Verfahren zur Herstellung von metallenen Trägern mit einem Hutprofil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von metallenen Trägern mit einem Hutprofil durch Warmwalzen eines metallenen Vormaterials.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der CN 102431568 A bekannt.
Dieses Verfahren betrifft die Herstellung eines Mittenlangträgers durch Warmwalzen einer dreiteiligen Anordnung von verschiedenen Halbzeugen. Das Hutprofil wird aus zwei U-förmigen Profilen sowie einem oberen Abdeckblech zu einer nach unten geöffneten U-Form zusammengesetzt, wobei die einzelnen Teile durch Warmwalzen erzeugt werden.
Weiterhin ist es bekannt, Mittenlangträger aus zwei warmgewalzten Z-Profilen herzustellen, die zu einem Hutprofil zusammengeschweißt werden. Danach erfolgen die üblichen Nachbearbeitungsschritte wie Richten, Glühen etc.. Dieses Verfahren ist hinsichtlich der benötigten Arbeitsschritte verhältnismäßig aufwendig. Durch das Verschweißen der Z-Profile resultiert eine Gefügeveränderung in der Wärmeeinflusszone des Z-Profils. Daraus resultiert eine Inhomogenität in dem Gefüge und der Werkstoffzusammensetzung. Unterschiedliche Materialzusammensetzungen im Bereich der Schweißnaht können zu Korrosion führen. Darüber hinaus ist ein Prüfen der fertigen Schweißnaht, beispielsweise mittels Ultraschall, erforderlich. Darüber hinaus hat eine Schweißnaht auch geometrische Nachteile. Beispielsweise wird durch die Schweißnaht eine Kerbwirkung erzeugt. Außerdem kann sich das Material beim Schweißen verziehen. Die Schweißnaht verursacht Stabilitätsprobleme am Anfang und am Ende der Naht. Durch das Zusammenfügen mehrerer Teile erfolgt eine Addition der Fehler, sodass sich schlussendlich höhere Fehlertoleranzen ergeben. Schließlich sind auch Materialunterschiede verschiedener Z-Profile aus unterschiedlichen Chargen problematisch.
Aus der WO 2007/008152 A1 ist ein Verfahren zum Kaltwalzen eines Hutprofils in einem Arbeitsgang in einer hierfür vorgesehenen Walzeinrichtung bekannt. Die Walzeinrichtung zur Erzeugung des gewünschten Profils ist aus der EP1 339508 B1 bekannt. Bei dem Verfahren wird das Hutprofil aus einem ebenen Blech als Vormaterial gewalzt bzw. gekantet. Dieses Verfahren eignet sich nur zur Verarbeitung verhältnismäßig dünner Bleche als Vormaterial.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Hutprofilen bereitzustellen, welches die vorstehend beschriebenen Nachteile vermeidet.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von metallenen Trägern mit einem Hutprofil durch Warmwalzen eines einteiligen Halbzeugs vorgeschlagen. Insbesondere schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von metallenen Trägern mit einem Hutprofil vor, welches das Warmwalzen von Brammen, Knüppeln, Vorprofilen oder dergleichen Halbzeugen in einer Walzstraße umfasst, wobei die Walzstraße wenigstens zwei Walzgerüste umfasst, wobei aus einem Eingangsquerschnitt eines einteiligen Halbzeugs unter Verwendung wenigstens zweier Formkaliber während eines einzigen Walzprozesses in mehreren Walzstationen bei Warmwalztemperatur durch eine vorzugsweise einfach irreguläre Kalibrierung ein Ausgangsquerschnitt mit einem Hutprofil erzeugt wird, das geometrisch nahezu dem Profil des fertigen Erzeugnisses entspricht. Unter „nahezu“ im Sinne der vorliegenden Erfindung ist zu verstehen, dass der Ausgangsquerschnitt des warmgewalzten Profils bis auf geringfügige Winkelabweichungen der einzelnen Schenkel des Profils der Geometrie und den Maßen des fertigen Erzeugnisses entspricht.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist, dass das Verfahren ohne weitere Zwischenschritte durch Warmwalzen von verhältnismäßig dicken Halbzeugen als Vormaterialien bis zum nahezu fertigen Erzeugnis in einer Warmwalzstraße durchgeführt wird. Dabei geht die Erfindung von einer Umformung eines einteiligen Halbzeugs unter Verwendung wenigstens zweier Formkaliber während eines einzigen Walzprozesses in mehreren Walzstationen bei Warmwalztemperatur aus. Der Ausgangsquerschnitt des Hutprofils wird dabei vorzugsweise durch einfach irreguläre Kalibrierung mittels Kalibern bzw. Formkalibern/Kaliberwalzen erzeugt. Unter Kalibrierung wird das Profilwalzen zur Herstellung eines Profils eines definierten Fertigquerschnitts aus einem definierten Anfangsquerschnitt mit einer bestimmten Anzahl von Walzstichen verstanden, wobei unter einer einfach irregulären Kalibrierung im Sinne der Erfindung eine Kalibrierung verstanden wird, bei der die Verteilung der Höhenänderung über die Profilbreite mindestens eine Symmetrieebene aufweist.
Unter Warmwalztemperatur im Sinne der Erfindung ist dabei eine Temperatur des Walzgutes zu verstehen, die oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Materials angesiedelt ist. Bei Stahl als Vormaterial ist dies eine Temperatur von deutlich oberhalb 900 °C. Unter einer Umformung auf Warmwalztemperatur im Sinne der Erfindung ist auch zu verstehen, dass das Walzgut bzw. die Halbzeuge nur vor dem ersten Stich bzw. vor dem ersten Formstich Warmwalztemperatur aufweisen bzw. auf Warmwalztemperatur erhitzt wurden. Die weiteren Formstiche können bei entsprechend niedrigerer Walztemperatur durchgeführt werden.
Optional kann vorgesehen sein, dass vor und/oder hinter den einzelnen Walzschritten bzw. Walzstichen eine Erwärmung des Walzgutes erfolgt, beispielsweise durch die Verwendung von Heizvorrichtungen in Form von Induktionsöfen oder dergleichen.
Bevorzugt beträgt die Temperatur bei der Durchführung des ersten Formstichs bzw. am ersten Walzgerüst zwischen 950 °C und 1300 °C.
Als Halbzeuge kommen beispielsweise Brammen mit einem rechteckigen Querschnitt und Abmessungen von 500 mm bis 1200 mm x 150 mm bis 450 mm, sogenannte Blooms mit Abmessungen von 400 mm bis 700 mm x 150 mm bis 450 mm oder sogenannte Beam Blanks (Vorprofile) in Betracht. Letztere können beispielsweise eine Breite von 400 mm bis 750 mm und eine Höhe von 400 mm bis 500 mm aufweisen.
Vorteilhaft ist es, wenn der Eingangsquerschnitt des Halbzeugs einen rechteckigen Querschnitt aufweist, dessen Materialverteilung in etwa der mit einem ersten Stich des Walzprozesses zu erzeugenden Materialverteilung entspricht.
Der Warmwalzprozess gemäß der Erfindung kann mit verschiedensten Gerüstkonfigurationen und Walzmethoden durchgeführt werden. Bei einer Walzung im reinen Duo-Modus (unter Verwendung von Duo-Walzgerüsten) kann beispielsweise vorgesehen sein, den Eingangsquerschnitt des Halbzeugs unter Verwendung von sieben bis dreizehn Formkalibern zu dem Ausgangsquerschnitt umzuformen.
Nach einer Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung wird der Walzprozess mit einer offenen Anordnung von wenigstens zwei, vorzugsweise von drei bis acht nebeneinander angeordneten Walzgerüsten durchgeführt. Eine solche offene Walzstraße ist beispielsweise in der DE 3902889 C2 beschrieben.
Alternativ wird der Walzprozess unter Verwendung von vier bis acht hintereinander angeordneten Walzgerüsten durchgeführt.
Dabei kann der Walzvorgang unter Verwendung von Vorwalzgerüsten und Fertigwalzgerüsten in Tandem-Anordnung, wenigstens teilweise reversierend durchgeführt werden. Unter einer Tandem-Anordnung sind im Allgemeinen
mehrere zusammengerückte Walzgerüste zu verstehen, die das Walzgut ein oder mehrere Male durchläuft. Bei dieser Konfiguration kann vorgesehen sein, dass die Fertigwalzgerüste reversierend betrieben werden.
Alternativ kann der Walzprozess unter Verwendung von vier bis zehn hintereinander angeordneten Walzgerüsten, umfassend Vorwalzgerüste, Fertigwalzgerüste in Tandem - Anordnung, die reversierend betrieben werden, und Fertigwalzgerüste, die kontinuierlich betrieben werden, durchgeführt werden.
In einer anderen Variante des Verfahrens kann der Walzprozesses unter Verwendung von sieben bis achtzehn Walzgerüsten unter Verwendung von Vorwalzgerüsten und/oder Walzgerüsten in Tandem - Anordnung, die reversierend betrieben werden und Fertigwalzgerüsten, die kontinuierlich betrieben werden, durchgeführt werden.
Schließlich kann der Walzprozess vollständig kontinuierlich unter Verwendung von sieben bis zwanzig hintereinander angeordneten Walzgerüsten, beispielsweise in einer konti-Walzstraße durchgeführt werden.
Grundsätzlich kann der Walzprozess unter Verwendung von Duo Walzgerüsten und/oder Universal Walzgerüsten durchgeführt werden. Unter einem Universal Walzgerüst ist ein Walzgerüst mit vier Walzen pro Gerüst zu verstehen, wobei zwei der Walzen horizontal und zwei Walzen vertikal angeordnet sind.
Vorzugsweise erfolgt bei dem Verfahren gemäß der Erfindung eine geometrische Vermessung des Walzgutes vor und/oder hinter jeder Walzstation bzw. jedem Formstich. Eine solche Vermessung kann mittels Laser erfolgen und mit einer hydraulischen Anstellungen der Walzen der einzelnen Walzgerüste Zusammenwirken.
Hinter einem letzten Walzstich bzw. Formstich kann eine Kühlbehandlung des erzeugten Hutprofils bzw. des Walzgutes zur Gefügeeinstellung, vorzugsweise unter Einsatz eines Simulationsmodells und/oder eines Gefügedetektors vorgesehen sein. Die Gefügedetektion kann mittels Laser oder Ultraschall erfolgen.
Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass nach dem letzten Formstich des Walzvorgangs die Neigung der Flansche des Hutprofils zwischen 0,1 und 15 Grad bezogen auf eine Senkrechte zur Symmetrieachse des Hutprofils beträgt.
Zweckmäßigerweise ist dem Walzprozess ein Biegeprozess, vorzugsweise mit einer Richtmaschine oder einer Biegeeinrichtung, nachgeschaltet. Bei dem Biegeprozess wird das Profil in die endgültige Form überführt, in der die Schenkel und Stege des Hutprofils im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind.
Der Biegevorgang kann mittels einer Biegeeinrichtung nach dem letzten Walzgerüst der Warmwalzstraße oder mit einem zusätzlichen Universal Walzgerüst durchgeführt werden.
Der Walzprozess kann im „Batch- oder Semi- Endlos Modus (hot charging)“ betrieben werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Umformvorgangs erläutert.
Mit 10 ist der Eingangsquerschnitt des warmzuwalzenden Halbzeugs bezeichnet. Dieser Eingangsquerschnitt 10 ist rechteckig und weist eine Materialverteilung auf, die in etwa der Materialverteilung des ersten Formstichs entspricht. Als umzuformendes Halbzeug ist beispielsweise ein Block 11 (Bloom) mit
rechteckigen Abmessungen zwischen 400 mm bis 700 mm x 150 bis 450 mm vorgesehen, der mit zehn aufeinanderfolgenden Formstichen zu dem mit A bezeichneten Hutprofil umgeformt wird. Mit 1 bis 10 sind die aufeinanderfolgenden Formstiche der Kalibrierung zur Herstellung des Hutprofils bezeichnet. Mit H bis A sind die dabei sukzessive erzeugten Profile bezeichnet. Dazu werden bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zehn Formkaliber benötigt, die beispielsweise in zehn hintereinander angeordneten Duo Walzgerüsten durchgeführt werden können. Wie an dem fertigen Hutprofil A nach dem Formstich 10 ohne weiteres zu erkennen ist, weist dieses noch geringfügige Winkelabweichungen von einer streng rechtwinkligen Geometrie auf. Das fertige Hutprofil A ist beispielsweise das Hutprofil eines Mittenlangträgers. Die Winkelabweichungen nach dem letzten Formstich 10 werden bei dem Verfahren gemäß der Erfindung durch einen Biegevorgang beispielsweise mittels einer Richtmaschine oder mittels eines zusätzlichen Universal Walzgerüsts hinter dem letzten Formstich eliminiert. Die Neigung der Flansche 12 des Hutprofils A bezogen auf eine Horizontale beträgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa zwischen 0,1 und 15 Grad.
Als Vormaterial für den Umformvorgangs bzw. als umzuformendes Halbzeug kommen alternativ die ebenfalls in der Zeichnung dargestellte Bramme 13 mit rechteckigen Abmessungen zwischen 500 mm bis 1200 mm x 150 mm bis 450 mm oder das Vorprofil 14 mit Abmessungen zwischen 400 mm bis 750 mm x 400 mm bis 500 mm in Betracht.
Bezugszeichenliste 1-10 Formstiche
H bis A Profile 11 Eingangsquerschnitt 12 Block (Bloom) 13 Bramme 14 Vorprofil (Beam Blank)