DE4332132A1 - Herstellverfahren für nahtlose Rohre aus Nichteisenmetallen, insbesondere Kupfer und Kupferlegierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellverfahren für nahtlose Rohre aus Nichteisenmetallen, insbesondere Kupfer und Kupferlegierungen, wobei ein stranggegossener Hohlkörper in einem Kaltpilgerwalzprozeß zu dem Rohr ausgeformt wird, das ggfs. weiteren Bearbeitungsstufen zuführbar ist.

Bei der Herstellung von Halbzeug aus Kupfer und Kupferlegierungen ist es bekannt, im Stranggußverfahren hergestellte massive Barren zunächst einer Warmformung und dann einer Kaltformung zuzuführen, wobei die Warmformung beispielsweise durch Walzen, Strangpressen oder Walzen in einem Schrägwalzwerk vorgenommen werden kann. Als Kaltformstufe kommen das Walzen, das Ziehen oder Auswalzen in einem Pilgerschrittwalzwerk in Betracht.

Zur Verringerung der Arbeitsstufen ist man zunehmend dazu übergegangen, stranggegossene Hohlkörper einzusetzen. Die Kristallstruktur des stranggegossenen Vormaterials ist grob kristallin und inhomogen, so daß der Werkstoff bei der Kaltweiterverarbeitung zu Rissen neigt, die ein Zwischenglühen zur Rekristallisation des Gefüges erforderlich machen.

Aus der DE 38 10 261 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Rohren aus Nichteisenmetallen bekannt geworden, mit dem das Gefüge des gewalzten Rohres mit geringem Anlagenaufwand durch Rekristallisation verbessert werden soll, die im Verlauf des Kaltverformungsprozesses herbeigeführt wird. Vorschlag des vorbekannten Verfahrens ist es also, die im Verlauf der Kaltverformung stattfindende Querschnittsflächenminderung und die innere Reibung zu benutzen, um die durch den Verformungswiderstand ansteigenden Temperaturen auf eine Höhe zu führen, die der Rekristallisationstemperatur des zu walzenden Werkstoffes entspricht bzw. diese überschreitet.

Das bekannte Verfahren soll nach den Ausführungen der Patentschrift besonders günstig durch Walzen des Rohres in einem Planetenwalzwerk durchgeführt werden können; es wird aber auch die Verwendung eines Pilgerschrittwalzwerkes zum Auswalzen eines Strangguß-Rohrmantels behandelt.

Durch Versuche wurde herausgefunden, daß das Kaltpilgerwalzverfahren zum Herstellen von Kupferrohren und Rohren aus bestimmten Kupferlegierungen zumeist nicht in der Lage ist, eine Temperatur zu erzeugen, die für eine Rekristallisation des Gefüges ausreicht. Der Grund ist, daß das Kaltpilgerwalzverfahren im Gegensatz zu dem in der DE 38 10 261 A1 beschriebenen Planetenschrägwalzverfahren einen erheblich besseren Umformwirkungsgrad hat, d. h. infolge geringerer Verformungswiderstände wird weniger Umformwärme erzeugt. Dies wurde in der zitierten DE 38 10 261 A1 offenbar auch erkannt und dadurch berücksichtigt, daß hilfsweise vor der Kaltbearbeitung der eingesetzte Barren einer Vorerwärmung unterzogen wird.

Ein wesentlicher Nachteil des vorgenannten Verfahrens bleibt jedoch auch bei Vorwärmung der einzusetzenden Barren bestehen. Dieser ergibt sich dadurch, daß bei der Kaltbearbeitung der Barren zwar die Temperatur des zu verarbeitenden Werkstoffes aufgrund des Einflusses des Widerstandes gegen die Verformung bis zum Rekristallisationsbereich ansteigt, doch eine exakte Ansteuerung der Rekristallisationstemperatur nicht möglich ist. Das liegt u. a. daran, daß die während des Walzprozesses vorgenommene Kühlung und Schmierung der Walzen und damit des Walzgutes mit Emulsionen oder Wasser die Wärmebildung beeinflußt und eine ungleichmäßig örtlich stärkere oder schwächere Rekristallisation hervorruft. Auch ist aus energiebilanztechnischen Gründen die zusätzliche Vorerwärmung der Barren mitunter unwirtschaftlich, wenn die erwärmten Barren unmittelbar im Anschluß an die Erwärmung während des Walzprozesses infolge Kühlung wieder abkühlen.

Es ist, ausgehend von dem bekannten Verfahren zum Herstellen von Rohren aus Nichteisenmetallen Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Herstellungsverfahren zu finden, mit dem unter geringerem Energieeinsatz eine gleichmäßige und gezielte Rekristallisation der kaltgepilgerten Rohre möglich ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Kaltpilgerprozeß im unmittelbaren Anschluß an das Stranggießen des Hohlkörpers unter Ausnutzung der Gießwärme bei Temperaturen zwischen 150 bis 250 Grad C eingeleitet wird, daß durch Verformung des Hohlkörpers im Kaltpilgerwalzprozeß dessen Temperatur auf 250 bis 350 Grad C angehoben wird und daß unmittelbar nach dem Kaltpilgern und vor dem Abschrecken das Rohr in einer Erwärmvorrichtung gezielt auf Rekristallisationstemperatur erwärmt wird.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist in mehrfacher Hinsicht gegenüber dem bekannten Verfahren vorteilhaft. So gestattet die Ausnutzung der im stranggegossenen Hohlkörper vorhandenen Gießwärme den Einsatz des Hohlkörpers in das Kaltpilgerwalzwerk auf einem angehobenen Temperaturniveau, welches auf den anschließenden Rekristallisationsprozeß hingerichtet ist, ohne daß zusätzliche Wärme zugeführt werden muß. Es ist lediglich sicherzustellen, daß die Gießwärme des Hohlkörpers nicht unter die angegebenen Temperaturen absinkt, die für den weiteren Prozeß erforderlich sind. Die Temperaturhöhe des stranggegossenen Hohlkörpers wird dabei so gewählt, daß das Kaltwalzen zur Schonung der Werkzeuge unter Emulsionsschmierung stattfinden kann und daß das gewalzte Kaltpilgerrohr noch eine erheblich höhere Tenmperatur aufweist, als dies bei kaltem Einsatz gegeben wäre. An dieser Stelle setzt der wesentliche Vorteil der Erfindung ein, der darin besteht, daß durch anschließende Erwärmung des kaltgepilgerten Rohres eine exakte Einstellung der Rekristallisationstemperatur sichergestellt werden kann, wozu nur eine geringe Wärmezufuhr erforderlich ist; denn der unter Ausnutzung der Gießwärme eingesetzte Hohlkörper hat unter der Verformung sein Temperaturniveau so weit angehoben, daß nur eine geringe zusätzliche Temperaturerhöhung erforderlich ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Erwärmen des kaltgepilgerten Rohres auf Rekristallisationstemperatur induktiv erfolgt, wobei die Zufuhr der Wärmeenergie in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur des kaltgepilgerten Rohres gesteuert wird. Induktive Erwärmungen lassen sich sehr einfach und schnell durchführen; zur exakten Einhaltung der angesteuerten Rekristallisationstemperatur ist es sinnvoll, die Rohrtemperatur permanent zu messen und der induktiven Erwärmvorrichtung mitzuteilen, um die Energieabgabe zu steuern.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist vorgesehen, daß die Abkühlzeit des stranggegossenen Hohlkörpers entsprechend der vorausberechneten Temperaturen beim Einleiten des Kaltpilgerwalzprozesses steuerbar ist. Durch diesen Vorschlag der Erfindung wird sichergestellt, daß die Anwalztemperatur des Hohlkörpers im Kaltpilgerwalzwerk exakt derjenigen entspricht, die benötigt wird, um nach dem Auswalzen des Hohlkörpers zum Rohr diejenige Rohrtemperatur zu erhalten, die durch geringfügige Anhebung in den Bereich der Rekristallisationstemperatur führt. Diese liegt bei Kupfer bei etwa 260 bis 750 Grad C - wobei die erforderliche Glühdauer mit zunehmender Temperatur abnimmt - und läßt sich mit Hilfe der Erwärmvorrichtung leicht erreichen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine erheblich verbesserte Energiebilanz aus und stellt durch das zusätzliche Erwärmen sicher, daß eine über den Querschnitt des Rohres gleichmäßige Rekristallisation erfolgt. Somit läßt sich ein Rohr herstellen, das hervorragend gleichmäßige Eigenschaften hat, was sich insbesondere bei nachfolgenden Bearbeitungsstufen, beispielsweise Ziehen günstig bemerkbar macht.

Claims (3)

1. Herstellverfahren für nahtlose Rohre aus Nichteisenmetallen, insbesondere Kupfer und Kupferlegierungen, wobei ein stranggegossener Hohlkörper in einem Kaltpilgerwalzprozeß zu dem Rohr ausgeformt wird, das ggfs. weiteren Bearbeitungsstufen zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltpilgerwalzprozeß im unmittelbaren Anschluß an das Stranggießen des Hohlkörpers unter Ausnutzung der Gießwärme bei Temperaturen zwischen 150 bis 250 Grad C eingeleitet wird, das durch die Verformung des Hohlkörpers im Kaltpilgerwalzprozeß dessen Temperatur auf 250 bis 350 Grad C angehoben wird und daß unmittelbar nach dem Kaltpilgern und vor dem Abschrecken das Rohr in einer Erwärmvorrichtung gezielt auf Rekristallisationstemperatur erwärmt wird.

2. Herstellverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen des kaltgepilgerten Rohres auf Rekristallisationstemperatur induktiv erfolgt, wobei die Zufuhr der Wärmeenergie in Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur des kaltgepilgerten Rohres gesteuert wird.

3. Herstellverfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlzeit des stranggegossenen Hohlkörpers entsprechend der vorausberechneten Temperaturen beim Einleiten des Kaltpilgerwalzprozesses steuerbar ist.