ES2321121T3 - Procedimiento para la fabricacion de un tubo de acero sin costura, producido en caliente. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un tubo terminado caliente de acero sin costura en el que a partir de un bloque calentado a temperatura de transformación en un primer paso de transformación mediante estampado se produce un bloque hueco de paredes gruesas que a continuación se estira bajo el mismo calor en un segundo paso de transformación mediante laminado a través de una reducción del diámetro y del grosor de pared hasta formar el tubo previo (Luppe) y en un tercer paso de transformación de este se fabrica un tubo terminado mediante cilindros reductores, caracterizado porque el segundo y el tercer paso de transformación caracterizados por rodillos se sustituyen por un paso de transformación en forma de un proceso de forja radial aplicando una herramienta interior insertada adentro del bloque hueco y al menos dos mordazas de forja de una máquina de forjado que aplican/atacan sobre la capa superficial del bloque hueco, en donde el bloque hueco se gira y se desplaza axialmente de forma sincronizada en fase con la carrera en vacío de las mordazas de forja.

Description

Procedimiento para la fabricación de un tubo de acero sin costura, producido en caliente.

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un tubo de acera sin costura producido en caliente según el preámbulo de la reivindicación de patente 1.

Después de la invención de los hermanos Mannesmann de fabricar de un bloque calentado un tubo de bloque hueco de paredes gruesas, se han dado diferentes propuestas de estirar este tubo de bloque hueco a la misma temperatura en otro paso de trabajo en caliente. A este efecto hay las palabras clave de procedimiento de laminación continua, el procedimiento de banco de punzonado, el procedimiento de laminación de tapón de colada y el procedimiento de paso de peregrino (Stahlrohr-Handbuch, edición 10, editorial Vulkan Essen 1986, III. Herstellverfahren).

Todos los procedimientos mencionados tienen sus preferencias para diferentes intervalos de dimensiones y materiales, en donde también existen solapes. Para el intervalo de dimensiones medio de 5'' a 18'' se aplican los procedimientos continuos y de laminación de tapón de colada, para el intervalo de dimensiones de hasta 26'' se aplica el procedimiento de peso de peregrino. En el caso de una pared gruesa en el rango superior de 30 mm son menos apropiados los procedimientos continuos y procedimiento de laminación de tapón de colada, mientras que el procedimiento de laminado de peregrino no tiene problemas con el grosor de la pared pero en el ciclo de fabricación es más lento. Es desventajoso en todos los procedimientos mencionados el tiempo de montaje en reajuste más o menos largo en el caso de un cambio de dimensiones.

Para la fabricación de tubos sin costura desde un bloque caliente son característicos los tres pasos - punzonado - estirado - laminación de reducción (H. Biller, Das Walzen nahtloser Rohre - Probleme der Verfahrensauswahl, Stahl und Eisen 106 (1986) nº 9, página 431-437).

Otro procedimiento para la fabricación de tubos de acero sin costura se conoce del documento EP 0 610 509 A.

Desde hace tiempo se intenta ahorrar un paso para reducir los costes de fabricación y de la instalación. Estos esfuerzos hasta el momento han sido poco exitosos.

En el documento DE 1 906 961 A1 se revela un procedimiento para la fabricación de tubos sin costura desde cuerpos huecos fabricados en colada continua. En este procedimiento conocido se parte la línea colada y la respectiva pieza parcial se estira previamente con la ayuda de una herramienta interior y de forjado de rodillos calientes. Después la parte parcial estirada previamente se lamina en un tren de laminados continuo hacia un tubo previo (Luppe) y por reducción de estiramiento a continuación de ello se produce un tubo terminado. Este procedimiento propuesto se debe aplicar en el caso de producción en masa de tubos con diámetros pequeños producidos desde cuerpos huecos en colada continua. La propuesta debe ayudar superar el problema de la fuerte solicitación de las forjas de rotación durante el estirado previo.

Es la tarea de la invención indicar un procedimiento de fabricación para tubos de acero sin costura fabricados en calor que es superior a los procedimientos conocidos en cuanto a extracción y productividad para el intervalo de dimensiones de diámetro exterior de 5'' a 30'' y grosores de pared^{3} 0,1 x diámetro exterior para el intervalo de 5'' hasta <16'' diámetro exterior o \geq40 mm grosor de pared para el intercalo de 16'' hasta 30'' diámetro exterior también para encargos pequeños.

Esta tarea se resuelve partiendo del preámbulo en combinación con la parte característica de la reivindicación 1. Desarrollos ventajosos son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Según la enseñanza de la invención el segundo y tercer paso de transformación (cilindros de estiramiento y cilindros reductores) conocido hasta ahora caracterizado por laminado se sustituye por un paso de transformación en forma de un proceso de forja radial utilizando una herramienta interior insertada en un bloque hueco y al menos dos mordazas de forja de una máquina de forjado que actúan sobre la capa superficial del bloque hueco, en donde el bloque hueco se gira sincronizado en fase de la carrera en vacío de las mordazas de forja y se desplaza de forma axial. Según el tipo del control el giro y el avance axial del bloque hueco se pueden realizar al mismo tiempo o desplazado en
tiempo.

El procedimiento propuesto tiene la ventaja que también tubos de paredes gruesas se pueden fabricar de forma óptima y los tiempos de montaje en reajuste son reducidos. Similar al peregrinado en el proceso de estirado mediante forjado también se consigue un estirado elevado aún en el caso de tubos con paredes muy gruesas. Con esto se pueden fabricar longitudes de tubo largas también en el caso de tubos de paredes gruesas.

Otra ventaja se basa en que en la mayoría de los casos se puede prescindir del tren laminador de medida necesario normalmente puesto a continuación dado que después del proceso de estirado mediante forjado el tubo terminado caliente de este modo presenta la calidad de tubo terminado.

El proceso de forjado entonces es especialmente efectivo y cualitativamente económico cuando en lugar de dos mordazas de forja se utilizan cuatro que actúan en un plano de forma síncrona sobre la capa superficial del bloque hueco. Para una mejor distribución, especialmente la carga térmica, puede ser ventajoso mover la herramienta interior durante el forjado en la misma dirección o bien en contra del avance axial.

En el caso de grados de reducción grandes (>4) y de grosores de pared reducidos (<30 mm) puede ser necesario aplicar un inhibidor y lubrificante, por ejemplo, sobre una base de fosfato o grafito antes del forjado en el bloque hueco. De este modo se evita que se realice una aglutinación del bloque hueco forjado sobre la herramienta interior.

El primer paso de transformación puede ser opcionalmente un punzonado en prensa o un punzonado mediante laminación con cilindros oblicuos. Después del punzonado en prensa se separa el fondo o se perfora. La separación se puede realizar mediante corte autógeno o mediante aserradura en caliente. El bloque hueco fabricado mediante punzonado en prensa o punzonado mediante laminación con cilindros oblicuos se puede forjar directamente o de puede prelaminar por una laminación con cilindros oblicuos puestas a continuación, antes de que reciba sus dimensiones de tubo terminado mediante forja.

En es caso de este procedimiento se puede prescindir de la separación o bien la perforación del fondo después del punzonado en prensa. Para la laminación con cilindros oblicuos se aplican una máquina de doble o triple cilindro. Según el procedimiento previo puede ser ventajoso imaginar una decapado de la superficie exterior y/o interior.

El tubo terminado forjado después de los pasos de ajuste habituales como cortar a largo fijo, revisión visual, marcar etcétera o bien es apto para una entrega inmediata o bien se sujeta antes a un tratamiento de calor y/o se sujeta a una revisión no destructiva. El tratamiento de calor puede ser una normalización o un afino. Según sean los requerimientos de rectitud es necesario un enderezado. Asimismo en el caso los correspondientes requerimientos de entrega puede ser necesario un alisado u otro mecanizado apropiado erosivo de acepilladura de la superficie exterior para eliminar las ligeras irregularidades superficiales provocadas por el proceso de forjado.

El bloque de partida que hay que utilizar o bien es una sección de una barra de colada continua, preferentemente una barra de fundición continua redonda o un lingote (Ingot). Según el proceso de perforación en la caso de materiales de difícil transformación puede ser necesaria una transformación previa de la colada continua mediante laminado o forjado. El calentamiento del bloque de partida se realiza de manera conocida en un horno rotatorio o en un horno de viga galopante. En el caso de pesos elevados son imaginables también otros hornos de calentamiento, como por ejemplo hornos de fosos.

Mediante la representación esquemática se describe más en detalle el procedimiento según la invención a continuación.

Muestran

Figura 1 el procedimiento según la invención con un agregado de punzonado (cilindro oblicuo)

Figura 2 el procedimiento según la invención con un agregado de punzonado (cilindro oblicuo) y un grupo de estirado previo (elongator) puesto a continuación

Figura 3 en sección longitudinal un bloque hueco que se encuentra en engranaje

Figura 4 un corte en la dirección A-A en la Figura 3.

La Figura 1 muestra como representación esquemática el procedimiento según la invención con un solo agregado de punzonado como primer paso de transformación. A modo de ejemplo un bloque 1 partido de una barra de colada continua de acero se inserta dentro de un horno rotatorio 2 y se calienta a la temperatura de transformación, por ejemplo, 1250ºC. Después del calentamiento y de la salida del horno rotatorio 2 el bloque calentado se alimenta a un agregado de punzonado a través de un camino de rodillos 3.

En este ejemplo de realización el agregado de punzonado está configurado como tren laminador con cilindros oblicuos 4 con dos cilindros oblicuos 5, 5'. De esto forma parte una herramienta interior que consiste de un punzón 6 y de una barra de sujeción 7. Dado que se conoce de forma suficiente el estampar mediante laminación con cilindros oblicuos no es necesaria una descripción detallada.

Mediante el estampar se fabrica un bloque hueco 8 a partir del bloque 1 que a través de un transporte perpendicular llega hacia la máquina de forjado 10. El proceso de estirado subsiguiente mediante forja radial según la invención forma la unión de los pasos de transformación dos y tres habituales por lo demás en lugar del laminado normalmente aplicado, o sea como procedimiento continuo, procedimiento de tapón de colada o procedimiento de paso de peregrino con cilindros reductores puesto a continuación.

Después de la inserción de la herramienta interior 11, preferentemente en forma de un mandril cilíndrico el bloque hueco 8 se transporta en dirección longitudinal a través del banco de forja 14 con la ayuda de un manipulador 13 dispuesto en el lado de entrada y al mismo tiempo se gira. Este giro y el avance axial del bloque hueco 8 se realiza de forma sincronizada en fase de la carrera en vacío de las mordazas de forja o bien al mismo tiempo o bien desfasado en el tiempo.

En el lado de salida más adelante un segundo manipuladores 12 recoge el tubo terminado 16 para poder finalizar el proceso de forjado. El agregado de forjado en este caso únicamente se ha representado de forma esquemática y presenta mordazas de forjado no representadas en este caso que agarran el bloque hueco 8 y que actúan sobre la capa superficial con el fin de estirar el bloque hueco 8 mediante reducción tanto del diámetro exterior así como del grosor de pared.

Después del proceso de estirado mediante forjado el tubo 16 terminado caliente se transporte según la flecha 15 hacia la línea de ajuste para allí prepararlo para el envío. El ajuste normalmente comprende un cortado a largo fijo, un revisión visual, un marcaje y según los requerimientos un tratamiento de calor realizado anteriormente y/o una revisión libre de deterioro. Por razones de espacio el tubo terminado caliente 16 está representado más corto que correspondería al estiramiento.

A modo de ejemplo según la secuencia de trabajo representada en la Figura 1 a partir del bloque 1 con la dimensión circunferencial redonda de 406 mm y con la longitud de 2,8m se fabrica después del punzonado un bloque hueco 8 de las dimensiones de 390 mm de diámetro exterior x 123 mm de grosor de pared con una longitud de 3,5 m. Después del forjado el tubo terminado caliente 16 presenta un diámetro exterior de 203 mm con un grosor de pared de 50 mm y una longitud de 15 metros.

La figura 2 muestra una variación del procedimiento según la figura 1 en donde se han elegido las mismas referencias para las mismas piezas. El primer paso de transformación hasta la fabricación de un bloque hueco 8 es idéntico al paso de transformación descrito en la Figura 1.

Antes del proceso de estiramiento mediante forjado, el segundo paso de transformación, sin embargo está dispuesto un grupo de estirado previo, denominado elongador 17. También el elongador en este ejemplo de realización está configurado como tren de laminado con cilindros oblicuos con dos cilindros oblicuos 18, 18' y una herramienta interior que consiste de un tapón 19 unido con una barra de sujeción 20.

El bloque hueco 8 que sale el agregado de punzonado se alimenta al lado de entrada del elongador 17 a través de un transporte perpendicular 9. Mediante la laminación con cilindros oblicuos el bloque hueco 8 se estira previamente y se produce un bloque hueco 8' con un grosor de pared reducido. El diámetro del bloque hueco 8' después del estiramiento previo puede ser igual, menor o mayor.

A continuación a través de un transporte perpendicular 9' se alimenta el bloque hueco 8' hacia una máquina de forjado 10 descrita ya en la Figura 1. Dado que los pasos siguientes son idénticos no es necesaria su repetición.

A modo de ejemplo según la secuencia de trabajo representada en la Figura 2 a partir de un bloque 1 con la dimensión circunferencial redonda de 500 mm y una longitud de 4 m se produce después del estampado un bloque hueco 8 con la dimensión de 500 mm de diámetro exterior x 180 mm de grosor de pared con una longitud de 4,3 m.

Después de pasar el elongador existe un bloque hueco 8' con las dimensiones 480 mm de diámetro exterior x 120 mm de grosor de pared y una longitud de 5,8 m.

Después del proceso del estiramiento mediante forjado el tubo terminado caliente 16 presenta un diámetro exterior de 339,7 mm, un grosor de pared de 75 mm y una longitud de 12,6 m.

La Figura 3 muestra en un corte longitudinal un bloque hueco 8 a forjar que se encuentra en engranaje que entra desde la izquierda adentro de la máquina de forjado y que sale de la máquina de forjado hacia la derecha como tobo terminado caliente 16. En la zona de forjado en este ejemplo de realización actúan conjuntamente en el lado exterior cuatro mordazas de forja 21, 21' 21'', 21''' y en el lado interior un mandril cilíndrico 22. El mandril 22 se sujeta en su posición por un barra de sujeción 23, sin embargo se puede mover de forma alternativa axialmente o hacia atrás y hacia delante durante el proceso de forjado.

La flecha de giro 24 así como la flecha axial 25 deben resaltar que durante la carrera en vacío de las mordazas de forja 21-21''' el bloque hueco 8 se gira y se avanza de forma axial.

Cada mordaza de forja 21-21''' en su corte longitudinal presenta una sección de entrada 26 esencialmente formada de forma cónica y una pieza alisadora 27 a continuación de esta. La parte de entrada 26 también puede estar curvada ligeramente de forma convexa.

Vistos en sección transversal (Figura 4) todos las mordazas de forja 21-21''' presentan una curvatura cóncava. En el caso normal la curvatura es un arco de círculo cuyo radio es mayor que el radio actual de la pieza a forjar.

Las flechas de movimiento 28 dibujadas en las Figuras 3 y 4 deben explicitar la carrera radial de la respectiva mordaza de forja 21-21'''.

Lista de referencias

1

Claims (20)

1. \global\parskip0.950000\baselineskip

   1. Procedimiento para la fabricación de un tubo terminado caliente de acero sin costura en el que a partir de un bloque calentado a temperatura de transformación en un primer paso de transformación mediante estampado se produce un bloque hueco de paredes gruesas que a continuación se estira bajo el mismo calor en un segundo paso de transformación mediante laminado a través de una reducción del diámetro y del grosor de pared hasta formar el tubo previo (Luppe) y en un tercer paso de transformación de este se fabrica un tubo terminado mediante cilindros reductores, caracterizado porque el segundo y el tercer paso de transformación caracterizados por rodillos se sustituyen por un paso de transformación en forma de un proceso de forja radial aplicando una herramienta interior insertada adentro del bloque hueco y al menos dos mordazas de forja de una máquina de forjado que aplican/atacan sobre la capa superficial del bloque hueco, en donde el bloque hueco se gira y se desplaza axialmente de forma sincronizada en fase con la carrera en vacío de las mordazas de forja.
2. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el giro y el avance axial del bloque hueco se realizan al mismo tiempo o desplazado en el tiempo.
3. 3. Procedimiento según la reivindicación 1 y 2, caracterizado porque se aplican cuatro mordazas de forja que actúan de forma síncrona en un plano sobre la capa superficial del bloque hueco.
4. 4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la herramienta interior se para durante el forjado.
5. 5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la herramienta interior durante el forjado se mueve en la misma dirección que el avance axial.
6. 6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la herramienta interior durante el forjado se mueve en dirección opuesta a la del avance axial.
7. 7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque en el lado interior del bloque hueco antes del inicio de proceso de forja radial se aplica un medio de separación y lubrificantes.
8. 8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el primer paso de transformación es un punzonado en prensa.
9. 9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque después del punzonado en prensa a atraviesa el fondo.
10. 10. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque después del punzonado en prensa se corta el fondo.
11. 11. Procedimiento según las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque después del punzonado en prensa y la eliminación del fondo del bloque hueco se decapa por dentro y por fuera.
12. 12. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque después del punzonado en prensa se realiza un estiramiento previo mediante laminación con cilindros oblicuos.
13. 13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque después de la laminación con cilindros oblicuos el bloque hueco se decapa por dentro.
14. 14. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el primer paso de transformación es un estampado mediante laminación con cilindros oblicuos.
15. 15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque después de estampado se realiza un estiramiento previo mediante laminación con cilindros oblicuos.
16. 16. Procedimiento según las reivindicaciones 14 y 15, caracterizado porque el bloque hueco fabricado se decapa por dentro.
17. 17. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque el tubo terminado se sujeta a un tratamiento de calor.
18. 18. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque el tubo terminado es enderezado.
19. 19. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque el superficie exterior del tubo terminado es trabajada de forma erosiva de acepilladura.
20. 20. Procedimiento según la reivindicación 19, caracterizado porque el mecanizado es una rectificación.