DE3152891C2

DE3152891C2 - Verfahren zur Stahlbeschichtung von Armierungseinsätzen aus Stahl

Info

Publication number: DE3152891C2
Application number: DE3152891T
Authority: DE
Inventors: Oleg Vladimirovi&ccaron; Charkov Filipiev; Vadim Georgievi&ccaron; Kiev Gorenko; Boris Abramovi&ccaron; Kiev Kirievsky; Gennadij Aleksandrovi&ccaron; Kudinov; Vladimir Petrovi&ccaron; Lugansky; Sergei Semenovi&ccaron; Zatulovsky
Original assignee: INST LITYA AKADEMII NAUK UK SS; VSESOYUZNY NI I PI
Current assignee: INST LITYA AKADEMII NAUK UK SS; VSESOYUZNY NI I PI
Priority date: 1981-06-25
Filing date: 1981-06-25
Publication date: 1985-10-10
Also published as: WO1983000026A1; NL8120431A; DE3152891T1; JPS59500264A; GB2111882A; GB8303307D0; GB2111882B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Auftragschweißen von Metallen auf die Innen- bzw. Außenfläche von Werkstücken bzw. Erzeugnissen und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Beschichtung von Armierungsein- i|j

Sätzen aus Stahl für Eisengußstücke.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann zur Vorbereitung von Armierungseinsätzen für verschiedenartige ij

'■ Eisengußstücke, beispielsweise Klappen und Abschreckplatien für metallurgische Öfen,' armierte Kokillen, _r Gußteile für Motore mit im Motorkörperr ausgeführten Kanälen und sonstige armierungsbedürftige Eisegußstücke verwendet werden.

Es ist ein Verfahren zur Vorbereitung von Armierungseinsätzen aus Stahl für Eisengußstücke (UdSSR-Urheberschein 5 34 302) bekannt, bei welchem durch Gießen der Armierungseinsätze aus niedriggekohltem Stahl im Innenraum der Gießform eine Schutzschicht aufgetragen wird.

Aus der DE-PS 8 62 346 und der AT-PS 1 63 214 ist ein Verfahren zur Heißtauchbeschichtung von Stahlarmie- · rungseinsätzen mit flüssigem Stahl bekannt, dessen Temperatur 15 bis 16°C höher als die Stahlschmelztemperatur liegt. Bei dem Verfahren gemäß der DE-PS 8 62 346 werden Stahlstäbe mit stahlgleicher oder anderer Zusammensetzung beschichtet, wobei durch wiederholtes Tauchen lagenweise Schichten aus Flußeisen oder Stahl aufgebracht werden können. Aus der AT-PS 1 63 214 ist das Überziehen von Stahlgegenständen mit rost-, säure- und hitzebeständigen Stählen durch Tauchen in schmelzflüssigen Bädern bekannt, wobei das Stahlband auf eine Temperatur gebracht wird, die an der oberen Grenze des heterogenen Zustandsfeldes des Badwerkstoffes liegt.

Diese bekannten Verfahren stoßen jedoch auf technologisch bedingte Schwierigkeiten, die zur Unterbrechung der Schutzschicht führen und deren Festigkeit beeinträchtigen, da bisher keine genauen Parameter für die |

Prozeßführung bekannt waren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorbereitung von Armierungseinsätzen aus Stahl für Eisengußstücke zu entwickeln, bei welchen die Zwischen- und die Hohlräume verkleinert und die Wärmeleitung in der Zone des Kontakts zwischen Muttermetall und Schweißgut verbessert werden können.
Die gestellte Aufgabe wird gemäß den Ansprüchen gelöst.

Bei zweimaligem Eintauchen entsteht eine erstarrte Stahlschicht mit einer Dicke von 6 bis 12 mm, welche die j

gesamte Oberfläche des Einsatzes dicht und lückenfrei umschließt. |

Die Lückenfreiheit ist darauf zurückzuführen, daß beim kurzzeitigen Eintauchen für 3 bis 15 s eine kontinuierliche Erstarrung des Stahls am Rohreinsatz vorherrscht, während die räumliche Schwindung, die zur Bildung der Lücke führt, unterbunden ist. Bei einmaligem Eintauchen ist die hergestellte Schutzschicht ungenügend dick, was

zur Rißbildung an der Oberfläche führt. I

Die Haltezeit hängt von der Überhitzungstemperatur und der Form der Armierungseinsätze ab. Bei einer |

Haltezeit von unter 3 s weist die Schicht aus erstarrtem Stahl an der Oberfläche des Einsatzes Unterbrechungen auf. Bei einer Haltezeit von über 15 s kommt es zum Aufschmelzen der erstarrten Schicht und zur Wärmeverfor- ff

mung der Armierungseinsätze.

Bei einer Überhitzungstemperatur unter 15°C ist die Prozeßführung unzweckmäßig, da die Viskosität des Stahls so hoch ist, daß die Nachteile der gemäß dem Stand der Technik bekannten Technologien nicht beseitigt J¹

werden können. |

Bei einer Überhitzungstemperatur der Schmelze über 60⁰C ist die Überwachung des Erstarrungsvorganges erschwert, da die Erstarrung zeitlich verkürzt ist und weniger als 3 s dauert.

Wird der Einsatz weniger als zweimal in die Schmelze getaucht, so hat die hergestellte Schicht eine solche Dicke, daß sie beim Gießen des Gußeisens aufgekohlt wird, was während des Betriebs schnell zum Bruch der Armierung führt. Für solche Gußstücke wie Abschreckplatten ist das zwei- bis viermalige Eintauchen am Zweckmäßigsten. Je mehr der Einsatz getaucht wird, desto stärker wird die Wärmeleitung des Armierungseinsatzes verringert. Für solche Gußstücke, wie Kokillen, Klappen u. ä., deren Einsatzbedingungen keine hohe Wärmeleitung erfordern, sichert das mehrmalige Eintauchen die Erhöhung der Festigkeit und somit die Verlängerung der Lebensdauer.

Bei der Vorbereitung der Armierungseinsätze, insbesondere der Kühlrohre für Abschreckplatten, ist es von

Vorteil, wenn die Temperatur der Stahlschmelze um 30 bis 40°C größer als die Liquidustemperatur des Stahls ist.

Vor dem Eintauchen des Einsatzes ist es zweckmäßig, auf die Oberfläche des Einsatzes eine Schicht aus geeignetem Reinigungsflußmittel aufzutragen. Das Flußmittel kann je nach den örtlichen Bedingungen auf eine beliebige, an sich bekannte Weise aufgetragen werden.

Zur Aktivierung des Flußmittels ist es empfehlenswert, den Einsatz mit der auf dessen Oberfläche aufgetrage-

nen Flußmittelschicht (falls das Flußmittel kalt ist) über dem Stahischmelzenspiegel 3 bis 20 s lang zu halten. Es ist zweckmäßig, in die Schmelze bis zu 2 Gew.-% Silizium und bis zu 1,5 Gew.-°/o Aluminium vor dem letzten Eintauchen einzugeben.

Das Stahllegieren mit den genannten Mengen von Silizium oder Aluminium, insbesondere mit Silizium und Aluminium zusammen, ermöglicht es, die thermodynamische Aktivität von Kohlenstoff wesentlich zu erhöhen und den Koeffizienten der Kohlenstoffdiffusion im Stahl zu verringern. In bezug auf die Abschreckplatten wird dabei die Kohlenstoffdiffusion aus Gußeisen in den Oberzug beim Gießen verringert, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Überzugs verbessert werden und die Lebensdauer der Abschreckplatten erhöht wird.

Die Armierungsrohre für die in Hochöfen eingesetzten Abschreckplatten mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Wanddicke von 6 mm wurden in die Stahlschmelze mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 % und 0,25% bei einer Temperatur von 1580⁰C getaucht. Vor dem Eintauchen wurde auf die Armierungsrohre auf eine an sich bekannte Weise Reinigungsflußmittel aufgetragen. Das Eintauchen erfolgte in unberuhigter Schmelze im Lichtbogenofen. Durch zweimaliges Eintauchen bei einer Haltezeit von 10 s wurde eine ununterbrochene Schicht mit einer Dicke von !0 mm gebildet, die mit den Rohren dicht und lückenfrei verbunden war.

Die Armierungsrohre mit der erstarrten Schicht der Dicke von 8 bis 10 mm wurden für die Herstellung solcher Gußstücke wie Abschreckplatten für Hochöfen mit siner Masse von 1,5 bis 2,5 t benutzt

Das Rohr mit einem Durchmesser ,on 60 mm aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 02%, das U-förmig gebogen wurde, wurde in die Stahlschmelze, die vor dem letzten Eintauchen mit Silizium (2%), Aluminium (1%) bzw. mit Silizium und Aluminium (1% + 1%) legiert wurde, zweimal eingetaucht und unterschiedlich lang (2,3, •5,12,15,16 s) darin gehalten. Die Metalltemperatur wurde beim Eintauchen so gewählt, daß sie um 12,15,25,40, 60 und 65° C größer als die Temperatur der Liquiduslinie war.

Die Ergebnisse der Untersuchung der vorbereiteten Armierungseinsätze sind in der Tabelle zusammengefaßt.

Über-	Schichtdicke (mm) bei einer Haltezeit (s)	3	5	12	15	16	Wärme	Beschaffenheit
hitzungs-	in der Schmelze von:						leitung	des Überzugs
temperatur	2	1,3	1,7	2,4	2,3	1,5	W/m· K
in°C		1,0	1,5	2,3	1,3	0,6
12	0,7						16,3	Großer Lunker im Überzug
15	0,6	0,9	1,3	1,5	0,8	0,4	32,6	Gleichmäßiger dichter
		0,6	0,5	0,4	0,2	0		Überzug
25	0,5	0,4	0,5	0,3	0,1	0	31,4	desgl.
40	0,3				32,6	desgl.
60	0,2		31,4	desgl.

65 0,1 0,2 0,1 0 0 0 30,2 Viele unbedeckte Stellen

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die hergestellte Schicht beim Eintauchen des Einsatzes in die weniger als um 15°C überhitzte Schmelze undicht ist sow*e Unterbrechungen und Lunker aufweist, wodurch die Wärmeleitung beeinträchtigt wird, während bei einer Überhitzungstemperatur über 65°C die Stahlerstarrung an der Oberfläche des Einsatzes mangelhaft verläuft und mehrere unbedeckte Stellen zurückbleiben.

Eine Haltezeit unter 2 s ergibt bei allen Temperaturen keinen ununterbrochenen Überzug, während bei einer Haltezeit über 20 s Maß- und Formabweichungen der Armierung auftreten.

Die metallografischen Untersuchungen der aus den Abschreckplatten ausgeschnittenen Proben, bei welchen auch eine lokale Röntgenspektralanalyse vorgenommen wurde, zeigten, daß die Aufkohlung der Armierungsrohre ausbleibt, zwischen dem Rohr und der erstarrten Schicht keine Lücken oder Hohlräume entstehen, und daß die Lücken zwischen der erstarrten Schicht und dem Gußeisen auf 0,1 mm verkleinert sind. Die durch die erstarrte Schicht verursachte Erhöhung der Metallmasse der Kühlrohre fördert die Verkleinerung der Lücke zwischen der Schicht und dem Gußeisen dank einer schnelleren Erhärtung der Grenzschicht und verbessert die Festigkeitswerte der Armierung selbst.

Die Aufkohlungstiefe der erstarrten Schicht wird im Vergleich zu den serienweise hergestellten Gußstücken von 3 auf 0,8 mm gesenkt, was auf eine geringere Dauer des Kontakts zwischen flüssigem Gußeisen und erstarrter Schicht und auf den Einsatz der Legierungselemente (Silizium, Aluminium) zurückzuführen ist, welche die Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlenstoff verringern.

Die Lebensdauer der Gußstücke hängt von der Plastizität der Armierungsrohre stark ab. Die durchgeführten Versuche zeigten, daß bei serienweise hergestellten Gußstücken, wie Abschreckplatten, die Dehnung des Materials der Kühlrohre ö = 10% und bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorbereiteten Rohren δ = 24 bis 29% (je nach der chemischen Zusammensetzung der Rohre) beträgt. Ausschlaggebend für die Lebensdauer des Rohres ist die Rißbildung an der Außenfläche des Rohres bei der Temperaturverformung. |

Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Vorbereitung von 60 f Armierungseinsätzen die Beseitigung der Lücken und der Hohlräume sowie eine Verbesserung der Wärmeleitung in der Kontaktzone des Armierungskörpers sichert und die Erhaltung der Plastizität der Stahlarmierung fördert, wodurch die Betriebsfestigkeit der Gußstücke erhöht wird.

Die Rohre mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Wanddicke von 6 mm aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,1 % wurden zum erforderlichen Profil gebogen und ihre Außenfläche wurde durch Kugelstrahlbehandlung von Zunder gereinigt. Danach wurde am Rohr mit Hilfe eines Ringes ein Schutzrohr mit einem Durchmesser von 80 mm und einer Wanddicke von 6 mm angeschweißt. Dieses Rohr war aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2% hergestellt. j

Zur Sicherung der Diffusionsbindung zwischen den Rohren und dem in den Zwischenraum eingegossenen Stahl wurde auf die Oberfläche der genannten Rohre eine Reinigungsflußmitteischicht aufgetragen. Zu besserer Haftung des Flußpulvers an der Rohroberfläche wurde ein Lack verwendet Die Schutzrohre wurden mit Flußmittel von innen und von außen bedeckt Die zusammengebauten Rohre wurden in einer Sondervorrichtung aufgenommen und mit deren Hilfe in deii flüssigen Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,25% zweimal getaucht Die Eintauchtiefe der Rohre in den flüssigen Stahl wurde durch die über die Dichtringe verlaufende Ebene begrenzt Die Temperatur des flüssigen Stahls lag in einem Bereich von 1545 bis 1575°C Die Haltezeit der Rohre in der Schmelze betrug 5 bis 6 s.

Es wurde festgestellt daß innerhalb diese^r Haltezeit eine Stahlschicht mit einer Dicke von 5 bis 8 mm erstarrte. Es sei darauf hingewiesen, daß der Stahl den Zwischenrohrraum ausfüllt und an der Außenfläche des Schutzrohres erstarrt Die visuelle Untersuchung der an die Anordnungsstcllen der Schutzrohre angrenzenden Abschnitte zeigte, daß keine Lücken zwischen dem angegossenen Stahl und den Rohren entstanden sind.

Zur Durchführung der metallografischen Untersuchungen wurde der genannte Abschnitt zerteilt und die gewonnenen Querschnitte wurden untersucht Die Untersuchungen zeigten, daß das Flußmittel von der Rohroberfläche durch den flüssigen Stahl abgespült wird. Das Metall, das die Lücke füllt hat keine Lunker und Poren. Die metallografischen Untersuchungen ergaben, daß zwischen dem die Lücke ausfüllenden Stahl und den Rohren eine Obergangsschicht mit Diffusionsbindung gebildet wird. Diese Faktoren sichern eine vollständige Abdichtung der Lücke zwischen dem Armierungs- und dem Schutzrohr.

Die hergestellten Kühlrohre mit S^hutzrohren wurden für die Fertigung von Abschreckplatten mit einer Masse von 23 t für Hochöfen verwendet. Zwei yon den hergestellten Abschreckplatten wurden in, einem ;Hochöfen eingebaut, wobei deren Betrieb im Laufe von sieben Monaten zeigte, daß die Dichte·der Lücke zwischen den Rohren in den erwähnten Abschreckplatten nicht gestört wurde.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche von Armierungseinsätzen aus Stahl für Eisengußstücke mit einer Stahlschicht durch wiederholtes Eintauchen der Armierungseinsätze in eine Stahlschmelze, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung durch mindestens zweimaliges Eintauchen des Armierungseinsatzes in die Stahlschmelze mit einer Temperatur von 15 bis 60° C über der Liquiduslinie des Stahls bei einer Haltezeit von jeweils 3 bis 15 Sekunden aufgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stahlschmelze mit einer Temperatur von 30 bis 40° C über der Liquiduslinie des Stahls eingesetzt wird.

ίο

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Eintauchen auf die Oberfläche

des Einsatzes eine Schicht aus Reinigungsflußmittel aufgetragen wird.