2-Walzen-Schrägwalzwerk und Verfahren zur Herstellung von Hohlblöcken aus hochlegierten Stählen

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein 2-Walzen-Schrägwalzwerk zur Herstellung von Hohlblöcken aus hochlegierten Stählen mit Führungen für das Walzgut, die die Umformzone beim Lochen des Hohlblockes quer zur Walzachse schließen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw 10, sowie die Verwendung eines solchen 2-Walzen-Schrägwalzwerkes. Als nächstliegender Stand der Technik ist die JP-A-60-099407 anzusehen.

[0002] Durch die Weiterentwicklung des Schrägwalzverfahrens und der metallurgischen Erzeugungsverfahren ist es heute möglich, nahtlose Rohre guter Qualität aus hochlegierten ferritischen, ferritisch-martensitischen und austenitischen Stählen durch Lochen auf dem Schrägwalzwerk herzustellen. Diese Methode hat gegenüber dem herkömmlichen Strangpreßverfahren einige Vorteile, vor allem durch Wegfallen des Ausbohrens der Blöcke, Erhöhung der Blockeinsatzgewichte und Verringerung der Exzentrizität und damit der Wanddickentoleranz. Besonders geeignet ist für das Lochen hochlegierter Stähle das Kegelschrägwalzwerk mit Führungsschuhen zum Schließen der Umformzone quer zur Walzachse, wie sie schon von R.C. Stiefel eingeführt wurden. Damit sind höhere Streckung und die Herstellung relativ dünnwandiger Hohlblöcke möglich, was mit einem 3-Walzen-Schrägwalzwerk oder mit einem 2-Walzen-Schrägwalzwerk mit Führungsscheiben nicht in dem gleichen Maße möglich ist.

[0003] Allerdings neigen hochlegierte Stähle sehr stark zur Adhäsion, d.h. zum Aufschweißen bzw. zum Ansetzen von Blockmaterial auf der Arbeitsfläche der Führungen. Das auf der Arbeitsfläche der Führungen festklebende Material (pick ups) führt zu mechanischen Beschädigungen in Form von tiefen scharfkantigen wendelförmig verlaufenden Riefen auf der Außenoberfläche der gelochten Hohlblöcke, die durch Schleifen, Schälen oder Abdrehen beseitigt werden müssen, was mit hohen Materialverlusten und zusätzlichem Arbeitsaufwand verbunden ist.

[0004] Durch gezieltes Aufbringen eines Schmier- und Trennmittels auf die Führungen ist es möglich, das Entstehen der Materialansetzungen zu vermeiden bzw. hinauszuzögern. Allerdings kann dabei Schmiermittel ungewollt auf die Arbeitswalzen übertragen werden, so daß es zu einem Rutschen (Schlupf) zwischen Walzen und Walzgut kommt, was bis zum Abbruch des Lochvorganges führen kann.

[0005] Nach einer Literaturveröffentlichung soll der Schlupf durch Zuführen einer Si-Karbid enthaltenden Flüssigkeit vermieden werden können, jedoch wird dadurch wieder eine zusätzliche Vorrichtung und ein zusätzliches Medium erforderlich.

[0006] Eigene Versuche mit Führungsschuhen aus Grauguß GGG und GGL zeigten eine gewisse Eignung gegen Adhäsion, aber ihr Reibungs- und Verschleißverhalten war für den Produktionsbetrieb unbefriedigend.

[0007] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darin zu sehen, einen wirkungsvollen und preisgünstigen Weg zu finden, um die schädlichen Adhäsionen auf den Arbeitsflächen der Führungswerkzeuge zu vermeiden.

[0008] Deshalb wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das 2-Walzen-Schrägwalzwerk nach Anspruch 1 bzw. Anspruch 10 zu gestalten. Praktisch wird die Arbeitsfläche der Führungswerkzeuge mit einem Material beschichtet, das keine Adhäsion mit dem Rohrmaterial bzw. Walzgutwerkstoff eingeht und auf Grund seiner besonderen Eigenschaften einen selbstschmierenden Effekt aufweist.

[0009] Eine ähnliche Lösung wird zwar in der DE-PS 31 14 177 C2 für einen anderen Zweck vorgeschlagen, wobei aber hochwarmfeste Hartstoffschichten auf einem Grundkörper erzeugt werden, die das Problem der Vermeidung der Adhäsion von hochlegiertem Stahl mit den Führungswerkzeugen nicht lösen können.

[0010] Der Gedanke der vorliegenden Erfindung läßt sich gleichermaßen erfolgreich bei Führungswerkzeugen in Form von Schuhen, Scheiben oder Rollen einsetzen

[0011] Es reicht aus, wenn die Arbeitsfläche eine Dicke zwischen 0,1 und 10 mm aufweist. Es sollte aber die Dicke der Arbeitsfläche so gewählt werden, daß die Beträge der Wärmedehnung des Arbeitsteils und des Grundkörpers an der Kontaktfläche bei Arbeitstemperatur nahezu gleich sind, damit es nicht zu Wärmespannungen und Ablösungen der Arbeitsfläche kommt.

[0012] Die Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Werkstoff der Arbeitsfläche kann formschlüssig erfolgen oder durch definiertes Aufrauhen der Kontaktflächen zwischen der Arbeitsfläche und dem Grundkörper. Es ist auch denkbar, die Arbeitsfläche durch Fügen oder thermisches Spritzen (Flamm- Plasma-Spritzen) herzustellen bzw. auf den Grundkörper aufzubringen. Noch eine andere Lösung besteht darin, den Arbeitsteil durch heißisostatisches Pressen oder kaltisostatisches Pressen und Sintern auf pulvermetallurgischem Wege herzustellen.

[0013] Es ist günstig, wenn der Trägerwerkstoff des Grundkörpers ein höherfester Stahl oder eine Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasislegierung ist oder gemäß Anspruch 10 auch komplett aus dem Werkstoff des Arbeitsteils besteht. In letzterem Fall besteht das gesamte Führungswerkzeug monolithisch aus Mo oder der Mo-Basislegierung.

[0014] Das Verfahren zur Herstellung von Hohlblöcken aus hochlegierten Stählen mit den erfindungsgemäßen Führungswerkzeugen wird in Anspruch 11 definiert.

[0015] Um Wärmespannungen zu vermeiden sollte das Führungswerkzeug vor und nach dem Lochungsvorgang sowie während des Lochens durch geeignete Maßnahmen wie Druckluftdüsen oder mechanische Abdeckungen vor dem Kontakt mit Kühlwasser geschützt werden. Denkbar ist es auch, daß die Kühlung und der Schutz der Führungswerkzeuge vor Wasserkontakt durch Aufblasen eines inerten Gases, z.B. Stickstoff, erfolgt.

[0016] Nach dem Lochungsvorgang sollte die Walzenkühlung, ggf. automatisch bis zum Beginn des nächsten Lochungsvorgangs unterbrochen werden.

[0017] Aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht ist es sinnvoll, wenn verschlissene Arbeitsflächen nach spanender Abtragung regeneriert werden und der Werkstoff der Arbeitsfläche durch mechanisches oder thermisches Trennen oder durch Einschmelzen des Grundkörperwerkstoffes zurückgewonnen wird.

Ansprüche

1. 2-Walzen-Schrägwalzwerk zur Herstellung von Hohlblöcken aus hochlegierten Stählen mit Führungswerkzeugen für das Walzgut, die die Umformzone beim Lochen des Hohlblockes quer zur Walzachse schließen,
wobei die Führungswerkzeuge jeweils aus einem aus einem Trägerwerkstoff bestehenden Grundkörper und einem die Arbeitsfläche bildenden Werkstoff mit gegenüber hochlegierten Stählen antiadhäsiven Eigenschaften und hoher Warmfestigkeit zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet,
dass der Werkstoff der Arbeitsfläche Molybdän oder eine Molybdänbasislegierung ist
und dass die Dicke der Arbeitsfläche so gewählt wird, dass die Beträge der Wärmedehnung des Arbeitsteils und des Grundkörpers an der Kontaktfläche bei Arbeitstemperatur nahezu gleich sind.

2. 2-Walzen-Schrägwalzwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Führungswerkzeuge Schuhe, Scheiben oder Rollen sind.

3. 2-Walzen-Schrägwalzwerk nach Anspruch 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dicke der Arbeitsfläche 0,1 bis 10 mm beträgt.

4. 2-Walzen-Schrägwalzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die drehfeste Verbindung zwischen Grundkörper und Arbeitsfläche formschlüssig erfolgt.

5. 2-Walzen-Schrägwalzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die drehfeste Verbindung zwischen Grundkörper und Arbeitsfläche durch definiertes Aufrauhen der Kontaktflächen zwischen Arbeitsfläche und Grundkörpers gewährleistet wird.

6. 2-Walzen-Schrägwalzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Arbeitsteil durch heißisostatisches Pressen oder kaltisostatisches Pressen und Sintern auf pulvermetallurgischem Wege hergestellt wird

7. 2-Walzen-Schrägwalzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Arbeitsfläche durch Fügen oder thermisches Spritzen (Flamm-, Plasma-Spritzen) hergestellt bzw. auf den Grundkörper aufgebracht wird.

8. 2-Walzen-Schrägwalzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Werkstoff des Grundkörpers ein höherfester Stahl oder eine Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasislegierung ist.

9. 2-Walzen-Schrägwalzwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Werkstoff des Grundkörpers der Werkstoff des Arbeitsteils ist.

10. 2-Walzen-Schrägwalzwerk zur Herstellung von Hohlblöcken aus hochlegierten Stählen mit Führungswerkzeugen für das Walzgut, die die Umformzone beim Lochen des Hohlblockes quer zur Walzachse schließen,
dadurch gekennzeichnet,
dass das gesamte Führungswerkzeug monolithisch aus Mo oder der Mo-Basislegierung besteht.

11. Verfahren zur Herstellung von Hohlblöcken aus hochlegierten Stählen mit Führungswerkzeugen für das Walzgut, die die Umformzone beim Lochen des Hohlblockes quer zur Walzachse schließen unter Verwendung eines 2-Walzen-Schrägwalzwerkes nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Arbeitsfläche oder das gesamte Führungswerkzeug vor dem Walzen auf eine Temperatur oberhalb Raumtemperatur gebracht wird.

12. Verfahren zur Herstellung von Hohlblöcken nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die Führungswerkzeuge vor und nach dem Lochungsvorgang sowie während des Lochens durch geeignete Maßnahmen wie Druckluftdüsen oder mechanische Abdeckungen vor dem Kontakt mit Kühlwasser geschützt werden.

13. Verfahren zur Herstellung von Hohlblöcken nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlung und der Schutz der Führungswerkzeuge vor Wasserkontakt durch Aufblasen eines inerten Gases, z.B. Stickstoff, erfolgt.

14. Verfahren zur Herstellung von Hohlblöcken nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Lochungsvorgang die Walzenkühlung, ggf automatisch, bis zum Beginn des nächsten Lochungsvorgangs unterbrochen wird.

Claims

1. Dual roll cross-rolling mill for rolling hollow billets of high-alloy steels with guide tools for the rolled material, which close the forming zone transversely with respect to the rolling axis as the hollow billet is pierced, wherein the guide tools are each composed from a base body comprising a carrier material, and from a material forming the working face with anti-adhesive properties with respect to high-alloy steels and high temperature strength,
characterised in that
the working face material is molybdenum or a molybdenum-based alloy
and in that the working face thickness is selected such that the magnitudes of thermal expansion of the working part and of the base body at the contact face are virtually identical at working temperature.

2. Dual roll cross-rolling mill according to claim 1,
characterised in that
the guide tools are shoes, discs or rollers.

3. Dual roll cross-rolling mill according to claims 1 to 2,
characterised in that
the working face thickness measures from 0.1 to 10 mm.

4. Dual roll cross-rolling mill according to one of claims 1 to 3,
characterised in that
the non-twistable connection between base body and working face is effected as a form fit.

5. Dual roll cross-rolling mill according to one of claims 1 to 4,
characterised in that
the non-twistable connection between base body and working face is ensured by a specific roughening of the contact faces between the working face and the base body.

6. Dual roll cross-rolling mill according to one of claims 1 to 5,
characterised in that
the working part is produced by hot isostatic compression or cold isostatic compression and powder-metallurgical sintering.

7. Dual roll cross-rolling mill according to one of claims 1 to 6,
characterised in that
the working face is produced or respectively applied to the base body by jointing or thermal spraying (flame spraying, plasma spraying).

8. Dual roll cross-rolling mill according to one of claims 1 to 6,
characterised in that
the material of the base body is a higher-strength steel or an iron-, nickel- or cobalt-based alloy.

9. Dual roll cross-rolling mill according to one of claims 1 to 6,
characterised in that
the material of the base body is the material of the working part.

10. Dual roll cross-rolling mill for rolling hollow billets of high-alloy steels with guide tools for the rolled material, which close the forming zone transversely with respect to the rolling axis as the hollow billet is pierced,
characterised in that
the entire guide tool consists monolithically of Mo or the Mo-based alloy.

11. Method for rolling hollow billets of high-alloy steels with guide tools for the rolled material, which close the forming zone transversely with respect to the rolling axis as the hollow billet is pierced, by means of a dual roll cross-rolling mill according to one of claims 1 to 10,
characterised in that
the working face or the entire guide tool is brought to a temperature above ambient temperature before rolling.

12. Method for rolling hollow billets according to claim 11,
characterised in that
before and after the piercing operation as well as during the piercing, the guide tools are protected from contact with cooling water by suitable measures such as compressed-air nozzles or mechanical coverings.

13. Method for rolling hollow billets according to claim 12,
characterised in that
cooling and protection of the guide tools from contact with water is effected by blowing on an inert gas, e.g. nitrogen.

14. Method for rolling hollow billets according to one of claims 11 to 13,
characterised in that
after the piercing operation the roll cooling is interrupted, if necessary automatically, until the start of the next piercing operation.

Revendications

1. Laminoir à deux cylindres obliques pour fabriquer des blocs creux en aciers fortement alliés, comportant des outils de guidage pour la matière laminée, qui ferment la zone de déformation lors du perçage du bloc creux transversalement à l'axe de laminage, les outils de guidage étant constitués, à chaque fois, d'un corps de base formé d'une matière de support et d'une matière formant la surface de travail ayant une résistance thermique élevée et des propriétés anti-adhésives vis-à-vis d'aciers fortement alliés,
caractérisé en ce que la matière de la surface de travail est du molybdène ou un alliage à base de molybdène, et en ce que l'épaisseur de la surface de travail est choisie de sorte que les valeurs de la dilatation thermique de la partie de travail et du corps de base au niveau de la surface de contact à la température de travail sont pratiquement identiques.

2. Laminoir à deux cylindres obliques selon la revendication 1,
caractérisé en ce que les outils de guidage sont des sabots, des plaques ou des rouleaux.

3. Laminoir à deux cylindres obliques selon les revendications 1 à 2,
caractérisé en ce que l'épaisseur de la surface de travail vaut de 0,1 à 10 mm.

4. Laminoir à deux cylindres obliques selon une des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que la liaison, rigide en torsion, entre le corps de base et la surface de travail est effectuée par coopération de formes.

5. Laminoir à deux cylindres obliques selon une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que la liaison, rigide en torsion, entre le corps de base et la surface de travail est garantie par une rugosité définie des surfaces de contact entre la surface de travail et le corps de base.

6. Laminoir à deux cylindres obliques selon une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que la partie de travail est fabriquée par pressage isostatique à chaud ou pressage isostatique à froid et frittage de poudres métallurgiques.

7. Laminoir à deux cylindres obliques selon une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que la surface de travail est fabriquée par jointoyage ou injection thermique (injection de flamme, injection de plasma) ou est appliquée sur le corps de base.

8. Laminoir à deux cylindres obliques selon une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que la matière du corps de base est un acier à haute résistance ou un alliage à base de fer, de nickel ou de cobalt.

9. Laminoir à deux cylindres obliques selon une des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce que la matière du corps de base est la matière de la partie de travail.

10. Laminoir à deux cylindres obliques pour fabriquer des blocs creux en aciers fortement alliés, comportant des outils de guidage pour la matière laminée, qui ferment la zone de déformation lors du perçage du bloc creux transversalement à l'axe de laminage,
caractérisé en ce que la totalité de l'outil de guidage est constitué, de façon monolithique, de Mo ou d'un alliage à base de Mo.

11. Procédé pour fabriquer des blocs creux en aciers fortement alliés avec des outils de guidage pour la matière laminée, qui ferment la zone de déformation lors du perçage du bloc creux transversalement à l'axe de laminage, en utilisant un laminoir à deux cylindres obliques selon une des revendications 1 à 10,
caractérisé en ce que la surface de travail ou la totalité de l'outil de guidage, avant le laminage, est amenée à une température au-dessus de la température ambiante.

12. Procédé pour fabriquer des blocs creux selon la revendication 11,
caractérisé en ce que les outils de guidage, avant et après le processus de perçage ainsi que pendant le perçage, sont protégés du contact avec de l'eau de refroidissement par des mesures appropriées comme des buses d'air sous pression ou des recouvrements mécaniques.

13. Procédé pour fabriquer des blocs creux selon la revendication 12,
caractérisé en ce que le refroidissement et la protection des outils de guidage du contact de l'eau sont effectués par soufflage d'un gaz inerte, par exemple de l'azote.

14. Procédé pour fabriquer des blocs creux selon une des revendications 11 à 13,
caractérisé en ce que, après le processus de perçage, le refroidissement des cylindres est interrompu, le cas échéant de façon automatique, jusqu'au début du processus de perçage suivant.