Verfahren zum Herstellen von Halbzeug

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Halbzeug gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

[0002] Zur Herstellung von nahtlosen Rohren mit einem äußeren Durchmesser von mehr als 250 mm benötigt man Halbzeug mit einem entsprechenden Querschnittsformat. Dieses Halbzeug kann ein Stranggußblock, der von einem endlosen Strang abgeschnitten wird oder ein entsprechender Standgußblock mit einem kreisrunden, quadratischen oder polygonalen Querschnitt sein. Die bisher bekanntgewordenen wirtschaftlich herstellbaren Querschnitte liegen für den Rundstrangguß bei 435 mm Durchmesser und für einen achteckigen Querschnitt bei 560 mm Schlüsselweite. Für noch größere Stranggußdurchmesser muß aufgrund der Oberflächenrißanfälligkeit infolge zunehmender Umfangsspannungen die Gießgeschwindigkeit stark vermindert werden. Eine stark abgesenkte Gießgeschwindigkeit bedeutet aber Entleerungszeiten für die Pfanne, für die die Aufrechterhaltung des flüssigen Zustandes nicht mehr gewährleistet ist. Noch kritischer wird es für den Verteiler und die Tauchausgüsse, da die Anordnung einer Zusatzheizung entweder gar nicht oder nur mit einem großen technischen Aufwand zu realisieren ist. Für eine Stranggußbogenanlage kommt noch erschwerend hinzu, daß für ein Rundformat die Rückbiegung erst im durcherstarrten Bereich erfolgen kann, so daß infolge der großen Sumpflänge die anlagetechnischen Probleme nicht mehr zu beherrschen sind. Die Alternativmöglichkeit einer Senkrechtenlage scheidet ebenfalls aus, da infolge des hohen Metergewichtes die Stränge über die Reibung der Führungsrollen nicht zu halten sind.

[0003] In die Überlegungen muß auch der Umstand mit einbezogen werden, daß je nach Struktur der Weiterverarbeitung die Stranggußanlage für ein bestimmtes Abmessungsprogramm optimal ausgelegt wird. Jede Erweiterung nach oben hin zu größeren Querschnitten bedeutet entweder Abstriche für den Wirkungsgrad der Anlage und für die Qualität des Erzeugnisses oder die Notwendigkeit der Planung einer Neuanlage, die aber in den meisten Fällen aufgrund der Kapazitätsauslastung nicht lohnend, ist. Aus diesem Grunde ist man bisher für noch größere Anstichmaße, z. B. 700 mm rund, auf Standgußblöcke angewiesen. Diese Gußblöcke haben aber den Nachteil, daß sie eine schlechte Oberfläche aufweisen, die dann zu entsprechenden Fehlern auf der Rohroberfläche führen und zum anderen muß dasjenige Rohrende, das dem ehemaligen Blockkopf entspricht, abgeschnitten werden, da in diesem Bereich sich die Verunreinigungen des Lunkers konzentriert haben. Außerdem ist es schwierig für den Einzelguß eine reproduzierbare gleich hohe Qualität zu erzeugen, so daß der Anteil der notwendigen Nacharbeit sehr hoch ist.

[0004] Selbst wenn es gelänge, im Zuge der Weiterentwicklung des Stranggusses zu größeren, vorzugsweise runden Gießquerschnitten zu kommen, müßte man, um die gesamte Palette der erforderlichen Rohrabmessung abdecken zu können, eine Vielzahl von verschiedenen Querschnitten gießen. Das beeinträchtigt aber die Wirtschaftlichkeit des Stranggußverfahrens, bei dem angestrebt wird, nur wenige Standardabmessungen mit hohen Sequenzen zu gießen, um die teuren Umrüstzeiten so klein wie möglich zu halten.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem man einfach und wirtschaftlich im Hinblick auf eine optimale Umformung passendes Halbzeug zur Herstellung von warmgefertigten nahtlosen Rohren mit einem äußeren Durchmesser von mehr als 250 mm herstellen kann.

[0006] Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Hauptanspruches gelöst.

[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen festgelegt.

[0008] Ein im Querschnitt kreiszylindrischer oder regulär prismatischer Ausgangsblock aus stranggegossenem Ausgangsmaterial wird auf eine dem Werkstoff entsprechende Umformtemperatur, z. B. in einem Tief- oder Drehherdofen erwärmt und nach dem Ziehen aus dem Ofen der durch den Aufheizprozeß entstandene Zunder entfernt. Die Ziehtemperatur liegt je nach Werkstoff in einem Bereich von 1200 bis 1300 Grad. Der entzunderte Block wird in eine Matrize gestellt und mittels eines Preßstempels in Längsrichtung gestaucht. Damit das Material gleichmäßig nach allen Seiten fließt, muß angestrebt werden, daß im Idealfall die Achse des sich ausbildenden Druckkegels mit der Längsachse des Blocks zusammenfällt. Damit dies annähernd erreicht wird, wird weiterbildend vorgeschlagen, vor Beginn der Längsstauchung den Block in der Matrize zu zentrieren. Dies kann in vielfältiger Weise geschehen, z. B. durch symmetrisch am Umfang der Matrize angeordnete Stützelemente, die nach dem Hineinstellen des Blockes mechanisch oder hydraulisch konzentrisch zur Mitte bewegt werden und so den Block zentrieren. Nach Beginn der Stauchung werden diese Stützelemente wieder zurückgefahren. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Stauchung in Stufen durchzuführen. Dazu weist der Preßstempel und/oder der Matrizenboden eine verstellbare Vertiefung auf, deren Umfang dem Umfang des Ausgangsblockes entspricht. In der ersten Stufe wird im wesentlichen zuerst der mittlere Bereich gestaucht und die Aussparung in einer zweiten Stufe nachgedrückt. Unabhängig davon. welches Verfahren zum Zentrieren angewandt wird und welcher Querschnitt der Ausgangsblock aufweist, es gilt immer die Bedingung, daß der Ausgangsquerschnitt F₀ kleiner ist als der Querschnitt F₁ nach dem Stauchen und die Länge l₁ des gestauchten Blockes kleiner ist als die Länge l₀ des Ausgangsblockes. Damit das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich ist, muß ein möglichst großes Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Ausgangsblockes angestrebt werden, wobei der Durchmesser d₀ bei zum Beispiel polygonalem Querschnitt dem flächengleichen kreisrunden Querschnitt entspricht. Als unterste Grenze wird ein Verhältnis von 3 angesehen und ein Verhältnis von 10 angestrebt. Im gleichen Sinn der Wirtschaftlichkeit erfolgt die Längsstauchung zusammen mit dem anschließenden Lochen und Walzen in einer Hitze. Als Unterstützung für das Lochen und Schrägwalzen wird beim Längsstauchen am Fuß und/oder Kopfende ein Zentrierkonus angestaucht. Die Längsstauchung selbst kann entweder nur kopf- oder nur fußseitig oder gleichzeitig kopf- und fußseitig durch zentrisch aufeinanderfahrende Preßstempel erfolgen. Sowohl der Ausgangsblock als auch der gestauchte Block können bis 3 % konisch sein.

[0009] Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die positiven Eigenschaften des Stranggusses, wie gleichmäßiges Gefüge über die Stranglänge, guter Reinheitsgrad und eine gute Oberfläche auch für die Herstellung von Halbzeug mit größerem Querschnittsformat genutzt werden kann. Dabei wird noch der Effekt mit ausgenutzt, daß die für den Strangguß typische Lockerungszone in der Mitte durch das Längsstauchen verdichtet und ein Teil der ungünstigen dendritischen Gußstruktur umgewandelt wird. Dies führt zu einer erheblichen Verbesserung besonders der Innenoberfläche der danach warmgewalzten Rohre.

[0010] Das Verfahren eröffnet die Möglichkeit mit z. B. nur zwei Standardabmessungen als Ausgangsblöcke eine Vielzahl der benötigten Halbzeugabmessungen für die verschiedensten Rohrabmessungen herzustellen. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren auf einen Rund­stranggußblock anwendbar, es ist aber ebenso von Vorteil für einen Standgußblock mit einem runden oder polygonalen Querschnitt. Dabei würde im Falle von wassergedeckelten Blöcken der Lunker beim Längsstauchen verschweißen.

[0011] Die Stauchung der Blöcke kann in einer üblichen Presse erfolgen, so daß keine zusätzliche Investition für die Einführung des Verfahrens erforderlich ist. Die anschließende Lochung des gestauchten Blockes kann in Abhängigkeit vom Werkstoff und der Abmessung in gleicher Hitze in der Lochpresse durch einen Kombinationsstempel, der zum Stauchen und Lochen geeignet ist, erfolgen oder im Schrägwalzwerk. Das weitere Auswalzen des Hohlblockes zum fertigen Rohr erfolgt in einem entsprechenden Walzwerk z. B. Pilgerwalzwerk.

Ansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von Halbzeug mit großem Querschnittsformat als Ausgangsmaterial für die Herstellung von warmgefertigten nahtlosen Rohren mit einem äußeren Durchmesser von mehr als 250 mm,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein gerader kreiszylindrischer oder regulär prismatischer Ausgangsblock aus stranggegossenem Ausgangsmaterial mit einem Querschnitt F₀ bzw. einem Durchmesser d₀ eines flächengleichen kreisrunden Querschnittes und einer Länge l₀ und einem Verhältnis von l₀ zu d₀ größer eins, auf eine auf den Werkstoff abgestimmte Umformtemperatur erhitzt, danach der durch den Aufheizprozeß entstandene Zunder entfernt und anschließend in Richtung der Längsachse mittels Umformwerkzeuge warm auf einen Querschnitt F₁ und auf eine Länge l₁ gestaucht wird, wobei gilt, daß F₁ größer F₀ und l₁ kleiner l₀ ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangsblock auf einen Block mit einem kreiszylindrischen Querschnitt gestaucht wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß sowohl der Ausgangsblock als auch der gestauchte Block eine Konizität bis 3 % aufweisen.

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangsblock zu Beginn der Stauchung im aufnehmenden Umformwerkzeug zentriert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusammen mit der Längsstauchung im Block am Fuß- und/oder Kopfende ein Zentrierkonus für das anschließende Lochen und Schrägwalzen angeformt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsstauchung zusammen mit dem anschließenden Lochen und Walzen in einer Hitze erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsstauchung in Stufen erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsstauchung in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe im wesentlichen der mittlere Bereich und in der zweiten Stufe ein oder beide Endbereiche des Ausgangsblockes nachgestaucht werden.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsstauchung kopfseitig und/oder fußseitig erfolgt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangsblock ein Verhältnis von Länge l₀ zu Durchmesser d₀ von mindestens 3 aufweist.