DE2830649C2 - Flußmittel zum Schleuderguß von Bimetallrohren - Google Patents

Flußmittel zum Schleuderguß von Bimetallrohren

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Schleudergußtechnologie und Insbesondere auf ein Flußmittel zum Schleuderguß von Bimetallrohren.
Die Erfindung kann bei der Herstellung von Schleuderguß-Blmetallrohren mit einer Außenschicht aus perlitlschem Stahl und mit einer Inr.enschlcht aus austenltischem Stahl verwendet werden.
Durch die Anwendung der vorliegenden Erfindung können Schleuderguß-Bimetallrohre aus perlltlschem und austenltlschem Stahl mit einem Verhältnis der Länge zum Durchmesser von L/D > 8 : 10 unter festem und gleichmäßigem Verschweißen dieser Metalle auf der gesamten Länge des Gußstücks sowie unter Raffination, d. h. Reinigung dieser Metalle von nichtmetallischen Einschlüssen, erzeugt werden.
In den meisten industriell entwickelten Ländern hai das Verfahren zur Herstellung von Bimetallrohren durch Schleuderguß eine breite Verwendung In verschiedenen Industriezweigen gefunden. Dabei weist das nach diesem Verfahren erzeugte Metall ähnliche physikalisch-mechanische Eigenschaften wie Schmiedemetall auf, wobei gleichzeitig der Arbeltsaufwand für seine Erzeugung verringert wird.
Die technologische Schwierigkeit bei der Herstellung von Schleuderguß-Bimetallrohren mit einem Verhältnis von L/D > 8 : 10 besteht darin, daß ein festes gleichmäßiges Verschweißen von zwei Metallen auf der Länge des Gußstücks erhalten werden muß. Ein besonders wichtiger und unabdingbarer Faktor bei der Erzeugung einer qualitativ hochwertigen äußeren Stahlschicht und der Bildung einer festen Verbindung von zwei Metallen Im Gußstück Ist die Wahl einer optimalen Zusammensetzung des Flußmittels mit speziellen physikalischchemischen Eigenschaften.
Bekanntlich wird das Flußmittel für das jeweilige Bimetallpaar Individuell gewählt und seine Zusammensetzung Ist vcn der Art der äußeren Stahlschicht, den Bedingungen des Stahlschmelzens und des Vergleßens In die Kokille abhängig.
Die bei der Herstellung von Bimetallvorrohren durch Schleuderguß zu verwendenden Flußmittel sollen folgende physikalisch-chemische Eigenschaften aufweisen: sie sollen die äußere Metallschicht während des Vergleßens In die Kokille raffinieren (die nichtmetallischen Einschlüsse entfernen); sie sollen aktiv sein, d. h. den Oxldfllm auf der Innenfläche der äußeren Schicht des Metalls auflösen und die Oxydation sowie die Abkühlung desselben durch die Luft verhindern; sie sollen eine minimale Schmelztemperatur, Zähigkeit, Dichte und eine minimale Adhäsion mit der ersten äußeren Metallschicht aufweisen.
Werden alle obengenannten Eigenschaften, die ein Flußmittel aufweisen soll, berücksichtigt, Ist es bei der entsprechenden Wahl einer für die Herstellung von Schleuderguß-Bimetallrohren erforderlichen optimalen : Zusammensetzung des Flußmittels möglich, die Qualität der Bimetallverbindung bei gleichzeitiger Verlängerung der gleßbaren Rohre wesentlich zu verbessern.
Gegenwärtig werden zur Herstellung von Schleuderguß-Bimetallrohren aus perlitischem und austenltlschem
ic Stahl Flußmittel unter Verwendung folgender OxIdsalzsysteme eingesetzt: CaF2 - Na2O - CaO - SiO2 - B2O3 - Al2O3 - Chlorsalze (SU-PS 2 38 107, 3 58 075, 4 09 781, 3 08 773, die US-PS 3 41 044 u. a).
In einer Reihe von weiteren Veröffentlichungen werden ebenfalls Flußmittel für den Schleuderguß beschrieben. Da sie sich zum Teil aber mit anderen zu lösenden Problemen (einschichtigem Schleuderguß, vgl. DE-AS 24 22 339, US-PS 33 24 933) befassen, oder die Angaben nur sehr pauschal sind (vgl. z.B. DEAS 15 58 196, US-PS 34 14C44) geben sie keine Hinweise, wie austenitisch/perlitische Stahl-Blmetallrohre mit einem Verhältnis der Länge zum Durchmesser von > 8 : 10 vorteilhaft Im Schleuderguß gegossen werden können.
Aus der DE-OS 21 39 880 ist ein Flußmittel zur Herstellung von Bimetallrohren beuannt, die eine Kalk und/oder Silicium und/oder Bor enthaltende Staubschlacke enthält. Die genaue Zusammensetzung des Flußmittels ist jedoch nicht angegeben, noch wird eine Lehre vermittelt, wie das Flußmittel für spezielle Anforderungen auszulegen Ist.
Aus der DE-AS 17 58 240 ist ein genauer definiertes Flußmittel für den Schleuderverbundguß angegeben, das eine Basis aus Siliciumoxid und Borax (zusammen von 50 bis 90 Gew.-%) aufweist, und das außerdem unter anderem noch Kalk, Natrlumfluorld und Natriumcarbonat enthalten kann. Aufgrund des hohen Slllclumoxldanlclls/Boraxantells Ist dieses Flußmittel für die Herstellung von Bimetallrohren, bei denen eine Außenschicht aus perlltlschem Stahi und eine Innenschicht aus austenltlschem Stahl vorgesehen Ist, jedoch ungeeignet. So verschlechtert der hohe Boraxanteil die Korrosionsbeständigkeit der austenltischen Innenschicht, und der hohe Siliclumanteli führt unter anderem zu einer unerwünscht hohen Zähigkeit und Haftung des Flußmittels an der Außenschicht. Es ist aus der DE-AS 17 58 240 kein Hinwels zu entnehmen, wie ein Flußmittel für Bimetallrohre der angegebenen Art beschaffen sein muß.
Alle obengenannten Flußmittel liefern somit keine
positiven Ergebnisse beim Schleuderguß von Blmetallrohren aus perlltlschem und austenltlschem Stahl mit einem Verhältnis von L/D > 8 : 10 Infolge einer niedrigen Aktivität dieser Flußmittel gegenüber dem auf der Innenfläche der äußeren Metallschicht entstehenden Oxldfllm, einer hohen Schmelztemperatur und einer starken Adhäsion mit dem Außenmetall (800 bis 1200erg/cm2).
Der Einsatz von chlorsalzhaltigen Flußmitteln Ist ferner helm Schleuderguß von Bimetallrohren unzulässig wegen deren hoher Toxlzltät, wodurch die sanltär-hygienlschen Arbeitsbedingungen verschlechtert werden.
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die genannten Nachtelle zu beseitigen. Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Flußmittel mit optimalen physikalisch-chemischen Eigenschaften für die Herstel-
lung von Schleuderguß-Bimetallrohren aus perlltlschem und austenltlschem Stahl mit einem Verhältnis von L/D > 8 : 10 zu schaffen.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei
einem Flußmittel, welches Calciumoxid, Siliciumoxid, Boroxid, Natriumoxid und Natrlumfluorid enthält, erfindungsgemäß die Bestandteile Im folgenden Verhältnis verteilt sind:
CaO - Basismaterial Im Bereich von 29 bis 45 Gew.-%
SlO2 - 7 bis 10 Gew.-%
B2O3 - 10 bis 12 Gew.-*
Na2O - 18 bis 24 Gew.-%
NaF - 20 bis 25 Gew.-%
Die Verwendung des genannten Flußmittels bei der Herstellung von Schleuderguß-Bimetallrohren aus perlltlschem und austenitlschem Stahl mit einem Verhältnis von L/D > 8 : 10 gestattet es, ein festes und gleichmäßiges Verschweißen dieser Stähle auf der Länge des Gußstücks unter gleichzeitiger Raffination dieser Metalle von nichtmetallischen Einflüssen zu erreichen. Außerdem Ist das genannte Flußmittel bei der Vergießtemperatur des Metalls nicht toxisch. Die Schmelztemperatur des Flußmittels beträgt 800 bis 8700C, die Adhäsion mit dem Außenmetall (perlltlschem Stahl) beträgt 500 bis 560 erg/cm2. D^s Flußmittel kann von der Rohrinnenfläche durch lelchies Abklopfen entfernt werden, d. h. auf die Betriebseigenschaften des Schneidwerkzeugs während der mechanischen Bearbeitung der Gußrohre übt es keinen Einfluß aus.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Bei der Herstellung von Blmetalirohren durch Schleuderguß wird das Flußmittel mit einer Zusammensetzung: CaO - Base, NaF - 20 bis 25 Gew.-%, SlO2 - 7 bis 10 Gew.-%, B2O3 - 10 bis 12 Gew.-*, Na2O - 18 bis 24 Gew.-% in Pu'verform auf den Strahl des schmelzfiüsslgen Metalls der Außenschicht gegeben. Infolge der Überhitzung des Metalls .schmilz.=, das Flußmittel und schwimmt auf die Innenfläche des ersten Metalls unter Raffination desselben auf, entfernt den Oxidfilm von dessen Innenfläche und schützt die Oberfläche gegen die Oxydation durch die Atmosphärenluft. Beim Gießen der zweiten Metallschicht wird das Flußmittel durch dieses Metall von der Innenfläche der ersten Metallschicht leicht entfernt, Indem die zweite Schicht raffiniert wird.
Bei der Herstellung von Schleuderguß-Bimetallrohren mit der Außenschicht aus perlltlschem Stahl und der Innenschicht aus austenitlschem Stahl wurden mehrere Flußmittel geprüft. Die besten Ergebnisse wurden bei der Verwendung von Flußmitteln folgender Zusammensetzung erhalten.
Beispiel 1
Flußmittelzusammensetzung: Calciumoxid CaO - 45%, Natrlumfluorid NaF - 20%, Siliciumoxid SlO2 - 7%, Boroxid B2O3 - 10%, Natriumoxid Na2O - 18%. Die Anfangsschmelztemperatur des Flußmittels beträgt 870° C, die Adhäsion mit dem perlltlschen Stahl 500 erg/cm2.
Beispiel 2
Flußmittelzusammensetzung: Calciumoxid CaO - 38%, Natrlumfluorid NaF - 22%, Siliciumoxid SlO2 - 9%, Boroxid B2O3 -11%, Natriumoxid Na2O-20%. Die Anfangsschmelztemperatur des Flußmittels beträgt 8400C, die Adhäsion mit dem perllllschen Stahl 530 erg/cm*.
Beispiel 3
Flußmittelzusammensetzung: Calciumoxid CaO - 29%, Natrlumfluorid NaF- 25%, Siliciumoxid SlO3- 10%, Boroxid B2O3 - 12%, Natriumoxid Na2O - 24%. DIt Anfangsschmelztemperatur des Flußmittels beträgt 800° C, die Adhäsion mit dem perlltlschen Stahl 500 erg/cma.
Die Zugabe von Natrlumfluorid zum Flußmittel gestattet es, die Aktivität des Flußmittels gegenüber dem im Oxldfllm enthaltenen Oxid von Aluminium und Silizium zu erhöhen. Außerdem bewirkt das Natriumfluorid eine Verringerung der Schmelztemperatur und der Zähigkeit des Flußmittels. Eine Erhöhung des Gehalts an Natriumfluorid Im Flußmittel über 25% führt zu einer
ίο sprunghaften Verstärkung der Adhäsion des Flußmittels mit der äußeren Metallschicht sowie zur Erhöhung seiner Aktivität gegenüber der Auskleidung. Bei einem Gehalt des Natrtumfluorids im Flußmittel unter 20% sinkt seine Aktivität und steigt die Zähigkeit sowie die Schmelztemperatur.
Calciumoxid im Flußmittel bewirkt im beträchtlichen Maße die Adhäsion des Flußmittels mit der äußeren Stahlschicht und fördert die Raffination des Metalls sowie die Überführung des Silicium- und des Mpgneslumoxlds aus dem Oxldfllm ins Flußmittel. Mit der Vergrößerung der Calclumoxldmenge Im Flußmittel wird die Adhäsion mit der äußeren Metallschicht abgeschwächt und die Rafflnationsfählgkeit verbessert; dabei nimmt jedoch die Schmelztemperatur wesentlich zu. Bei einem minimalen Gehalt an Calciumoxid steigt die Adhäsion des Flußmittels mit der äußeren Metallschicht stark an und verringert sich die Raffinationsfähigkeit sowie die Schmelztemperatur.
Ausgehend davon ist der Variationsbereich der CaI-ciumoxldmenge von 29 bis 45% gewählt.
Siliciumoxid und Boroxid fördern die Bindung und den Übergang des Elsenoxids aus dem Oxldfllm Ins Flußmittel, wobei Boroxid wirksamer 1st. Jedoch ist der Gehalt an Boroxid Im Flußmittel auf 10 bis 12% zu beschränken, well bei einer Erhöhung der Boroxidmenge über diesen Wert die Korrosionsbeständigkeit des Austenltstahls infolge seiner Sättigung durch das Bor stark abnimmt. Das Boroxid bewirkt eine Verringerung der Schmelztemperatur und der Zähigkeit des Flußmit-
^o tels sowie eine unbedeutende Verstärkung der Flußmltteladhäslon mit dem Metall. Durch die Einführung des SlHciumoxlds in das Flußmittel wird die Zähigkeit des Flußmittels sowie die Adhäsion mit der äußeren Metallschicht stark erhöht. Deshalb Ist die obere Grenze des
"5 Gehalts an Siliciumoxid In diesem Flußmittel auf 10% gesetzt.
Die Einführung von Natriumoxid In das Flußmittel bewirkt eine Verringerung der Schmelztemperatur und der Zähigkeit, wobei die Adhäsion des Flußmittels mit dem Metall vergröllert und die Aktivität gegenüber der Auskleidung stark erhöht wird. Im Gegenteil führt die Verringerung des Natrlumoxldgehalts Im Flußmittel zu einer Steigerung der Schmelztemperatur und der Zähigkeit sowie zu einer Abnahme der Adhäsion mit der äußeren Metallschicht sowie der Aktivität gegenüber der Auskleidung. Ausgehend davon wurde die obere und die untere Grenze des Gehalts an Natriumoxid Im Flußmittel zwischen 18 und 24% gewählt.
Die Verwendung des erflndungsgemäßen Flußmittels, welches Calciumoxid, Natrlumfluorid, Siliciumoxid, Boroxid und Natriumoxid In den erflndungsgemäßen Verhältnissen enthält, gestattet es, ein festes Verschweißen von perlltlschem und austenitlschem Stahl beim Schleuderguß von Bimetallrohren mit einem Verhältnls von L/D > 8:10 unter gleichzeitiger Reinigung (Raffination) dieser Stähle von den nichtmetallischen Einschlüssen zu erreichen.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Flußmittel zum Schleuderguß von Bimetallrohren, welches Calciumoxid, Slllzlumoxid, Boroxid, Natriumoxid und Natrlumfluorld enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestandteile In folgendem Verhältnis verteilt sind:
    CaO Basismaterial im Bereich von 29 bis 45 Gew.-% SlO, 7 bis 10 Gew.-Sb
    B1O3 10 bis 12 Gew.-Si
    Na2O 18 bis 24 Gew.-%
    NaF 20 bis 25 Gew.-%
DE2830649A 1977-07-15 1978-07-12 Flußmittel zum Schleuderguß von Bimetallrohren Expired DE2830649C2 (de)

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