DE10016441A1

DE10016441A1 - Zieh-Press-Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Rohres

Info

Publication number: DE10016441A1
Application number: DE2000116441
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Nickel; Hans-Juergen Schluessel
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vallourec Deutschland GmbH
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: DE10016441C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zieh-Press-Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Rohres aus Stahl im Abmessungsbereich von 200 bis 1550 mm Außendurchmesser und einer Wanddicke von 20 bis 250 mm mit den nachfolgenden Arbeitsschritten: Erwärmung eines Gussblockes oder Stranggussblockes auf Umformtemperatur, Pressen zum Hohlblock mit Boden, ein- oder mehrfaches Abstrecken mit Zwischenerwärmung auf die Endabmessung, Abkühlen, Abtrennen des Bodens, Normalisieren des Rohres, Abkühlen, Anlassen des Rohres, Abkühlen, Richten. Dabei erfolgt zumindest das Normalisieren des Hohlblockes bzw. des Rohres schon nach dem letzten Abstreckstich und nach einem kontrollierten Zwischenabkühlen und nach dem Normalisieren ist ein Kalibrierstich vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zieh-Press-Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Rohres aus Stahl im Abmessungsbereich von 200 bis 1550 mm Außendurchmesser und einer Wanddicke von 20 bis 250 mm gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Das bekannte Zieh-Press-Verfahren ist beispielsweise im Stahlrohr-Handbuch, 10. Aufl. (Oktober 1987), Vulkan-Verlag, Seite 138-140 und im Firmenprospekt der Mannesmannröhren-Werke (Seamless Hollow Bodies for High-Pressure Engineering, manufactured by the Pierce and Draw Process, Issue Feb. 1972) veröffentlicht. Bei diesem im Jahre 1899 von Heinrich Ehrhardt entwickelten Verfahren wird ein Gussblock, heutzutage kann dies auch ein Stranggussblock sein, in einem Tiefofen auf Umformtemperatur erwärmt und nach Einsetzen in eine Matrize einer vertikalen Lochpresse mittels eines Lochdornes zu einem Hohlblock mit einem kegelstumpfartig ausgebildeten Boden gepresst. Nach dem Ausstoßen aus der Matrize wird der Hohlblock abgestreckt, indem er mittels eines in den Hohlblock eingeschobenen konischen Ziehdornes durch mindestens einen, im Regelfall mehrerer, im Durchmesser sich verkleinernde Ziehringe gestoßen wird. Je nach Werkstoff und Anzahl der Züge kann es erforderlich sein, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zügen eine Nacherwärmung vorzusehen. Danach erfolgt ein Abkühlen auf Raumtemperatur, im Regelfall durch Ablegen des heißen Hohlblockes in ein Sandbett. Mittels einer Trennvorrichtung wird der Bodenbereich abgetrennt und die Rohre einer Vergütung, d. h. Normalisieren plus Anlassen alternativ auch einer Wasservergütung unterworfen. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die Rohre gerichtet und anschließend dann der Endbearbeitung und der Endabnahme zugeführt.

Dieser bekannte Verfahrensweg hat den Nachteil, dass bedingt durch den konischen Ziehdorn der Hohlblock konisch ist und beim Herausziehen des Ziehdornes der in der Nähe des Anschlages liegende Bereich in Abhängigkeit von der Wanddicke mehr oder weniger angestaucht wird, so dass über die Länge gesehen über die zulässige Toleranz hinausgehende Durchmesserabweichungen vorliegen. Darüber hinaus kann das Rohr beim Normalisieren in Abhängigkeit von der Temperatur und der Wanddicke bedingt durch das Eigengewicht oval werden. Alle genannten negativen Einflüsse kann man durch ein entsprechendes Aufmaß berücksichtigen, was aber bei der Endbearbeitung einen entsprechenden Zerspanungsaufwand und damit Kosten bedeutet.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, das Zieh-Press-Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, dass das erforderliche Aufmaß auf ein Minimum reduziert werden kann und die Abmessungsqualität der Rohre über die Länge vergleichmäßigt wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.

Nach der Lehre der Erfindung erfolgt zumindest das Normalisieren des Hohlblockes bzw. des Rohres schon nach dem letzten Abstreckstich und nach einem kontrollierten Zwischenabkühlen, wobei nach dem Normalisieren ein Kalibrierstich vorgesehen ist. Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass die vom Pressen und Abstrecken herrührenden geometrischen Abweichungen insbesondere die Konizität und Wanddickenanstauchung sowie durch die Wärmebehandlung verursachte Ovalität durch den bei hohen Temperaturen erfolgenden Kalibrierstich ausgeglichen wird. Der Kalibrierstich (Aufweiten oder Reduzieren) erfolgt als Warmumformung bei einer Temperatur, die in einem Bereich zwischen Normalisierungstemperatur als Obergrenze und Normalisierungstemperatur minus 100°C als Untergrenze liegt. Die Festlegung der Untergrenze ist notwendig um sicher zu stellen, dass keine Verfestigungen sich ergeben, die ein erneutes Normalisieren erforderlich machen würde.

Für eine optimale Wärmebehandlung ist es vorteilhaft, wenn der Boden vorher abgetrennt ist, da dann die Massenverteilung des Glühgutes gleichmäßig ist. Der Zeitpunkt des Bodenabtrennens hängt aber davon ab, wie die Rohre bestellt werden. Wenn das Rohr mit toleriertem Innendurchmesser bestellt wird, d. h. die lichte Weite ist dann die Führungsgröße, erfolgt das Abtrennen des Bodens vor dem Normalisieren.

Wird dagegen das Rohr mit toleriertem Außendurchmesser bestellt, erfolgt das Abtrennen des Bodens erst nach dem Kalibrierstich, weil dann wegen des Außendurchmessers als Führungsgröße der Hohlblock mit Boden wie beim Abstreckstich durch einen den Außendurchmesser leicht reduzierenden Ziehring geschoben wird. Bei der letztgenannten Verfahrensweise wird aber dafür gesorgt, dass ein möglichst nur dünnwandiger Boden angeformt wird, um bei der Wärmebehandlung keine zu großen Temperaturunterschiede in dem an den Boden angrenzenden Rohrbereich zu verursachen.

Die vorgeschlagene Verfahrensweise wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch verbessert, wenn nach dem letzten Abstreckstich oder nach dem Heißabtrennen des Bodens der Hohlblock bzw. das Rohr kontrolliert auf einem Rost bis ≦ 500°C abgekühlt wird. Die Art der weiteren Abkühlung hat dann keinen Einfluss mehr auf das Gefüge. Auch nach dem Kalibrierstich bzw. nach dem Heißabtrennen des Bodens wird das Rohr kontrolliert auf einem Rost bis ≦ 300°C abgekühlt. Die vorgeschlagene kontrollierte Zwischenabkühlung nach dem letzten Abstreckstich oder nach dem Abtrennen des Bodens hat den Vorteil, dass die Resteigenwärme des Stückes energiesparend für das Erwärmen beim Normalisieren genutzt werden kann. Von weiterem Vorteil ist, wenn für das Zwischenerwärmen und Nacherwärmen ein Hubherdofen verwendet wird. Bei diesem Ofentyp werden die eingelegten Stücke taktweise quer durch den Ofen transportiert und dabei auch immer auch ein kleines Stück gedreht, so dass eine gleichmäßige Erwärmung aller Werkstückbereiche sichergestellt ist.

Das vorgeschlagene Herstellverfahren wird anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, wobei in diesem Beispiel der tolerierte Innendurchmesser die Führungsgröße der Abmessung ist.

- Erwärmung des Gussblockes oder Stranggussblockes auf Umformtemperatur in einem Tiefofen
- Pressen zum Hohlblock mittels einer vertikal angeordneten Matrize und einem Lochdorn
- Ein- oder mehrfaches Abstrecken auf die Endabmessung mittels sich im Innendurchmesser verkleinernder Ziehringe und eines eingeschobenen Ziehdornes mit ggf. Zwischenerwärmung in einem Hubherdofen
- Abtrennen des Bodens als Heißschnitt
- kontrollierte Zwischenabkühlung auf einem Rost auf eine Temperatur ≦ 500°C
- Einsetzen des Rohres in einen Hubherdofen unter Ausnutzung der Resteigenwärme zum Normalisieren
- Halten auf Normalisierungstemperatur in Abhängigkeit vom Werkstoff und der Wanddicke des Rohres
- Kalibrierstich (Aufweiten) mittels eines durch das Rohr zu schiebenden Domes, wobei das Rohr am anderen Ende gegen einen Anschlag gefahren wird. Der Kalibrierstich erfolgt bei einer Temperatur im Bereich zwischen < Normalisierungstemperatur und ≧ Normalisierungstemperatur minus 100°C
- kontrolliertes Zwischenabkühlen auf einem Rost auf eine Temperatur ≦ 300°C
- Einsetzen des Rohres in einen Kammerofen unter Ausnutzung der Resteigenwärme zum Anlassen
- Halten auf Anlasstemperatur in Abhängigkeit vom Werkstoff und der Wanddicke des Rohres
- Abkühlen auf einem Rost
- Richten

Danach wird das Rohr je nach Bestellwunsch geschliffen oder durch Überdrehen bearbeitet und einer Endabnahme mit allen vom Besteller aufgegebenen Prüfungen unterworfen.

Claims

1. Zieh-Press-Verfahren zur Herstellung eines nahtlosen Rohres aus Stahl im Abmessungsbereich von 200 bis 1550 mm Außendurchmesser und einer Wanddicke von 20 bis 250 mm mit den nachfolgenden Arbeitsschritten:

- Erwärmung eines Gussblockes oder Stranggussblockes auf Umformtemperatur
- Pressen zum Hohlblock mit Boden
- Ein- oder mehrfaches Abstrecken mit Zwischenerwärmung auf die Endabmessung
- Abkühlen
- Abtrennen des Bodens
- Normalisieren des Rohres
- Abkühlen
- Anlassen des Rohres
- Abkühlen
- Richten

dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Normalisieren des Hohlblockes bzw. des Rohres schon nach dem letzten Abstreckstich und nach einem kontrollierten Zwischenabkühlen erfolgt und nach dem Normalisieren ein Kalibrierstich vorgesehen ist.

2. Zieh-Press-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Normalisieren das Abtrennen des Bodens erfolgt, wenn der tolerierte Innendurchmesser die Führungsgröße der Abmessung ist.

3. Zieh-Press-Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen des Bodens erst nach dem Kalibrierstich erfolgt, wenn der tolerierte Außendurchmesser die Führungsgröße der Abmessung ist.

4. Zieh-Press-Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen des Bodens als Heißschnitt erfolgt.

5. Zieh-Press-Verfahren nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem letzten Abstreckstich oder nach dem Abtrennen des Bodens die Rohre bzw. die Hohlblöcke vor dem Normalisieren auf eine Temperatur ≦ 500°C kontrolliert zwischenabgekühlt werden.

6. Zieh-Press-Verfahren nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierstich im warmen Zustand unmittelbar nach dem Normalisieren erfolgt.

7. Zieh-Press-Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kalibrierstich bei einer Temperatur erfolgt, die im Bereich zwischen < Normalisierungstemperatur und ≧ Normalisierungstemperatur minus 100°C liegt, wobei die Normalisierungstemperatur werkstoffabhängig ist.

8. Zieh-Press-Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Rohr ein leicht aufweitender Dorn geschoben wird.

9. Zieh-Press-Verfahren nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlblock mit Boden mitttels eines eingeschobenen Dornes durch einen den Außendurchmesser leicht reduzierenden Ziehring geschoben wird.

10. Zieh-Press-Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesserveränderung (Aufweiten oder Reduzieren) mindestens 10 mm beträgt.

11. Zieh-Press-Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Kalibrierstich und vor dem Anlassen die Rohre auf einen Temperaturbereich ≦ 300°C kontrolliert abgekühlt werden.