SE438804B - Forfarande for framstellning av bimetallroremnen genom centrifugalgjutning - Google Patents

Description

7812361==9 för framställning av nämnda rör med efterföljande valsning av desamma. Plasticiteten (tänjbarheten) hos svetszonen(hopsmält~ ningszonen) mellan två metaller försämras emellertid i detta. fall genom ömsesidig indiffundering av kol och karbidbildande element från det ena stålet i det andra vid förhöjda temperatu- rer.

Ett aktuellt problem inom detta tekniska område är att kunna öka svetsens elasticitet, minska arbetskraftåtgången och öka förfarandets verkningsgrad.

För närvarande finns det flera förfaranden för framställ- ning av centrifugalgjutna rörämnen av bimetall genom att man successivt, efter en bestämd tidsperiod igjuter två stål med olika kemisk sammansättning.

Ett förfarande för framställning av rörämnen av bimetall genom centrifugalgjutning är känt, vid vilket förfarande man växel- vis, efter en bestämd tidsperiod, igjuter två stål med olika ke- miska sammansättningar. Tidsintervallet mellan successiva igjut- ningar av de första ochzndra metallskikteípör väljas förutsatt att insidan av metallen i huvudskiktet får en temperatur lika med skillnaden mellan dess likvidus- och solidustemperaturer.

Med detta kända förfarande kan man icke framställa bi- metall av hög kvalitet av stål av olika slag med olika halt av kol och karbidbildande element till följd av att spröda karbider bildas vid gränsen däremellan, vilka karbider verkar så att sam- manbindningshållfastheten blir lägre.

För att förhindra denna karbidbildning är det nödvändigt, att kolhalten i det rostfria stålet är något högre än i det låg- legerade perlitstål, som ytterskiktet är framställt av. Alterna- tivt måste kolhalten i ytterskiktet av kolstål avsevärt överstiga den i det andra stålet av hög kvalitet. En ökning av kolhalten i stålet i innerskiktet försämrar emellertid i hög grad dess korro- sionsbeständighet, medan en låg kolhalt i ytterskiktet plötsligt försämrar dess hållfasthetsegenskaper, varför detta kända förfa- rande gör det möjligt att framställa centrifugalgjutna bimetall- rörämnen av stål med i det närmaste lika kolhalt.

För närvarande användes oftast ett förfarande för fram- ställning av bimetallrörämnen genom centrifugalgjutning, vid vil- ket man successivt igjuter i en roterbar form metaller med olika sammansättning under ett skikt av flussmedel, varvid man igjuter 7812361-9 det andra skiktet efter det att det tidigare igjutna skiktet av metall kylts till en temperatur, som är 100-35000 lägre än dess solidustemperatur.

Metallen i det medelst detta kända förfarande framställda bimetallrörämnet har en gjuten struktur, dvs ytterskiktet av stål har en låg anisotropifaktor för mekaniska egenskaper, varför rnan för erhållande av färdiga rör måste deformera det centrifugalgjut- na bimetallämnet, dvs valsa detsamma vid höga temperaturer och därefter värmebehandla ämnet under i förväg bestämda förhållan- den. I detta fall befrämjar valsningen en ändring av ämnets gjut- na struktur till en finkornig struktur, vilket ökar anisotropífak~ torn för stålets mekaniska egenskaper, varvid denna faktor i det närmaste hringas till lika med l.

Medelst detta kända förfarande framställes för närvarande bimetallrör med ett pläterande innerskikt av rostfritt stål, var- vid svetsens Izod-slagseghet är 3,2 kp-m/omg.

En nackdel med detta kända förfarande är således att det- ta erfordrar ett extra processtekniskt steg, dvs valsning, som i sin tur kräver ytterligare dyrbar processutrustning och energi- förbrukning.

Det är känt, att gjuten metalls struktur kan överföras till en likaxlig finkornig struktur - utan att använda plastisk deformation - genom modifiering av metall och speciell värmebe~ handling (genom homogeniserande glödgning vid höga temperaturer).

Värmebehandlingen medför emellertid - förutom att den bidrar till att ge metallen positiva egenskaper ~ att svetsen blir spröd (dvs Izod-slagsegheten faller till 1,3 - 1,7 kp-m/omg) och det pläterade skiktets korrosionsbeständighet minskar genom intensiva diffusionsförlopp huvudsakligen genom indiffundering av kol från ytterskiktets metall.

Ett syfte med föreliggande uppfinning är att eliminera dessa nackdelar.

Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att åstad- komma ett förfarande för framställning av bimetallrörämnen med stora dimensioner genom centrifugalgjutning, vilket gör det möj~ ligt att öka svetsens tänjbarhet och samtidigt minska processti- den, arbetsförbrukningen och tillverkningskostnadenkör bimetai|~ rör. 7812361-9 4 Detta uppnås medelst ett förfarande för framställning av bimetallrörämnen genom centrifugalgjutning, vid vilket man i en roterbar kokill successivt igjuter till ett grundskikt hörande metall med ett flussmedel och en metall för ett pläteringsskikt, vilket förfarande utmärkes av att sedan temperaturen på insidan av metallen i grundskiktet blivit 100-200°C lägre än denna me- talls solidustemperatur, man i kokillen igjuter nickel i en mängd av 2-3%, räknat på vikten av metallen i grundskiktet, varefter man i kokillen igjuter metallen för pläteringsskiktet med en nic- kelhalt av 11-18%, räknat på medelsammansättningen, varvid samti- digt som nicklet börjar igjutas, kokillens rotationshastighet ökas med 30-409 av initialhastigheten.

Det är lämpligt, att den för pläteringsskiktet avsedda metallen (pläteringsskiktsmetallen) igjutes i kokillen från den sida, som är motsatt nickelgjutsidan.

Detta förfarande gör det möjligt att framställa bimetall- rörämnen med stor diameter med ett dimensionsförhållande å över- stigande 8:1 till 10:1 utan efterföljande valsning, under samti- dig förbättring av de båda metallernas svetsbarhet genom ökning av svetsens slagseghet (Izod-slagsegheten ökar till 4,3 kp.m/cmz), samt under minskning av arbetskraftâtgången och tillverkningskost- naden.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, där fig. 1 visar schematiskt genomförandet av förfarandet för centrifugalgjutning av rörämnen enligt uppfinnin- gen, fig. 2 visar schematiskt successiva processteg för genomfö- randet av förfarandet enligt uppfinningen.

Förfarandet enligt uppfinningeflbestår i följande. En hop- monterad kokill 1 (fig. 1) bringas att vrida sig kring sin axel me- delst drivrullar 2 med en hastighet, vid vilken den för grundskik- tet avsedda metallen igjutes. Därefter införes en icke visad skyf- fel med en bulkformig värmeisolerande beläggning 5 i den roterande kokillen 1 från sidan av ett främre lock 3 via dess centrumhål 4 längs en monoräls medelst en reversibel mekanism. Sedan skyffeln nått gränsläget, vrider den sig långsamt kring sin axel i rikt- ning mot kokillens 1 rotationsriktning, vilket resulterar i att det bulkformiga värmeisolerande materialet 5 via en i skyffeln uppta- gen spalt inmatas i kokillen 1, där det genom centrifugalkrafter q 7812361-9 tryckas mot kokillens l insida.

Sedan den värmeisolerande beläggningen 5 påförts avlägs- nas skyffeln från kokíllen l i återgångsriktningen. Det är endast efter denna återgångsrörelse, som man inför gjutanordningar 8, 9 i kokíllen l via centrumhålen H,6 i de främre och bakre locken 3 resp 7. Deniör ett grundskikt ll avsedda metallen igjutes från en skänk 10 via den främre gjutanordningen 8. Sedan de första portionerna av metallen för grundskiktet ll passerat längs hela kokillens l längd dvs sedan de nått det_bakre locket 7, matas ett pulverformigt flussmedel 13 från en snäckförsedd doseringsanord- ning 12 till strålen av den för grundskiktet ll avsedda metallen.

Då flussmedlet 13 hamnar på strålen av metallen i grundskiktet ll, smälter det genom överhettning, varvid det undantränges genom centrífugalkrafter mot insidan av metallen i grundskiktet ll och raffinerar metallen från icke metalliska inneslutningar. Tiden för doserad tillförsel av det pulverformiga flussmedlet till stri- len av metallen i grundskiktet ll bör väljas så, att flussmedlet 13 tillföres under hela gjuttiden för nämnda metall. Samtidigt som den första portionen av metallen i grundskíktet ll tillföras, ma- tas vatten till kokillens 1 utsida i och för intensiv kylning av densamma. Efter avslutad igjutning av metallen för grundskiktet ll bortföres den uttömda gjutskänken 10 medelst en lyftkran lä.

Tidsintervallet mellan den tidpunkt, då metallen för grundskiktet ll börjar igjutas i kokillen l, och den tidpunkt, då temperaturen av en insida 15 (fig 2) av metallen i grundskiktet ll blivit 100- 20000 lägre än metallens solidustemperatur, motsvarar det första processteget Å för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen.

Vid den tidpunkt, då temperaturen av insidan 15 av metal- len i grundskiktet ll blir 100-20006 lägre än metallens solídus- temperatur, matar lyftkranarna lü och 16 (fig l) till centrifu- galgjutmaskinen en på ritningen icke visad gjutskänk med nickel 17 dig 2) i en mängd av 2-3 %, räknat på vikten av metallen i grund- skiktet ll, och en gjutskänk 18 (fig 1) med metall för ett plåte- ringsskikt 19 (fig 2) med en nickelhalt av ll-18 %, räknat på nickelhalten i nämnda metall med medelsammansättning. Sedan insidan 15 nått nämnda temperatur, igjutes nicklet 17 (fig 2) i en mängd av 2-3 %, räknat på vikten av metallen i grundskíktet ll via den fröm- re gjutanordningen B (fig 1). Samtidigt som nicklet 17 börjar ifiju- tas, ökar man långsamt kokillens 1 rotatlonshastighet 30-NO % av initialrotationshastigheten. V 7812561~9 Sedan hela mängden nickel 17 igjutits i kokillen l (fig 1), igjutes via den bakre gjutanordningen 9 metallen för pläteringsskiktet 19 (fig 2). Sedan denna metall helt stelnat, upphör kokillens l (fig l) rotationsrörelse, varefter bimetall- rörämnet avlägsnas ur kokíllen 1 och vidarebefordras till ett värmebehandlingssteg. Tidsintervallet mellan den tidpunkt, då nicklet l? (fig 2) börjar igjutas, och den tidpunkt, då metal- len för pläteringsskiktet 19 börjar igjutas, motsvarar det andra processteget B för genomförande av förfarandet. Tidsintervallet mellan den tidpunkt, då pläteringsmetallen börjar igjutas, och den tidpunkt, då denna metallâstelnar motsvarar det tredje processteget C.

Vid förfarandet enligt uppfinningen igjutes nicklet 17 i mellanrummet mellan metallen i grundskiktet ll och pläteringu- metallen 19 för att därigenom åstadkomma en värmediffusionsbar- riär för kol vid långvarig värmebehandling vid höga temperaturer och befrämja en ökning av tänjbarheten (plasticiteten) hos svets- zonen mellan de båda metallerna.

Den temperatur på insidan av metallen i grundskiktet ll, som är 100-20000 lägre än denna metalls solidustemperatur, har - igjutning av nicklet 17 på nämnda metall- enligt uppfinningen, valts ur det villkoret, att ifall insidans 15 temperatur är minst 20006 lägre än solidustemperaturen hos metallen i grund- skiktet ll, svetsas denna metall dåligt vid nicklet. Om insidans íl5 temperatur är högst 10000 lägre än metallens solidustemperatur, smälter metallen delvis i den zon, där strålen av nicklet 17 från gjutanordningen strömmar in i kokillen, varjämte en icke skarpt utpräglad svetsgräns bildas.

Mängden nickel lika med 2-3 %, räknat på vikten av me- tallen i grundskiktet ll har vid förfarandet enligt uppfinningen valts ur det villkoret, att nämnda nickel kan sprida sig över h-~ la insidan 15 av metallen i grundskiktet ll, dä insidans 15 tem- peratur är 100-20000 lägre än metallens solidustemperatur, var- vid flussmedlet i detta fall måste avlägsnas helt från insidan 15 och ett skikt 20 av nicklet i fast fas med en tjocklek av 0,1-0,2 mm måste bildas över hela rörämnets längd.

Halten nickel 17 i pläteringsmetallen är, enligt upp- finningen, innandenna igjutits i kokillen, lika med ll-18 %, räk- nat på nickelhalten i metallen med medelsammansättning och be- , __-...__._._.....- 7812361-9 7 stämmes på följande sätt. Det antages att nickelhalten i plåte- ringsmetallen - innan denna igjutits i kokillen - är lika med G3, medan nicklets vikt är Q3, varvid vikten av det nickel, som skall igjutas, är Q2 och vikten av metallen i grundskíktet anses vara lika med Q1. Ifall flussmedlet helt avlägsnas från insidan av metallen i grundskiktet 11 och metallen sprider sig över den- na insida, måste 2-5 % nickel 17 införas i kokillen, dvs Q2= =(0,02-0,03) Q1. Under reella förhållanden för framställning av centrifugalgjutna bimetallrörämnen anses vikten av pläterings- metallen i skíktet 19 vara lika med 20-25 % av vikten av metal- len i grundskiktet 11, dvs Q3=(0,2-0,25) Qj.

Om de båda metallportionerna förekommer i flytande fas och blandas med varandra helt, kommer den beräknade medelkoncentra- tionen av nickel 17 i den erhållna legeringen att vara lika med C : 100 Q2 + G3 Q5 (I) P1 Q2 + Q3 Genom att metallen i pläteringsskiktet 19 börjar igjutas direkt efter det att hela mängden nickel 17 igjutits, bildas - under gjuttiden för nicklet 17 - ett stelnat mellanskikt 20 av nickel med en tjocklek av 0,1-0,2 mm och med en vikt av Qš = = (0,C02-0,005) Q1. Vikten av det smälta nicklet 17 kommer - sam- tidigt som hänsyn tas till det stelnade mellanskiktet 20 av nickel med vikten Q2 - att vara lika med Q2 - då. = (o,o18-0,025) Q1. Den pläteringsmetall med vikten Q5, som skall nicklet 17 med vikten Q2-Qä. Ifall nämnda flytande faser blandas med varandra helt, kom- mer den beräknade medelnickelkoncentrationen i den erhållna lege- ringen att vara lika med C = i99_i9šl9lšl_Å_EÉ9å (II) P2 Q2“Q'2 + Q3 Av detta samband framgår, att halten nickel 17 i pläte- ringsmetallen - innan denna igjutits i kokillen - är lika med C _ Cpï - Q3 + (Cpl * 100) ' (Q2-Q'2) (III) 3 Q3 Metallen av hög kvalitet i pläteringsskiktet 19 innehål- ler 9-li % nickel. Genom insättning av denna mängd i ekvationen (III) erhåller man att halten nickel 17; metallen i pläterings- skiktet 19 med vikten av (0,2-O,25)Q1 - innan denna igjutits i 7812361-9 kokillen l, då man igjuter nicklet 17 i en mängd av 2-3 %, räk~ nat på vikten av metallen i grundskiktet ll, samtidigt som hän- syn tas till bildandet av en värmediffusionsbarriär med en tjock- lek av 0,1-0,2 mm - kommer att vara lika med l-1,9 %, dvs utgör ll-18 % av nickelhalten i metallen med medelsammansättningen.

Att vid nicklets 17 igjutning, enligt uppfinningen, öka kokillens rotationshastighet 30-40 % jämfört med rotationshastig- heten vid igjutningen och stelnandet av metallen i ytterskiktet nödvändiggöres genom att nicklet bättre sprider sig över insidan av metallen i grundskiktet ll, flussmedlet måste avlägsnas från metallytan och att man intensivare mäste blanda det ej stelnade nicklet och den metall för pläteringsskiktet 19, som skall igju~ tas.

Ifall kokillens rotationshastighet ökas med mindre än 30 % jämfört med initialhastigheten, sprider sig nicklet 17 ej så snabbt över insidan av metallen i grundskiktet ll. Ej heller avlägsnas flussmedlet 13 helt.

Då kokillens rotationshastíghet ökas med mer än 40 %, uppkommer yttersprickor i ämnet till följd avmaskinens intensi- vare vibrationer.

Genom att metallen för pläteringsskiktet 19 enligt upp- finningen, igjutes från den sida, som är motsatt nickelgjutsidan, kan dess igjutning påbörjas omedelbart efter avslutad igjutning av nicklet 17 i kokíllen l, samtidigt som deras intensivare om- rörning befrämjas.

Förfarandet enligt uppfinningen gör det möjfigt att fram- ställa bimetallrörämnen med stor diameter med ett förhållande % överstigande 8:1 till 10:l utan efterföljande valsning under samtidig förbättring av de båda metallernas svetsbarhet, ökning av svetsens slagseghet och minskning av arbetskraftâtgången och tillverkningskostnaden jämfört med den kända processtekniken.

Claims (2)

q 7812361-9 Patentkrav

1. Förfarande för framställning av bimetallrörämnen genom centrifugalgjutning, vid vilket man i en roterbar kokill (1) successivt igjuter till ett grundskikt (11) hörande metall med ett flussmedel (13) och en metall för ett plä- teringsskikt (19), k ä n n e t e c k n a t av att sedan temperaturen på insidan av metallen i grundskiktet blivit 100 - 200oC lägre än denna metalls solidustemperatur, man i kokillen (1) igjuter nickel (17) i en mängd av 2 - 3 %, räknat på vikten av metallen i grundskiktet (11), varefter man i kokillen (1) igjuter metallen för pläteringsskiktet (19) med en nickelhalt av 11 - 18 %, räknat på medelsamman- sättningen, varvid samtidigt som nicklet (17) börjar igjutas, kokillens (1) rotationshastighet ökas med 30 - 40 % av ini- tialhastigheten.

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att metallen för pläteringsskiktet (19) igjutes i kokillens (1) motsatta ände i förhållande till den ände i vilken nicklet (17) igjutes.