DE1912350A1

DE1912350A1 - Verfahren zum Walzen von Stahl-Flanschwerkstuecken sowie Walzengeruest zur Durchfuehrung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE1912350A1
Application number: DE19691912350
Authority: DE
Inventors: Hidehiko Abe; Kanichi Kishikawa; Koe Nakajima; Hisashi Naoi; Kazunari Tanaka
Original assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Yawata Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 1968-01-16
Filing date: 1969-03-12
Publication date: 1970-12-03
Also published as: LU58140A1; GB1252496A; US3597954A; DE1912350C3; DE1912350B2; FR2000306A1

Description

Dr. Werner Haßler

PATENTANWALT

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Anmelderin: Yawata Iron & Steel Co., Ltd. No. 1, 1-chome, Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokio, Japan

Verfahren zum Walzen von Stahl-Flanschwerkstücken sowie Walzengerüst zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Walzen von Stahlrohlingen zu Flanschwerkstücken wie Schienen und Η-Profilen auf einem Universalwalzengerüst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Universalwalzengerüst zur Durchführung dieses Verfahrens.

Beim Walzen von Stahlrohlingen zu Flanschwerkstücken wie Schienen, Η-Profilen, !-Profilen und T-Profilen nach den bekannten Durchlauf-Walzverfahren, ergeben sich bekanntlich zunehmend Schwierigkeiten, wenn der Querschnitt der Werkstücke größer wird.

Zur Ausschaltung dieser durch die Größe der Werkstücke bedingten Schwierigkeiten wurden die herkömmlichen Verfahren bereits durch ein Walzverfahren unter Verwendung eines Universalwalzengerüstes mit Vertikalwalzen und Horizontalwalzen ersetzt. Mithilfe eines solchen Universalwalzengerüstes kann man den Kopfteil insbesondere einer Schiene ausformen, die in einem hohen Maße ein Ausschmieden durch die Verbikalwalzen in zentraler Richtung erfordert; nämlich die Oberfläche des Schienenkopfes, auf der später die Räder abrollen, muß die extremsten BeIastungsverhältnisse iin Vergleich zu den andex*en Teilen des Werkstückes aufnehmen, so daß ein Ausschmiederi der Oberfläche des Schienenkopfes in zentraler Richtung und in vollständigem Ausmaß eine wiehfeige Bedingung für die Verlängerung der Lebens. dauer sowie für- di© Verhinderung eines Brucho darstellt, der gia Unfällen Anlaß geben kanzio

ÄD ORIQIMAL

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Auch bei H-förmigen Stahlerzeugnissen sowie I-föraiigen Stahlerzeugnissen üblicher Art ist ein verbessertes Ausschmieden der Flansche insbesondere im Hinblick auf die Forderung einer vergrößerten Festigkeit notwendig. Wenn auch das Universalwalzengerüst den Schienenkopf in zentraler Bichtung ausschmieden kann, bleiben trotzdem bei diesem zentralen Ausschmieden einige Teile unbearbeitet, sog. nichtdurchgeschmiedefce Zone. Dies bedingt eine geringe Giibe des Fertigteils. Die darauf zurückzuführenden Schwierigkeiten ergeben sich zwingend bei der Herstellung von Schienen und ähnlichen Walzerzeugnissen in einem Universalwalzengerüst.

Aufgabe der Erfindung ist die Vermeidung einer nichtdurchgeschmiedeten Zone innerhalb von Flanschen von walzteilen, die in einem Universalwalzengerüst hergestellt sind.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß für das Waisen der Flansche die Randlinien längs der Vertikalwal- zenachsen des Unlversalwalzengerüstes in konvexer Form ausgeformt werden, und daß die Vertikalwalzen eine Querschnittsveränderung mit nahezu V-förmiger Konzentration des Stahlwerksbückteils bewirken, der infolge der Berührung mit den Vertikalwalzen zu einem Flansch verformt wird.

Durch diese V-förmige Konzentrierung des aittelteils des Werkstückes beim Walzdurchgang erreicht man eine vollständige Durch· schmiedung des Schienenkopfes.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Darstellung des Standes der Technik sowie anhand be-vorsugfcer .-oisführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 ' ein Universalwalzengerüst nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 Kantenwalzen vor und hinter lea Universalwalzen^- rüst der Fig. 1,

■ Fig. 5(A) Diagramme zur Erläuterung -lös tierkstaffflusses und (B) beim Walzen in einer Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2,

fig* ^ll-(k) Diagramme zur Erläuterung des iMafeerial fluss es bei und (B) Anwendung das erfindungsgsaäSeaa. 7er£ahrens,

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Fig. 5 eine Teilansicht eimer Vertikalwalze zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammen mit einem Werkstück,

Fig. 6 eine schematische Barstellung einer Vertikalwalze in Verbindung mit der ¥orrichtung nach Fig. 1,

Fig. 7 eine abgewandelte Form der Vertikalwalze nach der Erfindung,

Fig. 8 verschiedene Stationen "beim Durchgang durch ein bis 10 Universalwalζengerüst nach der Erfindung und

Fig. 11 eine schematische Darstellung des gesamten Arbeitsablaufs im Rahmen des ¥erfahrens nach der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein nerköisallches Universalwalzengerüst zur Fertigung von Schienen. Bein Barchgang durch einen Walzspalt zwischen zwei Horizontatoalzen 1, 2 und einen Walzenspalt zwischen der Vertikalwalze 3 mit einem Walzprofil entsprechend dem Schienenkopf sowie der Vertikalwalze 4- zur Formung des Schienenfußes ergibt sich eine EIckenverringerung des gew alzten Werkstoffes im Bereich des Kopfes 5, des Gurtes 6 und des Fußes 7. In der nächsten Fertigungsstufe gemäß Fig. 2 läuft der Werkstoff durch einen Walzspalt zwischen den Horizontalwalzen 8 und 9, den sog. Kantenwalzen. Dieser Salzspalt ist zur Festlegung der Breite des·Schienenkopfes und der Breite des Fußes bemessen. Eine Kombination der genanntem Salzvorgänge erfolgt wiederholt, bis man die Abmessungen des Fertigteils erreicht»

Beim Walzen nach diesem herkönmliclien Verfahren stellen sich noch im einzelnen zu erläuternde Scnwierigkeiten ein, die eine geringe Qualität des Fertigteils bedingen. Diese Schwierigkeiten rühren von der Ausbildung einer nichtdurchgeschmiedeten Zone im Oberflächenteil des Schienenkopfes aufgrund der Anhafteigenschaften des Walzteils an dem lliarawalzgerüst. Diese Zone ist an der Dehnung und Verformung des Merkstoffes nicht beteiligt, obgleich man insgesamt eine große ¥erringerung der Gesamtabmessungen nach diesem Verfahren erzielen kann, wenn der Schienenkopf unmittelbar einer Quersclinittsverringerung durch die Vertikalwalzen ausgesetzt ist.

Die Fig. 5 und 4 erläutern die Ausbildung der nichtdurchgeschmie deten Zone und zeigen den V/erkstoflluß innerhalb des Fertigteils

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beim Walzen nach den Fig. 1 und 2. Dabei ist ein Netzwerk innerhalb des Querschnitts des Rohlings angenommen. Durch Untersuchungen hat sich ergeben, daß im Vergleich mit dem Mittelteil der Oberflächenteil eini-ge Netzwerkrechtecke aufweist , deren Höhe ebenso groß wie vor dem Walzen bleibt. Daraus' ergibt sich, daß dieser Oberflächenteil kaum gedehnt worden ist. Diese Zone ist schraffiert eingezeichnet. Sie hat normalerweise keine scharfe Begrenzung, doch reicht sie im Mittelteil des Kopfes am tiefsten und steigt nach beiden Seiten des Kopfteils an. Die schraffierte Fläche ändert sich in Abhängigkeit von dem Verhältnis zwischen Dicke und Breite des Werkstückes, Querschnitts verringerung und dgl..

Das Vorhandensein einer solchen nichtdurchgeschmiedeten Zone bringt Schwierigkeiten beim Walzvorgang, so daß man eine geringe Güte oder gar einen Bruch in dem Fertigteil erhält. Diese Schwierigkeiten sind folgende:

1. Das Vorhandensein dieser nichtdurchgeschmiedeten Zone-erfordert eine große Belastung für die Querschnittsverringerung. Wenn man im einzelnen die Verringerung ΛΗ der Dicke H des Werkstoffes mit und ohne Vorhandensein einer nichtdurchgeschmiedeten Zone der Dicke I vergleicht, ist das Verringerungsverhältnis im ersteren Falle AH/H und im letzteren Falle ΛΗ/Η - I. Dieser Vergleich zeigt deutlich, daß zur Erzielung einer Dikkenverringerung Δ H im letzteren Fall ein wesentlich größeres Verringerungsverhältnis und entsprechend eine größere Belastung als im ersteren Fall erforderlich ist.

2. Infolge des Unterschiedes des Dehnungsverhältnisses zwischen dem Oberflächenteil, der die nichtdurchgeschmiedete Zone umfaßt und anderen Teilen können Verformungen des Walzwerkstückes auftreten.

⁷j. Es können sich Fehler ausbilden.

4. Da eine quantitative Bestimmung des Einflusses der nichtdurchgeschmiedeten Zone auf die Dehnungsverhältnisse in Kopfteil, Gurt und FuIi teil nicht möglich ist, ist es schwierig, die Verringerungswerte untereinander abzugleichen.

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5. Da das Dehnungsverhältnis des Oberflächenteils klein isb, treten leicht ungleichmäßige Verformungen von einer Stelle zur anderen innerhalb des gleichen Querschnitts auf, was zu Restspannungen führt.

6. Auch infolge der genannten ungleichmäßigen Verformung wird eine Scherspannung innerhalb der Begrenzungslinie erzeugt. Dadurch ergeben sich Fehler wie Haarrisse und Brüche des Fertigteils bei Stoßbelastungen im Gebrauch.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß eine Änderung der Form des Walzspalts der Vertikalwalze vor allem eine nicht durch geschmiedete Zone vermeiden läßt. Diese Erkenntnis wurde aufgrund einer genauen Untersuchung der Walzvorgänge bei der Herstellung einer Schiene oder eines ähnlichen Walzwerkstückes in einem herkömmlichen Walzengerüst der genannten Arb gewonnen.

Fig. 5 zeigt den Schienenkopf, der durch die Vertikalwalzen des Universalwalzengerüstes nach der Erfindung geformt ist. Der Teil A der Vertikalwalze 10 entsprechend dem Mittelbeil dee Kopfes der Schiene 5 weist einen konvexen Verlauf auf. Dadurch wird die sonst nicht-durchgeschmiedete Zone im Schienenkopf einer konzentrierten Eindrückung durch dienen konvexen Teil der Vertikalwalze ausgesetzt, so daß eine verstärkte Walzbeanspruchung dieser Zone auftritt.

Die Bearbeitungsverhältnisse ergeben sich deutlich aus den Fig. 4 (A) und (B). In diesem Fall wurde ein roh vorgeformtes Stahlstück gleicher Beschaffenheit wie nach Fig. 3 (A) benutzt, Figo 4 (A) zeigt den Werkstofffluß beim Walzen dieses Rohlings in den Schienenkopf, wo eine konzentrierte Querschnibbsverrin-gerung durch die Verbikalwalzeri einbritb., die jeweils im Sinne; der Erfindung eine konvexö Form haben. Fig, 4 (B) zeigt das fertige Walzprodukbo Beim VorgloLch. -des Werkabofffiur.neü nach i'igo 4 (Ji) mib dem Fertigteil nach der herkömmlichen Technik gemäß h'iffio 3 (B) beöiczb der Fertigbeil nach der Erfindung feine Tlsi t:löinor"3 nlchbdurohgeachmLedebe Zone, woraus a Loh ■:·:£-· glbfc; (U.β du; Erfindung ein BQhu brauchbares V/alzverfahren bc— iiiiialfc-3'j; Wann Bin ;iohr breitet³ Sühienoakopf gemacht v/c-rdsü

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soll, kann die Vertikalwalze mehr als zwei konvexe Abschnitte aufweisen, damit die nichtdurchgeschmiedete Zone vollkommen ausgeschaltet wird.

Zur vollständigen Unterdrückung der nichtdurcngeschmiedeten Zone nach Fig. 4 (B) muß man die Einschränkung in der Breitönrichtung berücksichtigen, ebenso wie die Bereitstellung eines oder mehrerer konvexer Abschnitte.

Beim Rollen einer Schiene in einem Universali'/alzerigerüst ist es insbesondere für die starken Verformungskräfte im Ivantenbereich (ß) des Schienenkopfes (Fig. 5) wichtig, daß die Vertikalwalze des Universalwalzengerüstes und die KantensraJLsen vor und hinter demselben mit dein Kanben-bereich (B) während der gesamten Dauer des Walzvorgangs in Berührung bleiben. Dies laacht eine Beschränkung der Breitenausdehnung des Merkstoffes erforderlich.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Beschränkung vier Breitenausdohnung beim Wal ζ vorhang in einem Universalwalzenporüafc der genannten Unterdrückung der nLchtdurckgeschrai-sdoten Zone widerspricht, wenn die Breitenausdehnung beim VJaIavorhang soweit eingeschränkt isb, daß auch bei konzentrierter Eindrückung durch den konvexen Abschnitt der Vertikaliralze bezogen auf den Schienenkopf die nichtdurchgeschmiedete Zone nicht vollständig vermeidbar ist, denn der restliche Teil bevjs^t sich in den Eckenbereich (B), wie» dies im Bereich (C) in Fig. 6 dargestellt ist. Wenn also die Profilkurve im Abschnitt FG des walzspaltes der Vertikalwalze üblicher Bauart, die mit dem Eckenbereich (B) in Berührung Lsb, normalerweise so scharf umgebogen ist, daß eine Ausschmiedung des Eckenbareiches (3) erfolgt, wird die Breibenausdehnung insbesondere für den Bereich (H) eingeschränkt,

I;;i Gegeriüabz dazu wird durch die Erfindung gü;iäß FLg. 7 die

einer Verblkalwalze mib konvexer Randkurve iu ..".Lttel·- jedoch ohne eine Einrichtung zur Begrenzung dtir.· ßroL-tmuiig yor^iisohlasim= QLeus ersiö^li-siifc eiiion V^rfuhtva«- mic sLn^v Aujschiilbung dar rLLchfcili^üJiiaiUiiüuledubeh -üri kium ^v. ü-büi von ZeIb zu Zeit vüriior^aa, duß dor

j Z:>;ii_s Dcüri kium

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konvexe Abschnitt der Yertikalwalze nicht mehr mit dem Mittelteil des Schienenkopfes sich deckt, wenn die Breitenausdehnung nicht eingeschränkt ist, da die untere Horizontalwalze des Universalwalzengerüstes, die normalerweise auf der Oberfläche des Walzentisches angeordnet ist die Kante des gewalzten Materials seitwärts abdrückt, wenn dasselbe über den Walzentisch läuft und in das Walzengerüst eingeführt wird. Zur Ausschaltung dieser Fehlausrichtung beim Auswalzen des Werkstoffes ist eine teilweise Begrenzung der Breitenausdehnung erforderlich. Im einzelnen erhält die Profilkurve des Walzspaltes der Vertikalwalze 10 konkave Abschnitte (D) auf beiden Seiten des konvexen Abschnitts (A). Der Verjüngungsabschnitt (DE) des Walzspaltes in dem konkaven Teil ist schärfer als der Krümmungsverlaüf des Eckenbereichs (B) des Fertigteile, so daß die Ausdehung des Eckenbereichs (B) ander Schiene teilweise unterdrückt ist. Kan muß jedoch darauf achten, daß keine zu starke Unterdrückung der Breitenausdehnung des Werkstoffes auftritt.

liach der Erfindung zieht man es vor, ein solches Universalwalzengerüst in einer möglichst frühen Stufe des Walzvorgangs einzuschalten, da der Yialzspalt in der mittleren Bearbeitungsstufe ein Profil erhalten sollte, das möglichst genau der Profilform des Fertigteile ähnlich sein soll. Auch würde die neuerlich? Ausbildung eines konkaven Abschnitts im Mittelteil des Schienenkopfes in einer .solchen Verfahrensstufe einen zusätzlichen Vorgang darstellen, der nicht zweckmäßig ist. Denn wenn der '..alzvorgang in einem beträchtlichen Ausmaß fortgeschritten ist, wird es unmöglich, einen konvexen Abschnitt zu, erzeugen, der zur Ausschaltung der nichtdurchgeschmiedeten Zone groß genug wäre.

Ein weiterer Grund liegt darin, daß in der nachfolgenden Stufe zeitweilig Falten und Unebenheiten auftreten können, die einen konkaven Abschnitt zur Ausschaltung der nichtdurchgeschmiedeten Zone darstellen, wie dies in den Fig. 8 bis 10 für die verschiedenen Walzstufen bei der Herstellung einer Schiene erläutert ist. Fig. 8 zeigt dies für die erste Stufe, Fig. 9 für fiio mittlere Stufe und Fig. 10 für die Endbearbeitungsstufe.

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Nach der Erfindung sind herkömmliche Kantenwalzen vor und hinter dem Universalwalzengerüst vorgesehen, was in Fig. 11 gezeigt
ist.

Die Vertikalwalze 10 des Universalwalzengerüstes der ersten
Walzstufe besitzt einen W-förmigen Walzspalt, der die Gesamtheit des zu walzenden Werkstoffs 6-1 zurückdrückt, der in
den Schienenkopf geformt werden soll, und im Mittelteil desselben eine Konzentration bewirkt. Gleichzeitig werden die Dickejn der Gurt- und Fußabschnitte durch zwei Horizontalwalzen 1 und 2 und die Vertikalwalze 11 verringert.

In der mittleren Walzstufe unterliegt der Werkstoff nach Durchgang durch die vorhergehende Stufe einer Zurückdrückung im
Kopfteil vonseiten der Vertikalwalze 12 mit einem Spaltprofil zur Glättung dieses Kopfteils. In dieser Walzstufe ist es
wichtig, daß gleichzeitig mit dem Glättungsvorgang eine hochgradige Ausschmiedung erzielt wird, indem der in den Kopf verformte Teil des Werkstoffes einer Verringerung der V-förmigen Konzentrierung ausgesetzt ist und damit eine genügende Durchschmiedung erhält.und indem der Spitzenbereich D des konkaven Abschnitts entsprechend dem Eckenbereich des Schienenkopfes
des Fertigteils einen spitzen Winkel gegenüber dem Begrenzungsrand bildet. Dadurch wird es unnötig, die Vertikalwalze und
die Kantenwalzen des Universalwalzengerüstes mit dem Kantenbereich des Schienenkopfes in Berührung zu halten, wie dies bereits erwähnt ist. Doch die Verjüngungskurve D*E der Vertikalwalze ist vergleichsweise größer und der Form des Vertigteils beim Durchlauf durch die Mittelstufe nach Fig. 9 urfd schließlich durch die Endstufe nach Fig. 10 immer mehr angepaßt, indem allmählich die Einengung der Breitendehnung verstärkt wird.
Wenn bspw. die Verjüngung D.Ep den Wert 1/2 hat, wählt man für die Verjüngung DpE^ den Wert 1/2 - 1/1,5 und für die Verjüngung ΊΟΓ den Wert 1/1.

Fig. 11 zeigt schematisch den Gesamtaufbau einer Walzenstraße nach der Erfindung. Ein Brechwerk B.D. dient zur rohen Formung der Stahlrohling aus Stahlbarren, die jeweils mehrmals durch-

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laufen und in das Kohwalzengerüst V* eingeführt werden. Dann erfolgt das Walzen des Werkstoffes in dem Universalwalzengerüst Vp und den Kantenwalzen E-, was die erste Stufe des beschriebenen Walzverfahrens darstellt. Nach Auslauf aus den Kantenwalzen wird der Werkstoff in das Universalwalzengerüst V, eingeführt, das als"mittlere Bearbeitungsstufe gilt. Nach einmaligem Durchlauf durch das Walzengerüst V, wird der Werkstoff durch die Kantenwalzen Έ~ verformt sowie durch das Universalwalzengerüst V..'Dieses stellt die letzte Walzstufe dar. Dann wird das Werkstück zur Formung des Kopfteils in die Kantenwalzen E, mit Vertikalwalzen eingegeben und durchläuft schließlich das Pertigwalzengerüst F zur Endbearbeitung. Die einzelnen Formvorgänge in den verschiedenen Walzengerüsten sind in den zugehörigen Skizzen schematisch angedeutet.

Die Erfindung macht einen gleichmäßigen Walzbetrieb zur Herstellung von Stahlteilen wie Schienen oder dgl. möglich, indem das Spaltprofil des Walzspalts für die Vertikalwalzen eingestellt wird. Dadurch lassen sich die Schwierigkeiten in Verbindung mit Walzvorgängen überwinden, man erhält eine vollständige Ausschmiedung des Mittelteils des Schienenkopfes, damit derselbe auch ungewöhnlichen Belastungen standhalten kann.

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Claims

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Patentansprüche

rl"J Verfahren zum Walzen von Stahlrohlingen zu Flanschwerkstükken wie Schienen und Η-Profile auf einem Universalwalzengerüst, dadurch gekennzeichnet, daß für das Walzen der Flansche die Randlinien längs der Vertikalwalzenachsen des Universalwalzengerüstes in konvexer Form ausgeformt werden, und daß die Vertikalwalzen eine 'Querschnittsveränderung mit nahezu V-förmiger Konzentration des Stahlwerkstückteils bewirken, der infolge der Berührung mit den Vertikalwalzen zu einem Flansch verformt wird«,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungsprofilkurvai des konvexen Abschnitts der Vertikalwalzen ein Walzspaltprofil mit einer Steigung liefern, welche kleiner als die Steigung des Fertigprofils des Stahlwerkstückes ist, damit man keine ausgesprochene Unterbindung der Breitendehnung des zu einem Flansch zu verformenden Werkstückteils erhält.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Walzvorgang in einem Walzspalt mit einer Begrenzungskurve kleinerer Verjüngung, als der Endform des Werkstücks entspricht, in einer weiteren Bearbeitungsstufe die zuvor ausgebildete Begrenzungskurve durch die verlängerte Profillinie der Vertikalwalze mit einem geglätteten Walzspalt zur Glättung des Mittelteils des Stahlwerkstücks kleiner gemacht wird, und daß die Einengung der Breitendehnung aufgrund der vorhergehenden Walzstufe vergrößert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verlängerte Kurvenprofil des konvexen Teils der Verbikalwalze eine kleinere Verjüngung als die Endform des Stahlwerkstückes aufweist.

5. Universalwalzengerüst mit Vertikalwalzen zur Ausbildung eines Werkstückes mit Flanschen, wie Schienen und rl-foraiige

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Werkstücke, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche1 bis A-, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Vertikalwalze des Walzengerüstes begrenzte Walzspalt eine konvexe Form hat, damit in dem durch die Vertikalwalzen zu einem Flanschteil verformten Teil des Werkstückes eine Querschnittsveränderung mit nahezu V-förmiger Konzentration auftritt.

6. Universalwalzengerüst nach Anspruch 5_? dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Vertikalwalze begrenzte Walzspalt im wesentlichen W-förmig ausgebildet ist, wodurch gleichzeitig mit der V-förmigen Konzentrierung des Werkstoffes keine unnötige Einschränkung der Breitendehnung erfolgt.

7. Universalwalzengerüst nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verlängerungslinie des konvexen Teils des »Valzprofils der Vertikalwalze" eine geringere Verjüngung als die Endform des Werkstückes aufweist.

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