SE449061B - Forfarande for framstellning av pleterad stalplat - Google Patents

Description

449 061 2 ytorna avlägsnades genom ett ventileringshål, som anordnats i en del av kontaktlinjerna med användning av en vakuumpump. b. Stålunderlaget och pläteringsmetallen anordnades på varandra i en vakuumkammare och svetsades längs samtliga kontaktlinjer mellan omkretskanterna med en elektronstråle. c. Ett utrymme âstadkoms avsiktligt mellan stålunderlaget och pläteringsmetallen, i vilket en inert gas, exempelvis argon, inneslöts, och därefter avlägsnades den inerta gasen från utrymmet genom ett ventileringshål under varmvalsnings- processen.

Med samtliga dessa medel var det emellertid svårt att av- lägsna luften från omrâdet mellan kontaktytorna i i prak- tiken effektiv utsträckning och stålunderlaget samt pläte- ringsmetallen oxiderades vid dessas kontaktytor under upp- hettningen av en ringa mängd av luften, som fortfarande före- fanns mellan kontaktytorna, vilket medförde att oxidskíkt som bildades vid dessa ytor förhindrade bildning av en till- fredsställande metallurgisk bindning mellan ytorna, och denna otillräckliga metallurgiska bindning uppträdde såsom en defekt vid ultraljudinspektion. Den dåliga bindningen brukade uppträda i synnerhet i närheten av de säkert svetsade kontaktlinjerna mellan omkretskanterna av plattämnet och innebär ett allvarligt problem ifråga om utbyte vid ultra- ljudinspektionen.

Enligt ett alternativt medel som tillämpats i praktiken har man för att förhindra en minskning av skjuvhällfastheten vid pläteringsgränsytan pläterat en metall, exempelvis nickel, på kontaktytan av endera av stâlunderlaget och pläterings- metallen och den pläterade metallen diffunderades längs kontaktytorna hos både stålunderlaget och pläteringsmetallen för åstadkommande av ett starkt bindlegeringsskikt. Detta alternativa medel hade emellertid olägenheter genom ökning av produktionskostnaderna och oförmåga att fullständigt för- hindra oxidation i kontaktytorna. 449 061 3 Det är sålunda ett ändamål med föreliggande uppfinning att åstadkomma ett förfarande för framställning av en pläterad stâlplåt med hög bindningsstyrka och med högt utbyte.

Förfarandet för framställning av en pläterad stâlplåt enligt uppfinningen innefattar såsom steg att man rengör en kontakt- yta hos vardera av ett stâlunderlag och en pläteringsmetall, sammanför stålunderlaget och pläteringsmetallen med ett mellanskikt anbringat mellan kontaktytorna av stålunderlaget och pläteringsmetallen, svetsar samman stälunderlaget och pläteringsmetallen längs kontaktlinjer mellan dessa till bildning av ett kompositplattämne med kvarlämnande av åtminstone en del av kontaktlinjerna osvetsade såsom ett ventileringshål för luft, utsätter kompositplattämnet för en lätt reduktion för avlägsnande av eventuellt mellan kontakt- ytorna kvarvarande luft genom ventileringshålet, tillsluter ventileringshålet hos det reducerade kompositplattämnet genom svetsning för isolering av kontaktytorna från den om- givande atmosfären, inför det svetsade kompositplattämnet i en upphettningsugn och upphettar ämnet till en valsnings- temperatur samt varmvalsar det upphettade kompositplattämnet.

Mellanskiktet kan utgöras av en metallfolie eller ett metall- pläteringsskikt. Metallpläteringsskiktet kan pâföras på endera av eller både stâlunderlaget och pläteringsmetallen.

Metallfolien kan användas på ett eller fler sätt.

Den otillräckliga bindningen, som medför en minskning av produktutbytet, orsakas huvudsakligen av oxidation i kontakt- ytorna. Vid förfarandet enligt uppfinningen är det möjligt att förhindra oxidationen i kontaktytorna under varmvals- ningen och därför att kraftigt öka bindningsutbytet, eftersom den slutliga svetsningen genomföres efter det att luften av- lägsnats från utrymmet mellan kontaktytorna, så att dessa bringas i tät kontakt med varandra.

Vid förfarandet enligt uppfinningen bringas dessutom det mellanskikt som anordnas mellan stålunderlaget och pläterings- 449 061 4 metallen att diffundera in i båda dessa under varmvalsningen för att härigenom bilda en stark metallurgisk bindning mellan dessa delar och förhindra att kol vandrar från stålunderlaget till pläteringsmetallen.

Om metallfolie användes såsom mellanskikt, anordnas en eller fler typer av metallfolie på stâlunderlaget och pläterings- metallen anordnas ovanpå detta. Detta kräver icke någon speciell utrustning för ändamâlet och därför inga utgångs- kostnader. Eftersom det inte finns någon begränsning av storleken av det svetsade kompositplattämnet, blir kostnaden per viktenhet av plattämnet förhållandevis låg. Det är mycket lätt att göra metallfolien tjockare medan det däremot är svårt att göra pläteringsskiktet tjockare. Genom att anbringa en metallfolie med större tjocklek blir det därför lättare att förhindra att kol vandrar från stålunderlaget till pläteringsmetallen, varigenom försprödning av gräns- ytan kan förhindras samt plattämnet kan valsas med hög bear- betbarhet vid varmvalsningen, varigenom kostnaderna per vikt- enhet av plattämnet kraftigt minskas. Med hänsyn till anskaffnings- och hanteringskostnaderna för metallfolien, som är väsentligt lägre än för metallpläteringsskiktet, har an- vändning av metallfolien vid förfarandet enligt uppfinningen gjort det möjligt att tillverka kompositämnet till en kostnad motsvarande ett flertal procent av kostnaden för metallpläte- ringsprocessen.

Tidigare har man allmänt ansett att en metallfolie som an- bringas mellan stålunderlaget och pläteringsmetallen skulle röra sig fritt mellan kontaktytorna hos dessa delar under varmvalsningen och icke skulle valsas likformigt med dessa delar. Enligt uppfinningen har det emellertid experimentellt visat sig att diffusionen av beståndsdelarna av metallfolien, som börjat i både stålunderlaget och pläteringsmetallen under upphettningen, intränger djupare i dessa delar under varm- valsningens fortskridande, varigenom stålunderlaget och plä- teringsmetallen valsas väl i en kropp, vilket medför lik- formig valsning av metallfolien. 449 061 5 Vidare har man tidigare allmänt ansett att metallfolien för- hindrats från att valsas till tillräckligt ringa tjocklek av de inneslutningar som oundvikligen förefinnes i folierna.

Enligt uppfinningen har man experimentellt kunnat påvisa att metallfolien kan valsas till tillräckligt ringa tjocklek av storleksordningen 4 pnlutan att brista mellan stålunderlaget och pläteringsmetallen.

Vid framställningsförfarandet enligt uppfinningen höjes ut- bytet vid ultraljudinspektion av varmvalsad pläterad stâlplåt kraftigt från storleksordningen 70-80 % vid den konventionel- la tillverkningsmetoden till storleksordningen 95-100 %.

Vid tillverkning av pläterad stålplåt med ett förfarande lik- artat med förfarandet enligt föreliggande uppfinning men utan användning av mellanskiktet kan utbytet av varmvalsad plåt vid ultraljudinspektion ökas väsentligt i vissa fall. Utan mellanskiktet diffunderar emellertid stålunderlaget och plä- teringsmetallen in i varandra genom gränsytan och bildar ett legeringsskikt vid denna och detta legeringsskikt är i de flesta fall sprött och ömtåligt. Ett sådant ömtåligt lege- ringsskikt som bildats längs gränsytan kan lätt brytas vid efterföljande böjning och/eller svetsning, så att pläterings- metallen kan avskiljas från stàlunderlaget, vilket detekteras såsom defekt vid ultraljudinspektion och medför en minskning av utbytet av slutprodukten.

För i stor utsträckning använda med rostfritt stål pläterade stål tillverkade utan mellanskikt gav diffusionen ett marten- sitskikt längs gränsytan, ett cementerat skikt (uppkolat skikt) på det rostfria stålets sida och avkolat skikt på stålunderlagssidan. Alla dessa skikt var spröda och sprack lätt vid den efterföljande bearbetningsprocessen och erbjöd därför en allvarlig defekt vid ultraljudinspektion.

I vissa speciella fall med sådan kombination av metaller som icke bildar ett sprött legeringsskikt genom diffusion mellan stålunderlaget och pläteringsmetallen (exempelvis nickel- 449 061 6 pläterat stål) är mellanskiktet icke alltid nödvändigt.

Vidare kan en metallplât mycket väl användas såsom mellan- skikt som ger effekter ekvivalenta med metallfolien och metall- pläteringsskiktet.

Uppfinningen framgår bättre av följande beskrivning under hänvisning till de bifogade ritningarna.

Fig. l är ett blockschema som åskådliggör stegen vid för- farandet enligt uppfinningen.

Fig. 2A och 2B är schematiska illustrationer av svetsnings~ steget vid förfarandet enligt uppfinningen.

Fig. 3 är ett diagram som visar resultaten av mätningar på pläterade stâlplâtar erhållna vid ett exempel på ett ut- förande av förfarandet enligt uppfinningen med en elektron- sondmikroanalysator (E.P.M.A.).

Fig. 4 visar mikrostrukturen hos en sektion av en stàlplåt enligt fig. 3. ' Fig. 5 är ett diagram som visar resultaten av E.P.M.A.-mät- ningar på en pläterad stàlplåt erhållen med ett annat exempel på praktiskt genomförande av förfarandet enligt uppfinningen.

Pig. 6 visar mikrostrukturen hos en sektion av en stàlplåt enligt fig. 5.

Pig. 7 är ett diagram som visar resultaten av E.P.M.A.-mät- ningar på en pläterad stàlplåt erhållen med ett ytterligare exempel på praktiskt genomförande av förfarandet enligt upp- finningen.

Pig. 8 visar mikrostrukturen av en sektion av en stàlplåt enligt fig. 7.

Förfarandet för framställning av en pläterad stàlplåt enligt 449 061 7 uppfinningen beskrives i det följande i detalj med hänvisning till fig. 1. Vid det första steget l vid förfarandet enligt uppfinningen rengöres stâlunderlaget och pläteringsmetallen på kontaktytorna. Vid det efterföljande andra steget 2 staplas stålunderlaget och pläteringsmetallen med ett mellan- skikt anordnat mellan kontaktytorna. Vid det tredje steget 3 sammansvetsas de sammanstaplade delarna, stålunderlaget och pläteringsmetallen, längs kontaktlinjerna vid dessas omkrets- kanter med kvarlämnande av åtminstone en del av kontakt- linjerna osvetsade såsom ventileringshàl, så att de bildar ett kompositplattämne. Vid det fjärde steget 4 underkastas detta kompositämne en lätt reduktion för avlägsnande av even- tuell luft som kvarstannat mellan kontaktytorna genom venti- leringshålen. Vid det femte steget 5 tillslutes ventilerings- hålen på ämnet efter den lätta reduktionen genom svetsning. vid det sjätte steget 6 införes kompositämnet som svetsats runt alla kontaktlinjerna i en upphettningsugn och upphettas till valsningstemperatur. Slutligen i det sjunde steget 7 underkastas det upphettade kompositämnet varmvalsning till en pläterad stålplåt.

I det första steget l genomföres rengöring av kontaktytorna hos stålunderlaget och pläteringsmetallen med godtyckliga konventionella medel, exempelvis maskinbearbetning och/eller slipning. I det andra steget 2 beredes mellanskiktet antingen genom plätering av en metall eller genom anbringande av en metallfolie.

Vid användning av metallplätering framställes ett skikt av pläteringsmetallen på endera av eller på både stâlunderlaget och pläteringsmetallen, vilka båda rengöras vid kontaktytan.

Den metall som pläteras utgöres företrädesvis av nickel eller rent järn.

Vid utläggning av en metallfolie lägges en eller fler slags metallfolier på den rengjorda kontaktytan av stålunderlaget eller pläteringsmetallen, varefter pläteringsmetallen eller stålunderlaget anbringas på metallfolierna med kontaktytan 449 061 8 nedåt. Folien utgöres företrädesvis av sådana metaller som titan, aluminium, nickel, krom och rent järn med en tjocklek av zo-zoo pm.

I det tredje steget genomföres svetsning av de sammanförda delarna, stâlunderlaget och pläteringsmetallen, längs kan- terna av dessas kontaktytor med godtyckliga konventionella medel, exempelvis bågsvetsning. vid detta steg bildas ett eller fler ventileringshål genom sammansvetsning av stål- underlaget och pläteringsmetallen längs kontaktlinjerna mellan dessa med kvarlämnande av en osvetsad del vid centrum av den nedre kanten av ämnet (såsom visas på fig. 2A) eller fler osvetsade delar vid centrum av bottenkanten och några få i sidokanterna (såsom visas på fig. 2B). Pâ fig. 2A och 2B visas plattämnet 10, hos vilket beteckningen ll avser svetssömmarna, 12 betecknar ventileringshålen och 13 beteck- nar riktningen av valsningens eller pressningens fortskri- dande.

I det fjärde steget 4 genomföras lätt reduktion av ämnet med antingen ett vanligt valsverk eller en pressmaskin utan upp- hettning av ämnet.

I det sjätte steget 6 införes ämnet i en vanlig upphettnings- ugn, i vilken ämnet upphettas till ordinär valsningstempera- tur för pläteringsmetallen (exempelvis ifråga om stål pläte- rat med rostfritt stål 1ooo-12so°c).

I det sjunde steget 7 valsas det upphettade ämnet i ett van- ligt valsverk till pläterad stålplåt.

Exempel på genomförande av förfarandet enligt uppfinningen anges i det följande. 449 061 Exempel l. (1) Stâlunderlag.

Beteckning: Svetskonstruktionsstâlplåt (JIS G3lO6 SM 41) Kemisk sammansättning (viktprocent): C , Si Mn . _ Fe 0,20 0,30 0,80 ' Resten Storlek (mm): längd 1500 x bredd 1000 x tjocklek 77 '(2) Pläteringsmetall.

Beteckning: Koppar-nickelplåt Kemisk sammansättning (viktprocent): Cu Ni 90 10 Storlek (mm): längd 1500 x bredd l000 x tjocklek 17,5 (3) Mellanskikt: Nickelfolie med tjockleken 56,um (4) Tillverkningsbetingelser.

Stâlunderlaget och pläteringsmetallen ytbehandlades på kon- taktytorna genom slipning, sammanfördes med nickelfolien mellan de motstående kontaktytorna, sammansvetsades längs kontaktlinjerna i omkretskanterna till ett kompositplattämne med kvarlämnande av en del med längden 100 mm vid centrum av den nedre kanten av ämnet längs kontaktlinjen osvetsad såsom ventileringshål, kallvalsades under en lätt reduktion till den ursprungliga totala tjockleken hos stálunderlaget och pläteringsmetallen, 94,5 mm, för avlägsnande av kvarvarande luft mellan kontaktytorna genom ventileringshálet, svetsades ytterligare för att tillsluta luftinloppet till ämnet med tjockleken 94,5 mm samt upphettades till l000°C och varm- valsades därefter till pläterad stålplåt med den totala tjock- 449 061 l0 leken 13,5 mm, varvid tjockleken hos stâlunderlaget, pläte- ringsmetallen och nickelfolien var 2,5 mm, ll,O mm resp. 8_ym. (5) Pläterad stålplåt.

Ultraljudinspektion av den pläterade stâlplåten som fram- ställts på detta sätt gav ett utbyte av i det närmaste 100 %.

Detta visar att luft som kvarstannade mellan kontaktytorna avlägsnades fullständigt genom kallvalsningen och att därför defekter i bindningen på grund av oxidation i kontaktytorna förhindrades fullständigt.

Därefter inspekterades diffusionstillständet i bindnings- området mellan stålunderlaget och pläteringsmetallen med en elektronsondmikroanalysator (E.P.M.A.). Resultaten av inspek- tionerna visas på fig. 3 och mikrostrukturen av en sektion av den pläterade stålplåten visas på fig. 4.

Såsom framgår av fig. 3 och 4 diffunderade nickel från folien som anbringats såsom mellanskikt på ett tillfredsställande sätt både in i stålunderlaget och in i pläteringsmetallen och gav en stark metallurgisk bindning mellan dessa.

Kälsvetsning av denna pläterade stâlplåt visade att den metallurgiska bindning som erhölls på detta sätt var så stark att den icke lösgjordes från gränsytan genom inverkan av svetsspänningar.

Exempel 2.

Stâlunderlaget, pläteringsmetallen och metallfolien var de- samma som enligt exempel l. Ett kompositämne framställdes på samma sätt som enligt exempel 1 och eventuellt kvarvarande luft mellan kontaktytorna avlägsnades genom ventilerings- hàlet genom kallpressning. Därefter formades kompositämnet till en pläterad stålplàt på det sätt som anges i exempel 1, varvid pläteringsmetallen, stålunderlaget och metallfolien hade tjockleken 2,5 mm, ll mm resp. 8;4m. Ultraljudinspek- tion av den pläterade stâlplâten som framställts på detta sätt gav ett utbyte av i det närmaste 100 % liksom enligt o; 449 061 ll exempel 1.

Exempel 3. (l) Stålunderlag.

Beteckning: Svetskonstruktionsstålplåt (JIS SM 41) Kemisk sammansättning (viktprocent): C Si Mn", .Û Fe 0,20 0,30 0,80 Resten' Storlek (mm): längd 1500 x bredd 1000 x tjocklek 56 (2) Pläteringsmetall.

Beteckning: Rostfri stålplåt (sus 3161.) Kemisk sammansättning (viktprocent): C Si Mn Ni Cr MO Fe 0,02 0,70 l,60 13 17 '2,5 Resten Storlek (mm): längd 1500 x bredd 1000 x tjocklek 21 (3) Mellanskikt: Nickelfolie med tjockleken 56 pnn (4) Tillverkningsbetingelser.

Man framställde ett kompositämne under samma betingelser som enligt exempel 1. Ämnet upphettades till l200°C och varm- valsades därefter till en pläterad stålplåt med en total tjocklek av ll mm, varvid tjockleken hos pläteringsmetallen, stålunderlaget och metallfolien var 3 mm, 8 mm resp. 814m.

Resultaten av E.P.M.A.-inspektioner och mikrofotografi av en sektion av den pläterade stålplåten som framställts på detta sätt visas på fig. 5 resp. 6. Såsom framgår av fig. 5 och 6 hade nickel från folien som anbringats såsom mellanskikt diffunderat på ett tillfredsställande sätt både in i stål- 449 061 12 underlaget och pläteringsmetallen och givit en stark metal- lurgisk bindning mellan dessa. Kälsvetsprov genomförda på denna pläterade stålplåt visade att den metallurgiska bind- ning som framställts på detta sätt var så stark att den icke lösgjordes från gränsytan på grund av svetsspänningarna.

Vidare fastställdes att besvärande uppkolning från stålunder- laget in i pläteringsmetallen förhindrades fullständigt inom detta område av nickelfolien som anbringats mellan dessa delar.

Exempel 4. (1) Stàlunderlag: Samma som enligt exempel 3. (2) Pläteringsmetall.

Beteckning: Koppar-nickelplåt Kemisk sammansättning (viktprocent): Cu Ni 90 lO Storlek (mm): längd 1500 x bredd 1000 x tjocklek 21 (3) Mellanskikt: Nickelplätering med tjockleken 28,um. (4) Tillverkningsbetingelser.

Sedan ett nickelpläteringsskikt med tjockleken 28,um påförts på kontaktytan av pläteringsmetallen framställdes ett kompo- sitämne på samma sätt som enligt exempel l. Ämnet upphetta- des till IOOOOC och varmvalsades därefter till en pläterad stålplåt med den totala tjockleken ll mm, varvid tjockleken hos pläteríngsmetallen, stâlunderlaget och nickelpläterings- skiktet var 3 mm, 8 mm resp. 4/4m.

Ultraljudinspektion av denna pläterade stålplåt gav ett utbyte av i det närmaste 100 %. Detta visar att en mycket ringa mängd luft som kvarstannar mellan kontaktytorna av- lägsnades fullständigt genom ventileringshålet genom kall- 449 061 13 valsníngssteget samt att otillräcklig bindning på grund av oxidation i kontaktytorna förhindrades fullständigt.

Resultaten av E.P.M.A.-inspektioner och mikrofotografier av en sektion av den pläterade stâlplåten som framställts på detta sätt visas på fig. 7 resp. 8. Såsom framgår av fig. 7 och 8 diffunderade nickelkomponenten i mellanskiktet på ett tillfredsställande sätt både in i stålunderlaget och pläte- ringsmetallen och gav en stark metallurgisk bindning mellan dessa. Vidare visade Kälsvetsprovningar genomförda med denna pläterade stálplåt att den metallurgiska bindning som framställdes pâ detta sätt var så stark att den icke lös- gjordes från gränsytan genom inverkan av svetsspänning.

I det föregående har uppfinningen åskådliggjorts med exempel men uppfinningen är icke begränsad till dessa.

Claims (9)

1. 449 061 14 PATENTKRAV l. Förfarande för framställning av pläterad stålplåt, varvid man: rengör en kontaktyta hos ett stålunderlag och en pläteringsmetall, sammanför stålunderlaget och pläteringsmetallen med ett mellanskikt anbringat mellan dessas kontaktytor, k ä n n e t e c k n a t därav, att man: svetsar samman stålunderlaget och pläteringsmetallen längs kontaktlinjer (ll) mellan dessa till ett kompositämne med kvarlämnande av åtminstone en del av kontaktlinjerna osvetsade såsom ventileringshål (12) för luft, anbringar en lätt reduktion på kompositämnet för avlägsnande av luft som eventuellt kvarstannat mellan kon- taktytorna genom ventileringshålet, tillsluter ventileringshålet hos det med lätt reduk- tion bearbetade ämnet genom svetsning för avstängning av ämnets inre kontaktytor från den omgivande atmosfären, inför det svetsade kompositämnet i en upphettningsugn och upphettar ämnet till valsningstemperatur och varmvalsar det upphettade kompositämnet.

2. Förfarande för framställning av pläterad stâlplât enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att mellanskiktet utgöres av minst ett slags metallfolie.

3. Förfarande för framställning av pläterad stålplåt enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att kompositämnet utsättes för lätt reduktion genom kallvalsning.

4. Förfarande för framställning av pläterad stålplåt enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att kompositämnet utsättes för lätt reduktion genom kallpressning.

5. Förfarande för framställning av pläterad stålplåt enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att ventileringshålet utformas i ämnets bottenkant. .n 449 061 15

6. Förfarande för framställning av pläterad stålplåt enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att mellanskiktet âstadkommes genom påföring av en metallplätering på minst en av kontaktytorna hos stâlunderlaget och pläte- ringsmetallen.

7. Förfarande för framställning av pläterad stâlplåt enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att kompositämnet utsättes för lätt reduktion genom kallvalsning.

8. Förfarande för framställning av pläterad stålplât enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att kompositämnet utsättes för lätt reduktion genom kallpressning.

9. Förfarande för framställning av pläterad stålplåt enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att ventileringshàlet utformas i bottenkanten av ämnet.