专利名称：用于制造具有小棱角半径的热轧空心型材的方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于制造由钢构成的热轧空心型材的方法。此外本发明还涉及一种按照权利要求5所述的按所述方法制造的空心型材以及一种按照权利要求6所述的这样的空心型材的应用。在此特别涉及不同于圆形的空心型材，如例如按照标准EN 10210-2热制的空心型材。
背景技术：
作为MSH 型材已知的热轧空心型材可以不仅由冷制的纵向焊缝焊接的而且由热制的无缝的具有基本上圆形的原始横截面的管料制造。在使用冷制的纵向焊缝焊接的管料时，首先由一个成型成开口管的钢带通常借助 HFI焊接制造一个圆管，将该圆管在加热到成型温度以后在相应的型材轧机机架中热轧成一个空心型材。在使用热制的无缝的管料时，将这些管料或是以相同的热度或是重新加热到轧制温度，并且紧接着利用相应的轧制成型为一个具有所要求的矩形的或正方形的横截面的空心型材。按照制成的空心型材，基本上作为结构管材除钢结构建筑的传统应用领域外还日益用于工业建筑、运动场设施、桥梁建筑和机械制造、建筑机械制造、特种制造、载货汽车制造和农业机械制造以及钢结构和高层建筑。按照环境保护和经济上的结构方式的越来越多的要求导致热轧的空心型材的发展，这些空心型材的特征在于关于所要求的平面转动惯量或阻力矩具有较小的重量或在相同的标称尺寸情况下具有较大的横截面(棱角长度X公称壁厚)并且与例如通过冷制由弯曲的薄钢板制造的空心型材相比具有明显更小的棱角半径或可见棱角。由于空心型材的棱角半径实际上是不均勻的，所以在标准EN10210-2中没有规定外面的圆角半径而是规定圆角区域的长度，以下称之为可见棱角。在空心型材中小的可见棱角的优点一方面是较大的平面转动惯量和较大的弯曲和扭转刚度，而另一方面在型材棱角区域内的连接中产生较小的焊接坡口继而产生更吸引人的外观，这在可见结构中是很重要的。此外针对待连接的横截面产生较宽的接触面，借此提高承载能力。此外当可见棱角小于壁厚时，可以将一个力至少部分地直线地导入一个平行于所述力的型材壁中，这对于静态测量是有利的。但热制的具有按标准EN 10210-2最大允许的可见棱角长度彡3.0Xt(t =壁厚) 的空心型材对于全部的应用范围不再是足够的。在这里列举例如用于高层楼房建筑的能够攀登的塔式旋臂起重机的应用范围。在这种起重机中，通过插入一些附加的塔元件，逐步地提高塔高度并继而提高起重机和吊钩高度并且因此适应继续施工进展。各塔元件由正方形的或矩形的空心型材组成，其中各垂直延伸的塔元件角型材，所谓的“角杆(Eckstiele) ”，通过一些居中设置在空心型材中的销相互连接。为了加建塔元件，采用一个沿各垂直延伸的塔元件角型材的导向支架，其中由于销连接的空间原因，各导辊必须很接近型材棱角地滚动。在可见棱角过大时，各导辊过远地在空心型材中心滚动，从而不能再通过销连接各个塔元件。对于具有较小的可见棱角的空心型材的其他的应用范围例如是将电葫芦-塔式旋臂起重机的起重臂的横梁为电葫芦滚轮保持一个较宽的支承面，或一般在受弯曲负荷的型材中，例如对于由DE 10 2007 031 142已知的由钢构成的用于高负荷的起重机轨道支承系统和由DE 10 2006 010 951已知的由钢构成的用于屋顶结构的支承系统。对于按标准EN 10210-2的热制空心型材所允许的可见棱角长度(^和C2彡3. OXt 的最大值对于上述应用范围明显地过大。为此按照标准EN 10210因此基本上规定一个 1.5Xt的值作为计算基础。至少在轧制技术上仍未办到这样减小在由冷制的焊接的或热制的无缝制造的管料构成的空心型材中的可见棱角长度，以致这些空心型材可经济地用于所描述的应用范围。因此总是寻求一种在空心型材的可轧性、轧辊的磨损与可见棱角长度之间的折衷方案， 但这仍未导致符合要求的成果。因此对于这些应用至今优先采用例如由两个L型侧边焊接在一起的空心型材，它们具有< l.OXt的很小可见棱角长度并由此明显处于用于热制的空心型材的标准预先规定之下。但这些由各个型材焊接而成的空心型材具有由焊缝引起的不均勻的材料特性的缺点并且由于焊缝内应力引起提高的变形危险并且在制造中是很耗费的。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种用于制造由焊接的或无缝制造的管料构成的具有矩形的或正方形的横截面的热轧空心型材的方法，利用该方法以简单和成本低廉的方式在空心型材的轧制技术的制造过程中也可以实现具有C1或C2 < 1. 5Xt的可见棱角长度。按照权利要求1的前序部分结合其特征部分的特征达到所述目的。有利的进一步构成以及利用该方法制造的空心型材是诸从属权利要求的主题。按照本发明的教导，为了达到所述目的，采用一种方法，其中对于一个预定的型材横截面，待插入型材轧机中的管料关于至今按标准使用的公称外径具有一个加大的直径， 该直径由管料的待达到的减缩率和待达到的空心型材尺寸求得，其中待达到的减缩率处在-2. 0%至-13%的范围内并且按照以下公式求得减缩率] = [(2 X (H+B))-3i XD] X 100% /[2 X (H+B)]在广泛的实验的范围内令人惊喜地证实，在轧辊的预定的孔型情况下使用一个相对标准管料直径加大的管料直径导致在棱角区域内明显改善的孔型充满，因而可以实现明显较小的可见棱角。通过相应选择管料或管料直径的减缩率，现在不仅可以实现< 1. 5Xt的可见棱角长度而且甚至还可以实现< 1. 0X t或< 0. 6X t的可见棱角长度。不过如实验已表明的那样，在与标准管料直径相比过大的管料直径亦即过大的减缩率时，轧卡的危险上升，在轧卡时，通过轧制驱动的待成型的管材在轧机机架中已在离开成型区之前就不再得到进给并且卡在轧机机架中。此外在一定的管料直径以上存在的危险是，材料进入辊缝中并因此产生必须在补加工序中费力地去除的毛刺或凸起部。在与标准管料直径相比过小的管料直径亦即过小的减缩率时，孔型充满在半径区域内是不足够的并且不产生足够小的可见棱角。为此通过维持所需要的减缩率为管料直径按照本发明的加大规定较窄的极限，其中已证明有利的是，对于可见棱角长度< l.OXt，减缩率为-2. 2%至-4.0%，而对于可见棱角长度彡0. 6Xt，减缩率为< -4. 0%。在本发明的一种有利的进一步构成中，与使用一种标准管料直径相比，甚至不需要在轧辊的定径方面进行改变就可以达到这些数值。按照本发明方法的优点在于，与由各个型材焊接在一起的空心型材相比，从现在起还可以将可很经济地制造的热轧空心型材用于由于至今过大的可见棱角长度而不可在那里使用的那些应用范围。
具体实施例方式以下各实例说明本发明的作用方式。客户要求按EN 10210-2，C1 或 C2 彡 l.OXt。实例1
空心型材的要求尺寸(HxBxt): 220x220x16mm 热管料的周长(U):889.07mm
算出的减缩率
测得的可见棱角长度C1或C2: 求得的系数CVt或C2/t:
-1.02 21mm
21/16=1.3 (不满足)实例2
空心型材的要求尺寸(HxBxt) 热管料的周长(U): 算出的减缩率
测得的可见棱角长度C1或C2: 求得的系数CVt或C2/t:
220x220x16mm
907.92mm
-3.08
14mm
14/16=0.9 (满足)实例3 空心型材的要求尺寸(HxBxt):220x220x16mm
热管料的周长(U):927.43mm
减缩率-5.11%
测得的可见棱角长度C1或C2:9mm
求得的系数CVt或C2/t:9/16=0.6 (满足)下面借助一个剖视图更详细地描述一个针对使用按照本发明的空心型材的应用实例。在唯一的附图
中示出一个塔式旋臂起重机的一个塔元件的一部分，其中按照本发明制成的具有小的可见棱角的空心型材用作为结构元件。塔元件的空心型材1构成为垂直延伸的塔元件角型材“角杆”。空心型材的可见棱角用C1和C2进行标记。借助一个居中地穿过空心型材1的相对置的侧边的销2实现与待加建的塔元件的连接，该销将下面的塔元件的塔元件角型材与安装在其上的塔元件的塔元件角型材连接。空心型材1在销连接的区域内设有加强板4、4'并且通过开口销3、3'防止销2 松脱。为了加建塔元件，采用一个沿垂直延伸的塔元件角型材的导向支架5，其中由于销连接的空间原因，各导辊6、6'必须很接近型材棱角地滚动。现在利用按照本发明制成的热轧空心型材由于很小的可见棱角长度而可以无困难地实现该导向支架。附图标记清单
编号标记名称
1空心型材
2销
3、3'开口销
4、4'加强板
5导向支架
6、6'导辊
H、B空心型材的棱角长度(高度、宽度)，mm
D轧制开始前热管料的直径，mm
U轧制开始前热管料的周长，mm
t壁厚，mm
C” C2可见棱角长度，mm
权利要求
1.用于制造由钢构成的具有矩形的或正方形的横截面的热轧空心型材的方法，其中首先制造一个基本上圆形的通过热轧无缝制造的或冷制的具有确定的公称外径的焊接的管料，紧接着在成型温度下将所述管料成型为一个具有所要求的横截面的空心型材，并且该空心型材的可见棱角C1和C2具有一个< 1. 5 X t (t =壁厚)的数值，其特征在于，对于一个预定的型材横截面，待插入型材轧机中的管料具有一个公称外径，该公称外径由管料的待达到的减缩率和待达到的空心型材尺寸求得，其中减缩率处在-2%至-13%的范围内并且按照以下公式求得减缩率 ] = [(2X (H+B)) - π XD] X 100% /[2X (H+B)]。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，对于空心型材的可见棱角长度C1和 C2 ^ l.OXt，管料的减缩率为<-2. 2至-4%。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，对于空心型材的可见棱角长度C1和 C2彡0. 6Xt，管料的减缩率为< -4.0% O
4.按照权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，对于使用一种具有标准管料直径的管料，在维持型材辊轧的定径下实现成为一个空心型材的成型。
5.空心型材，利用按照权利要求1至4之一所述的方法的特征制造。
6.将按照权利要求5所述的空心型材用作结构元件的应用，用于工业建筑、运动场设施、桥梁建筑、机械制造、起重机制造、建筑机械制造、特种和载货汽车制造、农业机械制造以及钢结构和高层建筑。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造由钢构成的具有矩形的或正方形的横截面的热轧空心型材(1)的方法，其中首先制造一个基本上圆形的通过热轧无缝地制造的或冷制的具有确定的公称外径(D)的管料，紧接着在成型温度下将所述管材成型为一个具有所要求的横截面的空心型材(1)并且，该空心型材(1)的可见棱角(C1和C2)具有一个≤1.5×t(t＝壁厚)的数值。在此对于一个预定的型材横截面，待插入型材轧机中的管料具有一个公称外径(D)，该公称外径由管料的待达到的减缩率和待达到的空心型材尺寸求得，其中减缩率处在-2％至-13％的范围内并且按照以下公式求得减缩率R[％]＝[(2×(H+B))-π×D]×100％/[2×(H+B)]；其中D为管料的公称外径和H5B为空心型材的棱角长度(高度、宽度)。
文档编号B21D47/01GK102574191SQ201080038616
公开日2012年7月11日 申请日期2010年8月12日 优先权日2009年8月28日
发明者B·黑尔滕, N·特拉普, N·阿茨特, T·施密茨, T·米勒 申请人:V&M德国有限公司