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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Dorn und eine Dornstange mit Dorn für den Walzvorgang
bei nahtlosen Stahlrohren und ein Verfahren zum Herstellen von nahtlosen
Stahlrohren. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum
Fertigen eines Dorns, dessen Äußeres geschoßförmig ist,
und eines stangenartigen Teils, das dazu dient, ein Loch in ein
Stahlstück
zu stoßen,
bzw. den Durchmesser eines Rohrs zu erweitern oder ein rohes Rohr
zu vergrößern, wobei
die Teile als Werkzeug in eine Rohrwalzmaschine eingebaut sind,
beispielsweise eine Lochwalzmaschine, eine Längungsmaschine, ein Stopfenwalzwerk,
eine Glättungsmaschine, ein
Stangenrohr-Walzwerk usw., und das Herstellen von nahtlosen Stahlrohren
mit Hilfe dieser Materialien.
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In
dieser Beschreibung der Erfindung wird der Dorn, der in jeder der
genannten Rohrwalzmaschinen verwendet wird, korrekt als Lochdorn,
als Längungsdorn
usw. bezeichnet, indem der Name der Rohrwalzmaschine hinzugefügt wird.
Zudem entspricht im Fall des Stangenrohr-Walzwerks das genannte
stangenartige Teil einem Dorn einer weiteren Walzmaschine und wird
Dornstange mit Dorn genannt.
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Hintergrund der Erfindung
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Zum
Herstellen eines nahtlosen Stahlrohrs nach dem Mannesmann-Verfahren
wird beispielsweise zuerst ein rundes Stahlstück (im Weiteren als Barren
bezeichnet) auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt und mit dem
genannten Dorn durchstoßen,
und zwar durch den Einsatz einer Schrägbohrmaschine, die als Lochwalzmaschine
bezeichnet wird, und anschließend
gewalzt, um ein hohles rohes Rohr herzustellen (im Weiteren als
hohles Teil bezeichnet). Daraufhin wird das hohle Teil unter Verwendung
eines Dorns oder einer Dornstange mit Dorn gewalzt (im Weiteren
einfach als Stange bezeichnet), und zwar mit einer Vergrößerungs-
und Walzmaschine, beispielsweise einer Längungsmaschine, einem Stopfenwalzwerk,
einer Glättungsmaschine, einem
Stangenrohr-Walzwerk usw. wie oben beschrieben, damit die Wandstärke des
hohlen Teils geringer wird. Zudem wird je nach Erfordernis nach
dem erneuten Aufheizen des gewalzten Rohrs dessen Außendurchmesser
verringert, ohne dass irgendein Dorn verwendet wird, und zwar in
einer Quetschwalzmaschine oder einer nichtproportionalen Walzmaschine,
beispielsweise einer Reduziermaschine und einer Kalibriermaschine. In
diesem Fall wird das hohle rohe Rohr, das von einem Stopfenwalzwerk,
einer Glättungsmaschine,
einem Stangenrohr-Walzwerk usw. gewalzt wird, als Hülse bezeichnet.
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Der
Dorn ist durch die fortdauernde Berührung mit dem erhitzten Barren
bzw. dem hohlen Teil stets hohen Temperaturen und Belastungen ausgesetzt,
d. h. während
des Durchstoß-
und des Walzvorgangs, den die erwähnte Lochwalzmaschine ausführt. Dies
führt dazu,
dass der Dorn sehr leicht Verschleiß und Abbrand erleidet. Gemäß dem Stand
der Technik wurde der Dorn, da er aus Stahl besteht, gegen Verschleißverluste bei
ungefähr
900 bis 1000°C
wärmebehandelt,
und eine Zunderschicht von einigen 10 bis 100 μm Dicke wurde ausgebildet. Wird
jedoch ein derartiger Dorn zum Herstellen von Rohren aus hochlegiertem
Stahl verwendet, der 5 Gewichtsprozent an Cr enthält, und
nach denen die Nachfrage insbesondere in den letzten Jahren zugenommen
hat, so hält
der Dorn nur einigen Barren stand, und seine Lebensdauer ist beachtlich
gering.
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Es
werden verschiedene Vorgehensweisen zum Verbessern der Lebensdauer
des Dorns vorgeschlagen, die eine Veränderung der Materialbeschaffenheit
des Dorns beinhalten. In der Patentschrift des veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Sho 60-159156
oder der Patentschrift des veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Sho 60-208458
wird vorgeschlagen, dem Rohmaterial des Dorns, einem Stahl mit 3
Gewichtsprozent Cr und 1 Gewichtsprozent Ni, Mo oder W zuzusetzen.
Die Verbesserung der Lebensdauer des Dorns einer Lochwalzmaschine
lediglich durch den Gebrauch eines Stahlsystem-Materials mit dieser
Beschaffenheit ist jedoch beschränkt.
Wird beispielsweise ein Barren mit 110 mm Durchmesser und 2,5 m
Länge aus
austenitischem rostfreiem Stahl SUS304 mit einem Dorn aus dem angegebenen
Rohmaterial durchstoßen
und gewalzt, so beträgt
die Standzeit des Dorns lediglich 3 Stück/Einheit (mit einem Dorn
können
drei Barren durchstoßen
und gewalzt werden).
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Zusätzlich wird
in der Patentschrift des veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Sho 63-203205 bzw. der Patentschrift des
veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Hei 5-85242 vorgeschlagen, eine Legierung
der Mo-Gruppe am äußersten
Ende des Dorns anzubringen, um die Wärmebeständigkeitseigenschaften und
die Verschleißeigenschaften
zu verbessern. Ferner wird in der Patentschrift des veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Sho 62-244505 (JP-A-62244505) im Wesentlichen
das Gleiche vorgeschlagen, nämlich
ein besonders hartes Material am äußersten Ende des Dorns anzubringen
und eine Keramik durch Schmelzspritzen auf der Dornoberfläche anzubringen.
Weiterhin wird in der Patentschrift des veröffentlichten japanischen Patents Nr.
Sho 62-238011 (JP-A-62238011)
vorgeschlagen, das Kernmaterial des Dorns aus Keramik herzustellen und eine
Metallpulverschicht isotropisch heiß zu pressen (in der Regel
als HIP-Verfahren bezeichnet). Ein Dorn mit dem beschriebenen Aufbau
hat jedoch den Nachteil, dass die Verbindung der Rohmaterialien
während
des Walzvorgangs nicht erhalten bleibt, und dass seine Standzeit
kürzer
ist als bei einem herkömmlichen
Dorn.
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In
der Patentschrift des veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Hei 2-156037 (JP-A-2156037) wird noch vorgeschlagen,
einen Dorn mit besonders guter Hitzebeständigkeit bereitzustellen, der
aus einem Sinterteil mit einer harten Phase (einem Borit-Thermet)
und einer Verbindungsphase besteht, die hauptsächlich Ni und Mo aufweist.
Wurde beispielsweise ein Barren aus Stahl mit einem Cr-Anteil von
13 Gewichtsprozent unter Verwendung dieses Dorns durchstoßen, so
konnten zwölf
Barren mit einem Dorn durchstoßen
werden. Dieser Verbesserungsgrad reicht jedoch für den Betrieb nicht aus.
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In
der Patentschrift des veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Sho 60-137511 (JP-A-60137511) wird auch
ein Dorn zum Herstellen nahtloser Stahlrohre vorgeschlagen, bei
dem ein äußerstes
Ende aus Keramik am Stahlsubstrat des Dorns befestigt ist. In der
Regel zeigt der Dorn ein unterschiedliches Verhalten gegen ein gepresstes
Teil abhängig
vom besonderen Ort, beispielsweise dem äußersten Ende, dem Arbeitsteil,
dem Glättungsteil
usw.; dies wird im Weiteren erläutert.
Beispielsweise erfolgt der Durchstoß- und Walzvorgang an der Lochwalzmaschine
derart, dass der Barren am äußersten
Ende durchstoßen
wird, die Wandstärke
des erzeugten rohen Rohrs im Arbeitsteil rasch verringert wird und
anschließend
die Wandstärke
des rohen Rohrs im Glättungsteil
eingestellt wird. Stellt man jedoch nur das äußerste Ende aus Keramik her,
so zeigt sich häufig, wie
in der Patentschrift des veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Sho 60-137511 beschrieben ist, dass der Arbeitsteil
oder der Glättungsteil
beschädigt
wird. Insbesondere wird der Arbeitsteil beträchtlich beschädigt. Wird
ein wie oben aufgebauter Dorn für
Durchstoß-
und Walzvorgänge
verwendet, so verlängert
sich seine Standzeit nicht so stark wie erwartet, und die Form der
Innenfläche
des hohlen Teils wird durch den beschädigten Arbeitsteil nicht verbessert.
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Als
Gegenmaßnahme
zum Verlängern
der Lebensdauer des Dorns wird ein Verfahren zum Gebrauch des Dorns
zusätzlich
zur beschriebenen Veränderung
der Materialbeschaffenheit des Dorns bereitgestellt. Sowohl in der
Patentschrift des veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Sho 51-133167 als auch in der Patentschrift
des veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Hei 1-180712 wird beispielsweise eine Vorgehensweise vorgeschlagen,
bei der das Durchstoßen
und Walzen erfolgt, während
ein Schmiermittel vom äußersten
Ende des Dorns eingespritzt wird. Zudem wird in der Patentschrift
des veröffentlichten
japanischen Patents Nr. Hei 5-138213 eine Vorgehensweise vorgeschlagen,
bei der das Durchstoßen
und Walzen erfolgt, nachdem vorab die Oberfläche des Dorns mit einem Schmiermittel überzogen
worden ist. Bei der Vorgehensweise, bei der ein Schmiermittel vom äußersten
Ende des Dorns eingespritzt wird, tritt jedoch die Schwierigkeit
auf, dass das Einspritzloch am äußersten
Ende verstopft wird. Bei der Vorgehensweise, bei der ein Schmiermittel
vor dem Durchstoßen
und Walzen aufgetragen wird, tritt die Schwierigkeit auf, dass man
nur eine begrenzte Menge an Schmiermittel gleichförmig auf
der Oberfläche
des Dorns auftragen kann. Zudem tritt bei beiden Vorgehensweisen
ein gemeinsames wirtschaftliches Problem auf. Durch die Anwendung
des Schmiermittels steigen die Herstellungskosten des Rohrs, so
dass diese Vorgehensweisen hinsichtlich ihrer industriellen Anwendbarkeit wohl
weniger geeignet sind.
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Die
Dokumente JP-A-03165904, JP-A-62170779 und EP-A-0385439 offenbaren
den Gebrauch von keramischen Materialien bei Dornen zum Walzen nahtloser
Rohre, damit die Widerstandsfähigkeit
der Dorne erhöht
wird.
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Der
beschriebene Stand der Technik betrifft die Dorne von Lochwalzmaschinen,
mit denen der Barren durchstoßen
und gewalzt wird. Im Gegensatz dazu wurden für die Dorne, die in Schrägwalzmaschinen
verwendet werden, beispielsweise in Längungsmaschinen und Glättungsmaschinen,
verschiedene Arten verbesserter Technologien hinsichtlich des Rohmaterials
und der Einsatzart der Dorne vorgeschlagen, und zwar in gleicher
Weise wie für
die Dorne der Lochwalzmaschine. Diese vorgeschlagenen Technologien
(sie werden nicht beschrieben) führen
jedoch nicht zu einer Lebensdauer der Dorne, die eine Rohrfertigungsfirma
zufriedenstellen könnte.
Zudem lässt
sich bei den Dornen für
Stopfenwalzwerke und bei den Dornstangen mit Dorn oder ähnlichen
Teilen, die zum Walzen der Innenfläche der hohlen Teile verwendet
werden, eine Standzeit der Dorne oder der Stangen in einer Durchlochungs-Walzmaschine
(z. B. einem Stopfenwalzwerk, einem Stangenrohr-Walzwerk usw.),
die ausreichend angepasst ist, nicht in der beschriebenen Weise
erzielen.
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Offenbarung der Erfindung
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In
Anbetracht der beschriebenen Randbedingungen haben die Erfinder
tatkräftig
nach einer Verlängerung
der Standzeiten für
Dorne und Stangen gesucht, die beim Herstellen nahtloser Stahlrohre
verwendet werden. Die Untersuchung erfolgte derart, dass das gewalzte
Material, d. h. der gewählte
Barren aus hochlegiertem Stahl, und das Mo dellwalzwerk gegenüber der
tatsächlichen
Maschine um ungefähr
den Faktor 3 verkleinert wurden. Es wurden verschiedene Versuche
zum Durchstoßen
und Walzen und zum Vergrößern und
Walzen durchgeführt.
Die erhaltenen Ergebnisse wurden anschließend auf der tatsächlichen
Maschine bestätigt.
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Die
Gegenmaßnahmen,
die darauf beruhen, den Dorn zusammen mit einem Schmiermittel zu
verwenden, verursachen Probleme, die ziemlich schwierig zu lösen sind,
beispielsweise das Verstopfen des Einspritzlochs, das durch das
Schmiermittel verursacht wird, oder die gestiegenen Kosten. Es hat
sich hingegen gezeigt, dass die Veränderung der Materialbeschaffenheit
des Dorns zu einer gewissen Verbesserung führt, wenn man neuere Entwicklungen
oder ein verbessertes Ausgangsmaterial einsetzt.
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Anders
ausgedrückt
ist es wünschenswert,
neue Dorne und neue Stangen zum Gebrauch beim Walzen nahtloser Stahlrohre
bereitzustellen, deren Lebensdauer gegenüber dem Stand der Technik beträchtlich höher ist,
und dies auch unter harten Einsatzbedingungen, bei denen sie stets
hohen Temperaturen und hohen Belastungen ausgesetzt sind. Unter
Verwendung dieser Teile stellt die Erfindung ein Verfahren bereit,
mit dem man nahtlose Stahlrohre erhält, die eine bessere Beschaffenheit
aufweisen als herkömmliche
Rohre.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein geschoßförmiger Dorn zum Walzen eines
nahtlosen Stahlrohrs bereitgestellt, wobei der Dorn dazu dient,
ein Loch in ein Stahlstück
zu stoßen
oder den Innendurchmesser oder den Außendurchmesser eines durchstoßenen rohen
Rohrs einzustellen, und der Dorn umfasst:
einen äußersten
Endteil;
einen Arbeitsteil;
einen Glättungsteil; und
einen
Parallelteil, wobei zumindest eine Oberflächenschicht des äußersten
Endteils und zumindest eine Oberflächenschicht des Arbeitsteils
aus einem keramischen Material hergestellt sind, und die Oberflächenschicht des äußersten
Endteils mindestens 3 mm dick ist, und es sich bei dem keramischen
Material um Al2O3 handelt, das
eine Biegefestigkeit von 200 MPa oder mehr bei einer Temperatur
von 800°C
hat.
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Das
keramische Material (Al2O3)
kann zudem eine Biegefestigkeit von 200 MPa oder mehr bei einer Temperatur
von 1000 bis 1200°C
haben, und der Dorn kann in einer Glättungsmaschine bereitgestellt
werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein geschoßförmiger Dorn zum Walzen eines
nahtlosen Stahlrohrs bereitgestellt, wobei der Dorn dazu dient,
ein Loch in ein Stahlstück
zu stoßen
oder den Innendurchmesser oder den Außendurchmesser eines durchstoßenen rohen
Rohrs einzustellen, und der Dorn umfasst:
einen äußersten
Endteil;
einen Arbeitsteil;
einen Glättungsteil; und
einen
Parallelteil, wobei zumindest eine Oberflächenschicht des äußersten
Endteils und zumindest eine Oberflächenschicht des Arbeitsteils
aus einem keramischen Material hergestellt sind, und die Oberflächenschicht des äußersten
Endteils mindestens 3 mm dick ist, und es sich bei dem keramischen
Material um SiC handelt, das eine Biegefestigkeit von 200 MPa oder
mehr bei einer Temperatur von 800°C
hat.
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Das
keramische Material (SiC) kann zudem eine Biegefestigkeit von 200
MPa oder mehr bei einer Temperatur von 1000 bis 1200°C haben,
und der Dorn kann in einem Stopfenwalzwerk bereitgestellt werden.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung wird ein geschoßförmiger Dorn zum Walzen eines
nahtlosen Stahlrohrs bereitgestellt, wobei der Dorn dazu dient,
ein Loch in ein Stahlstück
zu stoßen
oder den Innendurchmesser oder den Außendurchmesser eines durchstoßenen rohen
Rohrs einzustellen, und der Dorn umfasst:
einen äußersten
Endteil;
einen Arbeitsteil;
einen Glättungsteil; und
einen
Parallelteil, wobei zumindest eine Oberflächenschicht des äußersten
Endteils und zumindest eine Oberflächenschicht des Arbeitsteils
aus einem keramischen Material hergestellt sind, und die Oberflächenschicht des äußersten
Endteils mindestens 3 mm dick ist, und es sich bei dem keramischen
Material um ZrO2 handelt, das eine Biegefestigkeit
von 200 MPa oder mehr bei einer Temperatur von 800°C hat.
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Das
keramische Material (ZrO2) kann zudem eine
Biegefestigkeit von 200 MPa oder mehr bei einer Temperatur von 1000
bis 1200°C
haben, und der Dorn kann in einer Längungsmaschine bereitgestellt
werden.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung wird ein geschoßförmiger Dorn zum Walzen eines
nahtlosen Stahlrohrs bereitgestellt, wobei der Dorn dazu dient,
ein Loch in ein Stahlstück
zu stoßen
oder den Innendurchmesser oder den Außendurchmesser eines durchstoßenen rohen
Rohrs einzustellen, und der Dorn umfasst:
einen äußersten
Endteil;
einen Arbeitsteil;
einen Glättungsteil; und
einen
Parallelteil, wobei zumindest eine Oberflächenschicht des äußersten
Endteils und zumindest eine Oberflächenschicht des Arbeitsteils
aus einem keramischen Material hergestellt sind, und die Oberflächenschicht des äußersten
Endteils mindestens 3 mm dick ist, und es sich bei dem keramischen
Material um Si3N4 handelt, das
eine Biegefestigkeit von 200 MPa oder mehr bei einer Temperatur
von 1200°C
hat.
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Das
keramische Material (Si3N4)
kann zudem eine Biegefestigkeit von 200 MPa oder mehr bei einer Temperatur
von 1300°C
haben, und es kann ferner eine Biegefestigkeit von 400 MPa oder
mehr bei einer Temperatur von 1200°C haben. Der Dorn kann in einer
Lochwalzmaschine bereitgestellt werden.
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Eine
Ausführungsform
dieser Aspekte wird bei einem Dorn zum Walzen nahtloser Stahlrohre
gemäß irgendeinem
der Aspekte eins bis vier bereitgestellt, wobei eine Oberflächenschicht
des Glättungsteils
ebenfalls aus keramischem Material hergestellt ist.
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Bereitgestellt
wird auch ein Verfahren zum Durchstoßen und Walzen eines Stahlstücks, damit
mit Hilfe eines Dorns nach irgendeinem Aspekt oder irgendeiner Ausführungsform
der Erfindung ein nahtloses Stahlrohr gebildet wird.
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Man
kann also Keramik als Ausgangsmaterial für den Dorn und die Stange bei
einem nahtlosen Stahlrohr verwenden, wodurch die Standzeit dieser
Teile beträchtlich
verbessert wird. Zudem ist in der Anordnung, in der der beschriebene
Dorn bzw. die beschriebene Stange zum Herstellen nahtloser Stahlrohre
verwendet wird, die benötigte
Zeit zum Auswechseln dieser Teile kürzer, und die Produktivität ist verglichen
mit dem Stand der Technik wesentlich höher.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Es
zeigt:
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1 eine
Darstellung der äußeren Form
eines Dorns einer Lochwalzmaschine;
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2 eine
Darstellung der äußeren Form
eines Dorns einer Längungsmaschine;
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3 eine
Darstellung der äußeren Form
eines Dorns einer Stopfenwalzmaschine;
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4 eine
Darstellung der äußeren Form
eines Dorns einer Glättungsmaschine;
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5 eine
Darstellung der äußeren Form
einer Dornstange mit Dorn;
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6 eine Darstellung der äußeren Form
eines Dorns, der am äußersten
Ende und am Arbeitsteil mit Keramik versehen ist;
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7 eine Darstellung der äußeren Form
eines Dorns, der zudem am Glättungsteil
mit Keramik versehen ist;
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8 eine
Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Dornstandzeit einer Lochwalzmaschine (verglichen
mit der Standzeit eines herkömmlichen
Dorns) und der Biegefestigkeit der Keramik;
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9 eine
Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Dornstandzeit einer Längungsmaschine (verglichen
mit der Standzeit eines herkömmlichen
Dorns) und der Biegefestigkeit der Keramik;
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10 eine
Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Dornstandzeit einer Stopfenwalzmaschine
(verglichen mit der Standzeit eines herkömmlichen Dorns) und der Biegefestigkeit
der Keramik; und
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11 eine
Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Dornstandzeit einer Glättungsmaschine (verglichen
mit der Standzeit eines herkömmlichen
Dorns) und der Biegefestigkeit der Keramik.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
der Erfindung
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Vor
der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
werden die Form eines jeden verwendeten Dorns und einer jeden verwendeten
Stange für
die genannten Versuche und die Verfahren der Versuche dargestellt.
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Ein
Dorn 1 einer Lochwalzmaschine, siehe 1,
ist so aufgebaut, dass die einzelnen Segmente des Dorns definiert
sind als: äußerster
Endabschnitt 10 (Länge
3 mm, R 10 mm), Arbeitsabschnitt 11 (Länge 40 mm), Glättungsabschnitt 12 (Länge 50 mm,
Abschrägungswinkel
3,25°) und
Parallelabschnitt 13 (Länge
15 mm, Durchmesser 42 mm). Jeder dieser Abschnitte hat eine andere
Aufgabe. Der äußerste Endabschnitt 10 ist
ein Teil, mit dem ein Loch in den mittleren Teil des Barrens gestoßen wird.
Der Arbeitsabschnitt 11 ist ein Teil, mit dem die Wandstärke des
Rohrs verringert wird, wobei ein Zwischenraum zur Walze verbleibt.
Der Glättungsabschnitt 12 ist
ein Teil, mit dem die Wandstärke
des Rohrs fertig bearbeitet wird, wobei ein Zwischenraum zur Walze
ver bleibt. Der Parallelabschnitt 13 ist ein Teil, mit dem
die Abnahme des hohlen Teils vom Dorn gleitend erfolgt. Diese Positionen
unterscheiden sich abhängig
von der Form des Dorns. Dies kann man sehen anhand: eines Dorns 2 einer
Längungsmaschine
in 2, dessen äußere Form
sich von der Form des Dorns 1 der Lochwalzmaschine unterscheidet
(Länge
des äußersten
Abschnitts 5 mm, R 10 mm, Länge
des Arbeitsabschnitts 30 mm, Länge
des Glättungsabschnitts
45 mm, Abschrägungswinkel
3,75°, Länge des
Parallelabschnitts 15 mm, Durchmesser 48 mm), eines Dorns 3 eines
Stopfenwalzwerks in 3 (eine vorne und hinten symmetrische
Form, mit einem äußersten
Endabschnitt mit 2 mm Länge
und R 5 mm, einer Länge
des Arbeitsabschnitts von 5 mm, einer Länge des Glättungsabschnitts von 10 mm,
einem Abschrägungswinkel
von 10° und
einer Länge
des Parallelabschnitts von 20 mm, Durchmesser 49 mm) und eines Dorns 4 einer
Glättungsmaschine
in 4 (mit einem äußersten
Endabschnitt mit 3 mm Länge
und R 10 mm, einer Länge
des Arbeitsabschnitts von 20 mm, einer Länge des Glättungsabschnitts von 60 mm,
einem Abschrägungswinkel
von 11,5° und
einer Länge
des Parallelabschnitts von 15 mm, Durchmesser 53 mm). Die Durchmesserangabe
in den Klammern gibt den Außendurchmesser
des größten Abschnitts
an. Wie beschrieben bildet die Dornstange mit Dorn 5 in 5 ein
stabartiges Teil, in dem der Dorn und die den Dorn haltende Stange
zu einem einzigen Teil verbunden sind (Länge des äußersten Endabschnitts 3 mm,
R 26,5 mm, Länge
des Arbeitsabschnitts 3000 mm, Durchmesser 53 mm). Die Rohrwandstärke, siehe 5,
in einem Teil der Dornstange mit Dorn, deren äußere Gestalt ungefähr parallel
ist, ist verringert, so dass man den parallelen Teil der äußeren Form
der Dornstange mit Dorn als Arbeitsabschnitt bezeichnet.
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Bei
einem Versuch mit Dornen, die vollständig aus Keramik bestehen,
wurden vier verschiedene Keramikpulver für die genannten Keramiken verwendet,
nämlich
SiC, ZnO2, Al2O3 und Si3N4. Die Dorne wurden dann dadurch hergestellt,
dass jedes dieser Keramikpulver einzeln geformt, gebrannt und anschließend mit einem
Schleifvorgang auf die endgültigen
Formen bearbeitet wurde, die in 1 und 2 bis 5 dargestellt
sind. In diesem Vorgang erfolgte die Formung derart, dass das Keramikpulver
mit einem Sinterkörper
vermischt wurde, beispielsweise Glas. Anschließend wurde das Keramikpulver
in die Form des fertigen Dorns gebracht (Rohform in Anbetracht des
Schrumpfens aufgrund des Brennvorgangs). Der Brennvorgang erfolgte durch
Brennen und Verfestigen in einem Ofen (ein atmosphärischer
Ofen oder ein atmosphärisch
geregelter Ofen oder ein isohydraulischer Ofen oder eine ähnliche
Vorrichtung). Anschließend
erfolgte ein Schleifvorgang mit einer Diamantschleifscheibe, um
die endgültige
Form durch Schleifen herzustellen. Man kann den Dorn abhängig von
den Walzbedingungen auch in einem Zu stand belassen, in dem er nicht
durch Schleifen endbearbeitet wird, sondern im Zustand nach dem
Brennen verbleibt.
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Daraufhin
erfolgte ein Walzversuch mit Hilfe dieser in 1 bis 5 dargestellten
Dorne oder Stangen, und die Materialzusammensetzung des gesamten
Dorns oder der gesamten Stange wurde wie folgt verändert.
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Zuerst
wurde ein Barren aus SUS304 mit 50 mm Durchmesser auf 1250°C erwärmt und
mit einer Modell-Lochwalzmaschine zu einem hohlen Teil mit einem
Außendurchmesser
von 55 mm gewalzt. Nach diesem Vorgang wurde das hohle Teil mit
Luft gekühlt
und nacheinander den folgenden Schritten 1 und 2 unterworfen, um
ein Hülsenteil
herzustellen. Anschließend
wurde die Standzeit des Dorns und der Stange ermittelt, die in jedem
Modellwalzwerk verwendet wurden.
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Schritt
1: Nach dem erneuten Erwärmen
auf 1050°C
wurde das Material mit einem Stangenrohr-Walzwerk mit 5 Gerüsten zu
einer Hülse
von 50 mm Durchmesser gewalzt.
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Schritt
2: Nach dem erneuten Erwärmen
auf 1150°C
wurde das Material in der Längungsmaschine
auf ein hohles Teil mit 60 mm Durchmesser gewalzt, mit Luft gekühlt und
erneut auf 1050°C
erwärmt.
Anschließend
wurde es mit dem Stopfenwalzwerk zu einem Hülsenteil mit 57,5 mm gewalzt
und mit Luft gekühlt.
Danach wurde es nochmals auf 1000°C
erhitzt und mit einer Glättungsmaschine
zu einer Hülse
mit 60 mm gewalzt.
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In
diesem Fall hatten die herkömmlichen
Dorne, deren Standzeit mit der Standzeit obigen Dorne und Stangen
verglichen wurde, jeweils die gleiche Form wie die Dorne in 1 bis 5.
Ihre Materialzusammensetzung wird im Folgenden angegeben.
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Der
Dorn der Lochwalzmaschine und der Dorn der Längungsmaschine wurden aus Stahlguss
mit 0,3 Gewichtsprozent C, 0,3 Gewichtsprozent Cr und 0,1 Gewichtsprozent
Ni hergestellt. Auf der Oberfläche
wurde durch eine Wärmebehandlung
ein Oxidationszunder erzeugt. Die Dornstange mit Dorn entsprach
den JIS-Standards (SKT6) und wurde ebenfalls wärmebehandelt, um einen Oxidationszunder
auf der Oberfläche zu
erzeugen. Anschließend
wurde sie mit einem Schmiermittel aus dem Graphitsystem beschichtet.
Der Dorn des Stopfenwalzwerks bestand aus Stahlguss mit 1,5 Gewichtsprozent
C, 18 Gewichtsprozent Cr und 1,5 Gewichtsprozent Ni. Auf der Oberfläche wurde durch
eine Wärmebehandlung
ein Oxidationszunder erzeugt, und sie wurde mit einem Schmiermittel
aus dem Graphitsystem beschichtet. Der Dorn der Glättungsmaschine
wurde aus dem Stahlgusssystem mit 3 Gewichtsprozent C, 0,6 Gewichtsprozent
Cr und 0,4 Gewichtsprozent Ni hergestellt und wurde während der
Bearbeitung nicht wärmebehandelt.
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Es
werden nun die Versuchergebnisse bei der Anwendung der obigen Dorne
und Stangen und der herkömmlichen
Teile angegeben.
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Tabelle
1 zeigt jeweils die Lebensdauer des Dorns und der Stange. In diesem
Fall wird die Lebensdauer (bezeichnet als Standfestigkeitszahl)
bezogen auf die Anzahl der gewalzten Teile (Barren, hohles Teil
oder Hülse)
angegeben, die gewalzt werden, bis bei andauerndem Gebrauchseinsatz
entweder der Dorn oder die Stange verschlissen ist und das verschlissene
Teil durch ein anderes Teil ersetzt wird.
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Aus
Tabelle 1 geht klar hervor, dass die Dorne und Stangen, die vollständig aus
Keramik hergestellt sind, eine längere
Lebensdauer aufweisen als das herkömmliche Produkt, und zwar unabhängig von
der Art der verwendeten Walzmaschine. Während dieses Vorgangs zeigte
das Rohr, das mit dem Dorn und der Stange aus Vollkeramik gewalzt
wurde, keinerlei Brandflecke (Begutachtungsverfahren: Sichtprüfung an
der Werkzeugoberfläche
nach dem Ausführen
eines Walzvorgangs und Wasserkühlung).
Derartige Brandflecke wurden beim Walzvorgang mit dem herkömmlichen
Produkt erzeugt, und zwar für
jedes erste bis dritte Rohr in der Lochwalzmaschine, jedes dritte
bis sechste Rohr in der Längungsmaschine
und dem Stopfenwalzwerk, jedes zehnte bis fünfzehnte Rohr in der Glättungsmaschine
und jedes fünfzigste
bis siebzigste Rohr im Stangenrohr- Walzwerk.
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Hinsichtlich
der obigen Angaben und der Versuchergebnisse erfordern die im Versuch
verwendeten Dorne und Stangen zunächst, dass der gesamte Dorn
bzw. die gesamte Stange aus Keramik hergestellt werden. Werden die
tatsächlichen
Dorne und Stangen, die zum Walzen der nahtlosen Stahlrohre verwendet
werden, wie beschrieben hergestellt, so kann man erwarten, dass
die Lebensdauer dieser Teile einen Wert ähnlich den Versuchsergebnissen
erreichen kann.
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Zudem
darf man einen ähnlichen
Effekt erwarten, wenn nicht der gesamte Dorn oder die gesamte Stange
aus Keramik hergestellt wird, sondern nur Teile davon. Wird ein
Dorn mit der äußeren Form
nach 1 beispielsweise als Dorn in einer Längungsmaschine
oder einer Glättungsmaschine
verwendet, so kann man erwarten, dass der Dorn ungefähr die Lebensdauer
hat wie ein Dorn, der vollständig
aus Keramik besteht, wenn man jedes der Teile, das die äußere Form
in 2 und 3 bestimmt (den äußersten
Endabschnitt 10 und den Arbeitsabschnitt 11 oder
auch den Glättungsabschnitt 12)
durch Keramik ersetzt. Da man annehmen darf, dass der durch die
Keramik erzielte Effekt dadurch verursacht wird, dass Verformungen
an der Dornoberfläche
und Ausschmelzungen bei hoher Temperatur verglichen mit dem Fall
des verzunderten Stahls kaum auftreten, so kann ein gangbarer Weg
auch darin bestehen, nur die Oberflächenschicht des Dorns ohne
den inneren Bereich, d. h. nur den Teil, in dem die Keramik auch
benutzt wird, aus Keramik herzustellen. Anders ausgedrückt wird
der innere Bereich des Dorns genauso wie bei herkömmlichen
Dornen aus dem Rohmaterial Stahl hergestellt.
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Um
hinsichtlich des Gesagten diese Erwartung zu bestätigen, führten die
Erfinder einen Walzversuch mit einem Dorn einer Lochwalzmaschine
aus, bei dem der äußerste Endabschnitt 10 und
der Arbeitsabschnitt 11, siehe 6(a),
einen Dornabschnitt darstellen, der aus Keramik hergestellt ist
(schraffierte Bereiche). Die Oberflächenschicht mit 6 mm Stärke im äußersten
Endabschnitt 10 und im Arbeitsabschnitt 11, siehe 6(b), ist aus Keramik hergestellt (schraffierte
Bereiche). Die restlichen Abschnitte sind aus einem Material mit
der gleichen Beschaffenheit wie beim herkömmlichen Produkt gefertigt.
Zusätzlich
führten
die Erfinder einen Walzversuch mit einem Dorn einer Lochwalzmaschine
aus, bei dem der Dorn vom äußersten
Endabschnitt 10 bis zum Glättungsabschnitt 12,
siehe 7(a), aus Keramik hergestellt
ist (schraffierte Bereiche). Dabei besteht nur die Oberflächenschicht
mit 5 mm Stärke
vom äußersten
Endabschnitt 10 bis zum Glättungsabschnitt 12, siehe 7(b), aus Keramik (schraffierte Bereiche). Die
inneren Abschnitte und die anderen restlichen Abschnitte sind aus
einem Material mit der gleichen Beschaffenheit wie beim herkömmlichen
Produkt gefertigt. Damit bestehen die Oberflächenschichten aus Keramik.
Die Größe des Gesamtdorns
und die Bedingungen des Versuchs stimmten mit dem vorhergehenden
Versuch überein.
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Bei
einem Dorn oder einer Stange, die die obige zusammengesetzte Struktur
aufwiesen, wurde ein wärmebeständiges Klebemittel
aus Silika-Tonerde verwendet (Silika: Siliciumoxid, Tonerde: Aluminiumoxid), um
die Keramiken (schraffierte Bereiche) mit dem herkömmlichen
Stahlteil (nicht schraffierte Bereiche) zu verbinden. Führt man
die Verbindung wie beschrieben aus, so ist eine Trennung der unterschiedlichen
Rohmaterialien voneinander während
des Einsatzes sehr wenig wahrscheinlich, wenn ein Dorn oder eine
Stange mit dem zusammengesetzten Aufbau verwendet werden. Die Dorne
der Erfindung sind jedoch nicht auf dieses Verbindungsverfahren
beschränkt.
Man könnte
auch andere Verbindungsverfahren verwenden, beispielsweise eine
Sinterverbindung oder eine Schraubverbindung.
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Die
Ergebnisse des Versuchs sind in Tabelle 2 angegeben, und zwar anhand
der Standfestigkeitszahl bei der Rohrherstellung mit fortlaufender
Anwendung des Dorns. Aus Tabelle 2 geht hervor, dass die teilweise aus
Keramik hergestellten Dorne eine beträchtliche Verbesserung der Lebensdauer
bewirken. Kann man die Verbindungsfestigkeit zwischen den Keramiken
und den anderen Materialien über
einem geforderten Wert halten, der von den Einsatzbedingungen der
Dorne abhängt,
so stellt man die Stellen, an denen ein beträchtlicher Verschleiß erwartet
wird, aus einer geeigneten Keramik her. Die anderen Teile können aus
anderen Materialien gefertigt werden, beispielsweise Stahl, Kohlenstoff
usw. Die anderen Materialien können
ein einziges Material sein oder aus mehreren Materialien bestehen.
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Die
Vorschläge
für oberflächenbeschichte
Dorne beruhen auf diesem technischen Konzept. Setzt man sie anstelle
der genannten Vollkeramikdorne für
die Herstellung nahtloser Stahlrohre ein, so kann man mit ihnen ähnliche
Effekte erzielen wie mit Vollkeramikdornen. Um einen Dorn und eine
Stange zu erhalten, die eine beträchtlich längere Lebensdauer aufweisen
als herkömmliche
Teile, ist es also nur erforderlich, das äußerste Ende des Dorns und den
Arbeitsteil aus Keramik auszubilden. Zudem kann man den gleichen
Effekt erzielen, wenn man nur die Oberflächenschicht vom äußersten
Ende des Dorns bis zum Arbeitsteil aus Keramik herstellt. In diesem
Fall ist die Oberflächenschicht
zwischen dem äußersten
Ende und dem Arbeitsabschnitt mehr als 3 mm dick. Der Glättungsabschnitt
weist mehr als 3 mm Dicke am Übergang
zum Arbeitsteil auf und mehr als 1 mm Dicke am Übergang zum Parallelteil. Eine
geringere Dicke wird nicht bevorzugt, weil dann der Keramikabschnitt
bei Einwirkung einer äußeren Belastung
einer innen (am Übergang
zum Stahlmaterial) erzeugten Zugkraft möglicherweise nicht standhalten
kann und beschädigt
werden könnte.
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Die
Erfinder haben zusätzlich
die Hochtemperatur-Biegeprüfung
(JIS R 1601 Dreipunkt-Biegetest) für die Keramik zusammen mit
dem genannten Walzversuch ausgeführt,
die Ergebnisse geordnet und einen Zusammenhang zwischen der Biegefestigkeit
der Keramik und der Standzeit des Dorns erhalten. In diesem Fall ändern sich
die Biegefestigkeiten der Keramiken aufgrund der unterschiedlichen
Bedingungen beim Herstellen und Brennen. Als Herstellungsbedingungen
gelten die kristallinen Partikelformen der Keramiken (Flocke, Partikel,
Kugelform) zusammen mit der Korngröße und dem Mischglasbinder
(Aluminiumsystem, Borsäure
und andere oder Mischungen daraus). Als Brennbedingungen gelten
die Haltetemperatur (700°C
bis 1600°C),
die Abkühlgeschwindigkeit,
die Atmosphäre,
die Presskraft usw.
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8, 9, 10 und 11 stellen
jeweils (bezogen auf den Stand der Technik) einen Zusammenhang zwischen
der Standzeit des Dorns einer Lochwalzmaschine, des Dorns einer
Längungsmaschine, des
Dorns eines Stopfenwalzwerks und des Dorns einer Glättungsmaschine
und der Biegefestigkeit der Keramik in dieser Folge her. In diesen
Abbildungen ist beispielsweise die Biegefestigkeit bei 1000°C als "Festigkeit bei 1000°C" bezeichnet.
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Die
Biegefestigkeitsanforderungen wurden anhand der Ergebnisse von Hochtemperatur-Biegeprüfungen für derartige
Keramiken erfüllt.
Dabei werden die Keramiken für
die Dorne anhand der bevorzugten Hochtemperatur-Biegefestigkeiten
für die
Anwendung in einer Walzmaschine ausgewählt, beispielsweise einer Lochwalzmaschine,
einer Längungsmaschine
oder einer Glättungsmaschine.
Sämtliche
Gründe
für die
Auswahl werden im Folgenden beschrieben.
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Es
folgt die Beschreibung der ersten Biegefestigkeitsergebnisse (Dorn
der Lochwalzmaschine).
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Die
Standzeit des Dorns der Lochwalzmaschine, siehe 8,
verbessert sich mit zunehmender Biegefestigkeit der verwendeten
Keramik. Die Verlängerung
der Lebensdauer nimmt bei einem Festigkeitswert von mehr als 200
MPa bei 1200°C
zu. Bei einer Festigkeit von mehr als 400 MPa bei 1200°C oder mehr
als 200 MPa bei 1300°C
kann man eine Standzeit erzielen, die um mehr als den Faktor 50 über dem
herkömmlichen
Produkt liegt. In diesem Fall wird als Keramik beispielsweise Si3N4 verwendet.
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Bevorzugte
ausgewählte
Dorne umfassen damit einen Dorn für Lochwalzmaschinen, bei dem
die Hochtemperatur-Biegefestigkeit der Keramik einen bevorzugten
Bereich von mehr als 200 MPa bei 1200°C aufweist, und einen Dorn für Lochwalzmaschinen,
der eine Festigkeit von mehr als 400 MPa bei 1200°C aufweist,
und einen Dorn für
Lochwalzmaschinen, der eine Festigkeit von mehr als 200 MPa bei
1300°C aufweist.
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Es
folgt die Beschreibung der zweiten Biegefestigkeitsergebnisse (Dorn
der Längungsmaschine).
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Die
Standzeit des Dorns der Längungsmaschine,
siehe 9, verbessert sich mit zunehmender Biegefestigkeit
der verwendeten Keramik. Die Standzeit lässt sich bei ei ner Festigkeit
von mehr als 200 MPa bei 800°C
erhöhen.
Bei einer Festigkeit von mehr als 200 MPa bei 1000°C kann man
eine Lebensdauer erzielen, die um mehr als den Faktor 50 über dem
herkömmlichen
Produkt liegt. Im Allgemeinen überschreitet
die Walztemperatur während
des Walzens in der Längungsmaschine
nicht 1200°C.
In diesem Fall verwendet man als Keramik beispielsweise ZnO2.
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Es
folgt die Beschreibung der dritten Biegefestigkeitsergebnisse (Dorn
des Stopfenwalzwerks).
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Die
Standzeit des Stopfenwalzwerks, siehe 10, verbessert
sich mit zunehmender Biegefestigkeit der verwendeten Keramik. Die
Standzeit lässt
sich bei einer Festigkeit von mehr als 200 MPa bei 800°C erhöhen. Bei
einer Festigkeit von mehr als 200 MPa bei 1000°C kann man eine Lebensdauer
erzielen, die um mehr als den Faktor 30 über dem herkömmlichen
Produkt liegt. Im Allgemeinen ist es nicht möglich, dass die Walztemperatur
während
des Walzvorgangs des Stopfenwalzwerks 1200°C überschreitet. In diesem Fall
verwendet man als Keramik beispielsweise SiC.
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Als
bevorzugten Bereich der Hochtemperatur-Biegefestigkeit für die Keramik
des Dorns der Längungsmaschine
oder des Dorns des Stopfenwalzwerks haben die Versuche den Bereich
von mehr als 200 MPa bei 800°C
ergeben. Als besonders bevorzugten Bereich haben die Versuche mehr
als 200 MPa bei 1000 bis 1200°C
ergeben.
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Es
folgt die Beschreibung der vierten Biegefestigkeitsergebnisse (Dorn
der Glättungsmaschine).
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Die
Standzeit der Glättungsmaschine,
siehe 11, verbessert sich mit zunehmender
Biegefestigkeit der verwendeten Keramik. Die Standzeit lässt sich
bei einer Festigkeit von mehr als 200 MPa bei 800°C erhöhen. Bei
einer Festigkeit von mehr als 200 MPa bei 1000°C kann man eine Lebensdauer
erzielen, die um mehr als den Faktor 100 über dem herkömmlichen
Produkt liegt. Im Allgemeinen ist es unwahrscheinlich, dass die Walztemperatur
beim Walzvorgang auf der Glättungsmaschine
1000°C überschreitet.
In diesem Fall verwendet man als Keramik beispielsweise Al2O3.
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Damit
haben die Versuche einen bevorzugten Bereich der Hochtemperatur-Biegefestigkeit für die Keramiken
des Dorns der Glättungsmaschine
von mehr als 200 MPa bei 800°C
ergeben, und als besonders bevorzugten Bereich, der sich für den tat sächlichen
Einsatz besser eignet, von mehr als 200 MPa bei 800 bis 1200°C.
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Zuletzt
werden nun die Verfahren zum Herstellen nahtloser Stahlrohre mit
den beschriebenen Dornen im Weiteren erläutert.
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Der
erste Verfahrensvorschlag betrifft ein Verfahren, bei dem ein Dorn
gemäß den ersten
Biegefestigkeitsergebnissen in einer Lochwalzmaschine dazu verwendet
wird, ein Loch im Barren zu erzeugen und anschließend den
Barren zu walzen. Die nachfolgenden Verarbeitungsschritte am hohlen
Teil können
mit irgendeinem beliebigen Walzverfahren erfolgen. Ein gangbarer
Weg besteht also darin, sämtliche
Dorne und Stangen aus den Versuchen in den Walzmaschinen nach der
Längungsmaschine
zu verwenden, wobei die bekannten herkömmlichen Produkte einsetzbar
sind.
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Entsprechend
dem zweiten Verfahrensvorschlag geht man so vor, dass die Dorne
gemäß der zweiten Biegefestigkeitsergebnisse
in der Längungsmaschine
zum Walzen des hohlen Teils verwendet werden, wobei der Durchstoßungsvorgang
in der Lochwalzmaschine in der vorhergehenden Stufe bzw. die Verarbeitungsschritte
in den nachfolgenden Stufen nicht besonders eingeschränkt sind.
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Konform
zum dritten Verfahrensvorschlag geht man derart vor, dass die Dorne
gemäß der vierten
Biegefestigkeitsergebnisse in der Glättungsmaschine zum Walzen des
hohlen Teils verwendet werden. Beim vierten Verfahrensvorschlag
wird zusätzlich
so vorgegangen, dass die Dorne gemäß irgendeines der dritten Biegefestigkeitsergebnisse
zum Walzen des hohlen Teils im Stopfenwalzwerk eingebaut werden.
Beim fünften Verfahrensvorschlag
geht man so vor, dass eine Dornstange mit Dorn zum Walzen des hohlen
Teils in das Stangenrohr-Walzwerk eingebaut wird. In diesem Fall
schränken
die obigen Vorschläge
während
der Verarbeitung weder den Dorn noch die Stange auf ein Produkt
ein, das von der Ziel-Walzmaschine abweicht.
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Gemäß den Verfahrensvorschlägen werden
nahtlose Stahlrohre unter Verwendung entweder der Dorne oder der
Stangen hergestellt, die in den Versuchen eine beträchtlich
längere
Standzeit als die herkömmlichen
Produkte erzielt haben. Damit können
sich in der Industrie zahlreiche nützliche Auswirkungen ergeben, beispielsweise
eine Kostensenkung, die durch eine verringerte Werkzeuganzahl verursacht
wird, und eine erhöhte
Produktivität,
weil die Werkzeuge usw. seltener ersetzt werden müssen.
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Beispiele
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Sämtliche
Keramikpulver der vier Keramiksorten, d. h. SiC, ZnO2,
Al2O3 und Si3N4, wurden einzeln
in Form gepresst und gebrannt, um bei 1000°C die angegebenen Werte von
1000 MPa, 1000 MPa, 450 MPa und 1000 MPa einzustellen. Anschließend wurde
jedes Rohmaterial zu einem Endprodukt verarbeitet, bei dem das Material
eine äußere Form
zeigt, die jeweils den Vollkeramikdornen in 1 bis 5 entspricht,
und zwar in vergrößertem Maßstab. Es
wurden auch weitere, teilweise aus Keramik bestehende Produkte erzeugt,
nämlich Dorne
und Stangen, bei denen nur ein Teil der Oberflächenschicht aus Keramik besteht,
das Innere jedoch nicht. Diese Produkte wurden in den folgenden
Beispielen 1 und 2 verwendet.
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Beispiel 1
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Zum
Herstellen von nahtlosen Stahlrohren wurde ein Barren (175 mm Durchmesser)
aus hochlegiertem Stahl mit einer Verformungsfestigkeit, die über der
eines Stahls mit 9 Gewichtsprozent Cr liegt, nacheinander mit den
Dornen in 1 bis 5 in einer
Lochwalzmaschine und einem Stangenrohr-Walzwerk gewalzt, wobei die
Vergrößerungsrate
den Wert drei hatte. Dabei wurden sowohl in der Lochwalzmaschine
als auch in dem Stangenrohr-Walzwerk Dornstangen mit Dorn verwendet,
bei denen die Oberflächenschicht
ab dem Dorn der Lochwalzmaschine und dem Arbeitsabschnitt (der außen parallel
aussehende Abschnitt), die vollständig aus Keramik hergestellt
waren, bis zum Parallelabschnitt in einem Bereich von 35 mm aus
Keramik hergestellt war.
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In
Tabelle 3 sind die Ergebnisse verglichen mit dem Einsatz herkömmlicher
Produkte dargestellt. Die Bewertung der Dorne und Stangen erfolgte
in Bezug auf die benötigte
Anzahl zum Walzen von 40000 Stück der
angegebenen Barren.
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Aus
Tabelle 3 geht hervor, dass die benötigte Anzahl der Dorne und
Stangen beträchtlich
verringert wird und weniger als 1/100 für die Dorne der Lochwalzmaschine
und weniger als 1/50 für
die Dornstangen mit Dorn beträgt,
wobei die Lebensdauer wesentlich erhöht wird. Die häufigen Auswechselvorgänge für diese
Teile wurden beträchtlich
reduziert und die Produktivität
bei den nahtlosen Stahlrohren ist stark angestiegen. Zusätzlich verkürzten sich
die Walzzeiten auf der Lochwalzmaschine um 20 Prozent, da der Dornwiderstand
während
des Walzvorgangs geringer war. Die Menge des für die Dornstange mit Dorn verbrauchten
Schmiermittels verringerte sich um 30 Prozent.
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Beispiel 2
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Zum
Herstellen von nahtlosen Stahlrohren wurde ein Barren (350 mm Durchmesser)
aus hochlegiertem Stahl mit einer Verformungsfestigkeit, die über der
eines Stahls mit 16 Gewichtsprozent Cr liegt, nacheinander mit den
Dornen in 1 bis 5 in einer
Lochwalzmaschine, einer Längungsmaschine,
einem Stopfenwalzwerk und einer Glättungsmaschine gewalzt, wobei
die Vergrößerungsrate
auf den Wert 6,5 eingestellt wurde. Dabei wurden die Dorne in allen
genannten Walzmaschinen eingesetzt. In der gesamten Lochwalzmaschine
wurde ein Dorn verwendet, der bis zum Glättungsabschnitt vollständig aus
Keramik bestand. In der Längungsmaschine
wurde ein Dorn verwendet, bei dem die Oberflächenschicht bis 80 mm in den
Bereich des Arbeitsabschnitts aus Keramik bestand. Im Stopfenwalzwerk
wurde ein Dorn verwendet, bei dem die gesamte Oberflächenschicht
von 70 mm aus Keramik bestand. In der Glättungsmaschine wurde ein Dorn
verwendet, bei dem die Oberflächenschicht
bis 25 mm in den Bereich des Glättungsabschnitts
aus Keramik bestand.
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In
Tabelle 4 sind die Ergebnisse verglichen mit dem Einsatz herkömmlicher
Produkte in allen Walzmaschinen dargestellt. Die Bewertung der Dorne
erfolgte in Bezug auf die benötigte
Anzahl zum Walzen von 5000 Stück
der angegebenen Barren.
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Aus
Tabelle 4 geht hervor, dass die benötigte Anzahl der Dorne beträchtlich
verringert wird und jeweils weniger als 1/100 für die Dorne der Lochwalzmaschine,
der Längungsmaschine,
des Stopfenwalzwerks und der Glättungsmaschine
beträgt,
wobei die Lebensdauer wesentlich erhöht wird. Die häufigen Auswechselvorgänge für diese
Teile wurden beträchtlich
reduziert und die Produktivität
bei den nahtlosen Stahlrohren ist ebenfalls angestiegen. Da zudem
die Oberfläche
des Dorns glatt war, verbesserte sich die Oberflächenrauheit der Innenfläche der
gewalzten Rohre im Mittel von Rmax = 35 μm auf Rmax = 5 μm. Zudem
war die Auftrittswahrscheinlichkeit von Zundereinschlussflecken
auf der Innenfläche
des Rohrs um 75 Prozent geringer. Die Anzahl der Handhabungsschritte
verringerte sich in gleichem Umfang.
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Anwendbarkeit der Erfindung
in der Industrie
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Die
Anwendung in der Industrie zeigt, dass der Verschleiß sowohl
des Dorns als auch der Dornstange mit Dorn, die während der
Herstellung von nahtlosen Stahlrohren jeweils in den Walzmaschinen
eingebaut sind, verglichen mit herkömmlichen Produkten wesentlich
geringer ist. Dadurch lässt
sich die Lagerhaltung für diese
Teile verringern, und es sinken nicht nur ihre Herstellungskosten,
sondern sie müssen
auch sehr viel seltener ausgewechselt werden. Damit verkürzt sich
die erforderliche Zeit für
die Auswechslungsarbeiten und die Produktivität für nahtlose Stahlrohre steigt.
Da die Form des Dorns bzw. der Dornstange mit Dorn stabil ist, kann
man nahtlose Stahlrohre erhalten, die eine hervorragende Beschaffenheit
der Innenfläche
und eine hervorragende Maßgenauigkeit
aufweisen. Dieser Effekt ist besonders beim Herstellen von Stahlrohren
aus hochlegierten Stählen
beträchtlich,
deren Verformungswiderstand groß ist,
und die sich nur schwer walzen lassen.