289A; GB1182928A; GB1182927A

Description

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DIPL..ING. H.LEINWEBER dipl-ing. H.ZIMMERMANN

Postichtdc-Konto:	Bank-Konto:	Telefon	Tel.-Adr.
München 220«	Dresdner Bank AG.	München (Olli) 2«1f It	Lelnpat Manchen
	München 2, Marienplatz, Kte.-Nr. 92790
Z/Wy/ho			1602325

P/163

8 München 2, Rosental 7, 2. Aufg. (Kustermann-Passage)

_den 24. Oktober 196? KPPOI KOKAH KABUSHIKI KAISHA, Tokyo / Japan

Verfahren zum Herstellen mit Rippen versehener Stahlrohre

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Herstellen mit Rippen versehener Stahlrohre.

Dabei sollen die Rippen in einem verhältnismäßig einfachen Verfahren hergestellt werden, bei dem gleichzeitig Maßgenauigkeit und eine ausgezeichnete Qualität des fertigen Produkts erzielt werden. Es besteht gegenwärtig wachsende Nachfrage nach mit Rippen versehenen Stahlrohren für Heizkesselrohre oder Ofenwände. Mit Rippen versehene Stahlrohre sind nämlich leicht zu montieren, haben eine gegenüber herkömmlichen Rohren verbesserte Wärmeleitfähigkeit, die im Ofen ihre Hitzefestigkeit und ihre Lebensdauer erhöht, und verringern gleichzeitig das Kesselgesamtgewicht. Dadurch kann mit der derartigen Rohren ein Ofen sehr billig hergestellt werden. Bisher

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wurden mit Rippen versehene Stahlrohre gewöhnlich durch Heißaufdorniighergestellt oder durch getrennte Fertigung des Stahlrohres selbst und der Rippenteile, die anschließend beispielsweise durch elektrisches Widerstandsschweißen zum fertigen mit Rippen versehenen Stahlrohr zusammengefügt werden. Diese Herstellungsverfahren sind jedoch schwierig und erfordern überdies platzaufwendige Maschinenanlagen. Darüber hinaus sind vor allem die erzielten Maßhaltigkeiten der fertigen Erzeugnisse schlecht. Mit Rippen versehene Stahlrohre werden selten einzeln, vielmehr gewöhnlich in größerer Anzahl und dann mit ihren Rippen miteinander in paralleler Lage verschweißt verwendet. Aus diesem Grunde ist die Maßhaltigkeit von den miteinander zu verschweißenden Rohren ein sehr wichtiger Punkt. Es ist jedoch bisher noch kein Verfahren vorgeschlagai worden, nach dem mit geringen Kosten Rohre hergestellt werden können, bei denen die oben angeführten Nachteile nicht auftreten.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, diesen Nachteilen abzuhelfen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen* das Ausgangsrohr beispielsweise durch Heißziehen herzustellen und es dann durch einen Kaltziehvorgang auf die gewünschten Abmessungen zu bringen. In diesem Fall ist es nicht notwendig, irgendeine besondere Maschinenausrüstung zu benützen. Es kann vielmehr jede gewöhnliche Walzanlage und die übliche Kaltziehbank ver-

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j wendet werden. Erfindungsgemäß wird also beim nach dom Aus-

walzen erfolgenden Kaltziehen die Abmessung der Hippen be-

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stimmt. Dabei wird an den Hippen eine größere Verringerung der Materialstärke vorgenommen, als am Rohr selbst. Bei der Verringerung der Materialstärke handelt es sich um eine Querschnitts- bzw, eine Flächenverringerung. Erfindungsgemäß wird vibiter ein geeignetes Materialstärkenverringerungsprogramm festgelegt und im Kaltziehvorgang eine Endfläche der Hippe so ausgebildet, daß sie für das Schweißen besonders geeignet ist. ·

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man ein sehr gut maßhaltiges Hohr auch mit einem Ausgangsrohr, das nach einem herkömmlichen Dorn-Walzverfahren oder einer anderen bekannten Waliart, beispielsweise mit Heißaufdornung, hergestellt wurde. ' Besondere Maschinenausrüstungen oder komplizierte Verfahren, die die Herstellungskosten erhöhen würden, sind nicht erforderlich.

Erfindungsgemäß werden also mit Hippen versehene Stahlrohre in sehr guter Maßhaltigkeit hergestellt. Werden ihre Hippen beim Zusammenbau parallel zueinander angeordnet und miteinander verschweißt als Heizkesselrohre oder in Ofenwänden benützt, so ist dafür keine zusätzliche Bearbeitung erforderlich: die Rohre können unmittelbar so, wie sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, miteinander verschweißt wer-

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den. Für das Verschweißen war bei bekannten Rohren im allgemeinen eine Abschrägung an einem Ende des Rohres erforderlich. Bei erfindungsgemäß hergestellten mit Rippen versehenen Stahlrohren ist das nicht erforderlich.

Gegenstand der Erfindung ist auch das Herstellen mit Rippen versehener Stahlrohre, die einen hohen wirtschaftlichen. Wert haben, wenn sie als mit Rippen versehene Stahlrohre eine Wärmebehandlung durchgemacht haben, die dem erfindungsgemäßen Verfahren vorangestellt ist. Wird insbesondere kein Verschweißen der Rohre miteinander nötig, so sind auch die nur durch die Wärmebehandlung erhaltenen Stahlrohre brauchbar und können für dadurch wirtschaftlich günstige Konstruktionen verwendet werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung besteht darin, daß beim Herstellen von mit Rippen versehenen Stahlrohren, die den späteren Verfahrensschritten des erfindungsgemäßen Verfahrens unterworfen werden, keine besonderen Dorn-Walzenanlagen benützt werden müssen. Es kann vielmehr jedes mit Rippen versehene Stahlrohr bearbeitet werden, und zwar auch ein Stahlrohr, das nach einem bekannten Verfahren, beispielsweise durch Heißaufdornung hergestellt wurde. Sind die Rippen insbesondere durch Heißaufdornung hergestellt worden, so kommt es häufig zum Auftreten .unregelmäßiger Bogenformen mit Löchern im Randbereich, was für das Schweißen ungünstig ist. Werden nun die späteren Verfahrens-

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schritte der Erfindung auf einen derartigen Rippenabschnitt angewendet, so ergibt sich trotzdem eine hohe Maßhaltigkeit und eine für den Schweißvorgang geeignete Form.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren für das Herstellen mit Rippen versehener Stahlrohre ist für die Rollen der Dorn-Walzanlagen, die zum Herstellen des Ausgangsrohres am besten geeignet sind und den weiteren Verfahrensschritt im erfindungsgemäßen Verfahren darstellen, keine besondere Ausrüstung erforderlich. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens genügt eine gewöhnliche Dorn-Walzanlage. Dabei liegt das Merkmal der Erfindung im Grad der Durchmesserverringerung. Die erfindungsgemäßen mit Rippen versehenen Stahlrohre werden zunächst wie einfache Stahlrohre mit Hilfe des üblichen Mannesmann-Loendorns durchbohrt. Dann werden die Rippenteile ausgebildet und die Rohre mehrere Male durch eine Dorn-Walzanlage mit verschiedenen lichten Weiten geführt, wodurch man Rohre mit kreisförmigem oder elliptischem Querschnitt erhält. Das so hergestellte mit Rippen versehene Stahlrohr bekommt deshalb einfach und sicher den gewünschten Außendurchmesser, die gewünschte Rohrwandstärke, die gewünschte Dicke der Rippe und ebenfalls die gewünschte Rippenbreite, und zwar durch das weiter unten beschriebene Durchmesserverringerungsprogramm.

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Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich .aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht, und zwar zeigen Fig. 1 einige erfindungsgemäß in Dorn-Walzanlagen verwendete Walzkaliber,

Fig. 2 die zugehörigen Walzdorne,

Fig. 3 den Querschnittaufbau eines Rohres nach dem erfindungsgemäßen Heißwalzen,
Fig. 4 ein Endteil eines liohres nach dem erfindungsgemäßen

Kaltziehen, und
Fig. 5 eine Querschnittsansicht des üohres nach Fig. 4.

Fig. 1 zeigt Walzkaliber A, B und J) mit kreisförmigem Arbeitsquerschnitt bzw. ein Walzkaliber G mit elliptischem Querschnitt. Dabei ist jedenfalls zwischen einer oberen Walze 1 und einer unteren Walze 2 ein Spalt f vorhanden. Der Spalt wird derart dimensioniert, daß die Hippe am fertiggestellten Bohr die gewünschte Abmessung hat. Diese Anordnung arbeitet auch bereits mit den bei den Walzkalibern A und C in Fig. 1 gezeigten einfachen Spalten wirkungsvoll. loch bessere Maßhaltigkeit kann jedoch erzielt werden, wenn man die für die Walzkaliber B verwendeten seitlichen Abstufungen 3 benützt oder die beim Walzkaliber D gezeigten lasen 4, die in Ausnehmur^er: 3 der

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Gegenwalze eingreifen. Die Walzkaliber B und D sind deshalb vorzuziehen. Die zusammen mit den Walzkalibern verwendeten Dorne sind in Fig. 2 gezeigt. Der Dorn A besteht dabei aus einem kreisförmigen eigentlichen Dorn 6, der an das Ende eines Stabes 7 angebracht ist. Selbstverständlich kann am Stab 7 auch ein Dorn 6 mit elliptischem Querschnitt befestigt sein, wie das in Fig. 2 für den Dorn B gezeigt ist. Führt man ein geeignetes Material für die Herstellung der itohre mit dem richtigen Druck über den Walzdorn durch die Walzkaliber, so entstehen in den Spalten f die gewünschten Rippen. Die so entstandenen Hippen sind oesonders interessant. In den folgenden Walzarbeitsgängen ist es notwendig, die Rippen wachsen zu lassen und in eine gewünschte Form zu bringen. Dafür werden sie zuerst horizon^+cil gehalten, wobei das Rohrmaterial ohne Drehung einem hohen Druck ausgesetzt wird, vas

Aufbringen dieses Drucks wird vorzugsweise in einigen Stufen nacheinander vorgenommen. In diesem Fall ist es notwendig, für den letzten Walzstich einen Dorn zu verwenden, dessen Durchmesser 1 bis 5 mm größer ist als der im vorhergehenden Walzstich verwendete Dorn. Es wurde durch Versuche festgestellt, daß bei Verwendung von anderen Dornabmessungen leicht Formfehler auftreten können. Im Extremfall kann es zum Auftreten von Ziehfehlern an der Innenwand des Hohres an den Stellen koinsen, die den Mppen entsprechen· Dadurch wird natürlich der Wert eines solchen Eohres

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erheblich herabgesetzt. Es werden also zuerst die notwendigen ßippenteile geformt. Darauf wird zum Vergrößern der fiippenansätze ein Druck ausgeübt, wobei jedenfalls für den letzten Walzstich ein Walzdorn verwendet werden muß, der im Durchmesser 1 bis 5 mm größer ist als der im vorhergehenden Walzstich verwendete Dorn. Nur auf diese Weise erhalten die Bippen die gewünschte Form, wobei zugleich die Gesamtform des mit Bippen versehenen Stahlrohres ausgezeichnet ist.

Im folgenden wird nun ein Beispiel eines mit Bippen versehenen Stahlrohres erläutert, das durch Heißwalzen, also dem ersten erfindungsgemäßen Verfahrensschrit^ erhalten wird.

Beispiel 1

Material: mit dem LD-Verfahren hergestellter Karbonstahl.

Chemische Zusammensetzung: C: 0,14$, Si: 0,20$, Mn: 0,50^ P: 0,01'Λ S: 0,022#, Cu: 0,06^.

Ein Stahlrundstab eines Durchmessers von 120 mm mit einen Gewicht von 136 kg wird entsprechend dem üblichen Verfahren hergestellt, wach dem Aufbohren erhält man folgende Dimensionen:

112 mm χ Ib mm χ 14,0 mm, länge: 4,420 mm, Dicke: 17,0 mm.

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Plan für die Materialstärkenverringerung (Walzanlage mit Dorn)

Walz stich Ir.	Kaliber- Durch messer (mm)	Äußerer Durch messer (mm)	Dorn- Durch- messer (mm)	Dicke (mm)	Walzen spalt (mm)	Rippen- breite (mm)	Rippen- dicke (mm)
1	96	95	66	14,5	10	104,7	14,0
2	86	85	61	12,0	10
3	77	76	56	10,0	10	99,0	10,5
4	77	76	59	8,5	6
5	77	76	62	7,0	6	99,5	9

Nach dem in der Tabelle zusammengestellten Plan für die Verringerung des Durchmessers wird bei Verwendung von Kaliberwalzen nach Fig. 1 für die ersten drei Walzstiche ein Spalt f von 10 mm verwendet, wodurch während dieser Walzstiche die Rippen frei entstehen und wachsen können. Vom Walzstich 4 an werden die Rippen mit dem in Fig. 1 unter B gezeigten Kaliber geformt. Dabei wird für den Walzstich 5 ein Walzdorn verwendet, dessen Durchmesser 3 mm größer ist als der des für den Walzstich 4 verwendeten Dorns. Man erhält dabei eine sehr gute Maßhaltigkeit der Rippenteile bei gleichzeitiger guter Form des gesamten Rohres ohne Ziehfehler im Rahrinneren an den den Rippen gegenüberliegenden Wandteilen.

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Das mit den erwähnten Dornen hergestellte mit Rippen versehene Stahlrohr ist in Fig. 3 gezeigt. Es hat in Versuchsreihen ohne weitere Behandlung ausgezeichnete Eigenschaften als Wärmestrahlrohr gezeigt. Es mußte jedoch festgestellt werden, daß beim Heißwalzen Dimensionsschwankungen auftreten. Dadurch treten Schwierigkeiten auf, wenn die in Fig. 3 gezeigten Rohre nebeneinander angeordnet werden und miteinander verschweißt werden sollen. Das Schweißen wird weiter durch die in Fig. 3 gezeigten Formen der Rippenenden erschwert.Deshalb wird erfindungsgemäß dieses Rohr durch eine Kaltziehbank geführt und so einer auf das Heißwalzen folgenden Fertigstellungs-

die
behandlung unterworfen, durch'diese Wachteile aufgehoben werden.

Selbstverständlich ist für das erfindungsgemäße Kaltziehen keine besondere Ausrüstung erforderlich. Zwei Merkmale, fallen beim erfindungsgemäßen Kaltziehverfahren auf. Das erste besteht darin, daß die Verringerung der Materialstärke an den Rippen größer sein muß als am Rohr selbst. Auf diese Weise erreicht man, daß im Inneren des Rohres an den den Rippen gegenüberliegenden Stellen der Wandungen keine Ziehfehler beim Walzen auftreten. Gleichzeitig wird die Maßhaltigkeit der Rippe erheblich verbessert. Es ist beispielsweise möglich, die Breite des Rippenteils auf i 0,1 mm und seine Dicke auf ί 0,15 mm festzulegen. Auch für die an der Kante der Rippe ausgebildete

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Abschrägung kann eine Maßhaltigkeit von ± 0,1 mm erzielt werden. •Das zweite Merkmale besteht gerade in der Ausbildung dieser Abschrägung an der Kante der Rippe. Sie kann ganz einfach dadurch erzielt werden, daß man geeignete Ziehwerkzeuge auswählt, die eine solche Abschrägung formen. Selbstverständlich haben auch Form und Maßhaltigkeit der Abschrägung ihre Ursache in einer ""»Tingerung der Materialstärke,die für die Kippe größer ist als für das Rohr selbst.

Fig. 4 zeigt einen Endabschnitt nach dem Kaltzieharbeitsgang,und Fig. i? zeigt eine zugehörige Schnittansicht. Dabei sitzt am eigentlichen Rohr 8 eine Rippe 9 mit einer Abschrägung 10. Da die Verringerung der Materialstärke der Rippe 9 beim Walzen größer ist als die des Rohres selbst, wird die Rippe am Endabschnitt langer ausgezogen. Das ist In Fig. 4 zu erkennen. Man erhält dadurch eine erhöhte Maßhaltigkeit der Abschrägung an der Rippe. Gleichzeitig behält das Rohr die günstigste Form, ohne daß in seinem Inneren an den den Rippen gegenüberliegenden Wandteilen Ziehfehler entstehen. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in zwei Arbeitsgängen durchgeführt, nämlich in einer Roh— und einer Feinbearbeitung. Es wurde durch Versuche festgestellt, daß das günstigste Verhältnis zwischen den Verringerungen der i'laterialstärken der Rippen und der iiohre selbst größer als 1,05 sein muß. Liegt dieses Verhältnis nicht über

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1,05, so kann es im Inneren des Rohres zum Auftreten von Ziehfehlern und zu Verdrillungen kommen. Ist im Gegenteil dieses Verhältnis S größer als 1,3, so kommt es zu Schmorungen und seitlichen Rissen. Wählt man hingegen das Verhältnis innerhalb der angegebenen Grenzen, so werden Formüberarbeitungsgänge für die wärmebehandelten Erzeugnisse oder Abschrägungsarbeitsgänge vor dem Schweißen überhaupt unnötig. Es ist deshalb möglich, mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohren leistungsfähige Wärmetauscher entsprechend billig und mühelos herzustellen.

Ein nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes Erzeugnis soll im folgenden an Hand eines Beispiels erläutert werden.
Beispiel 2

Material: in einem Ofen mit offener Feuerkammer hergestellter niedrig legierter Stahl.

Chemische Zusammensetzung: C: 0,12>, Mn: 0,43$, P: Ο,Ο16?ί, S: 0,ü07/*, Si: 0,74^, Cu: 0,Ob^, Cr: 1,215*, Mo: 0,

Ein runder Stahlstab mit einem Durchmesser von 125 mm cei einen Gewicht von 94 kg wird mit dem gewöhnlichen Verfahren hergestellt und bei 1630 C aus einem gewöhnlichen Heizofen ausgepreßt.

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Die Abmessungen des Bohrstückes (Mannesmann-Lochdorn) sind:

Außendurchmesser	1,27 mm
Innendurchmesser	87 mm
Dicke	20 mm
Länge	1850 mm

Die nach dem erfindungsgemäßen Walzen in der Walzanlage erhaltenen Abmessungen sind (vgl. Fig. 3):

Außendurchmesser D	87 mm
Wandstärke t des Rohres selbst	10,6 mm
Breite W über die Rippen gemessen	113 mm
Dicke T der Rippen	9,5 mm
Länge	4200 mm

Die sich nach dem erfindungsgemäßen Kaltziehen ergebenden Abmessungen sind:

Außendurchmesser	76,2	mm
Wandstärke des Rohres selbst	8,8	mm
Breite über die Rippen gemessen	95,0	HTiTn
Dicke der Rippen	9,0	mm
Verhältnis S der Wand stärkenverringerungen _ 009917/025 6	1,10

Selbstverständlich wird gleichzeitig an der Kante der Rippen eine Abschrägung ausgebildet. Die Maßhaltigkeit der Abmessungen der einzelnen Teile liegt innerhalb eines Bereiches von ±0,10 mm.

Das oben vorgeführte Beispiel zeigt den Fall, wo die beiden erfindungsgemäßen Verfahrensschritte miteinander angewendet werden.

Ein anderes erfindungsgemäßes Merkmal besteht nun darin, daß der zweite erfindungsgemäße Verfahrensschritt auch für sich allein wirkungsvoll ist, wenn er auf ähnlich dem ersten Verfahrensschritt wärmebehandelte Ausgangsrohre angewendet wird. Die Nachteile der Heißaufdornung gegenüber dem Auswalzen wurden bereits beschrieben. Es soll aber nun ein Beispiel beschrieben werden, bei dem der zweite erfindungsgemäße Verfahrensschritt auf ein Bohr angewendet wird, das durch Heißaufdornung hergestellt wurde.
Beispiel 3

Material: vergleiche Beispiel 1.

Chemische Zusammensetzung: vergleiche Beispiel 1.

Abmessungen des mit Rippen versehenen Stahlrohres des Ausgangsrohres, das mit dem gewöhnlichen Heißaufdornungsverfahren hergestellt wurde:

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Außendurchmesser 70 mm Wandstärke des Hohres 5,5 mm

Breite über die Rippen 85 mm Dicke der Kippen 7i5 mm

Die Abmessungen nach dem erfindungsgemäßen Kaltziehen bei Verwendung von die Abschrägung für das Schweißen anformenden Formwerkzeugen:

Außendurchmesser 63,5 mm Wandstärke des Hohres 4, 55 mm

Verhältnis S der Verringerungen der Materialstärke 1,107

Breite über die Kippen 76,2 mm Dicke der Rippen 6,5 nun

Die Maßhaltigkeit der verschiedenen Teile des so erhaltenen Kohres lag innerhalb von ±0,05 mm. Das erhaltene Eraeugnis war vollkommen fehlerfrei.

Wie oben bereits mehrfach angegeben wurde, ist die Erfindung vielfach anwendbar. So ist es möglich, sie zur Ergänzung von bereits bekannten Stahlrohrbearbeitungsverfahren anzuwenden. Ss ist insbesondere auf die hohe Maßhaltigkeit der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Erzeugnisse hinzuweisen,

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die eine Nachformung und/oder Vorbereitung für das Verschweißen unnötig machen. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß ein sehr wirtschaftliches Erzeugnis erzielt.

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Claims

Patentansprüche :

.1. Verfahren zum Herstellen mit Rippen versehener Stahlrohre, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst beispielsweise durch Auswalzen auf einem Dorn ein Rohr hergestellt wird, an das Rippen angeformt werden, die ohne Drehung allmählich vergrößert werden und in einem letzten Walzstich die gewünschten Abmessungen erhalten, für den ein Dorn eines größeren Durchmessers verwendet wird, als beim vorhergehenden Walzstich.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anformen der Rippen durch Durchführen des Rohres zwischen oberen und unteren Walzen erfolgt, zwischen denen Spalten ausgebildet sind, und daß anschließend ein Kaltzieharbeitsgang mit Ziehwerkzeugen durchgeführt wird, die am Ende der Rippen eine Abschrägung ausbilden und beim Ziehen an den Rippen eine größere Verringerung der Materialstärke ergeben, als am Rohr selbst.
3. Verfahren zum Herstellen mit Rippen versehener Stahlrohre, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein Ausgangsrohr mit Rippen, deren Abmessungen die gewünschten Endabmessungen übersteigen, durch Heißaufdornen, Walzstiche od. dgl. Arbeitsgänge geformt wird, bei denen Stahl.teile mit einem Rohr verschweißt werden, und daß anschließend die gewünschten Abmessungen

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in einem Kaltzieharbeitsgang erzielt werden, bei dem die Rippen eine größere Verringerung der Materialstärke erfahren als das Bohr selbst.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den letzten Walzstich ein Dorn mit einem um 1 bis 5 mm größeren Durchmesser verwendet wird als beim vorhergehenden Walzstich.
5. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Kaltziehen das Verhältnis der Verringerungen der Materialstärken der Hippen und der Rohre selbst zueinander 1,05 bis 1,30 beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Formwerkzeuge verwendet werden, die an die Kante jeder Rippe beim Kaltziehen eine Abschrägung anformen*

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