Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines z. B. zylindrischen, konischen, bogenförmigen oder wendeiförmigen Hohlkörpers aus Stahl mit einer Masse von mehr als 1 00 t. Solche zyl indrischen oder kon ischen Hohlkörper werden beispielsweise als Behälterabschnitte bzw. Mantelab- schnitte von Großbehältern, z. B. Druckbehältern und folglich Druckbehälterschüssen verwendet. So besteht z. B. ein Reaktordruckbehälter aus mehreren Mantelschüssen, die jeweils ein Gewicht von mehr als 100 t aufweisen. Derartige Großbauteile werden in der Regel im Wege des Schm iedens und/oder Ringwalzens aus zylindrischen oder konischen Rohblöcken bzw. Ingots und insbesondere Hohlingots hergestellt.

Bislang werden Schmiedeblöcke und folglich Ingots für Großkomponenten wie z. B. Druckbehälterschüsse in der Regel im Wege des Gießens aus Stahlguss hergestellt. Als Schmiedeblock für Großkomponenten wird dabei ein beruhigt vergossener, massiver Ingot aus Stahlguss verwendet. In begrenztem Umfang werden darüber hinaus ringförmig gegossene Hohlingots eingesetzt. Massive Ingots weisen zahlreiche Schwindungshohlräume (Lun ker) entlang der zentralen Längsachse auf. Nahe der Gießoberseite findet man einen großen Primärlunker und einen kleineren darunter liegenden Sekundärlunker. Unter- halb des Sekundärlunkers schließen sich innerhalb eines nach oben geöffneten konischen Kernraums zahlreiche Mikrolunker an. Die Erstarrung eines massiven Ingots verläuft von der äußeren Kokillenwand und vom unteren Kokillenboden zur Mitte und nach oben. An der Kokillenwand entstehen während der Abkühlung zunächst viele Kristallisationskeime und ein fein- körn iges Gefüge. Von diesem oberflächennahen Gefüge wachsen grobe Stengelkristalle zur Mitte. In der Blockmitte selbst bildet sich ein mittelgrobes

Korn. Zu Beginn der Erstarrung werden bestimmte Legierungselemente und Verunreinigungen, insbesondere Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor, nur in kleinen Mengen in das Gefüge eingebunden, so dass deren Konzentration in der Restschmelze stetig zunimmt. Dadurch erfolgt mit fortschreitender Block- erstarrung eine kontinuierliche Anreicherung mit Kohlenstoff sowie mit diesen Verunreinigungen. Zwischen den Oberflächen der groben radial orientierten Stengelkristalle sammeln sich derartige Verunreinigungen aus niedrig schmelzenden Phasen (z. B. Sulfide) an. Diese Konzentrationsunterschiede und Ansammlungen von Verunreinigungen im Blockgefüge werden als Seige- rung bezeichnet. Bei gegossenen Hohlingots ist die Lunkerzone auf den mittleren Ringdurchmesser hin verlagert. Zu diesem mittleren Ringdurchmesser hin erfolgt in der Regel auch die stengelartige Gefügekristallisation. Eine solche Herstellung von Schmiedeingots im Wege des Gießens ist aus der Praxis seit Langem bekannt.

Im Zuge der Warmumformung durch Schmieden bei einer Schmiedetemperatur von rund 900 °C bis 1 .200 °C werden die Konzentrationsunterschiede (Seigerungen) in der Regel ausgeglichen und die Schwindungshohlräume (Lunker) werden geometrisch verschlossen und stoffschlüssig verschweißt. Um ein fehlerfreies Schm iedestück zu erhalten , wird jedoch der großvol um ige Primärlunker (zuvor) stets abgetrennt. Der Sekundärlunker kann unter günstigen Umständen, im Zuge des Schmiedens geschlossen werden. Die Mikro- lunker können in der Regel während des Schmiedens geschlossen werden. Um jedoch eine gleichmäßige Verteilung der Seigerung zu erreichen, ist ein hoher Verschmiedungsgrad, d. h. Umformgrad, von etwa 3 bis 5 erforderlich.

Um aus dem massiven Ingot einen Hohlkörper herzustellen, wird er zunächst in eine Ringscheibe umgeformt, indem der Ingot gestaucht und gelocht wird. Die

entstandene Ringscheibe wird anschließend radial gestaucht und gleichzeitig tangential und axial gereckt, so dass ein zylindrisch geschmiedeter Ringmantel entsteht. Um die geforderte zylindrische oder konische Geometrie aus diesem Ringmantel erzeugen zu können, ist eine ausreichende Schmiedezugabe erforderlich. In der Praxis beträgt das Verhältnis zwischen Ingotgewicht und Fertiggewicht des geschmiedeten Mantelschusses bis zu etwa 2 bis 3.

In der Praxis besteht nun das Bedürfnis nach geschmiedeten zylindrischen und konischen Großbauteilen, z. B. Druckbehälterschüssen mit einem Fertiggewicht von z. B. 250 bis 350 t. Nach der beschriebenen herkömmlichen Verfahrensweise, bei dem ein gegossener Schmiedeingot verwendet wird, wären hierfür Ingotgewichte von etwa 700 bis 1 .1 00 t erforderlich. Mit derartigen Ingotge- wichten kann in den bekannten Gießanlagen und insbesondere mit den bekannten Schmiedemanipulatoren nicht gearbeitet werden. Selbst größte Schmiedemanipulatoren können in der Regel lediglich ein Ingotgewicht bis zu 650 t handhaben. Es wäre zwar grundsätzlich denkbar, größere Fertigungseinrichtungen vorzusehen, dies ist jedoch mit außergewöhnlich hohen Investitionskosten verbunden, die sich nur auf sehr niedrige Stückzahlen umlegen lassen. Die wirtschaftliche Auslastung derartiger Schmiedeanlagen wäre nicht zu gewährleisten.

Vor diesem Hintergrund liegt dieser Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen eines zylindrischen, konischen, bogenförmigen oder wendeiförmigen Hohlkörpers aus Stahl von einer Masse von mehr als 100 t zu schaffen. Außerdem soll ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Rohlings als Schmiedeblock für die Herstellung derartiger Hohlkörper geschaffen werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlkörpers aus Stahl, vorzugsweise mit einer Masse von mehr als 100 t,

- wobei aus einem oder mehreren Stahlblechen mehrere ebene oder ge- krümmte Blechstreifen geschnitten werden,

- wobei zunächst mehrere solche Blechstreifen flächig zu jeweils einem mehrschichtigen Mantelsegment verschweißt werden, - wobei anschließend mehrere Mantelsegmente miteinander zu einem hohlen Rohling verschweißt werden und

- wobei der z. B. zylindrische oder konische Hohlkörper aus dem hohlen Rohling durch Umformung und/oder spanabhebende Bearbeitung gefertigt wird.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass sich Rohlinge für eine Weiterverarbeitung und insbesondere Schmiedeblöcke bzw. Schmiedeingots in wirtschaftlicher und vorteilhafter Weise aus einer Vielzahl miteinander verschweißter dickwandiger Stahlbleche herstellen lassen, so dass auf das Gießen des Rohlings, z. B. Ingots und insbesondere Hohlingots mit den beschriebenen Nachteilen verzichtet werden kann. Ausgangsmaterial für die Rohling- bzw. Ingotherstellung bilden dabei Stahlbleche, z. B. dickwandige, warmgewalzte Grobbleche mit einer Wandstärke von zumindest 100 mm, z. B. 1 00 mm bis 500 mm, vorzugsweise 150 mm bis 400 mm, besonders bevorzugt 150 mm bis 300 mm. Diese Stahlbleche werden zunächst zu einzelnen Blechstreifen aufgetrennt und folglich geschnitten. Schneiden meint im Rahmen der Erfindung insbesondere ein thermisches Trennen. Es sind aber auch andere Trennverfahren von der Erfindung umfasst. Überraschenderweise hat sich herausge-

stellt, dass sich aus einer Vielzahl solcher Stahlblechstreifen ein hohler Rohling herstellen lässt, der hervorragend weiter verarbeitet werden kann. Besonders bevorzugt bildet ein solcher hohler Rohling einen Schmiedeblock und folglich Ingot, der im Wege des Schmiedens und/oder Ringwalzens zu dem Hohlkörper umgeformt wird. Der hohle Rohling kann aber alternativ oder auch ergänzend im Wege einer spanabhebenden Verarbeitung weiterverarbeitet werden. Dieses bietet sich z. B. an, wenn aus dem hohlen Rohling ein Hohlkörper gefertigt werden soll, der z. B. als Zylinder für eine Presse eingesetzt werden soll. Es kann aber auch zweckmäßig sein, den hohlen Rohling vor einer Warmum- formung zunächst durch eine spanabhebende Verarbeitung vorzubereiten. So kann es zweckmäßig sein, aus dem z. B. mehreckigen hohlen Rohling zunächst einen "runden" hohlen Rohling zu fertigen, der dann im Wege einer Warmumformung weiterverarbeitet werden kann. Dieses bietet sich insbesondere beim Ringwalzen an.

Dabei besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, mit gekrümmten Stahlblechen bzw. gekrümmten Blechstreifen zu arbeiten, die flächig zu einem gekrümmten, mehrschichtigen Mantelsegment miteinander verschweißt werden, so dass aus den Mantelsegmenten ein hohler Rohling mit im Wesent- liehen rundem Querschnitt hergestellt werden kann.

Besonders bevorzugt werden jedoch aus den Stahlblechen ebene Blechstreifen mit einem trapezförmigen Querschnitt geschnitten, wobei die Blechstreifen zu einem Mantelsegment mit trapezförmigem Querschnitt verschweißt werden und wobei diese Mantelsegmente zu einem hohlen Rohling mit einem vieleckigen Querschn itt verschwei ßt werden . Dieser hohle Roh l ing m it vieleckigem Querschnitt kann anschließend z. B. im Wege des Schmiedens und/oder Ringwalzens zu dem zylindrischen Hohlkörper, z. B. einem Mantel für einen

Druckbehälter umgeformt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den vieleckigen hohlen Rohling vor der Warmumformung im Wege einer spanabhebenden Bearbeitung vorzubereiten, indem z. B. zunächst ein Hohlkörper mit rundem Querschnitt gedreht wird, der anschließend verschmiedet wird. Jeden- falls lässt sich ein solcher Rohling als z. B. Schmiedeingot wirtschaftlich mit hoher Qualität herstellen, da sich aus ebenen Stahlblechen sehr einfach ebene Blechstreifen mit trapezförmigem Querschnitt schneiden und anschließend daraus die Mantelsegmente herstellen lassen. Der Rohling kann aus Blechen bzw. Blechstreifen derselben Dicke oder auch unterschiedlicher Dicke zusammengesetzt sein.

Die Erfindung geht dabei ferner von der Erkenntnis aus, dass die auf diese Weise hergestellten hohlen Rohlinge, die gleichsam eine Schweißkonstruktion aus einer Vielzahl von Stahlblechen bilden, weder Lunker noch Dopplungen noch sonstige Gefügefehler aufweisen, die ansonsten durch eine Warmumformung beseitigt werden müssten. Außerdem weist der entstandene hohle Rohling hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung nur geringste Konzentrationsunterschiede auf. Er ist deshalb als seigerungsfrei bzw. seigerungsarm anzusehen. Der entstandene hohle Rohling kann folglich hervorragend durch z. B. Freiformschmieden oder Ringwalzen auf einem Dorn ausgeschmiedet bzw. ausgewalzt werden, so dass aus dem hohlen Rohling in wirtschaftlicher Weise der gewünschte zylindrische oder konische Hohlkörper hergestellt werden kann. Der Umformgrad bzw. Verschmiedungsgrad des Mantelquerschnitts kann wegen des fehlerfreien seigerungsarmen Materialgefüges des hohlen Rohlings auf unter 2 vorzugsweise auf 1 ,3 bis 1 ,8 verringert werden.

Gegebenenfalls vorliegende Unregelmäßigkeiten in der Korngröße und der Kornorientierung nach dem Schweißen in Grundwerkstoff, Schweißgut und

Wärmeeinflusszone werden z. B. durch die anschließende Warmumformung mit Wärmenachbehandlung und die damit einhergehende Gefügerekristallisation vollständig eliminiert. Es entsteht ein homogenes Schmiedestück. Optional können die gewünschten Effekte unter Verzicht auf eine Warmumformung du rch eine einfache oder doppelte Normal isierungsgl ühung nach dem Schweißen erreicht werden. Auf die Möglichkeiten einer Gefügebehandlung nach dem Schweißen wird im Folgenden noch näher eingegangen.

Von besonderer Bedeutung ist im Übrigen die Tatsache, dass sich die aus Blechen miteinander verschweißten hohlen Rohlinge mit einem sehr geringen Verschmiedungsgrad zu dem gewünschten Hohlkörper umformen lassen, so dass für die Herstellung herkömmlicher Großbauteile ein Schmiedeingot mit wesentlich geringerem Gewicht verwendet werden kann. Damit lassen sich die Anlagen kosten z. B. für Schm iedeman ipulatoren wesentl ich verringern . Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit auf vorhandenen Schmiedeanlagen mit großen Schmiedemanipulatoren wesentlich größere Bauteile herzustellen. So lassen sich beispielsweise auf Schmiedeanlagen mit einem Schmiedemanipulator für 650 t einteilige geschmiedete Bauteile, z. B. Druckbehälterelemente mit einem Fertiggewicht von bis zu 500 t herstellen.

Ausgangsmaterial für die Herstellung der hohlen Rohlinge sind - wie beschrieben - dickwandige warmgewalzte Grobbleche. Diese werden vorzugsweise aus entschwefeltem Flüssigstahl hergestellt, indem d ieser zu Gießbrammen abgegossen wird, z. B. im Stranggussverfahren, wobei die Gießbrammen zu Grobblechen warmgewalzt werden. Diese Grobbleche können beispielsweise eine Dicke von 1 50 mm bis 300 mm aufweisen. Der Reduktionsfaktor beim Warmwalzen der Gießbrammen sollte zumindest 3 bis 4 betragen und kann auf bis ca. 1 0 gesteigert werden, um ein möglichst gleichmäßiges homogenes

Gefüge der Grobbleche frei von Walzfehlern zu erzielen. Niedrige Schwefelgehalte unter ca. 0,01 % sind durch geeignete Entschwefelungsverfahren, z. B. nach dem TN-Verfahren einzustellen. Dem Stahl wird vorzugsweise ausreichend Mangan zur Abbindung des Restschwefels beigefügt (MN>3 x S). Der Kupfergehalt sollte auf ca . 0,25 % begrenzt werden , um einer möglichen Lötbrüchigkeit bei der Warmumformung vorzubeugen. Es ist dann zweckmäßig, die Grobbleche zerstörungsfrei auf Fehlerfreiheit zu prüfen. Anschließend können die Grobbleche z. B. thermisch durch Brennschneiden in die Blechstreifen aufgetrennt werden. Besonders bevorzugt werden dann jeweils 2 bis 5 Blechstreifen zu einem Mantelsegment einer Dicke von 200 mm bis 1 .500 mm, z. B. 500 mm bis 1 .200 mm verschweißt. Sie werden folglich zunächst schichtweise durch vorzugsweise artgleiches Schweißen zu trapezförmigen Prismen gefügt. Der Schweißzusatzwerkstoff entspricht vorzugsweise hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung dem Grundwerkstoff. Die Schweißverbin- düngen können mittels Durchstrahlungs- und/oder Ultraschallprüfung zerstörungsfrei auf ihre innere Fehlerfreiheit geprüft werden. Anschließend werden d ie einzelnen Mantelsegmente bzw. Trapezsegmente z. B. durch Eck- schweißung analog zu der zuvor beschriebenen Schichtschweißung z. B. zu dem vieleckigen hohlen Rohling zusammengefügt. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es zweckmäßig, wenn die Länge der längsten Schichtschweißung in etwa der radialen Länge der Eckschweißung entspricht bzw. diese nicht oder nur unwesentlich überschreitet.

Das Verschweißen der einzelnen Blechstreifen miteinander und/oder das Ver- schweißen der einzelnen Mantelsegmente miteinander kann durch Elektro- schlackeschweißen, Gießschmelzschweißen oder Elektronenstrahlschweißen erfolgen. Grundsätzlich sind auch andere Schweißverfahren einsetzbar, z. B. Elektrogasschweißen, Unterpulver-Engspaltschweißen, Alumino-Thermit-

Schweißen, Laserstrahlschweißen . Im Falle des Gießschmelzschweißens erfolgt dieses vorzugsweise mit Flankenvorwarmung auf Schmiedetemperatur bis Sol id us-Temperatur und bedarfsweiser temporärer Verzunderungsbe- schichtung der Nahtflanken. Darauf wird im Einzelnen noch eingegangen.

Im Falle des Elektroschlackeschweißens können die Schweißungen bereits mit Hilfe von vier oder mehr (z. B. sechs) handelsüblichen oder leicht modifizierten UP-Schweißstromquellen mit ggf. erhöhter Lehrlaufspannung und etwa vier bis achtzehn, z. B. zwölf bis achtzehn Drahtfödereinheiten erfolgreich durchgeführt werden. Alternativ können Bandelektroden eingesetzt werden. Die Investitionskosten für die schweißtechnische Ausrüstung sind verhältnismäßig niedrig. Unter Berücksichtigung der erforderlichen Schweißzeiten und des elektrischen Leistungsbedarfes kann insgesamt wirtschaftlich gearbeitet werden. Insbesondere die Sondereinzelkosten für die Herstellung einer Gießform entfallen vollständig, so dass das beschriebene Verfahren insgesamt sehr wirtschaftlich ist. Es können geschmiedete hohle Rohlinge z. B. Druckbehältermäntel mit größeren Abmessungen und höheren Fertiggewichten auf den verfügbaren Schmiedeanlagen hergestellt werden. Die Investitionskosten für neue größere Schmiedeanlagen können auf ein wirtschaftlich vernünftiges Maß beschränkt werden.

Wie bereits erläutert, besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, als Schweißverfahren das Gießschmelzschweißen einzusetzen. Das Gießschmelzschweißen bietet sich insbesondere dort an, wo aufgrund der technologischen Prozesskette ohnehin Flüssigstahl in ausreichender Menge zur Verfügung steht, d. h. insbesondere in Stahlwerken, in Freiformschmieden mit eigener Ingotherstellung, in Gießereien etc. Optional kann Flüssigstahl an beliebigen Orten, z. B. auch auf Baustellen, in größeren Mengen ohne Zusatzenergie mit

H ilfe des bekannten Aluthermitverfahrens erzeugt werden . Bei der Gieß- schmelzschweißung wird vorzugsweise darauf geachtet, dass die Oberflächen frei von Verunreinigungen und frei von Oxidschichten und Zunder sind. Die Oberflächenschicht der zu fügenden Bauteile wird durch den Kontakt mit dem Flüssigstahl kurzzeitig über die Solidus-Temperatur erhitzt und dadurch zumindest leicht angeschmolzen, bevor die anschließende Erstarrung des Flüssigstahls einsetzt. Bei der Erstarrung entsteht dann eine stoffschlüssige Verbindung. Es ist grundsätzlich zweckmäßig, für das Gießschmelzschweißen Flüssigstahl mit einer Temperatur von mindestens 2400 °C zu erzeugen, z. B. durch das Aluthermitverfahren. Dabei wird durch aluminothermische Reaktionen in einem Schmelztiegel Flüssigstahl mit solchen Temperaturen erzeugt. Infolge der erheblichen Überhitzung des Flüssigstahls über die Solidus-Temperatur des zu fügenden Materials reicht dessen Wärmeenergie aus, um die Nahtflanken im Kontakt mit dem Flüssigstahl sicher aufzuschmelzen. Dennoch ist es in der Regel zweckmäßig, auch bei der Verwendung von Flüssigstahl mit so hohen Temperaturen die zu fügenden Bereiche bzw. Stoßstellen und folglich Nahtflanken vorzuwärmen, z. B. auf Temperaturen von zumindest 800 °C, z. B. 900 °C oder mehr.

Sofern der Flüssigstahl nicht durch das Aluthermitverfahren hergestellt wird, sondern falls beispielsweise Flüssigstahl aus Stahlwerken oder Gießereien verwendet wird , so weist d ieser Flüssigstah l übl icherweise n iedrigere Temperaturen von lediglich ca. 1550 bis 1650 °C aus. Er ist folglich nur leicht über die Solidus-Temperatur überhitzt. Diese geringe Temperaturdifferenz zum Schmelzpunkt reicht in der Regel nicht aus, um die Nahtflanken beim Kontakt mit Flüssigstahl von Raumtemperatur auf Schmelztemperatur zu erwärmen. Um

Bindefehler, die bei zu niedrigen Temperaturen ggf. auftreten können, zu vermeiden, wird die Natflanke bzw. werden die Nahtflanken vorzugsweise vorgewärmt. Die Vorwärmung erfolgt in der Regel unmittelbar vor dem Kontakt mit dem Flüssigstahl frei von Oxiden und bereits auf eine ausreichend hohe Temperatur. Sofern folglich mit nur leicht überhitztem Flüssigstahl gearbeitet wird, ist in der Regel eine höhere Vorwärmung zweckmäßig, als bei der Verwendung von stark überhitztem Flüssigstahl, der beispielsweise durch das Aluthermitverfahren erzeugt wurde. Bei dem ledigl ich gering überhitzten Flüssigstahl erfolgt vorzugsweise eine Vorwärmung auf zum indest 1000°, vorzugsweise zumindest 1 100°, z. B. 1 150 bis 1250 °C. Im Übrigen ist es zweckmäßig, die Entstehung von dicken Zunderschichten auf den Nahtflanken während des Erwärmungsvorganges zu vermeiden . Denn im Falle solcher Zunderschichten müssen diese ebenfalls aufgeschmolzen werden, so dass für das Aufschmelzen der Zunderschicht durch den überhitzten Flüssigstahl un- nötige Wärmeenergie verbraucht wird. Wird folglich die Bildung von Zunderschichten vermieden, so kann die Wärmeenergie effektiv für das Anschmelzen der Nahtflanke zur Verfügung stehen.

Die Nahtflankenvorwärmung kann mit verschiedenen geeigneten Mitteln erfol- gen . Bei der Herstellung von HF-längsnahtgeschweißten Rohren werden die Nahtflanken innerhalb kürzester Zeit bis in eine Tiefe von wenigen 1 /10 mm induktiv bis knapp unter die Schmelztemperatur aufgeheizt. Die Aufheizung erfolgt so schnell, dass keine beeinträchtigende Zunderschicht entstehen kann. Die Erwärmung der Nahtflanken mit flachbauenden, wassergekühlten Hoch- frequenz-lnduktionsspulen ist ebenfalls anwendbar. In Schmiedebetrieben stehen im Übrigen von Hause aus Schmiedeöfen zur Verfügung, welche die kompletten Bauteile einschließlich der Nahtflanken bis auf Schmiedetemperatur, d. h. bis auf ca. 1250 °C erwärmen können.

Um die Ausbildung dicker Zunderschichten auf der Oberfläche und damit auch auf den Nahtflanken zu vermeiden, können geeignete Gegenmittel verwendet werden, die beispielsweise aus der Schmiedeindustrie für luftfah technische Anwendungen bekannt sind . So können die Bauteile m it einem Glaslack beschichtet werden. Der Glaslack schmilzt während der Erwärmung und bildet eine dichte Schicht aus viskosem Borosilikatglas. Diese Schicht aus Borosilikat- glas unterbindet unter anderem den Zutritt von Luftsauerstoff und verhindert damit d ie Verzunderung . In ähnl icher Weise können Methoden aus dem Bereich des Hartlötens verwendet werden, um Oxide während der Erwärmung durch das Auftragen von Flussmitteln zu beseitigen und deren Neubildung und damit auch die Entstehung von Zunderschichten zu unterdrücken.

Es wurde bereits erwähnt, dass ggf. vorliegende Unregelmäßigkeiten in der Korngröße u nd der Kornorientieru ng nach dem Schweißen d urch eine anschließende Warmumformung mit Wärmenachbehandlung und die damit einhergehende Gefügerekristallisation vollständig eliminiert werden können . Optional können die gewünschten Effekte unter Verzicht auf eine Warmumformung durch eine Glühung, z. B. eine einfache oder doppelte Normali- sierungsglühung nach dem Schweißen erreicht werden.

So besteht zunächst einmal die Möglichkeit, ein feinkörniges Gefüge durch eine Normalisierungsglühung zu erzeugen. Bei umwandlungsfähigen Stählen, die bei höheren Temperaturen ein austenitisches und bei niedrigeren Tempera- turen ein feritisch-perlitisches und/oder bainitisch-martensitisches Gefüge aufweisen , tritt bei Erwärmung über d ie Austen itisieru ngstemperatur eine Rekristallisation ein. Dabei sind mehrere aufeinander abgestimmte, nacheinander ausgeführte Normalisierungsglühungen möglich, bei denen die erste

Normalisierungsglühung z. B. den Wandkern und die nachfolgenden Normali- sierungsglühungen d ie äu ßeren Wandzonen rekristall isieren . Sofern die Gefügerekristallisation im gesamten Bauteil durch eine Normalisierungsglühung erzwungen werden kann, kann auf eine anschließende thermomechanische Warmumformung verzichtet werden.

Alternativ besteht jedoch d ie Mögl ich keit, ein fein körn iges Gefüge durch thermomechanische Warmumformung zu erzeugen. Dieses ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn eine komplette Gefügerekristallisation des Werk- Stückes durch eine Normalisierungsglühung nicht möglich ist. Dieses kann beispielsweise bei perlitarmen Feinkornbaustählen, so genannten TM-Stählen, bei umwandlungsfreien austenitischen Stählen, bei Nickelbasislegierungen und bei anderen Legierungen der Fall sein. Dort kann jedoch die Gefügerekristallisation durch eine thermomechanische Umformung erzwungen werden. Das bedeutet, dass eine Warmumformung mit einem bestimmten Mindest- umformgrad mit einer bestimmten maximalen Umformgeschwindigkeit oberhalb der Rekristallisationstemperatur durchgeführt wird. Das einzuhaltende Temperaturfenster liegt dabei üblicherweise oberhalb der 0,4-fachen Schmelztemperatur.

Vor diesem Hintergrund sind ausreichende Verschmiedungsgrade erforderlich. Bei einer thermomechanischen Warmumformung sollte folglich der Bereich zu kleiner Verschmiedungsgrade von z. B. weniger als 1 ,2 vermieden werden, es sei denn die anschließende Gefügerekristallisation wird durch eine zusätzliche Normalisierungsglühung herbeigeführt. Die untere Rekristallisationstemperatur liegt bei dem Mindestverschmiedungsgrad von 1 ,2 bei etwa 500 °C. Sie wird während der thermomechanischen Warmumformung überschritten.

Es liegt im Übrigen im Rahmen der Erfindung, wenn vor einer Warmumformung und/oder vor einer Normalisierungsglühung eine Diffusionsgluhung erfolgt, um Mikroseigerungen zu vermeiden. Eine solche Diffusionsglühung kann bei einer Glühtemperatur von ca. 1000 bis 1300 °C erfolgen . Auf diese Weise können beispielsweise Mittenseigerungen vermieden werden.

Insgesamt wird durch die beschriebenen Maßnahmen ein feinkörniges Gefüge nach dem Schweißen gewährleistet. Alternativ oder ergänzend kann bereits beim Schweißen eine Kornvergröberung vermieden werden.

Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Herstellungsverfahrens besteht darin, dass nach jedem überschaubaren Zwischenschritt bei der Herstellung des Hohlkörpers eine Zwischenprüfung erfolgen kann, bei der Fehler rechtzeitig erkannt und mit geringstmöglichem Zeit- und Kostenaufwand korrigiert werden können. Das Herstellungsrisiko wird minimiert, die Gefügequalität optimiert.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, wenn die aus den Stahlblechen geschnittenen Blechstreifen anschl ießend unmittelbar ohne weitere spanabhebende Bearbeitung zu den Mantelsegmenten zusammengefügt werden . Ebenso können die einzelnen Mantelsegmente ohne weitere spanabhebende Bearbeitung zu dem hohlen Rohling miteinander verschweißt werden. Es kann jedoch zweckmäßig sein, die Blechstreifen und/oder die Mantelsegmente, insbesondere im Bereich der Schmalflächen bzw. Stoßflächen, vor dem Verschweißen einer spanabhebenden Bearbeitung zu unterziehen. Dieses kann insbesondere dann zweckmäßig sein, wenn nicht ein zylindrischer, sondern ein konischer Hohlkörper gefertigt werden soll . Dann ist es zweckmäßig, die Blechstreifen und/oder die Mantelsegmente im Bereich der Schmalflächen oder Stoßflächen in geeigneter Weise zuzuschneiden, so dass sich die einzelnen Blechstreifen

bzw. Mantelsegmente zu kon ischen hohlen Rohlingen zusammensetzen lassen. In ähnlicher Weise besteht die Möglichkeit, durch spanabhebende Bearbeitung der Blechstreifen, der Mantelsegmente und/oder der Rohlinge aus diesen Rohlingen Rohlingabschnitte mit "schrägen Stirnflächen" zu schaffen, so dass mehrere derartige Rohl ingabschn itte zu einem bogenförmigen oder wendeiförmigen Rohling zusammengesetzt werden können, der anschließend durch Umformung und/oder spanabhebende Bearbeitung zu einem gekrümmten Hohlkörper, z. B. Rohrbogen verarbeitet wird . So lassen sich Rohrbögen mit großer Wandstärke und großem Durchmesser wirtschaftlich herstellen. Aber auch gerade Rohrstücke für Rohrleitungen hoher Wandstärke lassen sich im Rahmen der Erfindung wirtschaftlich herstellen.

Wie beschrieben eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren u . a. für die Herstellung von konischen oder zylindrischen Mantelschüssen und folglich Mantelabschnitten eines Großbehälters, z. B. Druckbehälters, Reaktorbehälters oder Reaktordruckbehälters. Alternativ lassen sich im Rahmen der Erfindung aber auch Presszylinder für eine Presse herstellen. Ferner können - wie beschrieben - Rohrstücke für Rohrleitungen und z. B. auch Rohrbögen hergestellt werden. Optional können nicht nur Rohrbögen, sondern auch wendeiförmige Rohlinge hergestellt werden. So können mechanisch hoch belastbare, vergütete Rohrwendeln zur Verwendung als elastische Federelemente für unterschiedlichste technische Anwendungen im Bauwesen und im Schwermaschinenbau hergestellt werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass der hohle Rohling und/oder der aus dem hohlen Rohling durch Umformung und/oder spanabhebende Bearbeitung gefertigte Hohlkörper eine Wandstärke von mehr als 200 mm aufweist. So lassen sich z. B. Rohrleitungen mit hoher Wandstärke von z. B. 200 mm und

mehr, vorzugsweise 400 mm und mehr, herstellen. Der Innendurchmesser des hohlen Rohlings und/oder des gefertigten Hohlkörpers beträgt vorzugsweise mehr als 1 .000 mm, besonders bevorzugt mehr als 2.000 mm. So lassen sich beispielsweise Rohrstücke mit hoher Wandstärke und großen Innendurch- messer herstellen. Bei der Herstellung von Mantelabschnitten für Großbehälter können Wandstärke und/oder Innendurchmesser noch deutlich größer sein.

Im Rahmen der Erfindung kommt der Herstellung des hohlen Rohlings, welcher anschließend durch Umformung und/oder spanabhebende Bearbeitung zu dem Hohlkörper gefertigt wird, besondere Bedeutung zu. Die Herstellung des hohlen Rohlings, z. B. des Hohlingots wird im Rahmen der Erfindung folglich auch selbstständig unter Schutz gestellt. Die Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zum Herstellen eines hohlen Rohlings als Schmiedeblock (und folglich Ingot) für die Herstellung eines zylindrischen oder konischen Hohl- körpers in der beschriebenen Art und Weise.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand ein lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 a bis g die Herstellung eines zyl indrischen Hohl körpers aus Stahl in mehreren Verfahrensschritten,

Fig. 2a, b d ie Herstellung eines konischen Hohlkörpers aus Stahl in mehreren Verfahrensschritten und

Fig. 3a bis c die Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers als Presszylinder für eine Presse,

Fig. 4a bis c die Herstellung eines gekrümmten Rohrbogens,

Fig. 5 eine erfindungsgemäß hergestellte Rohrwendel. Das in den Fig . 1 a bis 1 g dargestellte Ausfüh rungsbeispiel betrifft d ie Herstellung eines zylindrischen Hohlkörpers, z. B. eines Mantelschusses für einen Druckbehälter aus Stahl. Ausgangspunkt für die Herstellung ist ein warmgewalztes Stahlblech 1 , welches z. B. eine Dicke D1 von etwa 150 bis 300 mm aufweisen kann. In Fig. 1 a ist erkennbar, dass dieses Stahlblech 1 zunächst durch thermisches Trennen zu Blechstreifen 2 aufgetrennt wird. Aus dem Stahlblech 1 werden folglich mehrere ebene Blechstreifen 2 geschnitten. Die einzelnen Schnitte 3 verlaufen dabei unter einem vorgegebenen Winkel schräg zur Oberfläche des Stahlbleches 1 . Es ist in Fig. 1 a bereits erkennbar, dass die einzelnen Blechstreifen 2 zwar dieselbe Dicke, jedoch eine unterschiedliche Breite aufweisen.

Aus den in Fig. 1 a dargestellten drei Blechstreifen wird dann in einem nächsten Verfahrensschritt das in Fig. 1 b dargestellte Mantelsegment 4 hergestellt. Die drei einzel nen Blechstreifen 2 werden fläch ig zu dem mehrsch ichtigen Mantelsegment 4 miteinander verschweißt. Die Schweißverbindungen 5 sind in Fig. 1 b lediglich angedeutet.

In der beschriebenen Weise werden nun mehrere Mantelsegmente 4 hergestellt. Jeweils zwei Mantelsegmente 4 werden dann gemäß Fig. 1 c miteinander verschweißt. Die Schweißverbindung 6 im Bereich der Stoßflächen ist ebenfalls lediglich angedeutet. Eine vergleichende Betrachtung der Fig. 1 c und 1 d macht deutlich, dass anschließend die beiden paarweisen miteinander verschweißten Mantelsegmente 4 mit zwei ebenfalls paarweise miteinander verschweißten

Mantelsegmenten 4 verschweißt werden . Diese Vorgehensweise wird fortgesetzt, bis aus den einzelnen Mantelsegmenten 4 der in Fig. 1 e dargestellte hohle Rohling 7 entsteht. Es ist erkennbar, dass es sich um einen im Querschnitt mehreckigen, nämlich im Ausführungsbeispiel zwölfeckigen Rohling 7 handelt.

Aus diesem hohlen Rohling 7 wird dann durch Umformung und/oder spanabhebende Bearbeitung der gewünschte zylindrische Hohlkörper 8 gefertigt, der in Fig. 1 g dargestellt ist. Es kann sich insbesondere um einen Mantelschuss 8 für einen Druckbehälter, z. B. Reaktordruckbehälter handeln . Dabei besteht grundsätzlich die Möglichkeit, den Rohling 7 gemäß Fig. 1 e unmittelbar durch Warmumformung, z. B. Schmieden in den Fig. 1 g dargestellten Hohlkörper 8 umzuformen. Es ist jedoch in Fig. 1f angedeutet, dass auch die Möglichkeit besteht, den Rohling 7 zunächst z. B. durch spanabhebende Verarbeitung vorzubereiten, d. h. die Vorform 8' herzustellen, aus der dann z. B. durch Schmieden der Hohlkörper 8 erzeugt wird. Dieser Zwischenschritt gemäß Fig. 1f bietet sich insbesondere an, wenn der Hohlkörper 8 aus der Vorform 8' durch Ringwalzen gefertigt werden soll. Der in Fig. 1 e dargestellte hohle Rohling 7 bzw. die Vorform 8' gemäß Fig. 1 f bilden folglich einen Schmiedeblock bzw. Hohlingot für ein Schmiedeverfahren. Der Hohlingot wird folglich nicht - wie beim Stand der Technik - im Wege des Gießens aus Stahlguss hergestellt, sondern bildet gleichsam eine Schweißkonstruktion aus einer Vielzahl von Stahlblechstreifen.

Die Fig. 2a und 2b zeigen, dass sich auf die in den Fig. 1 a bis g beschriebene Weise nicht nur zylindrische Rohlinge 7 und folglich auch zylindrische Hohlkörper 8 herstellen lassen, sondern auch konische Rohlinge 7, z. B. konische

Hohlingots, die anschließend im Wege der Warmumformung zu konischen Hohlkörpern 8 umgeformt werden . Solche kon ischen Hohlkörper 8 finden beispielsweise als Reduzierstück Anwendung. Die Herstellung ist vergleichbar mit der in Fig. 1 a bis g dargestellten Vorgehensweise. Um den in den Fig. 2a bzw. 2b dargestellten Rohling 7 herzustellen, ist es jedoch zweckmäßig, die einzelnen Blechstreifen 2 bzw. Mantelsegmente 4 in einem weiteren Zwischenschritt durch eine spanabhebende Bearbeitung bzw. durch thermisches Trennen passgenau zuzuschneiden, damit sich die einzelnen Mantelsegmente 4 anschließend zu dem im Wesentlichen konischen Rohling 7 zusam- menfügen. Der in Fig. 2a dargestellte Rohling 7 kann dann wie beschrieben im Wege der spanabhebenden Bearbeitung und/oder Warmumformung weiterverarbeitet werden. Es besteht die Möglichkeit, den in Fig . 2b dargestellten Hohlkörper 8 als Reduzierstück zu verwenden oder diesen noch durch (weitere) Umformung, z. B. Warmumformung , weiter zu verarbeiten , z. B . um d ie Wandstärke zu reduzieren, ähnlich wie dieses in Fig. 1f und 1 g dargestellt ist.

Alternativ lassen sich in der beschriebenen Weise auch "kompliziert geformte" Gegenstände, z. B. Presszylinder 8 für eine hydraulische Presse herstellen. Dazu wird auf die Fig . 3a bis c verwiesen . Auch bei dieser Ausgestaltung werden zunächst aus Stahlblechen 1 mehrere Blechstreifen 2, 2' geschnitten. In Fig. 3a ist jedoch angedeutet, dass es zweckmäßig sein kann, Blechstreifen 2, 2' unterschiedlicher Dicke und Länge herzustellen. So ist erkennbar, dass einerseits Blechstreifen 2 mit größerer Dicke und andererseits Blechstreifen 2' eingesetzt werden. Die einzelnen Blechstreifen 2, 2' werden wiederum flächig zu einem Mantelsegment 4 miteinander verschweißt. Die einzelnen Mantelsegmente 4 werden dann gemäß Fig. 3b zu dem hohlen Rohling 7 verschweißt, der bereits die typische stufenförmige Zylinderform für einen Hydraulikzylinder einer großen Pressenanlage erkennen lässt. Anschließend kann aus dem

hohlen Rohling 7 gemäß Fig. 3b dann in einem weiteren Verfahrensschritt der hohle Körper 8 und folglich der Zyl inder 8 hergestellt werden . In d iesem Ausführungsbeispiel erfolgt die dargestellte Weiterverarbeitung in der Regel durch eine spanabhebende Bearbeitung . Alternativ oder ergänzend kann jedoch auch hier eine Warmumformung, z. B. eine Verschmiedung, zweckmäßig sein.

Ferner besteht die Möglichkeit, im Rahmen der Erfindung gekrümmte Rohlinge 7 und daraus dann gekrümmte Hohlkörper und folglich Rohrbögen 8 herzu- stellen. Dazu wird auf eine vergleichende Betrachtung der Fig. 4a, 4b und 4c verwiesen. Zunächst wird in der beschriebenen Weise aus einer Vielzahl von Blechstreifen 2 und folglich einer Vielzahl von Mantelsegmenten 4 ein Rohling bzw. Rohlingabschnitt 7' hergestellt. Dazu kann zunächst ein Rohling 7 hergestellt werden, wie er z. B. in Fig. 1 e dargestellt ist. Durch eine spanabhebende Bearbeitung an den Stirnflächen kann dann aus diesem in Fig. 1 e dargestellten Rohling 7 der in Fig . 4a dargestellte Rohlingabschnitt 7' hergestellt werden. Mehrere solcher Rohlingabschnitte 7' können dann zu einem gekrümmten Rohling 7 zusammengesetzt werden. Dieses ergibt sich aus einer vergleichenden Betrachtung der Fig . 4a und 4b. Anschließend lässt sich der Rohling 7 gemäß Fig. 4b dann durch spanabhebende Bearbeitung und/oder Umformung weiterverarbeiten zu dem in Fig. 4c dargestellten Hohlkörper 8, welcher einen dickwandigen Rohrbogen mit großem Durchmesser bildet.

Optional besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, einen wendel- förmigen Rohling und daraus einen wendeiförmigen Hohlkörper herzustellen. Ein solcher ist beispielhaft in Fig. 5 dargestellt. Die Herstellung erfolgt ebenfalls aus einer Vielzahl von Mantelsegmenten, so wie dieses in den Fig. 1 a bis 1f und insbesondere auch 4a bis 4c beschrieben wurde. Ähnlich wie bei der Her-

Stellung eines gekrümmten Rohlings 7 bzw. eines Rohrbogens 8 werden zunächst aus einer Vielzahl von Blechstreifen 2 und folglich einer Vielzahl von Mantelsegmenten 4 Rohlingabschnitte 7' hergestellt. Durch eine relative Winkelverdrehung der Rohlingabschnitte 7' zueinander lässt sich eine definierte Stei- gung einstellen, so dass statt eines lediglich ebenen Rohrbogens (Fig. 4) eine schraubenförmige Rohrwendel gemäß Fig. 5 entsteht. Aus dem Rohling 7 kann dann z. B. durch spanabhende Bearbeitung die in Fig. 5 dargestellte Rohrwendel 8 hergestellt werden. Die Bezugsziffern sind dabei in Fig. 5 nicht im Detail eingetragen, sie ergeben sich jedoch entsprechend aus den übrigen Figuren.