JP5662556B2 - 二材料のスリーブを製造する方法及び装置並びにこれにより製造されたスリーブ - Google Patents

Description

本発明は、冶金の分野に関し、より詳しくは、二材料のスリーブ、すなわち、パーツが２つの同心の互いに相互依存する環形状の部分で形成され、２つの異なる材料で作られ、互いに固定されるものの製造に関する。

圧力を受ける反応炉の使用に関する産業−核及び石油化学産業を含む−は、反応容器又は加圧器の構成要素としてそのようなスリーブを使用する。これらのスリーブは、任意の方法で製造された２つの最初に別々のスリーブそれぞれを結合すること、又は、スリーブとそのスリーブの表面に配置されるストリップを結合することにより製造されることができる。外側のスリーブは、例えば、１６ＭＮＤ５型の低炭素鋼とすることができ、及び内側スリーブは、最初にストリップとして３０４Ｌ型のオーステナイトステンレス鋼とすることができる。

外側の炭素鋼スリーブは、鍛造により得ることができ、そして内側ステンレス鋼スリーブは、これは述べられているように、外側スリーブの内側表面に結合されるストリップにより形成されることができる。非制限的方法において、内側スリーブの内径は、２から９メートルの間にすることができ、その高さは２から５メートルの間にすることができ、スリーブの厚みは、外部スリーブでは５０ｍｍから６００mmのオーダーに、内部スリーブでは５ｍｍから１００ｍｍのオーダーにすることができる。

しかしながら、適用されるべきこの相対的に単純な解決は、最適ではなく、なぜなら、これは、適用するのに長い時間が掛かるからである。上述の寸法を有する反応器コアスリーブについては、結合形成及び結合の品質管理に５から１０週間掛かり、その期間はスリーブの内側寸法及び所望の結合形成相厚みに応じて変化する。結合形成の品質は、非常に慎重にチェックされなければならず、適用される検出基準に依存する。

ＦＲ−Ａ−２ ５２５１３１ ＦＲ−Ａ−２ ５４３０３１ ＦＲ−Ａ−２ ６７６６７０ ＦＲ−Ａ−２ ６７６６７１

本発明の対象は、よりよい生産性及び非常に優れた信頼性を有するような二材料のスリーブを製造するための方法を提案することである。

この目的のため、本発明の対象は、環状の外側スリーブ及び環状の内側スリーブが互いに結合され、両方のスリーブが異なる材料から成る、二材料のスリーブを製造するための方法であり、
−外部スリーブの底鋳込み及び凝固が、鋳造ベース、鋳造ベースに配置された第１インゴット型の壁により、そして、前記ベースに配置されて第１インゴット型と同心の第２インゴット型の上移動可能外側壁により、区切られた鋳造スペースで実行され、
−前記移動可能な外側壁が、それに対して凝固されている外側スリーブのスキンへの覆いを取るように第２インゴット型から上昇され、
−内側スリーブの底鋳込み及び凝固が、第２インゴット型の移動可能な外側壁及び前記第２インゴット型の固定内側壁に対して前もって凝固されている外側スリーブの前記スキンによって区切られた鋳造スペースで実行され、両方のスリーブの結合は凝固中に互いに接触する前記スリーブの表面の間の材料の拡散により実行され、
−前記結合されたスリーブにより形成されるアセンブリの鍛造及び／又は機械加工が任意選択的に実行されることを特徴とする。

前記第２インゴット型の外側壁は、外側スリーブの凝固が完成したときに上げることができる。

外側スリーブの鋳造が完成しているが、その凝固がまだ完成していないときに、前記第２インゴット型の外側壁を上げ始めることは可能である。

外側スリーブの鋳造がまだ完成していない場合に前記第２インゴット型の外側壁を上げ始めることは可能である。

外側スリーブと第２インゴット型の外側壁の間の境界は、潤滑化されることができる。

外側スリーブは炭素鋼で出来ていてもよく、内側スリーブはステンレス鋼で出来ていてもよい。

本発明の対象は、環状外側スリーブと環状内側スリーブが互いに結合してなり両方のスリーブが異なる材料である二材料スリーブを製造するための装置でもあり、
−底鋳造ベース、
−前記ベース、ベースの上側面により規定される第１鋳造スペースに開口する前記出口チャネル、第１インゴット型の内側壁及び第２インゴット型の外側壁に作られる、外側スリーブの材料を形成することを意図した液体金属のための入口チャネルとその出口チャネル、
−前記ベース、ベースの上側面により規定される第２鋳造スペースに開口する前記出口チャネル、前記第２インゴット型の外側壁及び第１インゴット型の内側壁に作られる、内側スリーブの材料を形成することを意図した液体金属のための入口チャネルとその出口チャネル、
−垂直方向に沿って前記第２インゴット型の内側壁を上昇させ、内側スリーブを形成するために、外側スリーブの凝固された内側表面への覆いを取って、液体金属に接触することを可能にするための手段を含むことを特徴とする。

内部に冷却されて第２インゴット型の内側壁により囲まれたマンドレルを含めることができる。

前記インゴット型はフィーダーを含めることができる。

第２インゴット型の外側壁は、外側スリーブを形成するために金属の境界を潤滑化するための手段を含めることができる。

本発明の対象は、また、互いに結合された環状外側スリーブ及び環状内側スリーブからなり、両スリーブが異なる材料である、二材料のスリーブであり、先の方法により得られることを特徴とする。

外側スリーブは、１６ＭＮＤ５炭素鋼で出来ていてもよく、そして内側スリーブは３０４Ｌステンレス鋼で出来ていてもよい。

スリーブは、原子炉容器又は石油化学反応容器の構成要素であることができる。

スリーブは、原子炉加圧器の構成要素であることができる。

これは理解されうるように、本発明は続いて又は殆ど同時に２つの中空インゴットの凝固を達成することを目的とし、その形状及び構成は、所望の二材料スリーブの２つの構成要素に対応する。内側のスリーブを形成するインゴットの外側面の凝固は、外側スリーブを形成するインゴットの内側面上で直接に実行されるか又は逆に実行するものであり、それらを互いに結合することは、それらを作り上げる金属の結合拡散又は共凝固により実行される。

本発明は、添付の図面を参照して、以下の説明を読むことでよりよく理解される。

本発明による方法を適用するための設備の前断面図を概略的に図示する。 外側スリーブが凝固されるときの同じ設備を図示する。 外側スリーブが完全に凝固化され且つ内側スリーブが凝固化されるときの同じ設備を図示する。

図１は、二材料スリーブの製造のために使用される本発明による例示的な装置を表す。第一に本質的な構成要素として、図示されている実施例中の僅かに円錐形である環状インゴットの底鋳造のためのベース１を含む。図示された実施例の、このベース１は、その中央部分に、ベース１の残部に対して相対的に突出する実質的に円筒形状のマウント２を含む。

第１インゴット型は、ベース１上に堆積された金属円筒壁により部分的に規定され、そしてその下側部分は、マウント２を包み、マウント２の上側面は、第１インゴット型の底を形成する。第１インゴット型３のこの壁は、任意選択的に、流体を循環させることにより、外部的に又は内部的に冷却されてもよく、あるいは冷却されなくてもよい。第１インゴット型３の内面は、スリーブの外面部分の凝固を確実にする働きを有する。この目的のため、ベース１は、示されていないトランペットアセンブリに、すなわち、その温度及びその組成が調節された取鍋底から排出される液体金属を受容することを意図された垂直導管に、接続される、液体金属（例えば１６ＭＮＤ５低炭素鋼）のための入口チャネル４を含む。入口チャネル４は、マウント２の上側面上に開放されて液体金属が第１インゴット型の壁３により外面的に区切られている環状の鋳造スペース７の様々な位置に到達することを可能にする（図面で見える２つの５，６を含む）複数の出口チャネルに分かれる。

第２インゴット型は、ベース１のマウント２の上側面により規定され、２つの他の同心金属円筒状壁８，９がスリーブの内部部分を鋳造するために設けられる環状スペース１０を一緒に規定する。この目的のため、ベース１は、前述の入口チャネル４に供給するトランペットアセンブリとは異なる、（示されていない）別のトランペットアセンブリに接続される、液体金属（例えばａ３０４Ｌオーステナイトステンレス鋼）のための別の入口チャネル１１を含む。この他の入口チャネル１１は、好ましくは、図面で破線で図示されている（入口チャネル１１のように、図面の区切り平面の後ろに配置される２つ１２、１３を含む）複数の出口チャネルに分かれる。それらは、マウント２の上側面上で開口し、液体が、第２のインゴット型の壁８，９により規定された環状の鋳造スペース１０に到達することを可能にする。

本発明によるこの第２のインゴット型は、両鋳造スペース７，１０を分離する（及びしたがって第１インゴット型のための内側壁を形成する）その最も外側の壁８が、後で見られる方法による、命令で垂直に移動可能である。オペレーター又は自動化された装置により制御される、示されていない持ち上げ手段は、この可動性を確実なものにする。第２インゴット型の最も内側の壁９は、その一方で固定式又は着脱式である。

その設備は、第２インゴット型を規定する最も内側の壁９を冷却するためのシステムで完成される。例えば、この冷却システムは、文献、ＦＲ−Ａ−２ ５２５１３１、ＦＲ−Ａ−２ ５４３０３１、ＦＲ−Ａ−２ ６７６６７０又はＦＲ−Ａ−２ ６７６６７１に記載されているように、流体（例えば水）を循環させることにより内部的に冷却されるマンドレル１４であることができる。このマンドレル１４は、設備の使用中にその冷却及びそのサポートを確実にするために第２インゴット型を規定する最も内側の壁９に接触する。

その設備は、また、好ましくは、鋳造スペース７、１０の上側部分に、フィーダー１５、１６を備え、すなわち耐熱材料で出来ている円周部分がそれらのインゴット型の固定壁上に配置され、
−第１インゴット型３の内側面
−及び第２インゴット型の最も内側の壁９
に備えられる。

これらのフィーダー１５，１６の役割は、その原理は液体金属インゴットの鋳造でよく知られており、それらに面して配置された領域中で金属の凝固を遅らせことであり、液体金属の貯留ができる限りこの領域で形成されるようにするように、できるだけ均一な凝固を提供するためにインゴットの軸部分を供給してもよい。実際、インゴット型の反対壁から形成する凝固されたスキンは、不規則に成長して予期された方法で一緒に局所的に接合することにより終えることができ、それにより液体金属をも閉じ込める＜＜橋＞＞を形成する。凝固による、その後者の橋は、容積を減少させ、それに由来するインゴット及び製品の品質のためにレッドヒビトリーになる危険がある「縮小空洞」といわれる空きスペースを残しうる。本発明が製造することを意図する型のスリーブの場合においては、スリーブはおそらく縮小空洞を閉じることになる後続のプラスチック変形を全く又は殆ど受けないので、これらの縮小空洞は、いっそう厄介になる。フィーダーにより維持される液体金属貯留で、凝固中にインゴットの中央部分を供給し、縮小空洞の起源の橋の形成を避けるか又はそれらの形成の後にそれらを再成形することが可能である。

図２は、炭素鋼の外側スリーブ１７の鋳造及び凝固中の設備を示す。液体状態の炭素鋼が入口チャネル４を通じて装置に導入され、第１インゴット型３の内側壁及び第２インゴット型の外側壁８により規定される鋳造スペース７中に浸入している。

図２において、スリーブ１７は凝固されて、凝固されたスキン１８が第１インゴット型の壁に対して形成された。

図３は、内側ステンレス鋼スリーブの鋳造及び凝固中の設備を図示する。外側スリーブ７の凝固したスキンへの覆いを取るために両鋳造スペース７、１０を分離する円筒状の壁８を上げた後で、液体状態のステンレス鋼が、入口チャネル１１を通じて導入された。それは、外側スリーブ１７と第２スリーブの鋳造スペース１０を規定する他の壁９とにより規定される鋳造スペース１０に浸入した。それは、マンドレル１４により冷却される壁９に対してそしてまた外側スリーブ１７の内側表面に対して凝固した。両金属（凝固されたスリーブ１７と内部環状スリーブを形成するための液体金属）の温度は、炭素鋼とステンレス鋼の間の化学的冶金拡散がその境界で顕著にもたらされるように、又は共凝固がこの境界で起こるように、内側スリーブを鋳造する上で選択される。この方法において、両方のスリーブの一緒の結合の素晴らしい品質が、結合拡散又は共凝固現象により得られる。

ステンレス鋼１８の凝固を終えた後、第１インゴット型３及び第２インゴット型の壁９が取り除かれ、所望の二材料スリーブのブランクが得られ、また任意選択の熱処理の後、最終的なスリーブを得るために、鍛造及び／又は機械加工される用意が整った。

有利に、鋼の連続的な鋳造のためのインゴット型において、又は壁８の素早い分離を可能にする加圧ガスを注入するための導管で、実施されているのと同様な方法で、スリーブ１７の表面を損傷させることなしに、両鋳造スペース７、１０を分離する壁８の上昇を容易にするために、外側スリーブ１７と接触されるように意図されるその面は、壁の表面上の開口に油を注入するための導管等の潤滑手段が備えられるように準備がなされることができる。

内側ステンレス鋼スリーブを鋳造するために、外側スリーブ１７の完全な凝固を待っている場合の説明及び図示がなされた。しかし、完全な凝固を待たないで円筒状壁８の上昇を実行して、次いで外側スリーブ１７の凝固が完全には完成してない間にステンレス鋼１８を鋳造することが、本発明にしたがってなされる。壁の移動により損傷を受けないように、及びその鋳造中にステンレス鋼１８がそれに影響を及ぼす圧力に耐えるように、壁８上に形成された凝固されたスキンが既に十分に硬いことで十分である。この解決策は、外側スリーブの内部面が相対的に高い温度にあるとき、鋳造を実行するという有利な点を有し、それは互いへの金属の拡散強度を増加させる。したがって、両方のスリーブの結合がさらにより確実になる。

同じ方法において、外側スリーブ１７の凝固が十分に進展している場合には、外側スリーブ１７の鋳造の終わりの前に円筒状の壁８の上昇及び内側スリーブの鋳造を始めることを考えることができ、壁８の移動そして内側スリーブを形成するために注入される液体金属により掛けられる圧力を損傷なく支持するために、円筒状壁８に対して凝固されたスキンが十分に厚く且つ硬いようにすることができる。壁８が動いている場合でさえも、外側スリーブ１７の凝固を続けてもよい。

今までに知られている技術と比較して、本発明は、ステンレス鋼ストリップを結合するため及びその結合をチェックするための段階を抑制することを可能にするので、したがって、大きな寸法の二構成要素スリーブの製造のための全ての時間の少なくとも５から１０％を稼ぐことを可能にする。例えば、非限定的な方法において、これは、約１００週間に渡って展開されることができる製造プログラム上で５から１０週間を意味することができる。

二材料スリーブの製造は、二構成要素中空インゴットの加工を必要とする。

そのようなスリーブを製造することができるインゴット型は、鋳造鉄の大多数を占めるものであり、取り外し可能内部装置は、それ自身鋳造鉄又は鋼で作られている。循環ラミネーション及び／又は鍛造ステップは、実質的に最終長さの二構成要素スリーブを有するブランクの製造、及び後続の機械加工段階に適合される最小ブランク厚みを可能にする。最終的に、二材料スリーブをブランク状態から予め定められた寸法の最終部分の状態までもたらすために、機械加工段階が実行される。

本発明は、外側部分のために炭素鋼及び内側部分のためにステンレス鋼からなる二材料スリーブの製造に関して記載される。しかし、もちろん、この例は、限定するものではなく、他の材料が使用されることもできる。また、実施例で述べられている寸法の大きさの位数は限定するものではない。

本発明の範囲内において、環状スリーブ１７，１８は、矩形又は他の断面を備える円筒状の円錐台であることができる。

また、最初に強制的に冷却するのが内側スリーブ１８であることを確実にする冷却手段が提供されることを条件として、外側スリーブ１７の前に内側スリーブ１８の鋳造を想定することは、可能である。逆の場合に前に記載されているのと同じ方法で、既に部分的又は完全に凝固化されている又はさらには鋳造されている内側スリーブ１８上で外側スリーブ１７の鋳造が実行されることができる。

１ ベース
２ マウント
３ 第１インゴット型
４ 入口チャネル
７ 鋳造スペース
８ 壁
９ 壁
１０ 鋳造スペース
１１ 入口チャネル
１４ マンドレル
１５ フィーダー
１６ フィーダー
１７ 外側スリーブ
１８ 内側スリーブ

Claims (19)

1. 環状の外側スリーブ（１７）及び環状の内側スリーブ（１８）が互いに結合され、両方のスリーブが異なる材料から成る、二材料のスリーブを製造するための方法であり、
   −第１スリーブ（１７，１８）の底鋳込み及び凝固が、鋳造ベース（１）、鋳造ベース（１）に配置された第１インゴット型の壁（３，９）により、そして、前記ベース（１）に配置されて第１インゴット型の壁（３，９）と同心の第２インゴット型の上方向移動可能壁（８）により、区切られた鋳造スペース（７，１０）で実行され、
   −前記移動可能壁（８）が、それに対して凝固されている第１スリーブ（１７，１８）のスキンへの覆いを取るように第２インゴット型から上昇され、
   −第２スリーブ（１８，１７）の底鋳込み及び凝固が、移動可能な壁（８）及び第２固定インゴット型壁（９，３）に対して前もって凝固されている第１スリーブ（１７，１８）の前記スキンによって区切られた鋳造スペースで実行され、両方のスリーブの結合は凝固中に互いに接触する前記スリーブの表面の間の材料の拡散により又は共凝固により実行され、
   −前記結合されたスリーブにより形成されるアセンブリの鍛造及び／又は機械加工が任意選択的に実行されることを特徴とする二材料のスリーブを製造するための方法。
2. 第１スリーブは、環状の外側スリーブ（１７）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 第１スリーブは、環状の内側スリーブ（１８）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 第１スリーブ（１７，１８）の凝固が終わったとき前記移動可能壁（８）が上昇することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 第１スリーブ（１７，１８）の鋳造が終わっているがその凝固がまだ終わっていないときに前記移動可能壁（８）を上昇し始めることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
6. 第１スリーブ（１７，１８）の鋳造がまだ終わっていないときに前記移動可能壁（８）を上昇し始めることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
7. 第１スリーブ（１７，１９）と移動可能壁（８）の間の境界が潤滑化されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 第１スリーブ（１７，１９）と移動可能壁（８）の間の境界で加圧されたガスが吹きつけられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
9. 強制冷却がインゴット型の壁（３，９）のいずれか一方及び／又は両方の外で行われていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 外側スリーブ（１７）が炭素鋼で出来ており、内側スリーブがステンレス鋼で出来ていることを特徴とする特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 環状外側スリーブ（１７）と環状内側スリーブ（１８）が互いに結合してなり両方のスリーブが異なる材料である二材料スリーブを製造するための装置であって、
    −底鋳造ベース（１）、
    −前記ベース（１）、ベース（１）の上側面により規定される第１鋳造スペース（７）に開口する前記出口チャネル（５，６）、第１インゴット型（３）の内側壁及び第２インゴット型の外側壁（８）で作られる、外側スリーブ（１７）の材料を形成することを意図した液体金属のための入口チャネル（４）とその出口チャネル（５，６）、
    −前記ベース（１）、前記ベース（１）の上側面により規定される第２鋳造スペース（１０）に開口する出口チャネル（１２，１３）、第２インゴット型の外側壁（８）及び第２インゴット型の内側壁（９）で作られる、内側スリーブの材料を形成することを意図した液体金属（１８）のための入口チャネル（１１）とその出口チャネル（１２，１３）、
    −垂直方向に沿って前記第２インゴット型の外側壁（８）を上昇させ、外側スリーブ（１７）の凝固された内側表面の覆いを取って、内側スリーブを形成することを意図する液体金属（１８）に接触することを可能にするための手段
    を含むことを特徴とする装置。
12. 内部的に冷却され第２インゴット型の内側壁（９）により囲まれたマンドレルのような、第２インゴット型の内側壁（９）を冷却するための手段を含むことを特徴とする請求項１１に記載された装置。
13. 前記インゴット型がフィーダー（１５，１６）を含むことを特徴とする請求項１１又は１２に記載された装置。
14. 第２インゴット型の外側壁（８）は、外側スリーブ（１７）を形成することを意図した金属との境界を潤滑化するための手段を含むことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一つに記載された装置。
15. 第２インゴット型の外側壁（８）が外側スリーブ（１７）を形成することを意図した金属との境界で加圧されたガスを吹きつけるための手段を含むことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一つに記載された装置。
16. 互いに結合された環状外側スリーブ（１７）及び環状内側スリーブ（１８）からなり、両スリーブが異なる材料であり、請求項１から１０のいずれか一つの方法により得られることを特徴とする二材料のスリーブ。
17. 外側スリーブは、１６ＭＮＤ５炭素鋼で出来ており、そして内側スリーブは３０４Ｌステンレス鋼で出来ていることを特徴とする請求項１６に記載のスリーブ。
18. 原子炉容器又は石油化学反応容器の構成要素であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のスリーブ。
19. 原子炉加圧器の構成要素であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のスリーブ。

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