DE19516595C2 - Lochwalzverfahren und Lochwalzvorrichtung für nahtlose Stahlrohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lochwalzverfahren und eine Lochwalz­ vorrichtung, bei denen ein Lochwalzwerk verwendet wird, welches bei dem für die Herstellung von nahtlosen Stahlrohren repräsen­ tativen Mannesmann-Rohrherstellungsverfahren Anwendung findet.

Die Herstellung von nahtlosen Stahlrohren nach dem Mannesmann- Rohrherstellungsverfahren verläuft im allgemeinen wie folgt: zunächst wird durch Leiten eines Knüppels (runder Stahlrohling) durch ein Lochwalzwerk und Lochen der Mitte des Knüppels eine hohle Rohrluppe erzeugt, welche, entweder während oder nach ihrer Bearbeitung in einer Streckwalzstraße zum erforderlichen Strecken und Walzen, beispielsweise mit einer Stopfenwalzstraße zwecks Streckung weiter gewalzt, dann geglättet, in ihrer Form korrigiert und mittels einer Glätt- oder Kalibrierwalzstraße kalibriert und einem Endbearbeitungsvorgang unterzogen wird, um als Endprodukt ein nahtloses Stahlrohr zu erhalten. Als Loch­ walzwerk und Streckwalzstraße, die oben beschrieben sind, wird eine sogenannte Schrägwalzstraße verwendet, welche Hauptwalzen, deren Achse in bezug auf die Walzgutachse eines zu walzenden Materials schräg verläuft, und einen Stopfen kombiniert.

Das bei dem oben beschriebenen Mannesmann-Rohrherstellungsver­ fahren verwendete Lochwalzwerk weist im allgemeinen zwei ein­ ander gegenüberliegende Hauptwalzen, zwischen denen die festge­ legte Walzgutachse verläuft, einen entlang der Walzgutachse angeordneten Stopfen als Innenflächenregulierwerkzeug und ein­ ander gegenüberliegend angeordnete Führungsschuhe oder Scheiben­ walzen als Rohrführungsteile auf, zwischen denen die Walzgut­ achse verläuft.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht auf das bei dem Mannes­ mann-Rohrherstellungsverfahren verwendete Lochwalzwerk und Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 1. In den Fig. 1, 2 sind die Hauptwalzen mit 21A, 21B bezeichnet, der als Innenflächenregulierwerkzeug verwendete Stopfen hat das Bezugs­ zeichen 2 und die als Rohrführungsteile verwendeten Scheibenwal­ zen sind mit den Bezugszeichen 31u, 31d versehen. Der Buchstabe B bezeichnet den Knüppel, d. h. das zu walzende Material, das in die durch den Pfeil Y angezeigten Richtung transportiert und dann zur Herstellung einer hohlen Rohrluppe H, welche herausge­ trieben wird, gelocht und gewalzt wird. Daher befindet sich die Einlaßseite des Lochvorgangs in Fig. 1 links und die Auslaßseite rechts. Fig. 2 zeigt den Schnitt von der Einlaßseite des Loch­ vorgangs aus.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weisen die Hauptwalzen 21A, 21B nahe dem mittleren Bereich in Axialrichtung, in dem jede Walze den größ­ ten Durchmesser hat, Kehlbereiche 41 auf, die zwischen zwei konischen Bereichen verlaufen, deren Durchmesser in Richtung auf den einen konischen Bereich mit einer Einlaßfläche 42 mit einem Einlaßkonuswinkel θ1 und den anderen konischen Bereich mit einer Auslaßfläche 43 mit einem Auslaßkonuswinkel θ2 allmählich gerin­ ger wird, wodurch sich eine insgesamt faßartige Konfiguration ergibt, wobei die Hauptwalzen 21A, 21B einander gegenüber auf der rechten bzw. linken Seite der Walzgutachse X-X des Knüppels B oder darüber bzw. darunter angeordnet sind. Die Hauptwalzen 21A, 21B sind von in der Zeichnung nicht gezeigten Elektromotoren angetrieben.

Insgesamt weist der Stopfen 2 die Konfiguration eines Geschosses auf, dessen Basisende auf der Spitze eines Dornstabes abgestützt ist. Der Stopfen 2 ist so auf der Walzgutachse X-X positioniert, daß er darauf in der Mitte des Zwischenraums zwischen den Haupt­ walzen 21A, 21B gehalten und um die Walzgutachse X-X drehbar ist. Das Basisende des Dornstabes M ist mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Druckblock verbunden.

Gemäß Fig. 2 haben die Scheibenwalzen 31u, 31d Scheibenform mit dem Stopfen 2 zugewandten konkaven Umfangsflächen und sind ein­ ander gegenüberliegend auf der rechten bzw. linken Seite der Walzgutachse X-X oder darüber bzw. darunter in einer derartigen Konfiguration angeordnet, daß sie mit den Hauptwalzen 21A, 21B im Wechsel angeordnet sind. Die Scheibenwalzen 31u, 31d sind von in der Zeichnung nicht dargestellten Elektromotoren angetrieben.

In einem Lochwalzwerk mit oben beschriebener Konfiguration wird der bei zur Drehung in Richtung der Pfeile in Fig. 2 angetriebe­ nen Hauptwalzen 21A, 21B in Richtung Y entlang der Walzgutachse X-X transportierte Knüppel B zwischen den Einlaßflächen 42, 43 der Hauptwalzen 21A, 21B erfaßt, um so gelocht zu werden, während er sich, von der Einlaßseite des Lochvorgangs gesehen, im Uhr­ zeigersinn um die Walzgutachse X-X dreht. Auf diese Weise wird der Knüppel B von dem Stopfen 2 gelocht, wobei von beiden Seiten her die Kehlbereiche 41 der Hauptwalzen 21A, 21B gegen ihn drüc­ ken, um ihn zu der hohlen Rohrluppe H zu formen, welche heraus­ getrieben wird.

Techniken zur Ausführung des Lochwalzvorgangs mit Scheibenwal­ zen, die in bezug auf die Walzgutachse derart schräggestellt sind, daß die Locheffizienz des Materials in dem Scheibenwalzen verwendenden Lochwalzwerk verbessert ist, sind beispielsweise in der Japanischen Patentveröffentlichung 59-47605 (1984) offen­ bart.

Die sich durch die Verformung des Materials im Laufe des Lochens an in bezug auf den Kehlbereich der Hauptwalze der Auslaßseite des Lochvorgangs bei dem Lochwalzablauf des Standes der Technik ergebende Form ist in Fig. 3 dargestellt, die in einem veröf­ fentlichten Dokument enthalten ist (STAL IN ENGLISH, August 1970, S. 632-635), wobei erkennbar ist, daß die Ausbauchung des Außendurchmessers des Materials an der Seite, an der eine der Hauptwalzen daran angreift, größer ist als an der Seite, wo es die andere Hauptwalze verläßt. Dies wird mit Bezug auf Fig. 4, welche ein Beispiel einer mit Scheibenwalzen versehenen Konfigu­ ration zeigt, wie folgt erläutert. Die Ausbauchung des Bereiches (Bereich B in der Zeichnung), an dem die Hauptwalze 21B an­ greift, ist größer als die Ausbauchung des Bereiches (Bereich A in der Zeichnung), der die Hauptwalze 21A verläßt. Daher sind üblicherweise zwischen den Hauptwalzen 21A und 21B, im Fall von Fig. 4 über und unter der Walzgutachse, zwei Rohrführungsteile zur Unterdrückung der Ausbauchung des Außendurchmessers des Materials vorgesehen.

In einem gewöhnlichen Lochwalzvorgang, bei dem das Aufweitungs­ verhältnis des Außendurchmessers (Verhältnis des Außendurchmes­ sers des Materials nach der Lochung, zum Außendurchmesser des Materials vor der Lochung, d. h. der Materialaußendurchmesser nach der Lochung geteilt durch den Materialaußendurchmesser vor der Lochung) in einem Bereich von 1,0 bis 1,05 liegt, stellt die Ausbauchung des Außendurchmessers des Materials bei Bereich B gemäß Fig. 4 kein Problem dar. Wenn jedoch das Aufweitungsver­ hältnis des Außendurchmessers zunimmt, nimmt die Umfangslänge des Materials an der Auslaßseite der Hauptwalze zu und daher wird die Ausbauchung an Bereich B größer als diejenige bei Be­ reich A von Fig. 4, wodurch der Kontaktwinkel ϕ der Hauptwalze 21B größer wird als bei einem normalen Lochwalzvorgang. Infolge­ dessen treten bei einem nicht-stationären Lochwalzvorgang (Loch­ walzen mit hohem Aufweitungsverhältnis des Außendurchmessers), bei dem die Schubkraft in Walzrichtung abnimmt, Probleme wie unvollständiges Ablösen von den Hauptwalzen, was durch die Unfä­ higkeit des Walzguts, sich während des Walzens des unteren Be­ reiches des rohrförmigen Walzgutes, wobei der untere Bereich der Rohrluppe elliptisch wird, zu drehen, verursacht wird, und das Entstehen von Fehlstellen durch Führungsschuhabdrücke auf der Außenfläche der hohlen Rohrluppe auftreten.

Lochwalzwerke, die durch schräges Anordnen von Scheibenwalzen gebildet sind, um so zu verhindern, daß das Material in den Zwischenraum zwischen den Scheibenwalzen und den Hauptwalzen gequetscht wird, sind beispielsweise in der JP 63-90306 A (1988) offenbart.

Das in der JP 63-90306 A (1988) offenbarte Lochwalzwerk ist mit einem Schrägstellungsmechanismus, welcher die Scheibenwalzen im wesentlichen parallel zu dem Auslaßkonuswinkel der Hauptwalze anordnet, und einer Verstelleinrichtung versehen, die den Ab­ stand zwischen der Hauptwalze und der Scheibenwalze auf nahezu Null einstellt, um dadurch zu verhindern, daß Walzgut im in Fig. 11 gezeigten Bereich C herausgequetscht wird, und um die Walz­ gutform zu stabilisieren. Bei dem Lochwalzvorgang mit einem hohen Außendurchmesseraufweitungsverhältnis besteht das Haupt­ problem jedoch nicht im Herausquetschen des Walzguts zur Ein­ trittsseite zu der Scheibenwalzengleitfläche, sondern, wie oben beschrieben, im unvollständigen Lösen von den Hauptwalzen auf­ grund des vergrößerten Kontaktwinkels der Hauptwalzen in Walz­ gutdrehrichtung und in Fehlern auf der Außenfläche. Zur Lösung dieser Probleme wurde die Erfindung konzipiert.

Zwar benutzt das in der Japanischen Patentveröffentlichung JP 59-47605 B2 offenbarte Lochwalzwerk eine solche Konfiguration, bei der eine Scheibenwalze auf einer Seite verwendet wird und eine feststehende Führung auf der anderen Seite benutzt wird, wobei die Lochungsgeschwindigkeit zunimmt, wenn auf beiden Seiten Scheibenwalzen verwendet werden und diese zu der Hauptwalze 21B hin, wie in Fig. 5 gezeigt, schräggestellt sind; die Vergröße­ rung des Aufweitungsverhältnisses des Außendurchmessers führt jedoch zu einem erhöhten Widerstand gegen das Material in der Nähe des Randes auf der Auslaßseite bei der Gleitfläche der Scheibenwalze, wobei solche Probleme wie das Fressen am Rand oder die Beschädigung der Umfangsfläche des Materials am Rand, was zum Verbleib von durch die Führungsschuhabdrücke hervorgeru­ fenen Fehlstellen auf dem Erzeugnis führt, und die Unterbrechung des Lochvorgangs aufgrund des vergrößerten Kontaktwinkels ϕ der Hauptwalzen in Drehrichtung des Materials auftreten.

Ein gattungsgemäßer Stand der Technik ist aus der EP 550 256 A1 der Patentanmelderin bekannt geworden.

Wie hieraus hervorgeht, sind die Scheibenwalzen nicht nur hin­ sichtlich eines Schräglaufwinkels δ sondern auch hinsichtlich eines Neigungswinkels κ schräggestellt. Darüber hinaus zielt dieser Stand der Technik darauf ab, den Spalt zwischen den Scheibenwalzen und den Hauptwalzen eingangsseitig zu minimieren. Hierfür ist es unerläßlich, die Scheibenwalzen zweifach, nämlich um den Winkel δ und κ schrägzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lochwalzverfahren und eine Lochwalzvorrichtung für nahtlose Stahlrohre zu schaf­ fen, die imstande sind, hohle Rohrluppen mit Außenflächen guter Qualität ohne die Verursachung von Walzfehlern wie dem unvoll­ ständigen Lösen von den Hauptwalzen während des Walzens des unteren Bereiches des Walzgutes herzustellen, und Lochwalzvor­ gänge mit hohem Außendurchmesseraufweitungsverhältnis mit einem Wert von 1,15 oder höher auszuführen.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 6 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung ist ein Stopfen längs der Walzgutachse zwi­ schen zwei kegelförmigen Hauptwalzen und zwei Scheibenwalzen, die im Wechsel um die Walzgutachse angeordnet sind, angeordnet, und wenn ein Walzgut durch schraubenartiges Vorbewegen des Walz­ gutes zur Erzeugung eines nahtlosen Stahlrohres gelocht und gewalzt wird, ist jede Scheibenwalze so angeordnet, daß sie in bezug auf die Walzgutachse in Richtung auf die Hauptwalze unter einem Schräglaufwinkel δ verläuft, die sich auf der Seite befin­ det, auf der das Material zwischen die Scheibenwalzengleitflä­ chen gelangt, wodurch sie (die Scheibenwalzen) nicht mehr par­ allel zu der die Auslaßfläche der Hauptwalzen definierenden Richtung sind, wobei der Schräglaufwinkel δ so eingestellt ist, daß er die folgenden Bedingungen (1) und (2) erfüllt, so daß ein Außendurchmesseraufweitungsverhältnis von 1,15 oder einem höhe­ ren Wert erzielt werden kann:

θ2 + 2° < δ < 9° (1)

δ + θ1 < 12° (2),

wobei θ1 der Einlaßkonuswinkel der Hauptwalzen, θ2 der Auslaßkonuswinkel der Hauptwalzen ist.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist eine Technologie, die das unvollständige Ablösen von den Hauptwalzen verhindert, indem der Kontaktwinkel der Hauptwalzen verkleinert wird, und ermöglicht die Ausführung des Lochwalzvorgangs mit einem hohen Außendurchmesseraufweitungsverhältnis, indem dem Walzgut in ein­ facher Weise in einer der Drehrichtung entgegengesetzten Rich­ tung eine Geschwindigkeitskomponente erteilt wird, und sie un­ terscheidet sich wesentlich von Verfahren, bei denen der Abstand zwischen der Hauptwalze und der Scheibenwalze auf nahezu Null gebracht wird, wie dies in der JP 63-90306 A (1988) offenbart ist. Mit dem in der JP 63-90306 A offenbarten Verfahren, bei dem die Scheibenwalzen parallel zu dem Auslaßkonuswinkel der Hauptwalzen angeordnet sind, kann ein stabiler Lochwalzvorgang mit hohem Außendurchmesseraufweitungsverhältnis nicht durchge­ führt werden, wie aus dem in Fig. 10 gezeigten Ergebnis hervor­ geht. Gemäß der Erfindung kann durch Verwenden einer bestimmten Hauptwalzenkonfiguration (Kegelform), Schrägstellen der Schei­ benwalzen unter einem Winkel, der um mindestens 2° größer ist als der Auslaßkonuswinkel (Bedingung (1)) und Begrenzen der Schräglaufwinkel der Scheibenwalzen in bezug auf den Einlaßko­ nuswinkel auf einen bestimmten Bereich (Bedingung (2)) ein sta­ biler Lochwalzvorgang mit hohem Außendurchmesseraufweitungsver­ hältnis ausgeführt werden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt, der zur Erläuterung der durchschnitt­ lichen Drehgeschwindigkeit des Materials bei einem normalen Lochwalzvorgang den Walzgutzustand während des Lochwalzvorgangs zeigt,

Fig. 2 einen Schnitt, der zur Erläuterung des Lochwalzvor­ gangs mit einem hohen Außendurchmesseraufweitungsver­ hältnis bei durchschnittlicher Drehgeschwindigkeit des Materials den Walzgutzustand während des Lochwalzvor­ gangs zeigt,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Scherbeanspruchung aufgrund von Oberflächenverdrehung während des Loch­ walzvorgangs in Abhängigkeit von unterschiedlichen Schräglaufwinkeln der Scheibenwalzen und unterschied­ lichen Außendurchmesseraufweitungsverhältnissen,

Fig. 4 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des Ver­ fahrens der Messung der Scherbeanspruchung aufgrund von Oberflächenverdrehung,

Fig. 5 ein Diagramm mit Ergebnissen des Lochwalzvorgangs in Abhängigkeit von unterschiedlichen Auslaßkonuswinkeln der Hauptwalzen, Schräglaufwinkeln der Scheibenwalzen und dem Außendurchmesseraufweitungsverhältnis,

Fig. 6 einen Schnitt, der zur Erläuterung der Probleme des Standes der Technik den Walzgutzustand während des Lochwalzvorgangs zeigt,

Fig. 7 eine schematische Draufsicht des Lochwalzwerks nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 8 eine schematische Seitenansicht des Lochwalzwerks gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie XIV-XIV von Fig. 12, und

Fig. 10 eine schematische Draufsicht des Lochwalzwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem den Hauptwalzen kein Vorschubwinkel zugeteilt ist.

Fig. 11 eine schematische Draufsicht auf ein zur Ausführung des Lochwalzverfahrens des Standes der Technik ver­ wendetes Lochwalzwerk,

Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 11,

Fig. 13 einen Schnitt, der zur Erläuterung der Probleme des Standes der Technik den Walzgutzustand während des Lochwalzvorgangs zeigt,

Fig. 14 einen Schnitt, der zur Erläuterung der Probleme des Standes der Technik den Walzgutzustand des Lochwalz­ vorgangs zeigt,

Fig. 15 eine schematische Draufsicht auf das Lochwalzwerk nach dem Stand der Technik, mit schräggestellten Scheiben­ walzen,

Zunächst wird nachfolgend das Arbeitsprinzip und das Verfahren der Festlegung der Werte des Schräglaufwinkels der Scheibenwal­ zen und des Außendurchmesseraufweitungsverhältnisses beschrie­ ben.

Die bei dem Lochwalzvorgang verwendeten Hauptwalzen sind kegel­ förmig, während die Scheibenwalzen unter einem vorbestimmten Winkel in einer vorbestimmten Richtung zu einer Walzgutachse schräg verlaufen (der Winkel wird als Schräglaufwinkel bezeich­ net). Der Einlaßkonuswinkel und der Auslaßkonuswinkel der Haupt­ walzen (die Konuswinkel sind die Winkel der Hauptwalzen zu der Walzgutachse bei einem Vorschubwinkel der Hauptwalzen von Null) und der Schräglaufwinkel stehen in einem bestimmten Verhältnis zueinander, so daß dem Walzgut mittels der Scheibenwalzen in einer der Drehrichtung entgegengesetzten Richtung eine Geschwin­ digkeitskomponente erteilt wird, wodurch die Ausbauchung des Walzgutaußendurchmessers beim Eingriff der Hauptwalzen in Dreh­ richtung des Walzgutes eingeschränkt wird, wodurch das Auftreten von Walzfehlern und von Schuhabdrücken verursachten Fehlstellen verhindert und die Scherbeanspruchung aufgrund von Oberflächen­ verdrehung, die eine zusätzliche Scherverformung darstellt, unterdrückt wird.

Im folgenden wird der Grund beschrieben, weshalb die Ausbauchung des Walzgutaußendurchmessers im Bereich b auf der Eingriffsseite der Hauptwalze gemäß Fig. 14 zunimmt, wenn das Lochwalzen mit hohem Außendurchmesseraufweitungsverhältnis durchgeführt wird. Die Drehgeschwindigkeit des Walzguts im Querschnitt ist während eines normalen Lochwalzvorgangs so wie in Fig. 1 dargestellt. In Fig. 1 bezeichnet V1 die mittlere Drehgeschwindigkeit des Walz­ guts im Bereich des Kontakts mit den Hauptwalzen 21A, 21B und V2 bezeichnet die mittlere Drehgeschwindigkeit des Walzguts an der Scheibenwalzengleitfläche.

Die Drehgeschwindigkeit des Walzguts im Querschnitt während eines Lochwalzvorgangs mit hohem Außendurchmesseraufweitungs­ verhältnis ist wie in Fig. 2 gezeigt. Der Punkt, an dem die hohle Rohrluppe die Hauptwalzen verläßt, befindet sich im Ver­ gleich zu dem normalen Lochwalzvorgang in der hinteren Hälfte der Hauptwalzenauslaßseite, wodurch bewirkt wird, daß der Ab­ stand zwischen den beiden Scheibenwalzen in der hinteren Hälfte der Auslaßseite zunimmt, da die Scheibenwalzen Kreise bilden, was einen abnehmenden Widerstand der Scheibenwalzen gegenüber dem Walzgut zur Folge hat. Infolgedessen nimmt die mittlere Drehgeschwindigkeit des Walzguts an der Scheibenwalzengleitflä­ che gegenüber derjenigen beim normalen Lochwalzvorgang um ΔV2 auf V2 + ΔV2 zu. Andererseits nimmt die mittlere Drehgeschwin­ digkeit des Materials im Bereich des Kontakts mit den Hauptwal­ zen 21A, 21B um ΔV1 auf V1 - ΔV1 ab, da der Kontaktwinkel ϕ der Hauptwalzen bei Zunahme des Außendurchmesseraufweitungsverhält­ nisses zunimmt und daher der Schlupf zwischen den Hauptwalzen und dem Walzgut zunimmt. Da die pro Zeiteinheit von den Schei­ benwalzen in Walzgutdrehrichtung zu der Hauptwalze 21B hin frei­ gegebene Walzgutmenge zunimmt, während die Walzgutmenge, die mit der Hauptwalze 21B pro Zeiteinheit im Eingriff ist, abnimmt, stagniert das Material daher zwischen der Scheibenwalze 31u und der Hauptwalze 21B und baucht sich nach außen aus.

In Anbetracht der Ursache des Ausbauchens des Materialaußen­ durchmessers im Bereich b an der Auslaßseite der Hauptwalze während eines Lochwalzvorgangs mit hohem Außendurchmesseraufwei­ tungsverhältnis, wie er oben beschrieben ist, wurde die vorlie­ gende Erfindung gemacht. Die Scheibenwalzen sind in bezug auf die Walzgutachse schräggestellt, um in einer der Walzgutdreh­ richtung entgegengesetzten Richtung Geschwindigkeit zu erteilen, wodurch die Ablösegeschwindigkeit von der Scheibenwalzengleit­ fläche vermindert und folglich die Menge des pro Zeiteinheit freigegebenen Walzguts verringert und die Ausbauchung des Walz­ gutaußendurchmessers im Bereich B auf der Eingriffsseite der Hauptwalze unterdrückt wird. Da auch der Kontaktwinkel ϕ der Hauptwalzen gleichzeitig abnimmt, reduziert sich die Schlupfrate auf der Hauptwalzenseite, was zu einem in Fig. 7 gezeigten ver­ ringerten Wert von ΔV1 führt, wodurch sich in Walzgutdrehrich­ tung die Eingriffsgeschwindigkeit der Hauptwalzen erhöht, um dadurch das Ausbauchen des Materialaußendurchmessers im Bereich B auf der Eingriffsseite der Hauptwalze zu unterdrücken. Der synergistische Effekt aus der reversiblen Verringerung von V2 + ΔV2 zu V2 und der reversiblen Zunahme von V1 - ΔV1 auf V1 er­ möglicht es, die Ausbauchung des Walzgutaußendurchmessers im Bereich B auf der Eingriffsseite der Hauptwalze vollständig zu unterdrücken und einen stabilen Lochwalzvorgang ohne unvollstän­ dige Lösung von den Hauptwalzen auszuführen.

Die Erfinder führten unter verschiedenen Bedingungen mit unter­ schiedlichen Schräglaufwinkeln δ der Scheibenwalzen und unter­ schiedlichen Außendurchmesseraufweitungsverhältnissen Lochwalz­ vorgänge aus und erhielten die folgenden Ergebnisse:

Die Lochwalzbedingungen dieser Vorgänge waren wie folgt:

Es wurden faß- und kegelartige Hauptwalzen verwendet. Die Ergeb­ nisse dieser Lochwalzversuche (Scherbeanspruchung aufgrund von Oberflächenverdrehung) sind in Fig. 8 gezeigt.
Probenmaterial: Massive Rundknüppel aus S45C mit einem Außendurchmesser von 70 mm
Einlaßkonuswinkel (θ1) der Hauptwalze: 3°
Auslaßkonuswinkel (θ2) der Hauptwalze: 3°
Durchmesser des Hauptwalzenkehlbereiches: 410 mm
Vorschubwinkel (β) der Hauptwalze: 12°

Die auf Oberflächenverdrehung zurückzuführende Scherbeanspru­ chung, die als Index des in Fig. 8 gezeigten Ergebnisses ver­ wendet wird, ist eine zusätzliche Scherbeanspruchung, die Fehler auf der Außenfläche der hohlen Rohrluppe bewirkt, und wird nach Einschneiden eines geraden Schlitzes in die Außenfläche des Knüppels gemäß Fig. 9 anhand des durch einen Lochwalzvorgang bewirkten Verdrehungsbetrages des Schlitzes berechnet. Die faß­ artigen Hauptwalzen und die kegelartigen Hauptwalzen bewirken eine auf Oberflächenverdrehung zurückzuführende Scherbeanspru­ chung in einander entgegengesetzte Drehrichtungen, wobei die Richtung der von den faßartigen Walzen bewirkten Drehung als positiv angesehen wurde. Das Vorzeichen des Schräglaufwinkels δ wurde als positiv angesehen, wenn die Schrägstellung in Richtung auf die Hauptwalzen bewirkt wurde, welche auf der Seite angeord­ net waren, auf der das Walzgut in die Scheibenwalzengleitflächen eintritt.

Bei einem Lochwalzvorgang, bei dem faßartige Hauptwalzen ver­ wendet werden, nimmt die auf Oberflächenverdrehung zurückzufüh­ rende Scherbeanspruchung bei Zunahme des Schräglaufwinkels δ und des Außendurchmesseraufweitungsverhältnisses zu, wie aus den in Fig. 8 gezeigten Ergebnissen hervorgeht. Dagegen nimmt bei einem Lochwalzvorgang, bei dem kegelartige Hauptwalzen verwendet wer­ den, die auf Oberflächenverdrehung zurückzuführende Scherbean­ spruchung bei Zunahme des Schräglaufwinkels δ und des Außen­ durchmesseraufweitungsverhältnisses ab, wie aus den in Fig. 8 gezeigten Ergebnissen hervorgeht, was zum Erreichen einer bes­ seren Außenflächenqualität führt.

Auf diese Weise fand man heraus, daß durch Schrägstellung der Scheibenwalzen in bezug auf die Walzgutachse in einer solchen Richtung, bei der die Drehgeschwindigkeit des Materials abnimmt, das einzige Ergebnis eine weitere Verschlechterung der Qualität der Außenfläche der hohlen Rohrluppe ist, wenn faßartige Haupt­ walzen verwendet werden, was zeigt, daß diese für einen Loch­ walzvorgang mit hohem Außenflächenaufweitungsverhältnis nicht geeignet sind, während die Einstellung einer ähnlichen Schräg­ stellung der Scheibenwalzen eine verbesserte Qualität der Außen­ fläche der hohlen Rohrluppe ergibt, wenn kegelförmige Hauptwal­ zen verwendet werden, was ihre Eignung für den Lochwalzvorgang mit hohem Außenflächenaufweitungsverhältnis zeigt.

Lochwalzversuche wurden unter verschiedenen Bedingungen unter Änderung der Auslaßkonuswinkel θ2 der Hauptwalzen, der Schräg­ laufwinkel δ der Scheibenwalzen und des Aufweitungsverhältnisses der Außendurchmesser ausgeführt, wobei sie kegelartige Hauptwal­ zen verwendeten, und erhielten die folgenden Ergebnisse: Die Lochwalzbedingungen dieser Vorgänge lauteten wie folgt, und die Ergebnisse dieser Versuche sind in Fig. 10 gezeigt.
Probenmaterial: Massiver Rundknüppel aus S45C mit einem Außendurchmesser von 70 mm
Einlaßkonuswinkel (θ1) der Hauptwalze: 3°
Auslaßkonuswinkel (θ2) der Hauptwalze: 3° bis 5°
Durchmesser des Hauptwalzenkehlbereiches: 410 mm
Schrägwinkel (γ) der Hauptwalze: 20°
Vorschubwinkel (β) der Hauptwalze: 8° bis 12°
Verhältnis von Wanddicke t zu Außendurchmesser d (t/d) der hohlen Rohrluppe: 0,05 bis 0,06

In Fig. 10 gibt das Zeichen x einen Fall an, in dem ein unvoll­ ständiges Ablösen von den Hauptwalzen oder Fehler auf der Außen­ fläche auftraten, und das Zeichen O steht für die Ausführung eines zufriedenstellenden Lochwalzvorgangs. Aus den in Fig. 10 gezeigten Ergebnissen geht hervor, daß die Zunahme des Schräg­ laufwinkels δ bei einem Lochwalzvorgang mit hohem Außendurch­ messeraufweitungsverhältnis zu einem besseren Ergebnis führte. Ferner zeigt sich, daß es bei einem Lochwalzvorgang mit einem Außendurchmesseraufweitungsverhältnis von 1,15 oder einem höhe­ ren Wert erforderlich ist, den Schräglaufwinkel δ um mindestens 2° größer zu wählen als den Auslaßkonuswinkel θ2 der Hauptwal­ zen.

Im folgenden wird der Grund für die Abgrenzung des Bereiches des Schräglaufwinkels δ, der auf der Basis der oben beschriebenen Ergebnisse eingestellt wird, beschrieben. Obwohl ein größerer Schräglaufwinkel δ die Unterdrückung der auf Oberflächenverdre­ hung zurückzuführende Scherbeanspruchung und der unvollständigen Ablösung von den Hauptwalzen ermöglicht, besteht eine Obergrenze für den Winkel, die durch die Grenzen der Einrichtung auferlegt wird, und daher ist die Obergrenze auf 9° eingestellt. Da der Lochwalzvorgang mit einem hohen Außendurchmesseraufweitungsver­ hältnis auch ausgeführt werden kann, wenn der Schräglaufwinkel δ mindestens 2° größer ist als der Auslaßkonuswinkel θ2 der Haupt­ walzen, ist die Untergrenze auf θ2 + 2° eingestellt. Aus diesen Gründen sind die obenstehenden Bedingungen (1) festgelegt. Wenn unterdessen der Schräglaufwinkel δ in bezug auf den Einlaßkonus­ winkel θ1 der Hauptwalzen zu sehr vergrößert wird, führt dies zu einem vergrößerten Zwischenraum zwischen der Einlaßfläche der Hauptwalze und der Seitenfläche der Scheibenwalze, was dazu führt, daß der Druck an der Einlaßfläche in Richtung der Schei­ benwalze gegen das Material nicht ausreichend ist und in Füh­ rungsrichtung eine erhöhte Erweiterung des Außendurchmessers des Materials auftritt, so daß das Ellipsenverhältnis (Verhältnis von Höchstdurchmesser zu Mindestdurchmesser des Materialquer­ schnitts) zunimmt und ein unvollständiger Eingriff erfolgt. Zur Verhinderung dieses Fehlers ist der Bereich des Schräglaufwin­ kels δ in bezug auf den Einlaßkonuswinkel θ1 der Hauptwalzen auf die Bedingung (2) eingestellt.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung beschrieben.

Fig. 12 ist eine schematische Draufsicht auf das in einem Aus­ führungsbeispiel verwendete Lochwalzwerk, Fig. 13 eine schemati­ sche Seitenansicht davon, Fig. 14 ein Schnitt entlang der Linie XIV-XIV von Fig. 12 und Fig. 15 eine schematische Draufsicht des in einem Ausführungsbeispiel verwendeten Lochwalzwerks, bei dem die Hauptwalzen keine Vorschubwinkel haben.

Das in diesem Ausführungsbeispiel verwendete Lochwalzwerk weist zwei Hauptwalzen 1A, 1B, einen Stopfen 2 und zwei Scheibenwalzen 3u, 3d auf. Der Buchstabe B bezeichnet einen in Richtung des Pfeils Y transportierten Knüppel, der zur Herstellung einer hohlen Rohrluppe dem Lochwalzvorgang unterzogen und herausge­ trieben wird. In den Fig. 12, 13, 15 ist die Einlaßseite des Lo­ chungsvorgangs links und die Auslaßseite des Lochungsvorgangs rechts dargestellt. Fig. 14 zeigt einen von der Einlaßseite des Lochungsvorgangs her gesehenen Schnitt.

Die Hauptwalzen 1A, 1B weisen Kehlbereiche 11 mit kurzer zylin­ drischer Ausgestaltung in der Nähe des mittleren Bereiches in axialer Richtung auf, welcher sich zwischen einem Einlaßbereich 12, der im wesentlichen in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, dessen Durchmesser sich in Richtung auf das Walzenende auf der Einlaßseite verringert und dessen Einlaßkonuswinkel θ1 ist, und einem Auslaßbereich 13 angeordnet ist, welcher im wesentli­ chen in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet ist, dessen Durch­ messer in Richtung auf das Walzenende auf der Auslaßseite zu­ nimmt und dessen Auslaßkonuswinkel θ2 ist, wodurch sich eine insgesamt konische Konfiguration ergibt. Von der Walzgutachse X- X ausgehend, sind die Hauptwalzen 1A, 1B unter einem Vorschubwin­ kel β schräggestellt, wie in Fig. 13 gezeigt, und zu beiden Seiten der Walzgutachse X-X des Knüppels B angeordnet, wobei die Hauptwalzen in bezug auf die Walzgutachse X-X gemäß Fig. 12 unter einem bestimmten Schrägwinkel γ schräggestellt sind. Die Hauptwalzen 1A, 1B sind so angeordnet, daß sie von in der Zeich­ nung nicht dargestellten Antriebsvorrichtungen um ihre Achsen drehbar sind.

Insgesamt hat der Stopfen 2 die Form eines Geschosses, wobei dessen Basisende auf der Spitze eines Dornstabes M abgestützt ist. Der Stopfen 2 ist so auf der Walzgutachse X-X angeordnet, daß er auf dieser in der Mitte des Zwischenraumes zwischen den Hauptwalzen 1A, 1B gehalten ist, und er ist in der Lage, sich um die Walzgutachse X-X zu drehen. Die Basis des Dornstabes M ist mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Stützblock ver­ bunden.

Die Scheibenwalze 3u ist mit konkav geformter Gleitfläche dem Bewegungsbereich des Knüppels B gegenüber angeordnet, wobei sie in Richtung auf die Hauptwalze 1A unter einem Schräglaufwinkel δ, der 2° größer ist als der Auslaßkonuswinkel θ2 der Hauptwalze 1A, schräggestellt ist, wie in Fig. 15 gezeigt, so daß eine Geschwindigkeitskomponente ΔV3 in einer der Drehrichtung des Knüppels B entgegengesetzten Richtung einwirken kann. Die Scheibenwalze 3d ist unter demselben Winkel (Schräglaufwinkel δ) in der Richtung der Scheibenwalze 3u entgegengesetzter Richtung schräggestellt. Die Scheibenwalzen 3u, 3d sind von in der Zeich­ nung nicht dargestellten Antriebsvorrichtungen zur Drehung in Drehrichtung des Knüppels B angetrieben.

Bei einem Lochwalzwerk wie dem oben beschriebenen wird der Rund­ knüppel B, der in einem Heizofen auf eine vorbestimmte Tempera­ tur erhitzt worden ist, in die von dem Pfeil Y angegebene Rich­ tung transportiert, wobei die Knüppelachse mit der Walzgutachse X-X übereinstimmt, und die Einlaßbereiche 12, 12 der Hauptwalzen 1A, 1B greifen an der Knüppelspitze an. Dann wird der Knüppel B von den Scheibenwalzen 3u, 3d die Walzgutachse X-X entlang bewegt und gelocht und gewalzt, wobei er bei jeder halben Umdrehung zwischen den Hauptwalzen 1A, 1B und dem Stopfen 2 intermittieren­ dem Druck ausgesetzt ist, d. h., er wird durch die Umdrehung der Hauptwalzen 1A, 1B schraubenförmig die Walzgutachse X-X entlang bewegt. Wenn kein Druck auf den Knüppel B ausgeübt wird, drückt sich das Material durch die Drehung des Knüppels B gemäß Fig. 14 radial nach außen, obwohl die Scheibenwalzen 3u, 3d mit dem Um­ fang des herausgedrückten Teils in Gleitkontakt stehen, wodurch eine Vergrößerung des Außendurchmessers jenseits dieser Gleit­ kontaktfläche unterdrückt wird. Folglich wird das Material ge­ walzt, während es elliptisch ist, und wird, während sich das Material in Transportrichtung stromabwärts bewegt, allmählich in Kreisform gebracht, so daß die hohle Rohrluppe H herausgetrieben wird.

Das Ergebnis von tatsächlich durchgeführten Lochwalzversuchen nach der Erfindung ist nachfolgend beschrieben. Die Bedingungen des Lochwalzvorgangs sind im folgenden und das Ergebnis des Vorgangs ist in Tabelle 1 angeführt. Die Ergebnisse eines Refe­ renzvorgangs, der zu Vergleichszwecken unter außerhalb des Rah­ mens der Erfindung liegenden Bedingungen durchgeführt wurde, sind ebenfalls in Tabelle 1 angeführt.
Knüppel: stranggegossener Stahl mit 0,2% Kohlenstoffgehalt und einem Durchmesser von 70 mm
Außendurchmesseraufweitungsverhältnis: 1,3 bis 1,45
Verhältnis der Wanddicke t zum Außendurchmesser d (t/d) der hohlen Rohrluppe: 0,05
Schrägwinkel (γ) der Hauptwalze: 20°
Vorschubwinkel (β): 12°
Einlaßkonuswinkel (θ1): 3°, 3,5°, 4°
Auslaßkonuswinkel (θ2): 3°, 4°, 5°, 6°
Schräglaufwinkel (δ): 0° bis 9°

Geschwindigkeit der Scheibenwalzen in Walzrichtung: 1,1 × Ge­ schwindigkeit der hohlen Rohrluppe in Walzrichtung

TABELLE 1

In Tabelle 1 gibt das Zeichen x in der Spalte des Auftretens eines unvollständigen Lösens von den Hauptwalzen an, daß das Lösen nicht vollständig erfolgte. Das Zeichen x in der Spalte des Auftretens von Fehlern auf der Außenfläche gibt an, daß aufgrund von auf Oberflächenverdrehungen zurückzuführende Scher­ beanspruchung auf der Außenfläche ein Fehler entstand oder daß sich auf der Außenfläche der hohlen Rohrluppe der Abdruck eines Scheibenschuhs findet. Ferner gibt das Zeichen x in der Spalte des Auftretens von unvollkommenem Eingreifen an, daß ein unvoll­ kommener Eingriff erfolgte. Das Zeichen O dagegen gibt an, daß dieses Problem nicht auftrat. Das Zeichen - gibt an, daß nicht festgestellt werden konnte, ob ein derartiges Problem auftrat oder nicht.

Wie anhand der in Tabelle 1 angeführten Ergebnisse ersichtlich ist, traten in den Referenzfällen 1 bis 3, welche die oben ange­ führte Bedingung (1) (θ2 + 2° < δ < 9°) nicht erfüllten, ein un­ vollständiges Lösen von den Hauptwalzen und Fehler auf der Au­ ßenfläche auf. In dem Referenzfall 4, der oben genannte Bedin­ gung (2) (δ + θ1 < 12°) nicht erfüllte, trat ein unvollkommenes Eingreifen auf. Bei allen Beispielen der Erfindung, die die obenstehenden Bedingungen (1) und (2) erfüllten, kann der Loch­ walzvorgang mit einem hohen Außendurchmesseraufweitungsverhält­ nis stabil ausgeführt werden, wobei die Qualität der Außenfläche der hohlen Rohrluppe verbessert ist, ohne daß Walzfehler auf­ treten, und es ermöglicht wird, den Bereich an mit dem Lochwalz­ werk herstellbaren Stahlrohren stark auszuweiten.

Da kegelartige Hauptwalzen verwendet werden und der Schräglauf­ winkel der Scheibenwalzen, der Auslaßkonuswinkel und der Ein­ laßkonuswinkel der Hauptwalzen innerhalb bestimmter Bereiche eingestellt sind, wie dies oben beschrieben ist, kann gemäß der Erfindung, wie oben im einzelnen beschrieben, ein Lochwalzvor­ gang mit einem hohen Außendurchmesseraufweitungsverhältnis (1, 15 oder höher) ungehindert ohne solche Schwierigkeiten wie das unvollständige Lösen von den Hauptwalzen, Fehler auf der Rohr­ außenfläche und unvollkommenes Eingreifen ausgeführt werden, wodurch der Bereich der herstellbaren Stahlrohre bedeutend er­ weitert kann und deren Herstellungskosten reduziert werden kön­ nen.

Claims (7)

1. Lochwalzverfahren zum Herstellen eines nahtlosen Stahlroh­ res aus einem schraubenartig vorwärtsbewegten Walzgut unter Verwendung eines Stopfens (2), der in der Walzgutachse (X- X) zwischen zwei kegelförmigen Hauptwalzen (1A, 1B) und zwei Scheibenwalzen (3u, 3d) angeordnet ist, welche im Wech­ sel um die Walzgutachse (X-X) angeordnet sind, wobei unter einem Schräglaufwinkel δ zur Walzgutachse an der Eintritts­ stelle des Walzgutes in die Scheibenwalzengleitflächen schräggestellte Scheibenwalzen (3u, 3d) verwendet werden, und wobei die Schräglaufwinkel δ in der Ebene der Schräg­ winkel γ der Hauptwalzen (1A, 1B) unter der Annahme eines Vorschubwinkels β von 0° liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenwalzen (3u, 3d) nur in bezug auf den Schräg­ laufwinkel δ im Verhältnis zu dem Einlaßkonuswinkel θ1 und dem Auslaßkonuswinkel θ2 der Hauptwalzen (1A, 1B) derart eingestellt werden, daß die Bedingungen
θ2 + 2° < δ < 9° und
δ + θ1 < 12°
erfüllt werden.

2. Lochwalzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Außendurchmesseraufweitungsverhältnis (Verhältnis des Walzgutaußendurchmessers nach der Lochung zu dem Walz­ gutaußendurchmesser vor der Lochung) 1,15 oder mehr be­ trägt.

3. Lochwalzverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Außendurchmesseraufweitungsverhältnis in einem Bereich von 1,3 bis 1,45 liegt.

4. Lochwalzverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkonuswinkel θ1 der Hauptwal­ zen in einem Bereich von 3° ≦ θ1 ≦ 4° liegt.

5. Lochwalzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaßkonuswinkel θ2 der Hauptwalzen in einem Be­ reich von 3° ≦ θ2 ≦ 6° liegt.

6. Lochwalzvorrichtung zum Herstellen eines nahtlosen Stahl­ rohres aus einem Walzgut, mit einem Stopfen (2), der ent­ lang einer Walzgutachse (X-X) zwischen zwei eingangsseitig vorgesehenen kegelförmigen Hauptwalzen (1A, 1B) und zwei Scheibenwalzen (3u, 3d) angeordnet ist, welche im Wechsel um die Walzgutachse (X-X) angeordnet sind, wobei die Scheiben­ walzen (3u, 3d) an der Eintrittsstelle des Walzgutes in die Scheibenwalzengleitflächen unter einem in der Ebene der Schrägwinkel γ der Hauptwalzen (1A, 1B) unter der Annahme eines Vorschubwinkels β von 0° liegenden Schräglaufwinkel δ zur Walzgutachse (X-X) schräggestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenwalzen (3u, 3d) nur in bezug auf den Schräg­ laufwinkel δ derart schräggestellt sind, daß im Verhältnis zu dem Einlaßkonuswinkel θ1 und dem Auslaßkonuswinkel θ2 der Hauptwalzen (1A, 1B) die folgenden Bedingungen
θ2 + 2° < δ < 9° und
δ + θ1 < 12°
erfüllt sind.

7. Lochwalzvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß das Außendurchmesseraufweitungsverhältnis (Ver­ hältnis des Walzgutaußendurchmessers nach der Lochung zu dem Walzgutaußendurchmesser vor der Lochung) 1,15 oder mehr beträgt.