NO145330B - Fremgangsmaate for fremstilling av roer av rustfritt staal - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremstilling av rør i rustfri stålkvalitet ved ekstrudering,

i ett eller flere trinn, av kapsler som er fylt med pulver av metaller eller metall-legeringer eller blandinger der-

av eller med blandinger av pulver av metall og/eller metall-legeringer med keramiske pulver, hvor kapslene i sin form er tilpasset den ønskede gjenstand eller mellomprodukt.

Ved en kjent fremgangsmåte fylles metallpulver direkte i beholderen for en ekstruderingspresse og ekstruderes i en ett-trinnsprosess direkte til det ønskede sluttprodukt,

eller ekstruderes i en flertrinnsprosess over mellompro-dukter i to eller flere trinn til sluttproduktet.

Ved en endring av denne prosess fremstilles først et pressemne som legges inn i og ekstruderes i pressebeholderen. Fremstillingen av pressemne kan skje på forskjellig måte, f.eks. ved at pulveret kaldpresses og sintres, at det varm-presses, eller at det fylles i en kapsel som lukkes. Foreliggende oppfinnelse angår fremstillingen av rør, hvor det i prinsipp benyttes en prosess hvor pulveret fylles i en kapsel som lukkes, hvoretter kapslen fylt med pulver ekstruderes i ett eller flere trinn.

I denne forbindelsre er det av økonomiske og fremstillings-tekniske årsaker nødvendig at kapsel-materialet er så tynt som mulig. Da opptrer problemet at kapslen har en tendens til under,ekstruderingen å bulkes eller danne bretter. Ved fremstilling av langstrakte gjenstander, f.eks. rør e.l.,

er det nødvendig at forholdet mellom kapslenes lengde og diameter er større enn 1. Herved vil imidlertid kapslen lettere bulkes eller utsettes for knekking, spesielt når kapselveggen er tynn.

Forskjellige forslag har vært reist for å løse dette problem. Dog har hittil ingen av disse forslag gitt et øko-nomisk og teknisk tilfredsstillende resultat. Det har eksempelvis vært foreslått å kaldstuke kapslen etter at pulveret er påfylt og kapslen er lukket. Denne metode har dog tilfølge at resultatet, på grunn av de friksjons-krefter som opptrer mellom kapslen og det mekaniske verk-

tøy som benyttes for kaldstukingen, ikke blir tilfredsstillende, spesielt når forholdet mellom kapslens lengde og dens diameter er større enn 1. På grunn av friksjons-kreftene blir også den totale reduksjon som kan oppnås for liten og den varierer over pressemnets lengde, hvilket bl.

a. fører til uheldige forhold ved oppvarming av pressemnet forut for ekstruderingen.

Foreliggende oppfinnelse går en helt annen vei for å løse

det ovenfor nevnte problem.

Til grunn for foreliggende oppfinnelse ligger den oppgave

å frembringe en fremgangsmåte for fremstiling av langstrakte gjenstander i form av rør, stenger, profiler e.l., fortrinnsvis av rustfritt material, hvorved krølling eller

bretting av kapslen unngås.

Denne oppgave er løst ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, hvor det særegne består i at pulver av rustfritt stål, fremstilt ved forstøving av en smelte i inertgass og bestående i det vesentlige av sfæriske korn komprimeres i tynnveggede kapsler av duktilt metall og med en veggtykk-

else på max. 5% av den ytre kapseldiameter, ved vibrasjon og/eller ultralyd i kapslen til ca. 60 - 70% av den teoretiske tetthet og deretter ytterligere komprimeres ved isostatisk koldpressing av kapslen under et trykk på minst 1,500 bar til minimum 80% av den teoretiske tetthet, at presslegemet oppvarmes og deretter varmeekstruderes til rør med kapsel-materialet som ytre overflatesjikt.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen byr på den fordel

at kapslen ikke utsettes for noen brettedannelse ved ekstru-

deringen.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kan det benyttes tynnveggede kapsler av fortrinnsvis høyduktilt material, f.eks. karbonstål eller nikkel.

Kapslenes veggtykkelse ligger fortrinnsvis mellom ca. 0,1

og 5 mm, fortrinnsvis mellom 0,2 og 3 mm.

Fordelaktig er bruken av et pulver med en kornstørrelse, henhv. en diameter på mindre enn 1 mm, fortrinnsvis mindre enn 0,6 mm.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen skal i første

rekke benyttes for rustfritt material,men kan naturligvis også utnyttes for andre materialer av metall eller blandinger av f.eks. metall og keramisk pulver.

Det er videre viktig, når det skal oppnås et feilfritt produkt, at pulveret har lavt oksygeninnhold, hvilket kan oppnås ved at det benyttes et inertgassatomisert, sfærisk pulver .

På grunn av pulverkornenes sfæriske form og ved hjelp av vibreringen av en pulverfylling oppnås også en meget høy fyll-tetthet, hvilket er en meget viktig egenskap ved oppfinnelsen, hvorved det sfæriske pulver skilles fra de uregel-messige pulverformer.

Det sfæriske pulver fylles i kapsler av et fortrinnsvis høy-duktilt material med passende formgiving for det ønskede mellom- eller slutt-produkt og vibreres eventuelt slik at det oppnås en tetthet på 60 til 70% av den teoretiske tetthet, dvs. tettheten i det massive material. Når sammensatte gjenstander (kompound-gjenstander) skal fremstilles benyttes det forskjellige metaller i pulverform.

Pulveret fylles i en kapsel som er avdelt ,ved hjelp av en- -'■ eller flere skillevegger. Disse vegger kan bestå enten av plast, stål e.r. Etter fylling og vibrering ay, pulveret

tas skilleveggene lit. ' Pulveret innesluttes • i kapslen-av ' høyduktilt material,' med eiler uten evakuering.. Deretter utsettes .kapsléri méd det innesluttede pulyer for.et kald-^-isostatisk trykk på "minst 1500 bar, dog med fordel'høyere trykk, f.eks. 5000 bar, !hvorved tettheten økes fra<t.60-70X •' '•■

til 80-90% av den teoretiske tetthet, avhengig av det trykk som benyttes. Ved at pulverets utgangstetthet er så høy vil kapslen ikke krølles under kaldpressingen•og ekstru--deringen til tross for den omstendighet at. forholdet, mellom lengde og diameter er større enn 1, f.eks. 4 og at en tynn kapsel benyttes', hvilket som nevnt ovenfor er meget viktig av økonomiske årsaker. Derved har det vist seg at forholdet mellom kapslens ytterdiameter og dens veggtykkelse er kritisk.

I henhold til foreliggende oppfinnelse skal dette forhold

ligge maksimalt på 5%, dog fortrinnsvis under 3% og hensiktsmessig under 1%. Kapslens veggtykkelse ligger fortrinnsvis mellom ca. 0,1 og 5 mm, spesielt mellom. ca., 0, 2 og 2 mm.

Det skal påpekes at de høye prosenttall skal benyttes ved forholdsvis små diametre og følgelig de lave prosenttall ved større diametre.

Som følge av det allsidige trykk ved den..kpl,disostatiske> pressing oppnår pressemenet en stort sett likeformet tetthet over hele.sin<;>lengde. Derved at tettheten stiger 'kraftig1for-bedres også muligheten til å gjennomføre en . oppvarming av - préss-emnet på kort tid i en induksjonsovn eller på annen måte. Etter oppvarmingen ekstruderes kapslen i ett eller flere trinn. Kapselmaterialet trekkes derved ut til et meget tynt sjikt eller en hinne. Etter utløpet fra ekstruderings pressen oksy-deres sjiktet eller hinnen i luften og flerres delvis av.' Resten av kapselmaterialet fjernes ved en.etterfølgende glød-ing, ved beising i salpetersyre eller ved sandblåsning.... Deretter kan røret vidérebearbeides på vanlig måte.

De rør, stenger e.l. profilerte, langstrakte gjenstander som fremstilles i overensstemmelse med oppfinnelsen har en overraskende jevn strukturoppbygning og overraskende jevne fysikalske og kjemiske egenskaper. Spesielt er variasjonene med hensyn til hardhet og kjemisk motstandsevne for produktene vesentlig høyere i forhold til produktet fremstilt etter kjente fremgangsmåter.

Dette gjelder også for kompound-gjenstander fremstilt med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Disse særtegn for gjenstander fremstilt ved foreliggende oppfinnelse har sin grunn i. at de signinger som alltid forekommer ved vanlig fremstillingsmåte ikke kan opptre.

Om det skulle ønskes kan kapslen bestå av et høyverdig, over-flate-kvalitetserstattende material på en slik måte at de ekstruderte rør e.l. får et gjenblivende sjikt av kapselmaterialet. Herved kan tykkelsen på overflatesjiktet eller pletteringen forhåndbestemmes ved tilsvarende valg av kapslens veggtykkelse. Som kapselmaterial for fremstilling av slike overflatesjikt er det spesielt hensiktsmessig å benytte høy-duktile materialer.

I det følgende skal oppfinnelsen beskrives nærmere under henvisning til noen eksempler.

EKSEMPEL 1

Argonatomisert rustfritt pulver med sfærisk kornform og en kornstørrelse mindre enn 0,6 mm og med et lavt totalt oksygeninnhold ble fylt i en rørformet kapsel og ble vibrert. Kapslen var dannet som et ringlegeme med en ytre diameter på ca. 140 mm og besto av et stål med lavt karboninnhold. Veggtykkelsen var ca. 3 mm og lengden 550 mm. Kapslen hadde et sentralt, gjennomgående rørparti med stort sett samme veggtykkelse og samme karbonstålkvalitet som kapslens yttermantel. Kapsel-materialets lave karboninnhold var nødvendig for å hindre oppkulling av pulveret under oppvarmingen og ekstruderingen.

Kapslen ble evakuert og lukket på kjent måte. Deretter ble kapslen utsatt for et koldisostatisk trykk ved at den ble nedsenket i en væske, f.eks. vann, og ble utsatt for et allsidig trykk på 5000 bar. Derved krympet kapslen og pulverets tetthet øket fra ca. 68% til ca. 90% uten at kapselmaterialet ble krympet.

Til sammenligning skal det nevnes at en lignende kapsel som

i eksempel 1 istedet for å utsettes for koldisostatisk trykk ble utsatt for en normal koldpressing, dvs. den ble komprimert i en mekanisk presse, hvorved det ble oppnådd en tetthet i pulveret på ca. 75% av den teoretiske tetthet til tross for at det ble benyttet dobbelt så høyt trykk som i ovennevnte eksempel 1.

Det pressemne som ble fremstilt ved koldisostatisk trykk ble deretter oppvarmet i en forvarmingsovn til 90°C og endelig i en induksjonsspole til 1240°C, hvoretter pressemnet ble ekstrudert til et sømløst rør. Røret ble så avkjølt i vann-bad og kapselmaterialet ble fjernet i et salpetersyrebad. Røret var feilfritt.

Det pressemne som for sammenligning ble fremstilt i en mekanisk presse ble likeledes oppvarmet og ekstrudert på samme måte. Etter at kapselmaterialet var fjernet var resultatet et ubrukelig rør. På grunn av de knekker o.l. som oppsto ved pressingen ble det dannet sprekker og andre materialfeil i røret, hvilket utelukket en bruk av røret.

EKSEMPEL 2

I et annet tilfelle ble det fremstilt et kompoundrør på følg- . ende måte: i en platekapsel tilsvarende den i eksempel 1, med et gjennomgående sentrumrør ble det innlagt et tynnvegget rør halvveis mellom kapslens yttervegg og innervegg. I det ytre mellomrom ble det fylt, under samtidig vibrering, et sfærisk pulver av et 25% kromstål med høyt innhold av kisel og aluminium. Kornstørrelsen var mindre enn 0,6 mm. Det skal påpekes at et pressemne av denne kvalitet er meget vanskelig å fremstille med vanlige, dvs. smeltemetallurgiske metoder. Materialet er spesielt egnet for pulvermetallurgisk fremstilling. Det er kjent at produkter av denne kvalitet er av største industrielle betydning.

I det indre mellomrom ble det under samtidig vibrering fylt et sfærisk rustfritt pulver av et kromnikkelstål (18% Cr og 8% Ni) med en kornstørrelse på mindre enn 0,6 mm. Etter at mellomveggen var fjernet og etter evakuering samt tillukking av kapslen ble denne utsatt for et koldisostatisk trykk på 5000 bar. Deretter ble pressemnet oppvarmet og ekstrudert til et sømløst rør på samme måte som beskrevet ovenfor i eksempel 1. Kapselmaterialet ble likeledes fjernet i et salpetersyrebad. En strukturundersøkelse av kompound-røret viste at strukturen var fullstendig tett og fullstendig likeartet. I overgangsområdet mellom de to materialer var bindingen total, dvs. uten feilsteder. Det skal her påpekes at en feilfri fremstilling av et kompoundrør med de nå kjente fremgangsmåter i praksis ikke er mulig.

EKSEMPEL 3

Samme pulver og kapselmaterial som i eksempel 1 ble ikke utsatt for en isostatisk pressing, men ble oppvarmet direkte til ca. 1200°C og ekstrudert til et ferdig rør. Røret hadde kraftige overflateskader som kunne tilbakeføres til knekking i kapselmaterialet, hvilket igjen var en følge av pulverleg-emets lave utgangstetthet. Forsøket viste altså at en sammen-trekking av pressemnet før ekstruderingen er nødvendig for å eliminere det kjente fenomen med knekking i kapselmaterialet og dermed overflatefeil på rørene.

EKSEMPEL 4

Samme pulver og kapselmaterial som i eksempel 1 ble utsatt for et koldisostatisk trykk på 2500 bar, hvorved- kapslen krympet uten at det ble krøller og pulverets tetthet øket til ca. 82% av den teoretiske tetthet. Emnet ble oppvarmet og ekstrudert på forut beskreven måte. Det rør som ble oppnådd var feilfritt og hadde ingen knekkingsfenomener.

Forsøket viser at en koldisostatisk sammentrykking til ca. 80% er tilstrekkelig for å fremskaffe et feilfritt produkt.

EKSEMPEL 5

Av åtte kapsler ble fire fylt med rustfritt stålpulver med uregelmessig kornform (vannatomisert pulver) mens fire ble fylt med rustfritt pulver og sfærisk kornform (inertatomisert pulver): Kapslene ble utsatt for et koldisostatisk trykk mellom 2000, 4000, 6000 og 8000 bar hvilket ga tettheter i overensstemmelse med diagram 1, firg. 1. De fire kapsler som var fylt med pulver med uregelmessig form hadde kraftige knekkingsfenomener på mantelflaten. Kapslene med det sfæriske pulver hadde derimot ingen feilfenomener. Disse eksempler viser at det er nødvendig å benytte sfærisk pulver, som gir en høy fylltetthet, når det skal unngås knekking og andre feil ved bruk av koldisostatisk trykk ved pressing til tettheter over 80%.

Av diagrammet fremgår forholdet mellom det koldisostatiske trykk og den oppnådde tetthet eller densitet ved pressing av inert-atomisert (heltrukne linjer) og vannatomisert pulver (strekpunktert-linjer), og at tettheten på 80% oppnås ved betydelig lavere trykk med inertatomisert pulver.

Claims (5)

1. Fremgangsmåte for fremstilling av rør av rustfritt stål, med likeartet struktur og likeartete fysikalske og kjemiske egenskaper samt god viderebearbeidbarhet, idet pulver av et slikt stål fylles i metallkapsler som etter tillukking pres-ses under allsidig virkende trykk hvoretter de således oppnådde presslegemer ekstruderes til rør, karakterisert ved at pulver av rustfritt stål, fremstilt ved forstøving av en smelte i inertgass og bestående i det vesentlige av sfæriske korn komprimeres i tynnveggede kapsler av duktilt metall og med en veggtykkelse på max. 5% av den ytre kapseldiameter, ved vibrasjon og/eller ultralyd i kapslen til ca. 60 - 70% av den teoretiske tetthet og deretter ytterligere komprimeres ved isostatisk koldpressing av kapslen under et trykk på minst 1.500 bar til minimum 80% av den teoretiske tetthet, at presslegemet oppvarmes og deretter varmeekstruderes til rør med kapselmaterialet som ytre overflatesjikt.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at pulveret komprimeres 1 metallkapsler hvis veggtykkelse ligger mellom 0,1 og 5 mm, fortrinnsvis mellom 0,2 og 3 mm.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det benyttes metallkapsler av stål med lavt karboninnhold.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det for fremstilling av rør med permanent overflatebelegg benyttes metallkapsler av et overflateherdbart material, spesielt nikkel.

5. Anvendelse av fremgangsmåten i henhold til krav 1 eller 2 for fremstilling av kompoundrør av rustfritt stål og et ytterligere høylegert stål i kapsler med en eller flere konsen-triske, uttagbare skillevegger, hvor mellomrommene mellom skilleveggene fylles med pulver av de forskjellige stål-kvaliteter .