WO1990014446A1 - Verfahren zur herstellung von plattierten hohlblöcken - Google Patents

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WO1990014446A1
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plating
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Ingo Von Hagen
Christoph Prasser
Fritz P. Pleschiutschnigg
Lothar Parschat
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    • C23C2/29—Cooling or quenching
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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 clad on the inside, in particular. Steel pipes, through hot or cold forming.
  • the feed material is prepared by first drilling a cylindrical block made of a carrier material (e.g. low-alloy steel) in the axial direction, so that a hollow block is formed. In this hollow block is then a corresponding to its inner diameter
  • 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
  • Carrier sheet is applied.
  • two carrier sheets are placed with their flat sides close to one another and immersed in a melt of the plating material until a sufficiently thick plating layer has formed by recrystallization.
  • a melt of the plating material forms a plating layer on both the inside and the soot surface.
  • the latter is often not necessary and would put a heavy burden on manufacturing costs simply because of the unnecessary consumption of plating material.
  • the invention is therefore based on the call guests to specify a method with which a hollow block clad only on the inside
  • 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 cladding layer does not deviate from that due to thermal shrinkage
  • the layer of the carrier material used is crystallized
  • cylindrical hollow bodies could e.g. by hot forming a
  • Carrier material may be machined internally and externally to achieve clean and smooth surfaces. This makes it possible to produce the cylindrical hollow body required for the method without machining or at least with little machining and consequently with little waste with regard to the plating material. The sealing of the inner surface of this hollow body during the
  • Immersion in the melt of the carrier material can e.g. by
  • Sealing caps can be achieved.
  • 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 on its soot surface must be provided with a separating layer effective against the melt.
  • a layer of rust or scale can suffice.
  • 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.
  • the immersion in the melt can also be carried out in partial steps, in each case before the next
  • Extrusion is carried out in a warm state or by warm or cold vocationals.
  • the method according to the invention is particularly suitable for steel materials, but can also be used with other types of metallic materials.
  • Plating material 1.4301 (X5 CrNi 18 9) was immersed for about 25 seconds in a melt of St37 heated to 20 K above the liquidus temperature and then pulled out again to cool it to about room temperature. During the diving time, a layer of St37 of about 22 mm thickness crystallized on the outside of the tube. This dipping process with subsequent intermediate cooling was repeated two more times until a hollow block with a total of 252 mm soot diameter was formed. The soot surface of the hollow block was then smoothed while warm by calibration rollers. The selected 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
  • 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 80 mm of soot diameter and 10 mm of wall thickness.
  • the plating layer had a thickness of about 2 mm and was perfectly connected to the carrier material.
  • Carbon black diameter, 60 mm inner diameter, a plating layer thickness of about 25 mm and again about 1 m in length are 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 a soot diameter of 60 mm which was covered with a scale layer, was immersed in a melt made of the 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. After intermediate cooling to about room temperature, it was again immersed in the melt of the plating material to obtain the
  • the diving time was extended to approx. 47 seconds, i.e. it was waited until the second grown plating layer, which had reached its maximum after about 35 seconds, had partially melted again.
  • a shorter immersion time than 35 seconds to achieve the 8 mm still missing in the desired layer thickness would have been inappropriate since the adhesion to the first plating layer would then have been insufficient.
  • the bar provided with a plating layer 25 mm thick was immersed in a melt of St37 heated to 20 K above the liquidus temperature. After three dips and intermediate cooling, a block of 236 mm soot diameter had formed. In order to achieve the desired carbon black diameter of 250 mm, a last dipping process of 53 seconds was carried out. After removal from the melt and complete solidification of the outer surface, the 5t37 rod used as the immersion core was pulled out of the hollow block on a pulling device. Because of the scale layer on the rod acting as a separating layer, this separation could be carried out without difficulty.
  • the outermost dipping process was carried out of the hollow block on a pulling device. Because of the scale layer on the rod acting as a separating layer, this separation could be carried out without difficulty.
  • the 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 remove the irregularities caused by the scale layer
  • the block was then again hot-formed in an extrusion press to form a seamless tube.
  • a carbon black diameter of 80 mm an inner diameter of 30 mm
  • the pipe 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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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von plattierten Hohlblöcken für die Weiterverarbeitung zu auf der Innenseite plattierten nahtlosen Metallrohren, insbesondere Stahlrohren. Um ein Verfahren anzugeben, mit dem ein lediglich auf der Innenseite plattierter Hohlblock herstellbar ist und das die bisher bestehenden Mängel vermeidet, wird vorgeschlagen, daß ein aus dem Plattierungswerkstoff gebildeter zylindrischer Hohlkörper in eine Schmelze eines Trägerwerkstoffes eingetaucht und nach Ankristallisieren einer ausreichend dicken Plattierungsschicht aus der Schmelze herausgenommen wird, wobei die Innenoberfläche des Hohlkörpers während des Eintauchens gegen einen Zutritt von Schmelze geschützt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von plattierten Hohlblöcken
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 Trägerwerkstof f und dem Plattierungswerkstof f 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 Verschweiβung auf den Stirnseiten stellt eine Schwachstelle dar, die z.B. beim Erwärmen aufreißen kann, so dafl die Kontaktflächen doch oxidieren können.
Darüberhinaus erfordert die Vorbereitung eines einsatzfähigen
plattierten Hohlblocks einen erheblichen Aufwand, der einerseits in der notwendigen Bearbeitung (Bohren, Schweiθen) liegt und andererseits auch in dem beträchtlichen Einsatz an teurem Plattierungswerkstoff
(Schrottanfall beim Rusbohren) zu sehen ist.
Für die Herstellung von einseitig plattiertem Stahlblech wurde von der Rnmelderin 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 Rnkristallisieren gebildet hat.
Das Rufbringen 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 Innenais auch auf der Rußenoberfläche eine Plattierungsschicht aus. Letztere ist häufig nicht erforderlich und würde allein schon wegen des unnötigen Verbrauchs an Plattierungswerkstoff die Herstellkosten stark belasten. Um eine Rußenplattierung 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, daB 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 Rufgäbe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein lediglich auf der Innenseite plattierter Hohlblock
herstellbar ist und das die aufgezeigten Mängel vermeidet.
Gelöst wird diese Rufgabe 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
Rußenschicht 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
flnkristallisieren 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 Rbdichtung 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, daB 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 Rußenoberflache 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 Rnkristallisieren des Plattierungswerkstoffs und/oder des Trägerwerkstoffs entstehenden Oberflächen zu unregelmäßig ausfallen, kann noch im warmen Zustand des Materials und daher mit geringem Rufwand 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 Rbfallmaterial. 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.
Rnhand der nachfolgenden zwei Rusführungsbeispiele 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 Rußendurchmesser 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 Rußendurchmesser entstanden war. Die Rußenoberflache des Hohlblocks wurde anschließend in warmem Zustand durch Kalibrierwalzen geglättet. Die gewählte Tauchzeit bei der Herstellung des Hohlblocks führte einerseits zu einer größtmöglichen flnwachsrate 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 Rußendurchmesser und 10 mm Wanddicke ausgepreßt. Die Plattierungsschicht hatte eine Dicke von etwa 2 mm und war einwandfrei mit dem Trägerwerkstoff verbunden.
Im zweiten Rusführungsbeispiel sollte ein Hohlblock von 250 mm
Rußendurchmesser, 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 Rnspruch 3 gewählt werden sollte. Hierzu wurde eine Stange aus St37 von 60 mm Rußendurchmesser, 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 Rusführungsbeispiel in eine um 20 K über Liquidustemperatur erhitzte Schmelze aus St37 getaucht. Nach dreimaligem Tauchen und Zwischenabkühlen hatte sich ein Block von 236 mm Rußendurchmesser gebildet. Um den angestrebten Rußendurchmesser 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 5t37 auf einer Rusziehvorrichtung 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 Rußendurchmesser 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

Patentansprüche:
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 Ankristallisieren einer ausreichend dicken Plattierungsschicht aus der Schmelze des Plattierungswerkstoffes herausgenommen wird.
4. Verfahren nach Rnspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Rnkristallisieren 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,
daB 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 Rnspruch 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.
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