P 713 – Herstellung von Rohren mit flexiblem Wanddickenverlauf durch Walzprofilieren von bandprofilgewalztem Vormaterial

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P713

ISBN: 3-937567-89-5 Artikelnummer: P713 Kategorien: ,

Beschreibung

P 713 – Herstellung von Rohren mit flexiblem Wanddickenverlauf durch Walzprofilieren von bandprofilgewalztem Vormaterial

Bei den heute kommerziell erhältlichen Tailored Tubes variieren der Durchmesser und ggf. auch die Wanddicke entlang der Längsachse des Rohres. Mit dem vorliegenden Projekt wurde erstmals der Nachweis erbracht, dass durch die Kombination von Bandprofilwalzen und Walzprofilieren Rohre mit in Umfangsrichtung variierender Wanddicke in einem kontinuierlichen Prozess wirtschaftlich hergestellt werden können. Dies  ermöglicht bereits als gerades Rohr die Erschließung bisher nicht nutzbarer Leichtbaupotentiale.
Darüber hinaus wurde gezeigt, dass diese neuartige Klasse von Rohren nach einer Glühbehandlung bei Bedarf z.B. durch Innenhochdruckumformung zu geometrisch anspruchsvollen Leichtbaustrukturen  weiterverarbeitet werden können. Die Basis für die erfolgreiche Realisierung der Demonstratorrohre wurde durch umfangreiche Simulationsstudien der Prozesskette geschaffen, so dass nun auch validierte  Simulationsmodelle für die Entwicklung weiterer Profilvarianten zur Verfügung stehen.
Basierend auf einer Betrachtung des Flächenträgheitsmomentes wurden drei Querschnitte für kreisrunde Rohre mit variierender Wandstärke ermittelt, die ein besonders günstiges Verhältnis von Biegesteifigkeit zu Gewicht aufweisen. Für das Walzprofilieren der als Demonstrator ausgewählten Rohrgeometrie wird als Vormaterial ein 186 mm breites Band benötigt, dessen Dicke im mittleren Bereich auf einer Breite von ca. 50 mm durch Bandprofilwalzen von 2,5 mm auf 1,5 mm reduziert werden musste. Aufbauend auf den zu Beginn des Projektes bekannten Grundlagen des Bandprofilwalzens wurden hierfür zunächst in einer umfassenden  Parameterstudie mit numerischer Simulation (FEM) die Einflüsse der Prozess-, Geometrie- und Werkstoffparameter auf die Ausbildung des Querschnitts untersucht und eine optimierte Rollengeometrie und Walzstrategie erarbeitet. Die Umsetzung dieser Walzstrategie erfolgte in industrienahem Maßstab auf einer Walzprofilieranlage, auf der mit insgesamt 25 Stichen in drei Durchläufen etwa 120 m Tailor Rolled Strip (TRS) für die Weiterverarbeitung erzeugt wurden. Auch die verschiedenen denkbaren Einformstrategien für das Walzprofilieren des TRS wurden mit Hilfe umfangreicher FEM-Simulationen bewertet und optimiert. Dabei wurde die Vorverfestigung aus dem Bandprofilwalzen auf Basis einer gemessenen Härteverteilung berücksichtigt und der gesamte Einformprozess als FEM-Modell abgebildet. Aufbauend auf diesen Vorarbeiten konnten die Rohre erfolgreich eingeformt und durch HFSchweißen geschlossen werden, wobei die Rundheits- und Formabweichungen geringfügig über denen eines Referenzrohres mit konstanter Wanddicke lagen.
In Berstversuchen durch Innenhochdruckumformung mit freier Aufweitung zeigte sich, dass die so hergestellten Tailored Tubes nach einer rekristallisierenden Glühung durch Innhochdruckumformung umformbar sind und sogar ein etwas besseres Umformvermögen aufweisen als ein Referenzrohr, bei dem der Wanddickenunterschied durch Fräsen erzeugt wurde.
Die Verfahrenskombination Bandprofilwalzen mit nachfolgendem Walzprofilieren kann auf hochproduktiven Rollprofilieranlagen durchgeführt werden. Damit ist insbesondere dann eine hohe Wirtschaftlichkeit zu erwarten, wenn möglichst wenige Stiche zur Herstellung des TRS benötigt werden. Dies ist immer dann gegeben, wenn das TRS eine oder mehrere schmale Rillen aufweist. Breite oder besonders tiefe Rillen sind demgegenüber als aufwendig anzusehen.
FOSTA – Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V.

Veröffentlichung:
2010

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. P. Groche, Dipl.-Ing. M. Mirtsch, Prof. Dr.-Ing. G. Hirt