DE2852030A1 - Verfahren zum schleudergiessen von bimetall-rohrrohlingen - Google Patents

Verfahren zum schleudergiessen von bimetall-rohrrohlingen

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DE2852030A1 DE19782852030 DE2852030A DE2852030A1 DE 2852030 A1 DE2852030 A1 DE 2852030A1 DE 19782852030 DE19782852030 DE 19782852030 DE 2852030 A DE2852030 A DE 2852030A DE 2852030 A1 DE2852030 A1 DE 2852030A1
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Description

PATENTANWÄLTE - 2 -
2 ELLENTI N
ZWEIBRÜCKENSTR. 15
8OOO MÜNCHEN 2
Nautschno-Proiswodstwennoje Objedinenije 1. Dezember 1978
po Technologii Maschinostrojenija RZ/Os
"ZNIITMASCH"
Moskau / UdSSR P 76 084
ZUM SCilLEUDERGIEßEN VON BIMbTALL-ROHHEOHLINGEli
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die '.Technologie des Schleudergusses von Rundgußstücken und insbesondere auf ein Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohr r ohl inge η.
Die .Erfindung kann in der Schleudergußtechnik bei der Erzeugung von Birneta11-Rohrronlineen verwendet werden.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung gestattet es, Birnefcall-Schleudergußröhre aus verschiedenen Stahlsorten mit einem Verhältnis von L/D > 8:10 unter gleichzeitiger Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung, Verringerung der Arbeitsintensität und Erhöhung der Betriebsleistung im Vergleich zu den existierenden Fertigungsvorgängen herzustellen.
In den meisten industriell entwickelten Länder:: hat
einer die Produktion von Bimetall-ßohrrohlingen mit / Außen-
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einer
schicht aus einem Kohlenstoffstahl und mit / Innenschicht aus einem niedriggekohlten rostfreien Stahl durch Schleudergußverfahren für die Bedürfnisse verschiedener Industriezweige eine breite Anwendung gefunden.
Das Verfahren zum Schleudergießen von Birnetall-Rohrrohlin^en durch den sukzessiven Einguß von Metallen mit anschließender Wärmebehandlung gewährleistet eine höhere !leistung und niedrigere Selbstkosten als das Verfahren zur Erzeugung dieser Rohre mit nachfolgendem Auswalzen. Jedoch wird dabei die Plastizität der Schweißzone zwischen den zwei Metallen infolge gegenseitiger Diffusion von Kohlenstoff und karbidbildenden Elementen aus dem einen Stahl in den anderen bei erhöhten Temperaturen verringert.
Das Problem auf diesem Gebiet besteht in der Erhöhung der Elastizität der Schweißverbindung, der Herabsetzung der Arbeitsintensität und der Erhöhung der Betriebsleistung.
Gegenwärtig existieren mehrere Verfahren zur Erzeugung von schleudergegossenen Bimetall-Rohrrohlingen durch den sukzessiven Einguß von zwei Stählen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung in bestimmten Zeitintervallen.
Bekannt ist ein Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen, welches den aufeinanderfolgenden Einguß von zwei Stählen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung in einer bestimmten Zeit umfaßt. Dabei wird das Intervall zwischen dem Einguß der ersten und der zweiten Me-
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tallschicht unter der Maßgabe gewählt, daß die Innenfläche des Grundschichtme tails eine Temperatur auf v/eist, die dem Unterschied zwischen dessen Liquidus- und Solidustemperatur entspricht.
Das genannte Verfahren gestattet es nicht, ein qualitätsmäßiges Bimetall aus unterschiedlichen Stahlsorten mit einem unterschiedlichen Gehalt an Kohlenstoff und karbidbildenden Elementen infolge der Bildung von spröden Karbiden an der Grenzfläche zu erzeugen, wodurch die Festigkeit der Verbindung geschwächt wird.
es —. Zur Verhinderung der Karbidbildung ist'notwendig, daß
nur entweder der Kohlenstoffgehalt im rostfreien Stahl/etwas höher als im niedriglegierten Perlitstahl ist, aus dem die Außenochicht erzeugt wird, oder der Kohlenstoffgehalt in der Außenschicht des Kohlenstoffstahls beträchtlich geringer als sortenspezifisch ist. Jedoch wird durch die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts im Stahl der Innenschicht die Korrosionsbeständigkeit desselben stark herabgesetzt, und ein niedrigerer Kohlenstoffgehalt im Stahl der Außenschicht führt zu einer starken Abnahme der Festigkeit desselben.
es
Deswegen gestattet/das genannte Verfahren, schleudergegossene Bimetall-Hohlinge nur aus Stählen mit fast gleichem Kohlenstoffgehalt zu erzeugen.
Die meiste Verbreitung hat gegenwärtig ein Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-üohrrohlingen gefunden,
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Welches den sukzessiven Einguß von Metallen unterschiedlicher Zusammensetzung unter einer Flußmittelschioht in eine drehbare Gießform umfaßt, wobei die zweite Schicht nach dem Abkühlen der früher gegossenen Schicht des Metalls auf eine Temperatur, die dessenSolidustemperatür um 100 bis 350 G unterschreitet, eingegossen wird (sieheζ. B. den SU-Urheberschein Er.
Das Metall des nach diesem Verfahren erzeugten Bimetallfiohrrohliiigs weist ein Gußgefüge, d.h. einen niedrigen Anisotropiekoeffizienten der mechanischen KLgenschaften der Stahlaußenschicht auf. Deswegen wird der schleudergegossene Bimetallrohling bei der Erzeugung von Fertigrohren verformt, u. z. bei hohen Temperaturen ausgewalzt, und erst
unter
dann / vorgegebenen Verhältnissen wärmebehandelt. Durch das Auswalzen wird gegebenenfalls das Gußgefüge des Kohlings zu einem feinkörnigen Gefüge- umgewandelt und dadurch der Anisotropiekoeffizient der mechanischen Stahleigenschaften erhöht, wobei sich dieser Eins nähert.
Gemäß der beschriebenen Technologie werden gegenwärtig Bimetallrohre mit innerer Plattierungsschicht aus einem rostfreien Stahl hergestellt, wobei die Izod-Kerbschlagzähig—
2 keit der Schweißverbindung Q-ft 3,2 kpm/cm beträgt.
Somit besteht der Nachteil des genannten Verfahrens darin, daß ein zusätzlicher technologischer Vorgang (Auswalzen) notwendig ist, welcher naturgemäß zusätzliche
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kostspielige Maschinen sowie zusätzlichen Energieaufwand erfordert. _,
Bekanntlich kann das Gefüge des Gußmetalls zu einem gleichachsigen feinkörnigen Gefüge durch Modifizieren des Metalls sowie durch eine spezielle Wärmebehandlung (durch Homogenisierungsglühen bei hohen Temperaturen) unter Umgehen der plastischen Verformung umgewandelt werden.
HeDen den positiven Eigenschaften führt jedoch die Wärmebehandlung zur Versprödung der Schweißverbindung (die
Izod-Kerbschlagzähigkeit sinkt auf Q.n = 1,3 - 1|7 kpm/cm ) sowie zur Verringerung der Korrosionsbeständigkeit der Platti^rungsschicht infolge intensiver Diffusion von hauptsächlich Kohlenstoff aus dem Metall der Außenschicht.
Die vorIi. gende Erfindung "bezweckt, die genannten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zu^rundegelegt, ein Verfahren zum Schleudergießen von großformatigen Bim-: tall-Hohrrohlingen zu entwickeln, durch welches die Plastizität der Schweißverbindung unter gleichzeitiger Verkürzung des Pertigungsvorgangs sowie Herabsetzung der Arbeitsincensität und der Selbstkosten von Bimetallrohren erhöhe wird.
Die gestellte Aufgabe wird durch
ein Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen, welches den skuzessiven Einguß des Metalls der Grundschicht mit Plußmittel und des Metalls der Plattierungs-
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schicht in eine drehbare Kokille umfaßt, erfindungsgemäß
dem Erreichen auf der dadurch gelöst, daß nach / Innenfläche des Grundschichtmetalls einer Temperatur, die dessen Solidustemperatur um 100 bis 200 C unterschreitet, in die Kokille Nickel in einer Menge von 2 bis 3% der Masse des Grundschichtmctails eingegossen und nach Beendigung de« Eingusses /±a. die Kokille>das Metall der Plattierungsschicht mit einem Nickelgehalt von 11 bis 18% des sortenspezifischen Durchschnittsgehalts gegossen wird, wobei gleichzeitig mit dem Beginn des Nickeleingusses die Drehgeschwindigkeit der Kokille um 30 bis 40% der Anfangsgeschwindigkeit gesteigert wird. Vorzugsweise wird das Metall der Flattieruri^sschicht
in die Kokille von der dem Nickeleinguß gegenüberliegenden
ein
Seite gegossen.
Ein derartiges Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen gestattet es, Bimetall-Rohrrohlinge von großem Durchmesser mit einem Verhältnis von L/D> 8*10 ohne nachfolgendes Auswalzen unter gleichzeitiger Verbesserung der Verschweißbarkeit von zwei Metallen durch eine Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung (Izod-KerbschlagZähigkeit steigt auf (Zh = 4,3 kpm/cm ) sowie unter Verringerung der Arbeitsintensität und der Selbstkosten zu erzeugen»
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Durchführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeich-
nungen erläutert, in denen es Zeigt:
Pig. 1 - schautildliche Darstellung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schleudergießen von Kohrrohlingen.
Fig. 2 - schaubildliche Darstellung der schrittweisen Durchführung des Verfahrens zum Schleudergießen von Birnetall-Kohrrohlingen,
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von schleudergegossenen Eohrrohlingen besteht im folgenden. Die fertig montierte Kokille 1 (Fig. 1) wird durch „Antriebsrollen 2 in Drehung bis zum Erreichen einer Geschwindigkeit versetzt, bei welcher das Metall der Grundschicht eingegossen wird. Danach wird in die rotierende Kokille 1 von der Seite des Vorderdeckels J5 durch dessen Zentral—
einer
Öffnung 4- mittels einer Umkehrvorrichtung eine auf / Einschienenbahn verfahrbare Schaufel (in Fig. nicht gezeigt) mit schüttfähigem Wärmedämmüberzug 5 eingeführt. Nach Erreichen der Endstellung wird die Schaufel um ihre Achse in der Drehrichtung der Kokille 1 langsam gedreht. Durch das langsame Drehen um die Schaufelachse fällt der schüttfähige Wärmedämmstoff 3 durch einen Schlitz in der Schaufel in die Kokille 1, wo er durch die Schleuderkraft gegen die Innenfläche der Kokille 1 gedrückt wird.
Wach Beendigung des Auftragens des Wärmedämmüberzugs 5 wird die Schaufel aus der Kokille 1 heraus
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abgezogen. Erst danach werden in die Kokille 1 durch die Zentralöffnungen 4, 6 des vorderen und des hinteren Deckels 5, 7 Eingießvorrichtungen 8, 9 eingeführt. Über die vordere Eingießvorrichtung 8 wird aus einer Pfanne 10 das Metall der Grundschicht 11 eingeleitet. Nachdem die ersten Portionen des Metalls der Grundschicht 11 die gesamte Länge der Kokille 1 durchströmen, d.h. den hinteren Deckel 7 erreichen, wird auf den Strahl des Metalls der Grundschicht 11 aus einem Zuteiler 12 vom Schneckentyp ein pulverförmiges Flußmittel 15 gegeben. Bei der Berührung mit dem Strahl des Metalls der ürundschicht 11 schmilzt das pulverförmige Flußmittel 13 infolge dessen Überhitzung ein und wird unter Einwirkung der Schleuderkraft auf die Innenfläche des Metalls der Grundschicht 11 verdrängt, wobei dieses von nichtmetallischen Einschlüßen raffiniert wird. Die Dauer der Dosierung des pulverförmiger! Flußmittels 13 auf den Strahl des Metalls der Grundschicht 11 wird derart gewählt, daß dieses während der gesamten Gießdauer dieses Metalls zugeführt wird. Mit dem Aufgeben der ersten Portion des Metalls der Grundschicht 11 wird auf die Außenfläche der Kokille 1 Wasser zwecks deren intensiver Abkühlung geleitet. Nach dem Eingießen des Metalls der Grundschicht 11 wird die leere Pfanne 10 durch den Kran 14 abgeführt. Die Zeitspanne zwischen dem Beginn des Eingusses des Metalls der Grundschicht 11 in die Kokille 1 und dem Augenblick, in dem die Innenfläche 15 .-(Fig. 2) des Metalls der Grundschicht 11 eine
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Temperatur erreicht, die dessen Solidustemperatür um 100 bis 2000G unterschreitet, entspricht dem Schritt A des Verfahrens zur Erzeugung von schleudergegossenen Birne tallt-Hohrrohlingen,
Nachdem die Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11 eine Temperatur erreicht hat, die dessen SoIidustemperatur um 100 bis 20C0G unterschreitet, werden an die Schleudergießmaschine durch die Krane 14 und 16 (Pig.
1) entsprechend eine Pfanne (in Pig. nicht gezeigt) mit Nickel 17 (Pig. 2) in einer Menge von 2 bis 3% der Masse des Metalls der Grundschicht 11 sowie eine Pfanne 18 (Pig. 1) mit dem Metall der Plattierungsschicht 19 (Pig.
2) mit einem Nickelgehalt von 11 bis 18% der durchschnittlichen sortenspezifischen Zusammensetzung dieses Metalls herangefahren, und nach Erreichen der oben genannten Temperaturen an der Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11 wird über die vordere üingießvorrichtung 8 (Pig. 1) Nickel 17 (Pig. 2) in einer Menge von 2 bis 3/o der Masse des Me balls der Grundschicht 11 eingegossen, wobei gleichzeitig mit dem Eingußbeginn die Drehgeschwindigkeit der Kokille 1 um 30 bis UO% der Anfangsgeschwindigkeit langsam gesteigert wird.
Gleich nach der Beendigung des Eingusses der gesamten Menge des Nickels 17 in die Kokille 1 (Pig. 1) wird über die hintere Eingießvorrichtung 9 das Metall der Plattierungsschicht 19 ( -Pig. 2) eingegossen. Nach dem vollständi-
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gen Erstarren des Metalls der Plactierungsschicht 19 wird die Kokille 1 (Fig. 1) stillgesetzt, der Bimetallrphling der Kokille Ί entnommen und zur Wärmebehandlung weitergeleitet. Das Zeitintervall zwischen dem Beginn des Eingusses des Nickels 17 (Fig. 2) und dem Beginn des Eingusses des Metalls der Plattierungsschicht 19 entspricht dem zweiten Schritt B des Verfahrens zur Erzeugung von Birnetall-Rohrrohlin^en und das Zeitintervall zwischen dem Beginn des Eingusses des Metalls der Plattierungsschicht und der Beendigung seiner vollständigen Erstarrung entspricht dem dritten Schritt C.
Im erfindüngsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Bimetall-Hohrrohlingen ist der Einguß des .Nickels 17 zwischen das Metall der Grundschicht 11 und das Metall der Plattierungsschicht 19 dadurch bedingt , daß Nickel eine Thermodiffusionsbarriere für den Kohlenstoff während der langandauernden Wärmebehandlung bildet und zur Verbesserung der Plastizität der Schweißzone zwischen den zwei Metallen beiträgt.
Brfindungsgemäß wurde die Temperatur der Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11, die dessen Solidustemperatur um 100 bis 2000O unterschreitet, beim Einguß des Wickels 1.7 auf diese ausgehend davon gewählt, daß bei einer Temperatur der Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11, die um 2000O tiefer liegt, als die Solidustemperatur
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dtssen l/er schweißung mit dem Wickel 17 schlecht vor sich geht und bei einer Temperatur "bis 10O0C unter der Solidustemperatur des Metalls der Grundschicht 11 dessen teil-? weises Einschmelzen im Fallbereich des Strahls des Nickels 17 aus der Eingießvorrichtung in die Kokille 1 erfolgt und eine unscharfe Schweißgrenze gebildet wird.
Eine Wickelmenge von 2 bis 3>% der Masse des Metalls der Grundschicht 11 wurde im erfindungsgemäßen Verfahren zum Schleudergießen von BimetallTRohrrohlingen aufgrund dessen gewählt, daß Wickel auf der gesamten Innenfläche 15 das Metalls der Grundschicht 11 bei ihrer die Solidustemperatur um 100 - 2000G unterschreitenden Temperatur eventuell zerfließen kann» Dabei ist eine vollständige Entfernung des Flußmittels von dieser Innenfläche sowie die Bildung einer festen Nickelzwischenschicht 2.0 von 1 bis 2 mm auf der gesamten Länge des Hohrrohlings erforderlich. Der Gehalt an Nickel 17 im Metall der Plattierungs-
19
schicht/vor dessen Einguß in die Kokille beträgt erfindungsgemäß 11 bis 18% der sortenspezifischen Zusammensetzung und wird folgenderweise bestimmt: Soll die Konzentration des Wickels im Metall der Plattierungsschicht vor dessen Einguß als 0 und dessen Masse als (1 bezeichnet werdend entsprechend ist die Masse des einzugießenden Nickels Qp und die kasse des Metalls der Grundschicht Q.. Unter Be» rücksichtigung der vollständigen Entfernung des Flußmittels von der Innenfläche des Metalls der Grundschicht 11 und des
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Zerfießens des Metalls auf dieser soll in die Gießform Nickel"17 in einer Menge von 2 bis 3% der Masse des Metalls der Grundschicht 11, d.h. Q2=C 0,02-0,03) (^, eingegeben werden« Bei der Erzeugung von schleudergegossenen Bimetallunter
Rohrrohlingen/ Betriebsverhältnissen beträgt die Masse des Metalls der Plattierungsschicht 19 20 bis 25% der Masse des Metalls der Grundschicht 11, d.h. Qi-,= (0,2-0,25)Q..
Falls sich beide Metallportionen im flüssigen Zustand befinden und vollständig vermischt sind, wird die berechnete Durchschnittskonzentration des Nickels 17 in der erzeugten Legierung
betragen.
Da der Einguß des Metalls der Plattierungsschicht 19 gleich nach dem Eingießen der gesamten kasse des Nickels 17 beginnt, wird während dieser Zeit, die mit der Eingießdauer des Nickels 17 übereinstimmt, eine erstarrte Nickelzwischenschicht 20 mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 mm und einer Masse. Q1 = (0,002-0,005)Q gebildet. Dann wird die Masse des flüssigen Nickels 17 unter Berücksichtigung der erstarrten Nickelzwischenschicht 20 mit einer Masse Q1 einen Wert von Q2-Qi = (0,018-0,025)Q betragen. Das einzugießende Metall der Plattierungsschicht 19 mit einer Masse y, wird mit der FlüSüigkeitsphase des Nickels mit einer
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Masse IqU-^2 vermischt. Unter der 'Voraussetzung einer vollständigen Vermischung dieser Flussigkeitsphasen "beträgt die "berechnete Durchschnittskonzentration des Nickels in der erzeugten Legierung
100 CQg-q) π- C5^ (II)#
°P2
Daraus ergibt sich der Gebalt an Nickel 17 im Metall der Plattierungsschichu 19 vor dessen Einguß in die Gießform
In der sortenspezifischen Zusammensetzung des Metalls der Plattierungsschicht 19 sind. 9-11% Wickel enthalten. Nach der Substitution dieses Wertes in die Gleichung (III) wird der massenbezogene Gehalt an Nickel 17 im Metall der Plactierungsschicht 19 vor dessen Einguß in die Kokille 1 (0,20-0,25)0,,·'.ausmachen, und beim Einguß des Nickels 17 in einer Menge von 2 bis 5% der Masse des Metalls der Grundschicht 11 unter Berücksichtigung der Bildung einer Thermodiffusionsbarriere mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 mm wird dieser 1,0-1,9%, d.h. 11 bis 18% des sortenspezifischen Durchschnittsgehalts betragen.
Die erfindungsgemäße Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Kokille beim Einguß des Nickels 17 um 30 bis 40% im Vergleich zur Drehgeschwindigkeit beim Eingießen und bei der Kristallisation des Metalls der Außenschicht ist durch
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die Notwendigkeit hervorgerufen, ein besseres Zerfießen des Nickels auf der Innenfläche des Metalls der Grundschicht 11 zu erreichen, das Flußmittel 13 von deren Oberfläche zu entfernen sowie die Mischintensität der nicht erstarrten Nickelmasse und des einzugießenden Metalls der Plattierungsschicht 19 zu steigern.
Durch eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Kokille um weniger als 30% im Vergleich zur Anfangsgeschwindigkeit wird ein genügend schnelles Zerfließen des Nickels 17 auf der Innenfläche des Metalls der Grundschicht 11 sowie ein genügend sauberes Entfernen des Flußmittels 13 nicht gewährleistet»
Eine Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der Kokille über 40% führt zur Bildung von äußeren Rissen im Rohling wegen erhöhter Vibration der Maschine.
Der erfindungsgemäße Einguß des Metalls der Plattierungsschicht 19 von der dem Einguß des Nickels 17 gegenüberliegenden Seite gestattet es, das Eingießen dieses Metalls gleich nach der Beendigung des Eingusses des Nickels 17 in die Kokille 1 zu beginnen, und führt zu einer intensiven Vermischung von diesen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen gestattet es, Bimetall-Rohrrohlinge von großem Durchmesser mit einem Verhältnis von L/D> &:1O ohne deren Auswalzen unter gleichzeitiger Verbesserung der Verschweißbarlceit der zwei Metalle, Erhöhung der Kerb-
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Schlagzähigkeit der Schweißverbindung sowie Herabsetzung der Arbeitsintensität und der Selbstkosten im Vergleich zu den existierenden Eertigungsvorgängen zu erzeugen.
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Claims (1)

28S2030 PATENTANWÄLTE ZELLENTlN · 1. Dezember 1978 ZWEIBRÜCKENSTR.15 PATENTANSPRÜCHE RZ/Os 8OOO MUNCHEN2 . i^1-^ 1AiYiD^JiU Otto, P 76 084
1. Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen, welches den sukzessiven Einguß des"* Metalls der Grundschicht mit Flußmittel und des Metalls der Plattierungsschicht in eine drehbare Kokille umfaßt, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Erreichen auf der Innenfläche/des Metalls der Grundschicht (11)<4iiner Temperatur^ die dessen Bolidustemperatur um 100 bis 2000G unterschreitet, in die Kokille (1) Nickel (17) in einer Menoe von 2 bis 3% der Masse des Metalls der Grundschicht (11) eingegossen und nach Beendigung des Einguß<[in die Kokille (ih>das Metall der Plattierungsschicht (19) mit einem Nickelgehalt von 11 bis 18% des sortenspezificchen Durchschnittsgehalts/gegossen wird, wobei gleichzeitig mit dem Beginn des Eingusses des Nickels (17) die Drehgeschwindigkeit der Kokille (1) um 30 bis 40% der Anfangsgeschwindigkeit gesteigert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Plattierungsschicht (19) in die
Kokille (1) von der dem Einguß des Nickels (17) gegenüberein
liegenden Seite gegossen wird.
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INSPECTED
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