DE2852030C3

DE2852030C3 - Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen

Info

Publication number: DE2852030C3
Application number: DE2852030A
Authority: DE
Inventors: Gleb S. Akubov; Nikolaj N. Aleksandrov; Vladimir M. Ischewsk Lvov; Genrich S. Moskva Mirsojan
Original assignee: N PROIZV OB PO TECH MASCH
Current assignee: N PROIZV OB PO TECH MASCH
Priority date: 1977-12-02
Filing date: 1978-12-01
Publication date: 1981-11-19
Also published as: DE2852030B2; DE2852030A1; SE438804B; IT1101359B; FR2410522A1; FR2410522B1; IT7830525A0; SE7812361L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Technologie des Schleudergusses von Rundgußstücken und insbesondere auf ein Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen.

Die Erfindung kann in der Sch'eudergußtechnik 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 Vertahren zur Erzeugung dieser Rohre mit nachfolgendem Auswalzen. Jedoch wird dabei die Plastizität der Schweißzone zwischen den zwei Metallen infolge gegenseitiger Diffusion von Kohlenstoff und karbidbildcnden 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 aufeinanderfolgender, Einguß von zwei Stählen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung in einer bestimmten Zeit

it) 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 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

2» Bildung von spröden Karbiden an der Grenzfläche zu erzeugen, wodurch die Festigkeit der Verbindung geschwächt wird.

Zur Verhinderung der Karbidbildung ist es notwendig, dab entweder der Kohlenstoffgehalt im rostfreien

2ϊ Stahl nur etwas höher als im niedriglegierten Perlitstahl ist, aus dem die Außenschicht erzeugt wird, oder der Kohlenstoffgehalt in der Außenschicht des Kohlenstoffstahls beträchtlich geringer als sortenspezifisch ist. Jedoch wird durch die Erhöhung des Kohlenstoffgehalts

3ii 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. Deswegen gestattet es das genannte Verfahren,

si 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

4■) 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 Anisotrop'ekoeffizienten 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

">i 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.

Wi Gemäß der beschriebenen Technologie werden gegenwärtig Bimetallrohre mit innerer Plattierungs schicht aus einem rostfreien Stahl hergestellt, wobei die I zod-Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung \„= 3,2 kpm/cm-'betriigt.

ι Somit besteht tier Nachteil des genannten Verfahrens darin, daß ein zusätzlicher technologischer Vorgang (Auswalzen) notwendig ist. welcher naturgemäß zusätzliche kostspielige Maschinen sowie zusätzlichen liner-

gieaufwand erfordert.

Bekanntlich kann das Gefüge des Gußmetalls zu einem gleichachsigen feinkörnigen Gr-füge durch Modifizieren des Metalls sowie durch eine spezielle Wärmebehandlung (durch Homogenisierungsglühen bei hohen Temperaturen) unter Umgehei. der plastischen Verformung umgewandelt werden.

Neben den positiven Eigenschaften führt jedoch die Wärmebehandlung zur Versprödung der Schweißverbindung (die Izod-JCerbschlagzähigkeit sinkt auf λ₍₎=1,3 —1,7 kpm/cm²) sowie zur Verringerung der Korrosionsbeständigkeit der Plattierungsschicht infolge intensiver Diffusion von hauptsächlich Kohlenstoff aus dem Metall der Au'ienschicht.

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 200° C 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 Plaltierungsschicht 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, Bimetail-Rohrrohlinge von großem Durchmesser mit einem Verhältnis von ZyD>8 :10 ohne nachfolgendes Auswalzen unter gleichzeitiger Verbesserung der Verschweißbarkeit von zwei Metallen durch eine Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung (Izod-Kerbschlagzähigkeit steigt auf «n = 4,3 kpm/cm²) sowie unter Verringerung der Arbeitsintensität und der Selbstkosten zu erzeugen.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Durchführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen zeigt

Fig. 1 — schaubildliche Darstellung der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ;iim Schleudergießen von Rohrrohlingen,

F i g. 2 — schaubildliche Darstellung der schrittweisen Durchführung des Verfahrens zum Schleudergießen von ßimetall-Rohrrohlirigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von schleudergegosscncn Rohrrohlingcn besteht im folgen den. Die fertig montierte Kokille I (I-'ig. !) wird durch Antriebsrollen 2 in Drehung bis /um Erreichen einer Geschwindigkeit versetzt, bei welcher das Metall tier Grundschicht eingegossen wird. Danach wird in dir 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 Wärrr.edämmüberzug 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 der Schaufel in die Kokille 1, wo er durch die Schleuderkraft gegen die Innenfläche der Kokille t 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 11 eingeleitet. Nachdem die ersten Portionen des Metalls der Grundschicht II die gesamte Länge der Kokille 1 durchströmen, d. h. den hinteren Deckel 7 erreichen, wird auf den Strahl des Metalls der Grundschicht 11 ai,s einem Zuteiler 12 vom Schneckentyp ein pulverförmiges Flußmittel 13 gegeben. Bei der Berührung mit dem Strahl des Metalls der Grundschich' 11 schmilzt das pulverförmige Flußmittel 13 infolge dessen Überhitzung ein und wird unter Einwirkung der Schleuderkraft auf die Innenfläche des Metalls der Grundschicht Il verdrängt, wobei dieses von nichtmetallischen Einschlüssen raffiniert wird. Die Dauer der Dosierung des pulverförmiger! Flußmittels 13 auf den Strahl des Metalls der Grundschicht Il 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 geteilt... Nach dem Eingießen des Metalls der Grundschuht 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 200T unterschreitet, entspricht dem Schritt A des Verfahrens zur Erzeugung von schleudergegossenen Binietall-Rohrrohlingen.

Nachdem die Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11 eine Temperatur erreicht hat, die dessen Solidustemperatur um 100 bis 2O⁰C unterschreitet, werden an die Schleudergießmaschine durch die Krane 14 und 16 (F ig. 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 (F i g. 1) mit dem Metall der Plattierungsschicht 19 (Fig. 2) mit einem Nickelgehalt von 11 bis 18% der durchschnittlichen sortenspezifischen Zusammensetzung dieses Metalls herangefahren, und nach Erreichen der obengenannten Temperaturen an der Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11 wird über die vordere Eingießvorrichtung 8 (F ig 1) Nickel 17 (I" ig. 2) in einer Menge von 2 bis 3% der Masse des Metalls der Grundschicht Il eingegossen, wobei gleichzeitig mit dem Eingußbeginn die Drehgeschwindigkeit der Kokille I um 30 bis 40% der Anfangsgeschwindigkeit langsam gesteigert wird.

Gleich nach der Beendigung des l-.iiigusscs der gesamter Menge des Nickels 17 in die Kokille 1 (Fig. I)

wird über die hintere Eingießvorrichtung 9 das Metall der Plattierungsschicht 19 (Fig. 2) eingegossen. Nach dem vollständigen Erstarren des Metalls der Plattierungsschicht 19 wird die Kokille 1 (Fig. 1) stillgeset/i. der Bimetallrohling der Kokille 1 entnommen und zur Wärmebehandlung weitergeleitet. Das Zeitintervall zwischen dem Beginn des Eingusses des Nickels 17 (Fi g. 2) und dem Beginn des Eingusses des Metalls der Plattierungsschicht 19 entspricht dem zweiten Schritt B des Verfahrens zur Erzeugung von Bimetall-Rohrrohlingen und das Zeitintervall zwischen dem Beginn des Eingusses des Metalls der Plattierungsschicht 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 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.

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 liefer liegt als die Solidustemperatur, dessen Verschweißung mit dem Nickel 17 schlecht vor sich geht und bei einer Temperatur bis 100°C unter der Solidustemperatur des Metalls der Grundschicht 11 dessen teilweises Einschmelzen im Fallbereich des Strahls des Nickels 17 aus der Eingießvorrichtung in die Kokille 1 erfolgt und eine unscharfe Schweißgrenze gebildet wird.

Eine Nickelmenge von 2 bis 3% der Masse des Metalls der Grundschicht 11 wurde im erfindungsgemäßen Verfahren zum Schleudergießen von Bimetall-Rohrrohlingen aufgrund dessen gewählt, daß Nickel auf der gesamten Innenfläche 15 des Metalls der Grundschicht 11 bei ihrer die Solidustemperatur um 100 —200°C 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 Plattierungsschicht 19 vor dessen Einguß in die Kokille beträgt erfindungsgemäß 11 bis 18% der sortenspezifischen Zusammensetzung und wird folgenderweise bestimmt: Soll die Konzentration des Nickels im Metall der Plattierungsschicht vor dessen Einguß als C₃ und dessen Masse als Qs bezeichnet werden; entsprechend ist die Masse des einzugießenden Nickels Q₂ und die Masse des Metalls der Grundschicht Q_x. 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 Metalls der Grundschicht 11, d h. Q₂ = (0,02-0,03) Q_x, eingegeben werden. Bei der Erzeugung von schleudergegossenen Bimetall-RohiTohlingen unter Betriebsverhältnissen beträgt die Masse des Metalls der Plattierungsschicht 19, 20 bis 25% der Masse des Metalls der Grundschicht 11, d. h. Q₃ = (0,2 - 0,25) <?,.

Falls sich beide Metallportionen im flüssigen Zustand befinden und vollständig vermischt sind, wird die berechnete Durchschnittskonzentration des Nickels 17 in der erzeugten Legierung

Lh + Lh

betragen.

Da der Einguß des Metalls der Plattierungsschicht 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 Nickelzwischcnschicht 20 mit einer Masse Q'2 einen Wert von Qi-Q'2 = (0,018-0,025) Oi betragen. Das einzugießende Metall der Plattierungsschicht 19 mit einer Masse Qi wird mit der Flüssigkeitsphase des Nickels mit einer Masse Q₂-Q'2 vermischt. Unter der Voraussetzung einer vollständigen Vermischung dieser Flüssigkeitsphasen beträgt die berechnete Durchschnitiskonzentration des Nickels in der erzeugten Legierung

IQO(Q₂ - ζ?',) + QQ₃ Q₂ - Gi + Qi

(Ii)

Daraus ergibt sich der Gehalt an Nickel 17 im Metall der Plattierungsschicht 19 vor dessen Einguß in die Gießform

(C,,, - 100) ■ (β, - 0'_:)

(IU)

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 1 (0,20-0,25) (?, 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 Thermodiffusionsbarriere 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 Außenschicht 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 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 Schleudergie-

ßen von Bimetall-Rohrrohlingen gestattet es, Bimetall-Rohrrohlinge von großem Durchmesser mit einem Verhältnis von L/D> 8:10 ohne deren Auswalzen unter gleichzeitiger Verbesserung der Verschweißbarkeit der zwei Metalle, Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit der Schweißverbindung sowie Herabsetzung der Arbeitsintensität und der Selbstkosten im Vergleich zu den existierenden Fertigungsvorgängen zu erzeugen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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 (It), die dessen Solidustemperatur um 100 his 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.

2. 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.