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T1 - Prozess- und Produktoptimierung zur Herstellung von kaltgepilgerten Rohren aus Edelstahl

AU - Ragger, Katharina

N1 - nicht gesperrt

PY - 2016

Y1 - 2016

N2 - Das Kaltpilgern ist ein Schlüsselprozess in der Verfahrenskette zur Herstellung von Nahtlosrohren aus Edelstahl. Es dient der Reduktion von Außendurchmesser und Wandstärke eines in der Regel warmgefertigten Vorrohres, der sogenannten Luppe. Das Verfahren wird überwiegend zur Fertigung von Präzisionsrohren herangezogen, die eine exakte Einstellung von Dimensionen sowie das Erreichen von engen Oberflächentoleranzen erfordern. Seine inkrementelle Natur in Kombination mit einem günstigen Spannungszustand ermöglicht das Erreichen von Umformgraden, die mittels herkömmlicher Verfahren, wie zB dem Kaltziehen, nicht erzielt werden können. Ein bevorzugter Einsatz von Super Duplex Stählen ist durch herausragende Korrosionseigenschaften sowie höhere Festigkeitskennwerte begründet. Diesen Eigenschaften stehen aber zunehmende Erschwernisse in der Umformung gegenüber. So ist die Kaltumformung von Luppen aus Super Duplex Stahl der Type 2507, wie zB 1.4501 oder 1.4410, nicht nur mit enormen Walzkräften verbunden, sondern steht auch im Zusammenhang mit einem wiederholten Auftreten von Brüchen der formgebenden Werkzeuge. Gelegentlich ist auch das Versagen des Werkstoffs, das sich in Form von Innenrissen entlang der Kaltpilgertrompete (Umformzone zwischen Vor- und Fertigrohr) äußert, zu beobachten. Die Untersuchung dieser unerwünschten Effekte ist zentraler Punkt der vorliegenden Arbeit. Als wesentliches Element der Problemlösung gilt die Methode der Finiten Elemente (FEM). Anhand dieses Instruments sollen Erkenntnisse gewonnen werden, die sowohl zu einer Erhöhung der Werkzeugstandzeiten als auch zu einer Reduktion bzw. Vermeidung der Kaltpilgerrisse beitragen können. Neben den technologischen Fragestellungen steht auch die Entwicklung des Zweiphasengefüges während der Kaltumformung im Vordergrund. Der Fokus liegt auf dem Verfestigungsverhalten sowie der Textur. Dies wird anhand einer Kombination aus FEM, Electron Backscatter Diffraction (EBSD) sowie Nanoindentation untersucht. Die Ergebnisse werden auch genutzt, um die der Modellbildung zu Grunde liegenden Annahmen zu belegen bzw. die berechneten Daten zu verifizieren. Die vorliegende Dissertation zeigt nicht nur das enorme Potential der FEM zur Untersuchung eines der komplexesten Umformprozesse, sondern darüber hinaus wird auch das Eigenschaftsprofil des Super Duplex Stahls 1.4410 um das Umformverhalten von Austenit und Ferrit während des Kaltpilgerprozesses erweitert.

AB - Das Kaltpilgern ist ein Schlüsselprozess in der Verfahrenskette zur Herstellung von Nahtlosrohren aus Edelstahl. Es dient der Reduktion von Außendurchmesser und Wandstärke eines in der Regel warmgefertigten Vorrohres, der sogenannten Luppe. Das Verfahren wird überwiegend zur Fertigung von Präzisionsrohren herangezogen, die eine exakte Einstellung von Dimensionen sowie das Erreichen von engen Oberflächentoleranzen erfordern. Seine inkrementelle Natur in Kombination mit einem günstigen Spannungszustand ermöglicht das Erreichen von Umformgraden, die mittels herkömmlicher Verfahren, wie zB dem Kaltziehen, nicht erzielt werden können. Ein bevorzugter Einsatz von Super Duplex Stählen ist durch herausragende Korrosionseigenschaften sowie höhere Festigkeitskennwerte begründet. Diesen Eigenschaften stehen aber zunehmende Erschwernisse in der Umformung gegenüber. So ist die Kaltumformung von Luppen aus Super Duplex Stahl der Type 2507, wie zB 1.4501 oder 1.4410, nicht nur mit enormen Walzkräften verbunden, sondern steht auch im Zusammenhang mit einem wiederholten Auftreten von Brüchen der formgebenden Werkzeuge. Gelegentlich ist auch das Versagen des Werkstoffs, das sich in Form von Innenrissen entlang der Kaltpilgertrompete (Umformzone zwischen Vor- und Fertigrohr) äußert, zu beobachten. Die Untersuchung dieser unerwünschten Effekte ist zentraler Punkt der vorliegenden Arbeit. Als wesentliches Element der Problemlösung gilt die Methode der Finiten Elemente (FEM). Anhand dieses Instruments sollen Erkenntnisse gewonnen werden, die sowohl zu einer Erhöhung der Werkzeugstandzeiten als auch zu einer Reduktion bzw. Vermeidung der Kaltpilgerrisse beitragen können. Neben den technologischen Fragestellungen steht auch die Entwicklung des Zweiphasengefüges während der Kaltumformung im Vordergrund. Der Fokus liegt auf dem Verfestigungsverhalten sowie der Textur. Dies wird anhand einer Kombination aus FEM, Electron Backscatter Diffraction (EBSD) sowie Nanoindentation untersucht. Die Ergebnisse werden auch genutzt, um die der Modellbildung zu Grunde liegenden Annahmen zu belegen bzw. die berechneten Daten zu verifizieren. Die vorliegende Dissertation zeigt nicht nur das enorme Potential der FEM zur Untersuchung eines der komplexesten Umformprozesse, sondern darüber hinaus wird auch das Eigenschaftsprofil des Super Duplex Stahls 1.4410 um das Umformverhalten von Austenit und Ferrit während des Kaltpilgerprozesses erweitert.

KW - Kaltpilgern

KW - Prozessoptimierung

KW - Produktoptimierung

KW - Werkstoffschädigung

KW - Simulation

KW - Super Duplex Stahl

KW - Mikrostrukturanalyse

KW - EBSD

KW - Nanoindentation

KW - cold pilgering

KW - process optimization

KW - product optimization

KW - damage

KW - simulation

KW - Super Duplex steel

KW - microstructural analysis

KW - EBSD

KW - nanoindentation

M3 - Dissertation

ER -