DE69501019T2

DE69501019T2 - Herstellungsverfahren von Durchgangsverbindungen zwischen Rohren aus verschiedenen Metallen

Info

Publication number: DE69501019T2
Application number: DE1995601019
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Ikenaga; Takayuki Nagai; Kazuyuki Nakasuji; Seiichiro Takeda
Original assignee: Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Current assignee: Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1994-07-12
Filing date: 1995-07-03
Publication date: 1998-06-04
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: EP0695598B1; JP2884321B2; JPH0825063A; EP0695598A1; DE69501019D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Durchgangsverbindung zwischen Rohren aus verschiedenen Metallen, die zum Miteinanderverbinden von Rohrstücken verwendet wird, die aus verschiedenen Arten von Metallen gebildet sind.
In Nuklearanlagen werden üblicherweise Verbindungen von Rohren verwendet, die aus unterschiedlichen Metallen gebildet sind, z. B. Verbindung eines Rohrs aus einem hochkorrosionsbeständigen Edelstahl oder einer Nickelbasislegierung wie Inconel (Name des Handelsprodukts) und einem Rohr aus reinem Zirconium oder einer zirconiumlegierung wie zircaloy (die nachfolgend allgemein als Zirconiummaterial bezeichnet wird) oder reinem Titan oder einer Titanlegierung wie Ti-5%Ta (die nachfolgend allgemein als Titanmaterial bezeichnet wird). Insbesondere das Zirconiummaterial und das Titanmaterial weisen eine hohe Korrosionsbeständigkeit und einen sehr geringen thermischen Neutronenabsorptionsquerschnitt auf, so daß sie als Materialien für ein Rohrsystem in einem Rückgewinnungsgerät für stark saure Flüssigkeit, einem Nuklearreaktor und dergleichen verwendet werden.
Dagegen wird in einem Rohrsystem für eine Anlage, in der kryogene Substanzen wie LNG (flüssiger Stickstoff, liquefied nitrogen gas), LPG (flüssiges Erdgas, liquefied petroleum gas) und dergleichen verwendet werden, eine Verbindung von Rohren gebildet aus verschiedenen Materialien eingesetzt, wie ein Rohr aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung und ein Rohr aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.
Um den strengen Anwendungsbedingungen einer solchen Verbindung von Rohren aus unterschiedlichen Materialien gerecht zu werden, wurden Verbesserungen bei Verfahren zum Verbinden von unterschiedlichen Arten von Metallen vorgenommen. Beispielsweise wurden Verfahren zum Verbinden von Rohren aus unterschiedlichen Materialien unter Verwendung eines Plattierverbindungsverfahrens oder eines Diffusionsverbindungsverfahrens vorgeschlagen anstelle von mechanischen Verbindungsverfahren unter Verwendung einer Flanschverbindung oder einer Schraubverbindung. Bezüglich des Plattierverbindungsverfahrens wurde in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 4- 71636 (1992) ein Explosionsplattierverfahren, und bezüglich des Diffusionsverbindungsverfahrens in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 6-9749 (1994) ein Walzdiffusionsverfahren vorgeschlagen, die von den Erfindern der vorliegenden Erfindung angemeldet wurden.
Das frühere Verfahren, d. h. das Explosionsplattierverfahren (japanische Patentveröffentlichung Nr. 4-71636) ist ein Verfahren umfassend die Schritte zur Produktion eines Doppelrohrs durch einen Explosionsplattiervorgang und dann Explosionsplattieren eines anderen Metallrohrs auf dieses Doppelrohr, um ein dreifach plattiertes Rohr zu erhalten. Es gibt ein weiteres Verfahren dieser Art, in dem drei Arten von Rohren, zum Beispiel Rohre aus Zr, Ta und SUS in drei Schichten mit dazwischen gelassenem Spiel ineinander gesetzt werden und das erhaltene Produkt durch Explosionsplattieren auf einmal miteinander verbunden wird, um ein dreifach plattiertes Rohr zu erhalten. Bei diesen Explosionsplattierverfahren sind eine große Anlage und viel Platz erforderlich, um das Verfahren auszuführen, und die Produktivität wird gering. Da ein Explosionsplattierverfahren eine Verarbeitungsmethode ist, die bewirkt, daß Materialien in einem beträchtlichen Maße örtlich verformt werden, ist die Auswahl der zu kombinierenden Materialien in starkem Maße eingeschränkt und ein Plattieren der Materialien mit stark unterschiedlichen Verformungswiderständen ist schwierig.
Um die Probleme des Explosionsplattierverfahrens zu lösen, haben zwei der Erfinder der vorliegenden Erfindung das Walzdiffusionsverbindungsverfahren vorgeschlagen (japanische Patentveröffentlichung Nr. 6-9749). Bei diesem Walzdiffusionsverbindungsverfahren wird ein übergangsverbindungsstück aus ungleichen Metallen aus rostfreiem Stahl oder einer Nickelbasislegierung und einem Zirconiumwerkstoff oder einem Titanwerkstoff hergestellt. Es wird nämlich ein Innenschichtelement mit einem kreisförmigen Querschnitt und ausgebildet aus, beispielsweise, einem Zirconiumwerkstoff oder einem Titanwerkstoff eingesetzt in ein rohrförmiges Außenschichtelement ausgebildet aus, beispielsweise, rostfreiem Stahl oder einer Nickelbasislegierung, wobei eine Tantalschicht zwischen die Innen- und Außenschichtelemente eingesetzt ist, um einen Verbundwerkstoff zu erhalten. Der erhaltene Verbundwerkstoff mit zwei eingepaßten Schichtelementen erfährt durch Heißwalzen Diffusionskontaktherstellung, so daß ein plattierter Stab mit Diffusionskontakt ausgebildet wird. Dann wird das Außenschichtelement und die Tantalschicht an einem Endteil des plattierten Stabes entfernt und das Innenschichtelement und die Tantalschicht werden am anderen Endteil des plattierter Stabes entfernt, so daß ein Übergangsverbindungsstück aus unterschiedlichen Metallen erhalten wird. Da dieses Verfahren ein Walzverfahren ist, kann das Übergangsverbindungsstück aus ungleichen Metallen leicht mit hoher Produktivität hergestellt werden. Um jedoch ein Übergangsverbindungsstück aus ungleichen Metallen mit einem großen Außendurchmesser herzustellen, zum Beispiel nicht weniger als 60 mm, ist es in manchen Fällen schwierig, die beiden Schichtelemente mit einer Bindungsfähigkeit zu versehen, die im wesentlichen gleich der eines Übergangsverbindungsstücks aus ungleichen Metallen mit einem kleineren Außendurchmesser ist.
Wenn nämlich ein fester Verbundwerkstoff bei der Herstellung eines Übergangsverbindungsstücks aus ungleichen Metallen mit großem Außendurchmesser gewalzt wird, wird die Kompressionsbelastung, die während des Walzvorgangs auftritt, wegen der großen Querschnittsfläche des Innenschichtelementes im Vergleich zu der des Außenschichtelementes, nicht auf einen zentralen Teil des Innenschichtelements verteilt. Wenn außerdem das Innenschichtelement des Verbundwerkstoffs aus einem Metall ausgebildet ist, dessen Verformungswiderstand geringer ist als der des Außenschichtelementes, wird die Kompressionsbelastung nicht gleichmäßig auf das ganze Innenschichtelement verteilt. Aus diesen Gründen gibt es einige Fälle, wo eine ausgezeichnete Bindungsfähigkeit der Innen- und Außenschichtelemente nicht erreicht wird. Ebenso ist bei einem Verbundwerkstoff mit einem hohlen Innenschichtelement der Verformungswiderstand des Innenschichtelementes geringer als der des Außenschichtelementes, so daß die Kompressionsbelastung, die auf eine Grenzfläche dazwischen aufgebracht wird, geringer wird. Dies bewirkt, daß eine Kraft zum Verbinden der Innen- und Außenschichtelemente miteinander sich verringert. Unter diesen Umständen ist es gewünscht, daß ein plattiertes Rohr aus unterschiedlichen Materialien mit erhöhter Bindungsfähigkeit hergestellt werden kann, ohne zu bewirken, daß die Verbindungsfestigkeit nach dem Walzen der Schichtelemente abnimmt, selbst wenn ein Rohrübergangsverbindungsstück aus ungleichen Metallen mit einem großen Durchmesser hergestellt wird.
Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt mit Blick auf diese Tatsachen und eine Aufgabe ist, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen zur Herstellung einer Übergangsrohrverbindung aus ungleichartigen Metallen mit großem Durchmesser, die eine hohe Bindungsfähigkeit und Bindungsfestigkeit aufweist, durch Zusammenfügen von Außen- und Innenschichtelementen aus einem Metallrohr mit einem hohen Verformungswiderstand um und in der Außenfläche und Innenfläche eines Zwischenschichtelementes aus einem Metallrohr mit einem geringen Verformungswider stand und Walzen des erhaltenen Verbundrohrs.
Die Erfindung nach Anspruch 1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Übergangsrohrverbindung aus ungleichartigen Metallen, bei der beide axiale Endteile aus verschiedenen Metallarten gebildete Metallrohre umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte umfaßt: Zusammensetzen innerer und äußerer Schichtelemente aus einem Metallrohr mit einem hohen Verformungswiderstand und eines Zwischenschichtelements aus einem Metallrohr mit niedrigem Verformungswiderstand, das zwischen die Innen- und Außenschichtelemente eingesetzt ist, um dadurch ein Verbundrohr zu bilden, Erhitzen des Verbundrohrs, Walzen des erhitzten Verbundrohrs bei einem Dehnungsverhältnis von 1,05 bis 1,25 unter Verwendung eines Umlaufwalzwerks mit drei oder vier Walzen, um dadurch ein plattiertes Rohr zu bilden; Belassen eines Teils des Außen- oder Innenschichtelements an einem Endteil des plattierten Rohrs, wobei die übrigen Schichtelemente entfernt sind; und Belassen eines Teils des Zwischenschichtelements an einem anderen Endteil des plattierten Rohrs, wobei die übrigen Schichtelemente entfernt sind.
Die Erfindung gemäß Anspruch 2 ist ein Verfahren nach An e spruch 1, worin die Innen- und Außenschichtelemente aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung gebildet werden, das Zwischenschichtelement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet wird und das Verbundrohr auf 450 bis 620 ºC erhitzt wird.
Die Erfindung gemäß Anspruch 3 ist ein Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt zum Zusammensetzen der Innen- und Außenschichtelemente eines Metallrohrs mit einem hohen Verformungswiderstand und einem Zwischenschichtelement aus einem Metallrohr mit einem niedrigen Verformungswiderstand, wobei das Zwischenschichtelement zwischen das Innen- und Außenschichtelement eingesetzt ist, wobei Tantalschichten zwischen das Innen- und Zwischenschichtelement und zwischen das Zwischen- und Außenschichtelement eingesetzt werden, um dadurch das Verbundrohr zu bilden.
Die Erfindung gemäß Anspruch 4 ist ein Verfahren nach Anspruch 3, worin die Innen- und Außenschichtelemente aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung gebildet werden, das Zwischenschichtelement aus einem Zirconiumwerkstoff oder einem Titanwerkstoff gebildet wird und das Verbundrohr auf 800 bis 1200 ºC erhitzt wird.
Die Erfindung gemäß Anspruch 5 ist ein Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, worin das Metallrohr des Außenschichtelements ein Verhältnis seiner Wanddicke zu seinem Außendurchmesser von nicht mehr als 0,08 aufweist.
Beim Verfahren von Anspruch 1 werden Metallrohre mit einem hohen Verformungswiderstand um und in die Außenfläche bzw. Innenfläche des Zwischenschichtelements des Metallrohrs mit einem geringen Verformungswiderstand eingepaßt. Daher wirkt die Kompressionsbelastung, die beim Walzen des Verbundrohrs auftritt, nicht nur auf die Außenfläche des Zwischenschichtelements, sondern auch auf seine Innenfläche. Da das Umlaufwalzwerk mit drei oder vier Walzen zum Rohrwalzen angewendet wird, wird zusätzliche Scherbeanspruchung auf die Grenzflächen zwischen den Schichtelementen aufgebracht, wodurch die Bindungsfähigkeit zwischen den Schichtelementen verbessert werden kann. Bedingt durch diese Effekte, wird das Verformungsverhalten der Zwischenschichtelemente eingeschränkt und dieses Schichtelement wird über den Querschnitt gleichmäßig verformt, wobei die Kraft zum Binden der Zwischen- und Außenschichtelemente und die Kraft zum Binden der Zwischenund Innenschichtelemente zunimmt. Wenn ein Dorn beim Walzvorgang verwendet wird, kann eine Kompressionsbelastung, deren Höhe im wesentlichen gleich der der auf die Außenfläche des Zwischenschichtelements aufgebrachten Kompressionskraft ist, auf ihre Innenfläche aufgebracht werden, so daß die Bindungsfähigkeit zwischen den Schichtelementen verbessert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 2 weist, zusätzlich zu dem Merkmal der Erfindung nach Anspruch 1, das Merkmal auf, daß die Innen- und Außenschichtelemente aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung gebildet sind und das Zwischenschichtelement aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet ist, die einen Verformungswiderstand von weniger als dem des rostfreien Stahls oder der Nickelbasislegierung aufweist, wodurch die Kompressionsbelastung auf das Zwischenschichtelement von den Innen- und Außenflächen durch die Innen- und Außenschichtelemente aufgebracht wird, die dasselbe Metall umfassen, um die Bindungsfähigkeit zwischen den Schichtelementen zu verbessern. Da die Aufheiztemperatur 450 bis 620 ºC beträgt, wird das Zwischenschichtelement aus Aluminium oder Aluminiumlegierung nicht geschmolzen.
Die Erfindung nach Anspruch 3 ist bevorzugt in dem Fall, wo eine Kombination von Metallen, die in den Bindungsgrenzflächen eine intermetallische Verbindung erzeugen, verwendet werden. Die Produktion einer solchen intermetallischen Verbindung ist nicht wünschenswert, da sie spröde ist oder eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweist. Bei der Erfindung nach Anspruch 3 werden die drei Schichtelemente mit einer zwischen den Zwischen- und Außenschichtelementen und zwischen den Zwischen- und Innenschichtelementen eingesetzten Tantalschicht zusammengesetzt, um dadurch die Erzeugung der intermetallischen Verbindung in den Bindungsgrenzflächen des Verbundrohrs zu verhindern. Auf diese Weise wird die Bindungsfähigkeit zwischen den Schichtelementen in dem gewalzten plattierten Rohr verbessert.
Das Verfahren nach Anspruch 4 weist zusätzlich zum Merkmal von Anspruch 3 das Merkmal auf, daß die Innen- und Außenschichtelemente aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung gebildet sind, wobei das Zwischenschichtelement aus Zirconiummaterial oder Titanmaterial mit einem geringerem Verformungswiderstand als dem des rostfreien Stahls oder der Nickelbasislegierung gebildet ist, und die Tantalschichten in den Bindungsgrenzschichten dieser Schichtelemente vorgesehen sind, wodurch die Kompressionsbelastung auf das Zwischenschichtelement von den Innen- und Außenflächen durch die Innen- und Außenschichtelemente aufgebracht wird, die dasselbe Metall umfassen&sub1; um die Bindungsfähigkeit zwischen den Schichtelementen zu verbessern. Da die Aufheiztemperatur 800 bis 1200 ºC beträgt, wird eine intermetallische Verbindung eines Tantal-Eisen- oder Tantal-Nickelmaterials, das spröde ist oder eine geringe Korrosionsbeständigkeit aufweist, in den Bindungsgrenzflächen dieser Schichtelemente nicht gebildet.
Beim Verfahren nach Anspruch 5 kann eine Übergangsverbindung zwischen Rohren aus verschiedenen Metallen mit einer höheren Bindungsfähigkeit zwischen den Schichtelementen und einer höheren Bindungsfestigkeit der Rohrverbindung durch Zusammenbauen des Verbundrohrs unter Verwendung des Außenschichtelements mit einem Verhältnis seiner Wanddicke zu seinem Außendurchmesser von nicht mehr als 0,08 hergestellt werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nun als Beispiel mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 eine geschnittene Frontansicht eines Verbundrohrs der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 eine Seitenansicht in teilweisem Anschnitt des in Fig. 1 gezeigten Verbundrohrs darstellt;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm darstellt, das ein Umlaufwalzwerk bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine Frontansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 darstellt;
Fig. 5 eine Seitenansicht darstellt, die einen Winkel β der Walzenachsenneigung in dem in Fig. 3 gezeigten Umlaufwalzwerk zeigt;
Fig. 6 eine Seitensicht in teilweisem Anschnitt einer gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Übergangsverbindung zwischen Rohren aus verschiedenen Metallen darstellt;
Fig. 7 eine geschnittene Frontansicht eines anderen Verbundrohrs einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 8 eine Seitensicht in teilweisem Anschnitt des in Fig. 7 gezeigten Verbundrohrs darstellt;
Fig. 9 ein schematisches Schnittbild eines Verfahrens zum Untersuchen der Bindungsfestigkeit, d. h. der Scherfestigkeit einer Rohrübergangsverbindung darstellt; und
Fig. 10 Front- und Seitenansichten der Form eines Probestücks für einen Korrosionsbeständigkeitstest zur Verwendung beim Untersuchen der Korrosionsbeständigkeit einer Rohrübergangsverbindung darstellt.
Fig. 1 stellt eine geschnittene Frontansicht eines Verbundrohrs und Fig. 2 eine Seitenansicht in teilweisem Anschnitt davon dar, in denen ein Bezugszeichen 10 ein zusammengesetztes Verbundrohr bezeichnet, das durch Zusammensetzen von Schichtelementen ausgebildet ist. Dieses zusammengesetzte Verbundrohr 10 umfaßt ein inneres zylindrisches Schichtelement 11, das aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung gebildet ist, ein zylindrisches Zwischenschichtelement 12, das aus einem Zirconiummaterial oder einem Titanmaterial gebildet ist und um eine Außenfläche des Innenschichtelements 11 angebracht ist, ein äußeres zylindrisches Schichtelement 13, das aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung gebildet ist und um eine Außenfläche des Zwischenschichtelements 12 angebracht ist und eine Tantalschicht 14 aus Ta-Folie, die zwischen die entsprechenden Grenzflächen eingesetzt ist. Zwischen den Innen- und Außenschichtelementen 11, 13 im zusammengebauten Verbundrohr 10 ausgebildete Spielräume (Zwischenräume) werden evakuiert (nicht mehr als 13 Pa, 1 × 10&supmin;¹ Torr) und ein ringförmiges Abdeckelement 15 wird dann auf jedes der beiden Endteile des Zwischenschichtelements 12 im Verbundrohr 10 angebracht, um diese Spielräume abzudichten. Das erhaltene Verbundrohr 10 wird in einem Heizofen (nicht gezeigt) erhitzt und dann in ein Umlaufwalzwerk geschickt. Der Grund weshalb die engen Spielräume zwischen den Innen- und Außenschichtelementen 11, 13 evakuiert werden, ist, die Produktion eines Oxids an den Grenzflächen dieser Schichtelemente zu verhindern, wenn das Verbundrohr 10 erhitzt wird.
Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm, das ein Umlaufwalzwerk zeigt, wie es beim Ausführen der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 4 ist eine Frontansicht entlang der Linie IV-IV von Fig. 3 und Fig. 5 ist eine Seitenansicht, die einen Winkel β der Neigung der Walzenachse zeigt (der nachfolgend als Zufuhrwinkel bezeichnet wird). Fig. 5 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 4. Das Umlaufwalzwerk 4 weist drei konische Walzen 1, 2, 3 auf, die entlang und um eine Paßlinie X-X angeordnet sind. Die drei Walzen 1, 2, 3 sind an ihren Auslaßseitenendteilen mit Kehlen 1a, 2a, 3a versehen. Jede dieser Walzen weist einen graduell abnehmenden Durchmesser auf, der sich von der Kehle zum Einlaßseitenendteil der Walze erstreckt und einen graduell zunehmenden Durchmesser, der sich von der Kehle zum Auslaßseitenendteil der Walze erstreckt. Auf diese Weise besitzen diese Walzen kegelstumpfförmige Einlaßoberf lächen 1b, 2b, 3b und Auslaß oberflächen 1c, 2c, 3c. Auf den Auslaßoberflächen 1c, 2c, 3c ist ein Abstand zwischen ihnen und der Paßlinie gleich dem zwischen den Kehlen und der Paßlinie gesetzt.
Alle diese konischen Walzen 1, 2, 3 sind so angeordnet, daß ihre Einlaßflächen 1b, 2b, 3b in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Verbundrohrs 10 auf der oberen Seite positioniert sind, und Schnittpunkte O (die nachfolgend als Walzeneinstellzentren bezeichnet werden) von Achsen Y-Y und Ebenen, die die Kehlen 1a, 2a, 3a umfassen, die auf derselben Ebene angeordnet sind, die im rechten Winkel zur Paßlinie X-X des Verbundrohrs 10 liegt und im wesentlichen in regelmäßigen Intervallen um die Paßlinie X-X in einem Abstand angeordnet sind. Die Achse Y-Y jeder Walze 1, 2, 3 kreuzt die Paßlinie X-X des Verbundrohrs 10 bei einem Achsenkreuzwinkel von (der nachfolgend als Kreuzungswinkel bezeichnet wird), so daß sie in Bezug auf die Paßlinie geneigt ist. Auf diese Weise nähert sich ein vorderer Endteil der Achse Y-Y der Paßlinie X-X und der vordere Endteil der Achse Y-Y ist im Zufuhrwinkel β zur selben Seite in der Umfangsrichtung des Verbundrohrs 10 geneigt wie es in den Figuren 4 und 5 gezeigt ist. Die Walzen 1, 2, 3 sind mit einer Antriebskraftquelle verbunden (nicht gezeigt) und werden in dieselbe Richtung gedreht wie es durch die Pfeile in Fig. 4 gezeigt ist. Das erhitzte Verbundrohr 10, das zwischen die Walzen 1, 2, 3 geklemmt ist, wird in seiner axialen Richtung bewegt, so wie es um seine Achse gedreht wird. Das Verbundrohr 10 wird nämlich spiralförmig überführt.
Das Verbundrohr 10 wird an seinem Außenflächenteil durch Walzenangriffsteile A gezogen wie es in Fig. 3 gezeigt ist, während es durch die Walzen 1, 2, 3 spiralförmig bewegt wird, und durch Pressen der Oberflächen B wird das Verbundrohr 10 kegelstumpfförmig geformt, wobei das Rohr 10 dann in ein zylindrisches plattiertes Rohr 16 umgewandelt wird, mit einem Außendurchmesser, der durch die Kehlen und Auslaßflächen der Walzen bestimmt ist. Dieses Umlaufwalzwerk 4 weist drei Walzen auf wie es oben beschrieben ist und ein Umlaufwalzwerk mit vier Walzen wird in derselben Weise betrieben wie es oben beschrieben ist.
Im Verbundrohr 10, das nach den oben beschriebenen Verfahrensschritten gebildet wurde, sind Tantalschichten 14 in einer Grenzfläche zwischen den Innen- und Zwischenschichtelementen 11, 12 vorgesehen und in einer Grenzfläche zwischen den Zwischen- und Außenschichtelementen 12, 13. Da Tantal die Produktion einer schädlichen intermetallischen Verbindung zwischen verschiedenen metallischen Werkstoffen minimiert, dient das Vorsehen der Tantalschichten 14 dazu, die Bindungsfestigkeit zwischen den Schichtelementen und die Korrosionsbeständigkeit des Rohrprodukts zu verbessern.
Nun werden die eingestellten Bedingungen für das oben genannte Heißwalzen beschrieben.
(1) Ein Verbundrohr wird auf eine Temperatur im Bereich von 800 ºC bis 1200 ºC erhitzt.
(2) Ein Dehnungsverhältnis (Länge L des Rohrs gemessen nach dem Walzen/Länge L&sub0; gemessen vor dem Walzen) wird auf 1,05 bis 1,25 gesetzt.
Es werden die Gründe für die Bestimmung dieser oben genannten Einstellbedingungen beschrieben. Erstens liegt der Grund, weshalb die Obergrenze für die Aufheiztemperatur auf 1200 ºC gesetzt wird darin, daß wenn die Temperatur 1300 ºC übersteigt, eine intermetallische Verbindung von Ta-Fe oder Ta-Ni gebildet wird, was bewirkt, daß ein Verbundrohr versprödet. Die Prozeßwärme tritt während eines Walzvorgangs in einem Umlaufwalzwerk auf, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, so daß die Obergrenze der Heiztemperatur auf 1200 ºC gesetzt wird, um einen Temperaturanstieg bedingt durch die Prozeßwärme einzubeziehen. Der Grund, weshalb die Untergrenze der Heiztemperatur auf 800 ºC gesetzt wird, ist die Diffusionsbindung der Schichtelemente an den Grenzflächeh beim Walzen des Rohrs. Wenn diese Temperatur nicht 800 ºC erreicht, wird die Diffusionsbindung nachteilig beeinflußt.
Das Dehnungsverhältnis wird nun beschrieben. Wenn L/L&sub0; 1,25 übersteigt, verzieht sich das zusammengesetzte Verbundrohr 10 zwischen den Walzen 1, 2, 3 und die Querschnittsform des gewalzten Rohrs 10 wird polygonal, d. h. dreieckig bis fünfeckig. Außerdem tritt eine Aufweitungserscheinung auf und das Walzen des Verbundrohrs wird unmöglich. Wenn L/L&sub0; kleiner ist als 1,05, nimmt die Bindungsfähigkeit und Bindungsfestigkeit der Grenzflächen eines plattierten Rohrs 16 ab.
Die Gründe, weshalb das Rotationswalzverfahren, nicht ein Kaliberwalzverfahren, als Heißwalzverfahren in der vorliegenden Erfindung angewendet wird, wird nun beschrieben. Ein Kaliberwalzverfahren für Rohre ist ein Verfahren, bei dem ein Mehrpaßwalzvorgang durch sorgfältig angeordnete Walzen mit ovalen oder runden Rillen ausgeführt wird, und die Querschnittsform des in jedem Durchgang gepreßten Rohrs wird unkreisförmig. Wenn daher ein aus Schichtelementen mit extrem unterschiedlichen Verformungswiderständen gebildetes Verbundrohr unter Verwendung des Kaliberwalzverfahrens gewalzt wird, dehnt sich ein Zwischenschichtelement in Walzrichtung, und die Innen- und Außenschichtelemente werden in der Richtung senkrecht zur Walzrichtung verformt. Folglich treten Spielräume zwischen den Innen- und Außenschichtelementen und dem Zwischenschichtelement des Rohrs bei jedem Durchgang auf, und es kann kein plattiertes Rohr erhalten werden, bei dem die Schichtelemente perfekt miteinander verbunden sind.
Aus den obigen Gründen verwendet die vorliegende Erfindung ein Rotationswalzverfahren, eine axial symmetrische Verfahrensweise, durch die das Verbundrohr 10 dem Rotationswalzen unterzogen wird, so daß die Bindungsfestigkeit der Schichtelemente, die bei einem nach einem herkömmlichen Kaliberwalzverfahren erhaltenen Rohr ungenügend niedrig ist, auf einen zufriedenstellend hohen Wert angehoben werden kann. Als Folge davon wird die Diffusion an den Grenzflächen der Metalle des auf 800 bis 1200 ºC erhitzten Verbundrohrs 10 gefördert, und die Diffusionsbindung der Schichtelemente wird möglich. Selbst wenn durch dieses Heißrotationswalzverfahren eine geringe Menge an intermetallischer Verbindung gebildet wird, ist die Dicke der Schichten der intermetallischen Verbindung bedingt durch die auf die Bindungsgrenzflächen der Schichtelemente ausgeübten Umfangsscherbelastungen reduziert, so daß ein plattiertes Rohr 16 mit einer hohen Schichtelementbindungsfähigkeit hergestellt werden kann.
Der Grund, weshalb ein Umlaufwalzwerk mit drei oder vier konischen Walzen verwendet wird, liegt darin, daß wenn ein Umlaufwalzwerk mit zwei Walzen verwendet wird, wird die Querschnittsform eines Verbundrohrs 10 elliptisch und der Erhalt einer ringförmigen Querschnittsform beim Walzvorgang wird schwierig. In einem Umlaufwalzwerk mit nicht weniger als fünf Walzen ist es für die mechanische Konstruktion der Maschine schwierig, die in einem Walzenhalteblockteil vorzusehenden Lager auszuwählen, so daß ein Umlaufwalzwerk nicht praktisch ist.
Das Walzen eines Verbundrohrs 10 unter Verwendung eines Umlaufwalzwerks mit drei oder vier Walzen kann so vorgenommen werden, daß das Rohr 10 auf einem in seine Höhlung eingesetzten Dorn getragen ist. In diesem Fall ist der Außendurchmesser des Dorns bevorzugt etwas größer gesetzt, zum Beispiel 1 bis 3 mm größer als der Innendurchmesser eines plattierten Rohrs 16, das ohne Verwendung eines Dorns gewalzt wurde.
Von dem auf diese Weise hergestellten plattierten Rohr 16 wird die ganze Länge eines Innenschichtelements 11 entfernt. An einem Endteil dieses plattierten Rohrs werden alle Schichtelemente mit Ausnahme eines Zwischenschichtelements 12 entfernt und an seinem anderen Endteil werden alle Schichtelemente mit Ausnahme eines Außenschichtelements 13 entfernt, so daß ein Rohrverbindungsstück aus ungleichartigen Metallen 17 ausgebildet wird wie es in Fig. 6 gezeigt ist. Beide Endteile des so ausgebildeten Rohrverbindungsstückes 17 aus ungleichartigen Metallen und zwei Rohre Q, R aus unterschiedlichen Materialien stoßen an den Schichtelementen desselben Materials aneinander und werden verschweißt Zum Beispiel werden nämlich ein Außenschichtelement 13 aus SUS des Rohrverbindungsstückes 17 aus ungleichartigen Metallen und ein rechtsseitiges Rohr R aus SUS verschweißt, und ein Zwischenrohrelement 12 aus Zr des Rohrverbindungsstücks 17 und ein linksseitiges Rohr Q aus Zr.
Durch Verschweißen der beiden Rohre Q, R aus unterschiedlichen Materialien mit den Elementen der entsprechenden Materialien des Rohrverbindungsstückes 17 an deren aneinanderstoßenden Endteilen können ein Rohr Q aus einem Zirconiummaterial oder einem Titanmaterial und ein Rohr R aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung durch ein Rohrverbindungsstück 17 aus ungleichartigen Metallen miteinander verbunden werden. In der obigen Ausführungsform wird ein Rohrverbindungsstück aus ungleichartigen Metallen hergestellt aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung und einem Zirconiummaterial oder einem Titanmaterial beschrieben und dieses Rohrverbindungsstück kann auch hergestellt werden, selbst wenn reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung anstelle des Zirconiummaterials oder Titanmaterials verwendet wird. Ein Rohrverbindungsstück aus ungleichartigen Metallen unter Verwendung von reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wird nun nachfolgend beschrieben.
Fig. 7 ist eine geschnittene Frontansicht eines Verbundrohrs der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und Fig. 8 ist eine Seitenansichüm teilweisem Anschnitt davon, wobei in den Figuren ein Bezugszeichen 20 ein zusämmengesetztes Verbundrohr bezeichnet. Das Verbundrohr 20 wird durch An bringen eines zylindrischen Zwischenschichtelements 22 aus reinem Aluminium um eine Außenfläche eines zylindrischen Innenschichtelements 21 aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung gebildet, und dann eines zylindrischen Außenschichtelements 23 aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung um eine Außenfläche des Zwischenschichtelements 22. Obwohl in der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform von Fig. 1 unter Verwendung eines Zirconiummaterials oder eines Titanmatenais Ta-Schichten zwischen die zylindrischen Schichtelemente eingesetzt werden, ist es nicht notwendig, Ta-Schichten zwischen die Schichtelemente der zweiten Ausführungsform von Fig. 7 einzusetzen, da das Material wie reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung keine intermetallische Verbindung erzeugt, die zu unvollständiger Bindung der Schichtelemente führt, wie bei der zu verbindenden Oberfläche aus Material wie einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung.
Ein solches Verbundrohr 20 wird an seinen beiden Enden mit ringförmigen Deckelelemente 25, 25 abgeschlossen, nachdem zwischen den Innen- und Außenschichtelementen 21, 23 ausgebildete enge Spielräume evakuiert wurden (nicht mehr als 13 Pa, 1 × 10&supmin;¹ Torr) und das Rohr 20 wird dann in einem Heizofen (nicht gezeigt) erhitzt, und das erhitzte Rohr wird in ein Umlaufwalzwerk geschickt. Die für einen durchzuführenden Heißwalzvorgang eingestellten Bedingungen werden nachfolgend beschrieben.
(1) Ein Verbundrohr wird auf eine Temperatur im Bereich von 450 ºC bis 620 ºC erhitzt.
(2) Ein Dehnungsverhältnis (Länge L des Rohrs gemessen nach dem Walzen/Länge L&sub0; gemessen vor dem Walzen) wird auf 1,05 bis 1,25 gesetzt.
Der Grund, weshalb die Obergrenze für die Aufheiztemperatur auf 620 ºC gesetzt wird, liegt darin, daß wenn die Temperatur 660 ºC übersteigt, schmilzt das Aluminium. Da Prozeßwärme während eines Walzvorgangs in einem Umlaufwalzwerk, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet wird, auftritt, ist die Obergrenze der Heiztemperatur auf 620 ºC gesetzt, um einen Temperaturanstieg bedingt durch die Prozeßwärme einzubeziehen. Der Grund, weshalb die Untergrenze der Heiztemperatur auf 450 ºC gesetzt wird, ist die Diffusionsbindung der Schichtelemente an den Grenzflächen beim Walzen des Rohrs. Wenn diese Temperatur nicht 450 ºC erreicht, kann die Diffusionsbindung nicht zufriedenstellend durchgeführt werden.
Das auf diese Weise erhitzte Verbundrohr 20 wird unter Verwendung eines Umlaufwalzwerks wie es in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist gewalzt. Das Verbundrohr wird an seinen Außenflächen gezogen, während es durch die Walzen 1, 2, 3 spiralförmig bewegt wird und in ein zylindrisches plattiertes Rohr mit bestimmtem Außendurchmesser an den Kehlteilen und Außenflächen überführt wird. Dasselbe Umlaufwalzwerk und die Walzbedingung wie bei der ersten Ausführungsform sind auch bei der zweiten Ausführungsform anwendbar, so daß auf ihre Erläuterung verzichtet wird.
Von einem auf diese Weise hergestellten plattierten Rohr wird die ganze Länge des Innenschichtelements 21 entfernt. An einem Endteil dieses plattierten Rohrs werden alle Schichtelemente außer einem Zwischenschichtelement 22 entfernt und am äußeren Endteil werden alle Schichtelemente außer einem Außenschichtelement 23 entfernt, um ein Übergangsrohrverbindungsstück aus verschiedenartigen Metallen auzubilden. Dementsprechend können unter Verwendung dieser Übergangsrohrverbindung aus verschiedenen Metallen ein Rohr aus einem rostfreien Stahl oder einer Nickelbasislegierung und ein Rohr aus reinem Aluminium oder einer Aluminiumlegierung verbunden werden.

Herstellungsbeispiel

Probestücke von Übergangsrohrverbindungen wurden unter Verwendung der folgenden Materialien und Arbeitsschritte hergestellt.
(Beispiel 1)
Außenschichtelement 13:
ein Rohr aus SUS 304L, 97,3 mm Außendurchmesser × 87,0 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge,
t(Wanddicke)/D(Außendurchmesser) 0,053
Zwischenschichtelement 12:
ein Rohr aus reinem Zr, 86,4 mm Außendurchmesser × 76,1 mm Innendurchmesser × 290 mm Länge, t/d = 0,06
Innenschichtelement 11:
ein Rohr aus SUS 304, 75,5 mm Außendurchmesser × 65,2 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/D = 0,068
Tantalschicht 14:
eine Folie aus reinem Ta, 0,1 mm Dicke × 100 mm Breite
(Beispiel 2)
Außenschichtelement 13:
ein Rohr aus SUS 304L, 97,3 mm Außendurchmesser × 87, mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/D = 0,053
Zwischenschichtelement 12:
ein Rohr aus Ti-5%Ta, 86,4 mm Außendurchmesser × 76,1 mm Innendurchmesser × 290 mm Länge, t/D = 0,06
Innenschichtelement 11:
ein Rohr aus SUS 304, 75,5 mm Außendurchmesser × 65,2 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/D = 0,068
Tantalschicht 14:
eine Folie aus reinem Ta, 0,1 mm Dicke × 100 mm Breite
Die Komponenten der in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Materialien sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. Tabelle 1
Unter Verwendung der in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Materialien wurde ein Verbundrohr 10 gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt. Ein Innenschichtelement 11, ein Zwischenschichtelement 12, ein Außenschichtelement 13 und eine Tantalschicht 14 wurden entfettet und gewaschen und die Tantalschicht 14 wurde dann um das Innenschichtelement 11 gewickelt und das erhaltene Produkt wurde in das Zwischenschichtelement 12 eingesetzt. Die Tantalschicht 14 wurde dann um das Zwischenschichtelement 12 gewickelt und das erhaltene Produkt wurde in das Außenschichtelement 13 eingesetzt. Beide Endteile des auf diese Weise erhaltenen Verbundrohrs wurden mit abgestuften ringförmigen Abdeckelementen 15, 15 (Fig. 2) in einem Vakuumzustand von 0,4 Pa (3 × 10&supmin;³ Torr) mit einem Elektronenstrahl verschlossen und dann dicht verschweißt Die ringförmigen Abdeckelemente 15 wurden aus demselben Material gebildet wie das Zwischenschichtelement 12.
(Beispiel 3)
Außenschichtelement 23:
ein Rohr aus SUS 304L, 97,3 mm Außendurchmesser × 87,0 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/D = 0,053
Zwischenschichtelement 22:
ein Rohr aus reinem Al, 86,4 mm Außendurchmesser × 76,1 mm Innendurchmesser × 290 mm Länge, t/d = 0,06
Innenschichtelement 21:
ein Rohr aus SUS 304, 75,5 mm Außendurchmesser × 65,2 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/D = 0,068
(Beispiel 4)
Außenschichtelement 23:
ein Rohr aus SUS 304L, 97,3 mm Außendurchmesser × 87,0 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/D = 0,053
Zwischenschichtelement 22:
ein Rohr aus Aluminiumlegierung 5052, 86,4 mm Außendurchmesser × 76,1 mm Innendurchmesser × 290 mm Länge, t/d = 0,06
Innenschichtelement 21:
ein Rohr aus SUS 304, 75,5 mm Außendurchmesser × 65,2 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/D = 0,068
Die Komponenten der in den Beispielen 3 und 4 beschriebenen Materialien sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt.
Unter Verwendung der in den Beispielen 3 und 4 beschriebenen Materialien wurden Verbundrohre gemäß dem folgenden Verfahren hergestellt. Ein Innenschichtelement 21, ein Zwischenschichtelement 22 und ein Außenschichtelement 23 wurden entfettet und gewaschen. Das Innenschichtelement 21 wurde dann in das Zwischenschichtelement 22 eingesetzt und das erhaltene Produkt in das Außenschichtelement 23. Beide Endteile des auf diese Weise erhaltenen Verbundrohrs wurden mit abgestuften ringförmigen Abdeckelementen 25, 25 (Fig. 8) in einem Vakuumzustand von 0,4 Pa (3 × 10&supmin;³ Torr) mit einem Elektronenstrahl verschlossen und dann dicht verschweißt. Die ringförmigen Abdeckelemente 25 wurden aus demselben Material gebildet wie das Zwischenschichtelement 22.
Die auf diese Weise unter Verwendung der Materialien aus den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Verbundrohre wurden erhitzt und dem Rotationswalzen unterzogen, um plattierte Rohre zu erhalten. Die bei diesem Vorgang verwendeten Walzbedingungen umfassen:
Kreuzungswinkel ( ): 3º
Zufuhrwinkel (β): 9º
Walzendurchmesser: 210 mm
Umdrehungszahl der Walze pro Minute: 50 Upm
Dorn: 52 mm Durchmesser, falls verwendet.
Die Walzvorgänge wurden bei einer Aufheiztemperatur von 900 ºC in den Beispielen 1 und 2 und bei 550 ºC in den Beispielen 3 und 4 durchgeführt. Die Rohre wurden bei verschiedenen Dehnungsverhältnissen gewalzt wie es in den Walzpaßangaben a - f in Tabelle 3 gezeigt ist. Tabelle 3
Aus jedem der plattierten Rohre, die unter Verwendung der Materialien in den Beispielen 1 bis 4 hergestellt wurden, wurde die ganze Länge des Innenschichtelements 11 und der Tantalschicht (in den Beispielen 1 und 2) oder die ganze Länge des Innenschichtelements 21 (in den Beispielen 3 und 4) entfernt. Das Außenschichtelement 13 oder 23 allein wurde an einem Endteil des Rohrs belassen und das Zwischenschichtelement 12 oder 22 allein wurde am anderen Endteil des Rohrs belassen, um dadurch Probestücke von Rohrübergangsverbindungen zu erhalten.

Bestimmung der Bindungsfestigkeit

Die Bindungsfestigkeit, d. h. Scherfestigkeit der Rohrübergangsverbindungsstücke wurde nach einem schematisch in Fig. 9 gezeigten Verfahren bestimmt, bei dem ein unter Verwendung der Materialien von Beispiel 1 hergestelltes Rohrübergangsverbindungsprobestück beispielhaft erläutert ist. Ein Probestück 17a, das durch Abschneiden der Länge des Außenschichtelements 13 der Rohrübergangsverbindung 17 auf eine bestimmte Länge h und Reduzieren des Außendurchmessers des Zwischenschichtelements 12 auf eine etwas geringere Größe als die des ursprünglichen Durchmessers D erhalten wurde. Es wurden zwei Probestücke für jedes Rohrverbindungsprobestück hergestellt. Ein Stützelement 18, das mit einer kreisförmigen Öffnung mit einem Durchmesser versehen ist, der etwas größer ist als der Außendurchmesser D des Zwischenschichtelements 12, ist so angeordnet, daß ein Endteil des Außenschichtelements 13 mit einem Kantenteil der öffnung des Stützelements 18 zusammenwirkt. Dann wird eine Druckkraft auf des Probestück 17a von der Oberseite des Zwischenschichtelements 12 aufgebracht, um die Last P zu messen, die bewirkt, daß die Zwischen- und Außenschichtelemente 12, 13 brechen. Der gemessene Wert der Last P wird in der Gleichung (1) anstelle von P eingesetzt, um eine Scherfestigkeit zu berechnen. Die für zwei Probestücke für jedes Rohrverbindungsstück erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt.
Scherfestigkeit = P/(π × D × h) (I) Tabelle 4
Aus den in Tabelle 4 gezeigten Ergebnissen ist zu erkennen, daß im Hinblick auf alle Rohrverbindungsstücke, die Probestücke d bei denen das Dehnungsverhältnis mehr als 1,25 beträgt, nicht gewalzt werden können. Es ist auch zu erkennen, daß bei den Probestücken a, bei denen das Dehnungsverhältnis 1,02 beträgt, die Scherfestigkeit äußerst gering wird, im Vergleich zu den Probestücken b, in denen das Dehnungsverhältnis 1,05 beträgt. Dementsprechend kann gesagt werden, daß zur Herstellung eines Übergangsrohrverbindungsstückes aus unterschiedlichen Metallen mit einer hohen Bindungsfestigkeit, das Dehnungsverhältnis bevorzugt auf nicht weniger als 1,05 und nicht mehr als 1,25 zu setzen ist.

Bestimmung des Bindungsverhältnisses in gebundener Grenzfläche

Von den unter Verwendung der Materialien in den Beispielen 1 bis 4 und gemäß den in Tabelle 3 gezeigten Paßangaben hergestellten plattierten Rohren wurden das Innenschichtelement 11 oder 21 entfernt, um Probestücke von doppelschichtig plattiertem Rohr einer bestimmten Länge herzustellen. Diese Probestücke wurden einer Ultraschalldefektprüfung unterzogen, um ein Bindungsverhältnis in der gebundenen Grenzfläche zu bestimmen. Die Fehlernachweisbedingungen sind wie folgt.
Fehlerdetektor: HISI (hergestellt von Japan Krautkramer Bronson K.K.)
Sonde: V377 (hergestellt von Panametrics K.K.)
Anzeigemethode:
Frequenz: 30 MHz
Vibratordurchmesser: 0,25 Zoll (inch)
Fokusabstand: 5,08 cm (2 inch) in Wasser.
Die ganze Oberfläche jeder plattierten Rohrprobe wurde einer Messung unterzogen. Die Ergebnisse zeigen, daß die Probe a das Bindungsverhältnis von 70-90 % in der gebundenen Grenzfläche aufwies, und die Proben b, c, e und f wiesen ein Bindungsverhältnis von 100 % in der gebundenen Grenzfläche auf. Es kann daher gesagt werden, daß zur Herstellung eines Rohrübergangsverbindungsstückes aus unterschiedlichen Metallen mit einem hohen Bindungsverhältnis, das Dehnungsverhältnis bevorzugt auf nicht weniger als 1,05 und nicht mehr als 1,25 gesetzt sein sollte.

Verhältnis zwischen t (Wanddicke) und D (Außendurchmesser) des Außenschichtelements

Probestücke von Rohrübergangsverbindungen wurden in derselben Weise hergestellt wie oben beschrieben, wobei die Materialien der Beispiele 1 bis 4 verwendet wurden, mit der Ausnahme, daß Außenschichtelemente verschiedener Außendurchmesser verwendet wurden, wie es in den folgenden Beispielen 5 bis 8 beschrieben wird. Die Walzbedingungen für diese Rohrübergangsverbindungsstücke umfassen ein Dehnungsverhältnis von 1,20 unter Verwendung eines Dorns.
(Beispiel 5)
Außenschichtelement:
ein Rohr aus SUS 304L, 100 mm Außendurchmesser × 87,0 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/d = 0,065
(Beispiel 6)
Außenschichtelement:
ein Rohr aus SUS 304L, 103 mm Außendurchmesser × 87,0 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/d = 0,078
(Beispiel 7)
Außenschichtelement:
ein Rohr aus SUS 304L, 106 mm Außendurchmesser × 87,0 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/d = 0,090
(Beispiel 8)
Außenschichtelement:
ein Rohr aus SUS 304L, 108 mm Außendurchmesser × 87,0 mm Innendurchmesser × 300 mm Länge, t/d = 0,097.
Als Ergebnis wurde bei alle Proben, in denen reines Zr, Ti-5%Ta, reines Aluminium oder eine Aluminiumlegierung als Zwischenschichtelement verwendet wurden, in Beispiel 7 mit t/D = 0,090 und Beispiel 8 mit t/D = 0,097 gefunden, daß sie eine geringe Anzahl von ungebundenen Teilen zwischen den Außenund Zwischenschichtelementen aufwiesen. In Beispiel 5 mit t/D = 0,065 und Beispiel 6 mit t/D = 0,078 traten keine ungebundenen Teile auf und die Scherfestigkeit der gebundenen Grenzflächen war im wesentlichen gleich der der Probestücke f in Tabelle 4. Es kann daher gesagt werden, daß bei den Beispielen 5 und 6 ausgezeichnete Walzvorgänge ausgeführt werden konnten. In Hinblick auf diese Tatsachen ist erkennbar, daß zur Herstellung eines Rohrübergangsverbindungsstückes aus unterschiedlichen Metallen mit einem hohen Bindungsflächenverhältnis und einer hohen Bindungsfestigkeit, das Verhältnis der Wanddicke t zum Außendurchmesser D des Außenschichtelements des Verbundrohrs bevorzugt auf nicht mehr als 0,08 gesetzt wird.

Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit

Um die Korrosionsbeständigkeit der Rohrübergangsverbindungsprobestücke der Beispiele 1 und 2 zu untersuchen, wurden halbkreisförmige Korrosionsteststücke 17b von 3 mm Breite wie sie in Fig. 10 gezeigt sind durch Abschneiden des gebundenen Teils des Rohrverbindungsstückes entlang einer Ebene senkrecht zur Walzrichtung hergestellt. Ein Bezugszeichen r in Fig. 10 bezeichnet den Durchmesser des Rohrverbindungsprobenstückes. Eine Rohrübergangsverbindung aus unterschiedlichen Metallen, in dem eine Tantalschicht 14 nicht vorgesehen ist, wurde als Vergleichsbeispiel der Beispiele 1 und 2 hergestellt und ein Korrosionsteststück wurde auf dieselbe Weise wie oben beschrieben hergestellt.
Die Messung der Korrosionsbeständigkeit der Probestücke wurde wie folgt durchgeführt. Eine unten angegebene Korrosionsbeständigkeitstestflüssigkeit wurde erhitzt und Probestücke 17b für den Korrosionstest wurden in die Testflüssigkeit eingetaucht, die ihren Siedepunkt erreicht hatte und 120 Stunden darin belassen. Die Korrosionstiefe der gebundenen Grenzflächen wurde dann nach einem mikroskopischen Schnittverfahren (Soofache Vergrößerung) gemessen.
Korrosionstestflüssigkeit:
M HNO&sub3; enthaltend Ru³&spplus; 1 mg/l
Ce³&spplus; 0,5 mg/l
Fe³&spplus; 200 mg/l
Cr³&spplus; 50 mg/l
Ni²&spplus; 50 mg/l
Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5
Aus den in Tabelle 5 gezeigten Ergebnissen ist erkennbar, daß Korrosion in den gebundenen Grenzflächen bei den Korrosionsbeständigkeitsprobestücken auftritt, in denen eine Tantalschicht 14 nicht vorgesehen ist, und daß Korrosion nicht auftritt in den gebundenen Grenzflächen bei den Korrosionsbeständigkeitsprobestücken der Beispiele 1 und 2, in denen Tantalschichten 14 vorgesehen sind. Dementsprechend kann gesagt werden, daß die Korrosionsbeständigkeit einer gebundenen Fläche einer Rohrübergangsverbindung, die unter Verwendung eines rostfreien Stahls oder einer Nickelbasislegierung und einem Zirconiummaterial oder einem Titanmaterial hergestellt ist, durch Einsetzen einer Tantalschicht zwischen den zu verbindenden Flächen verbessert werden kann.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen wird das Innenschichtelement 11 oder 21 auf der ganzen Länge des gewalzten plattierten Rohrs entfernt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf solch eine Rohrübergangsverbindung beschränkt. Eine Rohrübergangsverbindung aus unterschiedlichen Metallen, bei derein Endteil das Zwischenschichtelement 12 oder 22 enthält und der andere Endteil davon das Innenschichtelement 11 oder 21 enthält, kann auch durch Entfernen des Außenschichtelements 13 oder 23 über die ganze Länge des plattierten Rohrs hergestellt werden.
Wie aus dem vorstehenden ersichtlich ist, werden gemäß der vorliegenden Erfindung ein Außenschichtelement, ein Zwischenschichtelement, dessen Deformationswiderstand geringer ist als der des Außenschichtelements und ein Innenschichtelement, das dasselbe Metall umfaßt wie das Außenschichtelement, in der Abfolge zusammengefügt und durch Walzen miteinander verbunden. Daher können die äußere und innere Oberfläche des Zwischenschichtelements ausgezeichnet mit den Außen- und Innenschichtelementen verbunden werden, indem das Zwischenschichtelement gleichmäßig verformt wird, und es kann ein Rohrdurchgangsverbindungsstück aus unterschiedlichen Metallen mit einem großen Durchmesser mit einer hohen Bindungsfestigkeit hergestellt werden.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung einer Übergangsrohrverbindung (17) aus ungleichartigen Metallen, bei der die beiden axialen Endbereiche aus verschiedenen Metallarten gebildete Metallrohre umfassen, und zwar erstreckt sich das besagte Verfahren auf die Schritte

des Zusammensetzens innerer (11) und äußerer (13) Schichtelemente aus einem einen hohen Verformungswiderstand aufweisenden Metallrohr mit einem Zwischenschichtelement (12) aus einem einem niedrigen Verformungswiederstand aufweisenden Metallrohr, wobei das besagte Zwischenschichtelement (12) zwischen den besagten inneren und äußeren Schichtelementen (11, 13) eingefügt wird, um dadurch ein Verbundrohr (10) zu bilden;

des Erhitzens des besagten Verbundrohrs (10);

des Walzens des erhitzten Verbundrohrs (10) bei einem Dehnungsverhältnis von 1,05 bis 1,25 mit Hilfe eines drei bzw. vier Walzen (1 - 3) umfassenden Umlaufwalzwerks, um dadurch ein plattiertes Rohr (16) zu bilden;

des Belassens eines Abschnitts des besagten äußeren Schichtelements (13) bzw. des besagten inneren Schichtelements (11) in einem Endbereich des besagten plattierten Rohres (16), von dem die restlichen Schichtelemente entfernt wurden; und

des Belassens eines Abschnitts des besagten Zwischenschichtelements (12) in dem anderen Endbereich des besagten plattierten Rohres (16), von dem die restlichen Schichtelemente entfernt wurden.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Übergangsrohrverbindung (17) aus ungleichartigen Metallen, bei dem die besagten inneren und äußeren Schichtelemente (11, 13) aus einem rostfreien Stahl oder einer auf Nickel basierenden Legierung gebildet werden, während das besagte Zwischenschichtelement (12) aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet wird, und bei dem das besagte Verbundrohr (10) auf 450 bis 620 ºC erhitzt wird.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Übergangsrohrverbindung (17) aus ungleichartigen Metallen, bei dem bei dem besagten Schritt

des Zusammensetzens innerer und äußerer Schichtelemente (11, 13) aus einem einen hohen Verformungswiderstand aufweisenden Metallrohr mit einem zwischenschichtelement (12) aus einem einen niedrigen Verformungswiderstand aufweisenden Metallrohr, wobei das besagte Zwischenschichtelement (12) zwischen den besagten inneren und äußeren Schichtelementen (11, 13) eingefügt ist, zwischen dem besagten inneren Schichtelement (11) und dem besagten Zwischenschichtelement (12) und zwischen dem besagten Schichtelement (12) und dem besagten äußeren Schichtelement (13) Tantalschichten (14) eingefügt werden, um dadurch das besagte Verbundrohr (10) zu bilden.

4. Ein Verfahren nach Anspruch 3 zur Herstellung einer Übergangsrohrverbindung (17) aus ungleichartigen Metallen, bei dem die besagten inneren und äußeren Schichtelemente (11, 13) aus einem rostfreien Stahl bzw. einer auf Nickel basierenden Legierung gebildet werden, während das besagte Zwischenschichtelement (12) aus einem Zirkonwerkstoff oder einem Titanwerkstoff gebildet wird, und bei dem das besagte Verbundrohr auf 800 bis 1 200 ºC erhitzt wird.

5. Ein Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 zur Herstellung einer Übergangsrohrverbindung (17) aus ungleichartigen Metallen, bei dem das Verhältnis der Wandstärke des besagten Metallrohrs des besagten äußeren Schichtelements (13) zu einem Außendurchmesser des besagten Metallrohrs 0,08 nicht überschreitet.