DE2159471A1 - Formkörper und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

U.S. Serial No. 100,007

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Texas Instruments Incorporated, Dallas, Texas,

U.S.A.

Formkörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Formkörper, der aus einem Mehrschichtmaterial geformt ist, das mindestens eine aus rostfreiem Stahl gebildete Schicht hat, die vorzugsweise metallurgisch mit mindestens einer aus niedergekohltem Stahl bestehenden Schicht verbunden ist.Ausserdem befasst sich die Erfindung mit einem Verfahren zu dessen Herstellung.

Die üblichen, bekannten Autoiriobilbremsrohre oder dergleichen werden dadurch hergestellt, dass ein niedergekohlter Stahlstreifen in konzentrisch angeordnete Windungen gebogen und dann diese Windungen zur Bildung einer doppelwandigen Rohrkonstruktion miteinander hartverlötet werden. Dieses bekannte Rohr wird mit niedrigen Herstellungskosten erzeugt, weil die Industrie ein weitgehend genormtes Verfahren und eine Einrichtung zur Mengenhers teilung von Rohren dieser Art entwickelt hat. In der letzten Zeit wurde nun vorgeschlagen, diese Rohre aus einem Streifen von metallischem Mehrschichtmaterial zu bilden, das eine dünne Innenschicht aus rostfreiem Stahl hat, die zwischen zwei

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relativ stärkeren Aussenschichten aus niedergekohltem Stahl angeordnet und mit diesen metallurgisch verbunden ist. Es wurde festgestellt, dass dieses Mehrschichtmaterial ohne weiteres in der Art von niedergekohltem Stahl verformt werden kann, um die gewünschte, doppelwandige Rohrkonstruktion zu erhalten. Das Mehrschichtmaterial kann ferner ohne weiteres ähnlich wie bei niedergekohltem, früher für solche Rohre verwendetem Stahl hartgelötet werden, so dass sich ein Rohr mit beträchtlich erhöhtem Widerstand gegen Korrosion, insbesondere gegen die Φ Schlagkorrosion, ergibt. Es ist jedoch erwünscht, ein derartiges Laminatmaterial so herzustellen, dass die Verformung des Materials in den gewünschten Formkörper erleichtert und die Korrosionsfestigkeit des verformten Mehrschichtmaterials entsprechend dem Ausgangsmaterial vorhanden ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Formkörper zu schaffen, bei dem das verwendete metallische Mehrschichtmaterial im wesentlichen die Korrosionsfestigkeit des Ausgangsmaterials hat. Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei dem eingangs erwähnten Formkörper dadurch gelöst, dass die Schicht aus rostfreiem Stahl im wesentlichen frei von in- ^ tergranularer Karbidausfällung ist. Diese Formkörper v/eisen einen ausgezeichneten Widerstand gegen Korrosion, insbesondere gegen die Schlagkorrosion, auf.

In günstiger Weise ist dabei der Formkörper unter Verwendung der üblichen Hartlöteinrichtung hartgelötet, um so insbesondere ein doppelwandiges Rohr zu bilden.

Gemäss der Erfindung ist ferner ein Verfahren geschaffen worden, um einen solchen Formkörper wirtschaftlich, in besonders günstiger Form und mit vorteilhaften Eigenschaften zu bilden.

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Das metallische Mehrschichtmaterial gemäss der Erfindung hat vorzugsweise eine dünne Innenschicht aus rostfreiem Stahl, die zwischen zwei relativ stärkeren Aussenschichten aus niedergekohltem Stahl angeordnet und mit diesen metallurgisch verbunden ist. Dieses MehrSchichtmaterial wird anfänglich in der üblichen Weise durch ein gemeinsames Druckwalzen der Metallschichten des Mehrschichtmaterials, vorzugsweise bei Raumtemperatur , bei erheblicher Stärkereduktion der Metallschichten verformt, um so den gewünschten metallurgischen Verbund zwischen den Metallschichten zu schaffen. Gemäss der Erfindung wird dann das Mehrschichtmaterial auf eine relativ hohe Temperatur von der Grössenordnung von 1010°C oder mehr für eine kurze Zeitdauer erwärmt, um im wesentlichen die rostfreie -Stahlschicht des Laminatmaterials zu glühen. Das Mehrschichtmaterial wird dann bei einer relativ niedrigen Temperatur von der Grössenordnung von 593°C oder weniger für eine erheblich längere Zeitdauer erwärmt. Es wurde festgestellt, dass diese letztere Wärmebehandlung wesentlich die niedergekohlten Stahlschichten des Mehrschichtkörpers erweicht und die Eigenschaften des Mehrschichtkörpers so abwandelt, dass der Mehrschichtkörper in hohem Masse verformbar ist und im wesentlichen keine Streckgrenze während der nachfolgenden Verformung des Mehrschichtkörpers aufweist. Es wurde ferner festgestellt, dass diese letztere Wärmebehandlung die Tendenz hat, eine gewisse unerwünschte Reduktion des Korrosionswiderstandes der rostfreien Stahlschicht des MehrSchichtkörpers zu erzeugen. Das sich so ergebende Mehischichtmaterial wird dann im Fall einer Rohrbildung in zwei konzentrische Windungen des Streifenmaterials verformt, so dass sich nun eine Rohrkonstruktion in der üblichen Weise ergibt. Diese Windungen des Streifenmaterials werden dann erwärmt und miteinander hartverlötet, um so aus den Windungen das gewünschte doppelwandige Rohr zu bilden. Die Erwärmung des Mehrschichtmaterials .für die Durchführung des Iiartlötvorgangs wird so eingestellt, dass im wesentlichen die

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Korrosionswiderstandseigenschaften der rostfreien Stahlschicht des Mehrschichtmaterials wiederhergestellt werden.

Es wurde hierbei festgestellt, dass die gewünschten Metallschichten metallurgisch im Mehrschichtmaterial in sicherer und wirtschaftlicher Weise miteinander verbunden werden. Die vorbeschriebene Wärmebehandlung des Mehrschichtmaterials erlaubt nun eine sehr einfache Verformung dieses Mehrschichtmaterials in den gewünschten Formkörper und wandelt die Eigenschaften der in dem Mehrschichtkörper vorhandenen Materialien so ab, dass das Mehrschichtmaterial im wesentlichen keine Streckgrenze während der Verformung des Materials in die gewünschte Endform zeigt. Weiterhin kann ein verformtes MehrSchichtmaterial in einfacher Weise und in üblicher Art hartgelötet werden, um so-.. die gebogenen Teile des Mehrschichtmaterials miteinander fest 2U verbinden und so beispielsweise die gewünschte doppelwandige Rohrkonstruktion zu erhalten. Die Wärmebehandlung, die beim Hartlötvorgang verwendet wird, dient ferner dazu, die Eigenschaften des Mehrschichtmaterials so abzuwandeln, dass im wesentlichen der anfängliche hohe Widerstand gegen Korrosion im Zusammenhang mit der rostfreien Stahlschicht des Mehrschichtkörpers wiederhergestellt wird.

Die Erfindung befasst sich im besonderen mit einem Vormaterial in Form eines Streifens aus zusammengesetztem, mehrschichtigem Metallmaterial, das eine dünne, innere Schicht aus rostfreiem Stahl aufweist, die zwischen zwei relativ dickeren, äusseren Schichten von niedergekohltem Stahl angeordnet und mit diesen metallurgisch verbunden ist. Dieser Streifen wird einer kurzen, hohen Temperaturbehandlung ausgesetzt, an die sich eine relativ viel längere Wärmebehandlung bei viel niedrigerer Temperatur anschliesst, um im wesentlichen die Streckgrenze des

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Mehrschichtmaterials zu eliminieren und die Verformbarkeit des Mehrschichtmaterials auf ein Maximum zu erhöhen, wobei eine gewisse Reduktion in den Korrosionswiderstandseigenschaften der rostfreien Stahlschicht des Laminats zugelassen wird. Der Mehrschichtstreifen kann dann ohne weiteres in zwei konzentrisch angeordnete Windungen verformt werden, während dieses Material in einem hoch verformbaren Zustand ist. Die Windungen des Streifenmaterials werden dann miteinander hartverlötet, um ein Doppelwandrohr zu schaffen. Der Hartlötvorgang wird dabei so eingestellt, dass eine vorbestimmte Wärmebehandlung des verformten Mehrschichtmaterials bewirkt wird, um im v/esentlichen die Korrosionswiderstandsmerkmale der rostfreien Stahlschicht des Laminats im fertigen Rohr wiederherzustellen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele der Erfindung enthält. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Verfahrensschritte bei der Herstellung des Mehrschichtmaterials und des Formkörpers gemäss der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitehansicht eines Streifens des Mehrschichtmaterials gemäss der Erfindung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Formkörper gemäss der Erfindung,

Fig. 4 eine Seitenansicht ähnlich Fig. 2 zur Darstellung eines Streifens des Mehrschichtmaterials, das vor der Formung mit Hartlötschichten überzogen ist,

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Fig. 5 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Spannungs-Dehnungscharakteristik des Mehrschichtmaterials gemäss Fig. 2.

Das Blockdiagrairan nach Fig. 1 zeigt die allgemeinen Verfahrensschritte, wie sie bei der Herstellung eines doppelwandigen Rohres gemäss der Erfindung vorgesehen sind. Wie bei 10 in Fig. 1 angedeutet, besteht der erste Verfahrensschritt darin, dass eine Mehrzahl von Metallschichten durch Walzen miteinander verbunden werden, um so einen metallischen Mehrschichtkörper 12 gemäss Fig. 2 zu schaffen. Dieser Mehrschichtkörpex* hat eine dünne Innenschicht 14 aus rostfreiem Stahl, die zwischen zwei relativ dickeren Aussenschichten 16 aus niedergekohltem Stahl angeordnet ist und metallurgisch mit diesen im wesentlichen auf den ganzen Zwischenflächen 18 der Schichten verbunden ist. Der Walzverbund, um solche Mehrschichtmaterialien herzustellen, ist an sich bekannt und ferner auch, dass für ein solches KaIzverbundverfahren die Streifen aus geglühtem Stahl oder dergleichen Oberflächen haben, die gereinigt werden müssen, um die verbundhindernden überzüge abzunehmen, bevor die Zwischenflächen in Berührung miteinander gebracht werden. Die sich berührenden Metallstreifen werden dann zwischen einem Paar von Druckwalzen unter erheblicher Stärkereduktion metallurgisch miteinander zur Bildung eines Mehrschichtmaterials verbunden, bei dem die Streifen die betreffenden Schichten des Mehrschichtkörpers bilden. Üblicherweise wird das sich so ergebende - Verbundmaterial einer Wärmebehandlung unterzogen, um den Verbund zwischen den Metallschichten des Mehrschichtkörpers zu verbessern und den Mehrschichtkörper spannungsfrei zu machen, worauf das Mehrschichtmaterial erneut gewalzt wird, um es auf die endgültige Stärke zu reduzieren. Derartige Walzverbundverfahren sind beispielsweise in den USA-Patentschriften 2 691 815 und 2 753 623 erläutert. Da derartige Walζverbundverfahren an

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sich bekannt sind und verschiedene übliche Walzverbundverfahren verwendet werden können, um den Mehr schichtkörper 12 gemäss der Erfindung herzustellen, wird die Bildung des Mehrschichtkörpers 12 durch den Walzverbund nicht weiter beschrieben. Es sei nur erwähnt, dass der Mehrschichtkörper 12 Schichtmaterialien wie oben beschrieben enthält, dass die Schichten metallurgisch in wesentlichen auf ihren ganzen Zwischenberührungsflächen verbunden sind und dass die Schichten des Mehr-r schichtkörpers mindestens in gewissem Umfang durch die Stärkereduktion kaltgereckt wurden, ein Vorgang der während des Walzverbundes des Mehrschichtkörpers oder während des nachfolgenden Walzens auf die endgültige Stärke eingetreten sein kann.

Gemäss der Erfindung enthält der Mehrschichtkörper 12 verschiedene übliche Stahlmaterialien. Beispielsweise kann die dünne Innenschicht 14 aus rostfreiem Stahl vorzugsweise aus einem austenitischen rostfreien Stahl, beispielsweise vom Typ 304 rostfreier Stahl, sein, dessen Zusammensetzung nach Gewicht in der Tabelle I angegeben ist, doch kann diese Innenschicht auch aus verschiedenen anderen, rostfreien Stahlsorten, beispielsweise den zusätzlich angegebenen Materialien der Tabelle I, gebildet sein.. In ähnlicher Weise sind die Aussenschichten 16 des Mehrschxchtkorpers 12 vorzugsweise aus niedergekohltem Stahl, beispielsweise vom Typ 1008, gebildet, dessen Zusammensetzung nach Gewicht in Tabelle II angegeben ist, doch können diese Aussenschichten auch aus verschiedenen anderen Stahlsorten sein, wie beispielsweise den zusätzlich angegebenen Materialien der Tabelle II. Verschiedene Arten von niedergekohltem Stahl einschliesslich besäumtem (rimmed), abgeschöpftem (capped) und aluminiumberuhigtem niedergekohltem Stahl sind für diesen Zweck geeignet. Die aus rostfreiem Stahl bestehende Innenschicht 14 des Mehrschichtkörpers 12 umfasst vorzugsweise 2 bis 25% und in besonders günstiger Weise ungerfähr 10% der gesamten Stärke des Mehrschichtkörpers. - 8 -

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NJ CD OD CO

σ co σο «ο

Typ	Kohlen stoff (max.)	Mangan	Silicium (max.)
201	0,15	5,50-7,50	1,00
202	0,15	7,50-10,00	1,00
301	0,15	2 ,00 (max.)	1,00
302	0,15	2,00 (max.)	1,00
304	0,08	2,00 (max.)	1,00
321	0,08	2,00 (max.)	1,00

Tabelle

Chrom

Nickel.

•Phosphor (max.)

l6,OOrl8,OO 3,50-5,50 0,06

17,00-19,00 4,00-6,00 0,06

16,00-18,00 6,00-8,00 0,045

17,00-19,00 8,00-10,00 0,045

18,00-20,00 8,00-12,00 0,045

17,00-19,00 9,00-12,00 0,045

Schwefel (max.)

0,030 0,030 0,030 0,030 0,030 0,030

Eisen

Rest+

Rest+

Rest

Rest

Rest

Rest+

M Μ • ΟΠΗ -J U) UI

+) Rostfreie Stähle vom Typ 201 und 202 haben nach Gewicht 25% max. Stickstoff, und rostfreier Stahl vom Typ 321 hat zusätzlich nach Gewicht ungefähr 0,40% Titan«

Tabelle

II

Typ

Kohlenstoff

Mangan Phosphor (max.)

Schwefel (^max.) Eisen

1006	ι	0,08	(max.)	0	,25	- ο,	40	0,040	0,050	Rest	,CO
1008	MJ 1	0,10	(max.)	0	,25	- ο,	50	0,040	0,050	Rest	-J
1010	0,08	- 0,13	0	,30	- ο,	60	0,040	0,050	Rest

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Gemäss der Erfindung wird der Mehrschichtkörper 12 zuerst durch Walzverbund gebildet und dann nach einem zusätzlichen Walzen auf die endgültige Stärke auf eine relativ hohe Temperatur für eine relativ kurze Zeitdauer erwärmt, um die dünne Innenschicht 14 aus rostfreiem Stahl zu glühen, wie dies schematisch bei in Fig. 1 angedeutet ist. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass der verbundene und gewalzte Mehrschichtkörper üblicherweise ungefähr eine Reduktion von 40 bis 70% in seiner Stärke seit der vorhergehenden Zwischenglühung oder Wärmebehandlung des Mehrschichtkörpers erfahren hat. Der Mehrschichtkörper wird deshalb diesem ersten Wärmebehandlungsschritt unter Glühen des rostfreien Stahls unterworfen, um die Kaltreckung des rostfreien Stahls, die während des Walzverbundes des Mehrschichtkörpers oder während der Walzreduktion des verbundenen Mehrschiebtkörpers auf die engdültige Stärke entsteht, zu entfernen. Vorzugsweise wird das Mehrschichtmaterial in einer reduzierenden Atmosphäre bei einem Temperaturbereich zwischen 1010°C bis 1121 C ungefähr eine halbe Minute bis zwei Minuten lang erwärmt, um so ein Entspannen der rostfreien Stahlschicht des Mehrschichtkörpers zu erreichen, wobei der Mehrschichtkörper durch irgendeinen üblichen und bekannten Streifenglühofen oder dergleichen zur Durchführung dieses Ausglühens hindurchgeführt werden kann. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird der Mehrschichtkörper 12 durch eine reduzierende Atmosphäre eines üblichen Streifenglühofens bei einer Temperatur im Bereich von 1010 bis 1O93°C hindurchgeführt, vorzugsweise bei einer Temperatur von ungefähr 1066°C_a Der Mehrschichtkörper hat dabei eine Aufenthaltszeit von ungefähr einer Minute im Ofen. Das erwärmte Mehrschichtmaterial wird dann vorzugsweise auf ungefähr 66°C während ungefähr einer Minute dadurch abgekühlt, dass das Material durch eine kühlende, reduzierende Atmosphäre hindurchgeschickt wird, worauf das Material dann aufgerollt wird und sich auf Raumtemperatur abkühlen kann. In diesem Zusammenhang erhält das durch den Streifenglühofen hindurchgeschickte Mehr-

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Schichtmaterial sehr reine, trockene und chemisch reduzierte Oberflächen, die die Tendenz haben, leicht zusammenzukleben. Es wird deshalb das Aufrollen des Mehrschichtkörpers 12 nach diesem Glühvorgang vorzugsweise in der üblichen Weise durchgeführt, um eine Spannung in der Rolle des Mehrschichtmaterials auf ein Minimum herabzusetzen und so ein Zusammenkleben der äusseren Flächen des Mehrschichtmaterials während der nachfolgenden Chargen-Wärmebehandlung der Rolle zu verhindern.

Wie bei 22 in Fig. 1 angedeutet, wird gemäss der Erfindung der Mehrschichtkörper 12 anschliessend einer üblichen Wärmebehandlung bei einer relativ viel niedrigeren Temperatur für eine verhältnismässig viel längere Zeitdauer unterworfen. Beispielsweise wird der Mehrschichtkörper 12, nachdem er einer Streifeng lühung wie oben beschrieben untervrorfen wurde, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 566 bis ungefähr 593 C ungefähr drei bis sechs Stunden lang in einer leicht reduzierenden Atmosphäre erwärmt, die vorzugsweise: eine Mischung aus gekracktem Stadtgas und Stickstoff oder dergleichen ist. Das Material wird dann auf Raumtemperatur innerhalb einer Zeitdauer von zwölf bis vierundzwanzig Stunden abgekühlt. Der zweite Wärmebehandlungsschritt 22 versetzt nun die niedergekohlten Stahlschichten des Merhschichtkörpers in einen geglühten und leicht verformbaren Zustand. Diese letzte Wärmebehandlung des Mehrschichtmaterials wird vorzugsweise in der üblichen Art in einem Glockenofen, Chargenglühofen oder dergleichen durchgeführt.

Bei der Bildung von Rohren aus dem Mehrschichtkörper 12, der nun wie oben beschrieben behandelt worden war, wird das wärmebehandelte Mehrschichtmaterial vorzugsweise mit relativ dünnen äusseren überzügen aus Kupfer oder anderem Hartlötmaterial versehen, wie dies schematisch bei 24 in Fig. 1 angedeutet ist .

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und fqrner auch bei 26 in Fig. 4. Vorzugsweise wird der wärme~ behandelte Mehrschichtkörper 12»beispielsweise einem üblichen elektrolytischen Kupfergalvanisierverfahren unterworfen, um so dünne Kupferschichten 26 von einer Stärke in der Grössenordnung von O_rOO38 mm auf die äusseren Flächen des MehrSchichtkörpers aufzubringen, wobei die seitlichen Kanten des Streifens aus MehrSchichtmaterial in üblicher Weise getrimmt werden, um nicht überzogene Längsseitenflächen 12.1 des Mehrschichtmaterials, wie in Fig. 4 angedeutet, zu erhalten. Der galvanisierte Streifen aus Mehrschichtmaterial wird dann in eine Doppelwandrohrform gebracht, wie dies schematisch bei 28 in Fig. 1 angedeutet ist, und dann,wie bei 30 in Fig, I angedeutet, hartgelötet, so dass sich ein doppeIv;andiges Rohr 32 ergibt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Der plattierte Mehrschichtkörper 12 wird dabei um seine Längsachse gerollt, um so eine innere Windung 34 des Streifenmaterials zu bilden, die dann mit einer äusseren Windung 36 des Streifenmaterials durch einen einstückigen übergangsteil 38 des Streifenmaterials so verbunden wird, dass die inneren und äusseren Windungen des Streifenmaterials konzentrisch zueinander angeordnet sind. Der so verformte und plattierte Mehrschichtkörper 12 wird dann auf eine Temperatur zwischen ungefähr 1082 und ungefähr 1132°C ungefähr eine halbe bis zwei Minuten lang erwärmt, um die Kupferschichten 26 als Hartlötmaterial zu schmelzen. Hierdurch v/erden die inneren und äusseren Windungen 34 und 36 des Mehrschichtkörpers miteinander und ferner die Längsseitenflächen 12.1 mit den entsprechenden gegenüberliegenden Seiten des Übergangsteils 38 des Mehrschichtkörpers hartverlötet, so dass nun ein Rohr 32 gemäss Fig. 3 gebildet wird. Dieses Kupferhartlötmäterial ist bei 26 in Fig. 3 angedeutet, wo gezeigt wird, dass die Schichten aus Kupferhartlötmäterial im Rohr 32 zusammengeflossen sind. Das Plattieren oder Galvanisieren, das Verformen und Hartlöten des Mehrschichtkörpers 12 zur Bildung des Rohres 32, wie oben beschrieben, entspricht im wesentlichen dem gleichen Verfahren, wie es üb-

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licherweise bei der Bildung von doppeIwandigen Automobilbremsrohren und dergleichen aus einem monolithischen niedergekohlten Stahlstreifen verwendet wird. Der Mehrschichtkörper kann damit ohne weiteres zur Bildung des Rohres 32 unter Verwendung von Herstellungseinrichtungen verformt und hartgelötet werden, wie sie üblicherweise bei der Bildung von gelöteten, doppelwandigen Automobilbremsrohren benützt werden. Da diese Verfahrensschritte an sich bekannt sind, ist es nicht, notwendig, das Plattieren, Verformen und Hartlöten noch weiter zu beschreiben. Bei diesen Verfahrens schritten zur Herstellung eines¹ hartgelöteten Rohres 32 nach Fig. 3 wird der Mehrscliichtkörper 12 beachtlichen Temperaturen für die oben erwähnte Zeitdauer während dieses Hartlötvorgangs unterworfen»

Wenn der Mehrschichtkörper 12 verformt und in der oben erwähnten Weise zur Bildung eines doppeIwandigen Rohres 32 bearbeitet wurde, so werden eine Anzahl von Vorteilen sowohl beim Verfahren als auch beim Erzeugnis erreicht. Einmal entsprechen die einzelnen Materialverfahrensschritte im allgemeinen den üblichen Verfahrensschritten, wie sie bei der Behandlung von Stahlmaterialien Verwendung finden, so dass diese Verfahrensschritte •ohne weiteres in üblichen Einrichtungen durchgeführt werden können. Das Verfahren gemäss der Erfindung ist damit in einfacher und wirtschaftlicher Weise auszuführen. Weiterhin ergibt das durch die angegebene Kombination der Verfahrensschritte erzeugte Material eine hervorragende Verformbarkeit und kann ohne weiteres unter Verwendung von üblichen Rohrformungseinrichtungen in die gewünschte Rohrform gebracht werden. Das Mehrschichtmaterial hat ferner im wesentlichen keine Streckgrenze, so dass die Verformung des Mehrschichtmaterials in Rohre gleichmässig erfolgt und sehr leicht derart gesteuert werden kann, dass das verformte Rohrmaterial frei von Oberflächenfehlern ist, die üblicherweise beim Verformen von Material, beispielsweise geglühten niedergekohlten Stählen, auftreten, d.h. Materialien., :.ie

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normalerweise sehr ausgeprägte Streckgrenzen besitzen. Die gemäss der Erfindung hergestellten Rohre haben ferner einen ausgezeichneten Widerstand gegen Korrosion, insbesondere gegen Schlagkorrosion.

Die besonderen Vorteile gemäss der Erfindung beruhen auf dem Zusammenwirken mehrerer Faktoren. Es wurde bereits bemekrt, dass beispielsweise nach der Formung des Mehrschichtkörpers 12 durch Walzverbund und nach der Stärkereduktion des Mehrschichtkörpers auf die gewünschte endgültige Stärke durch Walzen, der rostfreie. Stahl und die niedergekohlten Stähle des Mehrschichtkörpers in erheblichem Masse kaltgereckt sind, so dass die Verformbarkeit des Mehrschichtkörpers verhältnismässig gering ist. Wenn das Mehrschichtmaterial in wirtschaftlicher Weise bei der Herstellung von hartgelöteten doppelwandigen Rohren, wie oben beschrieben, verwendet werden soll, so muss die Verformbarkeit des Mehrschichtkörpers erhöht v/erden, um das Material mit den üblicherweise für die Herstellung von doppelwandigen Rohren verwendeten Einrichtungen besser in Einklang zu bringen. Bei der ersten Wärmebehandlung durch Glühen - einem Verfahrensschritt wie bei 20 in Fig. 1 angedeutet - wird die aus rostfreiem Stahl bestehende Innenschicht 14 des Mehrschichtkörpers 12 im wesentlichen voll ausgeglüht, um so die Verformbarkeit der rostfreien Stahlschicht zu erhöhen. Während der zweiten, längeren und bei niedrigerer Temperatur durchgeführten Wärmebehandlung des Mehrschichtmaterials, wie dies bei 22 in Fig. 1 angedeutet ist, werden die Zwischengitterelemente, beispielsweise der Kohlenstoff und der Stickstoff, in den aus niedergekohltem Stahl bestehenden Aussenschichten 16 des Mehrschi chtkö'rpers aus der festen Lösung entfernt und im niedergekohlten Stahl ausgefällt, wodurch eine wesentliche Erweichung und Erhöhung der Verformbarkeit der niedergekohlten Stahlschich-. ten des Mehrschicht- körpers erreicht wird. Zwar werden durch die lange, langsame Wärmebehandlung des Mehrschichtkörpers die

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Korrosionswiderstandseigenschaften der rostfreien Stahlschicht dadurch ausgeglichen und reduziert, dass eine gewisse Karbidausfällung zwischen den Körnern eintritt, doch wird diese Minderung des Korrosionswiderstandes des rostfreien Stahls in diesem Mehrschichtkörper im Interesse einer optimalen Verformbarkeit der niedergekohlten Stahlschichten geduldet. Die lange und langsame Wärmebehandlung des Mehrschichtkörpers wird vorzugsweise bei einer Temperatur oberhalb 566 C durchgeführt, um so die gewünschte Erhöhung der Verformbarkeit der niedergekohlten Stahlmaterialien zu erreichen, wobei die Karbidausfällung der rostfreien Stahlschicht des Laminats zwischen den Körnern auf ein Minimum herabgesetzt wird. Auf diese Weise wird das Mehrschichtmaterial so verändert, dass es nun ohne weiteres in die gewünschte doppelwandige Rohrkonstruktion gemäss Fig. durch die üblichen Rohrformeinrichtungen geformt v/erden kann. Während des Hartlötens des verformten Mehrschichtmaterials zur Bildung des Rohres 32 wird dann anschliessend das verformte Mehrschichtmaterial Hartlöttemperaturen im Bereich zwischen ungefähr 1082 und ungefähr 1132°C für eine Zeitdauer von einer halben bis zwei Minuten unterworfen. Diese endgültige Wärmebehandlung des MehrSchichtmaterials ergibt eine Auflösung der ausgefällten Karbide in der rostfreien Stahlschicht des Mehr-Schichtkörpers, so dass im wesentlichen die ursprünglichen Korrosionswiderstandseigenschaften der rostfreien Stahlschicht wiederhergestellt sind.

Im Zusammenhang mit der Tatsache, dass der wärmebehandelte Mehrschichtkörper 12 gemäss der Erfindung im wesentlichen keine Streckgrenze während der Verformung des Mehrschichtkörpers in das Rohr 32 aufweist, sei bemerkt, dass die Anwesenheit von Zwischengitterkohlenstoff beträchtlich zum Auftreten einer Streckgrenze bei niedergekohlten Stahlmaterialien beiträgt. Die Wärmebehandlungsschritte gemäss der Erfindung bei der Aus-

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fällung derartiger Zwischengitterkohlenstoffe in den niedergekohlten StahDjnaterialien des Mehrschichtkörpers 12 beeinflussen daher in beträchtlicher Weise die Streckgrenzcharakteristik dieses Mehrschichtkörpers. Während der langen, bei niedriger Temperatur durchgeführten Wärmebehandlung des Mehrschichtkörpers 12 - wie oben erwähnt - wird angenommen, dass eine beträchtliche Diffusion des Kohlenstoffes aus den niedergekohlten Stahlmaterialien in das rostfreie Stahlmaterial eintritt, und diese Diffusion des Kohlenstoffes aus dem niedergekohlten Stahl beeinflusst weiter die Streckgrenzcharakteristik des Mehrschichtkörpers, Schliesslich sei darauf hingewiesen, dass das rostfreie Stahlmaterial des Mehrschichtkörpers 12 üblicherweise keine Streckgrenze hat, so dass die Anwesenheit der aus rostfreiem Stahl bestehenden Innenschicht 14 im Mehrschichtkörper, wie vermutet wird, irgendeine Tendenz der niedergekohlten Stahlmaterialien des MehrSchichtkörpers, eine Streckgrenze zu zeigen, entsprechend mindert. Diese drei Faktoren wirken wohl zusammen, um zu erreichen, dass der wärmebehandelte Mehrschichtkörper 12 keine Streckgrenze während der Verformung in das Rohr 32 zeigt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird beispielsweise ein gereinigter Streifen aus rostfreiem Stahl vom Typ 3O4 in geglühtem Zustand mit einer Breite von 31,75 cm in einer Stärke von ungefähr 0,381 mm zwischen einen Paar von gereinigten Streifen von aluminiumberuhigtem, niedergekohltem Stahl vom Typ 1008 von ähnlicher Breite und einer Stärke von 1,702 mm vorwärtsbewegt, wobei die Streifen zusammen in den Einzug eines Paares von Druckwalzen eingeführt werden, in denen die Streifen unter erheblicher Stärkereduktion zum Erreichen eines metallurgischen Verbundes in üblicher Art zusammengepresst werden. Das sich so ergebende, verbundene Mehrschichtmaterial wird dann einer Zwischenglühung in üblicher Art unterworfen und dann auf die endgültigeStärke von 0,356 mm

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ausgewalzt. Hierbei nimmt dann die mittlere rostfreie Stahlschicht ungefähr 10% der gesamten Stärke des Mehrschichtkörpers ein. Zu diesem Zeitpunkt war das MehrSchichtmaterial auf ungefähr 40 bis 70% seiner Stärke nach der erwähnten 2wischenglühung reduziert und hatte eine verhältnismässig geringe Verformbarkeit. Es wurde dann das Mehrschichtmaterial durch eine reduzierende Atmosphäre eines üblichen Streifenglühofens bei einer Temperatur von 1066 C hindurchgeschickt, wobei der Streifen ungefähr eine Minute im Ofen verblieb. An dieser Stelle des Verfahrens zeigte das Mehrschichtmaterial eine obere Streckgrenze

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von 3230 kg/cm , eine Zugfestigkeit von 4150 kg/cm und eine Dehnung (bei 5,1 cm Messzange) von ungefähr 35%. Das Mehrschichtmaterial wurde dann in einer leicht reduzierenden Atmosphäre in einer Mischung von gekracktem Stadtgas und Stickstoff in einem üblichen Glockenofen erwärmt, wobei das Material auf einer Temperatur von 593°C ungefähr vier Stunden lang gehalten wurde. An dieser Stelle des Verfahrens zeigte nun das Mehrschichtmaterial keine Streckgrenze, sondern hatte eine 0,2%ige Dehn-

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grenze von ungefähr 1830 kg/cm , eine Zugfestigkeit von unge-

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fähr 3940 kg/cra und eine Dehnung (bei 5,1 cm Messlänge) von ungefähr 40%. Die Dehnungskurve für das Mehrschichtmatefial ist in Fig. 5 dargestellt. An dieser Stelle des Verfahrens wird angenommen, dass die rostfreie Stahischicht eine gewisse intergranulare Karbidausfällung aufweist und einen geringeren als den optimalen Korrosionswiderstand für rostfreien Stahl vom Typ 304 hat. Das MehrSchichtmaterial wird dann mit Kupfer auf beiden Seiten bei einer Stärke von 0,00381 mm in üblicher Art plattiert und dann an seinen Kanten getrimmt. Das plattierte und getrimmte Material wird dann zur Bildung eines doppelwandigen Automobilbremsrohres von einem äusseren Durchmesser von ungefähr 4,75 mm verformt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Das Rohr wird dann in einem üblichen Rohrofen so erwärmt, dass die Kupferplattierung des Mehrschichtmaterials zum Hartlöten

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der verformten Teile des Mehrschichtmaterials in bekannter Weise geschmolzen wird, um so das Mehrschichtmaterial in die endgültige Rohrform zu bringen. In diesem Rohrofen wird das verformte Mehrschichtmaterial auf eine Temperatur von 1121 bis 1132 C bei einer Verweilzeit von ungefähr 1,125 Minuten im Ofen erwärmt. An dieser Stelle des Verfahrens wurde festgestellt, dass die ursprünglichen Korrosionswiderstandseigenschaften der rostfreien Stahlschicht des Mehrschichtkörpers .im wesentlichen wiederhergestellt worden sind. Wenn andere rostfreie und niedergekohlte Stahlmaterialien gemäss den Tabellen .I und II in ähnlichen Mehrschichtkörpern zu ähnlichen Rohren bei ähnlichen Wärmebehandlungen verwendet werden, so werden ähnliche Ergebnisse erzielt. ■ .

Es sei darauf hingewiesen, dass zwar besondere Ausführungsbeispiele für das zur Rohrbildung dienende Mehr Schichtmaterial und' das Verfahren der Erfindung beschrieben worden sind, doch können diese Beispiele beträchtlich abgewandelt werden. Beispielsweise können gewisse Vorteile gemäss der Erfindung dann erreicht werden, wenn die Streifenglühung in Form einer Wärmebehandlung, wie bei 20 in Fig. 1 angedeutet, aus dem Verfahren gemäss der Erfindung eliminiert wird. Obgleich das Rohr 32, wie dargestellt, aus einem einzigen Streifen des Mehrschichtmaterials 12 gebildet wurde, so können doch in ähnlicher Weise Rohre aus zwei oder mehr Streifen des Mehrschichtmaterials 12 in üblicher Art Verwendung finden. Obgleich das Mehrschichtmaterial - wie dargestellt - nur eine einzige Innenschicht aus rostfreiem Stahl zwischen zwei relativ dickeren Aussenschichten aus niedergekohltem Stahl hat, können die Vorteile gemäss der Erfindung auch bei einem MehrSchichtmaterial erreicht werden, das mehr Schichten hat, also beispielsweise zwei relativ dünne Schichten aus rostfreiem Stahl- zwischen drei relativ dickeren Schichten aus niedergekohltem Stahl. Auch andere Mehrschichtmaterialien mit im wesentlichen ähnlichem Aufbau sind ohne weiteres möglich,

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doch ist die Ausbxldung mit drei Schiebten - wie oben beschrieben - eine bevorzugte Konstruktion.

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Claims (28)

Patentansprüche

1. Formkörper, der aus einem Mehrschichtmaterial geformt ist, das mindestens eine aus rostfreiem Stahl gebildete Schicht hat, die vorzugsweise metallurgisch mit mindestens einer aus niedergekohltem Stahl bestehenden Schicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (13) aus rostfreiem Stahl im wesentlichen frei von intergranularer Karbidausfällung ist.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrschichtmaterial (12) eine Verhältnismäßig dünne Innenschicht (14) aus rostfreiem Stahl hat, die zwischen zwei verhältnismäßig dickeren Außenschichten (16) aus niedergekohltem Stahl angeordnet ist und mit diesen metallurgisch verbunden ist.

3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der rostfreie Stahl in seiner Zusammensetzung den Stahlsorten 201, 202, 301, 302, 304 und 321 der Tabelle I entspricht.

4. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der niedergekohlte Stahl einen maximalen Kohlenstoffanteil von ungefähr 0,013 Gewichtsprozent hat.

5. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (14) aus rostfreiem Stahl ungefähr 2 bis 25 % der gesamten Stärke des Mehrschichtmaterials (12) einnimmt.

6. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das MehrSchichtmaterial (12) eine Stärke von 0,36 mm hat.

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7. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (14) aus rostfreiem Stahl ungefähr 10 % der Gesamtstärke des Mehrschichtmaterials einnimmt.

8. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrschichtmaterial (12) beidseitig mit einer sehr dünnen Hartlötschicht (26), insbesondex-e Kupfer, überzogen ist.

9. Formkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartlötschichten (26) an den Berührungsstellen im Formkörper zusammengeflossen sind.

10. Formkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper (32) ein doppelwandiges Rohr ist.

11. Verfahren zum Herstellen eines Fonrikörpers aus einem Mehrschichtmaterial, das mindestens-eine aus rostfreiem Stahl bestehende Schicht hat, die mit mindestens einer Schicht aus niedergekohltem Stahl verbunden ist, bei welchem Verfahren das Mehrschichtmaterial in einen Formkörper verformt wird, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrschichtmaterial auf eine vorbestimmte Temperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer zum Ausglühen der aus rostfreiem Stahl bestehenden Schicht erwärmt wird, daß das Mehrschichtmaterial anschließend bei einer verhältnismäßig niedrigeren Temperatur während einer verhältnismäßig längeren Zeitdauer zum Entfernen des Kohlenstoffs aus der festen Lösung und zum Ausfällen des Kohlenstoffs in der mindestens einen aus niedergekohltem Stahl bestehenden Schicht erwärmt wird, um die Verformbarkeit des Mehrschichtraaterials zu erhöhen, wobei ein Ausfällen der intergranularen Karbide in der aus rostfreiem Stahl bestehenden Schicht zugelassen wird, daß das Mehrschichtmaterial in diesem Zu-

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stand erhöhter Verformbarkeit in die gewünschte Form geformt wird und daß dieser so gebildete Formkörper auf eine vorbestimmte Temperatur für eine vorbestimmte Zeitdauer erwärmt wird, um ein Auflösen der intergranularen Karbidausfällungen in der aus rostfreiem Stahl bestehenden Schicht zu veranlassen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrschichtmaterial, das eine aus rostfreiem Stahl bestehende Innenschicht in metallurgischem Verbund zwischen zwei aus niedergekohltem Stahl bestehenden Außenschichten hat, in ein doppelwandiges Rohr verformt und an entsprechenden Teilen zur Bildung eines festen Formkörpers hartverlötet wird und daß das Mehrschichtmaterial während des Hartlötschrittes einer vorbestimmten Wärmebehandlung unterworfen wird, um die Auflösung der intergranularen Karbidausfällungen in der aus rostfreiem Stahl bestehenden Schicht zu veranlassen.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der rostfreie Stahl aus austenitischem rostfreiem Stahl gebildet wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrschichtmaterial auf eine Temperatur im von ungefähr 1010 bis ungefähr 1121° C für eine Zeitdauer im Bereich von ungefähr einer halben bis zwei Minuten zum Ausglühen des rostfreien Stahls erwärmt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das MehrSchichtmaterial auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 566° bis ungefähr 593° C für eine Zeitdauer im Bereich von ungefähr drei bis sechs Stunden zum Entfernen des Kohlenstoffs aus der festen Lösung im niedergekohlten Stahl erwärmt wird, wobei das Ausfällen des inter-

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granulären Karbids im rostfreien Stahl zugelassen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das verformte Mehrschichtmaterial auf eine Temperatur im Bereich zwischen ungefähr 1082 C und ungefähr 1132 C für eine Zeitdauer im Bereich von ungefähr einer halben bis zwei Minuten erwärmt wird, um eine Auflösung der intergranularen Karbidausfällungen im rostfreien Stahl zu veranlassen.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch die aus rostfreiem Stahl bestehende Schicht ungefähr 2 - -25 % der Gesamtstärke des Mehrschichtmaterials eingenommen wird.

18ο Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß für den rostfreien Stahl eine Stahlsorte 201, 202, 301, 302 und 321 nach Tabelle I verwendet wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein niedergekohlter Stahl mit einem Maximalgehalt von 0,13 Gewichtsprozent Kohlenstoff verwendet wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrschichtmaterial vor der Verformung mit einem Hartlötmaterial, insbesondere Kupfer, beschichtet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das verformte Material auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 1082° C bis ungefähr 1132° C zum Schmelzen des Hartlötmaterials und Hartlöten des verformten Materials zur Bildung

des Formkörpers erwärmt wird.

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22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehr Schichtmaterial mit einer Hartlötschicht von ungefähr einer Stärke von 0,0038 ram überzogen wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß als rostfreier Stahl die Sorte 304 nach Tabelle I verwendet wird.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß als niedergekohlter Stahl aluminiumberuhigter Stahl Sorte 1008 nach Tabelle I verwendet wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrschichtkörper auf eine Temperatur ™ von ungefähr 1066°C eine Minute lang zum Ausglühen des rostfreien Stahles erwärmt wirdt

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrschichtmaterial auf ungefähr 593 C vier Stunden lang erwärmt wird, um den Kohlenstoff aus der festen Lösung im niedergekohlten Stahl zu entfernen, wobei ein Ausfällen des intergranularen Karbids im rostfreien Stahl zugelassen wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Mehrschichtmaterial nach dem Verformen auf eine. Temperatur im Bereich von ungefähr 1121° C a bis ungefähr 1132° C für eine Zeitdauer von ein und einachtel Minute erwärmt wird, um eine Auflösung der intergranularen Karbidausfällungen im rostfreien Stahl zu veranlassen.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Mehrschichtmaterial ein Material von einer Stärke von ungefähr 0,36 mm und für die aus rostfreiem Stahl bestehende Schicht ungefähr zehn Prozent der Gesamtstärke verwendet wird.

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