CN1028847C - 制造有包覆层的空心工件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及将管状件一次或多次浸渍在一种熔液中,以制成用于进一步加工成有包覆层无缝钢管的包覆空心件的方法。为了制造进一步加工成其内侧有包覆层的管子所用的空心件,将一个由包覆材料制的圆柱形空心件浸在载体材料熔液中,在结晶成有足够厚度的载体层后,将它从熔液中取出,在浸渍期间保护空心件的内表面,以防熔液侵入。

Description

本发明涉及一种制造有包覆层空心件的方法,此空心件用于通过热变形或冷变形进一步加工成在其内侧有包覆层的无缝金属管,尤其是无缝钢管。
目前制造有内包覆层的无缝钢管,一般均将一个由载体材料与包覆材料组成的空心件采用挤压机使之变形为管子。此所组合式材料按下述方法制备:首先在由载体材料(例如低合金钢)制成的圆柱体中钻出轴向孔,从而形成一个空心体;然后,在此空心体中置入一个长度与之相同、内径与其相应的圆柱件,此圆柱件由包覆材料(例如高合金钢)制成,并同样钻有内孔。
将这两个套装好的空心体端面互相焊接起来,以封闭这两个空心件之间的环形间隙,以免这两个空心件的接触面在加热至挤压温度时被氧化,并保证载体材料和包覆材料之间良好地连接。
这一方法存在严重的缺点。端面的焊接是一个薄弱环节,因为在受热时该处会裂开,所以接触面还是会被氧化。此外,制备适用的有包覆的空心件费用特别高,这一方面是由于必须进行的加工(钻孔、焊接),另一方面还由于必须使用大量昂贵的包覆材料(钻孔时形成切屑和废料)。
本专利申请人已经提出了一种制造单面包覆钢板的工艺方法(DE-P3907903),其中,包覆材料以熔液的状态涂覆在基板上。为此,总是用两块基板,将它们平的侧面紧密地彼此贴靠在一起。然后将它们一起浸在包覆材料熔液中保持一定的时间,直至通过结晶在基板上形成足够的包覆层厚度为止。
但是这种将熔融状的包覆材料直接涂覆在载体材料上形成包覆层的方法,转用于制造有包覆的空心件时产生了一些困难。当将载体材料制的空心件浸入包覆材料熔液中去时,在它的内外表面均会形成包覆层。然而外表面的包覆层往往是不需要的,仅仅由于不必要地消耗了包覆材料这一点,就已经大大增加了制造成本。
为避免形成此外包覆层,可以考虑将包覆材料熔液注入载体材料制的空心件中,或为了尽量减少消耗包覆材料熔液,可以例如通过离心分离形成一 层这种材料,并使之固化。然而这种做法产生的问题是,在有包覆层的空心件进行进一步加工之前,由于热膨胀或热收缩的不一致,包覆层会从载体材料上脱开。
本发明的目的是介绍一种方法,用这种方法可以制造只在内侧有包覆层的空心件,并避免上述的那些缺点。
通过本发明的特征来达到这一目的,即为了制造进一步加工成其内侧有包覆层的管子所用的空心件,将一个由包覆材料制的圆柱形空心件浸在载体材料熔液中,在结晶成有足够厚度的载体层后,将它从熔液中取出,在浸渍期间保护空心件的内表面,以防熔液侵入。通过在空心件内置入的圆柱芯体来防止熔液侵入,芯体与空心件的内表面紧密贴合,结晶过程结束后将芯体从空心件中拆出。制造空心件的方法是,将由耐热材料制成并设有隔离层的杆状芯体浸在包覆材料熔液中,在结晶成有足够厚度的包覆材料层后,将它从包覆材料熔液中取出。包覆材料层的结晶和/或载体材料层的结晶均至少分成两个阶段来完成,其方式为:经过预先规定的浸渍持续时间后,将空心件从熔液中取出,并在它重新浸入此同一熔液中去以前进行中间冷却,以便使结晶层继续生长。带包覆材料的芯体,在其浸入载体材料熔液之前,要将其表面整平。在对空心件作进一步不加工前,要将结晶成的载体材料表面整平。可以用轧光辊来实现整平。在浸入包覆材料和/或载体材料的熔液中期间,用流动的冷却剂对芯体进行内部冷却。芯体取出后,在变形成管子前,要对空心件的内表面进行净化和整平。
按本发明的方案,将熔液状的载体材料涂覆在固体包覆材料的外面。因此,从一开始就保证了在内部的包覆层不会由于热收缩而与外层脱开。这是因为在任何情况下,由于外层的初始温度高,所以它的收缩量更大,实际上形成热压套装而包裹在包覆层上。用来供载体材料层结晶的圆柱形空心件,可以例如通过在冲孔压力机中使相应的工件热形来制成,并在置入载体材料的熔液前,一般均要求对其内外表面进行机械加工,以获得光洁的表面。
因此可以不切削加工或至少少切削加工并因而包覆材料少产生切屑地制造出此方法中所需用的圆柱形空心件。在浸入载体材料熔液期间,对此空心件内表面的隔离可例如利用挡盖来达到。但最好采用一个与空心件内表面紧密贴合的圆柱形芯体。若能在制造圆柱形空心件时便就已经利用此芯体,则更有其突出的优点。人们可将此芯体浸入包覆材料熔液中,并结晶成所要求的包覆材料层。在这种情况下,芯体应采用一种具有足够耐热性的材料制成,例如结构钢。耐热性的要求是,必须使芯体能在所要求的浸入熔液中的时间内,其本身不被熔化。为此,最好使冷却剂在芯体中流过,从而对芯体进行内部冷却。为了使芯体能易于从空心件内取出,在芯体外表面上必须设一有效地隔开熔液的隔离层。对于钢制芯体,可以例如设一个锈蚀层或氧化层便够用了。它阻止包覆材料和芯体材料直接连接,从而可以将芯体从空心件中取出。
若不对芯体采取特殊的冷却措施,则钢芯体在包覆材料熔液中可能的停留时间,要看它的吸热量来决定。为了能结晶成较厚的层,浸入熔液中可以分步进行,为此,总是在下一次浸入熔液前进行中间冷却。这一做法既可用在制造包覆层,亦可用于制造载体层。
若通过包覆材料和/或载体材料结晶形成的表面不规则,则还可以在材料仍处于热状态时比较方便地用轧辊来滚光。当包覆材料空心件的制造系按权利要求3所述之方法进行的,则在将空心件进一步加工成无缝管之前,要对内表面进行机械加工,以保证获得光洁的表面。在这种情况下只产生少量废料。这种进一步加工可以例如通过在热状态下挤压,或也可以通过热轧或冷却来实现。本发明的方法尤其适用于钢料,但也可应用于其它金属材料。
下面通过两个制造有内包覆层的钢管的实施例,来详细阐明本发明。
将一根由包覆材料1.4301(×5CrNi189)制成的约1米长,内径120毫米,壁厚30毫米,端头加盖封闭的管,浸入加热到高于液相温度20K的St37熔液中约25秒,然后,为了进行中间冷却至约室温,将其从熔液中取出。在浸渍期间,管的外面结晶成约22毫米厚的St37层。这一浸渍过程和紧接着的中间冷却,还要重复两次,直至形成外径总共为252毫米的空心件。空心件的外表面紧接着在热状态下用精整辊将其整平。
制造空心件时所选定的浸渍时间,一方面要使载体材料St37有最大可能的生长率,另一方面应使包覆层和载体材料之间有非常良好的连接。紧接 着按现有方法,将所制成的空心件在挤压机中热压成外径为80毫米,壁厚为10毫米,长度约为21米的无缝钢管。包覆层的厚度约2毫米,它与载体材料连接得非常好。
在第二个实施例中,应制造一个外径250毫米,内径60毫米,包覆层厚度约25毫米,长度仍约1米的空心件,并进一步将其变形为无缝管。此时,包覆部分应选用权利要求3中所述的制造方法。为此,将一根外径为60毫米,外面覆盖有氧化层的St37材料制的杆,浸入加热到高于液相温度30K的材料1.4301熔液中去。经过大约35秒浸渍时间,在杆的表面形成约17毫米厚的包覆层,然后将其从熔液中取出。经过中间冷却至约室温后,重新将杆浸入包覆材料熔液中去,使总共达到的包覆层厚度为25毫米。为此,要将浸渍时间加长至约47秒,也就是说,要到第二次生长起来的包覆层重新被局部熔化时为止,所生长的包覆层大约经35秒后达到其最大值。为取得还缺少的8毫米层厚而使浸渍时间短于35秒是不合适的,因为这会导致与第一次生长的包覆层连结得不够牢固。在实施中间冷却后,与第一个实施例中的情况相似,将此具有25毫米厚包覆层的杆浸入加热到高于液相温度20K的St37熔液中。
经过三次浸渍和中间冷却后,形成外径为236毫米的工件。为了达到所谋求的250毫米的外径,要使最后一次的浸渍时间持续为53秒。从熔液中取出和外表面完全凝固后,要在芯棒抽出机上将用作浸渍芯体的St37杆从空心件中取出。
由于在杆上有起隔离层作用的氧化层,因此在进行这一分离工作时没有什么困难。此后,在尚处于热状态下平整空心件的外表面。同样,空心件的内表面(即包覆层)也要进行使之平整和光洁的加工,以消除由于有氧化层而造成的不规则。然后,在挤压机中再使之热变形成无缝管。当外径为80毫米,内径为30毫米时,所得到的管长大于20米,包覆层厚度为1.6毫米。两层之间的连接也是非常好的。

Claims (11)

1、将管状件一次或多次浸渍在一种熔液中,以制成用于进一步加工成有包覆层无缝钢管的包覆空心件的方法,其特征为:为了制造进一步加工成其内侧有包覆层的管子所用的空心件,将一个由包覆材料制的圆柱形空心件浸在载体材料熔液中,在结晶成有足够厚度的载体层后,将它从熔液中取出,在浸渍期间保护空心件的内表面,以防熔液侵入。
2、按照权利要求1所述的方法,其特征为:通过在空心件内置入的圆柱芯体防止熔液侵入,芯体与空心件的内表面紧密贴合,结晶过程结束后将芯体从空心件拆出。
3、按照权利要求2所述之方法,其特征为:制造空心件的方法是,将由耐热材料制成并设有隔离层的杆状芯体浸在包覆材料熔液中,在结晶成有足够厚度的包覆材料层后,将它从包覆材料熔液中取出。
4、按照权利要求1所述之方法,其特征为:载体材料层的结晶至少分成两个阶段来完成,其方式为:经过预先规定的浸渍持续时间后,将空心件从熔液中取出,并在它重新浸入此同一熔液中去以前进行中间冷却,以便使结晶层继续生长。
5、按照权利要求3所述之方法,其特征为:包覆材料层的结晶和/或载体材料层的结晶均至少分成两个阶段来完成,其方式为:经过预先规定的浸渍持续时间后,将空心件从熔液中取出,并在它重新浸入此同一熔液中去以前进行中间冷却,以便使结晶层继续生长。
6、按照权利要求1或2所述的方法,其特征为:带包覆材料的芯体,在其浸入载体材料熔液之前,要将其表面整平。
7、按照权利要求6所述之方法,其特征为:用轧光辊来实现整平。
8、按照权利要求1或2所述的方法,其特征为:在对空心件作进一步加工前,要将结晶成的载体材料表面整平。
9、按照权利要求8所述之方法,其特征为:用轧光辊来实现整平。
10、按照权利要求3所述之方法,其特征为:在浸入包覆材料和/或载体材料的熔液中期间,用流动的冷却剂对芯体进行内部冷却。
11、按照权利要求3所述之方法,其特征为:芯体取出后,在变形成管子前,要对空心件的内表面净化和整平。
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