Best practice

Ohne Dornstange kein Rohr

Hergestellt wird das Rohr aus einem Stück mithilfe einer so genannten Dornstange. Ein vorgelochter Stahlblock wird über die Dornstange durch kalibrierte Walzen zu einer Luppe, einem Vorprodukt des Rohrs, ausgewalzt.
Hergestellt werden Dornstangen beispielsweise von der Deutschen Edelstahlwerke GmbH, ein führender Hersteller von Edelstahllangprodukten, der dieses Produkt an nahezu alle Nahtlosrohrwalzwerke dieser Welt liefert. Ein Geschäft mit Zukunft. Denn in wirtschaftlich aufstrebenden Nationen wie China, Indien, Saudi Arabien oder Russland sind die bis zu 26 Meter langen Dornstangen gefragter denn je.

Elektrolichtbogenofen

Die Dornstange ist ein Fertigprodukt der Deutschen Edelstahlwerke GmbH. Pro Jahr werden rund 5.000 Dornstangen mit einem Durchmesser zwischen 50 und 350 Millimeter gefertigt. Die Lebensdauer ist dabei das Qualitätskriterium Nr. 1. "Das Produkt ist im Rohrwalzwerk durch spezifische Walzkräfte einer ständigen Wechselbeanspruchung und hohen thermischen Belastungen ausgesetzt. Über 800 Grad Celsius können während des Walzvorgangs an der Oberfläche entstehen", erläutert Ulrich Walkenhorst, technischer Kundenberater im Vertrieb Warmarbeitsstahl, die hohen Anforderungen an das Produkt. Nur spezielle Warmarbeitsstähle können unter diesen Bedingungen für eine lange Lebensdauer sorgen. Welcher Werkstoff genau eingesetzt wird, hängt von den betrieblichen Anforderungen hinsichtlich Zugfestigkeit, Gefügeausbildung, Korngröße und Reinheitsgrad ab. Eigenschaften, die wiederum mit dem Walzverfahren variieren. So beliefern die Deutschen Edelstahlwerke Stoßbank-, Konti-, Assel- sowie hochmoderne PQF- (Premium Qualitiy Finishing Mill), FQM- (Fine Quality Mill) und MPM- (Multi-Stand Pipe Mill) Rohrwalzwerke. "Für einbaufertige Dornstangen, die in PQF-, FQM-, MPM und Kontirohrwalzwerken eingesetzt werden, ist zurzeit der Thermodur 2342 der gängigste Werkstoff bei den Deutschen Edelstahlwerken. Im Vergleich zu anderen Werkstoffen, z.B. der Thermodur 2344, weist er durch die gezielte Reduktion der karbidbildenden Elemente Kohlenstoff, Chrom, Molybdän und Vanadin eine verbesserte Zähigkeit auf. Für das Stoßbankverfahren hat sich der Thermodur 2740 bewährt ", so Walkenhorst. Damit der Werkstoff und die daraus entstehende Dornstange später tatsächlich die gewünschten Eigenschaften besitzen, bedarf es einer Menge Know-how und einer einwandfreien Herstellung.

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Vom Schrott zur Dornstange

Die Herstellung beginnt beim Schrott, der im Stahlwerk Witten in einem 130-Tonnen-Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen und unter Zugabe der erforderlichen Legierungselemente erzeugt wird. Im Fall der Warmarbeitsstähle ist es besonders ein bestimmtes Verhältnis der Elemente Kohlenstoff, Chrom, Nickel, Molybdän, Wolfram, Vanadin und Kobalt, das abhängig vom Einsatzzweck die gewünschten Werkstoffeigenschaften herbeiführt. Nach der sekundärmetallurgischen Behandlung wird der Stahl klassisch in Kokillen zu Blöcken oder in der Stranggießanlage senkrecht vergossen - eine Spezialität der Deutschen Edelstahlwerke. Die dabei entstehenden Blöcke oder Stranggussriegel werden anschließend entweder im Wittener Walzwerk gewalzt oder in Krefeld auf der RF 70, eine der größten Langschmiedemaschinen der Welt, zur Stange geschmiedet. Mit welchem Verfahren der Block umgeformt wird, hängt zum einen von den Kundenvorschriften und zum anderen von der Kombination aus Länge und Durchmesser der gewünschten Dornstange ab. In jedem Fall wird die Stange abschließend in Durchlauföfen vergütet, indem man sie härtet und anlässt. Dadurch werden die gewünschten Gefügeeigenschaften eingestellt. Von dort wird das Material dann in den Schäl- und Zurichtungsbetrieb am Standort Witten transportiert.

Mit der im Herbst 2009 abgeschlossenen Umgestaltung und Modernisierung der Zurichtungshalle, haben die Deutschen Edelstahlwerke die ideale Ausgangsposition geschaffen, um die rasante Entwicklung der Nahtlosrohrindustrie in den Boomländern mit dem vielfältigsten Dornstangen-Angebot begleiten zu können. Dabei kam es vor allem darauf an, die Wege vom Richten bis zum Verpacken der Dornstangen so effektiv wie möglich zu gestalten. Herzstück des Betriebes ist die ASV 1000, eine vollautomatische Feinrichtpresse, auf der die eintreffenden Dornstangen zunächst mit einer Genauigkeit von 0,5 mm pro Meter gerichtet werden. "Der Stab wird dabei in Rotation versetzt und das Profil der Dornstange vermessen, indem ein Richtkörper mit seinen Fühlern am Stab entlang fährt und dessen Durchbiegung vermisst. Direkt danach beginnt der Richtvorgang selbst", erklärt Peter Hallenberg, Leitung Walzwerk, Schälerei und Zurichtung am Standort Witten. "Was vorher manuell geschah und damit je nach Dornstange 6 bis 8 Stunden pro Dornstange dauerte, wird nun bei gleichzeitig viel höherer Präzision vollautomatisch innerhalb von 20 Minuten durchgeführt." Ein gewaltiger Fortschritt, der die gesamte Durchlaufzeit in der Halle erheblich verkürzt.

Denn diese beherbergt neben der Richtpresse auch die Fertigbearbeitungsaggregate, die im Zuge der Hallenumgestaltung ebenfalls neu positioniert wurden - ganz im Sinne eines noch effektiveren Prozessablaufs. Auf Kundenwunsch wird an diesen Aggregaten die Oberfläche der Dornstange geschält und geschliffen. An modernen CNC Drehmaschinen können die Enden bearbeitet werden. Handelt es sich um eine Stange für ein Stoßbankwalzwerk verzundern die Deutschen Edelstahlwerke die Dornstange noch zusätzlich, denn die nichtmetallische Zunderschicht verhindert ein Verschweißen zwischen Rohr- und Dornstangenmaterial. PQF- und MPM-Dornstangen erhalten eine spezielle Endenbearbeitung und werden schließlich verchromt.

Von der Dornstange zum Nahtlosrohr

Wie wichtig einwandfreie Prozesse bei den Deutschen Edelstahlwerken für die Langlebigkeit der Dornstange sind, weiß auch Frank Lippert, Geschäftsführer der Salzgitter Mannesmann Rohr Sachsen GmbH: "Würde eine Dornstange im laufenden Walzprozess z.B. durchbrechen, würden Zerstörungen an Anlagenteilen der Rohrstoßbank nicht ausbleiben, was uns natürlich viel Zeit und Geld kostet", so Lippert. "Selbst auf den ersten Blick nicht sichtbare Oberflächenrisse auf der Dornstange führen bereits zu Innenfehlern im Rohr. Solche Qualitätsmängel können und wollen wir uns als modernste Rohrstoßbankanlage Europas mit anspruchvollen Kunden aus dem Automotive-, Energy- und Industry-Bereich nicht erlauben."

Seit über 20 Jahren gehört das Werk im sächsischen Zeithain zu den Kunden der Deutschen Edelstahlwerke, die den traditionsreichen Hersteller nahtloser Stahlrohre mit rund 17 Meter langen Dornstangen aus Thermodur 2740 beliefern. Die Dornstangen erreichen den Kunden vollständig bearbeitet und verzundert. "Der vordere Teil der Stange wird von den Deutschen Edelstahlwerken mit einem Absatz von 100 Millimetern Durchmesser auf einer Länge von 140 Millimetern versehen. Dieser Absatz ist für das gesamte Stoßbankverfahren unverzichtbar", erläutert Lippert. Dieses beginnt bereits am Drehherdofen, in dem das Vormaterial für die späteren Nahtlosrohre je nach Stahlgüte auf Temperaturen zwischen 1.150 und 1.300 Grad vorgewärmt wird. Es handelt sich um Stranggussblöcke mit einer Länge zwischen 400 und 1.900 Millimetern und einem Durchmesser von 180 oder 220 Millimetern. Nach dem Erwärmen gelangt das Vormaterial zum Dreiwalzen-Schrägwalzwerk, wo die Lochung der Blöcke stattfindet. Dabei zieht ein Walzentrio den heißen Rohblock durch die Anlage und mithilfe eines speziellen Innenwerkzeugs, dem so genannten Lochdorn, wird der Block hier bereits auf einen definierten Innendurchmesser und auf eine bestimmte Wanddicke vorgeformt. "Genau hinter diesem Verfahren verbirgt sich die berühmte Erfindung der Mannesmann-Brüder, die quasi die Keimzelle von fast jedem Nahtlosrohr auf der Welt ist. Die Kombination mit einer Stoßbankanlage ist allerdings weltweit einzigartig", so Frank Lippert.

An der anschließenden Kümpelpresse ist dann auch die Zeit der Dornstange gekommen. Sie wird auf ca. 450 Grad vorgewärmt und in den Hohlblock eingeführt. Die Kümpelpresse fixiert daraufhin den Hohlblock an der Spitze der Dornstange, also genau an dem Absatz, den die Deutschen Edelstahlwerke in ihren Bearbeitungsbetrieben eingebracht haben. "An dieser Stelle zeigt sich wiederum deutlich wie wichtig eine qualitativ hochwertige Herstellung und Bearbeitung der Dornstange ist", fügt Frank Lippert hinzu. Erst jetzt kann der zentrale Umformprozess an der Stoßbank erfolgen. Die auf die Stange aufgekümpelte Hülse wird in Längsrichtung durch hintereinander angeordnete, um 60 Grad zueinander versetzte Rollenkörbe gestoßen. Auf diese Weise erhält der Hohlblock einen festgelegten Außendurchmesser und eine bestimmte Wanddicke. Die sogenannte Rohrluppe ist entstanden. In einem anschließenden Lösewalzwerk wird die Dornstange wieder von der Luppe getrennt, was dank der aufgebrachten Zunderschicht problemlos funktioniert. Nachdem bestimmte Trenn- bzw. Schmiermittel spiralförmig auf die Stange aufgetragen wurden, kehrt sie wieder in den Prozessablauf zurück.

Mit einem Satz aus 27 Dornstangen der Deutschen Edelstahlwerke kann die Salzgitter Mannesmann Rohr Sachsen GmbH bis zu 150.000 Luppen produzieren. Also etwa 6.000 pro Stange. Keine Frage: Um diese Leistung zu erzielen, muss die Qualität der Dornstange stimmen. "Beim Kümpelpressen, im Lösewalzwerk und in der Stoßbank ist die Dornstange einer starken Biegebeanspruchung ausgesetzt. Festigkeit und Zähigkeit der Dornstangen müssen gut auf diesen Einsatzzweck abgestimmt sein. Außerdem entstehen durch den Kontakt zwischen Rohrluppe und Stange und Phasen der Abkühlung viele Temperaturschwankungen, denen der verwendete Warmarbeitsstahl standhalten muss", beschreibt Lippert die Anforderungen an den Dornstangen-Lieferanten.

Der Weg zum fertigen Nahtlosrohr ist an dieser Station jedoch noch nicht beendet. In einem Streckreduzierwalzwerk erhält es ohne Einsatz eines Innenwerkzeugs seinen endgültigen Außendurchmesser und damit die gewünschte Wanddicke und wird anschließend auf die vom Kunden geforderte Länge zwischen vier und 22 Metern gesägt. "Täglich werden so durchschnittlich etwa 20.000 Einzelrohre mit Durchmessern zwischen 17,2 und 114,3 Millimetern und Wandstärken von 2 bis 16 Millimetern hergestellt. Um diesen Schnitt dauerhaft gewährleisten zu können mussten wir bei den Dornstangen die für unsere Zwecke ideale Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit finden. Während der langjährige Zusammenarbeit mit den Deutschen Edelstahlwerken ist uns das gelungen", schließt Geschäftsführer Frank Lippert. lg

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