EP0472546B1 - Verfahren zur herstellung von plattierten hohlblöcken - Google Patents

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EP0472546B1
EP0472546B1 EP90906879A EP90906879A EP0472546B1 EP 0472546 B1 EP0472546 B1 EP 0472546B1 EP 90906879 A EP90906879 A EP 90906879A EP 90906879 A EP90906879 A EP 90906879A EP 0472546 B1 EP0472546 B1 EP 0472546B1
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EP
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accordance
core
molten
plating
hollow body
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Ingo Von Hagen
Christoph Prasser
Fritz P. Pleschiutschnigg
Lothar Parschat
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Vodafone GmbH
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Mannesmann AG
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • C23C2/36—Elongated material
    • C23C2/38—Wires; Tubes

Definitions

  • the invention relates to a method for producing clad hollow blocks for further processing into seamless metal tubes, in particular steel tubes, clad on the inside by hot or cold forming.
  • the production of internally clad seamless steel tubes has hitherto generally been carried out in such a way that a hollow block composed of the carrier material and the cladding material is formed into a tube by extrusion.
  • the feed material is prepared for this purpose in such a way that a cylindrical block made of a carrier material (eg low-alloy steel) is first drilled out in the axial direction, so that a hollow block is formed.
  • the two nested hollow blocks are welded together in such a way that the annular gap between the two hollow blocks is tightly sealed, so that the contact surfaces of the hollow blocks do not oxidize when heated to the extrusion temperature and prevent a perfect connection between the carrier material and the plating material.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method with which a hollow block clad only on the inside can be produced and which avoids the shortcomings indicated.
  • the solution according to the invention provides that the molten carrier material is applied to the outside of the solid plating material. This ensures from the outset that the inner plating layer cannot detach from the outer layer as a result of thermal shrinkage, since the latter in any case tends to shrink more because of its higher initial temperature and thus practically shrinks onto the plating layer.
  • the cylindrical hollow body used for the crystallization of the layer of the carrier material could be produced, for example, by hot-forming a corresponding block in a hole press and, if necessary, can be mechanically machined inside and outside before use in the melt of the carrier material, in order to have clean and smooth surfaces to achieve.
  • the sealing of the inner surface of this hollow body during immersion in the melt of the carrier material can e.g. can be achieved by sealing cap.
  • a cylindrical core for this purpose, which lies closely against the inner surface of the hollow body.
  • the core is already used with particular advantage for the production of the cylindrical hollow body by immersing it in a melt of the plating material and allowing the required layer of the plating material to crystallize.
  • the core must consist of a sufficiently heat-resistant material, e.g. from a mild steel.
  • the heat resistance only has to allow the core to be immersed in the melt for the required time without melting itself.
  • the core must be provided on its outer surface with a separating layer effective against the melt.
  • a layer of rust or scale can suffice. This prevents a direct connection between the cladding material and the material of the core and enables the core to be pulled out of the hollow body.
  • the possible dwell time of the steel core in the plating melt depends on its heat absorption capacity if no separate internal cooling of the core is provided.
  • immersion in the melt can also be carried out in partial steps, intermediate cooling being inserted before the next immersion in the melt. This procedure is possible both in the production of the plating layer and in the production of the carrier layer.
  • the chosen immersion time in the manufacture of the hollow block led on the one hand to the greatest possible growth rate of the support material St37 and on the other hand to a very good connection between the plating layer and the support material.
  • the hollow block produced was then hot pressed in a known manner in an extruder to form a seamless steel tube of approximately 21 m in length with an outer diameter of 80 mm and a wall thickness of 10 mm.
  • the plating layer had a thickness of about 2 mm and was perfectly connected to the carrier material.
  • a hollow block of 250 mm outer diameter, 60 mm inner diameter, a plating layer thickness of approximately 25 mm and again approximately 1 m long was to be produced and formed into a seamless tube, the procedure according to claim 3 being chosen for the plating fraction.
  • a rod made of St37 with an outer diameter of 60 mm, which was covered with a scale layer was immersed in a melt of material 1.4301 heated to 30 K above the liquidus temperature. The rod was pulled out of the melt after a dipping time of approximately 35 seconds, during which a plating layer of approximately 17 mm had formed on the surface.
  • the rod provided with the plating layer 25 mm thick was then immersed in a melt of St37 heated to 20 K above the liquidus temperature in accordance with the first exemplary embodiment.
  • a block with an outer diameter of 236 mm had formed.
  • a last dipping process of 53 seconds was carried out.
  • the rod from St37 used as the immersion core was pulled out of the hollow block on a pull-out device. Because of the scale layer on the rod acting as a separating layer, this separation could be carried out without difficulty.
  • the outer surface of the block was then smoothed while still warm.
  • the inner surface (plating layer) of the hollow block was also subjected to a smoothing and cleaning action in order to eliminate the irregularities caused by the scale layer.
  • the block was then again hot-formed in an extrusion press to form a seamless tube. With an outer diameter of 80 mm, an inner diameter of 30 mm, the tube length was over 20 m and the thickness of the plating layer was 1.6 mm. The connection between the two layers was again perfect.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von plattierten Hohlblöcken für die Weiterverarbeitung zu auf der Innenseite plattierten nahtlosen Metallrohren, insbesondere Stahlrohren, durch Warm- oder Kaltumformung.
  • Die Herstellung von innenplattierten nahtlosen Stahlrohren wird bisher in der Regel in der Weise vorgenommen, daß ein aus dem Trägerwerkstoff und dem Plattierungswerkstoff zusammengesetzter Hohlblock durch Strangpressen zu einem Rohr umgeformt wird. Das Einsatzmaterial wird zu diesem Zweck in der Weise vorbereitet, daß zunächst ein zylindrischer Block aus einem Trägerwerkstoff (z.B. niedriglegierter Stahl) in axialer Richtung ausgebohrt wird, so daß ein Hohlblock entsteht. In diesen Hohlblock wird dann ein seinem Innendurchmesser entsprechender zylindrischer Block gleicher Länge, der ebenfalls innen ausgebohrt ist und aus dem Plattierungswerkstoff (z.B. hochlegierter Stahl) besteht, eingesetzt.
  • An den Stirnseiten werden die beiden ineinandergesetzten Hohlblöcke derart miteinander verschweißt, daß der Ringspalt zwischen den beiden Hohlblöcken dicht verschlossen ist, damit die Kontaktflächen der Hohlblöcke beim Erhitzen auf die Strangpreßtemperatur nicht oxidieren und eine einwandfreie Verbindung zwischen dem Trägerwerkstoff und dem Plattierungswerkstoff verhindern.
  • Diese Vorgehensweise hat gravierende Nachteile. Die Verschweißung auf den Stirnseiten stellt eine Schwachstelle dar, die z.B. beim Erwärmen aufreißen kann, so daß die Kontaktflächen doch oxidieren können. Darüberhinaus erfordert die Vorbereitung eines einsatzfähigen plattierten Hohlblocks einen erheblichen Aufwand, der einerseits in der notwendigen Bearbeitung (Bohren, Schweißen) liegt und andererseits auch in dem beträchtlichen Einsatz an teurem Plattierungswerkstoff (Schrottanfall beim Ausbohren) zu sehen ist.
  • Für die Herstellung von einseitig plattiertem Stahlblech wurde von der Anmelderin bereits ein Verfahren vorgeschlagen (DE-P 39 07 903), bei dem der Plattierungswerkstoff in schmelzflüssigem Zustand auf ein Trägerblech aufgebracht wird. Hierzu werden jeweils zwei Trägerbleche mit ihren Flachseiten dicht aufeinander gelegt und in eine Schmelze des Plattierungswerkstoffs so lange eingetaucht, bis sich eine ausreichend dicke Plattierungsschicht durch Ankristallisieren gebildet hat.
  • Das Aufbringen einer Plattierungsschicht unmittelbar aus dem schmelzflüssigen Zustand auf den Trägerwerkstoff läßt sich jedoch nicht ohne weiteres auf die Herstellung plattierter Hohlblöcke übertragen. Beim Eintauchen eines Hohlblocks aus dem Trägerwerkstoff in eine Schmelze des Plattierungswerkstoffs bildet sich sowohl auf der Innenals auch auf der Außenoberfläche eine Plattierungsschicht aus. Letztere ist häufig nicht erforderlich und würde allein schon wegen des unnötigen Verbrauchs an Plattierungswerkstoff die Herstellkosten stark belasten.
  • Um eine Außenplattierung zu vermeiden, wäre es möglich, einen Hohlblock des Trägerwerkstoffs mit einer Schmelze des Plattierungswerkstoffs zu füllen oder, um den Verbrauch an Plattierungsschmelze möglichst gering zu halten, mit einer Schicht dieses Materials z.B. auszuschleudern und erstarren zu lassen. Dabei tritt jedoch das Problem auf, daß sich aus Gründen unterschiedlicher thermischer Dehnungen bzw. Schrumpfungen die Plattierungsschicht von dem Trägerwerkstoff wieder ablöst, bevor die Weiterverarbeitung des plattierten Hohlblocks erfolgen kann.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein lediglich auf der Innenseite plattierter Hohlblock herstellbar ist und das die aufgezeigten Mängel vermeidet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.
  • Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß der schmelzflüssige Trägerwerkstoff außen auf den festen Plattierungswerkstoff aufgebracht wird. Damit ist von vornherein sichergestellt, daß sich die innere Plattierungsschicht nicht infolge thermischer Schrumpfung von der Außenschicht ablösen kann, da letztere auf jeden Fall wegen ihrer höheren Anfangstemperatur zu stärkerer Schrumpfung neigt und damit praktisch auf die Plattierungsschicht aufschrumpft. Der für das Ankristallisieren der Schicht des Trägerwerkstoffs eingesetzte zylindrische Hohlkörper könnte z.B. durch Warmumformung eines entsprechenden Blocks in einer Lochpresse hergestellt werden und kann, soweit erforderlich, vor dem Einsatz in die Schmelze des Trägerwerkstoffs gegebenenfalls innen und außen mechanisch bearbeitet werden, um saubere und glatte Oberflächen zu erzielen.
  • Damit ist eine zerspanungslose oder zumindest zerspanungsarme und folglich hinsichtlich des Plattierungswerkstoffs abfallarme Herstellung des für das Verfahren benötigten zylindrischen Hohlkörpers möglich. Die Abdichtung der Innenoberfläche dieses Hohlkörpers während des Eintauchens in die Schmelze des Trägerwerkstoffs kann z.B. durch Verschlußdeckel erzielt werden. Zweckmäßiger ist es jedoch, hierfür einen zylindrischen Kern zu verwenden, der dicht an der Innenoberfläche des Hohlkörpers anliegt. Mit ganz besonderem Vorteil wird der Kern bereits für die Erzeugung des zylindrischen Hohlkörpers benutzt, indem man ihn in eine Schmelze des Plattierungswerkstoffs eintaucht und die erforderliche Schicht des Plattierungswerkstoffs ankristallisieren läßt. Hierzu muß der Kern aus einem ausreichend hitzebeständigen Material bestehen, z.B. aus einem Baustahl. Die Hitzebeständigkeit muß lediglich erlauben, daß der Kern für die erforderliche Zeit in die Schmelze eingetaucht werden darf, ohne selbst anzuschmelzen. Hierfür ist es besonders zweckmäßig, den Kern mit einer Innenkühlung zu versehen, indem ein Kühlmittel durch diesen hindurchgeführt wird. Damit eine leichte Entfernung des Kerns aus dem Hohlkörper bzw. Hohlblock möglich ist, muß der Kern auf seiner Außenoberfläche mit einer gegenüber der Schmelze wirksamen Trennschicht versehen sein. Bei einem Stahlkern kann hierzu beispielsweise eine Rost- oder Zunderschicht ausreichen. Diese verhindert eine unmittelbare Verbindung zwischen Plattierungswerkstoff und dem Werkstoff des Kerns und ermöglicht ein Herausziehen des Kerns aus dem Hohlkörper.
  • Die mögliche Verweilzeit des Stahlkerns in der Plattierungsschmelze richtet sich, wenn keine gesonderte Innenkühlung des Kerns vorgesehen ist, nach seinem Wärmeaufnahmevermögen. Um dickere Schichten ankristallisieren zu lassen, kann das Eintauchen in die Schmelze auch in Teilschritten durchgeführt werden, wobei jeweils vor dem nächsten Eintauchen in die Schmelze eine Zwischenabkühlung eingelegt wird. Dieses Vorgehen ist sowohl bei der Erzeugung der Plattierungsschicht als auch bei der Erzeugung der Trägerschicht möglich.
  • Soweit die durch das Ankristallisieren des Plattierungswerkstoffs und/oder des Trägerwerkstoffs entstehenden Oberflächen zu unregelmäßig ausfallen, kann noch im warmen Zustand des Materials und daher mit geringem Aufwand ein Glätten durch Walzen vorgesehen werden. Wenn die Herstellung des aus dem Plattierungswerkstoff bestehenden Hohlkörpers gemäß dem Verfahrensanspruch 3 vorgenommen wurde, muß vor einer Weiterverarbeitung des Hohlblocks zum nahtlosen Rohr eine mechanische Bearbeitung der Innenoberfläche vorgenommen werden, damit eine saubere und glatte Oberfläche sichergestellt ist. Dabei entsteht nur wenig Abfallmaterial. Die Weiterverarbeitung selbst kann z.B. durch Strangpressen in warmem Zustand oder auch durch Warm- oder Kaltpilgern erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in besonderer Weise für Stahlwerkstoffe geeignet, läßt sich jedoch auch bei andersartigen metallischen Werkstoffen verwenden.
  • Anhand der nachfolgenden zwei Ausführungsbeispiele zur Herstellung nahtloser innenplattierter Stahlrohre aus St37 wird die Erfindung näher erläutert.
  • Ein stirnseitig durch Deckel verschlossenes Rohr von ca. 1 m Länge, 120 mm Außendurchmesser und 30 mm Wanddicke aus dem Plattierungswerkstoff 1.4301 (X5 CrNi 18 9) wurde für ca. 25 sek in eine um 20 K über Liquidustemperatur erhitzte Schmelze aus St37 eingetaucht und dann zur Zwischenabkühlung auf etwa Raumtemperatur wieder herausgezogen. Während der Tauchzeit kristallisierte außen an dem Rohr eine Schicht aus St37 von etwa 22 mm Dicke an. Dieser Tauchvorgang mit anschließender Zwischenabkühlung wurde noch zweimal wiederholt bis ein Hohlblock von insgesamt 252 mm Außendurchmesser entstanden war. Die Außenoberfläche des Hohlblocks wurde anschließend in warmem Zustand durch Kalibrierwalzen geglättet.
  • Die gewählte Tauchzeit bei der Herstellung des Hohlblocks führte einerseits zu einer größtmöglichen Anwachsrate des Trägerwerkstoffs St37 und andererseits zu einer sehr guten Verbindung zwischen der Plattierungsschicht und dem Trägerwerkstoff. Der erzeugte Hohlblock wurde anschließend in bekannter Weise in einer Strangpresse warm zu einem nahtlosen Stahlrohr von etwa 21 m Länge mit 80 mm Außendurchmesser und 10 mm Wanddicke ausgepreßt. Die Plattierungsschicht hatte eine Dicke von etwa 2 mm und war einwandfrei mit dem Trägerwerkstoff verbunden.
  • Im zweiten Ausführungsbeispiel sollte ein Hohlblock von 250 mm Außendurchmesser, 60 mm Innendurchmesser, einer Plattierungsschichtdicke von etwa 25 mm und wiederum etwa 1 m Länge hergestellt und zu einem nahtlosen Rohr umgeformt werden, wobei für den Plattierungsanteil die Vorgehensweise gemäß Anspruch 3 gewählt werden sollte. Hierzu wurde eine Stange aus St37 von 60 mm Außendurchmesser, die mit einer Zunderschicht bedeckt war, in eine um 30 K über Liquidustemperatur erhitzte Schmelze aus dem Werkstoff 1.4301 getaucht. Die Stange wurde nach einer Tauchzeit von ca. 35 sek, in der sich auf der Oberfläche eine Plattierungsschicht von ca. 17 mm gebildet hatte, aus der Schmelze herausgezogen. Nach Zwischenabkühlung auf etwa Raumtemperatur wurde sie erneut in die Schmelze des Plattierungswerkstoffs eingetaucht, um die Plattierungsschichtdicke von insgesamt 25 mm zu erreichen. Hierzu wurde die Tauchzeit auf ca. 47 sek verlängert, d.h. es wurde so lange gewartet, bis die zweite aufgewachsene Plattierungsschicht, die nach etwa 35 sek ihr Maximum erreicht hatte, teilweise wieder abgeschmolzen war. Eine kürzere Tauchzeit als 35 sek zur Erzielung der an der gewünschten Schichtdicke noch fehlenden 8 mm wäre unzweckmäßig gewesen, da dann die Haftung zur ersten Plattierungsschicht unzureichend gewesen wäre. Nach erfolgter Zwischenabkühlung wurde dann die mit der Plattierungsschicht von 25 mm Dicke versehene Stange entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel in eine um 20 K über Liquidustemperatur erhitzte Schmelze aus St37 getaucht.
  • Nach dreimaligem Tauchen und Zwischenabkühlen hatte sich ein Block von 236 mm Außendurchmesser gebildet. Um den angestrebten Außendurchmesser von 250 mm zu erreichen, wurde dann ein letzter Tauchvorgang von 53 sek Dauer ausgeführt. Nach Herausnehmen aus der Schmelze und vollständigem Erstarren der äußeren Oberfläche wurde die als Tauchkern benutzte Stange aus St37 auf einer Ausziehvorrichtung aus dem Hohlblock herausgezogen. Wegen der als Trennschicht wirkenden Zunderschicht auf der Stange ließ sich diese Trennung ohne Schwierigkeiten ausführen. Die äußere Oberfläche des Blockes wurde danach in noch warmem Zustand geglättet Ebenfalls wurde die Innenoberfläche (Plattierungsschicht) des Hohlblocks einer glättend und säubernd wirkenden Bearbeitung unterzogen, um die durch die Zunderschicht hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten zu eliminieren. Danach wurde der Block wiederum warm in einer Strangpresse zu einem nahtlosen Rohr verformt. Bei einem Außendurchmesser von 80 mm, einem Innendurchmesser von 30 mm ergab sich eine Rohrlänge von über 20 m und eine Dicke der Plattierungsschicht von 1,6 mm. Die Verbindung zwischen den beiden Schichten war wiederum einwandfrei.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Herstellung von plattierten Hohlblöcken für die Weiterverarbeitung zu plattierten nahtlosen Stahlrohren durch einfaches oder mehrfaches Eintauchen eines rohrförmigen Körpers in eine Schmelze,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zur Herstellung von Hohlblöcken für die Weiterverarbeitung zu auf der Innenseite plattierten Rohren ein aus dem Plattierungswerkstoff gebildeter zylindrischer Hohlkörper in eine Schmelze eines Trägerwerkstoffes eingetaucht und nach Auskristallisieren einer ausreichend dicken Trägerschicht aus der Schmelze herausgenommen wird, wobei die Innenoberfläche des Hohlkörpers während des Eintauchens gegen einen Zutritt von Schmelze geschützt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Schutz gegen den Zutritt der Schmelze durch einen in dem Hohlkörper befindlichen zylindrischen Kern erfolgt, der dicht an der Innenoberfläche anliegt, und daß der Kern nach Beendigung des Ankristallisierens aus dem Hohlblock entfernt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Hohlkörper dadurch erzeugt wird, daß der aus hitzebeständigem Material bestehende stangenförmige Kern, der mit einer Trennschicht versehen ist, in eine Schmelze des Plattierungswerkstoffes eingetaucht und nach Ankristallisiereren einer ausreichend dicken Plattierungsschicht aus der Schmelze des Plattierungswerkstoffes herausgenommen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Ankristallisieren der Schicht des Plattierungswerkstoffs und/oder der Schicht des Trägerwerkstoffs jeweils in mindestens zwei Teilschritten erfolgt, indem der Hohlkörper bzw. Hohlblock jeweils nach einer vorgegebenen Verweilzeit aus der Schmelze herausgenommen und zwischengekühlt wird, bevor er erneut in dieselbe Schmelze eingetaucht wird, um die ankristallisierte Schicht weiter wachsen zu lassen.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Oberfläche des mit dem Plattierungswerkstoff versehenen Kerns vor dem Eintauchen in die Schmelze des Trägerwerkstoffs geglättet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Oberfläche des ankristallisierten Trägerwerkstoffs vor der Weiterverarbeitung des Hohlblocks geglättet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Glätten durch Glättwalzen erfolgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Kern während des Eintauchens in die Schmelze des Plattierungswerkstoffs und/oder Trägerwerkstoffs durch einen Kühlmittelstrom innen gekühlt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Innenoberfläche des Hohlblocks nach dem Herausziehen des Kerns gereinigt und geglättet wird, bevor die Umformung zum Rohr erfolgt.
EP90906879A 1989-05-16 1990-05-08 Verfahren zur herstellung von plattierten hohlblöcken Expired - Lifetime EP0472546B1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3916114 1989-05-16
DE3916114 1989-05-16
PCT/DE1990/000335 WO1990014446A1 (de) 1989-05-16 1990-05-08 Verfahren zur herstellung von plattierten hohlblöcken

Publications (2)

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EP0472546A1 EP0472546A1 (de) 1992-03-04
EP0472546B1 true EP0472546B1 (de) 1994-12-14

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EP (1) EP0472546B1 (de)
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KR (1) KR930010337B1 (de)
CN (1) CN1028847C (de)
AT (1) ATE115643T1 (de)
BR (1) BR9007180A (de)
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