EP1857193B1 - Verfahren zum Warmwalzen nahtloser Rohre auf einem Innenwerkzeug und Innenwerkzeug - Google Patents

Verfahren zum Warmwalzen nahtloser Rohre auf einem Innenwerkzeug und Innenwerkzeug Download PDF

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EP1857193B1
EP1857193B1 EP07009564A EP07009564A EP1857193B1 EP 1857193 B1 EP1857193 B1 EP 1857193B1 EP 07009564 A EP07009564 A EP 07009564A EP 07009564 A EP07009564 A EP 07009564A EP 1857193 B1 EP1857193 B1 EP 1857193B1
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tool
segments
rolling
inserts
internal
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EP07009564A
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Matthias Krahn
Thomas Leisten
Hans Joachim Pehle
Peter Thieven
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SMS Meer GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B25/00—Mandrels for metal tube rolling mills, e.g. mandrels of the types used in the methods covered by group B21B17/00; Accessories or auxiliary means therefor ; Construction of, or alloys for, mandrels or plugs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/02—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/02—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length
    • B21B17/04—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling with mandrel, i.e. the mandrel rod contacts the rolled tube over the rod length in a continuous process
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B25/00—Mandrels for metal tube rolling mills, e.g. mandrels of the types used in the methods covered by group B21B17/00; Accessories or auxiliary means therefor ; Construction of, or alloys for, mandrels or plugs
    • B21B25/04—Cooling or lubricating mandrels during operation

Definitions

  • the invention relates to a method for hot rolling seamless tubes with one or more consecutively arranged longitudinal or Schrägwalzgerüsten and an inner tool used in the interior of the rolling stock in the form of a mandrel or roll bar, as by the DE 21 31 713 A1 known.
  • the inner tools / mandrel rods in the forming of seamless tubes are subject to high mechanical and thermal stresses depending on the manufacturing process. Accordingly, a high wear of the tool surface occurs, which leads to abrasion, adhesion and disintegration and with relatively little service life to surface damage to the forming material and the failure of the tool. Therefore, an attempt is made to use as hard, wear-resistant materials in the heavily loaded tool areas.
  • Ceramics, cermets and other highly wear-resistant materials have the properties, which are particularly disadvantageous for this purpose, of low thermal shock resistance, low bending strength and high sensitivity to cracking when tensile stresses occur.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a generic method and a generic inner tool that allow seamless tube production without the disadvantages described in the use of special materials for the inner tool.
  • the occurrence of tensile stresses is avoided by distributed around the circumference tool inserts are used with which tool parts, eg. B. segments of highly wear-resistant material, are biased under high tangential compressive stresses.
  • tool parts eg. B. segments of highly wear-resistant material
  • a stress state with high compressive stresses is generated which, when loaded by the rolling stock, leads to a three-dimensional compressive stress state and thereby makes it possible to avoid the occurrence of tensile stresses.
  • This enables the use of wear-resistant but brittle materials on the internal tools in rolling mills of seamless tube production.
  • the number of tool parts or segments depends on the number of rollers, so that the mandrel / roll bar, d. H. the inner tool may have two, three or more segments, each with gapless tool inserts therebetween.
  • the workpiece inserts are arranged so that they are in the load case in the area without Walzguttive or in the range of only low mechanical and thermal stress.
  • the inner tool is aligned so that the workpiece inserts are positioned in the areas between the rollers.
  • the rolling rod or the inner tool should likewise be positioned and not rotate.
  • the tool body is provided with a central longitudinal bore and with radial, oblique Zu Industriesbohrungen through which the medium is conveyed under pressure and adhering to the inner surface of the tube to the contact zone.
  • each roll stand is supplied with the medium in this way. Even with skew rolling plants, the supply takes place in the same way.
  • the perforated, tubular rolling stock 3 is rolled out between successive rolls 4 of the Kontiwalzstrom 1 on an inner tool 5, designed as rolling or mandrel, the Kontiwalzstrom 1 can be advantageously operated with held inner tool 5, so that the feed path between minus 1 stand spacing to plus 1 stand distance.
  • the inner tool 5 consists of a central longitudinal bore 6 having a base body 7 and arranged thereon tool segments 8 of a highly wear-resistant, heat-resistant material and between them provided, as indicated by arrow 9 (see. Fig. 2 ) radially engageable tool inserts 10.
  • the tool segments 8 and inserts 10 are taken up by a sleeve 11 enclosing the base body 7.
  • the tool segments 8 and inserts 10 are axially biased, as in FIG Fig. 1 indicated by the arrows 12. Since the tool segments 8 by the Radialan beaukeit (arrows 9 in Fig. 2 ) of the tool inserts 10 at the same time a tangential pressure or bias according to the in Fig. 2 registered double arrows 13, no tensile stress occurs in the tool segments 8, which is very important especially in brittle material, such as ceramic, the tool segments 8. During rolling, an all-round compressive stress is achieved. For better effectiveness when introducing the tangential and axial compressive stresses on the one hand, the sleeve 11 with the Tool segments 8 and - inserts 10 and on the other hand, the tool inserts 10 with the tool segments 8 with wedge surfaces 14 to each other.
  • a plurality of feed bores 15 are provided radially, obliquely formed.
  • An introduced into the longitudinal bore 6 from a supply source, not shown cooling, lubricating and separating agent is introduced via the supply holes 15 under pressure directly into the contact zone between the rolling stock 3 and the inner tool 5. There it comes to the desired adhesion to the inner circumferential surface of the rolling stock.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmwalzen nahtloser Rohre mit einem oder mehreren hintereinander angeordneten Längs- oder Schrägwalzgerüsten und einem im Inneren des Walzguts verwendeten Innenwerkzeug in Form einer Dorn- bzw. Walzstange, wie durch die DE 21 31 713 A1 bekannt geworden.
  • Die Innenwerkzeuge / Dornstangen bei der Umformung nahtloser Rohre sind je nach Fertigungsverfahren hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Dementsprechend tritt ein hoher Verschleiß der Werkzeugoberfläche auf, wobei es zu Abrasion, Adhäsion und Zerrüttung kommt und bei relativ geringer Standzeit zu Oberflächenbeschädigungen am Umformgut sowie zum Ausfall des Werkzeuges. Daher wird versucht, in den hochbelasteten Werkzeugbereichen möglichst harte, verschleißfeste Materialien einzusetzen.
  • Üblicherweise kommen für Umformwerkzeuge Warmarbeitsstähle, aber zunehmend auch Sonderwerkstoffe (z. B. Hartmetalle, Nickel-Kobald-Legierungen, Cermets) und Keramik zum Einsatz. Keramik, Cermet und andere hochverschleißfeste Materialien haben die für diese Zwecke besonders nachteiligen Eigenschaften geringer Thermoschockresistenz, geringer Biegebruchfestigkeit und hoher Rissempfindlichkeit beim Auftreten von Zugspannungen.
  • Verwendet man Innenwerkzeuge, z. B. Walzstangen, die Ringe oder Ringsegmente mit oder ohne axiale Vorspannung enthalten, kommt es bei Belastung durch das Walzgut zu lokalen Zugspannungen, die das Entstehen von Rissen und das Versagen des Werkzeuges zur Folge haben. Aus diesem Grund ist der Einsatz von verschleißfesten Werkstoffen an den im Innern des Walzgutes verwendeten Werkzeugen bislang nicht erfolgreich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren und ein gattungsgemäßes Innenwerkzeug zu schaffen, die eine Nahtlosrohrfertigung ohne die beim Einsatz von Sonderwerkstoffen für das Innenwerkzeug beschriebenen Nachteile ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig mit den im Anspruch 1 und hinsichtlich des Innenwerkzeugs mit den im Anspruch 4 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
  • Nach vorliegender Erfindung wird das Auftreten von Zugspannungen vermieden, indem im Umfang verteilt Werkzeugeinsätze verwendet werden, mit denen Werkzeugteile, z. B. Segmente aus hochverschleißfestem Material, unter hohen tangentialen Druckspannungen vorgespannt werden. Damit wird zusammen mit einer axialen Vorspannung ein Spannungszustand mit hohen Druckspannungen erzeugt, der bei Belastung durch das Walzgut zu einem dreidimensionalen Druckspannungszustand führt und dadurch eine Vermeidung des Auftretens von Zugspannungen ermöglicht. Damit wird der Einsatz von verschleißfesten aber spröden Materialien an den Innenwerkzeugen in Walzstraßen der Nahtlosrohrfertigung ermöglicht.
  • Die Anzahl der Werkzeugteile bzw. -segmente richtet sich nach der Anzahl der Walzen, so daß die Dorn-/Walzstange, d. h. das Innenwerkzeug zwei, drei oder mehr Segmente mit jeweils dazwischen lückenlos angeordneten Werkzeugeinsätzen aufweisen kann.
  • Die Werkstückeinsätze sind so angeordnet, daß diese im Belastungsfall im Bereich ohne Walzgutkontakt oder im Bereich nur geringer mechanischer und thermischer Belastung liegen. Beim Längswalzen wird das Innenwerkzeug so ausgerichtet, daß die Werkstückeinsätze in den Bereichen zwischen den Walzen positioniert sind. Beim Schrägwalzen sollte die Walzstange bzw. das Innenwerkzeug ebenfalls so positioniert sein und nicht rotieren.
  • Auch beim Einsatz von Sonderwerkstoffen, wie Keramik, die eine geringe Affinität zu Stahl aufweisen, und bis zu Einsatztemperaturen von über 1.000 °C verschleißbeständig sind, ist es vorteilhaft, daß ein Kühl-, Schmier- und Trennmittel in die Kontaktzone Rohr-Innenwerkzeug eingebracht wird. Hierzu ist der Werkzeuggrundkörper mit einer zentralen Längsbohrung sowie mit radialen, schrägen Zuführbohrungen versehen, durch die das Medium unter Druck und Anhaften an der Innenoberfläche des Rohres an die Kontaktzone gefördert wird. Bei mehreren hintereinander angeordneten Walzgerüsten wird jedes Walzgerüst in dieser Weise mit dem Medium versorgt. Auch bei Schrägwalzanlagen erfolgt die Versorgung in gleicher Weise.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Es zeigen:
    • Fig. 1
    in einem Längsschnitt als Einzelheit einen Teilabschnitt eines Innenwerkzeugs zur Herstellung nahtloser Rohre, und zwar dargestellt im Kontaktbereich des rohrförmigen Walzguts mit einer Walze eines Walzgerüstes, und
    Fig. 2
    als Einzelheit einen Querschnitt des Innenwerkzeugs (Walz-/Dornstange) entlang der Linie II - II von Fig. 1.
  • Vor einer als solche hinlänglich bekannten Kontiwalzanlage 1 zur Herstellung von nahtlosen Rohren zeigt die Fig. 1 auszugsweise einen Bereich, in dem sich ein in Walzrichtung 2 durchlaufendes Walzgut 3 in Kontakt mit einer Walze 4 befindet. Das gelochte, rohrförmige Walzgut 3 wird zwischen, aufeinanderfolgenden Walzen 4 der Kontiwalzanlage 1 auf einem Innenwerkzeug 5, ausgeführt als Walz- bzw. Dornstange ausgewalzt, wobei die Kontiwalzanlage 1 vorteilhaft mit gehaltenem Innenwerkzeug 5 betrieben werden kann, so daß der Vorschubweg zwischen minus 1 Gerüstabstand bis plus 1 Gerüstabstand beträgt.
  • Das Innenwerkzeug 5 besteht aus einem eine zentrale Längsbohrung 6 aufweisenden Grundkörper 7 und auf diesem angeordneten Werkzeugsegmenten 8 aus einem hochverschleißfesten, hitzebeständigen Material sowie zwischen diesen vorgesehenen, gemäß Pfeil 9 (vgl. Fig. 2) radial anstellbaren Werkzeugeinsätzen 10. Die Werkzeugsegmente 8 und -einsätze 10 werden von einer den Grundkörper 7 umschließenden Hülse 11 aufgenommen.
  • Durch die Hülse 11 werden die darin angeordneten Werkzeugsegmente 8 und - einsätze 10 axial vorgespannt, wie in Fig. 1 mit den Pfeilen 12 angedeutet. Da die Werkzeugsegmente 8 durch die Radialanstellbarkeit (Pfeile 9 in Fig. 2) der Werkzeugeinsätze 10 gleichzeitig einer tangentialen Druck- bzw. Vorspannung gemäß den in Fig. 2 eingetragenen Doppelpfeilen 13 unterliegen, tritt in den Werkzeugsegmenten 8 keine Zugspannung auf, was insbesondere bei sprödem Material, wie Keramik, der Werkzeugsegmente 8 sehr wichtig ist. Beim Walzen wird eine allseitige Druckspannung erreicht. Zur besseren Wirksamkeit beim Einleiten der tangentialen und axialen Druckspannungen liegen einerseits die Hülse 11 mit den Werkzeugsegmenten 8 und - einsätzen 10 und andererseits die Werkzeugeinsätze 10 mit den Werkzeugsegmenten 8 mit Keilflächen 14 aneinander an.
  • Von der Längsbohrung 6 des Innenwerkzeugs 5 ausgehend und sich durch den Grundkörper 7 und die Hülse 11 hindurch verlaufend sind radial, schräg ausgebildet mehrere Zuführbohrungen 15 vorgesehen. Ein in die Längsbohrung 6 von einer nicht dargestellten Versorgungsquelle eingeleitetes Kühl-, Schmier- und Trennmittel wird über die Zuführbohrungen 15 unter Druck direkt in die Kontaktzone zwischen dem Walzgut 3 und dem Innenwerkzeug 5 eingebracht. Dort kommt es zu der gewünschten Anhaftung an der Innenmantelfläche des Walzguts 3.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kontiwalzanlage
    2
    Walzrichtung (Pfeil)
    3
    Walzgut
    4
    Walze
    5
    Innenwerkzeug (Dorn-/Walzstange)
    6
    Längsbohrung
    7
    Grundkörper
    8
    Werkzeugsegmente
    9
    Pfeil (Radialanstellbarkeit)
    10
    Werkzeugeinsatz
    11
    Hülse
    12
    Pfeil (Axialvorspannung)
    13
    Doppelpfeil (Tangential-Druck-/Vorspannung)
    14
    Keilflächen
    15
    Zuführbohrung

Claims (7)

  1. Verfahren zum Warmwalzen nahtloser Rohre mit einem oder mehreren hintereinander angeordneten Längs- oder Schrägwalzgerüsten und einem im Inneren des Walzgutes (3) verwendeten Innenwerkzeug (5) in Form einer Dorn- bzw. Walzstange,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Innenwerkzeug (5) mit an seinem Außenumfang mehreren Werkzeugsegmenten (8) aus einem verschleißfesten Material und dazwischen lückenlos angeordneten Werkzeugeinsätzen (10) zum Einsatz gebracht wird, wobei die Werkzeugsegmente (8) und die Werkzeugeinsätze (10) mittels einer Hülse (11) derart unter tangentialen und axialen Druckspannungen vorgespannt werden, daß einerseits die Werkzeugsegmente (8) an den Werkzeugeinsätzen (10) und andererseits die Hülse (11) an den Werkzeugsegmenten (8) und Werkzeugeinsätzen (10) mit Keilflächen (14) anliegen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Werkzeugeinsätze (10) radial anstellbar sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß Ober eine zentrale Längsbohrung (6) des Innenwerkzeugs (5) sowie radialen Zuführbohrungen (15) zwischen der Längsbohrung (6) und der Werkzeugoberfläche ein Kühl-, Schmier- und Trennmittel direkt in den Kontaktbereich von Innenwerkzeug (5) und Walzgut (3) geleitet wird.
  4. Innenwerkzeug (5), angeordnet im Inneren des Walzguts (3), vorzugsweise gehalten mit einem nur begrenzten Vorschub, zum Warmwalzen nahtloser Rohre in einem oder mehreren hintereinander angeordneten Längs- oder Schrägwalzgerüsten, zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß auf dem Grundkörper (7) des Innenwerkzeugs (5) mehrere Werkzeugsegmente (8) aus einem hochverschieißfesten, hitzebeständigen Material vorgesehen und zwischen diesen radial anstellbare Werkzeugeinsätze (10) angeordnet sind; weiter gekennzeichnet durch eine die Werkzeugsegmente (8) und Werkzeugiensätze (10) axial vorspannende Hülse (11).
  5. Innenwerkzeug nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Werkzeugsegmente (8) aus Keramik bestehen.
  6. Innenwerkzeug nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Werkzeugsegmente (8) aus Cermet bestehen.
  7. Innenwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß es eine zentrale Längsbohrung (6) aufweist sowie von dieser ausgehend bis zur Werkzeugoberfläche mit radialen Zuführbohrungen ausgebildet ist, die sich direkt in den Kontaktbereich von Innenwerkzeug (5) und Walzgut (3) erstrecken und ein Kühl-, Schmier- und Trennmittel verteilen.
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