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Verfahren zum Herstellen von austenitischen Plattierungen auf ferritischen
Stählen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von austenitischen Plattierungen
auf ferritischen Stählen, insbesondere von ferritischen, nahtlosen Hohlkörpern mit
austenitischer Innenplattierung, z. B. von Rohren, Behältern, Sammlern und Kesselschüssen,
durch Warmverformen eines aus einem ferritischen Außenmantel und einem austenitischen
Innenmantel bestehenden Rohrpaares, das durch Ziehen, Walzen, Pressen, Schmieden,
Pilgern u. dgl. ausgestreckt und dabei plattiert wird.
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Für Hohlkörper dieser Art besteht im chemischen Apparate- und Rohrleitungsbau,
in der Reaktortechnik und auf weiteren Gebieten ein stark zunehmender Bedarf.
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Die Schwierigkeiten beim Herstellen dieser plattierten Hohlkörper
liegen darin, daß die durch Warmverformungsvorgänge zu plattierenden, metallischen
Oberflächen des Ferrits und des Austenits sehr sorgfältig vorbereitet werden müssen,
d. h., sie müssen bis zum Plattierungsvorgang völlig sauerstofffrei gehalten werden,
um mit Sicherheit die die Plattierung verhindernde Oxydbildung zu unterbinden.
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Aus diesem Grunde werden bekanntlich beim Herstellen von mit Austeniten
plattierten, ferritischen Blechen die zu plattierenden Oberflächen mit Nickel galvanisch
überzogen, wodurch eine Oxydation weitgehend verhindert wird. Die so vorbereiteten
Platinen werden anschließend bei Warmverformungstemperatur ausgewalzt, bei der die
Plattierung erfolgt.
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Die bekannten Spülgasverfahren verwenden die hohe Reduzierfähigkeit
z. B. von Wasserstoff und leiten diesen durch die zu plattierenden Blechpakete,
um absolut sauerstofffreie Oberflächen zu gewährleisten, damit die zu verbindenden
Oberflächen beim nachfolgenden Auswalzen erfolgreich plattieren.
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Andere bekannte Verfahren benutzen die Diffusionsfähigkeit von metallischen
Zwischenschichten, die bei Warmformgebungstemperaturen im flüssigen oder teigigen
Zustand vorliegen und kräftig sowohl in den Austenit als auch in den Ferrit hineindiffundieren.
Sie haben einen kontinuierlichen Konzentrationsübergang vom Austenit zum Ferrit
zur Folge, die zu einer guten Haftfähigkeit der Plattierung führt.
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Der Nachteil dieser bekannten Diffusionsverfahren besteht vor allem
bei der Erzeugung von nahtlosen Hohlkörpern und Rohren in der Schwierigkeit, die
diffusionsfähige Zwischenschicht zwischen die zu plattierenden Oberflächen einzubringen.
Es ist schon vorgeschlagen worden, das Außenrohr zuerst zu erwärmen, danach das
kältere Innenrohr einzufügen und anschließend beide Rohre gemeinsam bis auf Plattierungstemperatur
zu erwärmen, so daß sich das Innenrohr beim Erhitzen gegen das Außenrohr preßt.
Allen bekannten Verfahren ist der Nachteil gemeinsam, daß vor dem eigentlichen,
bei Warmformgebungstemperaturen erfolgenden Plattierungsprozeß eine sehr eingehende
Säuberung, Vorbereitung und, Vorbehandlung der zu verbindenen Oberflächen, z. B.
eine Bespülung mit reduzierenden Gasen, erforderlich ist.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, Plattierungen von
Austenit auf Ferrit vorzugsweise an nahtlosen Hohlkörpern und Rohren in einer Weise
vorzunehmen, die die oben geschilderten Nachteile vermeidet.
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Erfindungsgemäß wird zur Erzeugung eines mit Austenit innenplattierten
ferritischen, nahtlosen Hohlkörpers oder Rohres in einen auf etwa l250° C erwärmten
und in eine Matrize eingesetzten, ferritischen Block eine mit einem Boden versehene,
kalte, austenitische Rohrhülse eingepreßt. Danach wird das so entstandene Zwischenwerkstück
in bekannter Weise durch Ziehen, Walzen, Pilgern, Pressen, Schmieden u. dgl. ausgestreckt.
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Durch den Lochvorgang haben sich am Übergang von der eingepreßten,
kalten, austenitischen Hülsenoberfläche zu dem auf Warmformgebungstemperatur gebrachten,
ferritischen Block völlig neue Oberflächen gebildet, die frei von Sauerstoff sind
und daher bei der nachfolgenden Warmverformung des so geschaffenen Zwischenwerkstückes
durch Walzen, Ziehen, Pressen u. dgl. eine gute Plattierung gewährleisten.
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Voraussetzung für die Vermeidung schädlicher Oxydationseinflüsse ist
jedoch, daß die obere Stirnseite des auf Warmformgebungstemperatur gebrachten,
ferritischen
Blocks während des Erwärmens sauerstofffrei bleibt, damit nicht'von dieser durch
den Lochvorgang Zunderpartikeln zwischen die zu plattierenden Oberflächen hineingerissen
werden. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Schutz der Stirnseite vor Oxydation
durch eine vor dem Erwärmen aufzubringende Schweißpiattierung von schwer oxydierbarem,
austenitischem Werkstoff oder, was einen weit höheren Effekt zur Folge hat, von
Nickelschichten, z. B. durch Aufbringen einer Schweißplattierung einer hochnickelhaltigen
Sonderlegierung, erfolgt. Als besonders vorteilhaft für eine völlige Zunderfreiheit
der Stirnseite des zu lochenden, ferritischen Blocks während der Erwärmung auf Warmverformungstemperatur
im Glühofen hat sich eine auf die Stirnseite des Blocks gesetzte Haube erwiesen,
durch die brausenärtig inerte Gase, z. B. Argon, mit leichtem Überdruck gespült
wird.- Um völlig sicherzugehen, können beide Verfahrensweisen zusammen angewendet
werden, d. h. also, man schweißplattiert die Stirnseite z. B. mit einer hochnickelhaltigen
Sonderlegierung und bespült brausenartig die Stirnseite des zu lochenden Blocks
mit Argon.
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Wegen der verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten von Ferrit und Austenit
ist es erforderlich, nach dem Lochvorgang, d. h. nach dem Einpressen der kalten,
austenitischen Hülse in den auf Warmformgebungstemperatur erwärmten, ferritischen
Block, das Zwischenwerkstück sofort wieder aufzuwärmen, damit eine Abkühlung des
Zwischenwerkstückes in diesem Zustand, bei dem noch keine vollständige Plattierung
eingetreten ist, vermieden wird. Andernfalls besteht wegen der größeren Schrumpfung
des Austenits im Vergleich zum Ferrit die Gefahr einer Spaltbildung zwischen Austenit
und Ferrit, die eine Oxydation bei nachfolgender Zwischenerwärmung begünstigen würde.
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Das auf diese Weise auf Warmformgebungstemperatur erhitzte Zwischenwerkstück
wird im weiteren Verlauf des Verfahrens auf einen auf etwa 700° C erwärmten, hochhitzebeständigen
und warmfesten Dorn aufgesetzt und in Warmformgebungsverfahren, wie Walzen, Ziehen,
Pressen, Schmieden, Pilgern u. dgl., über dem- Dorn ausgestreckt. Bei diesem Verfahrensschritt
erfolgt die Plattierung zwischen Austenit und Ferrit.
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Es liegt im Sinne der Erfindung, daß für die Innendorne hochwarmfestes
Material verwendet wird, das auf etwa 700° C erwärmt werden kann, damit die an dem
Dorn bei der Warmformgebung anliegende, austenitische Rohrhülse nicht abkühlt und
infolge des mit sinkender Temperatur ansteigenden Verformungswiderstandes eine geringere
Streckung erfährt als der sie umgebende ferritische Block.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich vorzüglich für das Herstellen
von nahtlosen, innen mit Austenit plattierten Hohlkörpern, insbesondere von Rohren,
Behältern, Sammlern und Kesselschüssen durch Walzen, Ziehen, Pressen, Schmieden,
Pilgern u. dgl. Auch für das Herstellen von mit Austenit innenplattierten Rohren
kleinerer Dimensionen auf Strangpressen ist das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil
anwendbar. Dabei wird das vorgelochte Zwischenwerkstück aus Austenit und Ferrit
nach Zwischenerwärmung in die Matrize einer Strangpresse eingesetzt und nach Durchstoßen
des Bodens durch den Lochstempel der Strangpresse zu einem Rohr ausgestreckt. Schließlich
eignet sich das Verfahren gemäß der Erfindung auch für die Erzeugung von Blechen
oder von Profilen, die mit Austenit plattiert werden sollen. Erfindungsgemäß kann
beim Plattieren von Blechen so gearbeitet werden, daß z. B. zur Erzeugung von jeweils
zwei mit Austenit plattierten, ferritischen Blechen zwei zusammengelegte, kalte
Austenitbleche, die gegeneinander durch eine Trennschicht, z. B. Kalkmilch od. dgL,
gegen Verschweißen isoliert werden, in Kantenstellung, in eine auf etwa 1250° C
erwärmte, in einer Matrize befindliche, ferritische Bramme hineingedrückt und nach
Zwischenerwärmung anschließend zusammen mit der Bramme ausgewalzt werden. Die durch
Kalkmilch od. dgl. getrennten Austenitflächen lassen sich abheben, und nach Beseitigung
der ferritischen Blechsäume erhält man zwei mit Austenit plattierte, ferritische
Bleche.
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Es liegt weiter im Rahmen der Erfindung, daß alle nur möglichen Profile,
die als austenitische "Plattierungen innen oder außen aufgebracht werden sollen,
in auf Warmformgebungstemperatur erhitzte, ferritische Blöcke eingepreßt und durch
Warmverformung mittels Walzen, Pressen, Schmieden od. dgl. fertig plattiert werden.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Verfahrens schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Aufriß durch Dorn, Rohrhülse,
Block und Matrize im Schnitt zum Herstellen eines plattierten Rohres, F i g. 2 eine
Hälfte der Draufsicht von F i g. 1, F i g. 3 eine perspektivische Ansicht für die
Anwendung des Verfahrens zum Herstellen von plattierten Blechen.
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In F i g. 1 nimmt bei Beginn des Einpressens die Matrize 1 den ferritischen
Block 2 auf, der vorzugsweise eine vielkantige Außenform besitzt. Der Block ist
an der Stirnseite mit einer Schutzschicht 3 versehen. Der Lochdorn 4, der in entsprechender
Höhe mit einem Bund 5 versehen ist, preßt die austenitische Rohrhülse 6 in den Block
2 hinein. Der Bund 5 erzeugt auf der offenen Seite der Rohrhülse 6 zusätzliche Druckkräfte,
so daß vermieden wird, daß der Boden der Rohrhülse beim Einpressen abreißt.
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In F i g. 3 werden die austenitischen Bleche 7 und 8, die eine trennende
Zwischenschicht 9 haben, in die ferritische Bramme 10 hineingedrückt. Hierzu gehören
wiederum eine nicht gezeigte Matrize, ein Druckstempel und gegebenenfalls seitliche
Führungen für die Bleche.
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Erfindungsgemäß wird der erhitzte Block 2 in die Matrize 1 eingeführt
und die kalte Rohrhülse 6 mit Hilfe des Lochdorns 4 so in den Block eingepreßt,
daß sich vollkommen neue Oberflächen bilden. Dieses Zwischenwerkstück wird unmittelbar
darauf auf Warmformgebungstemperatur gebracht und ausgestreckt. In gleichem Sinne
erfolgt das Plattieren von Blechen nach F i g. 3.