DE3825918A1

DE3825918A1 - Verfahren zur herstellung eines elektrisch geschweissten rohres in warmem zustand

Info

Publication number: DE3825918A1
Application number: DE3825918A
Authority: DE
Inventors: Ichiro Yasumura; Kuniharu Fujimoto
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-03-23
Filing date: 1988-07-29
Publication date: 1989-10-05
Anticipated expiration: 2008-07-30
Also published as: DE3825918C2; JPH01241324A; US4945743A; JPH0698382B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrisch geschweißten Rohres.

Elektrisch geschweißte Rohre werden üblicherweise herge stellt, indem ein flaches Stahlblech oder Stahlband durch Kaltwalzen zu einem Rohr geformt und dann an der Naht des Rohres in kaltem Zustand elektrisch verschweißt wird. Da der Verformungswiderstand des Stahlbandes groß ist, muß das Kaltwalzen nach und nach in mehreren Schritten in neun oder zehn Walzgerüsten erfolgen. Die Walzgerüste umfassen Vorbiege-Walzgerüste für die anfängliche Durch biegung des zunächst flachen Stahlbandes und Haupt-Biege walzgerüste, in denen das Band grob zu einem noch nicht vollständig geschlossenen Rohr gebogen wird, sowie Fertig- Walzgerüste wie beispielsweise Rippenstich-Walzgerüste. (Unter "Rippenstich-Walzgerüsten" sollen Walzgerüste ver standen werden, bei denen eine der Walzen in der Mitte mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Rippe versehen ist, die in die Lücke zwischen den Rändern des zu einem Schlitzrohr gebogenen Stahlbandes eingreift und diese Ränder stabilisiert. Mit Hilfe solcher Walzgerüste kann die Breite des Schlitzes dann in mehreren Stichen kon trolliert verringert werden, wobei ggf. auch eine Reduktion in Umfangsrichtung des Rohres erfolgen kann). Herkömmlicher weise werden die Ränder des Stahlbandes bei den (ersten) Walzschritten durch seitliche Führungsrollen und der gleichen gehalten. Der Walzenbiegevorgang läßt sich ein fach und mit hoher Genauigkeit durchführen. Die optimale Kaliberform und Kaliberfolge der Biegewalzen für dieses Verfahren ist aufgrund eingehender Untersuchungen seit langem bekannt.

Für das oben beschriebene Kaltwalzverfahren wird jedoch eine große Anzahl von Walzgerüsten benötigt. Dies führt unvermeidlich zu hohen Ausrüstungskosten und zu kompli zierten und aufwendigen Bedienungs- und Wartungsarbeiten. Hieraus ergeben sich hohe Herstellungskosten.

Es ist deshalb versucht worden, elektrisch geschweißte Rohre in warmem Zustand, d.h., bei einer Temperatur ober halb des Umwandlungspunktes A r ₃, zu walzen, wobei der Verformungswiderstand sehr klein ist und die Bearbeitung in einer Anlage mit kleineren Abmessungen erfolgen kann. Bisher ist das Warmwalzverfahren zur Erzeugung der rohr förmigen Gestalt bei der Herstellung stumpfgeschweißter Rohre mit dünnen Wänden und kleinen Durchmessern eingesetzt worden. Die sogenannten elektrisch geschweißten Stahlrohre haben demgegenüber jedoch eine größere Wanddicke und einen größeren Durchmesser und erfordern einen komplizierteren Rohr-Formungsprozeß. Es bestand die Meinung, daß das Warm walzverfahren bei der Herstellung solcher elektrisch ge schweißter Stahlrohre die nachstehend aufgeführten Nach teile hat und daß ein stabiler Prozeßablauf und eine hohe Herstellungsgenauigkeit mit diesem Verfahren nicht zu erreichen sei.

a) Da der Verformungswiderstand des Ausgangs-Stahlbandes in warmem Zustand gering ist, können die Ränder des Bandes leicht beschädigt werden, so daß es nicht möglich ist, seitliche Führungsrollen und dergleichen zum Halten der Ränder einzusetzen. Ohne solche Führungsrollen ist es jedoch schwierig, den Walzvorgang unter stabilen Bedin gungen auszuführen.

b) Das Verformungsverhalten des warmen Stahlbandes unter scheidet sich von dem Verformungsverhalten beim Kaltwalzen. Es ist schwierig, bei der Warmverformung eine gleichmäßige Herstellung von Rohren sicherzustellen, die nicht nur eine exakte Form und genaue Abmessungen, sondern auch eine Schweißnaht von hoher Qualität aufweisen.

c) Im Gegensatz zum Kaltwalzen ist beim Warmwalzen während der Erwärmung und Verarbeitung die Bildung von Zunder unver meidlich. Es sind deshalb zusätzliche Arbeiten zum Entfer nen des Zunders erforderlich. Solche zusätzlichen Arbeiten beeinträchtigen vielfach einen kontinuierlichen Herstellungs prozeß. Der auf der Stahloberfläche zurückbleibende Zunder wirkt sich nachteilig auf die Qualität des Produktes aus.

d) Das Warmwalzen wird zu einem Zeitpunkt ausgeführt, zu dem das Stahlband einen Heizofen verlassen hat, und bevor das gebogene Band zu einem Rohr verschweißt wird. Während des Walzbiegevorgangs kühlt sich das Stahlband ungleich mäßig ab, so daß sich eine ungleichmäßige Temperaturver teilung auf dem Umfang des Rohres ergibt. Diese Temperatur- Ungleichförmigkeit verhindert eine gleichmäßige Durchführung des Herstellungsprozesses. Wenn die Anzahl der Walzgerüste erhöht wird, um einen stabileren Walzvorgang zu ermöglichen, so werden die Wärmeverluste und die Ungleichförmigkeit der Temperaturverteilung erheblich, und im Ergebnis wird die Qualität der Rohre sowie die Kontinuität des Herstellungs prozesses beeinträchtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein effizientes und wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung elektrisch geschweißter Rohre durch Warmwalzen anzugeben, bei dem eine hohe Qualität der Rohre und insbesondere eine hohe Qualität der Schweißnähte sowie eine präzise Einhaltung der Abmessungen der Rohre gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Gegen stand des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfinder haben Untersuchungen angestellt mit dem Ziel, ein Verfahren zur Herstellung elektrisch geschweißter Stahl rohre unter stabilen Bedingungen und zu geringen Kosten zu finden, bei dem das Ausgangsmaterial in warmem Zustand verformt wird, so daß das von dem Verformungsverhalten beim Kaltwalzen völlig verschiedene Warmverformungsverhalten des Materials ausgenutzt werden kann. Im Zuge dieser Unter suchungen wurden die folgenden Ergebnisse gefunden.

I) Ein präzises Zusammenführen der Ränder des durch Walz biegen zu einem Rohr verformten Stahlbandes ohne seitliche Führungsrollen kann erreicht werden, wenn in dem Biegewalzen system eine Kaliberanordnung mit konstanter Walzbahnlinie eingesetzt wird. Diese Kaliberanordnung zeichnet sich da durch aus, daß das Stahlband in Bezug auf die Ebene des ursprünglich flachen Bandes nur in Teilbereichen nach oben, in anderen Teilbereichen dagegen nach unten verformt wird, so daß die Biegeverformung gleichmäßig in Bezug auf eine gerade (und horizontale) Linie, die sogenannte Walzbahn linie, erfolgt, die durch die Mitte des zugeführten flachen Bandes am Eingang des ersten Walzgerüstes und durch die Achse des fertigen Rohres am Ausgang des letzten Walz gerüstet verläuft. Eine solche Kaliberanordnung ist bisher niemals für die Herstellung elektrisch geschweißter Rohre eingesetzt worden. Vielmehr wird in der Literatur generell eine Kaliberanordnung mit konstanter Bodenlinie beschrieben, bei der die Mittellinie des zugeführten flachen Stahlbandes und die untere Scheitellinie des fertigen Rohres auf gleichem Niveau liegen. Die besondere Bedeutung der Verwendung einer Kaliberfolge mit konstanter Walzbahnlinie liegt darin, daß hierdurch die Randdehnung des Materials verringert wird.

Zur näheren Erläuterung dieser Zusammenhänge soll bereits hier auf die Zeichnungen Bezug genommen werden.

Bei der herkömmlichen Herstellung elektrisch geschweißter Rohre durch Kaltwalzen wird eine Kaliberfolge mit konstan ter Bodenlinie verwendet, da sich dabei die Positionen der Walzgerüste bzw. Walzenpaare einfach ausrichten lassen. Eine solche Anordnung ist in Fig. 2 gezeigt, bei der der Mittelbereich des zugeführten Stahlbandes 1, d.h., der Boden des Stahlbandes auf konstanter Höhe bleibt. Wenn diese Anordnung jedoch bei der Herstellung elek trisch geschweißter Rohe durch Warmwalzen benutzt wird, so ergibt sich eine große Auslenkung der Randbereiche des Bandes,und demgemäß treten starke Änderungen in der Dehnung der Ränder auf.

Dies führt zu einer ausgeprägten Wellenbildung an den Rändern des durch Biegewalzen verformten Bandes, so daß die gegenüberlegenden Ränder nicht gleichmäßig zusammen geführt und gegeneinander gedrückt werden können. Wenn dagegen die in Fig. 3 veranschaulichte Kaliberanordnung mit konstanter Walzbahnlinie verwendet wird, bei der die Walzbahnlinie auf gleicher Höhe bleibt, so ist die Aus lenkung und Verformung der Randbereiche des Bandes nur verhältnismäßig gering, so daß sich nur geringe Änderungen in der Randdehnung ergeben und eine gleichmäßige Verformung gewährleistet ist. Auf diese Weise ermöglicht die Verwen dung des Kalibersystems mit konstanter Walzbahnlinie eine präzise Formung des Rohres durch Warmwalzen, so daß der Verformungswiderstand des Materials gering ist und nur eine kleine Anzahl von Walzgerüsten benötigt wird. Außerdem läßt sich durch dieses Verfahren eine feste und genaue gegenseitige Anlage der Ränder des gebogenen Bandes und eine ausreichende Biege- und Andruckkraft erreichen. Darüber hinaus wird nicht zuletzt wegen der verringerten Anzahl der Walzgerüste eine gleichmäßige Abkühlung des Materials erreicht, und es ergibt sich eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf dem Umfang des Rohres. Insgesamt wird so eine erhöhte Produktivität sowie eine hohe Qualität des Produktes erreicht.

II) Wenn ein elektrisch geschweißtes Rohr durch Warmwalzen hergestellt wird, müssen die Probleme gelöst werden, die sich aus der Zunderbildung, aus der Verwendung von Kühl wasser bei der Nachbehandlung der Schweißzone und der gleichen ergeben. Diese Probleme lassen sich jedoch ein fach und vollständig dadurch lösen, daß ein Biegesystem verwendet wird, bei dem die Ränder des Stahlbandes abwärts gebogen werden, so daß der Schlitz und die spätere Schweiß naht des Rohres an dessen Unterseite liegen. Ein solches Abwärts-Biegeverfahren ist bisher nicht bei der Herstellung elektrisch geschweißter Rohre in industriellem Maßstab eingesetzt worden. Es gibt lediglich Berichte, daß einige stumpfgeschweißte Rohre mit kleinem Durchmesser nach einem solchen Abwärts-Biegeverfahren hergestellt wurden.

Wie aus Fig. 4 hervorgeht, lagert sich bei dem herkömm lichen Aufwärts-Biegesystem der beim Erwärmen in einem Heizofen gebildete Zunder, der bei der weiteren Zunder bildung von der Oberfläche des Stahlbandes abblättert, auf der inneren Oberfläche des Rohres ab, so daß ein nicht gezeigtes Schneidwerkzeug zum Beseitigen eines inneren Randwulstes durch den abgelagerten Zunder be schädigt werden kann. Darüber hinaus sammelt sich Kühl wasser für dieses Schneidwerkzeug im Inneren des Rohres, und es tritt unvermeidlich eine lokale Abkühlung in Teilen des Bodenbereiches des Rohres auf. Wenn im Gegen satz dazu das in Fig. 5 veranschaulichte Abwärts-Biege system verwendet wird, so werden der abgeblätterte Zunder und das Kühlwasser für das Schneidwerkzeug gleichmäßig durch die im Bereich des Bodens gebildete Öffnung des vorgeformten Rohres abgeführt, so daß die oben erwähnten Probleme vermieden werden.

III) Wenn gemäß der obigen Beschreibung nicht nur eine Kaliberanordnung mit konstanter Walzbahnlinie, sondern auch ein Abwärts-Biegesystem verwendet wird, ist es mög lich, elektrisch geschweißte Rohre durch Warmwalzen in industriellem Maßstab herzustellen. Eine besonders vor teilhafte Herstellung elektrisch geschweißter Rohre nach diesem Verfahren ist möglich, wenn die Bedingungen für die Kaliber, die Walzenspalte und der V-Winkel an der Schweißstelle geeignet eingestellt werden. Unter "V-Winkel" ist in diesem Zusammenhang der Winkel zu verstehen, unter dem die Ränder des gebogenen Stahl bandes an der Schweißstelle zusammenlaufen, wie in Fig. 6 gezeigt ist.

Durch entsprechende Einstellung dieser Parameter wird sowohl die Produktivität als auch die Qualität der Produkte verbessert. Das erfindungsgemäße Warmwalzver fahren zur Herstellung elektrisch geschweißter Rohre erweist sich unter diesen Umständen sowohl hinsichtlich der Beherrschbarkeit des Verfahrensablaufs, der Produkt ausbeute als auch hinsichtlich der Produktqualität als vorteilhaft.

Gemäß einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung werden die oben erwähnten Parameter und Bedingungen wie folgt gewählt.

(i) Für die anfängliche Durchbiegung des zunächst flachen Stahlbandes werden waagerecht orientierte Vorbiegewalzen eingesetzt, deren Kaliber einen Krümmungsradius von 265 bis 285 mm aufweist.

(ii) Die weitere Verformung erfolgt mit Hilfe von vertikal orientierten Biegewalzen, deren Kaliber im oberen Bereich oberhalb des Mittelpunkts des Kalibers einen Krümmungs radius R _A und im unteren Bereich unterhalb des Mittelpunkts einen Krümmungsradius R _B aufweist, wobei das Verhältnis R _B/R _A zwischen 1,3 und 1,4 liegt. Der Umfangswinkel, den das gebogene Band nach dem Durchlauf durch diese Biege walzen überspannt, liegt zwischen 210 und 240°. Der Mittelpunkt des Kalibers liegt in einem Abstand C unter halb der Ebene der Walzbahnlinie (Walzbahnebene), wobei das Verhältnis C/R _A zwischen 0,18 und 0,25 liegt.

(iii) Die weitere Verformung erfolgt in ersten Rippenstich- Walzen, deren Rippenbreite, die die Breite der Lücke zwischen den umgebogenen Kanten des Bandes bestimmt, einem Umfangswinkel (Rippenwinkel) von 45 bis 65° entspricht. Diese waagerecht orientierten Walzen sind so gestaltet, daß in Richtung der Breite des Bandes eine Reduktion eintritt, die an der neutralen Achse oder Neutrallinie des Bandes 2,0 bis 3,5% beträgt. Die Kantenfläche des Bandes wird (durch die Rippe) so geformt, daß sie mit der angrenzenden äußeren Umfangsfläche des Bandes einen Winkel (Kantenformwinkel) zwischen 80 und 90° bildet.

(iv) In einem zweiten (oder allgemein dem letzten) Rippen stich-Walzensatz mit horizontal orientierten Walzen wird das Band weiter verformt. Der Querschnitt oder das Kaliber dieses Walzensatzes hat die Form einer in waagerechter Richtung langgestreckten Ellipse mit einem Achsenver hältnis von 1,05 bis 1,13. Der Rippenwinkel liegt zwischen 22 und 35°, und die Reduktion an der neutralen Achse des Bandes beträgt 1,3 bis 2,5%. Der Kantenformwinkel beträgt 80 bis 90°. Zwischen dem unteren Scheitel des Kalibers dieser Rippenstich-Walzen und dem unteren Scheitel des Kalibers eines nachfolgenden Quetschwalzensatzes erfolgt eine Niveauerhöhung von 2,0 bis 4,0 mm ,während zwischen den oberen Scheiteln dieser Kaliber eine Niveauabsenkung von 3,0 bis 5,0 mm erfolgt.

(v) Die Quetschwalzen sind vertikal orientierte Walzen, deren Kaliber die Form einer in senkrechter Richtung lang gestreckten Ellipse mit einem Achsenverhältnis zwischen 1,01 und 1,025 hat. Die an der Schweißnaht des Rohres anliegenden Kanten an den Flanschbereichen der Quetsch walzen sind abgerundet und haben einen Krümmungsradius zwischen 2,0 und 4,0 mm. Die Reduktion durch die Quetsch walzen beträgt an der neutralen Achse des Bandes 1,5 bis 2,5%.

(vi) Im Anschluß an die Quetschwalzen ist ein Satz Auszieh walzen vorgesehen, die ein kreisförmiges Kaliber aufweisen und eine Reduktion an der neutralen Achse des Stahlbandes zwischen 0,7 und 1,5% bewirken.

(vii) Der Walzenspalt der vertikal orientierten Biegewalzen (des zweiten Walzgerüstes) beträgt zwischen 0,5 und 1,0 mm, während der Walzenspalt bei den Rippenstich-Walzen, den Quetschwalzen und den Ausziehwalzen zwischen 1,0 und 2,0 mm liegt. Der V-Winkel, unter dem die Ränder des Stahlbandes an der Schweißstelle zusammenlaufen, beträgt zwischen 2 und 4%.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1(a) eine schematische Seitenansicht einer Walzenanordnung zur Durch führung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 1(b) die Walzenanordnung gemäß Fig. 1(a) in der Draufsicht;

Fig. 2 eine Graphik zur Veranschaulichung der Auslenkungen des Mittelbereichs und der Randbereiche eines Stahl bandes während eines Walzenbiege vorgangs bei einer Kaliberfolge, bei der die Bodenlinie des gebogenen Stahlbandes auf konstanter Höhe bleibt.

Fig. 3 eine Graphik zur Veranschaulichung der Auslenkungen des Mittelbereichs und der Randbereiche des Stahlbandes bei einer Kaliberanordnung, bei der die Walzbahn auf konstantem Niveau bleibt;

Fig. 4 die Formänderungen des Stahlbandes bei einem Aufwärts-Walzenbiegevor gang, bei dem die Kaliberfolge so gewählt ist, daß die Bodenlinie des Stahlbandes auf konstantem Niveau bleibt;

Fig. 5 die Änderung der Form des Stahl bandes bei einem Abwärts-Walzen biegevorgang, bei dem die Kaliber folge so gewählt ist, daß die Walz bahn auf konstantem Niveau bleibt;

Fig. 6 einen sogenannten V-Winkel zwischen den miteinander zu verschweißenden Rändern des Stahlbandes am Schweiß punkt;

Fig. 7 eine Teilansicht einer Vorbiegewalze;

Fig. 8 eine Aufwölbung des Stahlbandes, die gelegentlich bei einem Walzenbiege vorgang auftritt;

Fig. 9 eine schematische Darstellung der Form von Haupt-Biegewalzen;

Fig. 10 die Bildung von Randkrempen, die häufig an Stahlbändern währen des Walzenbiegevorgangs auftritt;

Fig. 11 eine Darstellung einer ersten Rippen stich-Walze;

Fig. 12 eine Veranschaulichung eines Knick punktes, wie er gelegentlich in den Rändern des Stahlbandes auf tritt;

Fig. 13 eine Graphik zur Illustration des Kantenformwinkels an der Rippen stich-Walze;

Fig. 14 eine Darstellung einer zweiten Rippenstich-Walze;

Fig. 15 eine schematische Darstellung einer Quetschwalze;

Fig. 16 eine Darstellung des Quetschwalzen profils in den an den Schweißrändern anliegenden Bereichen; und

Fig. 17 eine Graphik der Dickenverteilung im Bereich in der Nähe der Ränder eines Stahlbleches, entsprechend Versuchsergebnissen bei einem Aus führungsbeispiel des erfindungs gemäßen Verfahrens.

Wie eingangs erwähnt wurde, sind gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung die Biegewalzen so angeordnet, daß ihre Kaliber eine konstante (geradlinig auf konstantem Niveau liegende) Walzbahn (Pass Line) definieren und daß die Ränder des Stahlbandes abwärts gebogen werden.

Die Gründe für diese Maßnahmen sollen nachfolgend mit Bezug auf die in Fig. 1 gezeigte Walzenanordnung erläutert wer den.

Die in Fig. 1 schematisch gezeigte Walzenanordnung dient zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Her stellung elektrisch geschweißter Rohre in warmem Zustand.

Fig. 1(a) ist eine Seitenansicht der Walzenanordnung, wäh rend Fig. 1(b) dieselbe Walzenanordnung in der Draufsicht zeigt.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden zum groben Biegen des Stahlbandes bis zu einem Biegewinkel (Umfangs winkel des Querschnitts des gebogenen Stahlbandes) von 210 bis 240° Vorbiegewalzen 2 und Biegewalzen 3 einge setzt.

Rippenstich-Walzen (Fin Pass Rolls) 4 ₁, 4 ₂ sind waagerecht in zwei Gerüsten angeordnet. Es können jedoch auch drei Rippen-Stiche und somit drei Rippenstich-Walzgerüste vorgesehen sein. Bei den Rippen-Stichen werden die Rand linien des vorgebogenen Stahlbandes 1 begrenzt bzw. einge spannt. Es wird so eine Schweißzone gebildet, in der die miteinander zu verschweißenden Ränder des Stahlbandes V-förmig zusammenlaufen, und der Winkel (V-Winkel), unter dem die Ränder aufeinandertreffen, wird eingestellt.

Nachdem die Formgebung dieser V-förmigen Zone abgeschlossen ist und die Ränder des Stahlbandes eingespannt sind, werden die Ränder mit Hilfe der Induktionsspule 5 eines Hoch frequenz-Induktionsheizgerätes erhitzt, und die Ränder werden mit Hilfe von Quetschwalzen 6 miteinander ver schweißt. Das geschweißte Rohr wird dann mit Hilfe von Ausziehwalzen 7 stromabwärts ausgezogen.

Bei der in Fig. 1(a) und 1(b) gezeigten Anordnung beträgt der Abstand zwischen den benachbarten Walzgerüsten 350 bis 800 mm, und der Abstand vom Ausgang des Heizofens zu den Ausziehwalzen ist nicht größer als 7 m, so daß Wärmever luste so klein wie möglich gehalten werden.

Die Formänderungen des Stahlbandes während des Biegevor gangs sind in Fig. 5 veranschaulicht.

Die Kaliber der Walzen sind so gewählt, daß ihre Quer schnitte auf konstanter Höhe bleiben, so daß eine geradlinig auf konstanter Höhe bleibende Walzbahn definiert wird, und die Ränder des Stahlbandes werden abwärts gebogen. Diese Maßnahmen sind vorteilhaft für die Herstellung elektrisch geschweißter Rohre in heißem Zustand.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die Bedin gungen jedes Walzensatzes und die Ränder der V-förmigen Schweißzone in der nachfolgend beschriebenen Weise bestimmt. Dies ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren gleich mäßig und unter stabilen Bedingungen auszuführen.

Die Bedingungen und die Gründe für die Wahl dieser Bedin gungen werden nachfolgend im einzelnen erläutert.

(i) Vorbiegewalzen:

Der Krümmungsradius des Kalibers der Vorbiegewalzen (Fig. 7) liegt zwischen 265 und 285 mm, weil bei einem Krümmungs radius von weniger als 265 mm der Walzwiderstand infolge zu starker Verformung des Materials übermäßig groß wird, während andererseits bei einem Krümmungsradius von mehr als 285 mm es infolge zu geringer Vorbiegung leicht zu einer Aufwölbung des Stahlbandes (Fig. 8) am nächsten Walzgerüst, d.h., an den Biegewalzen kommt.

(ii) Biegewalzen:

Gemäß Fig. 9 liegt das Verhältnis R _B/R _A des Krümmungs radius R _B für den unteren Teil des Kalibers unterhalb des Kalibermittelpunkts zu dem Krümmungsradius R _A für den oberen Teil des Kalibers oberhalb des Kalibermittelpunkts zwischen 1,3 und 1,4. Wenn dieses Verhältnis kleiner ist als 1,3, so kommt es am nächsten Walzgerüst, d.h., bei dem ersten Rippen-Stich, leicht zu einer Krempenbildung des Stahlbandes, da die Randbereiche des Stahlbandes gemäß Fig. 10 übermäßig stark nach innen gebogen werden. Wenn dagegen das Verhältnis größer ist als 1,4, wird der Form prozeß infolge übermäßiger Verformung am nächsten Walz gerüst instabil.

Darüber hinaus liegt der Mittelpunkt des Kalibers der Biegewalzen in einer bestimmten Position unterhalb der Walzbahnebene, so daß die Ungleichung 0,18 C/R _A 0,25 gilt, wobei C den Abstand zwischen der Walzbahnebene und dem Mittelpunkt des Kalibers angibt (Fig. 9). Wenn das Verhältnis C/R _A in dem oben genannten Bereich liegt, so ist das Ausmaß der Materialdehnung im Mittelbereich des Stahlbandes gleich dem Ausmaß der Materialdehnung in den Randbereichen. Wenn das Verhältnis außerhalb dieses Be reiches liegt, überwiegt entweder die Dehnung in den Randbereichen oder im Mittelbereich.

Der Biegewinkel der Biegewalzen (der Winkel R in Fig. 9) beträgt zwischen 210 und 240°. Wenn dieser Winkel kleiner ist als 210°, ergibt sich am nächsten Walzgerüst, d.h., bei dem ersten Rippen-Stich, eine übermäßige Verformung und somit ein instabiler Betrieb der Anlage. Wenn der Winkel größer ist als 240°, so neigt das Stahlband dazu, sich in dem nachfolgenden Walzgerüst an dem Rippenteil der Rippenstich-Walzen aufzuwölben, weil die Randbereiche des Stahlbandes zu stark nach innen gebogen werden.

(iii) Erstes Rippenstich-Walzgerüst:

Der Rippenwinkel R (Fig. 11) der ersten Rippenstich-Walze liegt zwischen 45 und 65°. Wenn der Winkel außerhalb dieses Bereiches liegt, so tritt an den Randlinien des Stahlbandes an der Stelle des zweiten Rippenstich-Walzgerüstes eine Knickstelle auf (Fig. 12), und es ergibt sich ein insta biler Formvorgang.

Darüber hinaus wird erfindungsgemäß das Stahlband einge spannt, indem während der Verformung in dem Rippenstich- Walzgerüst in Richtung der Breite wirkende Kräfte ausge übt werden, und die Reduktion liegt an der Neutrallinie des Stahlbandes im Bereich von 2,0 bis 3,5%. Wenn die Reduk tion kleiner ist als 2%, so reicht die Einspannkraft nicht aus, eine Bewegung des Stahlbandes in Richtung der Breite zu unterdrücken. Wenn andererseits die Reduk tion größer ist als 3,5%, kommt es durch übermäßige Stauchung leicht zu einer Aufwölbung des Stahlbandes im Bereich der Ränder.

Der Kantenformwinkel oder Kantenabschrägungswinkel α des Stahlbandes (Fig. 11 und 13) liegt zwischen 80 und 90°. Wenn im Anschluß an den Schweißvorgang die inneren und äußeren Schweißwülste mit Hilfe eines Schneidwerkzeugs entfernt werden, so muß die Bildung eines verdünnten Wand bereichs infolge übermäßiger Abspanung vermieden werden. Zu diesem Zweck werden die Randbereiche des Stahlbandes zuvor in den Rippen-Stichen verdickt. Je kleiner der Kantenformwinkel α ist, desto größer ist die Reduktion an der Innenseite und damit die Zunahme der Wanddicke. Wenn jedoch der Winkel kleiner als 80° ist, so wird die Reduktion an der Innenseite so groß, daß sich die Außen seite nach dem Schweißen nicht mehr ausreichend anwalzen läßt. Wenn der Winkel größer ist als 90°, ergibt sich eine unzureichende Reduktion an der Innenseite. Aus diesem Grund wird erfindungsgemäß der Kantenformwinkel zwischen 80 und 90° gewählt.

(iv) Zweites Rippenstich-Walzgerüst:

Wie in Fig. 14 gezeigt ist, ist der Querschnitt oder das Kaliber der zweiten (letzten) Rippenstich-Walzen elliptisch, so daß der Abstand zwischen den in den ersten Rippenstich Walzen geformten Stahlband und den (äußeren) Flansch bereichen der zweiten Rippenstich-Walzen kleiner ist als der Abstand am Schlitzboden oder Schlitzrohr-Boden. Die Verformung des Bandes beginnt deshalb am Schlitzrohr- Boden und endet an den Flanschbereichen der Walzen, so daß sich eine kurze Berührungslänge zwischen dem Band und den Flanschbereichen ergibt und weniger Material defekte hervorgerufen werden. Wenn das Achsenverhältnis, d.h., das Verhältnis W/H in Fig. 14, kleiner ist als 1,05, kann die Entstehung von Walzfehlern oder -defekten nicht verhindert werden, und wenn das Verhältnis größer ist als 1,13, kommt es leicht zu einer oszillierenden Bewegung des Bandes in Richtung seiner Breite, d.h., einem Rollen, während des Verformungsvorgangs im nächsten Walz gerüst, also an den Quetschwalzen.

Der Rippenwinkel liegt zwischen 22 und 35°. Andernfalls würde der Verformungsvorgang instabil infolge der Ent stehung einer Knickstelle in den Randbereichen des Stahl bandes.

Die Reduktion an der neutralen Achse des Stahlbandes beträgt 1,3 bis 2,5%. Wenn die Reduktion in der Breite kleiner ist als 1,3%, so ist die auf das Band wirkende Spannkraft nicht ausreichend, und es tritt eine oszillie rende Bewegung in Richtung der Breite während des Verfor mungsvorgangs auf. Wenn die Reduktion größer ist als 2,5%, so kommt es infolge übermäßiger Stauchung zu Auf wölbungen in den Randbereichen des Bandes.

Der Kantenformwinkel α liegt zwischen 80 und 90°, da bei einem Kantenformwinkel von weniger als 80° die Reduktion auf der Innenseite so groß wird, daß die Reduktion auf der Außenseite während des Schweißvorgangs nicht mehr aus reicht, und da bei einem Kantenformwinkel von mehr als 90° die Reduktion auf der Innenseite deutlich unterhalb des gewünschten Wertes liegt.

Wenn das Stahlband die Quetschwalzen durchläuft, so kann das Aneinanderdrücken der Ränder schonend und gleichmäßig ausgeführt werden, da durch einen unteren Abstand "A" (Fig. 14) zwischen den zweiten Rippenstich-Walzen (Fertig- Rippenstich) und den Quetschwalzen eine Spannung erzeugt wird. Wenn der Abstand "A" kleiner ist als 2,0 mm, so werden die Randbereiche wellig, da die Spannung unzureichend ist, und wenn der Abstand mehr als 4,0 mm beträgt, so können wegen der großen Berührungslänge zwischen den Flanschen der Quetschwalzen und den Randbereichen des Stahlbandes leicht Walzdefekte entstehen. Deshalb wird für den unteren Abstand zwischen dem Boden der letzten Rippenstich-Walzen und dem Boden der Quetschwalzen ein Wert zwischen 2,0 und 4,0 mm gewählt. Wenn der entsprechende Abstand "B" (Fig. 14) am oberen Scheitel der Walzenkaliber mehr als 5,0 mm beträgt, wird die Berührungslänge zwischen den Flanschen der Quetschwalzen und den Randbereichen des Stahlbandes so groß, daß leicht Walzdefekte entstehen. Wenn jedoch der obere Abstand kleiner ist als 3,0 mm, so kommt es infolge unzureichender Spannung leicht zu oszillierenden Bewegungen in Richtung der Breite des Bandes (rollen). Der obere Abstand "B" hat deshalb einen Wert zwischen 3,0 und 5,0 mm.

(v) Quetschwalzen:

Das Achsenverhältnis des Quetschwalzenkalibers (das Verhält nis W/H in Fig. 15) liegt zwischen 1,01 und 1,025. Wenn dieses Verhältnis kleiner ist als 1,01, so ist die Berührungs länge zwischen den Quetschwalzen (insbesondere in den oberen und unteren Flanschbereichen derselben) so groß, daß Walzdefekte entstehen, wenn das in den zweiten (letzten) Rippenstich-Walzen zu einer waagerecht langgestreckten Ellipse verformte Band die Quetschwalzen passiert. Wenn dagegen das Achsenverhältnis größer als 1,025 ist, so kann leicht eine oszillierende Bewegung des Bandes in Richtung der Breite (rollen) auftreten.

Der Krümmungsradius R (Fig. 16) der Ränder der Quetsch walzen, die die Schweißkanten des Stahlbandes berühren, liegt zwischen 2,0 und 4,0 mm. Bei einem kleineren Krümmungsradius treten unvermeidlich Walzdefekte an den Kanten auf, und bei einem größeren Krümmungsradius als 4,0 mm werden die Randbereiche nach außen gebogen, so daß sich ein unzureichender Andruck der Randbereiche des Bandes ergibt.

Die Reduktion an der neutralen Achse des Stahlbandes liegt zwischen 1,5 und 2,5%, da bei einer kleineren Reduktion der geschmolzene Stahl beim Schweißvorgang nicht aus reichend angepreßt wird, so daß häufig Schweißfehler auftreten, während bei einer Reduktion um mehr als 2,5% leicht Aufwölbungen der Randbereiche des Bandes infolge übermäßiger Stauchung auftreten.

(vi) Ausziehwalzen:

Die durch die Ausziehwalzen erzeugte Reduktion des Stahl bandes an der neutralen Achse beträgt 0,7 bis 1,5%. Bei einer kleineren Reduktion tritt unvermeidlich eine oszillie rende Bewegung in Richtung der Breite (rollen) infolge einer Abnahme der Spannkräfte auf. Wenn die Reduktion größer ist als 1,5%, so treten unvermeidlich lokale Verdickungen in der Wand des erzeugten Rohres auf, da die Temperatur der Schweißzone hoch und der Verformungs widerstand gering ist.

Der Walzenspalt an den einzelnen Walzgerüsten, d.h., der Abstand zwischen den Flanschen der einander gegenüber liegenden Walzen, wird für die Vorbiegewalzen abhängig von der Dicke des ursprünglichen Stahlbandes auf einen geeigneten Wert eingestellt, und für die (Haupt-)Biege walzen wird der Walzenspalt so klein wie möglich einge stellt, da keine genaue Anpassung dieses Walzenspaltes erforderlich ist. Wenn allerdings der Walzenspalt der Biegewalzen 3 kleiner ist als 0,5 mm, besteht die Gefahr, daß die einander gegenüberliegenden Flansche einander berühren, während die Verformungskräfte ausgeübt werden, so daß es zu Beschädigungen der Walzen kommt. Wenn dagegen der Walzenspalt größer ist als 1,0 mm, kommt es unvermeid lich zu einem Auspressen des Stahlbandes zwischen den Flanschbereichen. Aus diesem Grund wird für den Walzen spalt ein Wert zwischen 0,5 und 1,0 mm gewählt.

Der Walzenspalt für jeden der Rippenstich-Walzensätze, die Quetschwalzen und die Ausziehwalzen wird so einge stellt, daß er innerhalb eines Bereiches von 1,0 bis 2,0 mm liegt. Einerseits ist es notwendig, mindestens einen Walzenspalt von 1,0 mm vorzusehen, und andererseits kommt es leicht zu einem Auspressen des Stahlbandes an den Flanschbereichen, wenn der Spalt größer als 2,0 mm ist.

Der V-Winkel der V-förmigen Schweißzone wird auf einen Wert von 2 bis 4° eingestellt. Als "V-Winkel" ist dabei der Winkel definiert, den die Ränder des aus den zweiten (letzten) Rippenstich-Walzen austretenden Stahlbandes an dem Punkt miteinander bilden, an dem diese Ränder durch die Quetschwalzen zusammengedrückt werden. Dieser V-Winkel hat einen hohen Einfluß auf die Schweißqualität und wird bestimmt auf der Grundlage der zuvor beschriebenen Abmessungen und Positionen der Walzenkaliber der letzten Rippenstich-Walzen und der Quetschwalzen. Die optimalen Werte für diesen Winkel liegten zwischen 2 und 4°. Wenn der V-Winkel kleiner ist als 2°, so ist der Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Rändern des Stahlbandes so klein, daß es bei Schwankungen der Ver formungsgeschwindigkeit und der Spannung leicht zu einer vorzeitigen Berührung der Ränder kommen kann, was zu einem Kurzschluß und damit zu Schweißdefekten führt. Wenn der V-Winkel größer ist als 4°, so entstehen leicht wellige Ränder, da die Länge der Randlinie (in der Schweiß zone) relativ lang ist und die Randdehnung zunimmt.

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Erfin dung auch für die Herstellung von heißgewalzten geschweiß ten Rohren nach einem Verfahren anwendbar ist, bei dem die Ränder des Stahlbandes aufwärts gebogen werden. Die Anwendbarkeit der Erfindung ist auch nicht von Bedingungen des Walzbiegevorgangs wie etwa der Walzengröße oder den Eigenschaften des ursprünglichen Stahlbandes abhängig. Als Ausgangswerkstücke können im Rahmen der Erfindung verschiedene Arten von Stahlbändern oder Blechen ver wendet werden, und das Ergebnis ist in jedem Fall ein elektrisch geschweißtes Rohr hoher Qualität.

Einige Anwendungsbeispiele der Erfindung sollen nach folgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.

BEISPIELE

Ein Stahlband mit einer Dicke von 4,0 mm und einer Breite von 420 mm aus beruhigt vergossenem Si-Al-Stahl (0,7% C, 0,20% Si, 0,25% Mn) diente zur Herstellung eines Schweiß naht-Rohres mit einem Außendurchmesser von 114,3 mm. Zur Herstellung wurde die in Fig. 1 gezeigte Anlage verwendet, und die Verformungsbedingungen waren wie folgt gewählt:

a) der Krümmungsradius R des Kalibers der Vorbiegewalzen betrug 271 mm;
b) der Krümmungsradius R _A des Bereichs oberhalb des Kali ber-Mittelpunkts der Biegewalzen 3 betrug 110,125 mm, und der Krümmungsradius R _B des Bereichs unterhalb des Kaliber-Mittelpunkts betrug 147,925 mm (R _B/R _A=1,34); der Abstand "C" zwischen der Walzbahnebene und dem Kaliber-Mittelpunkt betrug 22,0 mm (C/R _A=0,2), und der Biegewinkel R betrug 220°;
c) die Reduktion (in der Breite) an der neutralen Achse (in der neutralen Fläche des Stahlbandes) an den ersten Rippenstich-Walzen 4 ₁ betrug 3,19%, der Rippenwinkel betrug 47°, und der Kantenformwinkel α betrug 86°;
d) das Achsenverhältnis W/H der zweiten Rippenstich-Walzen betrug 1,06, der untere Abstand "A" zum unteren Scheitel des Quetschwalzenkalibers betrug 3,0 mm, und der obere Abstand "B" zum oberen Scheitel des Quetschwalzenkali bers betrug 3,64 mm, die Reduktion an der neutralen Achse des Stahlbandes betrug 1,5%, der Rippenwinkel R betrug 24,3°, und der Kantenformwinkel α betrug 83°;
e) das Achsenverhältnis W/H des Quetschwalzenkalibers betrug 1,015, der Krümmungsradius an den Rändern der Quetschwalzen betrug 3,0 mm, und die Reduktion an der neutralen Achse des Stahlbandes betrug 1,72%;
f) die Reduktion durch die Ausziehwalzen betrug an der neutralen Achse des Stahlbandes 0,77%;
g) die Walzenspalte betrugen 0,57 mm für die Biegewalzen 3, 142 mm für die ersten Rippenstich-Walzen 4 ₁, 1,27 mm für die zweiten Rippenstich-Walzen 4 ₂, 1,35 mm für die Quetschwalzen und 1,49 mm für die Ausziehwalzen, und der V-Winkel der Schweißzone betrug 2,05°.

Die Ausgangstemperatur des Stahlbandes an der Einlaßseite des Vorbiegewalzengerüstes betrug 900°C, und die Temperatur auf der Ausgangsseite des Ausziehwalzengerüstes betrug 850°C.

Es wurde bestätigt, daß nach dem erfindungsgemäßen Ver fahren elektrisch geschweißte Rohre mit hoher Qualität in effizienter und wirtschaftlicher Weise hergestellt werden konnten.

Fig. 17 ist eine graphische Darstellung von Meßergebnissen zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel und zeigt die Dickenverteilung in einem Bereich in der Nähe der Ränder des Stahlbandes.

Wie aus Fig. 17 hervorgeht, ergab sich bei dem erfindungs gemäßen Verfahren zwar eine Abnahme der Wanddicke infolge der Randdehnung beim Passieren der Biegewalzen, doch wurde eine gleichmäßige Verdickung der Wandbereiche längs beider Ränder erreicht, wenn das Band die Rippenstich-Walzen durch lief, und es wurde eine stabile Anlage der zu verschweißenden Ränder erreicht.

Darüber hinaus wurden zur Herstellung heißgewalzter elek trisch geschweißter Rohre mit Durchmessern zwischen 21,7 und 115,3 mm im wesentlichen unter den gleichen Bedingungen wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ver schiedene Arten von Stahlbändern mit Dicken im Bereich von 3,0 bis 8,0 mm verwendet. Der Schweißvorgang konnte erfolgreich ausgeführt werden, und es ergab sich eine zufriedenstellende Verbindung der verschweißten Ränder.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit geeignet, heiß gewalzte elektrisch geschweißte Rohre von hoher Qualität in einem stabilen Prozeß herzustellen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines elektrisch geschweißten Rohres, bei dem ein Stahlband (1) in warmem Zustand konti nuierlich in eine rohrförmige Form gebogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Biegen und Formen des Rohres in einer Walzenanordnung (2, 3, 4 ₁, 4 ₂, 6, 7) mit konstan ter Walzbahnlinie erfolgt und daß die Ränder des Stahlbandes (1) abwärts gebogen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Walzenanordnung ein Paar Vorbiegewalzen (2), ein Paar Haupt-Biegewalzen (3), wenigstens zwei Rippenstich Walzenpaare (4 ₁, 4₂), ein Paar Quetschwalzen (6) und ein Paar Ausziehwalzen (7) umfaßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß zwei Rippen-Stiche ausgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband (1) vor dem Walzenbiegevorgang auf eine Temperatur oberhalb des Umwand lungspunktes A ₃ erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Bedingungen eingehalten werden:

(i) die Vorbiegewalzen (2) sind mit ihren Achsen waagerecht orientiert und weisen ein Kaliber mit einem Krümmungs radius zwischen 265 und 285 mm auf;
(ii) die Haupt-Biegewalzen (3) sind mit ihren Achsen senk recht orientiert, und ihr Kaliber weist im Bereich oberhalb des Kaliberzentrums einen Krünmungsradius R _A und im Bereich unterhalb des Kaliberzentrums einen anderen Krümmungsradius R _B auf, wobei das Verhältnis R _B/R _A zwischen 1,3 und 1,4 liegt; der Biegewinkel liegt zwischen 210 und 240°; und das Kaliberzentrum befindet sich in einem Abstand C unterhalb der Walzbahnebene, wobei das Verhältnis C/R _A zwischen 0,18 und 0,25 liegt;
(iii) die ersten Rippenstich-Walzen (4 ₁) sind mit ihren Achsen waagerecht orientiert; die Breite der Rippe entspricht einem Winkelausschnitt des Kalibers mit einem Zentriwinkel zwischen 45 und 65°; das Kaliber ist so gewählt, daß sich an der Neutrallinie des gebogenen Stahlbandes eine Reduktion von 2,0 bis 3,5% ergibt; und der Kantenformwinkel an der Rippe liegt zwischen 80 und 90°;
(iv) die letzten Rippenstich-Walzen (4 ₂) sind mit ihren Achsen waagerecht orientiert und bilden einen in waagerechter Richtung langgestreckten Kaliberquer schnitt mit einem Achsenverhältnis zwischen 1,05 und 1,13; die Breite der Rippe der Walzen entspricht einem Winkelausschnitt des Kalibers mit einem Zentri winkel zwischen 22 und 35°; das Kaliber ist so ge wählt, daß die Reduktion an der Neutrallinie des gebogenen Bleches zwischen 1,3 und 2,5% liegt; der Kantenformwinkel an der Rippe beträgt 80 bis 90°; die Niveauerhöhung (A) zwischen dem unteren Scheitel des Kalibers der letzten Rippenstich-Walzen (4 ₂) und dem unteren Scheitel des Kalibers der Quetschwalzen (6) beträgt 2,0 bis 4,0 mm; und die Niveauabsenkung (B) zwischen dem oberen Scheitel des Kalibers der letzten Rippenstich-Walzen und dem oberen Scheitel des Kalibers der Quetschwalzen beträgt zwischen 3,0 und 5,0 mm;
(v) die Quetschwalzen (6) sind mit ihren Achsen senkrecht orientiert und bilden einen in vertikaler Richtung langgestreckten elliptischen Kaliberquerschnitt mit einem Achsenverhältnis von 1,01 bis 1,025; der Krümmungsradius an den Kanten der Quetschwalzen, die an der Schweißnaht des gebogenen Stahlbandes anliegen, liegt zwischen 2,0 und 4,0 mm; und das Kaliber ist so gewählt, daß die Reduktion an der Neutrallinie des gebogenen Stahlbandes 1,5 bis 2,5% beträgt;
(vi) die Ausziehwalzen (7) sind mit ihren Achsen waagerecht orientiert und haben ein kreisförmiges Kaliber, das so gewählt ist, daß die Reduktion an der Neutral linie des zu einem Rohr gebogenen Stahlbandes zwi schen 0,7 und 1,5% liegt; und
(vii) der Walzenspalt der Haupt-Biegewalzen (3) beträgt zwischen 0,5 und 1,0 mm; und der Walzenspalt der Rippenstich-Walzen (4 ₁, 4₂), der Quetschwalzen (6) und der Ausziehwalzen (7) liegt jeweils im Bereich von 1,0 bis 2,0 mm; und der V-Winkel, unter dem die zu verschweißenden Ränder des Rohres zusammenlaufen, beträgt zwischen 2 und 4°.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Abstand zwischen benachbarten Walzgerüsten 350 bis 800 mm beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Stahlband (1) vor dem Walzenbiege vorgang in einem an der Walzstraße angeordneten Heizofen erwärmt wird und daß der Abstand zwischen dem Ausgang des Heizofens und den Ausziehwalzen nicht größer ist als 7 m.