DE2852030B2 - Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen - Google Patents
Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-RohrrohlingenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Technologie des Schleudergusses von Rundgußstücken
und insbesondere auf ein VerfaS. :n zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen.
Die Erfindung kann in der Schleudergußtechnik bei
der Erzeugung von Bimetall-Rohrrohlingen verwendet
werden.
Die Anwendung der vorliegenden Erfindung gestattet es, Bimetall-Schleudergußrohre 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 Ländern hat die Produktion von Bimetall-Rohrrohlingen mit einer
Außenschicht aus einem Kohlenstoffstahl und mit einer Innenschicht aus einem niedriggekohlten rostfreien
Stahl durch Schleudergußverfahren für die Bedürfnisse verschiedener Industriezweige eine breite Anwendung
gefunden.
Das Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen 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 dein einen Stahl in den anderen bei erhöhten Tempernturen
verringert.
Das Problem auf diesem Gebiet besteht in der Erhöhung der Elastizität der Schweißverbindung, der
Herabsetzung der Arbeitsintensität und der Erhöhung der Betriebsleistung.
rohüngen durch den sukzessiven Einguß von zwei
zung 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
to umfaßt Dabei wird das Intervall zwischen dem Einguß der ersten und der zweiten Metallschicht unter der
Maßgabe gewählt, daß die Innenfläche des Grundschichtmetalls eine Temperatur aufweist, die dem
Unterschied zwischen dessen Liquidus- und Solidustem-
n peratur entspricht
Das genannte Verfahren gestattet es nicht, ein qualitätsmäßiges Bimetall aus unterschiedlichen Stahlsorten mit einem unterschiedlichen Gehalt °ji Kohlenstoff und karbidbildenden Elementen infolge der
Bildung von spröden Karbiden an der Grenzfläche zu erzeugen, wodurch die Festigkeit der Verbindung
geschwächt wird.
Zur Verhinderung der Karbidbildung ist es notwendig, daß entweder der Kohlenstoffgehalt im rostfreien
Stahl nur etwas höher als im niedriglegierten Perlitstahl ist, aus dem die Außenschicht erzeugt wird, oder der
Kohlenstoffgehali in der Außenschicht des Kohlenstoffstahls beträchtlich geringer als sortenspezifisch ist
Jedoch wird durch die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts
im Stahl der Innensciiicht die Korrosionsbeständigkeit
desselben stark herabgesetzt, und ein niedrigerer Kohlenstoffgehalt im Stahl der Außenschicht führt zu
einer starken Abnahme der Festigkeit desselben. Deswegen gestattet es das genannte Verfahren,
schleudergegossene Bimetall-Rohlinge nur aus Stählen mit fast gleichem Kohlenstoffgehalt zu erzeugen.
Die meiste Verbreitung hat gegenwärtig ein Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen
gefunden, welches den sukzessiven Einguß von Metallen
unterschiedlicher Zusammensetzung unter einer Flußmittelschicht in eine drehbare Gießform umfaßt, wobei
die zweite Schicht nach dem Abkühlen der früher gegossenen Schicht des Metalls auf eine Temperatur,
die dessen Solidustemperatur um 100 bis 350" C
unterschreitet, eingegossen wird (siehe z. B. den
SU-Urheberschein Nr. 358074).
Das Metall des nach diesem Verfahren erzeugten Bimetall-Rohrrohlings weist ein Gußgefüge, d. h. einen
niedrigen Anisotropiekoeffizienten der mechanischen
Eigenschaften der Stahlaußenschicht auf. Deswegen
wird der schleudergegossene Bimetallrohling bei der Erzeugung von Fertigrohren verformt, u. z. bei hohen
Temperaturen ausgewalzt, und erst dann unter vorgegebenen Verhältnissen wärmebehandelt Durch das
Auswalzen wird gegebenenfalls das Gußgefüge des Rohlings 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-Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung
«;,= 3,2 kpm/cm2 beträgt.
h3 Somit besteht der Nachteil des genannten Verfahrens
darin, daß ein zusätzlicher technologischer Vorgang (Auswalzen) notwendig ist, welcher naturgemäß zusätzliche kostspielige Maschinen sowie zusätzlichen Ener-
gjeaufwand 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.
Neben den positiven Eigenschaften führt jedoch die Wärmebehandlung zur Versprödung de" Schweißverbindung
(die Izod-Kerbschlagzähigkeit sinkt auf
aff=13—l,7kpm/cm2) sowie zur Verringerung der
Korrosionsbeständigkeit der Plattierungsschicht infolge intensiver Diffusion von hauptsächlich Kohlenstoff aus
dem Metall der Außensthicht
Die vorliegende Erfindung bezweckt, die genannten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, ein Verfahren zum Schleudergießen von großformatigen
Bimetall-Rohrrohlingen zu entwickeln, durch welches die Plastizität der Schweißverbindung unter
gleichzeitiger Verkürzung des Fertigungsvorgangs sowie Herabsetzung der Arbeitsintensität und der
Selbstkosten von Bimetallrohren erhöht wird.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein 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, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem Erreichen auf der
Innenfläche des Grundschichtmetalls einer Temperatur, die dessen Solidustemperatur um 100 bis 2000C
unterschreitet, in die Kokille Nickel in einer Menge von
2 bis 3% der Masse des Grundschichtmetalls eingegossen und nach Beendigung des Eingusses das Metall der
Plattierungsschicht mit einem Nickelgehalt von 11 bis
18% des sortenspezifischen Durchschnittsgehalts in die Kokille 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 Plattierungsschicht
in die Kokille von der dem Nickeleinguß gegenüberliegenden Seite eingegossen.
Ein derartiges Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen gestattet es, Bimetall-Rohrrohfinge
von großem Durchmesser nit 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 λ«=4,3 kpm/cm2) sowie unter Verringerung
der Arbeitsintensität und der Selbstkosten zu erzeugen.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Durchführungsbsispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen erläutert, in denen zeigt
F i g. 1 — schaubildliche Darstellung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schleudergießen
von Rohrrohlingen,
F i g, 2 — schaubildliche Darstellung der schrittweisen
Durchführung des Verfahrens zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von schleudergegossenen Rohrrohlingen besteht im folgenden.
Die fertig montierte Kokille 1 (Fig. 1) wird durcli Antriebsrollen 2 ir. Drehung bis zum Erreichen eine:
Geschwindigkeit versetzt, bei welcher das Metall der Grundschicht eingegossen wird. Danach wird in die
rotierende Kokille 1 von der Seite des Vorderdeckels 3 durch dessen Zentralöffnung 4 mittels einer Umkehrvorrichtung
eine auf einer Einschienenbahn verfahrbare Schaufel (in Figur 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 5 durch einen Schlitz in
ίο der Schaufel in die Kokille 1, wo er durch die
Schleuderkraft gegen die Innenfläche der Kokille 1 gedrückt wird.
Nach Beendigung des Auftragens des Wärmedämmüberzugs 5 wird die Schaufel aus der Kokille 1 heraus
abgezogen. Erst danach werden in die Kokille 1 durch die Zentralöffnungen 4,6 des vorderen und des hinteren
Deckels 3,7 Eingießvorrichtungen 8,9 eingeführt Über
die vordere Eingießvorrichtung 8 wird aus einer Pfanne 10 das Metall der Grundschicht IJ 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 aut den Strahl des
Metalls der Grundschicht 11 aus einem Zuteiler 12 vom Schneckentyp ein pulverförmiges Flußmittel 13 gegeben.
Bei der Berührung mit dem Strahl des Metalls der Grunuschicht 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 pulverförmigen 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 Temperatur erreicht
die dessen Solidustemperatur um 100 bis 20O0C unterschreitet entspricht dem Schritt A des Verfahrens
zur Erzeugung von schleudergegossenen Bimetall-Rohrrohlingen.
Nachdem die Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11 eine Temperatur erreicht hat die
dessen Solidustemperatur um 100 bis 200C unterschreitet,
werden an die Schleudergießmaschine durch die Krane 14 und 16 (Fi g. 1) entsprechend eine Pfanne (in
Figur nicht gezeigt) mit Nickel 17 (Fig.2) in einer Menge von 2 bis 3% der Masse des Metalls der
Grundschicht 11 sowie eine Pfanne 18(Fi g. 1) mi.· dem
Metall der Plattierungsschicht 19 (Fig.2) mit einem
Nickelgehalt von 11 bis 18% der durchschnittlichen sorienspezifischen Zusammensetzung dieses Metalls
herangefahren, und nach Erreichen der obengenannten Temperaturen an der Innenfläche 15 des Metalls der
Grundschicht 11 wird über die vordere Eingießvorricntun|[
8 (F i g. 1) Nickel 17 (F i g. 2) in einer Menge von 2
bis 3% der Masse des Metalls der Grundschicht Ii
eingegossen, wobei gleichzeitig mit dem Eingußbeginn
bi die Drehgeschwind;gkeit der Kokille 1 um 30 bis 40%
der Anfangsgeschwindigkeit langsam gesteigert wird.
Gleich nach der Beendigung des Eingusses der gesamten Menge des Nickels 17 in die Kokille 1 (Fi g. 1)
wird über die hintere Eingießvorrichtung 9 das Metall der Plattierungsschieht 19 (Fig. 2) eingegossen. Nach
dem vollständigen Erstarren des Metalls der Plattierungsschieht 19 wird die Kokille 1 (Fig. 1) stillgesetzt,
der Bimetallrohling der Kokille 1 entnommen und zur Wärmebehandlung weitergeleitet. Das Zeitintervall
zwischen dem Beginn des Eingusses des Nickels 17 (F i g. 2) und dem Beginn des Eingusses des Metalls der
Plattierungsschieht 19 entspricht dem zweiten Schritt B des Verfahrens zur Erzeugung von Bimetall-Rohrrohlingen
und das Zeitintervall zwischen dem Beginn des Eingusses des Metalls der Plattierungsschieht und der
Beendigung seiner vollständigen Erstarrung entspricht dem dritten Schritt C
Im erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von Bimetall-Rohrrohlingen ist der Einguß des Nickels 17
zwischen das Metall der Grundschicht 11 und das Metall
der Plattierungsschieht 19 dadurch bedingt, daß Nickel eine Thermodiffusinnsharripre für den Kohlenstoff
während der langandauernden Wärmebehandlung bildet
und zur Verbesserung der Plastizität der Schweißzone zwischen den zwei Metallen beiträgt.
Erfindungsgemäß wurde die Temperatur der Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11, die dessen
Solidustemperatur um 100 bis 2000C unterschreitet,
beim Einguß des Nickels 17 auf diese ausgehend davon
gewählt, daß bei einer Temperatur der Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11, die um 2000C tiefer
liegt als die Solidustemperatur, dessen Verschweißung mit dem Nickel 17 schlecht vor sich geht und bei einer jo
Temperatur bis 1000C unter der Solidustemperatur des Metalls der Grundschicht U dessen teilweises Einschmelzen
im Fallbereich des Strahls des Nickels 17 aus der Eingießvorrichtung in die Kokille 1 erfolgt und eine
unscharfe Schweißgrenze gebildet wird. s?
Eine Nickelmenge von 2 bis 3% der Masse des Metalls der Grundschicht 11 wurde im ei findungsgemäßen
Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen aufgn_nd dessen gewählt, daß Nickel auf
der gesamten Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11 bei ihrer die Solidustemperatur um
100 —!2000C unterschreitenden Temperatur eventuell
zerfließen kann. Dabei ist eine vollständige Entfernung des Flußmittels von dieser Innenfläche sowie die
Bildung einer festen Nickelzwischenschicht 20 von 1 bis 2 mm auf der gesamten Länge des Rohrrohlings
erforderlich.
Der Gehalt an Nickel 17 im Metall der Plattierungsschieht 19 vor dessen Einguß in die Kokille beträgt
erfindungsgemäß H bis 18% der sortenspezifischen Zusammensetzung und wird folgenderweise bestimmt:
Soll die Konzentration des Nickels im Metall der Plattierungsschieht vor dessen Einguß als Ci und dessen
Masse als Qb bezeichnet werden; entsprechend ist die
Masse des einzugießenden Nickels Qi und die Masse des
Metalls der Grundschicht Q1. Unter Berücksichtigung der vollständigen Entfernung des Flußmittels von der
Innenfläche des Metalls der Grundschicht 11 und des Zerfließens des Metalls auf dieser soll in die Gießform
Nickel 17 in einer Menge von 2 bis 3% der Masse des ω Metalls der Grundschicht 11, d. h. Q2 = (0,02-0,03) Q1,
eingegeben werden. Bei der Erzeugung von schleudergegossenen Bimetall-Rohrrohlingen unter Betriebsverhältnissen
beträgt die Masse des Metalls der Plattierungsschieht 19, 20 bis 25% der Masse des Metalls der
Grundschicht ii, d.h. Q3 = (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
Cn
=
IQOQ2
Qi +
betragen.
Da der Einguß des Metalls der Plattierungsschieht 19 gleich nach dem Eingießen der gesamten Masse 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 Q'2 = (0,002-0,005) Q,
gebildet. Dann wird die Masse des flüssigen Nickels 17 unter Berücksichtigung der erstarrten Nickelzwischenschicht
20 mit einer Masse Q'2 einen Wert von
Q2-Q'] = (0,018-0,025) Q1 betragen. Das einzugießende
Metall der Plattierungsschieht 19 mit einer Masse Oi wird mit der Fliissiglceitsnhasp dp« Nirke!* mit pinpr
Masse Q2- Q'2 vermischt. Unter der Voraussetzung
einer vollständigen Vermischung dieser Flüssigkeitsphasen beträgt die berechnete Durchschnittskonzentration
des Nickels in der erzeugten Legierung
Cri -
_ 100 (Q2 - Q1) + C3 Q3
(ID
Daraus ergibt sich der Gehalt an Nickel 17 im Metall der Plattierungsschicht 19 vor dessen Einguß in die
Gießform
„ _ C1,, ■ Q3 + (C,, - 100) · (Q2 - Q2)
(III)
In der sortenspezifischen Zusammensetzung des Metalls der Plattierungsschicht 19 sind 9-11% Nickel
enthalten. Nach der Substitution dieses Wertes in die
Gleichung (III) wird der massenbezogene Gehalt an Nickel 17 im Metall der Plattierungsschicht 19 vor
dessen Einguß in die Kokille I (0,20-0,25) Q1 ausmachen, und beim Einguß des Nickels 17 in einer
Menge von 2 bis 3% der Masse des Metalls der Grundschicht 11 unter Berücksichtigung der Bildung
einer Theimodiffusionsbarriere mit einer Dicke von 0,1 bis 0,2 mm wird dieser 1,0-13%, 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
AuSenschicht ist durch die Notwendigkeit hervorgerufen, ein besseres Zerfließen 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 erstarrter= Nickebnasse 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
7 8
über 40% führt zur Bildung von äußeren Rissen im Ben von Bimetall-Rohrrohlingen gestattet es, Bimetall-Rohling
wegen erhöhter Vibration der Maschine. Rohrrohlinge von großem Durchmesser mit einem
Der erfindungsgemäße Einguß des Metalls der Verhältnis von UD>
8 :10 ohne deren Auswalzen unter
Plattierungsschxht 19 von der dem Einguß des Nickels gleichzeitiger Verbesserung der Verschweißbarkeit der
17 gegenüberliegenden Seite gestattet es, das Eingießen >
zwei Metalle, Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit der
dieses Metalls gleich nach der Beendigung des Schweißverbindung sowie Herabsetzung der Arbeitsin-
Eingusses des Nickels 17 in die Kokille 1 zu beginnen, tensität und der Selbstkosten im Vergleich zu den
und i'ihrt zu einer intensiven Vermiüchung von diesen. existierenden Fertigungsvorgängen zu erzeugen.
Dar erfindungsgemäße Verfahren zum Schleudergie-
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
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 einer Temperatur auf der
Innenfläche (15) des Metalls der Grundschicht (11), die dessen Solidustemperatur um 100 bis 2000C
unterschreitet, in die Kokille (1) Nickel (17) in einer Menge von 2 bis 3% der Masse des Metalls der
Grundschicht (11) eingegossen und nach Beendigung des Eingusses das Metall der Plattierungsschicht (19)
mit einem Nickelgehalt von 11 bis 18% des sortenspezifischen Durchschnittsgehalts in die Kokille (1) 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.
Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall der Plattierungsschicht (19)
in die Kokille (1) von der dem Einguß des Nickels (17) gegenüberliegenden Seite eingegossen wird.
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