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Dokumentenidentifikation DE19807602C1 04.03.1999
Titel Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen in Schrägwalzwerken
Anmelder Mannesmann AG, 40213 Düsseldorf, DE
Erfinder Pietsch, Jürgen, Dr.-Ing., 41061 Mönchengladbach, DE;
Henze, Werner, Dipl.-Ing., 40764 Langenfeld, DE
Vertreter P. Meissner und Kollegen, 14199 Berlin
DE-Anmeldedatum 17.02.1998
DE-Aktenzeichen 19807602
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.03.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.03.1999
IPC-Hauptklasse B21B 25/00
IPC-Nebenklasse B21B 25/04   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen aus hochwarmfesten Metallegierungen auf Molybdän-Basis, die in Schrägwalzwerken zum Lochen von erhitzten Rundblöcken aus niedriglegierten, hochlegierten und schwer umformbaren Stählen sowie Kupferwerkstoffen bei der Herstellung von Hohlblöcken als Vormaterial für Rohre eingesetzt werden. Dabei wird der zu mindestens 50% seiner Legierungsbestandteile aus Molybdän bestehende Lochdorn während des Walzens und in den Walznebenzeiten nicht zurückgekühlt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen aus hochwarmfesten Metallegierungen auf Molybdän-Basis, die in Schrägwalzwerken zum Lochen von erhitzten Rundblöcken aus niedriglegierten, hochlegierten und schwer umformbaren Stählen sowie Kupferwerkstoffen bei der Herstellung von Hohlblöcken als Vormaterial für Rohre eingesetzt werden.

Bei der Stahlrohrherstellung nach dem Schrägwalzverfahren werden zur Herstellung der als Vormaterial für die Rohre eingesetzten Hohlblöcke Lochdorne als Innenwerkzeug eingesetzt, die beim lochenden Walzen der erhitzten Stahlrundblöcke im Schrägwalzwerk sehr hohen Temperatur- und Verschleißbeanspruchungen unterworfen sind. Abhängig von den zu lochenden Werkstoffen verschleißen die Lochdorne so stark, daß beispielsweise mit einem Lochdorn aus Stahl nur ein bis drei Lochungon durchgeführt werden könne, bis dieser ausgetauscht werden muß.

Beim Walzen von Kupfer tritt eine andere Beanspruchung auf. Weil Kupfer nur sehr langsam gewalzt werden kann, kann ein einzelner Walzvorgang bis zu 2 Minuten dauern, mit der Folge, daß der Lochdorn durchgehend die Temperatur des Walzgutes annimmt. Durch die permanent anstehende, in axialer Richtung auf den Lochdorn einwirkende Walzkraft wird dieser langsam angestaucht und wird im Durchmesser immer größer. Dadurch verlieren die Hohlblöcke ihre Maßhaltigkeit und der Lochdorn muß ausgewechselt werden, obwohl er nicht verschlissen ist.

Man hat versucht, die Standzeit der Dorne durch unterschiedliche Maßnahmen zu erhöhen. So wird in der Literatur (Zeitschriftenaufsatz "High Temperature Oxidation of Piercing Mill Mandrils", Steel in the USSR, Band 19 (1989) Heft 11, Seiten 498-499) eine oxidierende Behandlung der Dornoberfläche beschrieben, durch die eine verschleißmindernde Zundertrennschicht erzeugt wird. In anderen Druckschriften (US 2,363,476) wird vorgeschlagen, den Dorn mit Wasser zu kühlen, was Nachteile hat, weil das verdampfende Wasser gleichzeitig den Hohlblock ungewollt kühlt.

In der gattungsbildenden EP 0385439 A1 wird ein Zweimetalldorn mit einer verschleißresistenten Schutzschicht aus Molybdän oder einer Metallegierung auf Molybdän-Basis beschrieben. Derartige Dorne zeichnen sich durch eine besonders hohe Warmfestigkeit aus, insbesondere dann, wenn der vorgenannten Metallegierung geringe Mengen bestimmter Elemente, z. B. Zirkon, Titan oder ähnlich wirkende Beimengungen zulegiert werden. Lochdorne auf Molybdän-Basis können Arbeitstemperaturen bis 1300°C aushalten.

Allerdings besteht ein Problem bei der Verwendung der monolithisch aus Molybdän oder aus einer Metallegierung auf Molybdän-Basis bestehenden Lochdorne darin, daß infolge der hohen Arbeitstemperatur und der Wärmeleitfähigkeit des Lochdornwerkstoffes bei einer für erforderlich gehaltenen Lochdornkühlung, z. B. durch Wasser, große Temperaturdifferenzen bzw. Wärmespannungen im Lochdorn entstehen, die zu Beschädigungen der Dornoberfläche führen können.

Ein anderes Problem bei der Verwendung von Lochdornen auf Molybdän-Basis besteht darin, daß das Molybdän bei hohen Temperaturen unter Luftzutritt zur Sublimation neigt, d. h. Oberflächenschichten des Molybdäns lösen sich unmittelbar in eine gasförmige Phase und verdampfen. Das führt dazu, daß der Lochdom immer kleiner wird, was wiederum die Maßhaltigkeit und die Innenoborflächenqualität der Hohlblöcke negativ beeinflußt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Lochen von Hohlblöcken als Vormaterial für Rohre unter Verwendung von hochwarmfest auf Molybdän-Basis beschichteten oder molybdänlegierten Lochdornen zu schaffen, mit dem die Standzeit der Lochdorne deutlich erhöht wird, so daß, insbesondere beim Lochen von niedriglegierten und hochlegierten Stählen, durch Erhöhung der Standzeiten die Anzahl der möglichen Lochungen vergrößert und somit die Kosten für die Lochung wirtschaftlich vertretbarer werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der zu mindestens 50% seiner Legierungsbestandteile aus Molybdän bestehende Lochdorn während des Walzens und in den Walznebenzeiten nicht zurückgekühlt wird.

Der Kern der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Erkenntnis, daß aus dem angegebenen Werkstoff bestehende Lochdorne durchaus in der Lage sind, mehrere Lochungen bei extrem hohen Temperaturen ohne Zwischenkühlung zu überstehen. Dadurch wird die bei direkter Wasserkühlung entstehende Rißbildung und Zerstörung der molybdän-beschichteten bzw. der molybdänlegierten Lochdorne verhindert und somit die Lebensdauer dieser Lochdorne erhöht. Die Kühlung des Schrägwalzwerkes wird deshalb so gesteuert, daß der Lochdorn nicht aktiv gekühlt und auch nicht mit dem Kühlwasser der Walzen in Berührung kommt.

Zu diesem Zweck wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, daß die Walzenkühlung bei außerhalb des Blockes befindlichem Lochdorn abgeschaltet wird, solange sich der Lochdorn im Bereich der Walzen befindet. Das Abschalten kann von Hand als auch automatisiert in dem Moment erfolgen, bevor der Lochdorn aus dem Hohlblock herausgezogen wird, während das Einschalten der Walzenkühlung nach erfolgtem Anwalzen möglichst spät erfolgt. Auch kann die Walzenkühlung eingeschaltet werden, wenn sich der Lochdorn in einer zurückgezogenen Stellung befindet.

Ein anderes wesentliches Merkmal der Erfindung berücksichtigt die bekannte Sublimation des Molybdäns und damit das Aufzehren der Lochdorne. Um das Abdampfen des Molybdäns zu verhindern, wird vorgeschlagen, daß der glühende Lochdorn in den Walznebenzeiten außerhalb des Hohlblockes unter Schutzgas gehalten wird. Da die Sublimation des Molybdäns nur unter Zutritt von Luftsauerstoff erfolgt, wird nach dem Merkmal der Erfindung dafür gesorgt, daß der Lochdorn nur kurzzeitig mit der Umgebungsluft in Berührung kommt.

Das kann nach einem Merkmal der Erfindung dadurch erreicht werden, daß der Lochdorn außerhalb des Hohlblockes in einem mit Schutzgas gefüllten Behälter abgelegt wird oder nach einem anderen Merkmal, daß der mit der Dornstange verbundene Lochdorn in ein mit Schutzgas gefülltes Rohr zurückgezogen wird. In beiden Fällen wird die Sublimation des Molybdäns behindert, wodurch die Standzeit des Lochdornes zusätzlich verbessert wird.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Lochdorn vor dem ersten Anwalzen vorgewärmt wird. Dieses Vorwärmen von Lochdornen ist an sich bekannt, hat aber im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung zum Ziel, die Temperaturdifferenzen zwischen dem kalten Dorn und den während des Walzvorganges auf Arbeitstemperatur erhitzten Dornes möglichst gering zu halten, um Wärmespannungen zu vermeiden.

Die Vorwärmtemperatur des Lochdornes ist material- und verfahrensabhängig, sie kann vorzugsweise auf 300 bis 900°C eingestellt werden.

Um die Gebrauchseigenschaften des Lochdornes weiter zu verbessern, kann nach einem weiteren ausgestaltenden Merkmal der Erfindung auf die Oberfläche des Lochdornes eine siliziumhaltige Schicht aufgebracht werden. Eine solche Schicht, die nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beispielsweise aus Glaspulver besteht, schützt zusätzlich die Oberfläche und dient gleichzeitig als hochtemperaturbeständiges Schmiermittel während des Walzvorganges.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise das Schrägwalzen von niedrig- und hochlegierten schwer umformbaren Stählen sowie Kupferwerkstoffen bei wirtschaftlich vertretbaren Kosten für die Lochdorne.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen aus hochwarmfesten Metallegierungen auf Molybdän-Basis, die in Schrägwalzwerken zum Lochen von erhitzten Rundblöcken aus niedriglegierten, hochlegierten und schwer umformbaren Stählen sowie Kupferwerkstoffen bei der Herstellung von Hohlblöcken als Vormaterial für Rohre eingesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der zu mindestens 50% seiner Legierungsbestandteile aus Molybdän bestehende Lochdorn während des Walzens und in den Walznebenzeiten nicht zurückgekühlt wird.
  2. 2. Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzenkühlung bei außerhalb des Blockes befindlichem Lochdorn abgeschaltet wird, solange sich der Lochdorn im Bereich der Walzen befindet.
  3. 3. Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der glühende Lochdorn in den Walznebenzeiten außerhalb des Hohlblockes unter Schutzgas gehalten wird.
  4. 4. Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochdorn in einem mit Schutzgas gefüllten Behälter abgelegt wird.
  5. 5. Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Dornstange verbundene Lochdorn in ein mit Schutzgas gefülltes Rohr zurückgezogen wird
  6. 6. Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lochdorn vor dem ersten Anwalzen vorgewärmt wird.
  7. 7. Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorwärmen des Lochdornes induktiv erfolgt.
  8. 8. Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß Vorwärmtemperatur des Lochdornes auf 300° bis 900°C eingestellt wird.
  9. 9. Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften des Lochdornes auf dessen Oberfläche eine siliziumhaltige Schicht aufgebracht wird.
  10. 10. Verfahren zur Standzeiterhöhung von Lochdornen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Lochdorn mit Glaspulver aufgetragen wird.






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