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Verfahren zur Herstellung von plattierten
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Stahl produkten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von geradlinigen Stahlprodukten, z.B. Stahlrohren, -stäben und Stahldrähten, die
aus wenigstens zwei laminierten Metallen bestehen.
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Ein plattiertes Stahlrohr mit laminierter Struktur aus einer Außenschicht
aus Kohlenstoffstahl und einer Innenschicht aus nichtrostendem Stahl ist bekannt
und wird in großem Umfang verwendet. Plattierte Stahlprodukte, die solche plattierten
Stahlrohre darstellen, haben auf Grund der Anwesenheit eines laminierten Metalls
(gewöhnlich ist die Menge einer Schicht, beispielsweise der Innenschicht aus nichtrostendem
Stahl im vorstehend genannten Beispiel, gering) hohe Korrosionsbeständigkeit, hohe
Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion unter der Einwirkung von Schwefelwasserstoff
und hohe Abriebfestigkeit, und die plattierten Stahlprodukte widerstehen daher strengen
Bedingungen und sind für Spezialzwecke anwendbar.
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Ein billiges Metall wird normalerweise als Grundmetall verwendet (gewöhnlich
eine in großer Menge vorhandene Schicht beispielsweise aus Kohlenstoffstahl als
Außenschicht im vorstehend genannten Fall).
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Für die Herstellung solcher plattierter Stahlrohre ist das nachstehend
beschriebene Verfahren bekannt.
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Nlie in Fig. 1G dargestellt, wisd ein Rohr 2' aus niclltrostendcm
Stahl in ein aus Kohlenstoffstahl bestehen des dickes Rohr 1' eingeführt, und beide
Stirnteile des im Rohr 1' liegenden Rohrs 2' werden durchgehend längs seines gesamten
Umfanges angeschweißt. Nickel wird in einer Dicke von 80 bis 130 um auf die Umfangsfläche
des Rohres 2' plattiert, um Diffusion von Kohlenstoff während des metallurgischen
Verbindens der beiden Rohre zu verhin-
dern. Der Außendurchmesser
des Rohres 2' ist um etwa 1,6 mm kleiner als der Innendurchmesser des Rohres 1',
so daß die beiden Rohre sich leicht ineinander fügen lassen. Ein Gasabzugsloch 1'a,
das mit dem Hohlraum zwischen dem Rohr 1' und dem Rohr 2' in Verbindung steht, wird
am Endteil des Rohres 1' gebildet. Diese beiden Rohre als Werkstoff, der zu einem
Rohr zu formen ist, d.h.
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ein Walzblock, wird unter bestimmten Bedingungen erhitzt und so durch
eine Rotations-Schmiedewalzmaschine gegeben, daß der Teil, an dem das Gasabzugsloch
1'a gebildet worden ist, sich an der Unterseite befindet, wodurch das gewünschte
Rohr gebildet wird. Dieses Verfahren oder ähnliche Verfahren haben den Nachteil,
daß das mechanische Anbringen des Gasabzugslochs 1'a u.dgl. sehr umständlich und
aufwendig ist. Das Zentrieren des Innenrohres 2' und des Außenrohres - 1' ist während
des Schweißvorganges schwierig, und da beide Rohre gekrümmt sind, ist es schwierig,
ein langes Rohr zu bilden. Daher liegen bei diesem Verfahren verschiedene Faktoren
vor, die Verbesserungen der Produktionsleistung und der Herstellungsgeschwindigkeiten
der Walzblöcke verhindern.
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Als Verfahren zum Zusammensetzen von laminierten Walzblöcken ist die
Preßsitzpassung bekannt. Da jedoch der Pressenhub zum Einsetzen eines Innenrohres
2' in ein Außenrohr 1' im Preßsitz von Natur aus begrenzt ist, hat das Verfahren
den Nachteil, daß langes Rohrmaterial nicht herstellbar ist.
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Zu crw.ihnen ist ferner ein Schrumpfpassungsverfahren.
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Bei Anwendung dieses Verfahrens wird jedoch Zunder auf der inneren
Umfangsfläche der Rohres 1' gebildet, und die Fähigkeit zur metallurgischen Verbindung
während des Rohrbildungsvorganges ist sehr schlecht. Dies hat eine Vcrmillderung
der die Prüfung der Produkte bestehenden :Sl:ückc zur Folge. Ferner kommt ein Verfahren
zur Anwendung, bei dem die Luft im Hohlraum zwischen den Rohren
1'
und 2' durch ein Inertgas, z.B. Argon, ersetzt wird, um die Zunderbildung während
des Warmwalzens o,dgl. zu verhindern. Auch bei Anwendung dieses Verfahrens beispielsweise
im Falle eines plattierten Stahlrohres mit einer Gesamtlänge von 7 m müssen der
obere Teil in einer Länge von etwa 2 m und der untere Teil in einer Länge von etwa
0,5 m auf Grund ungenügender metallurgischer Verbindung verworfen werden.
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Wie die vorstehenden Ausführungen zeigen, weisen auch die Verfahren,
die als praktisch ausgezeichnet gegenüber dem bisher angewandten Explosionsschweißverfahren
angesehen werden, verschiedene Nachteile und Schwierigkeiten auf.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die vorstehend genannten Nachteile
und Schwierigkeiten der üblichen Verfahren auszuschalten, und ihr Gegenstand ist
ein Verfahren, bei dem man einen hohlen oder massiven plattierten Block oder Vorblock
als Zwischenmaterial nach einem Kaltziehverfahren herstellt und dieses Zwischenmaterial
der Warmformgebung zur llerstellung eines plattierten Stahlprodukts mit der gewünschten
Form unterwirft Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Herstellung von Stahlrohren
sowie plattierten geradlinigen Stahlprodukten, z.B. plattierten Stäben und Stahldrähten,
die bisher in der Praxis nicht hergestellt oder in den Handel gebracht wurden, mit
ausgezeichneter metallurgi#scher Bindefähigkeit zwischen Grundmetall und Auflagemetall,
mit h-ohen Produktionsgeschwindigkeiten und in# hohen Ausbeuten unter Vermeidung
einer Karburierung, wobei kei#ne großen Apparaturen zur Verhinderung der Karburierung
erstellt werden müssen.
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Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen
näher erläutert.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die die Hauptstufen des
Verfahrens gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform zur Herstellung von plattiertem
Stahlrohr
veranschaulicht'.
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Fig. 2 veranschaulicht schematisch den Zustand des Kaltziehens bei
der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform.
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Fig. 3 ist ein Schliffbild, das einen axialen Schnitt durch den verbundenen
Teil eines plattierten Stahlrohres zeigt, das nach der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform
hergestellt worden ist.
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Fig. 4 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform, bei der eine
Metallfolie als Zwischenlegmaterial verwendet wird.
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Fig. 5 und Fig. 6 sind Schliffbilder, die einen axialen Schnitt durch
den Verbindungsteil eines plattierten Stahlrohres zeigen, das unter Verwendung einer
Metallfolie als Zwischenlegmaterial hergestellt worden ist.
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Fig. 7 ist ein Schema, das die Hauptstufen des Verfahrens gemäß der
Erfindung in einer Ausführungsform veranschaulicht, bei der ein plattiertes Stahlrohr
in Arbeitsstufen hergestellt wird, zu denen eine Stufe der Bildung eines plattierten
Vorblocks durch Kaltziehen gehört.
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Fig. 8 ist ein Schema, das den Zustand des Kaltziehens bei der in
Fig. 7 dargestellten Ausführungsform zeigt.
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Fig. 9 ist ein Schliffbild, das einen axialen Schnitt durch ein plattiertes
Stahlrohr zeigt; das gemäß der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform hergestellt
worden ist.
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Fig. 10 ist ein Schema, das die llauptstufen der Herstellung eines
plattierten Drahts nach dem Verfahren gemäß der Erfindung veranschaulicht.
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Fig. 11 ist ein Schema, das den Zustand des Kaltziehens bei der in
Fig. 10 dargestellten Ausführungsform verans chaulicht.
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Fig 12 ist ein Schliffbild, das einen axialen Schnitt durch einen
plattierten Stab zeigt, der gemäß der in
Fig. 10 dargestellten
Ausführungsform hergestellt worden ist.
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Fig. 13 ist ein Schema, das die Hauptstufen einer anderen Ausführungsform
zur Herstellung eines plattierten Drahts nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
veranschaulicht.
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Fig. 14 ist ein Schema, das den Zustand des Kaltziehens bei der in
Fig. 13 dargestellten Ausführungsform veransciiaulicht.
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Fig. 15 ist ein Schliffbild, das einen axialen Schnitt durch einen
plattierten Draht zeigt, der nach der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform hergestellt
worden ist.
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Fig. 16 ist ein Längsschnitt durch ein Rohrmaterial und veranschaulicht
das übliche Verfahren zur Herstellung von plattiertem Stahlrohr.
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Gemäß einem Grundmerkmal ist die Erfindung auf die Herstellung von
plattierten Stahlprodukten mit laminierter Struktur aus wenigstens zwei Metallschichten
nach einem ist Verfahren gerichtet, das dadurch gekennzeichnett, daß man einen Kern,
der aus einem zu einer Innenschicht zu formenden Metall besteht, direkt oder über
wenigstens ein Rohr, das aus einem Metall besteht, das zu einer Zwischenschicht
zu formen ist, locker in ein Rohr einsetzt, das zu einer Außenschicht zu formen
ist, die Rohre und den Kern der ineinandergefügten Teile gleichzeitig kaltzieht
und hierbei ein Zwischenmaterial bildet, das aus dem Kern und den Rohren, die fest
miteinander verbunden sind, besteht, und das Zwischenmaterial bei einer vorbestimmten
Temperatur erhitzt und aus ihm durch Warmumformung ein Produkt mit der gewünschten
Form bildet.
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Nachstehend werden typische Ausführungsform der Erfindung ausführlich
beschrieben. Um den technischen Umfang der Erfindung deutlich zu definieren, worden
zunächst die charakteristischen Merkmale der Erfindung beschrieben.
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Die Erfindung ist auf geradlinige Stahlprodukte, z.B. Rohr, Stäbe
oder Draht, gerichtet. Die gemäß der Erfindung hergestellten plattierten Stahlprodukte
weisen wenigstens eine Zwischichtenstruktur ähnlich derjenigen des bereits genannten
bekannten plattierten Rohres auf. Wenn jedoch das plattierte Stahlprodukt für Zwecke
verwendet wird, bei denen es einer korrodierenden Atmosphäre ausgesetzt ist, wird
für das plattierte Stahlprodukt eine Dreischichtenstruktur bevorzugt, die laminierte
Schichten aus einem korrosionsbeständigen Metall als den äußeren und den inneren
Umfang bildende Schichten aufweist. Ferner ist häufig je nach Bedarf ein lineares
Stahlprodukt erforderlich, das ein Grundmetall als Kern und wenigstens zwei laminierte
Metallschichten aufweist. Das Rohr oder sonstige geradlinige Produkt gemäß der Erfindung
umfaßt demgemäß wenigstens zwei Metallschichten, wobei das Grundmetall entweder
die Außenschicht oder die Innenschicht und die Zwischenschicht bildet.
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Wenn das Rohr oder sonstige herzustellende geradlinige Produkt eine
Zweischichtenstruktur hat, bestehen die lose zusammenzufügenden Materialien aus
zwei Rohren oder einem Rohr und einem Stab. Wenn das Produkt eine Laminatstruktur
aus wenigstens drei Schichten hat, bestehen die lose zusammenzufügenden Materialien
aus wenigstens drei Rohren oder wenigstens zwei Rohren und einem Stab. Unter dem
hier gebrauchten Ausdruck ~Kern" ist ein Rohr oder Stab, die die innerste Schicht
bilden, zu verstehen.
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Nachstehend werden die beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten
Materialien beschrieben.
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Als Grundmetalle werden Kohlenstoffstahl, legierter Stahl, nichtrostender
Stahl und Nickellegierungen gewählt und verwendet. Als nichtrostender Stahl sind
martensitischer Stahl, ferritischer Stahl und austenitischer Stahl zu nennen. Ferner
können ausscheidungsgehärteter nichtrostender Stahl und nichtrostender Chrom-MangQn-Stahl
verwendet
werden. Zu den Nickellegierungen gehört die "Inconel"-Legierung.
Als Auflagemetall sind abriebfester Stahl, nichtrostender Stahl, Nickel, Nickellegierungen,
Titan, Titanlegierungen, Kupfer, Kupferlegierungen, Chrom und Chromlegierungen,
Aluminium und Aluminiumlegierungen zu nennen. Zu den abriebfesten Stählen gehören
kohlenstoffreicher abriebfester Stahl und abriebfester Manganstahl.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend im Zusammenhang
mit einer Ausführungsform zur Herstellung eines Stahlrohres mit Zweischichtenstruktur
beschrieben.
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Zur Herstellung eines plattierten Stahlrohres mit einer Innenschicht
aus nichtrostendem Stahl und einer Außenschicht aus Kohlenstoffstahl werden ein
Rohr aus Kohlenstoffstahl mit großem Durchmesser und ein Rohr oder Stab aus nichtrostendem
Stahl mit kleinem Durchmesser verwendet.
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Wie in Fig. 1-(a) dargestellt, wird das Rohr 2 oder der Stab 12 mit
kleinem Durchmesser in ein Rohr mit großem Durchmesser geschoben, und das Ganze
wird dem Kaltziehen unterworfen. Der Innendurchmesser des Rohres 1 und der Außendurchmesser
des Rohres 2 (oder der Durchmesser des Stabes 12) werden so vorherbestimmt, daß
die beiden Rohre sich leicht ineinanderschieben lassen. Mit anderen Worten, die
beiden Rohre müssen sich nicht eng gegeneinanderlegen, sondern werden lose zusammengefügt,
so daß sie sehr leicht ineinandergeschoben werden können. Der Außendurchmesser und
die Dicke des Rohres 1 und der Innendurchmesser und die Dicke des Rohres 2 (oder
der Durchmesser des Stabes 12) können in geeigneter Weise gewählt werden, so weit
die Kaltziehstufe der i1erstellung eines plattierten Barrens oder Knüppels in Frage
kommt, werden jedoch nach den Arbeitsbedingungen bei der Rohrherstellungsstufe unter
Verwendung des plattierten Barrens als Ausgangsmaterial bestimmt. Vorzugsweise sind
die Rohre 1 und 2 beide nahtlose Rohre, jedoch sind die Rohre nicht auf nahtlose
Rohre begrenzt, vielmehr können auch geschweißte Rohre
verwendet
werden.
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Vor dem Arbeitsgang des Zusammenfügens werden die Innenfläche des
Außenrohres 1 und die Außenfläche des Innenrohres 2 (oder die Außenseite des Stabes
12) einer Reinigungsbehandlung cciterworfen. Polieren wird als Reinigungsbehandlung
bevorzugt, jedoch können die beiden vorstehend genannten Flächen auch einer Strahlbehandlung
an Stelle der Polierbehandlung unterworfen werden. Ferner kann eine Säurewäsche
als Reinigungsbehandlung angewandt werden.
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en Kurz gesagt, beliebige Vorbehandlungen, mit den der Zunder entfernt
werden kann, sind anwendbar. Um Diffusion von Kohlenstoff zwischen den Außen- und
Innenschichten zu verhindern, wird vorzugsweise eine Oberfläche vernickelt oder
eine andere Metallplattierung, mit der die gleiche Wirkung erzielt wird, auf eine
Oberfläche aufgebracht.
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An Stelle der Metallplattierung kann auch eine Metallfolie verwendet
werden. Diese Ausführungsform unter Verwendung einer Metall folie wird später ausführlich
beschrieben.
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Die ineinandergefügten Rohre 1 und 2 (oder das Rohr 1 und der Stab
12) werden einer Reduktionsbehandlung und dann der Kaitziehbehandlung unter Verwendung
einer Kaltziehbank mit Druckwasserantrieb oder Kettenantrieb unterworfen, um einen
hohlen plattierten Barren oder Walzblock 3 (oder einen massiven plattierten Barren
oder Walzblock 13) als Zwischenmaterial zu bilden, wie in Fig. 1-(b) dargestellt.
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In Fig. 2-(a) bis 2-(d) sind die Stufen der Bildung eines solchen
plattierten Walzblocks 3 bzw. 13 dargestellt. Bei allen diesen Abbildungen zeigt
der linke Teil den Querschnitt der Rohre 1 und 2 (oder des Rohres 1 und des Stabes
12) im zusanunengefügten Zustand. Der mittlere Teil zeigt einen Längsschnitt der
ineinandergefügten Rohre beim Durchgang durch die Ziehbank, und der rechte Teil
zeigt einen Querscllnitt durch den plattierten Walzblock 3 bzw.13.
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Fig. 2-(a) und 2-(b) zeigen die Herstellung eines hohlen
plattierten
Walzblocks 3; Fig. 2-(a) zeigt eine Ausführungsform, bei der Kernziehen unter Verwendung
eines Stopfens 51 durchgeführt wird, und Fig. 2-(b) zeigt eine Ausführungsform,
bei der das Ziehen ohne Stopfen o.dgl.
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erfolgt. Fig. 2-(c) und 2-(d) veranschaulichen die Hcrstellung eines
massiven plattierten Knüppels oder Barrens 13. Fig. 2-(c) zeigt eine Ausführungsform,
bei der ein Barren, der sich zur Herstellung eines plattierten Stahlrohres mit einer
Innenschicht aus dem Auflagemetall eignet, gebildet wird, und Fig. 2-(d) zeigt einen
plattierten Barren, der sich zur Herstellung eines plattierten Stahlrohres mit einer
Außenschicht aus dem Auflagemetall eignet. Zum Kernziehen kann ein Dorn verwendet
werden. Vorzugsweise wird der Ziehvorgang auf einmal durchgeführt, jedoch kann das
Ziehen auch in zwei oder mehr Stufen erfolgen.
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Der Grad der Bearbeitung während des Ziehvorgangs wird so gewählt,
daß der Durchmesser des Außenrohres 1 um ein geeignetes Maß relativ zum Durchmesser
des Innenrohres 2 oder des Stabes 12 verringert wird. Eine Verringerung um einige
Prozent ist genügend. Es ist zweckmäßig, auch die Querschnittsfläche durch die vorstehend
beschriebene Ziehbehandlung zu verkleinern.
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In dem in dieser Weise hergestellten plattierten Barren oder Knüppel
3 (oder 13) ist das Rohr 1 mit demRohr 2 oder Stab 12 meclianisch fest verbunden,
und keine Luft ist zwischen ihnen zurückgeblieben.
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Dann wird der in dieser Weise hergestellte plattierte Knüppel oder
Barren 3 oder 13 auf eine vorbestimmte Länge geschnitten, in einen Vorwärmofen gegeben
und auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt.
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Beim Verfahren gemäß der ßrfindung werden die Rohre 1 und 2 oder das
Rohr 1 und der Stab 12, die den plattierten Barren oder Knüppel 3 oder 13 bilden,
fest miteinander
verbunden. In gewissen Fällen besteht jedoch die
Gefahr der Bilduìlg eines geringfügigen Spielraums zwischen den Innen- und Außenschichten
als Folge eines Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den beiden
Schichten. Um das Eindringen von Luft auch bei der Bildung eines solchen feinen
Zwischenraums zu verhindern, wird demgemäß vorzugsweise eine Auftragsschweißung
längs der Grenze zwischen den Innen- und Außenschichten an den Stirnflächen des
plattierten Barrens oder Knüppels 3 bzw. 13 vorgenommen, wie in Fig. 1-(c) dargestellt.
Wenn diese Auftragsschweißung vorgenommen wird, bildet sich auch dann, wenn der
vorstehend genannte feine Zwischenraum gebildet wird, kein Zunder in diesem Zwischenraum,
und während der anschließenden Röhrenherstellungsstufe wird eine Trennung der Rohre
voneinander oder des Rohres vom Stab völlig verhindert. Wenn jedoch das Innenmetall
einen höheren Wärmeausdehnungskoeffi z ienten hat als das Außenmetall, wie es beispielsweise
der Fall ist, wenn das Innenrohr 2 oder der Stab 12 aus Kohlenstoffstahl und das
Außenrohr 1 aus ferritischem nichtrostendem Stahl besteht, oder wenn das Innenrohr
2 oder der Stab 12 aus austenitischem nichtrostendem Stahl und das Außenrohr 1 aus
Kohlenstoffstahl besteht, besteht keine Möglichkeit zur Bildung eines Zwischenraums
zwischen den Innen- und Außenschichten, und die vorstehend genannte Auftragsschweißung
erübrigt sich. Ferner muß diese Auftragsschweißung nicht speziell vorgenommen werden
außer in Fällen, in denen der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen
Innen- und Außenmetall extrem groß ist und die Länge des plattierten Walzblocks
einen bestimmten Wert unterschreitet.
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Nach Bcclldigullg der vorbestimmten Wärmebehandlung wird der plattierte
Walzblock in die Rohrherstellungsstufe überführt.
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Das Rohr kann mit l1ilfe eines Röhrenwalzwerks oder einer Ro'1rpreßmaschine
hergestellt werden. Als Röhrenwalzwerke
eignen sich das Rotationsreckwalzwerk
(rotary elongator), das Stopfenwalzwerk, das Assel-Walzwerk, das Dornwalzwerk das
Pilgerschrittwalzwerk und das Reduzierwalzwerk. Bei einem hohlen plattierten Walzblock
wird ein Rohr durch Walzen unter Verwendung eines solchen Walzwerks hergestellt.
Bei einem massiven plattierten Walzblock erfolgt die Lochungsbehandlung zunächst
unter Verwendung eines Stopfenwalzwerks, beispielsweise mit einem rotierenden Stopfen
oder einem Preßstopfen, und das Rohrwalzen erfolgt danll unter Verwendung eines
kohrwaizwerks der oben genannten Art zur Bildung eines Rohres. Durch die vorstehend
genannten Arbeitsschritte wird das gewünschte plattierte Stahlrohr 4, das in Fig.
1-(d) dargestellt ist, erhalten. Das in dieser Weise erhaltene plattierte Stahlrohr
kann nacll Bedarf durch Kaltbearbeitung fertiggewalzt werden. Bei Anwendung des
Preßverfahrens kann ein geeignietes Strangpreßverfahren, z.B. das Ugine-Séjournet-Strangpreßverfahren
oder das Singer-Strangpreßverfahren oder das Stoßbankverfahren, z.B. das Ehrhard-
Stoßbankverfahren, gewählt werden.
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in plattierter Hohlblock 3, der auf einen vorbestimmten Durchmesser
fertiggewalzt worden ist, kann der seitlichen Preßbehandlung durch eine Strangpreßanlage
vom Ugine-Sejournet-Typ nach der Wärmebehandlung unterworfen werden.
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Ein massiver plattierter Walzblock 13 oder ein plattierter Hohlblock
3 mit einem Innendurchmesser, der einem Führungsloch entspricht, wird zunächst der
Lochungsbehandlung unter Verwendung einer Presse und dann der Seitenpreßbehandlung
unterworfen. litt Falle des massiven plattierten Walzblocks 3 werden natürlich die
Behandlung zur Bildung eines Führungslochs und die Kegelbehandlung (conical cone
treatment) durchgeführt, bevor der massive plattierte Walzblock 3 in den Vorwärmofen
gelegt wird.
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Löcher für das Seitenpressen (lateral pressing) können durch eine
mechanische Behandung vor der Wärmebehandlung gebildet werden. Im Falle des Ehrhard-Stoßbankverfahrens
wird
der massive plattierte Knüppel 13 verwendet. Nach der Wärmebehandlung wird der massive
plattierte Knüppel 13 unter Verwendung einer Ehrhard-Presse zu einem mit landen
versehenen Hohlrohr verarbeitet und das mit Boden versellene Ilohlrohr anschließend
der Reduzierbehandlung unter Verwendung eines Tandem- oder Einfachpreßrings unterworfen.
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Wenn die Rohrbildungsstufe des Verfahrens gemäß der Erfindung nach
dem Ehrhard-Stoßbankverfahren durchgeführt wird, ist der massive Knüppel nicht auf
runde Knüppel begrenzt, vielmehr können auch eckige Knüppel verwendet werden.
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Das in dieser Weise nach dem Preßverfahren (siehe Fig.
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4-(d))erhaltene plattierte Stahlrohr kann nach Bedarf durch Kaltbearbeitung
fertiggewalzt werden.
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Ausfürungsformen, bei denen plattierte Stahlrohre unter Verwendung
von austenitischem nichtrostendem Stahl als Auflagemetall der Innenschicht verwendet
werden, werden nachstehend beschrieben.
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Beispiel 1 Ein Außenrohr 1 (Fig. 1) aus Kohlenstoffstahl mit einem
Kohlenstoffgchalt von 0,20t, einem Außendurchmesser von 214 mm, einem Innendurchmesser
von 151 mm und einer Stärke von 31,5 mm und ein Innenrohr 2 aus austenitischem nichtrostendem
Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,07%, einem Nickelgehalt von 8,52 und einem
Chromgehalt von 18,0, einem Außendurchmesser von 148 mm, einem Innendurchmesser
von 122 mm und einer Wandstärke von 12,5 mm werden verwendet. Die Irn#enfläche des
Außenrohres 1 und die Außenseite des Lnnenrollres 2 werden poliert, und die beiden
Rolle werden ineinandergefügt und einer Reduzierbeiiandlung und dann einer Kaltziehbehandlung
unter Verwendung einer mit Druckwasser betriebenen Ziehbank von 200 t auf die in
Fig. 2-(d) dargestellte Weise unterworfen, wobei ein plattierter Hohlblock 3 mit
einem Außendurch-
messer von 205 mm, einem Innendurchmesser von
121 mm und einer Dicke von 42 mm (30 mm Außenschicht + 12 mm Innenschicht) erhalten
wird. Der plattierte Walzblock wird auf eine vorbestimmte Länge geschnitten. Der
Grenzbereich zwischen den Innen- und Außenschichten wird an beiden Stirnflächen
zugeschweißt, und der Walzblock wird 100 Minuten in einem Drellherdofen bei 11700C
erhitzt. Dann wird der Ilolllblock unter Verwendung eines Drehstreckwalzwerks (rotary
elongator) zu einem Rohr mit einem Außendurchmesser von 223 mm, einem Innendurchmesser
von 198 mm und einer Wandstärke von 12,5 mm geformt. Der Hohlmantel wird dann dem
Rohrwalzen unter Verwendung eines Stopfenwalzwerks so unterworfen, daß der Außendurchmesser
217 mm, der Innendurchmesser 196 mm und die Wandstärke 10,5 mm beträgt. Das Rohr
wird dann mit einem Glättwalzwerk so behandelt, daß der Außendurchmesser 230 mm,
der Innendurchmesser 209,je mm und die Dicke 10,25 mm beträgt. 1Zhschließend wird
das Rohr einer Kalibrierbehandlung unter Verwendung eines Maßwalzwerks mit 6 Gerüsten
unterworfen, wobei ein plattiertes Stahlrohr mit einem Außendurchmesser von 219
mm, einem Innendurchmesser von 198 mm und einer Wandstärke von 10,5 mm (8 mm Außenschicht
+ 2,5 mm Innenschicht) erhalten wird.
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Wenn das in dieser Weise hergestellte plattierte Stahlrohr einem Ultraschalltest
zur Feststellung von Rissen über seine gesamte Länge und seinen gesamten Umfang
unterworfen wird, wird festgestellt, daß das Grundmetall der Außenschicht und das
Auflagemetall der Innenschicht über die gesamte Rohrlänge von etwa 7,7 m mit Ausnahme
von 20 cm des oberen Teils und 5 cm des unteren Teils vollständig metallurgis#jl
verbunden sind. Der Grund, weshalb die metallurgiscic Bindung an den kleinen oberen
und unteren Teilen ungenügend ist, liegt darin, daß während des Rohrbildungsvorgangs
die beiden Stirnflächen des ohlharrens in sich selbst gestaucht oder gefaltet sind,
und diese ungenügende metallurgische Bindung ist für die charakte-
ristischen
Merkmale der Erfindung unerheblich.
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Fig. 3 ist ein mit 100facher Vergrößerung aufgenommenes Schliffbild,
das einen Querschnitt des plattierten Stahlrohres, das nach den vorstehend beschriebenen
Verfahren erhalten worden ist, in einem Teil dicht am Rohrende zeigt.
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Fig. 3 zeigt deutlich, daß der Kohlenstoffstahl des Grundwerkstoffs
(die Perlitmikrostruktur im oberen Teil der Aufnahme) und der nichtrqstende Stahl
als laminiertes Metall (das austenitische Feingefüge im unteren Teil der Aufnahme)
metallurgisch miteinzlder vereinigt und verbunden sind.
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Die folgenden Effekte sind bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung erzielbar: 1) Da der als Werkstoff während der
Rohrbildungsstufe verwendete plattierte Knüppel oder Walzbarren erhalten wird, indem
in Kombination wenigstens zwei Rohre oder wetlicgstens ein Rohr und ein Stab kaltgezogen
werden, bleibt keinerlei Luft in einem Zwischenraum an der verbundenen Grenzfläche
zurück. Daher wird kein Zunder im Innern des Knüppels während des Erhitzens gebildet,
und die Innen- und Außenschichten werden durch den bei hohen Temperaturen durchgeführten
Rohrherstellungsvorgang metallurgisch vollständig aneinander gebunden.
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Da ferner ein Austritt von Luft während der Warmbearbeitung nicht
berücksichtigt werden muß, wird eine mechanische Bearbeitung, die zur Bildung eines
Gasabzugslochs o.dgl. bei den üblichen Verfahren durchgeführt wird, überflüssig.
Ferner besteht keine Gefahr einer Trennung der Innen- und Außenschichten während
des Warmumformungsvorganges.
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2 Eiii lajiger plattierter Knüppel oder Walzblock kann hergestellt
und der gebildete Knüppel nach Bedarf auf jede gewünschte Länge geschnitten werden.
Daher kann der Wirkungsgrad der Walzblockherstellung gesteigert werden.
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3) Da das Grundmetall und das Auflagemetall bereits in der Walzblockphase
vollständig mechanisch miteinander verbunden sind, werden beide Schichten durch
das Warmwalzen oder Warmpressen des Rohres über die gesamte Länge des Walzblocks
von oben nach unten vollständig metailurgisch verbunden, und der klteil der Rohre,
die sich bei der Prüfung als einwandfrei erweisen, kann erhtjllt werden.
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4) Polieren sowohl des Innenrohres als auch des Außenrohres vor der
Bildung des plattierten Walzblocks ist nicht immer erforderlich, vielmehr genügt
lediglich eine Vorbehajidlung zur Entfernung von Zunder. Beispielsweise können gute
i#rgebnisse erhalten werden, wenn nur eine Säurewäsche durchgeführt wird. Demgemäß
wird die Vorbehandlung beim Verfahren gemäß der £#rfindung erheblich vereinfacht,
und dieser Vorteil wird, wie bereits erwähnt, auf Grund des Merkmals, daß eine mechanische
Bearbeitung weggelassen wird, noch gesteigert.
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Wie die vorstehende Beschreibung deutlich macht, wird gemäß der Erfindung
das Kaltziehen durchgeführt, um einen hohlen oder massiven Walzblock als Material,
das während der Rohrbildungsstufe zu verwenden ist, zu erhalten, d.h. im Gegensatz
zu der in der Fachwelt herrschenden Ansicht wird das Kaltziehen vor der Warmbearbeitung
durchgeführt, und auf Grund dieses charakteristischen Merkmals sind die vorstehend
genannten ausgezeichneten Effekte beim Verfahren gemäß der Erfindung erzielbar.
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Wenn ein plattiertes Stahlrohr unter Verwendung von Kohlenstoffstahl
und nichtrostendem Stahl hergestellt wird, wird zur Verhinderung der Diffusion von
Koiilenstoff und einer arburierug eine Nickelauflage einer Dicke von 30 bis 50 lum
beispielsweise auf der Umfangs fläche des Innenrohres 2 (oder Stabes 12) gebildet.
Die Kosten einer Vernickelungsanlage mit zugehörenden Einrichtungen sind sehr loch,
und
ein hoher Arbeitsaufwand ist für die Handhabung des Materials während des Vernickelns
erforderlich. Da ferner das Vernickeln elektrolytisch erfolgt, werden die Betriebskosten
erhöht, und da ein Vernickelungsbad in seiner Größe begrenzt ist, ist auch die Größe
oder Länge des plattierten Walzblocks zwangsläufig begrenzt. Hierdurch wird eine
Vergrößerung der Länge des plattierten Walzblocks verhindert, und die Rohrherstellungskosten
pro Gewic1#tseinheit steigen zwangsläufig.
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Diese Probleme können erfindungsgemäß wirksam gelöst werden, indem
gemäß einer Ausftihrungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung eine Metallfolie
an Stelle der vorstclicnd genannten Nickelauflage verwendet wird. Diese Aus führungs
form wird nachstehend beschrieben.
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Wie in Fig. 4-(a) oder 4-(b) dargestellt, wird eine geeignete Metallfolie
5, z.B. eine Nickelfolie, spiralförmig um den Umfang des die Innenschicht bildenden
Rohres 2 oder Stabes 12 gewickelt, und das mit der Folie umwickelte Rohr oder der
mit der Folie umwickelte Stab wird in das die Außenschiclit bildende Rohr 1 geschoben.
Fann wird das Ganze in der vorstehend beschriebenen Weise kaltgezogen, wobei ein
hoher oder massiver plattierter Walzblock bzw.
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Knüppel erhalten wird, der dann der Warmumformung in der vorstehend
beschriebenen Weise unterworfen wird.
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Im Falle eines plattierten Stahlrohres aus wenigstens drei Schichten
wird eine Metallfolie auch um den Umfang des die Zwischenschicht bildenden Rohres
gewickelt.
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Der Teil, um den die Metallfolie gewickelt wird, oder der gegenüberliegende
Teil, d.h. die Umfangsfläche des Rohres 2 oder des Stabes 12 oder die Innenumfangsfläche
des Außenrohres 1 in Fig. 4, wird einer Vorbehandlung, z.B.
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Polieren, Säurewäsche oder Abstrahlen, unterworfen. Zum Bewickeln
mit der Metallfolie wird ein Verfahren bevorzugt, bei dem ein Metallfolienband sl;uralförmig
um die Umfangs-
fläche des Rohres 2 oder des Stabes 12 so gewickelt
wird, daß die bei den Randteile der bandförmigen Metallfolie sich ein kurzes Stück
überlappen und die gesamte Umfangs fläche des Rohres 2 oder des Stabes 12 mit dem
Metallfolienstreifen bedeckt ist.
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Vorzugsweise wird ein Metallfolienstreifen einer Dicke von 20 bis
80 Fm verwendet, und wenn die Entspannung oder Relaxation während der anschließenden
Stufe groß ist, wird ein dickerer Streifen verwendet. Zur Anpassungsfähigkeit an
den Wickelvorgang wird ein Metallfolienstreifen einer Dicke von mehr als 30 ym bevorzugt,
und vom wirtschaftlichen Standpunkt wird ein Streifen einer Dicke von weniger als
40 um bevorzugt.
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Ausführungsformen, bei denen eine Metallfolie verwendet wird, werden
nachstehend ausführlich beschrieben.
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Beispiel 2 Ein Rohr 1, das aus beruhigtem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt
von 0,18% besteht und einen Außendurchmesser von 214 mm, einen Innendurchmesser
von 151 mm und eine Wandstärke von 31,5 mm hat, wird als Grundmetall, das die Außenschicht
bildet, verwendet, und ein Rohr 2, das aus austenitischem nichtrostendem Stahl mit
einem Kohlenstoffgehalt von 0,06%, einem Nickelgehalt von 8,2% und einem Chromgehalt
von 18,2% besteht und einen Außendurchmesser von 148 mm, einen Innendurchmesser
von 122 mm und eine Wandstärke von 13 mm hat, wird als Auflagemetall, das die Innenschicht
bildet, verwendeL. Die Innenfläche des Rohres 1 und die Außenfläche des Rohres 2
werden poliert, und eine 50 pm dicke Nickelfolie wird spralförmig um die Außenfläche
des Rohres 2 so gewickelt, daß die beiden Randteile sich ein kurzes Stcüberlappen
und die Außenfläche des Rohres 2 mit der Nickelfolie vollständig bedeckt ist. Dann
werden die Rohre 1 und 2 ineinandergefügt, und das ganze wird einer reduzierenden
Behandlung und dann
dem Kaltziehen unter Verwendung einer mit Druckwasser
betriebenen Ziehbank von 200 t unterworfen, wobei ein plattierter Ilohlblock 3 mit
einem Außendurchmesser von 205 mm, einem Innendurchmesser von 121 mm und einer Dicke
von 42 mm (30 mm Außenschicht und 12 mm Innenschicht) gebildet wird. Der plattierte
Block 3 wird auf eine vorbestimmte Länge geschnitten, und eine Rundschweißung wird
im Grenzteil zwischen den Innen- und Außenschichten an beiden Stirnflächen des zugeschnittenen
Walzblocks vorgenommen. Dann wird der Walzblock in einem Drehherdofen 100 Minuten
bei 117000 erhitzt, und der auf die bestimmte Länge geschnittene Walzblock wird
mit einem Drehstreckwalzwerk (rotary elongator) so gewalzt, daß der Außendurchmesser
223 nun, der Innendurchmesser 198 mm und die Dicke 12,5 mm beträgt. Dann wird der
hohle Mantel mit einem Stopfenwalzwerk so weiter gewalzt, daß der Außendurchmesser
217 mm, der Innendurchmesser 196 mm und die Dicke 10,5 mm beträgt, worauf das Rohr
so durch ein Friemel- oder Glättwalzwerk gegeben wird, daß der Außendurchmesser
230 mm, der Innendurchmesser 209,5 mm und die Dicke 10,25 mm beträgt. Abschließend
wird das Rohr unter Verwendung eines Maßwalzwerks mit 6 Gerüsten auf Maß gezogen,
wobei ein plattiertes Stahlrohr mit einem Außendurchmesser von 219 mm, einem Innendurchmesser
von 198 mm und einer Wandstärke von 10,5 mm (8 mm Außenschicht und 2,5 mm Innenschicht)
gebildet wird.
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Fig. 5 ist ein mit 100facher Vergrößerung aufgenommenes Schliffbild
eines Schnitts des in dieser Weise hergestellten plattierten Stahlrohres in der
Nähe des Rohrendes. Aus diesem Schliffbild wird leicht deutlich, daß der Kohlenstoffstahl
als Grundmetall (das Perlit-Mikrogefüge im oberen Teil der Aufnahme) und der nichtrostende
Stahl als laminiertes Meta11(das austenitische Mikrogefüge im unteren Teil der Aufnahme)
über die Nickelschicht als Zwischenmedium (der dünne Zwischenteil der Aufnahme)
metallurgisch vollständig vereinigt und verbunden sind.
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Beispiel 3 Ein Außenrohr, das aus niedriglegiertem Stahl mit einem
Kohlenstoffgehalt von 0w õ r einem Siliciumgehalt von 0,38%, einem Mangangehalt
von 0,46%, einem Chromgehalt von 4,789 und einem Molybdängehalt von 0,04 besteht
und einen Außendurchmesser von 252 mm, einen Innendurchmesser von 149 mm und eine
Wandstärke von 51,5 mm hat, und ein Innenrohr 2, das aus austenitischem nichtrostendem
Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,04%, einem Nickelgehalt von 12,5%, einem
Chromgehalt von 17,7, einem Molybdängehalt von 2,G8 und einem Titangehalt von 0,41%
besteht und einem Außendurchmesser von 145 mm, einen Innendurchmesser von 98 mlm
und eine Wandstärke von 23,5 mm hat, werden verwendet. Die Innenfläche des Außenrohres
1 und die Außenfläche des Innenrohres 2 werden poliert, und eine Nickelfolie einer
Dicke von 80 pm wird als Zwischenmedium spralförmig vollständig um die Umfangsfläche
des Rohres 2 so gewickelt, daß die Ränder der Nickelfolie sich längs der Ränder
ein kurzes Stück überlappen. Das Innenrohr 2 wird in das Außenrohr 1 eingesetzt,
und das Ganze wird der Reduzierkehandlung unterwcrfen. In diesem Zustand wird das
Doppelrohr mit einer Ziehbank mit Druckwasserantrieb von 200 t kaltgezogen, wobei
ein hohler plattierter Knüppel 4 mit einem Außendurchmesser von 248,5 mm, einem
Innendurchmesser von 97,9 mm und einer Dicke von 75,3 mm (51,75 nun Außenschicht
und 23455 mm Innenschicht) 4 erhalten wird. Der plattierte Knüppel wird auf eine
vorbestimmte Länge geschnitten und im Grenzbereich zwischen Innen- und Außenschichten
auf beiden Stirnflächen des Knüppels 4 rundgeschweißt. Dann wird der Knüppel in
einem Induktionsiteizofen 30 Minuten bei 11300C erhitzt und in einer Uc3ine-Séjournet-Strangpresse
zu einem plattierten Stahlrohr mit einem Außendurchmesser von 114,3 mm, einem Innendurchmesser
von 92,6 mm und einer Wandstärke von 10,85 mm verarbeitet (8,55 mm Außenschicht
und 2,30 mm Innenschicht)
Fig. 6 zeigt ein Schliffbild (100fache
Vergrößerung eines Querschnitts des in dieser Weise hergestellten plattierten Stahlrohres
in der Nähe des Rohrendes. Wie diese Aufnahme zeigt, sind der niedriglegierte Stahl
als Grundmetall (das martensitische Mikrogefüge im oberen Teil der Aufnahme) und
der austenitische nichtrostende Stahl als laminiertestttall (das austenitische Mikrogefüge
im unteren Teil der AuÜ#a1u#) über die Nickelschicht als Zwischenmedium (der mittlere
Teil in der Aufnahme) metallurgisch vollständig integriert und verbunden.
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Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung, bei
der eine Metallfolie als Zwischenmedium zur Verhinderung der Aufkohlung umgewickelt
wird, können die folgenden Effekte erzielt werden: 1) Da eine als Zwischenmedium
wirkende Metallfolie spiralförmig um die Außenfläche eines die Innenschicht bildenden
Rohres oder Stabes gewickelt und das Rohr oder der Stab in ein die Außenschicht
bildendes Rohr eingesetzt und dem Kaltziehen unterworfen wird, hat diese Ausführungsform
gegenüber dem Verfahren, bei dem das Zwischenmedium auf der Außenfläche der Innenschicht
durch Plattieren gebildet wird, den Vorteil, daß Spezialapparaturen, z. B-. Galvanisierungsanlagen
r nicht notwendig sind und daher die ~f-:'nqskosten Z aufauf Null gesenkt werden
können.
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2) Da das Zwischenmedium nur gewickelt wird, unterliegt das Rohr oder
der Stab in der Länge oder Größe keiner Begrenzung, so daß lange Walzblöcke in einfacher
Weise herstellt werden können. Im Gegensatz hierzu sind beim Galvanisierverfahren
die Größe und Länge des Rohres oder Stabes durch die Größe des Elektrolysebades
begrenzt. Daher sind die Betriebskosten pro Gewichtseinheit viel niedriger als beim
Plattierverfahren, und die Ausbeute kann während der Rohrbildungsstufe erhöht werden.
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3) Die Kosten der zu wickelnden Metallfolie sind viel niedriger als
die Galvanisierkosten, und auch der Arbeitsaufwand für den Wicke lvorgang verursacht
nur Kosten, die einige Prozent der für das Galvanisieren erforderlichen Kosten betragen.
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Eine andere Ausführungsform zur Herstellung von plattierten Stahlrohren,
die sich in einigen Punleten von den vorstehend besciiriebenen Aus führungs formen
unterscheidet, wird nachstehend beschrieben. Diese Ausführungsform stimmt mit den
vorstehend beschriebenen Ausführungsformen darin überein, daß ein Zwischenmaterial
durch Kaltziehen yebildet wird, so daß diese Ausführungsform in den Rahmen der Erfindung
fällt. Sie unterscheidet sich jedoch von den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
dadurch, daß ein Vorblock (auf den naclistehend näher eingegangen wird) als Stab,
der die Innenschiciit bilden soll, verwendet wird. Demgemäß ist das durch Kaltziehen
zu bildende Zwischenmaterial ein plattierter Vorblock, und die Maßnahme der Bildung
eines plattierten Knüppels aus diesem plattierten Vorblock durch Erhitzen und Knüppelwalzen
(billeting) wird zusätzlich durchgeführt. Diese Ausführungsform wird nachstehend
ausführlich beschrieben.
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Ein Rohr und ein Vorblockmaterial werden in geeigneter Weise in Abhängigkeit
von der gewiinschten Struktur eines herzustellenden plattierten Knüppels gewählt.
Wenn beispielsweise ein plattiertes Stahlrohr mit einer Außenschicht aus nichtrostendem
Stahl und einer Innenschicht aus Nohlenstoffstahl hergestellt werden soll, , werden
ein Vorblock aus Kohlenstoffstahl und ein Rohr aus nichtrostendem Stahl verwendet.
Beispielsweise kann ein durch Strangguß ileryestellter Vorblock als Vorblockmaterial
und ein nahtloses Rohr oder geschweißtes Rohr als Rohr verwendet werden. Wie beispielsweise
in Fig. 7-(a) dargestellt, wird ein eckiges Vorblockmaterial 22 lose in ein eckiges
Rohr 21 eingesetzt. Die Querschnittsform des Rohres und
des Vorblocks
ist auf keine Winkelform begrenzt. Beispielsweise kann eine Kombination eines runden
Rohres mit einem eckigen oder runden Vorblockmaterial verwendet werden.
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Die Beziehung der Innengröße des Rohres 21 zur Querschnittsgröße des
Vorblockmaterials 22 kann so gewählt werden, daß das Rohr und der Vorblock leicht
ineinandergeschoben werden können. Die Außengröße und die Dicke des Rohres 21 und
die Querschnittsgröße des Vorblockmaterials 22 können für die Kaltziehstufe in geeigneter
Weise bestimmt werden.
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Im tatsächlichen Betrieb werden diese Faktoren jedoch unter Berücksichtigung
der Bedingungen bestimmt, die beim anschließenden Knüppelwalzen und bei der Rohrherstellung
angewandt werden.
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Vor dem Ineinanderfügen werden die Innenfläche des Rohres 21 und die
Oberfläche des Vorblockmaterials 22 poliert.
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An Stelle des Polieren kann auch eine Abstrahlung vorgenomllell werden.
Ferner kann auch eine Säurewäsche an Stelle des Polieren oder Abstrahlens durchgeführt
werden.
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Um Diffusion von Kohlenstoff zwischen Innen- und Außenschichten zu
verhindern, werden die Innenfläche des Rohres 21 und die Oberfläche des Vorblockmaterials
22 vorzugsweise vernickelt, oder das Vorblockmaterial 22 wird mit einer Nickelfolie
umwickelt. Diese Vorbehandlungen werden in der gleichen Weise wie bei den vorstehend
beschriebenen Aus führungs formen durchgeführt.
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Das Rohr 21 und das Vorblockmaterial 22, die ineinandergefü@t worden
sind, werden der Reckbehandlung am Rohr 2 1 und dc r der Kaltziehbehandlung unter
Verwendung einer ~lruckwasserbetriebellen Kaltziehmaschine oder einer Raltziehmaschine
mit Kettenantrieb unterworfen, wobei ein platticrter Vorblock 23 erhalten wird,
bei dem das Rohr 21 und das Vorblockmaterial 22 mechanisch eng miteinander verbunden
sind, wie in Fig. 7-(b) dargestellt.
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Fig. 8-(a), 8-(b) und 8-(c) veranschaulichen die Arbeitsstufen zur
Herstellung des plattierten Vorblocks 23. In
jeder Abbildung zeigt
der linke Teil die Querschnittsform des Rohres 2 1 und des Vorblockmaterials 22
im eineinandergefügten Zustand. Der mittlere Teil zeigt eineii J schnitt des durch
die Kaltziehmaschine gehenden Ganzen, und der rechte Teil zeigt den Querschnitt
des plattierten Vorblocks 23. Fig. 8- (Q) zeigt eine Ausführungsforrn, bei der sowohl
das Vorblockmaterial als auch das Rohr eckig sind. Fig. 8-(b) zeigt eine Ausführungsform,
bei der ein eckiges Vorblockmaterial und ein rundes Rohr verwendet werden, und Fig.
8-(c) zeigt eine Ausführungsform, bei der sowohl das Vorblockmaterial als auch das
Rohr rund sind. In diesen Abbildungen ist mit der Bezugsziffer 52 der Ziehstein
oder die Ziehdüse bezeichnet. Der Verformungsgrad kann so gewählt werden, daß das
Rohr 21 um einen geeigneten Betrag relativ zum Vorblockmaterial 22 reduziert wird.
Eine Querschnittsverringerung um einige Prozent ist ausreichend. Vorzugsweise wird
das Kaltziehen nur einmal durchgeführt, jedoch kann auch zweimal oder häufiger kaltgezogen
werden. Bei dem in dieser Weise hergestellten plattierten Vorblock 23 sind das Rohr
21 und das Vorblockmaterial 22 sehr stark und fest mechanisch miteinander verbunden,
und keine Luft bleibt zwischen ihnen zurück.
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Der plattiert Vorblock 23 wird auf eine vorbestimmte Größe geschnitten,
in einen Ausgleichofen gelegt und auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt.
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Auch bei dieser Aus fültrungs form wird zur Verhinderung der Zunderbildung
als Folge der Ausbildung eines Zwischenraums auf Grund des Unterschiedes im Wärmeausdehnungskoeffizienten
zwischen den inneren und äußeren Metallschichten eine Auftragsschweißung längs der
Grenze zwischen Innen- und Außensciiichten auf der geschnittenen Stirnfläche des
plattierten Vorblocks 23 vorgenommen, wie in Fig. 7-(c) dargestellt. Diese Auftragsschweißung
muß nicht unbedingt vorgenommen werden außer in Fällen, in denen der Unter-
schied
im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Innen-und Außenschichten extrem groß oder
die Länge des abgeschnittenen plattierten Vorblocks 23 extrem kurz ist.
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Nach Beendigung dieser vorbestimmten Wärmebehandlung wird der plattierte
Vorblock mit einem Vorwalzwerk, z.B. einem Urrtkehrvorwalzwerk oder einem kontinuierlichen
Knüppelwalzwerk warmgewalzt, wobei der in Fig. 7-(d) dargestellte stabförmige plattierte
Knüppel 24 erhalten wird. Da dieser plattierte Knüppel die Warmumformung, d.h. das
Blockwalzen durchlaufen hat und keine Luft zwischen den inneren und äußeren Metallschichten
zurückgeblieben ist, können beide Schichten metallurgisch vollkommen miteinander
verbunden werden.
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Der in dieser Weise erhaltene plattierte Knüppel 24 wird auf ciric
vorbestimmte Länge geschnitten, wobei ein Material gebildet wird, das der Rohrherstellungsstufe
zugeftillrt werden kann und wird. Für die Rohrherstellung kann ein sog. Schrägwalzverfahren,
z.B. das Mannesmann-Stopfenwalzverfahren, das Mannesmann-Assel-Walzverfahren, das
Mannesmann-Dornverfahren oder das Mannesmann-Pilgerschrittwalzverfahren, ein Strangpreßverfahren,
z. B. das Ugine-Séjournct-Strangpreßverfahren oder das Singer-Strangpreßverfahren,
oder ein Preßverfahren, z. B. das Ehrhard-Stoßbankverfahren, in geeigneteter Weise
in Abhängigkeit vom vorgesehenen Verwendungszweck des Produkts und des Materials
und den apparativen Bedingungen gewählt werden.
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Wenn beispielsweise das Mannesmann-Stop fenwalzverfahren angewandt
wird, wird der plattierte Knüppel 24 auf eine vorbesLimmLe Ilnnye geschnitten, in
einem Drehherdofen erhitzt und nacheinander mit einem Drehlocher (rotary piercer)
, einem ~rotary elongator", einem Stopfenwalzwerk, einem Friedel oder Glättwalzwerk,
einem Maßwalzwerk zur Bildung eines Rohres behandelt. Hierbei wird das in Fig.
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7-(e) dargestellte gewünschte plattierte Stahlrohr 25 erhalten. Dieses
plattierte Stahlrohr 25 kann nach Bedarf der Kaltumformung unterworfen werden.
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Im Falle des Preßstopfenwalzverfahrens oder Ehrhard-Stoßbankverfahrens
kann eine Arbeit:#sweise angewandt werden, bei der ein eckiger Knüppel durch Vorwalzen
gebildet und dieser eckige Knüppel als Werkstoff für die Rohrherstellung verwendet
wird.
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Die llerstellung eines plattierten StahLrohres unter Verwendung von
austenitischem nichtrostendem Stahl als Auflagermetall für die Außcschic nach der
vorstehend genannten Ausführungsform wird nachstehend als Beispiel beschrieben.
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Beispiel 4 Ein eckiges Rohr , das aus austenitischem nichtrostendem
Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,07%, einem Nickelgehalt von 8,5% und einem
Chromgehalt von 18,0 besteht und eine Länge der Außenseite von 500 mm, eine Länge
der Innenseite von 408 mm und eine Dicke von 46 mm hat, wird als Außenrohr 21 verwendet,
und ein durch Stranggießen hergestellter Vorblock, der aus Kohlenstoffstahl mit
einem Kohlenstoffgehalt von 0,202 besteht und eine Seitenlänge von 400 mm hat, wird
als inneres Vorblockmaterial 22 verwendet. Die Innenfläche des Rohres 21 und die
Oberfläche des Vorblockmatrials 22 werden poliert, und das Rohr 21 und das Vorblockmaterial
22 werden ineinandergefügt. Nach der Querschnittsverminderung des Rohres 21 wird
das Ganze unter Verwendung einer 500 t-Ziehbank mit Druckwasserantrieb auf die in
Fig. 8-(a) dargestellte Weise kaltgezogen, wobei ein plattierter Vorblock 23 mit
einer Seitenlänge von 492 mm erhalten wird (die Seitenlänge des Vorblockmaterials
22 beträgt noch 499 mm). Dann wird der plattierte Vorblock 23 auf eine vorbestimmte
Länge gesclinittcn, und der Grenzbereich zwischen der Innen- und Außenschicht wird
auf beiden Stirnflächen verschweißt. Der plattierte Vorblock 23 wird in einen Ausgleichofen
gelegt und 180 Minuten bei 12500C erhitzt.
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Der plattierte Vorblock 23 wird dann mit einem Umkehr-
vorwalzwerk
warmgewalzt, um die Seitenlänge auf 285 mm zu verkürzen (die Dicke der Außenschicht
beträgt 27 mm und die Kantenlänge des Querschnitts der Innenschicht 231 mm).
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Der Vorblock 23 wird mit einem kntinuierlichen Knüppelwalzwerk mit
6 Gerüsten behandelt, wobei ein runder plattierter Knüppel 24 mit einem Durchmesser
von 197 mm erhalten wird (die Dicke der Außenschicht beträgt 18,5 mm und der Durchmesser
der Innenschicht 160 mm).
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Der plattierte Knüppel 24 wird im Drehherdofen 100 Minuten bei 1170°C
erhitzt, worauf die Rohrherstellung nach dem Mannesmann-Stopfenwalzverfahren durchgeführt
wird. Das Rohr hat am Ausgang der jeweiligen Walzwerke, die für die Rohrherstellung
verwendet werden, die folgenden Abmessungen: Außen- Innen- Dicke (mm) durchmesser
durchmesser (Innenschicht mm mm + Außenschicht) rotierende Dornstange (rotary 1crcer)
205 121 42 (12 + 30) Drehreckwalzwerk (rotary elonyator) 223 198 12,5 stopienwalzwerk
217 196 10,5 Friemel- und Glattwalzwerk 230 209,5 10,25 Maßwalzwerk 219 198 10,5
(3,5 + 7) (6 Gerüste) Das vom Maßwalzwerk kommende plattierte Stahlrohr wird der
Ultraschall- Rißbildungsprüfung über seine gesamte Länge und seinen gesamten Umfang
unterworfen. Hierbei wird festgestellt, daß das Grundmetall als Innenschicht und
das Auflagemetall als Außenschicht über die gesamte Länge mit Ausnahme von 20 cm
des oberen Teils und 5 cm des unteren Teils vollkonelen metallurgisch verbunden
sind. Der Grund, weshalb die metalluryisclle Bindung in begrenzten Bereichen der
unteren uiid oberen Teile unvollständig ist, liegt darin, daß die beiden Stirnflächen
des hohlen Knüppels in sich selbst gefaltet unu gestaucht sind. Daher ist dieser
Mangel für die charakteristischen Merkmale des Verfahrens gemäß
der
Erfindung bedeutungslos.
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Fig. 9 zeigt ein mit 100-facher Vergrößerung aufgenommenes Schliffbild
eines Schnitts des in der beschriebenen Weise hergestellten plattierten Stahlrohres
in der Nähe des Rohrendes. Diese Aufnahme zeigt deutlich, daß der Kohlenstoffstahl
als Grundmetall (das Perlit-Feingefüge im unteren Teil der Aufnahme) und der nichtrostende
Stahl als Aufiaqen#tall (das austeiiitische leingefüge im obere Teil der Aufnahme)
vollständig metallurgisch vereinigt und verbunden sind.
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Die nachstehend genannten Effekte sind bei der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform bei Anwendung einer charakteristischen Arbeitsweise zur Bildung
eines plattierten Vorblocks als Zwischenmaterial durch Kaltziehen erzielbar: 1)
Da der plattierte Vorblock durch Ziehen des Rohres und des Vorblockmaterials in
Kombination erhalten wird, bleibt keine Luft in der verbundenen Grenztläche zwischen
Rohr und Vorblockmaterial zurück. Daher wird auch beim Erhitzen des plattierten
Vorblocks zum Brammenwalzen kein Zunder im Innern des plattierten Vorblocks gebildet,
und ein metallurgisch vollständig gebundener plattierter Knüppel und dementsprechend
ein metallurgisch vollständig gebundenes plattiertes Stahlrohr sind erhältlich.
Ferner besteht keine Gefahr einer Trennung der Innen- und Außenschichten während
der Warmumformung. Da ferner die Innen- und Außenschichten durch das Kaltziehen
dicht und fest aneinander haften, braucht keil Austritt von restlicher Luft während
der Warmformgebung berücksichtigt zu werden, und die mccllanische Bearbeitung zur
Bildung eines Gasabzugslochs o.dgl. erübrigt sich ebenso wie bei den vorstehend
beschriebenen Aus führungsformen, nachdem ein plattierter Knüppel gebildet worden
ist.
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2) Da die Plattierung während der Maßnahme der herstellung
eines
Vorblocks durchgeführt wird, der zur Herstellung eines der Rohrherstellung zu unterwerfenden
Knüppels zu verwenden ist, kann der Wirkungsgrad der Knüppelherstellung gesteigert
werden. Ferner ist die Herstellung eines langen Knüppels und dementsprechend eines
langen plattierten Rohres leicht möglich.
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3) Während des Arbeitsgangs der lierstellung des plattierten Vorblocks
werden das Grundmetall und das Auflage-Metall der Innen- und Außenschichten mechanisch
vollkommen miteinander verbunden. Daher kann durch das anschließende Warmwalzen
vollständige metallurgische Bindung über das gesamte plattierte Rohr von oben bis
unten erzielt werden. Demgemäß kann der Anteil der Produkte, die die Werkstoffprüfung
bestehen, erheblich gesteigert werden.
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4) Als Vorbehandlungr die vor der herstellung eines plattieren Vorblocks
durchzuführen ist, ist das Polieren nicht immer notwendig, vielmehr genügt eine
einfache Entzunderungsbehandlung, z.B. eine Säurewäsche. Aus diesem Grunde und auf
Grund der Tatsache, daß, wie bereits erwähnt, eine mechanische Bearbeitung unnötig
ist, kann die Vorbehandlungsstufe vereinfacht und der Wirkungsgrad der Vorbehandlung
gesteigert werden.
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Nachstehend wird die Herstellung von plattierten Stahlstäben und plattierten
Drähten beschrieben.
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Das Prinzip der Herstellung von plattierten Stahlstäben und plattierten
Drähten unterscheidet sich nicht wesentlich von dem des vorstehend beschriebenen
Verfahrens zur tferstellung von plattierten Stahlrohren, d.h. das charakteristisciie
Merkmal liegt in der Bildung eines Zwischenmaterials durch Kaltziehen.
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Ein Stab (einschließlich eines vorstehend beschriebenen Vorblockmaterials)
wird als Kern verwendet, der die Innenschicht bildet. Das Verfahren wird grob in
zwei Ausführungsformen
unterteilt, nämlich eine Ausführungsform,
bei der ein plattierter Knüppel durch Kaltziehen gebildet wird, und eine Ausführungsform,
bei der zunächst ein plattierter Vorblock durch Kaltziehen und dann ein plattierter
Knüppel durch Erhitzen und Vorwalzen gebildet wird.
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Zuerst sei die erstgenannte Ausführungsform beschrieben.
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Zunächst wird ein Stab 32 von kleinem Durclimesser lose in ein Rohr
31 von größerem Durchmesser geschoben, wie in Fig. 10-(a) dargestellt. Der Innendurchmesser
des Rohres 31 und der Durchmesser des Stabes 32 werden in geeigneter Weise so gewählt,
daß der Stab und das Rohr leicht ineinandergefügt werden können und die häufigkeit
des Kaltziehvorgangs nicht gesteigert wird (vorzugsweise wird der Kaltziehvorgang
nur einmal durchgeführt). Ferner werden ebenso wie bei der Ilerstellung von plattierten
Stahlrohren die Innenfläche des Rohres 31 und die Außenfläche des Stabes 32 vor
dem Ineinanderfügen gereinigt. Nach Bedarf kann die Oberfläche des Stabes 32 vernickelt
oder der Stab mit einer Nickelfolie umwickelt werden.
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Nach der Reduzierbehandlung des Rohrteils 31 wird die aus dem aufgeschobenen
Rohr 31 und dem Stab 32 bestehende Gruppe kaltgezogen, wobei beispielsweise eine
hydraulische Ziehmaschine oder eine Ziehmaschine mit Kettenantrieb verwendet wird,
wobei ein massiver plattierter Barren oder Walzblock 33 erhalten wird, in dem die
Innenfläche des Rohres 31 fest an der Außenfläche des Stabes 32 haftet, wie in Fig.
10-(b) dargestellt.
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Fig. 11-(a) bis 11-(c) veranschaulichen Arbeitsgänge zur llerstellung
verschiedener plattierter Walzblöcke.In jeder Abbildung zeigt der linke Teil den
Querschnitt der ineinandergefügten Teile, d.h. des Rohres und des Stabes. Der mittlere
Teil zeigt einen Längsschnitt des Rohres und des Stabes beim Durchgang durch eine
Ziehdüse 52 und der rechte Teil den Querschnitt eines durch Kaltziehen gebildeten
plattierten Barrens. Fig. 11(a) zeigt eine Ausführungsform,
bei
der ein massiver plattierter Walzblock 33 mit rundem Querschnitt aus einem Rohr
31 mit runden Querschnitt und einem Stab 32 mit rundem Querschnitt gebildet wird.
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Fig. 11- (b) zeigt eine Ausführungsform, bei der ein massiver piattierter
Barren 33 mit rechteckigem Querschnitt aus einem Rohr 31 mit rundem Querschnitt
und einem Stab 32 mit recilteckigem Querschnitt gebildet wird, und Fig. 11-(c) zeigt
eine Ausführungsform, bei der ein massiver plattierter Barren 33 mit rechteckigem
Querschnitt aus einem Rohr 31 mit rechteckigem Querschnitt und einem Stab 32 mit
rechteckigem Querschnitt gebildet wird. Vorzugsweise wird das Kaitziehen in einem
einzigen Arbeitsgang durchgeführt, jedoch kann es auch zweimal oder häufiger durchgeführt
werden. Der Grad der Bearbeitung während des Kaltziehvorganges wird so gewählt,
daß das Außenrohr 31 relativ zum inllercll Stab 32 reduziert wird, wobei eine Reduktion
um eitrige Prozent genügt. Um die gute tfaftfestigkeit zwischen Rohr und Stab zu
verbessern, wird auch der Stab 32 in der Quersciinittsfläche reduziert und in diesem
Zustand veranlaßt, fcst am Rohr 31 zu haften. In dem in dieser Weise hergestellten
Walzblock 33 sind das Rohr 31 und der Stab 32 mecllanisch stark und fest miteinander
verbunden, wobei keine Luft zwischen ihnen zurückbleibt.
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Der plattierte Walzblock 33 wird in einen Heizofen gegeben und auf
eine vorbestimmte Temperatur erhitzt. Falls erforderlicti, wird der Grenzbereich
zwischen Innen- und Außenschicht auf der Stirnfläche verschweißt und verschlossen,
um das L'indringen von Luft in einen Zwischenraum, der sich in einigen Fällen zwischen
Innen- und Außenschichten bilden kann, zu verhindern.
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Nach Beendigung der bestimmten Wärmebehandlung wird der Walzblock
33 zum Walzen geführt, das bei hohen Temperaturen durchgefüiirt wird. In dieser
Zieh- und Walzstufe wird der plattierte Walzblock 33 durch ein kontinuierlich arbeitendes
Stabwalzwerk mit einer Sticiifolge gewalzt, die von der
Art des
gewünschten Produkts abhängt.
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Der warmgewalzte plattierte Stahl oder Stab wird gekühlt und auf geeignete
Länge geschnitten und nach Bedarf einer Richt- oder Wärmebehandlung unterworfen.
Im Falle des Drahts 34 wird der Draht 34 nach dem Kühlen auf eine Rolle gewickelt,
wie in Fig. 10-(c) dargestellt, und durch eine notwendige Wärmebehandlung fertigbearbeitet.
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Nacllsteholld wird die J1erstellung eines piaLtierten Stabes gemäß
der vorstehend genannten Ausführungsform als Beispiel beschrieben.
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Beispiel 5 Ein gewalzter massiver Knüppel, der aus beruhigtem Stahl
mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,16% besteht und einen Durcl1messer von 191 mm
hat, wird als Stab 32, der das Grundmetall bildet, und ein Rohr 31, das aus austenitischem
nichtrostendem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,06%, einem Nickelgehalt von
9,5% und einem Chromgehalt von 19,0% besteht und einen Außendurchmesser von 216
mm, einen Innendurchmesser von 206 mm und eine Dicke von 5 mm hat, wird als Auflagemetall
verwendet. Die Umfangsfläche des Stabes 32 und die Innenfläche des Rohres 31 werden
poliert, und die Umfangsfläche des Stabes 32 wird mit einer als Zwischenmedium dienenden
Nickelfolie einer Dicke von 80 pm so umwickelt, daß die beiden Ränder der Nickelfolie
sich ein kurzes Stück überlappen. Dann wird der Stab 32 in das Rohr 31 eingeführt,
und die beiden Stirnteile werden der reduzierenden Behandlung unterworfen. Das Ganze
wird mit einer mit hydraulischem Druck arbeitenden 200 t-Ziehbank kaitgezogen, wobei
ein plattierter Barren 33 erhalten wird, in dem das Rohr 31 einen Außendurchmesser
von 200 mm, der Stab einen Durchmesser von 190,5 mm und die Außenschicht eine Dicke
von 4,75 mm hat. Der plattierte Walzblock 33 wird auf eine vorbestimmte Länge geschnitten,
und der gesamte Umfang des Verb indungsbe reichs zwischen Innen- und
Außenschicht
wird an jeder Stirnfläche verschweißt und verschlossen. Der Walzblock wird dann
in einem Vorwärmofen 90 Minuten bei 11600C erhitzt und durch ein kontinuierliches
Stabwalzwerk einschließlich der Vorwalzgerüste 1 bis 8, der Zwischengerüste 9 bis
12 und der Fertigwalzgerüste 13 bis 16 geführt, wobei ein Stab erhalten wird, in
dem die Außenschicht einen Außendurchmesser von 22, einen Inncndurchmesser von 20,95
mm und eine Dicke von 0,525 mm hat. Der Stab wird einer Entzunderungsbehandlung
unter Verwendung von Salpetersäure-Fluorwasserstoffsäure unterworfen und dann einer
Oberflächenschmierungsbehandlung unter Verwendung eines flüssigen Gemisches von
"Ferbond" und "Bondalube" und einer reduzierenden Behandlung unterworten. Der i
dieser Weise behandelte Stab wird kaltgezogen, wobei ein plattierter Stab erhalten
wird, dessen Außcnsciiiclit einen Außendurchmesser von 19 mm, einen Innendurehmesser
von 18,1 mm und eine Dicke von 0,45 mm hat. Fig. 12 zeigt ein mit löOfacher Vergrößerung
aufgenommenes Schliffbild, das einen Querschnitt des in dieser Weise hergestellten
plattierten Drahts in der Nähe des Stabendes zeigt. Diese Aufnahme zeigt deutlich,
daß der die Innenschicht als Grundmetall bildende Kohlenstoffstahl (das Perlitfeingefüge
im unteren Teil der Aufnahme) und der die Außenschicht als Auflagemetall bildende
austenitische nichtrostende Stahl (das austenitische Feingefüge im oberen Teil der
Aufnahme) über die dazwischenliegende Nickelschicht metallurgisch vollkommen vereinigt
und miteinander verbunden sind Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
können ebenso wie bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen, die auf die Ilerstellung
von plattierten Stahlrohren gerichtot sind, die Wirkungen der Erzielung eines hochwertigen
piattierten Stabes oder sonstigen geradlinigen Produkts, das metallurgisch vollkommen
gebunden ist, der Verbesserung des Ilers te Ilung swirkungs gractes auf Grund der
Möglichcit der Bildung eines langen Walzblocks, einer Erhöhung
der
Ausbeutc und einer Vereinfachung der Vorbehandlung erzielt werden. Ferner ist es
bei dieser Ausführungsform möglich, plattierte Stäbe und plattierte Drähte, die
nach üblichen Verfahren kaum herstellbar waren, mit hohem Wirkungsgrad im großtechnischen
Maßstab herzustellen. Dies ist ein charakteristischer Effekt, der bei der vorstehend
beschriebenen Ausführungsform erzielt wird.
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Eine Aus führungs form, bei der zunächst ein plattierter Vorblock
durch Kaltziehen hergestellt, der kalte Vorblock dem Vorwalzen zu einem massiven
plattierten Walzblock unterworfen und der Walzblock zu einem plattierten Draht gezogen
und gewalzt wird, wird nachstehend beschrieben Zur Herstellung eines plattierten
Drahts beispielsweise mit einer Innenschicht aus Kohlenstoffstahl als Grundmetall
und einer Außenschicht aus nichtrostendem Stahl als Auflagemetall werden ein Vorblockmaterial
aus Ko1ilenstoffstahl beispielsweise mit rechteckigem Querschnitt und ein Rohr aus
nichtrostendem Stahl beispielsweise mit rechteckigem Querschnitt, der etwas größer
ist als der Querschnitt des Vorblockmaterials, verwendet. Ein durch Strangguß hergestellter
Vorblock kann als Vorblockmaterial als solches oder nach dem Zuschneiden auf eine
bestimmte Länge verwendet werden. Das Rohr wird in geeigneter Weise in Ubereinstimmung
mit dem Vorblockmaterial durch Schweißen hergestellt, oder ein nahtloses oder geschweißtes
Rohr kann als solches verwendet werden. Natürlich sind die Querschnitts formen des
Rohres und des Vorblockmaterials nicht auf rechteckige Formen begrenzt, vielmehr
können sie einen runden oder sonstigen Querschnitt haben. Das Vorblockmaterial 42
wird in das Rohr 41 geschoben, wie in Fig. 13-(a) daryestellt, und das Ganze wird
dann kaltgezogen. Die Querschnittsflächen des Rohres 41 und des Vorblockmaterials
werden so gewählt, daß die Teile leicht ineinandergefügt werden können. Vom praktischen
Standpunkt wird ein möglichts geringer Unterschied in den Querschnittsflächen
zwischen
dem Rohr und Vorblockmaterial bevorzugt, so lange glattes Ineinanderschieben möglich
ist, weil die Zahl der Kaltziehdurchgänge größer wird, wenn der Unterschied in den
Querschnittsflächen zwischen Rohr und Vorblockmaterial verhältnismaßig groß ist.
Vor dem Einschieben des Vorblockmaterials 42 in das Rohr 41, werden die Innenfläche
des Rohres 41 und die Außenfläche des Vorblockmaterials 42, die miteinander zu verbinden
sind, poliert, um die metallurgische Bindefähigkeit zwischen dem Rohr 41 und dem
Vorblockmaterial 42 zu verbessern und Zunder zu entfernen.
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Die Reinigung der Oberflächen kann auch durch Abstrahlen oder eine
Säurewäsche anstatt durch Polieren erfolgen.
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Weise beispielsweise das Vorblockmaterial 42 aus Kohlenstofrstahl
und das Rohr 41 aus nichtrostendem Stahl o.dgl.
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besteht, wird zur Verhinderung der Diffusion von Kohlenstoff aus dem
Vorblockmaterial 42 in das Rohr 41 eine Nickelauflage einer vorbestimmten Dicke
(eine Dicke von 30 bis 50 um wird gewöhnlich bevorzugt) auf der Innenfläche des
Rohres 41 oder auf der Außenfläche des Vorblockmaterials 42 gebildet. Natürlich
kann durch Umwickeln des Vorblocks mit einer Nickelfolie die gleiche Wirkung erzielt
werden. Das Rohr 41 mit dem eingeschobenen Vorblockmaterial werden der Reduzierbehandlung
des Rohres 41 unterworfen, wobei das Ganze mit einer durch hydraulischen Druck betätigten
oder einer mit einer Kette betriebenen Ziehmaschine durch eine Ziehdüse geführt
und gleichzeitig kaltgezogen wird, wobei ein massiver plattierter Vorblock 43 gebildet
wird, in dem die Innenfläche des Rohres 41 fest und eng an der Oberfläche des Vorblockmaterials
42 haftot, wie in Fig. 13-(b) dargestellt.
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Fig. 14-(a) bis Fig. 14-(c) veranschaulichen die Arbeitsschritte der
Ilerstcllung von plattierten Vorblöcken aus versciiiedeiien Rohren und Vorblockmaterialien
mit verschiedenen Querscirnittsformen. In jeder Abbildung zeigt der linke Teil den
Querschnitt des Rohres und des Vorblocl-,-materials im ineinandergefügten Zustand.
Der mittlere Teil
zeigt den Länqsschnitt des Rohres und Vorblockmaterials,
die durch die Ziehdüse kaltgezogen werden, und der rechte Teil zeigt den Querschnitt
des durch Kaltziehen erhaltenen plattierten Vorblocks. Fig. 14-(a) zeigt eine Ausführungsform,
bei der ein plattierter Vorblock 43 mit rechteckigem Querschnitt aus einem Rohr
41 mit rechteckigem Querschnitt und einem massiven Vorblockmaterial 42 mit rechteckigem
Duerschnitt gebildet wird. Fig. 14-(b) zeigt eine Ausfürungsform, bei der ein Ivlattierter
Vorblock 43 mit rechteckigem Querschnitt aus einem Rohr 41 mit runden Querschnitt
und einem massiven Vorblockmaterial 42 mit rechteckigem Querschnitt hergestellt
wird, und Fig. 14-(c) zeigt eine Ausführungsform, bei der ein plattierter Vorblock
43 mit rundem Querschnitt aus einem Rohr 41 mit rundem Querschnitt und einem massiven
Vorblockmaterial 42 mit rundem Querschnitt hergestellt wird. Vorzugsweise wird der
Kal L-ziehvorgang nur einmal durchge führt, jedoch kann auch zweimal oder häufiger
kaltgezogen werden.
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Der Verformungsgrad während des Kaltziehvorgangs wird so gewählt,
daß die Querschnittsfläche des Rohres 41 verkleinert und die Innenfläche des Rohres
41 veranlaßt wird, fest und eng an der Außenfläche des Vorblockmaterials 42 zu haften,
wobei eine relative Reduzierung um einige Prozent genügt. Vorzugsweise wird jedoch
der Verformungsgrad während des Kaltziehvorgangs so gewählt, daß auch die Quersclrnitts
fläche des Vorblockmaterials in einem gewissen Maße verkleinert wird. In dem in
dieser Weise hergestellten plattierten Vorblock 43 sind das Rohr 41 und das Vorblockmaterial
42 so fest und stark mechanisch miteinander verhunden, daß keine Luft zwischen ihnen
zurückbleibt. Der plattierte Vorj>lock 43 wird in einen Heizofen gelegt uncl
auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt. Vor dieser Wärmebehandlung wird, falls
erforderlich, die Grenzfläcjie zwischen den Innen- und Außenschichten auf der Stirnfläciie
des plattierten Vorblocks so verschweißt und verschlossen, daß das Eindringen von
Luft verhindert wird, wenn ein Zwischenraum, wie er bei den vorstehenden Ausführungsformen
erwähnt
wurde, gebildet wird.
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Der auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzte Vorblock 43 wird mit
einem Vorwalzwerk, z.B. einem Umkehrvorwalzwerk oder einem kontinuierlich arbeitenden
Knüppelwalzwerk warmgewalzt, um vollständige metallurgische Bindung zu bewirken,
wobei ein plattierter Knüppel, wie er beispielsweise in Fig. 13-(c) dargestellt
ist, erhalten wird.
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Da dieser plattierte Knüppel 44 die Warmverformung und das Warmwalzen
durchlaufen hat, ist keine Luft zwischen den Metallen der Innen- und Außenschichten
vorhanden.
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Keinerlei Oxide, z.B. Zunder, werden gebildet, und die beiden Metalle
können metallurgisch vollkommen verbunden werden. Der in dieser Weise hergestellte
plattierte Knüppel 44 wird als Ausgangsmaterial dem Arbeitsgang der Herstellung
eines gewünschten linearen Stahlprodukts, z.B. eines Gesenkstahls, eines Stabes
oder Drahts, zugefü##rL. Beim Verfahren zur Herstellung eines geradlinigen Stahlprodukts
wird der plattierte Knüppel 44 mit einem kontinuierlich arbeitenden Drahtwalzwerk
mit einer Sticilfolge gewalzt, die der Querschnittsform des gewünschten Stabes oder
Drahts entspricht. Beispielsweise wird der plattierte Knüppel 44 auf eine vorbestimmte
Temperatur in einem Heizofen erhitzt und dann mit dem kontinuierlichell Drahtwalzwerk
wai-rewaizt, um ein plattiertes lineares Stahlprodukt mit der in Fig. 13-(d) dargestellten
Form herzustellen.
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Die llerstelluny eines plattierten Drahts unter Verwendung von austenitischem
nichtrostendem Stahl als Außenschicht nach der vorstehenden Ausführungsform wird
nachstehend als Beispiel beschrieben.
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Beispiel 6 Ein rundes Rohr, das aus austenitischem nichtrostendem
Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,08%, einem Nickel gehalt von 7,35° und einem
Chromgehalt von 17,9% besteht und einen Außendurchmesser von 646 mm, einen Innendurch-
messer
von 566 mm und eine Dicke von 46 mm hat, wird als Außenrohr 41 verwendet. Ein durch
Strangguß hergestellter Vorblock, der eine Seitenlänge von 400 mm hat und aus Kohlenstoffstahl
mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,17 besteht, wird als inneres Blockmaterial 42,
das als Grundmetall dient, verwendet. Die Innenfläche des Rohres 41 und die Oberfläche
des Vorblockmaterials 42 werden poliert, und das Vorblockmaterial 42 wird in das
Rohr 41 geschoben.
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Nach der reduzierenden Behandlung des Rohres 41 werden die ineinandergefügten
Teile mit einer mit hydraulisclaem Druck betriebenen 500 t-Zichbank in der in Fig.
14-(a) dargestellten Weise kaltgezogen, wobei ein plattierter Vorblock mit einer
Seitenlänge von 480 mm (die Seitenlänge des Teils des Vorblockmaterials beträgt
noch 400 mm) erhalten wird.
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Dann wird der plattierte Vorblock auf eine bestimmte Länge geschnitten,
und der Grenzbereich zwischen den Innen- und Außenschichten wird auf jeder Stirnfläche
verschweißt und verschlossen. Der plattierte Vorblock wird in einem Ausgleichofen
180 Minuten bei 12500C erhitzt und mit einem Umkehrvorwalzwerk warmgewalzt, um die
Seitenlänge auf 240 mm zu reduzieren (die Dicke der Außenschicht beträgt 20 mm und
die Kantenlänge des Querschnitts der Innenschicht 200 mm). Der Vorblock wird dann
durch ein kontinuierlich arbeitendes Knüppelwalzwerk mit 6 Gerüsten geführt, wobei
ein eckiger plattierter Knüppel mit einer Seitenlänge von 115 mm erhalten wird (die
Dicke der Außenschicht beträgt 9,75 mm und die Kantenlänge der Querschnittsfläche
der Innenschicht 95,5 mm) Der plattierte Knüppel wird in einem Vorwärmofell 90 Minuten
bei 1 1500C erhitzt, aus dem Ofen genommen und durch ein kontinuierlich arbeitendes
Drahtwalzwerk mit Vorwalzgerüsten 1 bis 7 und Zwischengerüsten 8 bis 15 geführt,
wobei ein roher Draht mit einem Durchmesser von 17,5 nun gewalzt wird. Der rohe
Draht wird dann durch ein konti-
nuierlich arbeitendes Blockwalzwerk
mit den Fertigwalzgerüsten 16 bis 25 geführt, wobei ein fertiggewaizter Draht erhalten
wird, in dem die Außenschicht einen Außendurchmesser von 5,5 mm, einen Innendurchmesser
von 4,6 mm und eine Dicke von 0,45 mm hat. Der fertiggewalzte Draht wird einer Entzunderungsbehandlung
unter Verwendung von Salpetersäure-Fluorwasserstoffsäure und einer Oberflächensciimierungsbehandlung
unter Verwendung eines flüssigen Gemisches von "Ferbond" und "Bondalube" unterworfen.
Der Draht t wird einer Behandlung zur Querschnittsverminderung unterworfen und kaltgezogen,
wobei ein Draht erhalten wird, dessen Außenschicllt einen Außendurchmesser von 3,0
mm, einen Innendurchmesser von 2,5 mm und eine Dicke von 0,25 mm hat. Fig. 15 ist
ein mit 100Daher Vergrößerung aufgenommenes Schliffbild, das einen Querschnitt des
in dieser Weise erhaltenen plattierten Drahts in der Nähe des Drahtendes zeigt.
Diese Aufnahme zeigt deutlich, daß der als Grundmetall der Innenschicht dienende
Kohlenstoffstahl (das Perlit-Feingefüge im unteren Teil der Aufnahme) und der als
Auflagemetall dienende ferritische nichtrostende Stahl der Außenschicht (das austenitische
Feingefüge im oberen Teil der Aufnahme) metallurgisch vereinigt und vollkommen verbunden
sind.
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Die folgenden Effekte sind bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung erzielbar: 1) Da der plattierte Vorblock durch
Kaltziehen des Rohr-und Vorblockmaterials in Kombination erhalten wird, wodurch
die beiden Bestandteile fest haftend vereinigt werden, ist keine Luft im Grenzbereich
zwischen ihnen vorlianden, und selbst wenn der plattierte Vorblock zum Vorwalzen
erhitzt wird, entsteht keinerlei Zunder im Innern des plattierten Vorblocks. Daher
kann ein metallurgiscll vollkommen gebundener plattierter Knüppel und demgemäß ein
metallurgisch vollkommen gebundenes lineares Stahlprodukt erhalten werden. Ferner
besteht
keine Gefahr einer Trennung der Innen- und Außenschichten.
Da ferner eine vollkolemenc feste haftung zwischen innen- und Außenschicht erreicht
wird, braucht cin Austritt von restlicher Luft während des Warmverformungsvorgangs
nicht berücksichtigt zu werden, so daß die Kosten des Vorblocks erheblich gesenkt
werden können.
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2) Da die Plattierungsbehandlung während der Maßnahme der I1ersteilung
eines Vorblocks durchgeführt wird, der zur Bildung eines Knüppels oder Barrens dient,
der als Ausgangsmaterial bei der Stufe der lierstellung eines linearen Stahlprodukts
zu verwenden ist, kann der Wirkungsgrad der Herstellung von Barren oder Walzblöcken
gesteigert und ein langer Walzblock und demgemäß ein langes geradliniges Stahlprodukt
sehr leicht hergestellt werden.
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3) Das Grundmetall und das Auflagemetall der Innen- und Außenschichten
sind mechanisch im Zustand des Walzblocks vollkommen verbunden, und vollkommene
metallurgisclle Bindung wird über die gesamte Länge von oben bis unten durch das
Warmwalzen erzielL. Daher wird der Anteil der die Produktprüfung bestehenden Teile
erheblich erhöht.
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4) Das Polieren ist als Vorbehandlung, die vor der Herstellung eines
plattierten Vorblocks durchgeführt wird, nicht immer notwendig, vielmehr genügt
eine einfache Behandlung, z.B. eine Säurewäsche, wenn nur entzundert wird. Aus diesem
Grunde und auf Grund der Tatsache, daß eine mechanische Bearbeitung, wie bereits
erwähnt, nicht erforderlich ist, kann die Vorbehandlung vereinfacht werden.
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Diese Wirkungen sind bei dieser Ausführungsform sowie bei.
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den vorstehend beschriebenen Ausführungsfermen der 11erstellung von
plattierten Stahlrohren und plattierten
Linearen Stahlprodukten
erzielbar.
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Wie die vorstehende ausführliche Beschreibung zeigt, können gemäß
der Erfindung durch Anwendung einer Arbeitsweise, die den in der Fachwelt herrsche
nden Ansichten völlig entgegensteht, d.h. einer Arbeitsweise der Herstellung eines
der Warmumformung zu unterwerfenden Naterials durch Kaltziehen, plattierte Stahlrohre,
plattierte Stahlstäbe und andere plattierte lineare Stahlprodukte mit ausgezeichneter
metallurgischer Bindungsfähigkeit und hoher Qualität mit hohem Wirkuncrsgrad in
hoher Ausbeute JierqestellL werden. Ferner kann neuartiges Stabmaterial und Drahtmaterial,
das bisher noch nicht auf den Markt (lebr-acllt werden ist, nach dem Verfahren gemäß
der Erfindurly im großtechnischen Maßstab hergestellt werden. Es ist damit zu rechnen,
daß diese neuartigen Produkte auf verschiedenen Gebieten Anwendung finden, auf denen
übliche Produkte bisher nicht verwendet worden sind. Wenn ferner eine Metallfolie
als Zwischenmedium zur Verhinderung einer Auskehlung verwendet wird, sind große
Apparaturen, z.B. eine Galvanisieranlage, nicht erforderlich, so daß plattierte
Stahlprodukte, bei denen das Aufkohlen verhindert ist, sehr einfach und vorteilhaft
hergestellt werden können. Die erfindung stellt somit einen erheblichen technischen
Fortschritt dar.