Auf dieser größten Langschmiedeanlage der Welt wird die Dornstange geschmiedet. (Bild: Deutsche

Auf dieser größten Langschmiedeanlage der Welt wird die Dornstange geschmiedet. (Bild: Deutsche Edelstahl-Werke GmbH)

Bis zu 26 m lange Dornstangen für die Herstellung von Nahtlosrohren stellt die Deutsche Edelstahlwerke GmbH (DEW) her, unter anderem für den Rohrhersteller Salzgitter Mannesmann Rohr Sachsen GmbH.
WITTEN (RM). Ein vorgelochter Stahlblock wird über die Dornstange durch kalibrierte Walzen zu einer Luppe ausgewalzt, einem Vorprodukt des Rohrs. Pro Jahr werden von DEW rund 5 000 Dornstangen mit einem Durchmesser zwischen 50 und 350 mm gefertigt. Sie sind im Rohrwalzwerk durch spezifische Walzkräfte einer ständigen Wechselbeanspruchung und hohen thermischen Belastungen ausgesetzt.

Über 800 °C können während des Walzvorgangs an der Oberfläche entstehen. Nur spezielle Warmarbeitsstähle erreichen unter diesen Bedingungen eine lange Lebensdauer. Welcher Werkstoff genau eingesetzt wird, hängt von den Anforderungen hinsichtlich Zugfestigkeit, Gefügeausbildung, Korngröße und Reinheitsgrad ab.

Eigenschaften, die wiederum mit dem Walzverfahren variieren. So beliefert DEW gleichermaßen Stoßbank-, Konti-, Assel- sowie 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 derzeit Thermodur  2342 der gängigste Werkstoff. Im Vergleich zu anderen wie Thermodur 2344 erreicht er durch die gezielte Reduktion der karbidbildenden Elemente Kohlenstoff, Chrom, Molybdän und Vanadin eine verbesserte Zähigkeit. Für das Stoßbankverfahren hat sich Thermodur 2740 bewährt.
Die Herstellung beginnt beim Schrott, der in einem 130 t-Elektrolichtbogenofen eingeschmolzen und unter Zugabe der erforderlichen Legierungselemente erzeugt wird. Nach der sekundärmetallurgischen Behandlung wird der Stahl in Kokillen zu Blöcken oder in der Stranggießanlage senkrecht vergossen – eine DEW-Spezialität. Die dabei entstehenden Blöcke oder Stranggussriegel werden anschließend entweder gewalzt oder auf einer 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 sie 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 transportiert.

Kernstück ist dort eine vollautomatische Feinrichtpresse, auf der die Dornstangen zunächst mit einer Genauigkeit von 0,5 mm/m 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. Danach beginnt der eigentliche Richtvorgang. Was vorher manuell geschah und damit je nach Dornstange 6 bis 8 h pro Dornstange dauerte, wird nun bei gleichzeitig viel höherer Präzision vollautomatisch innerhalb von 20 min durchgeführt..
Auf Fertigbearbeitungsaggregate wird optional die Oberfläche der Dornstange geschält und geschliffen. An CNC Drehmaschinen können die Enden bearbeitet werden. Handelt es sich um eine Stange für ein Stoßbankwalzwerk verzundert man 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.

Würde eine Dornstange im laufenden Walzprozess zum Beispiel durchbrechen, würden Zerstörungen an Anlagenteilen der Rohrstoßbank nicht ausbleiben. Selbst auf den ersten Blick nicht sichtbare Oberflächenrisse auf der Dornstange führen bereits zu Innenfehlern im Rohr.

Die Salzgitter Mannesmann-Rohrstoßbank im sächsischen Zeithain wird mit rund 17 m langen Dornstangen aus Thermodur 2740 versorgt, die vollständig bearbeitet und verzundert sind. Der vordere Teil der Stange ist mit einem Absatz von 100 mm Durchmesser auf einer Länge von 140 mm versehen. Dieser Absatz ist für das gesamte Stoßbankverfahren unverzichtbar.

Dieses beginnt bereits am Drehherdofen, in dem das Vormaterial für die späteren Nahtlosrohre je nach Stahlgüte auf Temperaturen zwischen 1.150 und 1.300 °C vorgewärmt wird. Es handelt sich um Stranggussblöcke mit einer Länge zwischen 400 und 1 900 mm und einem Durchmesser von 180 oder 220 mm.
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.

An der anschließenden Kümpelpresse ist dann auch die Zeit der Dornstange gekommen. Sie wird auf etwa 450 °C vorgewärmt und in den Hohlblock eingeführt. Die Kümpelpresse fixiert daraufhin den Hohlblock an der Spitze der Dornstange, also genau am Absatz. An dieser Stelle zeigt sich deutlich wie wichtig eine hochwertige Herstellung und Bearbeitung der Dornstange ist.

Erst jetzt kann der zentrale Umformprozess an der Stoßbank erfolgen. Die auf die Stange aufgekümpelte Hülse wird in Längsrichtung durch hintereinander angeordnete, um 60° 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 wegen 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 von DEW kann die Salzgitter Mannesmann Rohr Sachsen GmbH bis zu 150 000 Luppen produzieren. Also etwa 6 000 pro Stange. 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 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.

In einem Streckreduzierwalzwerk erhält das Nahtlosrohr ohne Einsatz eines Innenwerkzeugs seinen endgültigen Außendurchmesser und damit die gewünschte Wanddicke und wird anschließend auf die geforderte Länge zwischen 4 und 22 m gesägt.

Täglich werden so durchschnittlich etwa 20 000 Einzelrohre mit Durchmessern zwischen 17,2 und 114,3 mm und Wandstärken von 2 bis 16 mm hergestellt. Um diesen Schnitt dauerhaft erreichen zu können musste man bei den Dornstangen die ideale Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit finden.

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