DE3100501C2

DE3100501C2 - Verfahren zur Herstellung von Verbundblechen

Info

Publication number: DE3100501C2
Application number: DE3100501A
Authority: DE
Inventors: Chihiro Takarazuka Hyogo Hayashi; Minoru Kobe Hyogo Miura
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1980-01-09
Filing date: 1981-01-09
Publication date: 1986-06-26
Also published as: CA1151818A; GB2067437B; AU540499B2; GB2067437A; FR2473379B1; DE3100501A1; SE449061B; FR2473379A1; IT8119034A0; IT1134960B; SE8100072L; AU6586180A

Abstract

Eine plattierte Stahlplatte bzw. ein Verbundmetallblech wird dadurch hergestellt, daß ein Grundstrahl und ein Plattierungsmetall übereinandergelegt werden, deren Kontaktflächen gereinigt sind. Eine Metallfolie oder eine metallische Plattierungsschicht wird auf die Kontaktfläche wenigstens des Grundstahls und des Plattierungsmetalls unter Bildung von einer dazwischenliegenden Mittelschicht aufgebracht. Die übereinanderliegenden Platten von Grundstahl und Plattierungsmetall werden längs Kontaktlinien zwischen ihren Umfangsrändern zu einem Verbundkörper verschweißt, wobei wenigstens ein Abschnitt der Kontaktlinien unverschweißt bleibt. Zwischen den Kontaktflächen des Grundstahls und des Plattierungsmetalls verbliebene Luft wird durch Kaltwalzen oder Kaltpressen unter schwacher Reduktion ausgetrieben. Der oder die ungeschweißten Abschnitte(n) auf den Umfangsrändern werden zusammengeschweißt um die Kontaktflächen von der Außenumgebung abzuschirmen. Der Verbundkörper wird auf eine Walztemperatur erwärmt und anschließend warmgewalzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahre·' nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Bei einem derartigen aus der DE-PS S !3 611 bekannten Walzschweißplattierverfahren zur Herstellung von Verbundblechen werden die Berührungsflächen der Platinen metallisch blank gemacht, und unter Zwischenlegung einer Zwischenplattierschicht werden die Randfugen verschweißt. Anschließend wird der Verbundkörper auf Walzschweißtemperatur erhitzt und ausgewalzt. Bei diesem bekannten Verfahren bleibt unberücksichtigt, daß zwischen den Platinen Lufteinschlüsse verbleiben, die insbesondere während des Warmwalzens zu Oxidationen an den Berührungsflächen der Platinen führen, wodurch die Verbundfestigkeit beeinträchtigt ist.

Ferner ist aus der DE-PS 9 14 094 bekannt, daß zur Bildung von oxidischen Verbindungen zwischen den zu verschweißenden Flächen diese mit geeigneten Gasen gespült werden. Diese Maßnahmen führen jedoch zu keinem nennenswerten Erfolg und andererseits erfordern sie einen erheblichen Arbeitsaufwand, zusätzliche Apparaturen und hohe Kosten.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, mit einfachen Mitteln die zwischen den Verbundkörperschichten vorhandene Luft sicher zu entfernen.

Diese Aufgabe wird beim eingangs genannten Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche kennzeichnen Weiterbildungen der Erfindung.

Hierdurch wird ein Verfahren geschaffen, bei dem allein mit Hilfe walztechnischer Mittel, d. h. also ohne die Anwendung zusätzlicher Apparaturen, wie beispielsweise Gaskammern und Vakuumvorrichtungen, welche beim Spülen mit geeigneten Gasen erforderlich sind, die Luft aus dem Verbunduaket entfernt wird.

Eine Oxidation an den Kontaktflächen beim Warmwalzen wird verhindert, so daß eine hohe Verbundfestigkeit erreicht wird, da das abschließende Schweißen nach dem Entfernen der Luft aus dem Verbundkörper erfolgt.

Die zwischen Grund- und Plattierplatinen vorgesehene Zwischenplattierschicht kann beim Warmwalzen in beide Lagen diffundieren, so daß sich eine feste bzw. stabile metallurgische Bindung bildet und eine Kuhlen-Stoffwanderung zwischen Grund- und Plattierphitine verhindert wird.

Wenn eine Metallfolie als Zwischenschicht verwendet wird, kann eine oder es können mehrere Arten von .Metallfolien auf den Grundstahl gelegt werden, auf welehe die Plattierplatine gelegt wird.

Die Metallfolie läßt sich bis auf eine Dicke von etwa 4 μπι walzen, ohne daß ein Bruch zwischen der Grund- und Plattierplatine auftritt.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung der

Verfahrensschritte beim Verfahren nach der Erfindung:

F i g. 2A und 2B schematische Ansichten zur Verdeut-Iichung der Schweißarbeitsgänge beim Verfahren nach der Erfindung;

F i g. 3 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Meßergebnisse von Verbundblechen, die man beispielsweise bei der Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung erhält, wenn man ein Elektronenstrahl-Mikroanalyscngerät verwendet;

Fig.4 ein Feingefüge eines Ausschnittes eines Vcrbundbleches von F i g. 3;

Fig.5 ein Diagramm zur Verdeutlichung der bei der Verwendung eines Elektronenstrahl-Mikroanalyscngcräts erhaltenen Meßergebnisse eines Verbundblechcs, das man bei einem weiteren Ausführungsbeispiel erhält: Fig.6 ein Feingefüge eines Ausschnitts eines Verbundbleches nach F i g. 5;

Fig.7 ein Diagramm zur Verdeutlichung der unter Verwendung eines Elektronenstrahl-Mikroanalysengeräts erhaltenen Meßergebnisse eines Verbundblechcs, das man bei einem weiteren Ausführungsbeispiel erhält und

Fig. 8 ein Feingefüge eines Ausschnitts eines Vcrbundbleches von F i g. 7.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 werden in einem ersten Verfahrensschntt 1 beim Verfahren nach der Erfindung die Grund- und Plattierplatine an ihren Kontaktflächen gereinigt. In einem darauffolgenden zweiten Verfahrensschritt 2 werden die Grund- und die Plalticrplaiine unter Zwischenlage einer Zwischenplaiticrschicht übereinandergelegt. In einem dritten Verfahrensschritt 3 werden die übereinandergelcgten Grund- und Plattierplatinen längs den Kontaktlinien an ihren Randfugen zusammengeschweißt, wobei wenigstens ein Abschnitt unter Bildung von Entlüftungsöffnungen unverschweißt bleibt und man einen Verbundkörper erhält. In einem vierten Verfahrensschritt 4 wird der Verbundkörper einer schwachen Reduktion ohne Erwärmung des Verbundkörpers unterworfen, um jegliche zwischen den Platinen verbliebene Luft über die Entlüftungsöffnungen auszuleiten. In einem fünften Veriahrensschritt 5 werden die Entlüftungsöffnungen des reduzierten Verbundkörpers durch Schweißen geschlossen. Der Verbundkörper, der längs den gesamten Randfugen verschweißt ist, wird in einem Wärmebehandlungsofcn auf Walztemperatur gebracht und schließlich zu einem

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Verbundblech warmgewalzt.

Das Reinigen der Berührungsflächen der Grundplatine und der Plattierplatine im ersten Verfahrensschritt 1 erfolgt auf bekannte Art und Weise, z. B. durch maschinelle Bearbeitung und/oder Schleifen. Die Zwischenplattierschicht im zweiten Verfahrensschritt 2 wird entweder durch Aufplattieren eines Metalls oder durch Einlegen einer Metallfolie gebildet.

Beim Mctallplattieren wird eine Metallplattierungsschicht entweder auf der Grundplatine oder der Plattierplatine oder auf beiden gebildet, wobei sowohl die Grund- als auch die Plattierplatine an den Berührungsflächen gereinigt wird. Das aufzubringende Metall ist zweckmäßigerweise Nickel oder reines Eisen.

Wenn eine Metallfolie verwendet wird, kann oder können ein oder mehrere Arten von Metallfolien auf die gereinigte Fläche der Grund- oder Plattierplatine gelegt werden und dann wird die Plattierplatine oder die Grundplatine auf die Metallfolien gelegt. Die Metallfolie besteht zweckmäßigerweise aus Titan, Aluminium, Nickel, Chrom und reinem Eisen, in einer Stärke von 20-20Ομπι.

Das Schweißen längs der Randfugen des Verbundkörpers erfolgt im dritten Verfahrensschritt auf bekannte Art und Weise, beispielsweise durch Lichtbogenschweißen. Eine oder mehrere Entlüftungsöffnungen werden bei diesem Verfahrensschritt dadurch gebildet, daß eine mittlere Stelle einer Randfuge des Verbundkörpers 10 (F i g. 2A) oder mehrere Stellen (Entlüftungsöffnungen 12) der Randfugen (Fig.2B) unverschweißt bleiben. In den Fig.2A und 2B ist der Verbundkörper mil 10 bezeichnet Mit 11 sind Schweißstellen, mit 12 die Knilüftungsöffnungen, mit 13 die Behandlungsrichtung beim Walzen bezeichnet.

Die schwache Reduktion des Verbundkörpers im vicrien Verfahrensschritt 4 erfolgt dadurch, daß entweder ein übliches Walzwerk oder eine Presse verwendet wird, ohne daß der Verbundkörper erwärmt wird.

Als dann wird der Verbundkörper in einen üblichen Warmcbehandlungsofen eingebracht, indem er auf die übliche Walztemperatur der Platinen (bei der Verwendung von rostfreiem Stahl beispielsweise auf 1ÜOO - 1250" C) gebracht wird.

Abschließend wird der erwärmte Verbundkörper in einem üblichen Warmwalzwerk zu einem Verbundblech gewalzt.

Nachstehend werden einige Beispiele der Erfindung angegeben.

Cu

Ni

Beispiel

(I) Grundplatine:

Bezeichnung: schweißbarer Konstruktionsstahi

(JISG3106SM41)
Chemische Zusammensetzung (Gew.-%):

Si

Mn

Fe

0,20

0,30

0,80

Abmessungen (mm):

l.änge 150Ox Breite 1000 χ Dicke 77

(2) !'kulierplatine:

Bezeichnung: Kupfe'iickel-PIatte
Chemische Zusammensetzung (Gew. %):

90

10

Rest Abmessungen (mm):

Länge 1500 χ Breite 1000 χ Dicke 17,5

(3) Zwischenplattierschicht:
Nickel-Folie mit einer Dicke von 56 μηι.

(4) Herstellungsbedingungen

Die Grund- und die Plattierplatine werden an den Kontaktflächen durch Schleifen feinbearbeitet und unter Zwischenlage der Nickelfolie zwischen ihren gegenüberliegenden Kontaktflächen aufeinandergelegt Dann werden sie längs an den Randfugen zum Verbundkörper verschweißt, wobei ein Abschnitt mit einer Länge von 100 mm am Mittelteil der einen Randfuge als Entlüftungsöffnung up.verschweißt bleibt. Unter schwacher Reduktion erfolgt dann ein Kaltwalzen auf die ursprüngliche Dicke der Grundplatine und der Plattierplatine von 94,5 mm, wobei die zwischen den Platinen verbliebene Luft über die Entlüftungsöffnung ausgetragen wird. Dann erfolgt eine zusätzliche Schweißung, um die Entlüftungsöffnung des Verbundkörpers mit der Dicke von 94.5 mm zu schließen. Anschließend wird eine Erwärmung auf eine Temperatur von 1000°C vorgenommen und nachfolgend ein Warmwalzen zu einem Verbundblech mit einer Gesamtdicke von 13,5 mm, wobie die Dicke der Grundplatine, der Plattierplatine und der Nickelfolie 2,5 mm, 11,0 mm und 8 μπι jeweils betragen.

(5) Verbundblech

Die Ultraschallprüfung des so hergestellten Verbundblechs ergibt eine Fertigungsrate von etwa i00%. D. h. die zwischen den Platinen verbliebene Luft ist vollständig durch das Kaltwalzen ausgetrieben worden und Verbundfehler infolge Oxidation an den Kontaktflächen sind vollständig ausgeschaltet.

Prüfergebnisse des Diffusionszustandes in dem Bereich der Verbindung von der Grund- und Plattierplatine, die mittels eines Elektronenstrahl-Mikroanalysegerätes gewonnen wurden, sind in F i g. 3 durch Kurven gezeigt. Das Feingefüge eines Ausschnitts des Verbundbleches ist in F i g. 4 gezeigt.

Wie die F i g. 3 und 4 zeigen, ist das Nickel der die Nickelschicht bildenden Metallfolie sowohl in die C-ru?idplatine als auch in die Plattierplatine diffundiert, so daß man eine stabile und feste metallurgische Verbindung erhält.

An diesem Verbundblech vorgenommene Prüfun gen ergeben, daß die metallurgische Bindung so fest ist, daß sie an der Grenzfläche nicht durch Schweißbeanspruchung gelöst werden kann.

Beispiel 2

Die Grundplatine, die Plattierplatine und die Metallfolie sind die gleichen wie im Beispiel 1. Ein Verbundkörper wird auf dieselbe An und Weise wie bei Beispiel + gebildet. Die zwischen den Platinen verbliebene Luft wurde über die Entlüftungsöffnung durch Kaltpressen

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ausgetrieben. Daraufhin wird der Verbundkörper zu einem Verbundblech auf dieselbe Weise wie in Beispiel I geformt, wobei die Plattierplatine, die Grundplatine und die Metallfolie jeweils eine Dicke von 2,5 mm. ! I mm und 8 um haben. Ultraschallprüfungen des so hergestellten Verbundbleches ergeben eine Fertigungsrate von etwa 100% wie beim Beispiel I.

Beispiel 3

(1) Grundplatte:

Bezeichnung: Schweißbarer Konstruktionsstahl

(JlSSM 41)
Chemische Zusammensetzung (Gew.-%):

Si

Mn

0,20

0.30

0.80

Fe
Rest

Abmessungen (mm):

Länge 1500x Breite 100Ox Dicke 56

(2) Plattierplatine:

Bezeichnung: Platte aus rostfreiem Stahl

(SUS 316L)
Chemische Zusammensetzung (Gew.-%):

Si

Mn

Ni

Cr

Mo

Fe

0.02 0.70 1.60 13

2.5

Rest

Abmessungen (mm):

Länge 1 500 χ Breite 1000 χ Dicke 2 i

(3) Zwischenplatticrschicht:
Nickelfolie mit einer Dicke von 56 ,um.

(4) Herstellungsbedingungen

Ein Verbundkörper wird unter denselben Bedingungen wie bei Beispiel 1 gebildet. Der Verbundkörper wird auf !200⁵C erwärmt und dann zu einem Verbundblech mit einer Gesamtdicke von 11 mm warmgewalzt, wobei die Dicken der Plattierpiatine, der Grundpiatine und der Metallfolie 3 mm, 8 mm und 8 μΐη betragen.

Die Ergebnisse der Überprüfung mittels eines Elekironenstrahl-Mikroanalysengeräts und das Feingefüge eines Ausschnitts des so hergestellten Verbundbleches sind in den F i g. 5 und 6 gezeigt. Wie sich aus den F i g. 5 und 6 ergibt, ist das Nickel der die Zwischenplattierschicht bildenden Folie vollständig sowohl in die Grundplatine als auch in die Plattierplatine diffundiert, so daß man zwischen denselben eine starke bzw. widerstandsfähige metallurgische Bindung hat. An diesem Verbundblech ausgeführte Prüfungen ergeben, daß die metallurgische Bindung so fest ist. daß sie durch eine Schweißbeanspruchung nicht von der Grenzfläche gelöst werden kann. Ferner wird eine Kohienstoffwanderung von der Grundplatine in die Plattierplatine vollständig verhindert.

Beispiel 4

(1) Grundplatine:
wie bei Beispiel 3.

(2) Plattierplatine
Bezeichnung: Kupfernickel-Platte
Chemische Zusammensetzung (Gew.-%

Cu

Ni

90

10

Abmessungen (mm):

Länge 150Cx Breite lülKJx Dicke 2i

(3) Zwischenplattierschicht:
Nickelplattierung mit einer Dicke von 28 μηι.

(4) Herstellungsbedingungen

Nachdem eine Nickelplattierschicht mit einer Dicke von 28 um auf der Kontaktfläche der Plattierphitine aufgebracht ist, wird ein Verbundkörper unter denselben Bedingungen wie bei Beispiel 1 gebildet. Der Verbundkörper wird auf 1000°C erwärmt und dann zu einem Verbunüblech mit einer Gesamtclickc von 11 mm warmgewalzt. Die Dicken der Plattierpialine, der Grundplatine und der Nickelplattiersehichi belaufen sich auf 3 mm. 8 mm und 4 μπι.

Ultraschallprüfungen dieses Verbundbleches ergeben eine Fertiglingsrate von etwa 100%. Dies bcueutci, daß die zwischen den Platinen noch verbliebene geringe Luftmenge vollständig über die Entlüftungsöffnung durch den Verfahrensschriit des Kaltwalzens ausgetrieben wurde. Eine unzulängliche Bindung infolge Oxidation an den Kontaktflächen wurde vollständig verhindert.

Die Ergebnisse von Prüfungen mittels eines l-llektronenstrahl-Mikroanalysengeräts und das Gefügebild eines Ausschnitts dem so hergestellten Vcrbundblech sind in den F i g. 7 und 8 gezeigt. Wie sich aus den F i g. 7 und 8 ergibt, ist der Nickclbcsumdtcil der Zwischenplattierschicht sowohl in die Grundplatine ä!s auch in die Plaiticrplatine unter Bildung einer festen metallurgischen Verbindung diffund-'.-ri. Am Verbundblech ausgeführte Prüfungen ergeben, daß die metallurgische Bindung so fest ist, dyli sie durch eine Schweißbeanspruchung nicht gelöst wird.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

31 OO 501 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung νι,η Verbundblechen durch Walzschweißplattieren, bei dem zwischen metallisch blank gemachten Grund- und Plattierplatinen eine Zwischenplattierschicht eingefügt wird, die Randfugen verschweißt werden und der verschweißte Verbundkörper erhitzt und ausgewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verschweißen der Randfugen wenigstens eine unverschweißte, eine Entlüftungsöffnung bildende Stelle belassen wird, daß zum Austragen der zwischen den Platinen und der Zwischenplattierschicht verbliebenen Luft der Verbundkörper einer schwachen Reduktion ohne Erwärmung des Verbundkörpers unterworfen wird, und daß am reduzierten Verbundkörper die Randfuge jeweils an der Stelle der Entlüftungsöffnung zugeschweißt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper durch Kaltwalzen einer schwachen Reduktion unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper durch Kaltpressen einer schwachen Reduktion unterworfen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsöffnung im Bodenrand des Verbundkörpers gebildet wird.