DE3048691C2

DE3048691C2 -

Info

Publication number: DE3048691C2
Application number: DE3048691A
Authority: DE
Inventors: Manabu Kanagawa Jp Tamura; Yoshiki Tokio/Tokyo Jp Kamemura; Masao Yokohama Kanagawa Jp Handa
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1979-12-25
Filing date: 1980-12-23
Publication date: 1988-03-10
Also published as: GB2069904A; DE3048691A1; CA1147615A; JPS5691912A; IT1143903B; GB2069904B; IT8050434A0; FR2472423A1; FR2472423B1; JPS5913924B2; US4393677A

Description

Die Erfindung betrifft einen Lochdorn nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.

Ein Lochdorn wird verwendet für Stopfen- und Streckwalzwerke, die zur Herstellung von nahtlosen Stahlröhren vorgesehen sind. Bislang wurden derartige Lochdorne hergestellt durch Gießen einer Stahllegierung mit 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, 3 Gew.-% Chrom und 1 Gew.-% Nickel, nachfolgender Erhitzung der Stahllegierung auf eine Temperatur von 900 bis 950°C und anschließender Abkühlung. In einem Stopfwalzwerk wird ein erhitzter Stahlblock zwischen zwei einander gegenüberliegenden Walzen gerollt, welche gegenüber der Achse des Dorns geneigt sind, und zu gleicher Zeit wird der Dorn in den Mittelteil des Blockes hineingestoßen, um die Mittelöffnung zu verbreitern, wodurch eine Rohrluppe mit entsprechendem inneren Durchmesser erhalten wird. Da der Lochdorn mit dem auf eine Temperatur von etwa 1200°C erhitzten Stahlblock in Gleitkontakt gebracht wird, erleidet er eine weitreichende Beschädigung, wie beispielsweise Verschleiß, Abrieb und Deformierung, so daß seine Lebensdauer oder die Anzahl seiner Einsätze gering ist. Ein beschädigter Lochdorn verursacht Kratzer an der inneren Oberfläche der Röhre, so daß ein Auswechseln des Lochdorns vor Eintritt größerer Beschädigungen erforderlich ist. Somit ist es erforderlich, den Lochdorn sorgfältig und in Abständen zu untersuchen, wodurch viel Zeit und Arbeit verlorengeht. Ist der Lochdorn an einer Dornstange befestigt, so sind Zeit und Arbeit erforderlich, um den beschädigten Lochdorn auszuwechseln, wodurch die Produktivität sinkt.

Es ist ein Lochdorn mit längerer Lebensdauer bekannt aus einer Stahllegierung mit 0,2 Gew.-% Kohlenstoff, 1,6 Gew.-% Chrom, 0,5 Gew.-% Nickel, 1,25 Gew.-% Kobalt und 1 Gew.-% Kupfer. Diese Legierung weist jedoch Nachteile auf, da sie Kupfer und Kobalt enthält. Insbesondere Kobalt ist nicht in konstantem Maße zugänglich, da seine Vorkommen gering sind.

Darüber hinaus wurden alle bislang bekannten Lochdorne hitzebehandelt, damit sich auf ihrer Oberfläche eine Oxidschicht bildete. Wenn auch die Oxidschicht eine Hitzeisolierung liefert und eine Gleitfunktion zwischen dem erhitzten Stahlstück und dem Körper oder dem Kern des Lochdorns ausübt, wie beispielsweise in der US-PS 39 62 897 dargestellt wurde, kann die Oxidschicht keine hinreichend große Hitzeisolierung gewährleisten und ihre Gleitfunktionen nicht ausüben, wenn der Stahlblock die Neigung zeigt, die Verunreinigungen einzuschließen. Um diesem Problem zu begegnen, wurde ein Lochdorn vorgeschlagen aus einer hitzebeständigen Legierung auf Kobalt-Basis, worauf sich kein Oxid-Belag befand. Der Lochdorn aus einer derartigen Stahllegierung auf Kobalt-Basis ist nicht nur teuer, sondern zeigte auch im Versuch, daß er nicht immer eine hohe Beständigkeit besitzt. Wenn auch diese Art des Lochdorns ohne Oxid-Belag hergestellt wird, so sind doch seine Herstellungskosten hoch, da er einer Hitzebehandlung in einer festen Lösung und einer Alterungs- Hitzebehandlung unterworfen wird.

Fig. 1 der anliegenden Abbildungen zeigt ein Beispiel für die Beschädigung eines bekannten Lochdorns, der in einem Stopfenwalzwerk verwendet wurde. Dort sind Abnutzungsstellen 11 und Abhebungen 12 am Vorderende ausgebildet, während Falten oder Risse auf dem Rumpfteil ausgebildet sind. Die Falten 13 entstehen durch die Schrumpfung durch die Hochtemperatur-Kräfte, während die Risse 14 aufgrund der thermischen Beanspruchung und aufgrund der Verringerung der Festigkeit gebildet werden. Die Abnutzung 11 und die Abhebung 12 werden verursacht durch die Abnutzung der Oberflächenablagerung, wodurch der Angriff erfolgt. Aus diesem Grunde war es praktisch schwierig, einen Lochdorn mit verbesserter Beständigkeit und frei von derartigen, aus verschiedenen Gründen verursachten Schäden zu erhalten. Demzufolge wurde ein niedrig legierter Stahl mit 0,3 Gew.-% Kohlenstoffgehalt, 3 Gew.-% Chrom und 1 Gew.-% Nickel beispielsweise bevorzugt. Die Furchen 13 oder Bruchstellen 14, die in Fig. 1 dargestellt sind, werden durch einen Anstieg der Oberflächentemperatur hervorgerufen. Aus diesem Grunde können derartige Fehler vermieden werden, wenn eine Oxidablagerung mit hinreichend großer Hitzeisolierungsfähigkeit gebildet werden kann. Ein Beispiel für eine derartige Verbesserung ist aus der japanischen Offenlegungsschrift 17 363/1979 bekannt. Nach dem dort beschriebenen Verfahren wird die zur Bildung der Oxidablagerung verwendete Erhitzungs-Atmosphäre durch Zumischen von Wasser gesteuert, so daß eine stabile Oxidablagerung gebildet wird. Mit Hilfe dieses Verfahrens wird jedoch der Lochdorn dahingehend verbessert, daß ein angemessenes Gleichgewicht aufrechterhalten wird zwischen der Form, der Wärmeisolierungseigenschaft und der Gleitfähigkeit der Oxidablagerung. Die mechanischen Eigenschaften der Nichtedelmetall-Legierungen können den Durchbohrungs-Beanspruchungen nicht standhalten, welche mit der Zeit härter werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen preiswerten Lochdorn herzustellen, der demgegenüber eine größere Haltbarkeit hat und gegenüber bekannten Lochdornen bessere Isolierungs- und Gleiteigenschaften aufweist.

Die erfindungsgemäß gestellte Aufgabe wird, wie aus den vorstehenden Ansprüchen ersichtlich, gelöst. Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird die Haftung der Oxidschicht verbessert. Bestimmte Teile schälen sich nicht ab, d. h. man erhält eine Oxidschicht, die auf dem Kernmaterial fest haftet und eine hervorragende mechanische Festigkeit sowie Widerstandsfähigkeit bei thermischer Belastung zeigt. Außerdem kann die Dicke der Oxidschicht auf den gewünschten Wert eingestellt werden, so daß auch die Lebensdauer steigt. Darüber hinaus kann die Dicke der Oxidschicht an den verschiedenen Teilen des Lochdorns variiert werden. Sie hat eine gleichförmige Mikrostruktur und kann einfach aufgebracht werden. Schließlich kann als Kernmaterial austenitischer Stahl verwendet werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden eingehenden Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Fig. erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaubild eines bekannten Lochdorns, welcher typische Schäden aufweist,

Fig. 2 eine Darstellung des Ergebnisses der EPMA-Analyse (Electron Probe Micro Analyzer) der Ablagerung vor der tatsächlichen Benutzung des bekannten Lochdorns,

Fig. 3 eine Darstellung des Ergebnisses der EPMA-Analyse der Ablagerung während der tatsächlichen Verwendung des bekannten Lochdorns,

Fig. 4 eine Darstellung des Effekts von Cr₂O₃ in einem Pulvergemisch von Cr₂O₃ und Fe₃O₄ auf einen Lochdorn, welcher 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, 3 Gew.-% Chrom, 1 Gew.-% Nickel und den Rest an Eisen und Verunreinigungen aufweist, wenn das geschmolzene Gemisch von Cr₂O₃ und Fe₃O₄ auf den Lochdorn aufgesprüht wird,

Fig. 5 eine Darstellung des Einflusses der Eisenmenge in einem Pulvergemisch aus Eisen und Fe₃O₄, wenn das geschmolzene Gemisch auf einen Lochdorn aufgesprüht wird, der die gleiche Zusammensetzung aufweist, wie der gemäß Fig. 4 untersuchte Lochdorn.

Fig. 6 eine Mikrofotografie, welche die Mikrostruktur eines bekannten Lochdorns vor seiner Anwendung zeigt,

Fig. 7 eine Mikrofotografie, welche die Mikrostruktur des gleichen bekannten Lochdorns nach seiner Anwendung zeigt,

Fig. 8 eine Mikrofotografie, welche die Mikrostruktur der Oxidablagerung zeigt, welche auf der Oberfläche des bekannten Lochdorns vor seiner Anwendung gebildet wird,

Fig. 9 eine Mikrofotografie, welche die Mikrostruktur der Ablagerung zeigt, wobei eine primäre Beschichtung aus einem Gemisch von Nickel und Aluminium aufgebracht wurde und nachfolgend ein geschmolzenes Gemisch aus Fe und Fe₃O₄ aufgesprüht wurde,

Fig. 10 eine Mikrofotografie, welche die Mikrostruktur eines Lochdorns nach dem Aufsprühen von geschmolzenem Fe₃O₄ auf die Oberfläche des Lochdorns zeigt.

Jede Mikrofotografie in den Fig. 6 bis 10 wurde mit einem Vergrößerungsfaktor 100 aufgenommen.

Die Erfindung betrifft einen Lochdorn zur Verwendung in Stopfen- und Streckwalzwerken, wobei ein Gemisch von geschmolzenen Eisenoxiden auf die Oberfläche des Lochdorns aufgesprüht wird. Jedoch exisitiert keine Begrenzung für die chemische Zusammensetzung der eingesetzten Legierungen, welche zur Ausführung des Kerns des Lochdorns verwendet werden. Da jedoch der Lochdorn üblicherweise für ein Mannesmann-Stopfwalzwerk verwendet wird, sollte der Lochdorn eine größere mechanische Festigkeit aufweisen, als das zu durchstoßende Stahlteil und eine Zähigkeit, welche für den Durchstoßungs-Vorgang hinreichend ist (beispielsweise eine Sharpy-Kerbzähigkeit von 0,1 kg · m/cm² oder mehr). Der Lochdorn kann zur Einregelung seiner mechanischen Eigenschaften hitzebehandelt werden. Er kann ein geschmiedetes Teil sein und übliche Oberflächen-Unregelmäßigkeiten aufweisen. Wird der Lochdorn durch Guß gebildet, so werden seine Oberflächendefekte entfernt, um eine glatte Oberfläche zu erhalten.

Fig. 6 zeigt eine Mikrostruktur der Oxidablagerung auf einem bekannten Lochdorn vor der Anwendung. Diese Oxidablagerung weist eine Zweischichten-Struktur auf. Die äußere Schicht enthält Fe₂O₃ und ist leicht abzuheben, während die innere Schicht, die Fe₃O₄ enthält, fest ist und nicht einfach abgehoben werden kann. Das Ergebnis der EPMA-Analyse dieser Oxidablagerung ist in Fig. 2 dargestellt, welche zeigt, daß in der inneren Ablagerungsschicht über das Eisen hinaus Chrom, Silicium und Mangan nachgewiesen wurden.

Auf der anderen Seite zeigt Fig. 7 eine Mikrostruktur der Oxidablagerung eines bekannten Lochdorns nach dessen Anwendung. Auch diese Oxidablagerung weist eine Zweischichten-Struktur auf. Jedoch zeigen die Ergebnisse der EPMA-Analyse und der Röntgenbeugungs- Untersuchung der Oxidablagerung, daß die äußere Schicht an Eisen reich ist und im wesentlichen aus FeO besteht, während die innere Schicht zusätzlich zum Eisen noch Chrom und Silicium enthält und im wesentlichen aus einem Oxid des Fe₃O₄-Typs besteht. Die Anwesenheit von FeO in der äußeren Schicht und Fe₃O₄ in der inneren Schicht können nicht durch die Thermodynamik der Oxidierungserscheinung erklärt werden. Das während der Anwendung auf der Oberfläche des Lochdorns gebildete FeO kann lediglich nach einigen Durchgängen beobachtet werden, aber es herrscht die Meinung, daß das FeO während des Durchstoßungs-Verfahrens gebildet wird und das FeO anschließend gegen die Oberfläche des Lochdorns gepreßt wird.

Somit übt die FeO-Schicht während des Betriebs des Stopfenwalzwerkes eine wärmeisolierende und Schmierfunktion aus, und die Oxidschicht aus Fe₃O₄, welche vor der Benutzung gebildet wurde, verhindert wahrscheinlich ein Anfressen zwischen dem Lochdorn und dem zu durchstoßenden Stahlteil. Aus diesem Grunde kann FeO auf der Lochdorn-Oberfläche vor dessen tatsächlichem Einsatz gebildet werden. Wenn ein Stahlteil, welches ein Preßpulver enthält, das beim Eingießen des geschmolzenen Stahls in eine Gießform zur Bildung eines Stahlblocks zwecks Regulierung des Aufgehens des geschmolzenen Stahls oder zur Verhinderung von Angriffen bei einem kontinuierlichen Gießverfahren verwendet wurde, einem durchbohrenden Auswalzen (piercing rolling) unterworfen wird, so wird als Lochdorn-Oberfläche zur Verringerung der Festigkeit eine glasähnliche Substanz aufgebracht. Die glasähnliche Schicht enthält SiO₂ und CaO als Hauptbestandteile, und diese Hauptbestandteile reagieren mit den Oxiden auf der Lochdorn- Oberfläche derart, daß die Viskosität der Oxide bei hohen Temperaturen verringert wird. Aus diesem Grunde eignet sich eine derartige Zusammensetzung nicht zum Aufsprühen auf die Lochdorn- Oberfläche in einem geschmolzenen Zustand. Darüber hinaus klebt eine derartige glasähnliche Substanz auf der Lochdorn-Oberfläche an der inneren Oberfläche der gewalzten Röhre an, wodurch darauf Kratzer entstehen.

Aus den vorstehend genannten Gründen sollte das auf die Lochdorn- Oberfläche in geschmolzenem Zustand aufgesprühte Pulver die folgenden Bedingungen erfüllen.

1. Da die Erhitzungstemperatur des Stahlstückes bei etwa 1200°C liegt und die durch Arbeit und Reibung erzeugte Wärme hinzutritt, wird die Temperatur der Stahlröhre beim Durchstoßen auf etwa 1250°C gesteigert. Erfindungsgemäß muß das aufzusprühende Material eine entsprechende Viskosität aufweisen und Wärmeisolierungsfähigkeit bei dieser Arbeitstemperatur. Darüber hinaus sollte das Material keine glasartigen Eigenschaften aufweisen oder zu einem glasartigen Material umgewandelt werden. Um diesen Bedingungen zu entsprechen, ist es erforderlich, daß das Material keine großen Mengen an SiO₂, Al₂O₃, B₂O₃ und P₂O₅ enthält.
2. Um eine geeignete Hitzeisolierungseigenschaft aufzuweisen, sollte das Material keine metallische oder ionische Bindung besitzen und muß im wesentlichen aus Oxiden bestehen.
3. Um eine geeignete Viskosität zu zeigen, sollte das Material nicht unterhalb der vorstehend genannten Temperaturbedingung schmelzen. Der Hauptbestandteil des in einem geschmolzenen Zustand aufzusprühenden Pulvers sind im wesentlichen Eisenoxide. Da jedoch der Kern des Lochdorns Eisen, Chrom und Nickel enthält, sollten die Oxide des Nickels und Chroms die Hauptzusammensetzung umfassen, damit das aufgesprühte Oxid dem Lochdorn gut anhaftet.

Dieses Oxid-Gemisch kann geringe Mengen an CaO, SiO₂, V₂O₅ und P₂O₅ enthalten. Wenn jedoch diese Oxide in großen Mengen enthalten sind, so wird eine Verbindung mit einem niedrigen Schmelzpunkt gebildet, so daß es vorteilhaft ist, die Gesamtmenge dieser Oxide auf einen Wert von bis zu 10 Gew.-% zu begrenzen. Werden Al₂O₃, TiO₂ oder ZrO₂ mit FeO vermischt, so erniedrigt sich der Schmelzpunkt des Gemisches leicht mit dem Ergebnis, daß Verbindungen mit einem Schmelzpunkt von 1300°C bis 1350°C gebildet werden, so daß es vorteilhaft ist, die Gesamtmenge der genannten Oxide auf einen Wert von 20 Gew.-% oder darunter zu begrenzen. Da ein Zusatz von Oxiden der Elemente Cr, La, Mg, Mn und Y zu den Eisenoxiden, d. h. FeO, Fe₃O₄ und Fe₂O₃ ein Bestreben zeigt, den Schmelzpunkt zu erhöhen, sind diese Elemente bevorzugt zur Verwendung als Pulver, welches in geschmolzenem Zustand aufgesprüht wird. Ferner verringert die Zugabe von Oxiden der Elemente Ni, Co, Cu, Mo und W zu Eisenoxiden nicht den Schmelzpunkt.

Werden die Pulver von Eisen und Fe₃O₄ in einem stöchiometrischen Verhältnis vermischt und in einer reduzierenden Atmosphäre, wie sie zur Zeit des Durchstoßungsverfahrens nach Mannesmann herrscht, erhitzt, so wird FeO gebildet, so daß im geschmolzenen Zustand aufgesprühte Pulver eine gewisse Menge an Metall enthalten kann. Ferner können zum besseren Anhaften an dem Metall des Lochdorns die Elemente Fe, Cr, Ni, Co und Cu, die auch im Lochdornkern vorhanden sind, der Oxidmischung zugefügt werden.

Zusammenfassend muß das in geschmolzenem Zustand aufgesprühte Pulver die folgenden Bedingungen erfüllen.

Das Pulver sollte eine Zusammensetzung sein, welche Eisenoxide als Hauptbestandteil aufweist und deren Rest aus Oxiden von Cu, Mg, B, Y, La, Al, Ti, Zr, Cr, Mo, W, Mn, Co und Ni und solchen Verunreinigungen, wie den Oxiden von Ca, Si, P und V besteht. Somit sollte das Pulver ein Oxid mit einem Schmelzpunkt, der oberhalb der maximalen Walztemperatur (üblicherweise etwa 1250°C, ist jedoch abhängig von dem Walzsystem) liegt, sein und keine glasähnlichen Eigenschaften aufweisen oder sollte ein Pulvergemisch sein von Oxidverbindungen oder festen Lösungen davon.

Ferner kann das Pulver bis zu 50 Gew.-% von Pulvern derartiger Metalle oder Legierungen, wie Fe, Cr, Ni, Co und Cu enthalten, welche auch in dem Lochdorn vorhanden sind. Im Falle von Eisen läuft folgende Reaktion ab.

Fe + Fe₂O₃ → FeO

Wird Wustit gebildet durch Vermischen von Fe und Hämatit, so kann die Fe-Menge etwa 22 Gew.-% betragen, bezogen auf das Gewicht des Gemisches.

Geschmolzenes Pulver wird auf die Lochdorn-Oberfläche gesprüht, nachdem die Oberfläche durch Sandstrahl aufgerauht wurde. Haftet das geschmolzene Pulver nicht gut auf dem Lochdorn, so wird eine Grundierungs-Bschichtung aus Nickel und Aluminium aufgetragen. Das Aufsprühen im geschmolzenen Zustand kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen, wie beispielsweise durch Pulver-Flammspritzen, Plasma-Sprühen oder Detonations- Sprühen.

Beträgt die Teilchengröße des in flüssigem Zustand aufzusprühenden Pulvers weniger als ein Mikron, so absorbiert das Gemisch Feuchtigkeit an der Luft, wodurch die Fließfähigkeit und Bearbeitungsfähigkeit verringert wird. Liegt die Korngröße höher als 1 mm, so ist die Oberfläche des beschichteten Lochdorns zu rauh, um in befriedigender Weise eingesetzt zu werden.

Beträgt die Dicke der aufgesprühten Oxide weniger als 0,05 mm, so kann keine hinreichende Hitzeisolierungseigenschaft erzielt werden, während bei einer Schichtdicke der aufgesprühten Oxide von mehr als 2 mm ein einfaches Abheben erfolgt.

Tabelle 1 zeigt die Testergebnisse mit verschiedenen Lochdornen, welche 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, 3 Gew.-% Chrom, 1 Gew.-% Nickel und den Restgehalt an Eisen aufweisen, nach dem Gießen hitzebehandelt wurden und mit einer Oberflächenbeschichtung aus Eisenoxiden oder einer Mischung aus Eisen und Eisenoxiden mittels Plasma-Sprühung gebildet wurden.

Tabelle 1

Die Proben 1 bis 6 zeigen das Ergebnis eines Durchstoßungs-Tests mit einem Dorn, der nach dem Schleifen einer Sandstrahlbehandlung unterzogen wurde, einem Dorn, bei welchem nach Schleifen und Sandstrahlbehandlung ein Pulvergemisch aus Ni und Al in geschmolzenem Zustand aufgesprüht wurde und einen Dorn, auf welchen ferner Al₂O₃-Pulver in geschmolzenem Zustand aufgesprüht wurde. Bei Herstellung der Dorne wurde die Tatsache in die Überlegung einbezogen, daß die Abhebe-Eigenschaft des mittels eines geschmolzenen Sprühmittels aufgetragenen Films beeinflußt wird durch die Vorbehandlung der Dornoberfläche. Zur Bildung der endgültigen Beschichtung wurde ein Pulver aus Fe₃O₄ oder ein Pulvergemisch aus Eisen und Fe₃O₄ in geschmolzenem Zustand auf die Oberfläche des wie vorstehend beschrieben vorbehandelten Dorns aufgesprüht.

Ein Vergleich der Proben 2 und 5 mit der Kontrollprobe 11 zeigt, daß die Lebensdauer der ersteren 24 und 54 Anwendungen beträgt, womit die Zahlenwerte sehr viel höher liegen als bei der Vergleichsprobe.

Die Lebensdauer der Proben 1 und 4 beträgt 4 und 16 Anwendungen, während diejenige der Proben 3 und 6 die Werte von 4 und 5 Anwendungen aufweisen, was anzeigt, daß die Beständigkeit dieser Proben ein wenig besser ist, als diejenige der bekannten Dorne, aber für die praktische Anwendung nicht hinreichend groß ist. Die Lebensdauer der Proben 7 und 8 hat einen Wert von 20 bzw. 35 Anwendungen und liegt somit sehr viel höher, als bei dem nach dem Stand der Technik bekannten Lochdorn. Auf der anderen Seite ist die Lebensdauer von Probe 10 die gleiche, wie bei dem Lochdorn nach dem Stand der Technik und zeigt keine Verbesserung. Das kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, daß die Oxid-Ablagerung, die durch Hitzebehandlung gebildet wird, eine Doppelschicht- Konstruktion darstellt, wobei die untere Schicht im wesentlichen aus Fe₃O₄ besteht mit ausgezeichneter Abhebe-Festigkeit, während die obere Schicht, welche im wesentlichen aus Fe₂O₃ besteht, leicht abhebt. Aus diesem Grunde hebt die erhaltene Beschichtung auch dann, wenn eine dicke Beschichtung in geschmolzenem Zustand auf die obere Schicht aufgesprüht wird, leicht ab.

Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse eines Walztests, bei welchem Streckdorne (elongator plugs) vorbeschichtet wurden mit einem Gemisch aus Ni und Al, welches nach der Darstellung in Tabelle 1 ein gutes Ergebnis zeigte, und nachfolgend eine Beschichtung aus Fe₃O₄ oder aus einem Pulvergemisch von Eisen und Fe₃O₄, das durch Aufsprühen auf dem Ni-Al-Gemisch gebildet wurde.

Tabelle 2

Die Proben 1 und 2, welche einer speziellen Vorbehandlung unterworfen wurden, zeigen eine bemerkenswerte Verbesserung der Lebensdauer gegenüber der Vergleichsprobe 3.

Die folgende Tabelle 3 zeigt das Ergebnis von einem Durchstoßungs- Test zur Untersuchung des Einflusses der Zusammensetzung der in geschmolzenem Zustand aufgesprühten Pulver und eines Dorns aus aus korrosionsfestem Stahl, welcher mit geschmolzenen Pulvern aus Eisen und Fe₃O₄ besprüht worden war. Ein derartiger Dorn aus korrosionsfestem Stahl wurde bislang als nicht einsetzbar angesehen aufgrund seiner Anfressungs-Beschädigung, welche durch die Tatsache hervorgerufen wird, daß eine ausgezeichnete Oxid-Ablagerung mit einer gewöhnlichen Hitzebehandlung nicht gebildet werden kann.

Tabelle 3

Die Proben 1 bis 5 sind Dorne, welche mit einem Pulvergemisch von Fe₃O₄ und Oxiden der Elemente Cr, Ni, Co, Cu und Mn besprüht worden sind. Diese Proben weisen einen hohen Wert von 21 bis 41 für die Lebensdauer auf, der sehr viel höher liegt, als der entsprechende Wert für einen nach dem Stand der Technik bekannten Dorn. Jedoch weist die Probe 6 einen Wert für die Lebensdauer von lediglich 2 auf und zeigt keine Verbesserung, da bei Vermischung von SiO₂ mit Fe₃O₄ der Schmelzpunkt erniedrigt wird, so daß die Beschichtung glasartig wird, wenn sie einer hohen Durchstoßungs-Temperatur (etwa 1200 bis 1250°C) unterworfen wird.

Fig. 4 zeit das Ergebnis eines Durchstoßungs-Tests mit Dornen, welche mit Fe₃O₄ und Cr₂O₃ in verschiedenen Verhältnissen aufweisenden Pulvern in geschmolzenem Zustand besprüht worden waren. Wie der Fig. 4 entnommen werden kann, weisen die Gemische mit einem Gehalt von bis zu 50 Gew.-% Cr₂O₃ eine etwas bessere Lebensdauer auf, als ein Fall mit lediglich einem Gehalt an Fe₃O₄. Wenn jedoch der Gewichtsanteil an Cr₂O₃ 75% erreicht, so sinkt die Lebensdauer ab auf Werte unterhalb des lediglich aus Fe₃O₄ bestehenden Beispiels.

Die in Tabelle 3 dargestellten Proben 7 bis 11 beziehen sich auf Dorne, welche mit einem Pulvergemisch von Fe₃O₄ und Cr, Ni, Co, Cu und Mn in geschmolzenem Zustand besprüht wurden. Die Werte für die Lebensdauer dieser Dorne liegen bei 29 bis 45 und sind damit sehr viel höher, als die entsprechenden Werte für aus dem Stand der Technik bekannte Dorne.

Ein Vergleich dieser Ergebnisse mit den Ergebnissen der Proben Nr. 2 (ein Gemisch von Fe + Fe₃O₄) und Nr. 5 (Fe₃O₄), dargestellt in Tabelle 1, zeigt, daß die Gemische von Fe₃O₄ und Metallpulvern eine höhere Lebensdauer aufweisen, als ein lediglich aus Fe₃O₄ bestehendes Pulver. Das wird durch die Tatsache bewirkt, daß bei einem bestimmten Gehalt an Metallpulver das duktile Metallpulver als ein Bindemittel dient, wie in der Mikrofotografie nach Fig. 9 dargestellt ist, wodurch die Abheb-Festigkeit der aufgesprühten Beschichtung verbessert wird.

Da jedoch die mittels eines geschmolzenen Sprühmittels gebildete Oxid- Ablagerung auf der Oberfläche des Dorns vorgesehen ist zur Verleihung von Hitzeisolierungs- und Gleiteigenschaften, ist ein Gemisch einer großen Menge an Metallen in dem in geschmolzenem Zustand aufzusprühenden Pulver nicht geeignet. Insbesondere die Ergebnisse von Versuchen, welche mit Gemischen, die unterschiedliche Mengen an Metallpulvern enthielten und welche in Fig. 5 dargestellt sind, zeigen, daß bei einem Prozentgehalt des Metallpulvers in einem Bereich von 0 bis 50 Gew.-% die Lebensdauer höher ist, als die vergleichbaren Werte eines hitzebehandelten Dorns nach dem Stand der Technik. Wenn jedoch der Prozentgehalt an Metallpulvern 60% erreicht, so sinkt die Lebensdauer stark ab. Somit verursacht ein derartiger Dorn Anfressungs-Schäden nach lediglich zwei Durchstoßungs-Vorgängen.

Probe Nr. 12, auf welche in Tabelle 3 Bezug genommen wird, verwendet ein Gemisch aus Fe₃O₄, Cr₂O₃ und Fe und weist eine ausgezeichnete Lebensdauer auf.

Probe Nr. 13 umfaßt einen Kern aus austenitischem korrosionsfestem Stahl, welcher zur Verwendung als Kernmetall ungeeignet war, da es unmöglich ist, eine befriedigende Oxid-Ablagerung durch Hitzebehandlung zu bilden. Der Dorn war mit einem geschmolzenen Gemisch aus Fe und Fe₃O₄ beschichtet. Dieser Dorn wies einen Wert für die Lebensdauer von 83 auf, welcher sehr viel höher liegt als der Wert 54 eines Dorns, der durch Aufsprühen des gleichen Gemisches auf einen Kern aus niedrig legiertem Stahl mit einer Zusammensetzung von 0,3 Gew.-% Kohlenstoff, 3 Gew.-% Chrom und 1 Gew.-% Nickel und dem Rest an Eisen durch Aufsprühen erhalten wurde.

Claims

1. Eine Oxidschicht aufweisender Lochdorn zur Verwendung in Stopfen- und Streckwalzwerken zur Herstellung von nahtlosen Stahlröhren, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht aus durch thermisches Aufsprühen einer weitgehend aus Eisenoxiden bestehenden Pulverschicht erhalten ist.

2. Lochdorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenoxide aus den Verbindungen FeO, Fe₃O₄ und Fe₂O₃ oder deren Gemische bestehen.

3. Lochdorn nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver mehr als 50 Gew.-% Eisenoxide umfaßt.

4. Lochdorn nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver ferner ein oder mehrere Oxide von Chrom, Nickel, Kupfer und Mangan und ein oder mehrere Metalle aus der Gruppe Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer und Mangan enthält.

5. Lochdorn nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Aufbringung der Oxidschicht die Oberfläche des Lochdorns durch thermisches Aufsprühen eines Gemisches aus Nickel- und Aluminiumpulver vorbehandelt wurde.

6. Lochdorn nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Pulver eines verwendet worden ist, das eine Korngröße von 1 µ bis 1 mm aufweist.

7. Lochdorn nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht eine Dicke von 0,05 bis 2 mm aufweist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Lochdorns nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man auf den Lochdorn ein weitgehend aus Eisenoxiden bestehendes Pulvergemisch thermisch aufsprüht.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Pulver verwendet, das als Eisenoxid die Verbindungen FeO, Fe₃O₄ und Fe₂O₃ oder deren Gemische umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als Pulver eines verwendet, das mehr als 50 Gew.-% Eisenoxid enthält.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Pulver verwendet, das ferner ein oder mehrere Oxide von Chrom, Nickel, Kupfer und Mangan und ein oder mehrere Metalle aus der Gruppe Eisen, Chrom, Nickel, Kobalt, Kupfer und Mangan enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche des Lochdorns durch thermisches Aufsprühen eines Gemisches aus Nickel- und Aluminiumpulver vorbehandelte.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Pulver verwendet, das eine Korngröße von1 µ bis 1 mm aufweist.