DE2246471C3

DE2246471C3 - Verfahren zum Schleudergießen metallischer Rohre

Info

Publication number: DE2246471C3
Application number: DE2246471A
Authority: DE
Inventors: Alain Louis Albert Fumel Royer (Frankreich)
Original assignee: Pont-A-Mousson Sa Nancy (frankreich)
Current assignee: Pont-A-Mousson Sa Nancy (frankreich)
Priority date: 1971-09-24
Filing date: 1972-09-22
Publication date: 1976-01-02
Also published as: US3814168A; GB1399389A; FR2153195B1; FR2153195A1; DE2246471B2; DE2246471A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleudergießen metallischer Rohre mit über die Wandstärke unterschiedlicher Zusammensetzung, bei dem auf die in die Kokille eingeschleuderte Metallschicht eine metallurgische Schlacke aufgegeben wird. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DT-Patentanmeldung B 27 34, bekanntgemacht am 20. März 1952, bekanntgeworden. Bei diesem Verfahren zur Herstellung hochbeanspruchter Hohlkörper werden in die eingeschleuderte Metallschicht gleichzeitig mit dieser oder gesondert eine Desoxidationselemente enthaltende Schlacke bzw. Desoxidationselemente in flüssiger oder Pulverform allein zugegeben, die anschließend eine Schlacke bilden. Sinn und Zweck dieser Maßnahme ist ein Reinigungseffekt auf das Metall.

Im Gegensatz dazu wird gemäß der Erfindung nicht eine Desoxidations- oder Entschwefelungswirkung erstrebt, sondern eine Auflegierung der inneren Oberfläche des geschleuderten Metallrohres.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schlacke vor dem Einschleudern auf die Metallschicht Legierungselemente beigegeben werden, die in die Innenoberflächc des metallischen Rohres eindiffundieren. So

Vorzugsweise wird bei Verwendung von Stahl als Rohrwerkstoff eine Schlacke verwendet, die Metalloxide, Graphit in Suspension, Stickstoff und/oder übliche andere metallische oder nichtmetallische Legierungselemente enthält.

Nach der Erfindung lassen sich Rohre mit zylindrischen, koaxialen Schichten herstellen, welche bestimmte chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften besitzen. So kann beispielsweise ein Rohr hergestellt werden, dessen innere Oberflächenschicht eine besonders große Härte aufweist, um gegen Abrieb geschützt zu sein, während die Außenschicht eine geringere Härte besitzt, jedoch nicht spröde sein soll. Dabei soll zwischen den beiden Schichten unabhängig von ihren Unterschieden eine maximale Kohäsionswirkung auftreten, um die Ausbildung eines Oxidationsfilmes zwischen den Schichten zu verhindern.

Es ist bekannt, metallische Rohre durch schrittweises Schleudergießen von zwei Schichten herzustellen, und zwar ausgehend von zwei Metallen oder Legierungen mit bestimmten Analysenwerten. Dabei muß jedoch mit zwei öfen gearbeitet werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, daß sich das Dickenverhältnis der beiden Schichten entlang einer Erzeugenden in unzulässiger Weise verändert.

Es gehört ferner zum Stande der Technik, Rohre mit unterschiedlicher Zusammensetzung über die Dicke dadurch herzustellen, daß man die Innenfläche eines vorher erwärmten Metallrohres durch Bestrahlen abschreckt. Dies setzt jedoch voraus, daß das Ausgangsmetall bzw. die Ausgangslegierung eine angemessene Abschreckeignung besitzt. Außerdem können die durch eine derartige Behandlung im fertigen Rohr erzeugten inneren Spannungen das Rohr für bestimmte Anwendungsfälle, in denen mit Druck gearbeitet wird, ungeeignet machen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Die Zeichnungen stellen lediglich ein Ausführungsbeispiel dar und zeigen in

F i g. 1 einen makrographischen Querschnitt durch ein metallisches Rohr, das nach dem erfindungsgemäßer, Verfahren hergestellt ist,

F i g. 2 ein Diagramm, aus dem die Unterschiede im Gehalt an dem im Metall des Rohres nach Fi g. 1 enthaltenem, eindiffundiertem Element hervorgeht, und zwar ausgehend von der Innenschicht des Rohres und fortschreitend in radialer Richtung.

Beispiel I

Zur Herstellung eines metallischen Rohres (Durchmesser 150 X 220 und Länge 6 m), wie etwa des Rohres nach Fig. 1, geht man von einem Stahl aus, der folgende an Hand eines Probestabes ermittelten Analysenwerte, angegeben in Mengenprozent, besitzt:

C	0,18;	P	0,012;	Cr	0,99;
Si	0,26;	Mn	1,09;	Mo	0,33;
S	0,006;	Ni	0,06;	Va	0,072.

Man gießt diesen Stahl in eine Schleudergießform ein, welche sich mit solcher Geschwindigkeit dreht, daß sich eine Beschleunigung von 80 g (g = Erdbeschleunigung) ergibt. Sodann, und zwar 1 Minute 10 Sekunden nach Beendigung des Eingießvorganges des Stahls, d. h., eine ausreichende Zeitspanne vor seiner Verfestigung, gießt man eine Schlacke mit geeigneter Zusammensetzung ein, insbesondere eine Schlacke, die mit Graphit angereichert ist. Man fährt mit dem Drehen der Form fort, bis sich die eingegossenen Materialien verfestigt haben. Anschließend entformt man das Rohr und entfernt die innere Kruste aus verfestigter Schlacke.

Die Struktur des erhaltenen Rohres ist als Schnitt in F i g. 1 dargestellt. Diese Figur zeigt den Schnitt nach dem Schleifen und nach einer Behandlung mit Ammoniumpersulfat. Durch eine Analyse läßt sich feststellen, daß die innere Oberflächenschicht 1 bei einer Dicke von 9 mm einen Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,20 % aufweist, während die Schicht 2, die die innere Schicht umgibt, in ihrem Kohlenstoffgehalt auf 0,20 % begrenzt ist. Die Trennung zwischen den beiden Schichten ist vollkommen gerade.

F i g. 2 zeigt die Veränderung im Kohlenstoffgehalt des Rohres als Funktion von der Entnahmetiefe, aus-

gehend von der innersten Schicht des Rohres, d. h. als Funktion des Abstandes von der Achse des Rohres. Folgende Werte wurden ermittelt:

Durchmesser in mm	Gehall an Kohlenstofi in%
155	1,60
163	0,88
171	0,20
179	0,17
187	0,15
:95	0,17
203	0,18
211	0,14
219	0,13

Es ergibt sich, daß der Kohlenstoffgehalt um so höher ist, je näher man an die Innenwand herangeht, die mit der Graphitschlacke in Berührung stand und dementsprechend der Kohlenstoffdiffusion unterworfen war. Es ergibt sich weiterhin, daß der Gehalt in der Außenschicht leicht abfällt, ausgehend vom Werte 0,20 "/Ό. Der Mittelwert entspricht natürlich dem Ausgangswert, und der festgestellte Gradient entspricht dem üblichen Ergebnis beim Schleudern von leicht legierten Stählen.

In Fig. 2 wurde außerdem eine Miuelwertkurve eingetragen, von der die festgestellten W_erte des Kohlenstoffgehaltes lediglich im Rahmen normaler Analysenfchler abweichen. Diese Kurve zeigt noch eindeutiger den beträchtlichen Anstieg des Kohlenstoffgehaltes in der Oberflächenschicht.

Außerdem läßt sich durch mikrographische Prüfmethoden nach einer Behandlung mit Nital feststellen, daß eine Innenschicht aus Perlit-Zementit-Bestandteilen, eine Übergangs-Zwischenschicht von mehreren Millimetern mit Perlit-Struktur und schließlich, jenseits von 9 mm, eine äußere Perlit-Ferrit-Schicht existieren.

Parallel dazu erreicht die Innenschicht eine Härte von mehr als 400 Hv, während die Härte in der Außenschicht unterhalb von 230 Hv bleibt, und zwar im normalisierten Zustand bei 950° C, bei dem die Messungen im Hinblick auf die Homogenität der Körner durchgeführt wurden.

Sämtliche Versuche bestätigen die Bedeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welches die Möglichkeit bietet, ausgehend von einer einzigen Metallcharge, die in einem einzigen Arbeitsgang vergossen wird, ein metallisches Rohr zu erzielen, das eine unterschiedliche Zusammensetzung aber der Dicke aufweist und praktisch aus zwei Schichten besteht.

Beispiele II bis IV

In gleicher Art wird das Verfahren zur Erzielung von Innenschichten angewendet, die mit Stickstoff, Schwefel und Bor angereichert sind. Stickstoff ist von Interesse im Hinblick auf seine Härteeigenschaften (1200Hv bei bestimmten Chrom- oder Niobnitriden). Die erzielte nitrierte Innenschicht besitzt darüber hinaus einen geringen Reibkoeffizienten. Was Schwefel und Bor betrifft, so können diese bestimmte Bearbeitungseigenschaften mit sich bringen oder dazu beitragen, bestimmte Reibungsprobleme zu lösen. Im erstgenannten Fall verwendet man eine Schlacke, die mit kalziumhaltigem Zyanamit beladen ist.

Beispiele V bis VII

Man verwendet das Verfahren in gleicher Weise zum Eindiffundieren von Silizium, Nickel und Chrom.

Das Verfahren ist dementsprechend in allgemeiner Weise anwendbar bei sämtlichen Wechselwirkungen zwischen einer Schlacke als Träger von metallischen oder metaüoiden Elementen und zwischen Metall im Wege der Verfestigung. Die einzige Einschränkung besteht darin, daß das die Aufnahmefunktion erfüllende Metall die gewünschte Eigenschaft besitzen muß, die eingebrachten Elemente festzulegen, und daß die Schlacke eine komplementäre Zusammensetzung aufweisen muß, um geeignet zu sein, als Übertragungsmittel für diese Elemente zu wirken.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren rum Schleudergießen metallischer Rohre mit über die Wandstärke unterschiedlicher Zusammensetzung, bei dem auf die in die Kokille eingeschleuderte Metallschicht eine metallurgische Schlacke aufgegeben wird, solange die Metallschicht noch flüssig ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlacke vor dem Einschleudera auf die Metallschicht Legierungselemente beigegeben werden, die in die Innenoberfläche des metallischen Rohres eindiffundieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Stahl als Rohrwerkstoff eine Schlacke verwendet wird, die Metalloxide, Graphit in Suspension, Stickstoff und/oder übliche andere metallische oder nichtmetallische Legierungseleniente enthält.