DE3844802C2 - Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre durch Lochwalzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bislang wird zum Herstellen nahtloser Rohre überwiegend das Mannesmann-Stopfenwalzwerkverfahren oder das Mannesmann-Dornwalzwerkverfahren verwendet. Bei diesen Verfahren wird der durch einen Vorwärmofen auf die vorgeschriebene Temperatur erhitzte massive Knüppel mittels eines Lochwalzwerks zu einem stangenähnlichen Hohlkörper gelocht, der durch ein Streckwerk, z. B. ein Stopfenwalzwerk oder ein Dornwalzwerk, zu einer hohlen Rohrluppe gewalzt wird, indem hauptsächlich seine Wandstärke reduziert wird; dann wird der Außendurchmesser durch ein Reduzierwerk, etwa ein Streck-Reduzierwerk, reduziert, um fertige nahtlose Rohre mit den vorgesehenen Abmessungen zu erhalten.

Aus der DE-OS 32 12 742 ist ein Schrägwalzwerk zum Lochwalzen von Knüppeln zu Rohrluppen beschrieben, bei dem die Achsen der Kegelwalzen in bezug auf die Walzgutachse unter einem Schrägwinkel γ geneigt sind. Zwischen den Arbeitswalzen sind beiderseits des Walzgutes einander gegenüberliegende Scheibenwalzen vorgesehen, die unabhängig von den Kegelwalzen angetrieben werden und während des Lochwalzens gegen das Walzgut gepreßt werden. Zentral zwischen den Kegelwalzen und den Scheibenwalzen befindet sich ein Lochdorn. Die Achsen der Kegelwalzen sind so angeordnet, daß der Vorschubwinkel β und der Schrägwinkel γ die folgenden Bedingungen erfüllen:

 3°<β<25°
 3°<γ<25°
15°<β+γ<45°.

Dieser bekannte Stand der Technik ist grundlegend anders als das Lochprinzip der Mannesmann-Verarbeitung, bei der das Lochen unter einem sogenannten Walzverformungseffekt (Mannesmann-Effekt) durchgeführt wird, wogegen bei der früheren Erfindung.

• (1) das Auftreten des Walzverformungseffektes (Mannesmann-Effekt) soweit wie möglich verringert wird und
• (2) die während des Lochvorgangs erzeugte Umfangsscherdeformation γ_{γ R} oder Oberflächentorsionsscherdeformation γ_{R l} soweit wie möglich verringert wird, um den Metallstrom zu bewirken, der dem Strangpreßvorgang gleichwertig oder proportional ist, obwohl es sich um ein Schrägwalzen handelt.

Zu diesem Zweck ist das Lochwalzwerk so aufgebaut, daß es das Lochen mit großem Schrägwinkel und großem Vorschubwinkel gestattet; die Hauptwalzen sind konisch ausgebildet, und anstelle von Gleitschuhen werden Scheibenwalzen verwendet. Da man dadurch den Walzverformungseffekt (Mannesmann-Effekt) beseitigt, um die Entstehung von Innenflächendefekten zu verringern, und insbesondere ein Scherkraftfeld von der Umfangsscherdeformation γ_{γ R} befreit, um die Ausbreitung von Innenflächendefekten zu verhindern, wird die Rohrherstellung aus sogenannten schwerverarbeitbaren Materialien wie hochlegierte und superlegierte Materialien u. d., beispielsweise Inconel, Hastelloy etc., insbesondere aus Automatenstahl und rostfreiem Stahl möglich, für den man bisher auf den Ugine-Sejournet-Strangpreßvorgang zurückgreifen mußte.

Zudem können aus einem stranggegossenen Gußkörper Rohre hergestellt werden, ohne Innenbohrungsdefekte zu erzeugen, wodurch die Vorteile der Rationalisierung, wie etwa bei den Herstellungskosten u. d., beträchtlich erhöht werden.

Generell lassen sich Längs-, Quer- und Umfangsverformungen Ψ_l, Ψ_γ und Ψ_R beim Lochen durch die folgenden Gleichungen darstellen, wobei der Außendurchmesser und die Länge des massiven Knüppels vor dem Lochen mit d₀, l₀ und diese Abmessungen und die Stärke eines Hohlkörpers nach dem Lochen als d, l und t bezeichnet werden:

In diesem Fall gilt Ψ_l+Ψ_γ+Ψ_R=0.

Obwohl in der Praxis die Werte des Lochverhältnisses und des Rohraufweitungsverhältnisses verwendet werden, repräsentieren diese den Deformationsbetrag nicht präzise, sondern definiert als

Rohraufweitungsverhältnis d, d₀,

die lediglich Kriterien für den Deformationsgrad sind.

Da die Auswirkungen dieser Beträge jedoch klar sind, werden sie oft als Beträge für die Deformation verwendet und auch in der folgenden Beschreibung derart benutzt.

Obwohl beim gewöhnlichen Lochen das Lochverhältnis nur etwa 3,0 ∼ 3,3 und das Rohraufweitungsverhältnis etwa 1,05 ∼ 1,08 beträgt, basierte die frühere Erfindung des Anmelders auf derartigen üblichen Bereichen.

Wenn dementsprechend das Lochverhältnis oder Rohraufweitungsverhältnis weit über diese Beträge ansteigt, wird der Walzverformungseffekt stark vergrößert, so daß beim Lochen ein beträchtliches Umfangsscherkraftfeld verursacht wird, welches unausweichlich zur Bildung eines Innenflächendefektes führt, wodurch ein doppeltes Lochsystem unter Benutzung zweier Lochwalzwerkanlagen verwendet werden mußte.

Dies bedeutet, daß der Knüppel mittels des ersten Lochwalzwerks mit einer Bohrung versehen werden mußte, und mittels des zweiten Lochwalzwerks durch weitere Streckung (in diesem Fall wird das zweite Lochwalzwerk als Rotationsstreckwerk bezeichnet) oder durch Rohraufweitung um 30 bis 50% (in diesem Fall wird das zweite Lochwalzwerk als Rotationsaufweiter - rotary expander - bezeichnet) verkleinert wurde.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß, wenn beim vorgenannten Stand der Technik das Lochverhältnis oder das Rohraufweitungsverhältnis erheblich erhöht werden soll, sich der Mannesmann-Effekt derart verstärkt, daß beim Lochen ein beträchtliches Scherkraftfeld auf dem Umfang erzeugt wird, das die Ausbildung von Innenflächendefekten zur Folge hat. Dadurch ist es zwangsläufig erforderlich, das Lochen zweistufig in zwei hintereinandergeschalteten Walzgerüsten durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung nahtloser Rohre aus Edelstählen und hochlegierten Stählen mit geringer Warmverarbeitbarkeit zu schaffen, bei dem es in einem einstufigen Lochungsvorgang möglich ist, das ungefähre Fertigmaß der Rohre zu erreichen und die Rohre dünnwandig herzustellen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen erfindungsgemäß die Merkmale des Patentanspruches 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Rohrluppen mit einem einzigen Lochwalzgerüst in einem einstufigen Lochungsvorgang ungefähr auf das Fertigungsmaß zu bringen, wodurch 90% bis 95% bis zur Fertigstellung der nahtlosen Rohre notwendigen Verformung in einem einzigen Schrägwalzprozeß erzielt werden, wobei Innenflächendefekte weitestgehend vermieden werden. Durch den Wegfall eines nachfolgenden Stopfenwalzwerkes zum Verformen der Rohrluppe auf das ungefähre Fertigmaß und eines zwischen den Walzgerüsten anzuordnenden Aufheizofens ist das erfindungsgemäße Rohrherstellungsverfahren in hohem Maße wirtschaftlicher als der bisherige zweistufige Prozeß.

Die Einhaltung der für den einstufigen Prozeß erfindungsgemäß angegebenen Parameter ermöglicht ein Lochen zu dünnwandigen Rohrluppen (Wandstärke zu Rohrdurchmesserverhältnis unter 0,065) ohne ein Ausbauchen der Rohrluppen oder ein Blockieren des Lochungsvorgangs.

Die Erfindung ermöglicht das Dünnwandlochen bei hoher Verarbeitungseffizienz durch einen einzigen Prozeß, wobei die Herstellung einer hohlen Rohrluppe realisiert wird, welche dem Endprodukt nahekommt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Entstehung und Ausbreitung von Innenflächendefekten verringert wird.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist ein Rohraufweitungsverhältnis d/d₀ von knapp über 2 erreichbar. Dies bedeutet, daß bei diesem einstufigen Schrägwalzprozeß der Außendurchmesser der fertig gewalzten Rohrluppe doppelt so groß ist wie der Eingangsdurchmesser des ungelochten Walzknüppels. Ein derartiges Rohraufweitungsverhältnis in einem einstufigen Schrägwälzprozeß zu erreichen, ist erstmalig ermöglicht worden und stellt eine wesentliche Neuheit dar.

Wenn nach herkömmlichen Verfahren Rohrluppen mit einem größeren Außendurchmesser als der Knüppeldurchmesser hergestellt werden, wird zunächst in einer ersten Stufe eine Rohrluppe erzeugt, deren Außendurchmesser kleiner ist als der Knüppel, wobei dann die Rohrluppe in einem zweiten Aufweitungsprozeß auf den gewünschten Außendurchmesser, der größer ist als der Knüppeldurchmesser, erweitert wird.

Das Herstellen von Rohrluppen mit einem größeren Außendurchmesser als der Knüppeldurchmesser in einem einzigen Lochungsprozeß ist bisher wegen der Innenflächendefekte für unmöglich gehalten worden. Daß unter den in der Erfindung angegebenen Randbedingungen Bohrungsdefekte während des Lochens nicht auftreten, konnte nicht erwartet werden und die angegebenen Randbedingungen sind das Resultat einer langjährigen Forschung, unterstützt mit entsprechenden Versuchen.

Der Vorschubwinkel β und der Schrägwinkel γ der kegelförmigen Walzen, die an beiden Enden gelagert sind und einander gegenüber angeordnet sind, wobei eine Walzgutachse zwischen ihnen verläuft, werden vorzugsweise in den folgenden Bereichen gehalten:

 8°≦β≦20°
 5°≦γ≦35°
15°≦β+γ≦50°,

um gleichzeitig die folgende Beziehung zu erfüllen, die zwischen dem Durchmesser d₀ des massiven Knüppels und dem Außendurchmesser d und der Wandstärke t der hohlen Rohrluppe nach dem Lochen besteht:

1,5≦-Ψ_γ/Ψ_R≦4,5,

unter der Voraussetzung, daß

und um das Lochverhältnis über 4,0, das Rohraufweitungsverhältnis über 1,15 oder das Wandstärke-/Außendurchmesser-Verhältnis unter 6,5% zu bringen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen genauer erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf die Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Vorderansicht der Vorrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Ansicht einer Lagervorrichtung für die Kegelwalzen des Schrägwalzwerks.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen genauer beschrieben.

Lochbedingungen

Beim Beanspruchen eines Lochwalzwerks gemäß der früheren Erfindung bis an die Grenze des Lochverhältnisses und des Rohraufweitungsverhältnisses, d. h. während des Dünnwandlochens bei hoher Verarbeitungseffizienz durch Lochen mit dem hohen Lochverhältnis und dem hohen Rohraufweitungsverhältnis, und beim Fortführen der Studien und der Forschung unter großer Änderung der Lochbedingungen hat sich erwiesen, daß die Bedingungen, die beim Lochen mit dem allgemeinen Lochverhältnis oder Rohraufweitungsverhältnis fast vernachlässigbar waren, derart hervortraten, daß sie im Falle eines derartigen Dünnwandlochens bei hoher Verarbeitungseffizienz Probleme verursachten.

Dabei geht es darum, ob der Lochablauf durchgeführt wird oder nicht, und darum, grundlegende Prinzipien darüber zu ermitteln, wie man beim Lochen die Walzreduzierung der Wanddicke axial und umfangsmäßig verteilen soll. Jede Abweichung von den Prinzipien kann ein Ausbeulen (ein Vorwölbungsphänomen) erzeugen oder ein Blockieren oder Aufheben des Lochvorgangs selbst bewirken.

Die Ergebnisse der Experimente, die vornehmlich im Zusammenhang mit der Frage durchgeführt wurden, wie die Stärkenreduzierung beim Walzen in Längsrichtung und umfangsmäßig verteilt werden muß, werden nicht erläutert.

Unter Verwendung eines schräggeneigten Walzwerktyps ist ein möglicher Lochbereich, innerhalb dessen das Lochen ohne Verursachung von Ausbeulen oder Blockieren möglich ist, bei den Lochexperimenten untersucht worden, wie etwa beim Verändern der Durchmesser der massiven Knüppel und Stopfen durch Veränderung des Vorschubwinkels β der Hauptwalzen in 7 Schritten von 8° bis 20° mit einem Intervall von 2° zwischen diesen Beträgen und Veränderung des Schrägwinkels γ in 7 Schritten von 5° bis 35° mit 5°-Intervallen zwischen diesen Beträgen.

In diesem Fall beträgt der Durchmesser des Kehlenabschnittes der Hauptwalzen 350 mm, und die Rotationsgeschwindigkeit ist 60 min^-1. Zum Halten der hohlen Rohrluppe wurden Gleitschuhe oder Scheibenwalzen mit 900 mm Durchmesser verwendet, um auf die Lochbarkeit ausgeübte Einflüsse zu vergleichen. Probeknüppel bestanden aus einem geschmiedeten unlegierten Stahlmaterial in 4 Arten mit den Durchmessern 55 mm, 60 mm, 65 mm und 70 mm. Es wurden 7 Arten Stopfen mit den Durchmessern 50 mm, 55 mm, 60 mm, 70 mm, 80 mm, 90 mm und 100 mm verwendet. Bei den Experimenten wurden alle Kombinationen zwischen jedem Knüppel und jedem Stopfen erprobt.

Der als Resultat ermittelte Zustand, bei dem ein Lochen ermöglicht wird, wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

1,5≦-Ψ_γ/Ψ_R≦4,5 . . . (1).

Unter der Voraussetzung, daß

gilt

Der Grund dafür, daß -Ψ_q/Ψ_R≦4,5 gilt, liegt darin, daß, falls -Ψ_γ/Ψ_R<4,5 ist, während des Lochens ein Ausbeulen erfolgt, welches veranlaßt, daß sich die Rohrwand zwischen den Hauptwalzen und den Gleitschuhen oder Scheibenwalzen vorwölbt und schließlich das Lochen unterbricht. In ähnlicher Weise besteht der Grund für 1,5 ≦-Ψ_γ/Ψ_R darin, falls 1,5 < -Ψ_q/Ψ_R gilt, der Freiraum zwischen dem Umfang der Stopfen und der hohlen Rohrluppe reduziert wird, was ein Blockieren erzeugt, welches das Lochen selbst stoppt.

Auch kann, wenn die Wandstärke der hohlen Rohrluppe übermäßig dünn wird, die Rohrwand von den Scheibenwalzen eingerissen und abgeschält werden (Schälphänomen). Wenn die Scheibenwalzen verwendet werden, ergibt sich verglichen mit dem Fall, daß die Gleitschuhe verwendet werden, ein häufigeres Auftreten von Abschälen; somit schätzt man, daß der Grenzwert des Wandstärkeverhältnisses (t/d) der hohlen Rohrluppe im Falle von Scheibenwalzen ungefähr 3% und im Falle von Gleitschuhen ungefähr 1,5% beträgt. Obwohl die Differenz zwischen beiden Vorrichtungen nur 1,5% beträgt, ist vom Standpunkt der Verarbeitungseffizienz der Grenzwert der ersteren so groß oder wichtig wie derjenige der letzteren, und vom Standpunkt der Herstellungstechnik kann er keineswegs vernachlässigt werden.

Ferner tritt beim Dünnwandlochvorgang bei einer derart hohen Verarbeitungseffizienz der Walzverformungseffekt stärker als zuvor erwähnt auf und steigert den Metallstrom der Umfangsscherdeformation γ_{γ R} während des Lochens, so daß ein starkes Scherkraftfeld erzeugt wird. Dies bedeutet, daß eine Tendenz zum Auftreten von Innenflächendefekten und Laminierungen besteht. Um diese Probleme zu verringern, wurden die für den Vorschubwinkel β, den Schrägwinkel γ und deren Summe β+γ verwendbaren Bereiche untersucht, und die Ergebnisse sind wie folgt:

 8°≦β≦20° . . . (4)
 5°≦γ≦35° . . . (5)
15°≦β+γ≦50° . . . (6).

Insbesondere müssen, wenn Hochlegierungsstahl eines schwerbearbeitbaren Materials bei hoher Verarbeitungseffizienz zum Erzielen einer dünnen Wand gelocht wird, die folgenden Gleichungen erfüllt werden:

10°≦β≦20° . . . (4′)
25°≦γ≦35° . . . (5′)
35°≦β+γ≦50° . . . (6′).

Während bei der früheren Entwicklung die oberen Grenzen der numerischen Bereiche des Vorschubwinkels β, des Schrägwinkels γ und ihrer Summe β+γ aus Restriktionen im Zusammenhang mit dem mechanischen Aufbau abgeleitet wurden, werden bei der vorliegenden Entwicklung wie später beschrieben wird, aufgrund von Verbesserungen der Lagervorrichtung des Walzenachsendes an der Einlaßseite die Restriktionen hinsichtlich β, γ und β+γ im Zusammenhang mit dem mechanischen Aufbau aufgehoben, und die oberen Grenzwerte werden auf der Basis der Umfangsscherdeformation γ_γR auf gleiche Weise wie die Untergrenzen bestimmt.

Dies bedeutet, daß der Grund für γ≦ 35° darin besteht, daß, falls γ< 35°, der Metallstrom der Umfangsscherdeformation überschießt, so daß ein umgekehrter Metallstrom auftritt. Der gleiche Grund liegt für den Vorschubwinkel β vor, da, falls β<20°, der Metallstrom als Ergebnis des von 25° auf 35° beträchtlich vergrößerten oberen Grenzwertes des Schrägwinkels γ umgekehrt wird. Dies gilt auch für den oberen Grenzwert der Summe des Vorschubwinkels β und des Schrägwinkels γ.

Die unteren Grenzwerte des Vorschubwinkels β, des Schrägwinkels γ und ihrer Summe β+γ werden bestimmt, indem die Grenzwerte berücksichtigt werden, bei denen die durch den Walzverformungseffekt (Mannesmann-Effekt) verursachte Innenflächendefektbildung und die Umfangsscherdeformation verhindert werden können.

Beispiel der Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens

Im folgenden wird im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 4 der Aufbau eines bei den Ausführungsformen der Erfindung verwendeten Lochwalzwerks insbesondere für den Fall des mit hoher Lochrate und Rohraufweitungsrate erfolgenden Dünnwandlochens bei hoher Verarbeitungseffizienz beschrieben.

Die Kegelwalzen 11, 11′ sind konisch geformt und weisen Walzenflächen 11a, 11a′ mit einem Einlaßflächenwinkel α₁ an der Einlaßseite eines massiven Knüppels 13 und Walzenflächen 11b, 11b′ mit einem Auslaßflächenwinkel α₂ an der Auslaßseite auf, wobei Kehlenbereiche 11g, 11g′ an der Schnittstelle zwischen den Walzenflächen 11a, 11a′ an der Einlaßseite und den Walzenflächen 11b, 11b′ an der Auslaßseite ausgebildet sind und jede Walzenachse 11c, 11c′ an ihren beiden Enden durch Lager 16a, 17a an Gerüstrahmen 16, 17 gelagert ist. Die Walzenachsen 11c, 11c′ sind derart angeordnet, daß sich ihre Verlängerungen mit einem gleichen Vorschubwinkel β in entgegengesetzten Richtungen in bezug auf eine horizontale Ebene oder, abweichend von der Figur, in einer vertikalen Ebene erstrecken, die eine Walzgutachse X-X einschließt, durch die der massive Knüppel 13 läuft, und daß die Verlängerungen sich mit einem symmetrischen Schrägwinkel γ in bezug auf eine vertikale Ebene oder, abweichend von der Figur, in bezug auf eine horizontale Ebene kreuzen, die die Walzgutachse X-X einschließt, und daß sie in der Lage sind, einander mit einer gleichen Winkelgeschwindigkeit in der gleichen Richtung zu rotieren wie durch den Pfeil gezeigt.

Wie Fig. 3 zeigt, sind zwischen den Kegelwalzen 11, 11′ Gleitschuhe 12, 12′ angeordnet, wobei eine hohle Rohrluppe 18 von der Oberseite und der Unterseite oder abweichend von der Figur von beiden Seiten der Walzgutachse X-X zwischen diesen Gleitschuhen angeordnet ist. Die Gleitschuhe 12, 12′ können durch angetriebene Scheibenwalzen ersetzt werden. Das Vorderende eines Lochdorns 14, der an seinem rückwärtigen Bereich von einer Stange 15 gehalten ist, ist an einer Stelle angeordnet, die um einen vorbestimmten Abstand von den Kehlenbereichen 11g, 11g′ zur Einlaßseite des massiven Knüppels 13 hin entfernt ist.

Beide Enden der Walzenachse 11c der Kegelwalze 11 sind jeweils durch die Lager 16a, 17a an den Gerüstrahmen 16, 17 gestützt. Das Lager 16a an der Einlaßseite ist in einer mit der Walzenachse 11c konzentrischen Aussparung 11d angeordnet, die durch teilweise Erweiterung einer Achsbohrung der Kegelwalze 11 gebildet ist, durch welche die Walzenachse 11c läuft. Eine Stütze für den Gerüstrahmen 16 ist zum größten Teil in der ringförmigen Aussparung 11d angeordnet. Dadurch wird eine mechanische Beeinträchtigung zwischen dem Lager 16a an der Einlaßseite und dem zugeführten massiven Knüppel vermieden, und der Schrägwinkel γ kann 35° angenähert werden. Somit kann der obere Grenzwert des Schrägwinkels γ per se beträchtlich erhöht werden, und eine Vorspannung durch die Scheibenwalzen während des Lochens ist nicht unbedingt erforderlich.

Beispiel 1

Obwohl ein durch Stranggießen hergestellter Gußkörper aus rostfreiem Austenitstahl eine sehr geringe Warmverarbeitbarkeit hat, wurde rostfreier Austenitstahl mit Nb-Zusatz(18 Cr - 8 Ni - 1 Nb) von besonders geringer Warmdeformierbarkeit gewählt, und ein Knüppel mit einem Durchmesser d₀ von 60 mm wurde aus dem Mittelabschnitt des durch horizontales Stranggießen erzeugten Gußkörpers mit 187 mm Durchmesser geformt, um mit einem Schräg-Lochwalzwerk einen Dünnwand-Lochtest unter hohem Lochverhältnis durchzuführen.
Parameter des Schrägwalzwerks:

Schrägwinkel γ: 20°
Vorschubwinkel β: 16°
Kehlendurchmesser: 350 mm
Stopfendurchmesser: 55 mm
Scheibenwalzendurchmesser: 900 mm.

Lochbedingungen

Durchmesser d₀ des massiven Knüppels: 60 mm
Außendurchmesser d der hohlen Rohrluppe: 60,7 mm
Wandstärke t der hohlen Rohrluppe: 1,7 mm
Lochverhältnis: 9,0 (Das herkömmliche maximale Lochverhältnis beträgt ungefähr 3,0 ∼ 3,3)
Rohraufweitungsverhältnis: 1,01
Wandstärke/Außendurchmesser: 2,8% (Das herkömmliche minimale Verhältnis Wandstärke/Außendurchmesser beträgt 8 ∼ 10%)
Radiale logarithmische Verformung

Umfangsmäßige logarithmische Verformung

-Ψ_γ/Ψ_R=4,22.

Das Verteilungsverhältnis von Umfangs- und Längenreduzierung war korrekt, und das Lochen erfolgte glatt, ohne daß Ausbeulen und Blockieren verursacht wurde.

Der Mannesmann-Stopfenwalzwerkprozeß wird international weitgehend als Herstellungsverfahren verwendet, insbesondere bei nahtlosen Rohren mit mittlerem Durchmesser. Bei diesem Vorgang wird das Lochen derart ausgeführt, daß zuerst der Knüppel von dem Lochwalzwerk angebohrt wird, seine Wandstärke durch ein Rotationsstreckwalzwerk reduziert wird, die Wandstärke durch ein Stopfenwalzwerk zur weiteren Reduzierung gestreckt wird, die Innenfläche des Knüppels durch ein Glättwalzwerk gewalzt wird, dann sein Außendurchmesser durch ein Reduzierwalzwerk wie ein Maßwalzwerk, ein Streck-Reduzierwalzwerk (Dehnungs-Reduzierwalze) oder ein Rotationskalibrierwalzwerk u.d. reduziert wird, um dem Knüppel seine vorgeschriebenen Endabmessungen zu geben, wogegen das beschriebene Dünnwand-Lochverfahren mit hohem Lochverhältnis dazu vorgesehen ist, die von den vier Walzwerken, d. h. dem Lochwalzwerk, dem Rotationsstreckwerk, dem Stopfenwalzwerk und dem Glättwalzwerk ausgeführten Vorgänge mit einem einzigen Schrägwalzwerk durchzuführen. Deshalb stellt das technische Konzept des hier beschriebenen Verfahrens ein überraschend vorteilhaftes Herstellungsverfahren dar. Selbstverständlich kann ein Walzwerk wie beispielsweise das Rotationsstreckwerk ohne weiteres weggelassen werden.

Da bei der Ausführungsform der Rotationsschmiedeeffekt (Mannesmann-Effekt) beseitigt wird und das Scherkraftfeld aufgehoben wird, ist ein Auftreten von Innenflächendefekten kaum feststellbar, obwohl es sich beim Lochen um das überraschend vorteilhafte höchst dünnwandige Lochen handelt und das zu verarbeitende Material eine extrem geringe Warmverarbeitbarkeit aufweist. Der Lochvorgang erfolgte so stabil, daß Störungen wie Ausbeulen, Blockieren oder Schälen bei allen 20 Proben kaum feststellbar waren.

Was den Effekt der Lagerung beim Herstellungsprozeß für nahtlose Rohre mit reduziertem Durchmesser angeht, lassen sich von den Abläufen, die durch das Lochwalzwerk, das Rotationsstreckwerk (in den meisten Fällen nicht verwendet), das Dornwalzwerk mit acht Ständern, den Wiederaufheizofen und den Streck-Reduzierer durchgeführt werden, die von dem Lochwalzwerk, dem Rotationsstreckwerk und dem Dornwalzwerk mit acht Ständern durchgeführten Vorgänge von einem einzigen Schrägwalzwerk ausführen, was zum Entfallen des Kühlens der hohlen Rohrluppe und folglich zum Weglassen des Wiederaufheizofens führt. Somit ergibt sich ein unschätzbarer wirtschaftlicher Vorteil, weil selbstverständlich das Dornwalzwerk, welches gewöhnlich acht Ständer umfaßt (Streckverhältnis: max. 4,5), sehr leicht auf weniger als vier Ständer reduziert werden kann (Streckverhältnis: weniger als 2,5), indem das Dünnwandlochen bei hoher Verarbeitungseffizienz in dem Schrägwalzwerk durchgeführt wird.

Unabhängig von dem mittleren oder geringeren Durchmesser besteht die Möglichkeit, nicht nur den Streckablauf, sondern auch den Reduzierablauf wegzulassen. Entsprechend dem beschriebenen Verfahren läßt sich das Endprodukt mit einem einzigen Schrägwalzwerk erzielen, wenn beim Lochprozeß der Durchmesser festgelegt ist.

Beispiel 2

Es wurde Hochlegierungsstahl (25 Cr - 20 Ni) mit einer noch geringeren Warmverarbeitbarkeit gewählt, und auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde ein Knüppel mit einem Durchmesser d₀ von 55 mm aus dem Mittelabschnitt eines durch horizontales Stranggießen hergestellten Gußkörpers mit 187 mm Durchmesser geformt, um einen Dünnwandlochtest mit hohem Rohraufweitungsverhältnis durchzuführen.
Parameter des Schrägwalzwerks:

Schrägwinkel γ: 25°
Vorschubwinkel β: 12°
Kehlendurchmesser: 350 mm
Stopfendurchmesser: 100 mm.

Lochbedingungen

Durchmesser d₀ des massiven Knüppels: 55 mm
Außendurchmesser d der hohlen Rohrluppe: 110,8 mm
Wandstärke t der hohlen Rohrluppe: 1,8 mm
Lochverhältnis: 3,9 (Das herkömmliche maximale Lochverhältnis beträgt ungefähr 3,0 ∼ 3,3)
Rohraufweitungsverhältnis: 2,02 (Das herkömmliche maximale Rohraufweitungsverhältnis beträgt 1,05 ∼ 1,08)
Wandstärke/Außendurchmesser: 1,6% (Das herkömmliche minimale Verhältnis Wandstärke/Außendurchmesser beträgt ∼10%)
Radiale logarithmische Verformung

Umfangsmäßige logarithmische Verformung

-Ψγ/Ψ_R= 1,98.

Das Verteilungsverhältnis von Umfangs- und Längenreduzierung war korrekt, und das Lochen erfolgte glatt, ohne daß Ausbeulen und Blockieren verursacht wurde.

Obwohl sich auch bei diesem Lochexperiment aufgrund des Lochverfahrens mit großem Schrägwinkel und Vorschubwinkel und trotz der sehr geringen Warmverarbeitbarkeit des Materials ein sehr effektives Lochen und Aufweiten erzielen ließen, war die hohle Rohrluppe nach dem Lochen frei von jeglichen Innenflächendefekten und von durch Risse in der Wanddicke erzeugten Laminierungen.

Der Lochvorgang bei diesem Beispiel war zudem so gleichförmig, daß beim Lochen aller 20 Proben Störungen wie Ausbeulen und Blockieren kaum festgestellt wurden. Auch das Auftreten von Störungen durch Schälen wurde aufgrund der Gleitschuhe, die anstelle von Scheibenwalzen verwendet wurden, verhindert.

Beispiel 3

Da das Lochen unter hohem Lochverhältnis in Beispiel 1 und das Lochen unter hohem Aufweitverhältnis in Beispiel 2 erfolgreich waren, wurden in Beispiel 3 in der Hauptsache beide Locharten, d. h. sowohl das Lochen unter hohem Lochverhältnis als auch das Lochen unter hohem Aufweitverhältnis durchgeführt. Ein geschmiedetes gestrecktes Material aus hochlegiertem Stahl (30 Cr - 40 Ni - 3 Mo) wurde als Probe verwendet, und der Durchmesser des massiven Knüppels betrug 60 mm. Die Gleitschuhe wurden beim Lochen verwendet.
Parameter des Schrägwalzwerks:

Schrägwinkel γ: 30°
Vorschubwinkel β: 14°
Kehlendurchmesser: 350 mm
Stopfendurchmesser: 100 mm.

Lochbedingungen

Durchmesser d₀ des massiven Knüppels: 60 mm
Außendurchmesser d der hohlen Rohrluppe: 101,8 mm
Wandstärke t der hohlen Rohrluppe: 1,8 mm
Lochverhältnis: 5,0 (Das herkömmliche maximale Lochverhältnis beträgt ungefähr 3,0 ∼ 3,3)
Rohraufweitungsverhältnis: 1,70 (Das herkömmliche maximale Rohraufweitungsverhältnis beträgt 1,05∼1,08)
Wandstärke/Außendurchmesser: 1,8% (Das herkömmliche minimale Verhältnis Wandstärke/Außendurchmesser beträgt 8∼10%)
Radiale logarithmische Verformung

Umfangsmäßige logarithmische Verformung

-Ψ_γ/Ψ_R= 2,34.

Das Verteilungsverhältnis von Umfangs- und Längenreduzierung war korrekt, und das Lochen erfolgte glatt, ohne daß Ausbeulen und Blockieren verursacht wurde.

Auch bei diesem Experiment erfolgte das Lochen mit großem Schrägwinkel und Vorschubwinkel sowie mit einem sehr hohen Loch- und Aufweitungsverhältnis. Das Material wies eine sehr geringe Warmverarbeitbarkeit auf. Die hohle Rohrluppe war nach dem Lochen frei von jeglichen Innenflächendefekten und von durch Risse in der Wanddicke erzeugten Laminierungen. Der Lochvorgang war bei diesem Beispiel zudem so gleichförmig, daß beim Lochen aller 20 Proben Störungen wie Ausbeulen, Blockieren und Schälen kaum festgestellt wurden.

Das Dünnwandlochen kann bei hoher Verarbeitungseffizienz ohne Störungen wie Innenflächendefekte, Laminierung, Ausbeulen, Blockieren, Schälen etc. erfolgen. Das Lochwalzwerk, das Streckwalzwerk, das Stopfenwalzwerk und das Glättwalzwerk, die bisher beim Herstellungsprozeß nahtloser Rohre mit mittlerem Durchmesser verwendet wurden, lassen sich durch ein einziges Schrägwalzwerk ersetzen; dadurch werden Prozeßstufen in herkömmlichen Anlagen eingespart, und folglich lassen sich Energieverbrauch, Raumbedarf und Herstellungskosten verringern.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht beim Herstellungsprozeß für nahtlose Rohre mit reduziertem Durchmesser, daß sich von den Arbeitsprozessen, die durch das Lochwalzwerk, das Rotationsstreckwerk (in den meisten Fällen nicht verwendet), das Dornwalzwerk mit acht Ständern, den Wiederaufheizofen und das Streck-Reduzierwerk durchgeführt werden, die von dem Lochwalzwerk, dem Rotationsstreckwerk und dem Dornwalzwerk mit acht Ständern durchgeführten Prozesse von einem einzigen Schrägwalzwerk ausführen lassen, wodurch die Rohrluppe nicht gekühlt werden muß und der nachfolgende Aufheizofen entfallen kann.

Claims (8)

1. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre durch Lochwalzen von Knüppeln zu Rohrluppen mit zwei gegenüberliegenden Kegelwalzen, deren beidseitig der Kegelwalzen gelagerten Achsen in bezug auf die Walzgutachse unter einem Vorschubwinkel β und einem Schrägwinkel γ verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schrägwalzen von Edelstahl und hochlegierten Stählen mit geringer Warmverarbeitbarkeit folgende Randbedingungen eingehalten werden:  8°≦β≦20°
 5°≦γ≦35°
15°≦β+γ≦50°,wobei der Durchmesser d₀ des massiven Knüppels mit der Länge l₀, der Außendurchmesser d und die Wandstärke t des Walzgutes nach dem Lochen folgenden Randbedingungen genügt:1,5≦-Ψγ/Ψ_R≦4,5,mit und und wobei das Lochen unter einem Lochverhältnis l/l₀ über 4,0, einem Rohraufweitungsverhältnis d/d₀ über 1,15 oder einem Wandstärken-/Außendurchmesser-Verhältnis t/d unter 0,065 durchgeführt wird.

2. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lochdorn mit einem größeren Durchmesser als dem Durchmesser d₀ des Knüppels verwendet wird.

3. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schrägwalzen bei hochlegierten Stählen mit geringer Warmverarbeitbarkeit unter Einhaltung folgender Randbedingungen durchgeführt wird: 10°β20°
25°γ35°
35°β+γ50°.

4. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Rohrluppe nach dem Lochen mit einem Stopfenwalzwerk gestreckt wird und mit einem Kalibrierer kalibriert wird, nachdem das Glätten erfolgt ist.

5. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Rohrluppe nach dem Lochen direkt mit einem Kalibrierer kalibriert wird.

6. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrluppe nach dem Lochen mittels eines Dornwalzwerks mit einem Streckverhältnis von weniger als 2,5 gestreckt wird und anschließend der Außendurchmesser der hohlen Rohrluppe mittels eines Streck-Reduzierwerks zum Kalibrieren reduziert wird.

7. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser Rohrluppe nach dem Lochen direkt mittels eines Streck-Reduzierwerks zum Kalibrieren reduziert wird.

8. Verfahren zum Herstellen nahtloser Rohre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibrieren gleichzeitig mit dem Lochprozeß ausgeführt wird.