DE68916383T2

DE68916383T2 - Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres.

Info

Publication number: DE68916383T2
Application number: DE68916383T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Fukuda; Nobushige Hiraishi; Junichi Kikuchi; Mutsuo Nakanishi; Yoshihisa Ohashi; Shigeharu Takai
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-12-09
Filing date: 1989-12-08
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2009-12-09
Also published as: EP0372999B1; EP0372999A3; DE68916383D1; US5056209A; CA2003295C; EP0372999A2; CA2003295A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres durch Fließ- bzw. Warmstrangpressen, bei dem ein Metall (oder Legierung) auf ein anderes Metall (oder Legierung) mit einem Formänderungswiderstand, welcher zu dem des ersten wesentlich verschieden ist, plattiert wird. Unter üblichen Bedingungen ist es ziemlich schwierig, eine Warmformgebung, wie Warmstrangpressen, auf die Kombination dieser unterschiedlichen Metalltypen anzuwenden, um ein zufriedenstellendes plattiertes Material zu erhalten. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch ein plattiertes Metallrohr erhalten werden, welches im wesentlichen keine Oberflächendefekte und andere Defekte aufweist.
Plattierte Materialien bzw. Verbundmaterialien sind weit verbreitet bei zahlreichen Anwendungen eingesetzt worden. Ein plattiertes Material ist eine Kombination aus zwei unterschiedlichen Typen von Metallen (der hierin verwendete Ausdruck "Metall" bedeutet sowohl ein reines Metall als auch Legierungen hiervon), bei welcher erwünschte Eigenschaften jedes der Metalle ausgenützt werden können.
Daher ist eine Vielzahl von Metallen und Kombinationen hiervon in der Industrie bekannt. Das in der größten Menge hergestellte plattierte Material ist plattiertes Stahlblech, bei dem eines der Metalle (als "Grundmetall" bezeichnet) unlegierter Stahl, niedriglegierter Stahl oder dergleichen und das andere Metall nichtrostender Stahl, Titan oder ein anderes korrosionsbeständiges Material ist.
Das Plattieren wurde ebenso bei der Herstellung vieler Typen von Rohren durchgeführt. Das üblichste Verfahren zur Herstellung nahtloser plattierter Rohre ist das Warmstrangpressen, beispielsweise gemäß dem Ugine-Sejournet-Extrusionsverfahren, welches in Fig. 1 gezeigt ist.
In Fig. 1 werden Rohrrohlinge 1, 2 unterschiedlicher Typen von Metallen zur Bildung eines Barrens 3 kombiniert. Der Barren 3 wird auf eine hohe Temperatur erhitzt und dann dem Warmstrangpressen unterzogen. Die Herstellungskosten und Eigenschaften des Rohrprodukts sind wichtige Überlegungen bei der Auswahl der für die Rohrrohlinge zu verwendenden Materialien. Beispielsweise ist es bei der Verwendung für Leitungsrohre, wo nicht nur hohe Festigkeit, sondern ebenso verbesserte Beständigkeit gegenüber Korrosion erforderlich sind, vorteilhaft, ein plattiertes Rohr zu verwenden, welches unlegierten Stahl oder niedriglegierten Stahl, welcher nicht teuer ist und hohe Festigkeit aufweist, als Grundmetall und eine Legierung auf Nickelbasis mit verbesserter Beständigkeit gegen Korrosion als Plattierungsschicht umfaßt. Wenn jedoch ein plattiertes Rohr dieses Typs durch herkömmliches Warmstrangpressen hergestellt wird, wird ein kombinierter Barren 3 durch Zusammenfügen eines Rohrrohlings 1 aus unlegiertem Stahl (oder niedriglegiertem Stahl) und eines anderen Rohrrohlings 2 aus einer Legierung auf Nickelbasis hergestellt. Gewöhnlicherwelse werden solche hohle, dickwandige Rohre durch eine Reihe von Schritten des Schmelzens, Gießens, Schmiedens und maschinellen Bearbeitens (beispielsweise Bohren) hergestellt. Das kleinere wird in das größere eingefügt, um einen kombinierten Barren zusammenzufügen. Nachdem der kombinierte Barren auf eine vorbestimmte Temperatur in einem Erhitzungsofen und/oder Induktionserhitzungsofen erhitzt worden ist, wird er dem Warmstrangpressen unterzogen.
Das Warmstrangpressen des Standes der Technik resultiert jedoch in den folgenden Nachteilen.

1) Probleme hinsichtlich den Oberflächeneigenschaften des Rohrprodukts:

Eines der zwei Metalle, insbesondere dasjenige, welches die Plattierungsschicht bildet, beispielsweise eine Legierung auf Nickelbasis in dem Fall, bei dem unlegierter Stahl mit einer Legierung auf Nickelbasis plattiert wird, ist gewöhnlicherweise schwer zubearbeiten, und das resultierende plattierte Material leidet an verschiedenen Defekten und Rißbildung auf dessen Oberfläche.

2) Probleme hinsichtlich Haftvermögen:

Die Verbindung bzw. Haftung zwischen dem Grundmetall und dem Plattierungsmetall ist nicht perfekt, und die Festigkeit zwischen diesen ist ziemlich niedrig. Wenn die zwei Metallschichten entbunden werden, gelangen Wasserstoffionen in den Raum zwischen den zwei Schichten unter Ausweitung des Raums aufgrund der Erzeugung und Ausdehnung von Wasserstoffgas, wodurch eine Quellung des Rohrs und eine Verminderung der mechanischen Festigkeit resultieren.

3) Probleme hinsichtlich Herstellungskosten:

Da viele Herstellungsschritte erforderlich sind, bis ein kombinierter Barren hergestellt ist, und die Produktausbeute im Hinblick auf das Ausgangsmaterial sehr gering ist, sind die Herstellungskosten sehr hoch. Unlegierter Stahl und niedriglegierter Stahl sind weniger teuer und die Materialeffizienz übt keinen wesentlichen Effekt auf die Herstellungskosten des Endprodukts aus. Die Ertragsleistung des Rohrrohlings aus einer Legierung auf Nickelbasis, welche sehr teuer ist, hat jedoch einen großen Einfluß auf die Herstellungskosten des Endprodukts. Weiterhin ist es zeitraubend, das Schmieden und maschinelle Bearbeiten einer solchen Legierung auf Nickelbasis durchzuführen, um einen Rohrrohling herzustellen, da es sehr schwierig ist, bei der Legierung auf Nickelbasis das Schmieden und maschinelle Bearbeiten anzuwenden.
Eine der Lösungen der Probleme 2) und 3) besteht in der Verwendung von Metallpulver als Ausgangsmaterial zur Herstellung des Rohrrohlings. Beispielsweise wird ein Schmiedemetall zur Herstellung eines Grundrohres aus unlegiertem Stahl oder niedriglegiertem Stahl und ein Pulvermaterial zur Herstellung einer Plattierungsschicht verwendet. Solche pulvermetallurgischen Verfahren sind in der folgenden Literatur vorgeschlagen worden:
US-Patent Nr. 3 753 704
US-Patent Nr. 4 016 008 (Japanische Patentveröffentlichung 60-37 162)
Japanische ungeprüfte Patentanmeldung 61-190 006
Japanische ungeprüfte Patentanmeldung 61-190 007
Gemäß den darin beschriebenen Verfahren, wie in Fig. 2 gezeigt, wird ein kombinierter Barren hergestellt, erhitzt und dem Warmstrangpressen unterzogen.
Der in Fig. 2 gezeigte kombinierte Barren umfaßt einen Hohlzylinder 1 (Grundrohr), welcher aus unlegiertem Stahl oder dergleichen hergestellt ist, ein dünnwandiges Metallrohr 5 (manchmal als "Kapsel" bezeichnet) und eine Pulverpackungsschicht 4, welche zwischen dem Hohlzylinder 1 und dem dünnwandigen Metallrohr 5 vorgesehen ist. Das obere und untere Ende sind durch Abschlußplatten 6-1 bzw. 6-2 verschlossen.
Der so hergestellte Barren wird dann, nachdem, falls erforderlich, die Pulverschicht durch ein isostatisches Kaltpressverfahren oder dergleichen weiter gepackt worden ist, auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt. Der erhitzte Barren wird zur Bildung eines plattierten Rohres warmstranggepreßt. Während dem Warmstrangpressen verfestigt sich die Pulverschicht 4 aufgrund des Erhitzens, Verdichtens und Scherverformens zur Bildung einer Plattierungslegierungsschicht, welche an die innere Oberfläche der Grundschicht, welche den deformierten Hohlzylinder 1 umfaßt, gebunden wird. Nach Deformation durch das Warmstrangpressen werden die Abschlußplatten 6-1 und 6-2 und das dünnwandige Metallrohr 5 durch Beizen entfernt.
Üblicherweise wird der Hohlzylinder 1 aus einem relativ billigen und leicht deformierbaren Material hergestellt, wie etwa unlegierter Stahl oder niedriglegierter Stahl. Die Pulverpackungsschicht 4 wird aus einer pulverförmigen Legierung hergestellt, welche eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit besitzt. Eine solche Legierung ist typischerweise eine Legierung auf Nickelbasis. Wenn Pulver verwendet wird, beträgt die Produktausbeute nahezu 100% bezüglich des Ausgangsmaterials. Dies ist unter dem ökonomischen Gesichtspunkt sehr vorteilhaft.
Fig. 2 zeigt den Fall, bei dem eine Plattierungsschicht in der Innenoberflächenschicht des Rohrs vorgesehen ist. Die Plattierungsschicht kann in Abhängigkeit des Zwecks, für welchen das Rohr verwendet wird, in die Außenoberflächenschicht des Rohrs plaziert werden. In diesem Fall wird eine Kapsel 5 um die Außenoberfläche des Grundrohrs 1 herum vorgesehen und Pulver wird in einem ringförmigen Raum zwischen der Kapsel 5 und dem Grundrohr 1 zur Bildung einer Pulverpackungsschicht 4 gepackt.
Es ist darauf hinzuweisen, daß in der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck "Rohrrohling" sich nicht nur auf eine Pulverpackungsschicht in Form eines Hohlzylinders, welche durch Packen von Pulver in eine Kapsel gebildet wird, das heißt ein dünnwandiges Metallrohr, sondern ebenso auf ein geschmiedetes oder maschinell bearbeitetes, hohles zylindrisches Metall bezieht. Diese zwei Rohrrohlinge können einen kombinierten Barren bilden.
Wie oben beschrieben, wird, wenn pulverförmiges Metall zur Verwendung eines Rohrrohlings verwendet wird, das Haftvermögen zwischen den zwei Rohrrohlingen an deren Grenzfläche weiter verbessert, verglichen mit dem Fall, bei dem die zwei Rohrrohlinge aus Schmiedemetallen hergestellt sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß beim Warmstrangpressen Teilchen, welche das Metallpulver darstellen, sich in die Oberfläche des anderen Grundrohrs beißen, um einen dünnen Oxidfilm abzubauen. Somit wird eine frische Oberfläche gebildet, um eine zuverlässige und verbesserte Haftung bzw. Verbindung im Vergleich mit der Plattierung gemäß Stand der Technik sicherzustellen.
Ein Warmstrangpreßverfahren unter Anwendung eines kombinierten Barrens, bei dem eine Pulverpackungsschicht als eines der Rohrrohlinge verwendet wird, wurde lediglich als Verfahren zur Herstellung von plattierten Rohren aus unlegiertem Stahl oder nichtrostendem Stahl eingesetzt. Das vorgenannte Problem 1) ist jedoch noch nicht gelöst worden.
Wenn nämlich ein Warmstrangpreßverfahren auf einen kombinierten Barren angewandt wird, welcher ein Grundrohr aus unlegiertem Stahl und eine Plattierungsaußenhülle aus einer Legierung auf Nickelbasis, wie Alloy 825 oder Alloy 625, umfaßt, wird eine große wellenförmige Deformation in der Wanddicke erzeugt, wobei manchmal Risse resultieren, welche der Form von Bambusverbindungsstellen ähneln.
Fig. 15 veranschaulicht schematisch solche Risse, welche bei einer Plattierungsschicht mit einer Tendenz, schwierig bearbeitet zu werden, auftreten. Die Grundbasisschicht 17 ist aus unlegiertem Stahl hergestellt, welche leicht bearbeitet werden kann, und die Plattierungsschicht 18, welche die Innenschicht des Rohrs darstellt, ist aus einer Legierung auf Nickelbasis hergestellt, welche schwierig zu bearbeiten ist.
Wie in Fig. 15 gezeigt, existiert, obwohl die Dicke der Grundschicht etwas irregulär ist, ein beträchtliches Ausmaß an Ungleichmäßigkeit in der Dicke der Plattierungsschicht, welche schwer zu bearbeiten ist. Es ist zu sehen, daß die Plattierungsschicht stellenweise vollständig unterbrochen worden ist. Diese unterbrochene Bereiche 19 werden in regelmäßigen Abständen in der Längsrichtung gefunden, ähnlich den Verbindungsstellen eines Bambusstabes. Solche Defekte werden daher als "verbindungsähnliche Risse" bezeichnet. Diese Art von Defekt kann durch nachfolgende Behandlung oder Bearbeitung nicht wiederhergestellt werden, so daß das plattierte Rohr verworfen werden müßte, wenn dies auftritt.
Einer der Gründe für diese verbindungsähnlichen Risse besteht darin, daß der Formänderungswiderstand einer Legierung auf Nickelbasis hoch ist und die Legierung schwer zu bearbeiten ist. Daher scheint es zur Eliminierung von verbindungsähnlichen Rissen hilfreich zu sein, die Ausgangsmaterialien vor der Bearbeitung auf eine hohe Temperatur zu erhitzen, um deren Formänderungswiderstand zu verringern.
Wenn jedoch die Erhitzungstemperatur eines Barrens höher ist als die Soliduslinie der Nickellegierung, konzentrieren sich intermetallische Verbindungen entlang der Kristallkorngrenzen und ein Teil der Verbindungen kann in die flüssige Phase übertreten. Eine Verschlechterung in der Leichtigkeit der Rohrbildung und den Eigenschaften des Produkts ist unvermeidlich. Daher ist die Erhöhung der Erhitzungstemperatur eines schwer zu bearbeitenden Materials kein guter Weg, um die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu lösen. Weiterhin ist es unmöglich, die verbindungsähnlichen Defekte lediglich durch Erhitzen der Ausgangsmaterialien auf eine hohe Temperatur vollständig zu entfernen. Eine solche Vorgehensweise würde daher lediglich in einem Energieverlust resultieren.
Wie oben erwähnt, erfordern Spalten und Risse in der Oberfläche des Rohrs viele Stufen zu deren Beseitigung. Insbesondere ist es ziemlich schwierig und nahezu unmöglich, einen Spalt oder einen Riß von der Innenoberfläche eines Rohres zu entfernen, und wenn der Spalt oder der Riß nicht entfernt werden kann, hat das resultierende Rohr keinen Wert.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohrs, welches frei ist an irgendeiner wesentlichen Fluktuation der Wanddicke ohne das Auftreten von verbindungsähnlichen Rissen in der Legierungs-Plattierungsschicht, durch Warmstrangpressen eines kombinierten Barrens aus zwei verschiedenen Typen von Metallen, wobei der kombinierte Barren aus einer Kombination aus zwei Rohrrohlingen aus Schmiedemetall hergestellt ist oder wobei einer oder beide der Rohrrohlinge aus einer Pulverpackungsschicht hergestellt sind.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohrs, welches die obengenannten Defekte nicht aufweist, durch Warmstrangpressen eines kombinierten Barrens, bei dem eine Pulverpackungsschicht aus einer schwierig zu bearbeitenden Legierung, wie eine Legierung auf Nickelbasis, als innere oder äußere Hülle verwendet wird.
Nach einer Reihe von Experimenten und Herstellungsprozessen haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung herausgefunden, daß Fluktuationen in der Wanddicke eines plattierten Metallrohrs und verbindungsähnliche Defekte hauptsächlich durch einen Unterschied im Formänderungswiderstand von zwei Metallen während der Formänderung, jedoch nicht durch den Grad des Formänderungswiderstandes selbst, verursacht werden.
Beim Verfahren gemäß des Standes der Technik wird ein mit Bezugsziffer 3 in Fig. 1 bezeichneter, kombinierter Barren hergestellt, welcher insgesamt auf eine vorgegebene einheitliche Temperatur zu erhitzen ist, wie wenn ein Monometallbarren erhitzt wird.
Wie in Fig. 8 gezeigt, welche nachstehend detaillierter beschrieben wird, variiert der Formänderungswiderstand bei der gleichen Bearbeitungstemperatur unterhalb verschiedenen Typen von Metallen und Legierungen stark. Beispielsweise ist zu sehen, daß bei 1000ºC der Formänderungswiderstand von Alloy 625 viermal größer ist als derjenige von unlegiertem Stahl. Somit ist die Bildung von verbindungsähnlichen Defekten unvermeidlich, wenn ein kombinierter Barren aus zwei solchen unterschiedlichen Typen von Metallen bei der gleichen Temperatur erhitzt und dann ein Warmstrangpressen darauf angewandt wird.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben daher festgestellt, daß die Bearbeitungstemperatur der zu bearbeitenden Metalle in Abhängigkeit von deren Formänderungswiderstand variiert werden sollte.
Durch eine Reihe von Experimenten hat sich bestätigt, daß, wenn das Warmstrangpressen bei einem kombinierten Barren durchgeführt wird, welcher ein erstes Metall mit einem großen Formänderungswiderstand und ein zweites Metall mit einem kleineren Formänderungswiderstand umfaßt, wenn das erste Metall auf eine höhere Temperatur als das zweite erhitzt wird, Fluktuationen in der Dicke auf einen geringen Wert für jede Metallschicht reduziert werden, und die Bildung von verbindungsähnlichen Defekten und anderen Oberflächendefekten herabgesetzt ist. Wenn weiterhin der Barren lokal auf unterschiedliche Temperaturen erhitzt wird, werden verbindungsähnliche Defekte vollständig vermieden, wenn die Erhitzungstemperaturen so bestimmt werden, daß das Verhältnis des Formänderungswiderstandes für die zwei Typen von Metallen, welche den kombinierten Barren bilden, auf 2,5 oder weniger eingestellt wird.
Die DE-A-3 334 110 beschreibt ein Verfahren zum Plattieren von Rohren oder hohlen Abschnitten durch Pressen eines Rohrblocks aus Plattierungsmetall in eine Lücke, welche zwischen einem Grundmetall-Rohrblock und dem entsprechenden Teil des Preßwerkzeugs gebildet wird. Es wird vorgeschlagen, daß, wenn der Unterschied zwischen dem Formänderungswiderstand des gewöhnlicherweise plastischeren Plattierungsmetalls und dem Formänderungswiderstand des Grundmetalls nicht signifikant ist, das Plattierungsmetall auf eine höhere Temperatur erhitzt werden sollte. Dies steht im Gegenteil zu dem, was gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, indem bei der vorliegenden Erfindung das Metall mit einem höheren Formänderungswiderstand auf eine höhere Temperatur erhitzt wird.
Die vorliegende Erfindung beruht in einem Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohrs aus zwei unterschiedlichen Typen von Metallen mit unterschiedlichem Formänderungswiderstand. Das Verfahren umfaßt die Herstellung eines kombinierten Barrens, bei dem zwei Hohlrohre konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Rohre aus unterschiedlichen Metallen hergestellt sind, und die Anwendung des Warmstrangpressens auf den Barren, während die Erwärmungstemperatur des Rohrs so eingestellt wird, daß das Metall mit einem höheren Formänderungswiderstand auf eine höhere Temperatur erwärmt wird.
Der in dieser Beschreibung verwendete Ausdruck "Metall" bezieht sich nicht nur auf ein reines Metall oder eine Legierung, sondern ebenso auf ein Material, welches hauptsächlich Verbindungen, wie etwa intermetallische Verbindungen, Metallcarbide und Metallnitride, umfaßt.
Fig. 1 erläutert schematisch ein Fließdiagramm der Herstellung eines plattierten Metallrohres durch Warmstrangpressen;
Fig. 2 und Fig. 3 sind Schnittansichten eines kombinierten Barrens, bei dem entweder eines oder beide Grundrohre aus Pulverpackungsschichten hergestellt sind;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Barrens, welche schematisch die Deformation des Barrens während der Extrusion zeigt;
Fig. 5 ist eine Ansicht, welche das Ausmaß der plastischen Deformation erläutert;
Fig. 6 ist eine Ansicht, welche schematisch ein Verfahren zur Bestimmung der Beziehung zwischen Belastung und plastischer Deformation unter Hitzebedingungen veranschaulicht;
Fig. 7 ist ein Spannungs-Dehnungs-Diagramm, welches zur Berechnung des Formänderungswiderstandes verwendet wird;
Fig. 8 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Verformungstemperatur und dem Formänderungswiderstand für verschiedene Metalle zeigt;
Fig. 9 ist eine Schnittansicht eines bei einem Experiment verwendeten Barrens;
Fig. 10 ist ein Diagramm, welches die Testergebnisse zeigt, bei welchen die Effekte des Verhältnisses des Formänderungswiderstandes des Grundrohrmaterials und des Plattierungsrohrmaterials sowie die Verformungstemperatur hinsichtlich des Auftretens von verbindungsähnlichen Rissen bestimmt wurden;
Fig. 11, 12, 13 und 14 sind vertikale Schnittansichten von kombinierten Barren, welche in den Arbeitsbeispielen gemäß der Erfindung verwendet wurden; und
Fig. 15 ist eine teilweise Schnittansicht eines plattierten Metallrohrs, welche wellenförmige Fluktuationen in der Wanddicke und verbindungsähnliche Risse veranschaulicht.
Kombinierte Barren, welche beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, umfassen die folgenden drei Typen von Barren:
(1) ein Barren, bei dem beide der zwei Rohrrohlinge aus Schmiedemetallteilen durch mechanische Bearbeitung hergestellt werden (nachfolgend als Typ I-Barren bezeichnet);
(2) ein Barren, bei dem einer der Rohrrohlinge aus einem Schmiedemetall und der andere aus einer gepackten Metallpulverschicht hergestellt werden (nachfolgend als Typ II-Barren bezeichnet);
(3) ein Barren, bei dem beide der zwei Rohrrohlinge aus gepackten Metallpulverschichten hergestellt werden (nachfolgend als Typ III-Barren bezeichnet).
In Fig. 1 ist der Barren 3 ein Typ I-Barren. Rohrrohlinge 1 und 2 werden hergestellt durch Anwendung von Schmieden und mechanischer Bearbeitung auf Schmiedemetallteile zur Bildung von Hohlzylindern und danach konzentrisches Zusammenfügen der Hohlzylinder.
Fig. 2 veranschaulicht einen Typ II-Barren. Einer der Rohrrohlinge (in diesem Fall die Außenhülle 1) ist aus Schmiedemetallteilen hergestellt und der andere Rohrrohling (die Innenhülle 4) ist aus einer gepackten Metallpulverschicht hergestellt. Gewöhnlicherweise ist das Schmiedemetall ein unlegierter Stahl oder niedriglegierter Stahl und das gepackte Metallpulver ist aus einem teuren und schwierig zu bearbeitenden Material, wie einer Legierung auf Nickelbasis hergestellt. In Abhängigkeit der Verwendung des plattierten Rohres kann die gepackte Metallpulverschicht als Außenhülle dienen.
Fig. 3 zeigt einen Typ III-Barren. Der Barren umfaßt einen Außen- und einen Innenrohrrohling, welche aus gepackten Metallpulverschichten 4, 7 hergestellt sind, welche durch eine Wand 8 unterteilt sind. Die gepackten Metallpulverschichten werden hergestellt durch Anordnen eines dünnwandigen Metallrohrs, welches die Trennwand 8 darstellt, zwischen dünnwandigen Kapseln 5-1 und 5-2, und Packen der so gebildeten zwei ringförmigen Räume mit zwei unterschiedlichen Typen von Metallpulvern. Wie im einzelnen nachfolgend beschrieben, wird ein Wärmeisolations-Hüllrohr 9 auf der Innenseite der Innenkapsel des kombinierten Barrens vorgesehen, wie in Fig. 3 gezeigt.
Unter diesen kombinierten Barren ist der Typ II-Barren unter einem praktischen Gesichtspunkt der brauchbarste. Im Falle von nahtlosen Rohren zur Verwendung in Leitungsrohren wird die Außenhülle aus unlegiertem Stahl oder einem niedriglegierten Stahl, welcher eine ausreichende mechanische Festigkeit zeigt, hergestellt, und die Innenhülle, welche hoch korrosionsbeständig sein muß, wird vorzugsweise aus einer korrosionsbeständigen Legierung auf Nickelbasis hergestellt. Daher ist es vernünftig, daß der Grund-Rohrrohling unter Anwendung von Schmieden sowie mechanischer Bearbeitung aus einem Schmiedemetall hergestellt wird und daß die Plattierungsschicht aus einer gepackten Metallpulverschicht hergestellt werden sollte.
Im Falle eines Kesselrohres zur Verwendung bei der Rückgewinnung von Abwärme ist es erwünscht, daß die Außenhülle aus einer Plattierungsschicht aus einer Legierung auf Nickelbasis, welche hoch korrosionsbeständig ist, hergestellt wird. Die Anordnung eines kombinierten Barrens ist in diesem Falle unterschiedlich von der in Fig. 2 gezeigten, wobei die gepackte Metallpulverschicht auf der Außenoberfläche des aus Schmiedemetall hergestellten Grund-Rohrrohlings angeordnet wird.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf den Fall näher beschrieben, bei dem der kombinierte Barren, wie in Fig. 2 gezeigt eine Innenschicht aus einem Nickellegierungspulver umfaßt.
Wie bereits erwähnt, besteht eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung darin, daß ein Warmstrangpressen auf einen kombinierten Barren angewandt wird, welcher zwei verschiedene Typen von Metallen umfaßt, während jede der metallischen Komponenten des Barrens auf eine verschiedene Temperatur erwärmt wird. Im einzelnen wird ein aus einem Metall mit einem höheren Formänderungswiderstand hergestellter Rohrrohling auf eine höhere Temperatur erwärmt als der andere Rohrrohling, um den Unterschied des Formänderungswiderstandes während der Deformation zu verringern. Wenn zwei unterschiedliche Typen von Metallen verwendet werden und diese im Formänderungswiderstand sehr unterschiedlich sind, ist es erwünscht, die Erwärmungstemperatur für eines der Metalle zu bestimmen, so daß das Verhältnis der Formänderungswiderstände der zwei Metalle nicht mehr als 2,5, vorzugsweise nicht mehr als 2,3, beträgt.
Fig. 4 ist eine Schnittansicht eines Barrens, welche schematisch die Deformation des Barrens an der Preßform einer Warmstrangpreßvorrichtung während dem Warmstrangpressen eines kombinierten Barrens veranschaulicht. Ein in einem Behälter 10 enthaltener Barren 3 wird zwischen einem Dorn 11 und einer Preßform 12 deformiert, um ein Rohr 13 einer vorbestimmten Wanddicke zu ergeben. Die Form des Barrens, welcher der Deformation unter üblichen Bedingungen unterliegt, kann so betrachtet werden, daß sie aus drei Regionen I-III besteht. Region I ist eine Region, bei der der kombinierte Barren, welcher innerhalb der Extrusionsvorrichtung eingepaßt ist, sich zum Ausgang der Preßform bewegt, ohne einer Deformation unterzogen zu werden. Region II ist eine Region der plastischen Deformation, bei welcher der Barren sich in Richtung des Ausgangs der Preßform bewegt, während er einer einer plastischen Deformation, die hauptsächlich durch Scherung bewirkt wird, unterzogen wird. Region III ist eine Region, bei welcher der deformierte Barren zu einem Produkt, wie einem nahtlosen plattierten Rohr, verformt wird und die Preßform verläßt.
In der Region II ist der Formänderungswiderstand wichtig. Wenn bei der Herstellung eines plattierten Rohrs der Unterschied im Formänderungswiderstand der zwei unterschiedlichen Typen von Metallenin diesem Bereich groß ist, ändert sich die Dicke der Metallschicht mit dem größeren Formänderungswiderstand periodisch, wodurch häufig die Bildung von verbindungsähnlichen Rissen an dessen Oberfläche resultiert. Die in der vorliegenden Beschreibung erwähnte Region der Deformation während der Extrusion entspricht der Region II. Selbst wenn eine oder beide der Hüllen aus einer gepackten Metallpulverschicht hergestellt ist, wird die gepackte Schicht mittels Stauchen gründlich verdichtet, bevor der Vorderrand des kombinierten Barrens die Preßform passiert. Daher gibt es keinen Unterschied im Verhalten von jeweils der pulvergepackten Schicht und der Schmiedelegierungsschicht während der Deformation.
Der Formänderungswiderstand wird nachstehend näher erläutert. Diese Erläuterung ist gültig, egal ob der kombinierte Barren aus Schmiedemetallen hergestellt ist oder einer oder beide der Rohrrohlinge aus einer gepackten Metallpulverschicht hergestellt sind.
Faktoren, welche einen Einfluß auf den Formänderungswiderstand haben, umfassen die bleibende Verformung, die Verformungsgeschwindigkeit und die Verarbeitungstemperatur.
Fig. 5 ist eine erläuternde Darstellung für das, was mit bleibender Verformung gemeint ist.
Allgemein gesagt kann die bleibende Verformung eines Prüfkörpers 14 nach der Deformation durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
&epsi; = lnl/lo
worin lo die Länge des Prüfkörpers 14 vor der Deformation und l die Länge des Prüfkörpers 14' nach der Deformation ist.
Wenn das Rohr aus einem Barren durch Extrusion bzw. Strangpressen hergestellt wird, kann die bleibende Verformung durch die folgende Formel ausgedrückt werden:
&epsi; = lnl/lo = lnγ
worin lo die Länge des Barrens vor der Extrusion ist, 1 die Länge des Rohrprodukts ist und γ das Extrusionsverhältnis ist.
Bei der Herstellung eines Metallrohrs unter üblichen Warmstrangpreßbedingungen liegt das Extrusionsverhältnis γ im Bereich von 4-30. Daher liegt die bleibende Verformung während der Extrusion meistens im Bereich von 1,4-3,4.
Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Verformungsgeschwindigkeit (&epsi;), welches die bleibende Verformung pro Zelteinheit ist und welche durch die folgende Formel ausgedrückt werden kann:
(&epsi;) = &epsi;/lo/v = v/lolnγ
worin v die Extrusionsgeschwindigkeit (mm/s) und lo die Länge des Barrens (mm) ist.
Bei der Herstellung eines Metallrohrs unter üblichen Warmstrangpreßbedingungen beträgt die Länge des Barrens (lo) 500-1200 mm und die Extrusionsgeschwindigkeit 100-400 mm/s. Daher liegt die Geschwindigkeit der bleibenden Verformung (&epsi;) meistens im Bereich von 0,1-3,0 s&supmin;¹.
Je höher die Verarbeitungstemperatur, das heißt die Temperatur des Materials, welches verarbeitet wird, ist, desto geringer ist allgemein der Formänderungswiderstand. Die Verarbeitungstemperatur ist die Temperatur in der Region II gemäß Fig. 4. Während der tatsächlichen Herstellung ist es schwierig, die Temperatur in der Region II festzulegen. Jedoch ist es ziemlich leicht, die Temperatur in der Region II auf Grundlage der Temperatur des Barrens am Einlaß des Behälters 10 abzuschätzen. Der Behälter 10 und der Dorn 11 werden nämlich gewöhnlicherweise vor der Extrusion auf etwa 100-300ºC vorerwärmt. Bei der Extrusion wird der heiße Barren 3 durch den Behälter 10 und den Dorn 11 gekühlt, wobei geschätzt wird, daß ein Temperaturabfall von etwa 50ºC stattfindet, bis der Barren 3 den Deformationsbereich, das heißt Region II, erreicht.
Der Formänderungswiderstand kann wie folgt bestimmt werden.
Fig. 6 veranschaulicht eine Vorrichtung zur Durchführung einer Kompressionsprüfung bei einer gegebenen Temperatur, um Deformationen und Belastungen zu bestimmen. In Fig. 6 wird ein Prüfkörper 14, welcher durch eine Induktionsspule 15 erwärmt worden ist, der Deformation durch eine Presse 16 unterzogen. Fig. 7 zeigt ein Diagramm der Spannungs-Dehnungs-Beziehung für den Prüfkörper 14, welches durch das in Fig. 6 gezeigte Experiment erhalten wurde.
Daher wird zuerst bei vorgeschriebenen Temperaturen eine Kompressionsprüfung durchgeführt unter Anwendung einer Verformung bzw. Dehnung von bis zu 1,0 bei einer gegebenen Verformungsgeschwindigkeit, um eine Spannungs-Dehnungs-Kurve zu erhalten. Der Formänderungswiderstand wird dann erhalten durch Dividieren der Gesamtfläche unterhalb der Spannungs-Dehnungs-Kurve, das heißt des gestrichelten Bereichs in Fig. 7, durch die endgültige Verformung, um den durchschnittlichen Formänderungswiderstand zu bestimmen. Dieser Wert wird als "Formänderungswiderstand" bezeichnet. Die Verformungsgeschwindigkeit kann auf Basis der Zeit bestimmt werden, welche erforderlich ist, bis die Verformung 1,0 erreicht.
Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem Formänderungswiderstand, welcher in der vorgenannten Weise bestimmt wird, und der Verarbeitungstemperatur für unlegierten Stahl (JIS STKM 19), nichtrostenden Stahl (JIS SUS-304), Legierungen auf Nickelbasis (Alloy 825, Alloy 625, C276) und eine Legierung auf Kobaltbasis (Stellite #1). Die chemische Zusammensetzung ist jeweils in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 (Gew.-%) Legierung Andere Stellite Unlegierter Stahr Rest
Wie in Fig. 8 gezeigt, war der Formänderungswiderstand der Legierungen auf Nickelbasis und der Legierung auf Kobaltbasis extrem hoch im Vergleich mit demjenigen des unlegierten Stahls und nichtrostenden Stahls. Dies bedeutet, daß Legierungen auf Nickel- und Kobaltbasis selbst bei hohen Temperaturen schwer zu bearbeiten sind. Wenn beispielsweise die Verarbeitungstemperatur während der Deformation, das heißt die Barrentemperatur in der Region II in Fig. 4, 1100ºC beträgt, beträgt der Formänderungswiderstand 92 N/mm² (9,4 kgf/mm²) für unlegierten Stahl und 14,0 kgf/mm² für SUS 304. Daher beträgt das Verhältnis des Formänderungswiderstandes dieser zwei Metalle etwa 1 ,5. Andererseits beträgt der Formänderungswiderstand einer Legierung auf Nickelbasis (Alloy 825) 270 N/mm² (27,5 kgf/mm²) bei 1100ºC und das Verhältnis des Formänderungswiderstandes von Alloy 825 zu demjenigen des nichtlegierten Stahls beträgt etwa 2,9.
Eine der Hauptursachen der Bildung von Rissen in der Plattierungsschicht bei der Herstellung von plattierten Rohren aus unlegiertem Stahl und einer Legierung auf Nickelbasis,jedoch nicht bei der Herstellung eines plattierten Rohrs aus unlegiertem Stahl und nichtrostendem Stahl, besteht darin, daß das Formänderungswiderstandsverhältnis für den ersteren Rohrtyp höher ist als für den letzteren. Da daher das Formänderungswiderstandsverhältnis des Plattierungsmaterials (einer Legierung auf Nickelbasis) zu dem Formänderungswiderstand des Grundmaterials (unlegierter Stahl) hoch ist, ist der Materialfluß während der Deformation für die zwei Materialien völlig unterschiedlich. Als Ergebnis fließt zunächst die Schicht des Materials mit niedrigerem Formänderungswiderstand bevorzugt vor derjenigen mit einem höheren Formänderungswiderstand. Danach folgt ein plastisches Fließen des Materials mit einem hohen Formänderungswiderstand, da das Material gezwungen wird, mit einer Zunahme des Extrusionsdrucks sich in Richtung der Extrusions-Preßform zu bewegen, was das plastische Strömen des Materials mit geringerem Formänderungswiderstand stören wird. Die Deformation der zwei unterschiedlichen Typen tritt alternierend auf, wodurch eine periodische Änderung der Wanddicke der Plattierungsschicht während der Deformation resultiert. Weiterhin besitzt die Legierung auf Nickelbasis einen hohen Formänderungswiderstand und ist schwierig zu bearbeiten. Letztendlich treten daher verbindungsähnliche Risse in der Plattierungsschicht, das heißt der Legierungsschicht auf Nickelbasis auf.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben eine Reihe von Experimenten durchgeführt, wobei die Hauptursache dieses Typs der wellenförmigen Fluktuation in der Wanddicke einer Plattierungsschicht und die Bildung von verbindungsähnlichen Rissen herausgefunden wurde. Es haben sich kritische Bedingungen zur Verhinderung solcher Defekte auf der Oberfläche der Plattierungsschicht herausgestellt.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht eines kombinierten Barrens, welcher bei dem oben beschriebenen Experiment verwendet wurde. Wie gezeigt, wurden ein Rohrrohling 1 aus geschmiedetem unlegiertem Stahl (Grundschicht) mit einer in Tabelle 1 gezeigten chemischen Zusammensetzung (JIS STKM 19) und eine dünnwandige Kapsel 5 aus weichem Stahl konzentrisch angeordnet. Die Bodenenden des Rohrrohlings 1 und der Kapsel 5 wurden mittels einer Abschlußplatte 6-2 verschlossen. Ein Pulver aus einer Legierung auf Nickelbasis mit der in Tabelle 1 gezeigten chemischen Zusammensetzung als Alloy 625 wurde in den ringförmigen Raum zwischen dem Rohrrohling 1 und der Kapsel 5 gegossen. Die oberen Enden des Rohrrohlings 1 und der Kapsel 5 wurden durch eine Abschlußplatte 6-1 verschlossen, um einen kombinierten Barren mit Mehrfachschichten vorzusehen. Ein Wärmeisolations-Hüllrohr 9 wurde verwendet, um die Legierungspulverschicht 4 auf Nickelbasis bei einer hohen Temperatur zu halten.
Es wurde eine Vielzahl solcher Barren hergestellt. Jeder Barren wurde nacheinander unter einer der folgenden Bedingungen erwärmt und dann warmstranggepreßt.

(1) Barren I:

Dieser Barren wurde durch und durch gleichmäßig erwärmt. Das heißt, die Verarbeitungstemperatur war für das Grundrohr 1 und die Pulverpackungsschicht 4 die gleiche.

(2) Barren II:

In diesem Fall wurde die Pulverpackungsschicht 4 auf eine höhere Temperatur als das Grundrohr 1 erwärmt, so daß die Verarbeitungstemperatur der ersteren etwa 50ºC höher war als diejenige des Rohrrohlings 1.

(3) Barren III:

Dieser Barren wurde so erwärmt, daß die Verarbeitungstemperatur der Pulverpackungsschicht 9 etwa 100ºC höher war als diejenige des Rohrrohlings 1.
Wenn zwischen der Pulverpackungsschicht und dem Grundrohr ein Temperaturunterschied eingestellt wird, tritt ein Temperaturgradient von der Innenseite des Barrens (bei hohen Temperaturen) in Richtung der Außenseite des Barrens (bei niedrigen Temperaturen) auf. Der hierin verwendete Ausdruck "Temperaturunterschied" bedeutet, daß die Temperatur zwischen der Mitte der Wanddicke der Pulverpackungsschicht und der Mitte der Wanddicke des Rohrrohlings differiert Weiterhin ist die Verarbeitungstemperatur die Temperatur des Barrens an einer Stelle unmittelbar stromaufwärts der Extrusions-Preßform, das heißt die Temperatur im Deformationsbereich (Region II).
Die Verarbeitungstemperatur wurde wie folgt bestimmt.
Zunächst wurden die Temperaturen in jedem der Abschnitte des erwärmten Barrens durch Verwendung eines in dem Barren eingebetteten Thermoelements kurz vor Einführung des Barrens in den Behälter bestimmt. Dann wurde der Temperaturabfall aufgrund der durch den Behälter und den Dorn (jeweils auf etwa 100-300ºC vorerwärmt) absorbierten Wärme berechnet und von der Ausgangstemperaturtur patu subtrahiert. Wie bereits erwähnt, betrug der Temperaturabfall hierbei etwa 50ºC.
Tabelle 2 faßt die Ergebnisse der vorgenannten Prüfungen zusammen, einschließlich den Verarbeitungstemperaturen des Rohrrohlings und der Pulverpackungsschicht und den Verhältnissen des Formänderungswiderstandes für jede Kombination von Materialien. Tabelle 2 Verarbeitungstemperatur des Rohrrohlings Verarbeitungstemperatur der Pulververpackungsschicht
In Tabelle 2 zeigt das Symbol "*" den Fall, bei dem das stranggepreßte Rohr keine verbindungsähnlichen Defekte aufwies.
Fig. 10 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen der Bildung von verbindungsähnlichen Defekten und der Temperatur der Pulverpackungsschicht, dem Unterschied zwischen den Verarbeitungstemperaturen des Rohrrohlings und der Pulverpackungsschicht und das Verhältnis des Formänderungswiderstandes des Pulverpackungsschicht gegenüber dem des Rohrrohlings zeigt. In dem Diagramm zeigt das Symbol "O" den Fall, bei dem die Wanddicke der Plattierungsschicht sich In keinem wesentlichen Ausmaß änderte und keine Rißbildung auftrat. Das Symbol "Δ" zeigt den Fall, bei dem geringe Änderungen in der Wanddicke sowie leichte Rißbildungen, welche durch zusätzliche Behandlung leicht entfernt werden konnten, auftraten. Das Symbol "O" zeigt den Fall, bei dem ernsthafte Defekte, wie etwa Rißbildung, auftraten, welche nicht wiederhergestellt werden konnten.
Wenn der Temperaturunterschied zwischen dem Rohrrohling und der Pulverpackungsschicht Null war, das heißt, der Barren gleichmäßig erhitzt worden ist, wie durch Kurve der Fig. 10 gezeigt, traten verbindungsähnliche Defekte in der Legierungsschicht auf Nickelbasis, das heißt der Plattierungsschicht bei einer Verarbeitungstemperatur von sowohl 1100ºC als auch 1200ºC auf. Wenn die Verarbeitungstemperatur etwa 1200ºC beträgt, wird angenommen, daß die Erwärmungstemperatur des Barrens 1250ºC beträgt und die Legierung auf Nickelbasis bis zu ihrer Soliduslinie erwärmt worden ist. Daher war in diesem Fall die Rißbildung hauptsächlich durch eine Verringerung der Duktilität aufgrund der teilweisen Bildung einer Flüssigphase bedingt, und war nicht auf das Verhältnis des Formänderungswiderstandes zurückzuführen, welcher 2,3 betrug, wie in Tabelle 2 gezeigt.
Dazu gegensätzlich, wie durch Kurve der Fig. 10 gezeigt, traten, wenn die Verarbeitungstemperatur der Pulverpackungsschicht um 50ºC über diejenige des Rohrrohlings erhöht wurde, verbindungsähnliche Defekte bei einer Verarbeitungstemperatur von etwa 1050ºC auf (die Verarbeitungstemperatur des Rohrrohlings betrug etwa 1000ºC). Wenn jedoch die Verarbeitungstemperatur etwa 1150ºC betrug, kam es zu keinen wesentlichen verbindungsähnlichen Defekten und es konnte eine stabile Herstellung des plattierten Rohrs durchgeführt werden. Der Grund, warum verbindungsähnliche Defekte bei einer Verarbeitungstemperatur von etwa 1050ºC für den Rohrrohling auftraten, besteht darin, daß der Formänderungswiderstand der Pulverpackungsschicht etwa dreimal so hoch war wie derjenige des Rohrrohlings. Wenn die Verarbeitungstemperatur der Legierungsschicht auf Nickelbasis etwa 1150ºC betrug, war der Formänderungswiderstand etwa 213 N/mm² (21,7 kgf/mm²) für Alloy 625, wie in Fig. 8 angegeben. Wenn andererseits die Verarbeitungstemperatur der unlegierten Stahlschicht etwa 1100ºC betrug und etwa 50ºC niedriger war als diejenige der Nickel-Pulverpackungsschicht, betrug der Formänderungswiderstand etwa 9,4 kgf/mm², wie in Fig. 8 gezeigt. Das Formänderungswiderstandsverhältnis verringerte sich somit auf etwa 2,3. Dies ist der Grund, weshalb keine verbindungsähnlichen Defekte auftraten.
Wie durch Kurve der Fig. 10 gezeigt, traten, wenn die Verarbeitungstemperatur der Pulverpackungsschicht 100ºC höher war als diejenige des Rohrrohlings, verbindungsähnliche Defekte nicht auf, selbst bei einer Verarbeitungstemperatur von 1100ºC, und bei einer Verarbeitungstemperatur von etwa 1150ºC kam es zu keinen wesentlichen verbindungsähnlichen Defekten, so daß ein stabiles Strangpressen des plattierten Rohrs durchgeführt werden konnte. In diesem Fall betrug das Verhältnis des Formänderungswiderstandes der Pulverpackungsschicht zu demjenigen des Grundrohrs etwa 2,3 bzw. 2,1.
In dem durch das Symbol "Δ" in Fig. 10 gezeigten Fall gab es eine geringe Fluktuation in der Wanddicke sowie die Bildung verbindungsähnlicher Defekte, welche wiederherstellbar waren. Das Verhältnis des Formänderungswiderstandes betrug 2,3-2,5.
Die obigen Experimente wurden für weitere Kombinationen aus dem Rohrrohling und der Pulverpackungsschicht durch Variieren der Metalltypen wiederholt. Es wurde bestätigt, daß, solange das Warmstrangpressen bei einem Barren angewandt wird, bei dem die Temperatur der Rohrrohlingsschicht, welche einen höheren Formänderungswiderstand besitzt (dies ist gewöhnlicherweise die Plattierungsschicht) so eingestellt wird, daß sie höher ist als die Temperatur des anderen Rohrrohlings, die Fluktuation in der Wanddicke der Plattierungsschicht und die Bildung von verbindungsähnlichen Defekten verringert und manchmal erfolgreich verhindert werden können, selbst wenn das Metall ein Schmiedemetall oder eine Pulververpackungsschicht ist.
Hinsichtlich des Temperaturunterschieds ist es bevorzugt, daß die Temperatur einer der Schichten des Barrens, welche einen höheren Formänderungswiderstand aufweist, um 50ºC oder mehr über die Temperatur der anderen Schicht erhöht wird. Obwohl die spezielle Temperaturdifferenz von der besonderen Kombination der Metalle abhängt, ist ein Temperaturunterschied von mindestens 50ºC erforderlich.
Der Zweck der Errichtung eines solchen Temperaturunterschieds besteht darin, das Verhältnis des Formänderungswiderstandes der zwei Metalle während dem Strangpressen so einzustellen, daß es 2,5 oder weniger und vorzugsweise 2,3 oder weniger beträgt.
Wie aus Tabelle 2 und Fig. 10 ersichtlich ist, kann, solange das Verhältnis des Formänderungswiderstandes der zwei Metalle auf 2,5 oder weniger eingestellt wird, die Bildung verbindungsähnlicher Defekte erfolgreich verhindert werden, vorausgesetzt, es kommt zu keiner Bildung eine Flüssigphase. Wenn andere Defekten in einem gewissen Ausmaß gebildet werden, sind diese gering. Wenn weiterhin das Verhältnis auf 2,3 oder weniger eingestellt wird, können die verbindungsähnlichen Defekte nahezuvollständig vermieden werden und Fluktuationen in der Wanddicke der Plattierungsschicht sowie der Grund-Basisschicht können auf einen extrem geringen Wert reduziert werden.
Wie aus den in Fig. 8 gezeigten Ergebnissen ersichtlich ist, besteht eine allgemeine Tendenz, daß je höher die Verarbeitungstemperatur, desto geringer ist der Unterschied im Formänderungswiderstand. Wenn somit die Erwärmungstemperatur für den kombinierten Barren ansteigt, verringert sich rasch der Formänderungswiderstand von Legierungen auf Nickelbasis und Kobaltbasis, ebenso verringert sich das Verhältnis des Formänderungswiderstandes der Legierung auf Nickel- oder Kobaltbasis zu demjenigen des unlegierten Stahls. Wenn jedoch die Temperatur übermäßig erhöht wird, das heißt über die Soliduslinie des Metalls mit niedrigerem Schmelzpunkt hinaus, tritt eine Flüssigphase auf, welche in den vorgenannten Defekten resultiert. Weiterhin erfordert die Erhöhung der Temperatur zusätzliche Wärme, so daß eine Zunahme der Energiekosten und Zunderverlust des Barrens unvermeidlich sein werden. Häufig kommt es ebenso zu einem Abbau der Materialeigenschaften des plattierten Rohrprodukts sowie einem merklichen Schaden der Strangpreßform.
Daher ist es erwünscht, daß der Rohrrohling des Metalls mit geringerem Formänderungswiderstand bei einer so niedrig wie möglichen Temperatur gehalten und der andere Rohrrohling mit höherem Formänderungswiderstand bei einer höheren Temperatur als der erste Rohrrohling gehalten werden. In diesem Zusammenhang erfolgt eine weitere Erläuterung des Formänderungswiderstandes unter Bezugnahme auf Fig. 8. in dem Fall, bei dem beispielsweise unlegierter Stahl auf 1100ºC und Alloy 625 auf 1150ºC; erwärmt werden, beträgt der Formänderungswiderstand der zwei Metalle 92 N/mm² (9,4 kgf/mm²) beziehungsweise 213 N/mm² (21,7 kgf/mm²) und das Formänderungswiderstandsverhältnis beträgt 2,3. Solche thermischen Bedingungen sollten daher in dem Barren vor dem Strangpressen erzielt werden.
Im Falle der Kombination von unlegiertem Stahl oder niedrig legiertem Stahl mit Legierungen auf Nickelbasis kann das Formänderungswiderstandsverhältnis auf 2,3 oder weniger eingestellt werden, indem die Temperatur der Legierungsschicht auf Nickelbasis im Zentrum der Wanddicke so eingestellt wird, daß sie etwa 50ºC oder mehr über der Temperatur des unlegierten Stahls oder niedrig legierten Stahlschicht im Zentrum der Wanddicke liegt.
Es ist vorteilhaft, einen solchen Temperaturunterschied selbst für eine Kombination von Metallen vorzusehen, welche ein Formänderungswiderstandsverhältnis von 2,5 oder weniger oder 2,3 oder weniger bei der Strangpreßtemperatur aufweisen. Je niedriger nämlich die Verarbeitungstemperatur ist, desto mehr werden die Eigenschaften des plattierten Rohrprodukts aufgrund der Bildung einer bevorzugten metallographischen Struktur verbessert. Wenn daher zwei Typen von Metallen, welche beide ein Formänderungswiderstandsverhältnis von 2,3 oder weniger aufweisen, zum Zusammenfügen eines Barrens verwendet werden, wäre es ratsam, einen Temperaturunterschied zwischen den Metallen einzustellen, so daß die Rohrbildung bei einer niedrigeren Temperatur durchgeführt werden kann, wodurch die Produkteigenschaften weiter verbessert und die Erhitzungsenergie verringert werden können.
Weiterhin ist es möglich, die Fluktuation in der Wanddicke durch Erzeugung eines Temperaturunterschieds zwischen den zwei Typen von Metallen, welche einen Strangpreß-Barren bilden, umso den Unterschied des Formänderungswiderstandes so gering wie möglich zu machen, stark zu verringern. Beispielweise beträgt bei 1100ºC das Verhältnis des Formänderungswiderstandes von Alloy 825 zu demjenigen des unlegierten Stahls 2,3, und es treten keine verbindungsähnlichen Defekte auf, selbst wenn die Deformation für beide Metalle bei der gleichen Temperatur durchgeführt wird, d. h. wenn kein Temperaturunterschied auf die zwei Typen von Metallen angewandt wird. Wenn jedoch die Alloy 825-Schicht auf eine höhere Temperatur erwärmt wird, um deren Formänderungswiderstand bis herab zu demjenigen von unlegiertem Stahl zu verringen, kann ein plattiertes Metallrohr hergestellt werden, welches verbesserte Eigenschaften besitzt und welches vollständig frei ist an Fluktuationen der Wanddicke.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren kann auf ein Verfahren zur Herstellung von Rohren angewandt werden, welches das Zusammenfügen eines kombinierten Barrens aus zwei Rohrrohlingen, die jeweils aus unterschiedlichen Typen von Schmiedemetallen hergestellt sind, und das Warmstrangpressen des kombinierten Barrens nach dem Erwärmen umfaßt. Wie beispielwiese in Fig. 1 gezeigt, sind die Rohrrohlinge 1 und 2 aus unlegiertem Stahl bzw. schwer zu bearbeitenden Materialen, wie Legierungen auf Nickelbasis, Legierungen auf Kobaltbasis, Legierungen aus Titan oder Legierungen auf Titanbasis, zusammengesetzten Materialien, welche hauptsächlich intermetallische Verbindungen umfassen, und Carbiden und Nitriden von Metallen, welche einen höheren Formänderungswiderstand als unlegierter Stahl aufweisen, hergestellt. Der kombinierte Barren 3 wird hergestellt durch konzentrisches Kombinieren dieser zwei Rohrrohlinge 1 und 2. Vor dem Durchführen des Warmstrangpressens wird der Rohrrohling, welcher aus dem schwer zu bearbeitbaren Material hergestellt ist, auf eine Temperatur erwärmt, welche mindestens 50ºC höher ist als die Temperatur der unlegierten Stahlschicht. Daher können Fluktuationen in der Wanddicke der schwer zu bearbeitbaren Materialschicht (gewöhnlicherweise die Plattierungsschicht) sowie verbindungsähnliche Risse erfolgreich unterdrückt werden.
Einige Beispiele praktischer Verfahren für das Vorsehen des Temperaturunterschiedes zwischen den zwei Typen von Metallen, welche einen kombinierten Barren bilden, sind wie folgt:
i) Durch Einstellen der Frequenz einer Hochfrequenz-Induktionsheizung, so daß die schwer zubearbeitende Metallschicht auf eine höhere Temperatur als die leicht zu bearbeitende Metallschicht erwärmt wird.
ii) Durch Einstellen der Heizrichtung von Gasbrennern in einem gasbeheizten Ofen, so daß die schwer zu bearbeitende Metallschicht auf eine höhere Temperatur als die leicht zu bearbeitende Metallschicht erwärmt werden kann.
iii) Nach dem gleichmäßigen Erwärmen eines kombinierten Barrens in einem Hochfrequenz-Induktionsofen, einem gasbeheizten Ofen, einem elektrischen Ofen etc., wird die leicht zu bearbeitende Metallschicht mit einem geringeren Formänderungswiderstand auf eine niedrigere Temperatur als diejenige der schwer zu bearbeitenden Metallschicht gekühlt. Die Kühlung kann beispielsweise durch Sprühen eines Kühlmediums, wie Wasser, Inertgas, Luft etc., gegen die Oberfläche der leicht zu bearbeitenden Metallschicht durchgeführt werden.
Um die Wirkung der oben erwähnten Verfahren zu ergänzen, kann ein Wärmeisolations-Hüllrohr 9, wie in Fig. 3 und 9 gezeigt, verwendet werden. Dies deshalb, da der erwärmte Barren während dem Strangpressen beim Kontakt eines Dorns mit der Innenoberfläche des erwärmten Barrens abgekühlt wird. Wenn daher die Pulverpackungsschicht auf eine höhere Temperatur als die des Grund- Rohrrohlings 1 erwärmt wird, würde der Temperaturunterschied im Bereich der Deformation verschwinden. Ein Wärmeisolations-Hüllrohr ist wirksam zur Beibehaltung des Temperaturunterschieds. Es ist ebenso wirksam, einen Temperaturabfall der Pulverpackungsschicht zu unterdrücken, um so die Bildung von durch den Temperaturabfall bedingten Defekten zu vermeiden. Wenn die Pulverpackungsschicht auf die Außenseite des kombinierten Barrens plaziert wird, wird natürlich das Hüllrohr 9 ebenso auf der Außenseite der Pulverpackungsschicht plaziert.
Das Warmisolations-Hüllrohr 9 kann eine doppel- oder mehrwandige Struktur, welche aus zwei oder mehreren Metall(unlegierter Stahl)-Blechen hergestellt ist, aufweisen. Vorzugsweise ist ein Material mit einem geringen Wärmeübertragungskoeffizient zwischen diesen Blechen vorgesehen.
Das Wärmeisolations-Hüllrohr kann in Form eines Rohrs mit zwei oder mehreren Wänden, zwischen denen ein Wärmeisolationsmaterial angeordnet ist, vorliegen. Einige Beispiele des Wärmeisolationsmaterials sind Metalloxide, wie etwa Oxide von Eisen, Titan, Silicium oder Aluminium, Metallnitride und Mischungen davon. Nichtmetallische Wärmeisolationsmaterialien, wie etwa Ziegel, können ebenso verwendet werden. Das Wärmeisolationsmaterial kann zwischen den Wänden in Form eines Pulvers gepackt werden, oder es kann in Form einer Schicht, welche chemisch oder mechanisch an den Oberflächen der Wände gebunden ist, vorliegen.
Gemäß einem Beispiel der Erfindung wird ein Wärmeisolationsrohr aus einem niedriglegierten Stahlrohr hergestellt. Ein hauptsächlich Eisenoxid umfassendes Wärmeisolationsmaterial wird auf der äußeren Oberfläche des Rohrs vorgesehen, und das Rohr wird dann in ein zweites Rohr aus niedriglegiertem Stahl mit einem größeren Durchmesser eingesetzt. Die resultierende Anordnung wird einem leichten Ziehen unterzogen, um ein doppelwandiges Stahlrohr, welches als Wärmeisolations- Hüllrohr verwendet werden kann, zu erzeugen.
Um den Temperaturunterschied zwischen jeder der Schichten, welche einen kombinierten Barren bilden, zu regulieren, ist es notwendig, vorausgehend die Beziehung zwischen der Erwärmungstemperatur und der Verarbeitungstemperatur während dem Strangpressen für jede von verschiedenen Größen von Barren durch Ausführung von Versuchserwärmungen zu bestimmen. Die Temperatur kann unter Verwendung eines Thermoelements, welches in jeder der Schichten in der Mitte der Wanddicke eingebettet worden ist, bestimmt werden. Auf Grundlage einer solchen vorausgehend bestimmten Beziehung zwischen der Erwärmungstemperatur und der Verarbeitungstemperatur kann ein erwünschter Temperaturunterschied zwischen den jeweiligen Schichten des Barrens durch einfaches Regulieren der Erwärmungstemperatur des Barrens eingestellt werden.
Wie bereits erwähnt, es ist erwünscht, den Temperaturunterschied auf 50ºC oder mehr einzustellen. Ein solcher Temperaturunterschied kann durch Regulieren des Temperaturunterschieds entweder bei der Barren-Erwärmungsstufe am Eingang für einen Barren unmittelbar vor dem Behälter einer Strangpreßvorrichtung oder in dem oben erwähnten Deformationsbereich erhalten werden. Idealerweise sollte der Temperaturunterschied durch Regulieren der Temperaturen im Deformationsbereich erhalten werden. Es ist jedoch ziemlich schwierig, dies während der tatsächlichen Herstellung auszuführen. Da ein Temperaturunterschied von 50ºC oder mehr am Einlaß des Behälters selbst im Deformationsbereich beibehalten wird, ist es jedoch zweckmäßig, den Temperaturunterschied am Einlaß des Behälters zu regulieren.
Die Erwärmungstemperatur sollte unter Berücksichtigung der Art des Metalls, des Temperaturabfalls, bevor das Metall den Deformationsbereich erreicht und anderen Faktoren bestimmt werden. Beispielsweise liegt im Falle von Legierungen auf Nickelbasis die Erwärmungstemperatur vorzugsweise im Bereich von 1000-1250ºC, und die damit zu kombinierende Schicht aus unlegiertem Stahl wird auf eine mindestens 50ºC niedrigere Temperatur als diejenige der Legierung auf Nickelbasis erwärmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist unter industriellen Gesichtspunkten vorteilhafter, wenn mindestens eine der Schichten, welche einen kombinierten Barren bilden, eine Pulverpackungsschicht umfaßt. In diesem Fall ist es erwünscht, auf den zusammengefügten Barren vor dessen Erwärmung eine CIP (isostatische Kaltpressung) anzuwenden, um so die Pulverpackungsschicht weiter zu verdichten.
Üblicherweise wird ein Metallpulver in einen kreisförmigen Raum zwischen einem Rohrrohling und einer Kapsel gegossen. Selbst wenn jedoch das Gießen unter Vibration des Raums durchgeführt wird, ist die scheinbare Dichte der gepackten Schicht höchstens 70% bezüglich der wahren Dichte. Dies bedeutet, daß die Verringerung der Dicke während dem Strangpressen groß ist, was in einem häufigen Auftreten großer Fluktuationen in der Wanddicke der Plattierungsschicht resultiert. Ein geringer Grad an Ungleichmäßigkeit der Temperatur in der Pulverpackungsschicht erhöht weiterhin die Fluktuation in der Wanddicke. Wenn weiterhin eine starke Schrumpfung der Pulverpackungsschicht während dem Strangpressen auftritt, kann ein dünnwandiges Metallrohr, welches die Pulverpackungsschicht umgibt, unter Ausbildung von Falten, welche Ausgangspunkte für verbindungsähnliche Defekte sind, einknicken.
Durch CIP-Anwendung wird die scheinbare Dichte der Pulverpackungsschicht auf etwa 80% der wahren Dichte erhöht. In diesem Fall können die vorgenannten Nachteile, welche durch eine geringe scheinbare Dichte verursacht werden, erfolgreich mit einer verbesserten Produktausbeute verhindert werden. Weiterhin werden die Produkt- und Barrenausgestaltungen vereinfacht.
Ein weiterer Vorteil der CIP-Anwendung besteht darin, daß die Wirksamkeit der Induktionsheizung aufgrund der hohen Dichte der Pulverschicht erhöht ist. Wenn in der Pulverpackungsschicht viele Poren vorhanden sind, besitzt sie einen hohen elektrischen Widerstand und eine geringe thermische Leitfähigkeit. Daher ist während dem Induktionsheizen die Wärmeerzeugung pro eingesetzter Energieeinheit gering. Die Erhöhung der Dichte der Pulverpackungsschicht durch CIP behebt dieses Problem. Insbesondere bei Anwendung der Induktionsheizung zur Erwärmung der Pulverpackungsschicht auf eine höhere Temperatur als üblich kann die Energieeffizienz verbessert und eine Verkürzung des Erwärmens mit einer Zunahme der Produktivität erzielt werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, kann der Barren zwei Pulverpackungsschichten umfassen, welche aus verschiedenen Typen von Metallen bestehen. Metallpulver, welche bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden vorzugsweise durch ein Gasatomisierungsverfahren hergestellt, da durch Gasatomisierung erhaltene Teilchen rund und ebenso dicht gepackt sind. Im Hinblick auf die Produkteigenschaften ist es bevorzugt, Teilchen mit einem geringen Gehalt an gasförmigen Komponenten, wie etwa Sauerstoff, zu verwenden.
Wie oben erwähnt, besitzt ein nahtloses Rohr mit einer Grundschicht aus unlegiertem Stahl oder niedriglegiertem Stahl und einer Plattierungsschicht aus einer Legierung auf Nickelbasis eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Leitungsrohren für Öl, Boilerrohre und Leitungen zur Verwendung in chemischen Anlagen mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Verbindung mit einigen Arbeitsbeispielen zur Herstellung eines solchen plattierten Metallrohrs näher beschrieben.

Beispiel 1

(I) Wie in Fig. 11 gezeigt, wurde ein hohlzylindrischer Rohrrohling aus geschmiedetem, unlegierten Stahl (0,08% C - 0,35% Si - 1,5% Mn - Fe) mit einem Außendurchmesser von 208 mm und einem Innendurchmesser von 150 mm hergestellt. Eine Kapsel 5 aus unlegiertem Stahl (C: 0,004%) mit einem Innendurchmesser von 77,3 mm und 3 mm Wanddicke wurde konzentrisch innerhalb des Grundrohrrohlings 1 angeordnet. Die unteren Enden des Rohrrohlings 1 und der Kapsel 5 wurden mit einer aus einem Material entsprechend JIS 5541 hergestellten Abschlußplatte 6-2 verschlossen. Die Abmessung der Kapsel 5 war so ausgelegt, um Toleranzen aufzuweisen für die Kompensation einer nach außen gerichteten Expansion, welche während dem isostatischen Kaltpressen, das später beschrieben wird, auftraten.
Ein Pulver aus Alloy 625 (21% Cr - 8% Mo - 3,4% Nb - 62% Ni - 4% Fe), welches mit Argongas atomisiert worden ist und welches eine Teilchengröße von 250 um oder weniger besaß, wurde innerhalb des ringförmigen Raums zwischen dem Rohrrohling 1 und der Kapsel 5 gepackt, dann wurde eine Abschlußplatte 6-1 auf die oberen Enden des Rohrrohlings 1 und der Kapsel 5 gesetzt. Nach Evakuierung auf ein Vakuum von 10&supmin;³ Torr wurde der ringförmige Raum vollständig verschlossen. Ein Wärmeisolations-Hüllrohr 9 aus SS41-Stahl mit 1 mm Dicke, dessen Außenoberfläche zur Bildung einer wärmebeständigen Schicht leicht oxidiert worden ist, wurde an der Innenseite der Kapsel 5 zur Bildung eines kombinierten Barrens befestigt. Die kompaktierte Dichte der Pulverpackungsschicht betrug 73% in bezug auf die wahre Dichte. Um die Kompaktdichte weiter zu erhöhen, wurde der Barren einer isostatischen Kaltpressung bei 5000 atm während 2 Minuten unterzogen Auf Grundlage des Gewichts und Volumens des Barrens nach dem isostatischen Pressen wurde die Dichte der so erhaltenen kompaktierten Pulverschicht mit 82% der wahren Dichte bestimmt.
Der kombinierte Barren wurde dann während etwa 1,5 Stunden in einem gasbeheizten Ofen bei 1000ºC erwärmt. Der erwärmte Barren wurde in eine Induktionsspulenheizvorrichtung eingeführt, um die äußere Hülle des Barrens in der Mitte der Dicke auf 1170ºC zu erhitzen. Die Pulverpackungsschicht aus Alloy 625 wurde durch geeignetes Einstellen der Eingabefrequenz der Induktionsspule auf 1230ºC erhitzt. Nach Beendigung des Erhitzens wurde der Barren unter Anwendung eines Extrusionsverhältnisses von 11 bei einer Extrusionsgeschwindigkeit von 110 mm/s dem Warmstrangpressen unterzogen, um eine plattierte Röhre mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einem Innendurchmesser von 79 mm zu bilden. Die Wanddicke der Plattierungsschicht betrug 3,4 mm.
Während dem Strangpressen wurde die Temperaturin der Mitte der Wanddicke im Deformationsbereich auf 1120ºC für den Rohrrohling und auf 1180ºC für die Pulverpackungsschicht geschätzt. Das Formänderungswiderstandsverhältnis wurde daher in Übereinstimmung mit dem in Fig. 8 gezeigten Diagramm auf 2,2 geschätzt.
Das stranggepreßte plattierte Rohr wurde durch Ätzen behandelt, um die Kapsel zu entfernen. Die Außen- und Innenoberfläche werden makro- und mikroskopisch nach Oberflächendefekten untersucht. Es bestätigte sich, daß keine Oberflächendefekte, wie Rißbildung, vorhanden waren. Ebenso wurde eine Ultraschalluntersuchung durchgeführt, um die Fluktuation der Wanddicke der Plattierungsschicht zu bestimmen. Die Fluktuation befand sich innerhalb ± 5% bezüglich der durchschnittlichen Wanddicke.
(II) Der gleiche Barren wie bei (I) wurde in der Weise erwärmt, daß die Außenhülle des Barrens auf 1125ºC in der Mitte der Dicke und die Pulververpackungsschicht auf 1175ºC erhitzt wurden. Der erhitze Barren wurde dann dem Warmstrangpressen unterzogen.
Während dem Strangpressen wurde die Temperaturin der Mitte der Wanddicke im Deformationsbereich auf 1075ºC für den Rohrrohling und auf 1125ºC für die Pulverpackungsschicht geschätzt. Aus Fig. 8 wurde das Formänderungswiderstandsverhältnis der Pulverpackungsschicht mit Bezug auf den Grund-Rohrrohling mit etwa 2,4 bestimmt. In diesem Fall gab es eine geringe Abweichung der Querschnittsform der Plattierungsschicht, welche jedoch durch weitere Behandlung, wie maschinelle Bearbeitung und Schleifen, beseitigten werden konnte.
(III) Als Vergleichsbeispiel wurde der in (I) erhaltene,verdichtete Barren während 1,5 Stunden auf 1000ºC erhitzt und in einen Induktionsheizungsofen eingeführt, um den Grund-Rohrrohling und die Pulverpackungsschicht gleichmäßig bei 1200ºC zu erhitzen. Der so erhitzte Barren wurde unter den gleichen Bedingungen wie oben dem Warmstrangpressen unterzogen. In diesem Fall wurde die Temperatur des gesamten Barrens auf etwa 1150ºC während der Deformation geschätzt. Das Formänderungswiderstandsverhältnis für die äußere und innere Hülle wurde auf Grundlage des in Fig. 8 gezeigten Diagramms mit etwa 2,8 bestimmt.
In diesem Fall war während dem Strangpressen eine große Fluktuation des Extrusionsdruckes zu beobachten. Die Untersuchung des resultierenden plattierten Rohrs ergab, daß eine beträchtliche Fluktuation in der Wanddicke der Plattierungsschicht mit nicht wiederherstellbaren, verbindungsähnlichen Defekten in Abständen von etwa 300 mm vorlag.

Beispiel 2

(I) Wie in Fig. 12 gezeigt, wurde ein hohlzylindrisches Grundrohr 1 aus geschmiedetem, unlegiertem Stahl (0,45% C) mit einem Außendurchmesser von 143 mm und einem Innendurchmesser von 62 mm hergestellt. Eine Kapsel 5 aus niedriglegiertem Stahl, (C: 0,004%) mit einem Außendurchmesser von 177 mm und einer Wanddicke von 4 mm wurde konzentrisch innerhalb des Rohrrohlings 1 angeordnet. Die unteren Enden des Rohrrohlings 1 und der Kapsel 5 wurden mit einer aus einem Material entsprechend JIS SS41 hergestellten Abschlußplatte 6-2 verschlossen. Die Kapsel 5 wurde aus den gleichen Gründen, wie oben erwähnt, mit einer Toleranz für die Schrumpfung ausgestattet.
Ein Stellitepulver Nr. 6 (31% Cr - 4% W - 1,1% C - 1% Si - 56% Co), welches mit Stickstoffgas atomisiert wurde und eine Teilchengröße von 125 um oder weniger besaß, wurde innerhalb des ringförmigen Raums zwischen dem Rohrrohling 1 und der Kapsel 5 gepackt, dann wurde eine Abschlußplatte 6-1 auf die oberen Enden des Rohrrohlings 1 und der Kapsel 5 gesetzt. Der Barren wurde evakuiert und vollständig verschlossen. Ein Wärmeisolations-Hüllrohr 9 aus SS41-Stahl mit einer Dicke von 1 mm und einer Überzugsschicht aus Bornitridpulver wurde auf der Außenseite der Kapsel 5 angeordnet, um einen kombinierten Barren zu bilden.
Die Kompaktdichte der Pulverpackungsschicht betrug 68% mit Bezug auf die wahre Dichte. Um die Kompaktdichte weiter zu erhöhen, wurde der Barren einem Isostatischen Kaltpressen bei 5000 atm während 2 Minuten unterzogen. Auf Grundlage des Gewichts und des Volumens des Barrens nach dem isostatischen Pressen, wurde die Dichte der so kompaktierten Pulverschicht mit 79% bestimmt.
Der kombinierte Barren wurde dann während etwa 2,0 Stunden in einem gasbeheizten Ofen bei 1170ºC erwärmt. Um einen Temperaturunterschied zwischen dem Grund-Rohrrohling 1 und der Pulverpackungsschicht 4 des kombinierten Barrens zu errichten, wurde ein Wasserstrahl unter hohem Druck gegen die innere Oberfläche des Barrens während 12 Sekunden unmittelbar vor dem Warmstrangpressen gerichtet.
Das Strangpressen wurde unter Anwendung eines Extrusionsverhältnisses von 9,1 und einer Extrusionsgeschwindigkeit von 125 mm/s durchgeführt, um ein plattiertes Rohr mit einem Außendurchmesser von 81 mm und einem Innendurchmesser von 59 mm zu bilden. Die Wanddicke der Plattierungsschicht betrug 2,1 mm.
Während der Deformation wurde die Materialtemperatur auf Grundlage der Vortestergebnisse, bei welchen die Temperaturen verschiedener Abschnitte des Barrens gemessen wurden, in der Mitte der Wanddicke auf 1030ºC für den Grund- Rohrrohling (unlegierter Stahl) und auf 1120ºC für die Pulverpackungsschicht geschätzt. Das Formänderungswiderstandsverhältnis betrug etwa 2,2. Das resultierende plattierte Rohr zeigte keinerlei Oberflächendefekte.
(II) Als Vergleichsbeispiel wurde ein durch isostatisches Kaltpressen wie in (I) verdichteter, kombinierter Barren auf 1150ºC in einem gasbeheizten Ofen erhitzt. Der einen gleichmäßig erhitzten Grund-Rohrrohling und Pulverpackungsschicht umfassende, kombinierte Barren wurde unter den gleichen Bedingungen wie oben dem Warmstrangpressen unterzogen. Die Untersuchung des resultierenden, plattierten Rohrs ergab, daß eine beträchtliche Fluktuaktion in der Wanddicke bei der Plattierungsschicht mit nicht mehr zu beseitigenden, verbindungsähnlichen Defekten in Abständen von etwa 300 mm vorlag.
Das Deformationsverhältnis wurde mit etwa 2,9 bestimmt.

Beispiel 3

Wie in Fig. 13 gezeigt, wurde ein Rohrohling 1-1 aus einem niedriglegierten geschmiedeten Stahl (0,1% C - 2,2% Cr - 0,94% Mo) mit einem Außendurchmesser von 250 mm und einen Innendurchmesser von 125 mm hergestellt. Ein hohlzylindrisches Element, d. h. ein Plattierungsrohrrohling 1-2 aus geschmiedeter Alloy C276 (15% Cr - 5% Fe - 16% Mo - 4% W - 58% Ni) mit einem Außendurchmesser von 124 mm und einem Innendurchmesser von 105 mm wurde innerhalb des Rohrrohlings 1-1 angebracht, um eine Anordnung herzustellen. Abschlußplatten 6-1 und 6-2 aus JIS SUS 304 wurden auf beide Enden der Anordnung gesetzt. Nach dem Evakuieren des ringförmigen Raums zwischen dem Rohrrohling 1-1 und dem Plattierungs-Rohrrohling 1-2 auf 10&supmin;³ Torr, wurde die Anordnung durch Verschweißen der Abschlußplatten verschlossen. Ein Wärmeisolations-Hüllrohr 9 aus SUS 304 mit einer Wanddicke von 4 mm, dessen Außenoberfläche leicht oxidiert worden ist, um eine Wärmeisolationsschicht zu bilden, wurde an der Innenseite des Plattierungs-Rohrrohlings 1-2 fixiert, um einen kombinierten Barren für das Strangpressen zu bilden.
Der kombinierte Barren wurde dann 5 Stunden in einem gasbeheizten Ofen bei 1100ºC erhitzt. Der erhitzte Barren wurde in eine Induktionsspulen-Heizvorrichtung eingeführt, so daß die Außenhülle des Barrens auf 1180ºC in der Mitte der Dicke und der innere Plattierungs-Rohrrohling auf 1230ºC durch geeignetes Einstellen der Eingabefrequenz der Induktionsspulen erhitzt wurde. Nach dem Sprühen von Wasser gegen die Außenoberfläche der Barrens während etwa 15 Sekunden wurde der erhitzte Barren durch Warmstrangpressen unter Anwendung eines Extrusionsverhältnisses von 7,3 bei einer Extrusionsgeschwindigkeit von 110 mm/s bearbeitet, um ein plattiertes Rohr mit einem Außendurchmesser von 128 mm und einem Innendurchmesser von 94 mm zu bilden. Die Wanddicke der Plattierungsschicht betrug 3,4 mm.
Während dem Strangpressen wurde die Temperatur in der Mitte der Wanddicke auf 1050ºC für das Grundrohr und 1190ºC für das Plattierungsrohr im Deformationsbereich aufgrund der Isolationswirksamkeit des dickwandigen Wärmeisolations-Hüllrohrs 9, welches aus SUS 304 hergestellt worden ist, geschätzt. Daher wurde das Formänderungswiderstandsverhältnis mit etwa 2,3 bestimmt.
Die Außen-und Innenoberfläche des stranggepreßten plattierten Rohrs wurden nach Oberflächendefekten in gleicher Weise wie in Beispiel 1 untersucht. Es gab keine Oberflächendefekte, wie etwa Rißbildung.

Beispiel 4

(I) Wie in Fig. 14 gezeigt, wurden eine Außenkapsel 5-1 aus SS41-Stahl mit einem Außendurchmesser von 218 mm und einer Wanddicke von 1,6 mm, eine zylindrische Trennwand aus einem niedriglegierten Stahl (C: 0,004%) mit einem Außendurchmesser von 143 mm und einer Wanddicke von 1 mm und eine Innenkapsel 5-2 aus niedriglegiertem Stahl (C: 0,004%) mit einem Innendurchmesser von 68 mm und einer Wanddicke von 3 mm konzentrisch ineinander angeordnet, um eine Anordnung zu bilden. Das untere Ende der Anordnung wurde mit einer Abschlußplatte 6-2 aus SS41-Stahl verschlossen. Die Innen- und Außenkapsel wiesen jeweils nach innen und außen gerichtete Dimensionstoleranzen auf zur Kompensation von nach außen bzw. innen gerichteten Schrumpfungen, welche während dem isostatischen Kaltpressen, welches nachfolgend beschreiben wird, auftraten.
In den ringförmigen Raum zwischen der Außenkapsel 5-1 und der Trennwand 8 wurde ein Pulver 4-1 aus unlegiertem Stahl (0,08% C - 0,3 Si - 1,5% Mn - Fe). welches mit Wasser atomisiert worden ist und eine Teilchengröße von 100 um oder weniger besaß, gepackt. In den ringförmigen Raum zwischen der Innenkapsel 5-2 und der Trennwand 8 wurde ein Pulver 4-2 aus Alloy 625 (21% Cr - 8% Mo - 3,4% Nb - 62% Ni - 4% Fe), welches mit Argongas atomisiert worden ist und eine Teilchengröße von 250 um oder weniger besaß, gepackt. Nach Vervollständigung der Packung wurde eine Abschlußplatte 6-1 aus SS41-Stahl auf die oberen Enden der Kapseln 5-1 und 5-2 und der Trennwand 8 gesetzt. Nach Evakuieren der Anordnung auf 133,3 · 10&supmin;³ Pa (10&supmin;³ Torr) wurde die Anordnung verschlossen. EinWärmeisolations-Hüllrohr 10-7 wurde an der Innenseite der Kapsel 5-2 fixiert, um einen kombinierten Barren zu bilden. Die Kompaktdichte der Pulverpackungsschicht in bezug auf die wahre Dichte betrug 65% beim Pulver aus unlegiertem Stahl und 74% beim Pulver aus Alloy 625. Um die Kompaktdichte zu erhöhen, wurde der Barren einem isostatischen Kaltpressen bei 5000 atm während 2 Minuten unterzogen, um eine Kompaktdichte von 78% beziehungsweise 82% zu ergeben.
Der kombinierte Barren wurde dann während etwa 2 Stunden in einem gasbeheizten Ofen bei 1000ºC erhitzt. Der erhitzte Barren wurde in eine Induktionsspulen- Heizvorrichtung eingeführt, um die äußere Pulverhülle aus unlegiertem Stahl des Barrens auf 1170ºC in der Mitte der Dicke und die innenpulverhülle aus Alloy 625 auf 1230ºC durch geeignetes Einstellen der Eingabefrequenz der Induktionsspule zu erhitzen. Nach Vervollständigung des Erhitzens wurde der Barren unter Anwendung eines Extrusionsverhältnisses von 11 bei einer Extrusionsgeschwindigkeit von 115 mm/s dem Warmstrangpressen unterzogen, um ein plattiertes Rohr mit einem Außendurchmesser von 97 mm, einem Innendurchmesser von 75 mm und einer Wanddicke von 9 mm zu bilden.
Während der Deformation wurde die Temperatur in der Mitte der Wanddicke auf 1120ºC für die Pulverhülle aus unlegiertem Stahl und auf 1180ºC für die Pulverhülle aus Alloy 625 geschätzt. Das Formänderungswiderstandsverhältnis der zwei Schichten wurde mit 2,2 bestimmt.
Die Außen- und Innenoberfläche des stranggepreßten plattierten Rohrs wurde nach Oberflächendefekten in gleicher Weise wie in Beispiel 1 untersucht. Es gab keine Oberflächendefekte, wie Rißbildung.
(II) Es wurde ein Barren hergestellt, welches der gleiche Barren wie bei (I) war, mit der Ausnahme, daß der Außendurchmesser der Außenkapsel 208 mm betrug und ein isostatisches Kaltpressen nicht angewandt wurde. Der resultierende Barren wurde unter den gleichen Bedingungen wie oben beschrieben warmstranggepreßt, um ein plattiertes Rohr mit den gleichen Dimensionen herzustellen.
Es wurde eine Ultraschall-Untersuchung durchgeführt, um die Fluktuation in der Wanddicke der Plattierungsschicht zu bestimmen. Die Fluktuation lag im allgemeinen innerhalb ± 2,5% der durchschnittlichen Wanddicke. Es waren jedoch große Falten an den Endbereichen des Rohrs vorhanden. Da diese Endbereiche abgeschnitten wurden, betrug die Produktausbeute 95%. Es gab jedoch keine verbindungsähnlichen Defekte.
Da in diesem Fall das isostatische Kaltpressen nicht durchgeführt wurde, war die thermische Leitfähigkeit gering. Deshalb erforderte es viel Zeit, den kombinierten Barren auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen. Weiterhin war die Tendenz festzustellen, daß die Außenseite des Barrens auf eine höhere Temperatur als die Innenoberfläche erhitzt wurde. Im Vergleich mit dem plattierten Rohr, welches dem isostatischen Kaltpressen unterzogen worden ist, wurde daher das Erhitzen um das 1,5-fache länger bei einer ziemlich geringen Energiezufuhr angewandt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres aus zwei verschiedenen Metalltypen mit unterschiedlichen Formänderungswiderständen, welches Verfahren das Warmstrangpressen der Metalle umfaßt, während die Erhitzungstemperaturen der Metalle eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein kombinierter Barren mit zwei aus unterschiedlichen Metallen hergestellten, zueinander konzentrisch angeordneten Rohrrohlingen hergestellt und der Barren dem Warmstrangpressen unterzogen wird, während das Rohr aus dem Metall mit einem höheren Formänderungswiderstand auf eine höhere Temperatur erhitzt wird.

2. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres nach Anspruch 1, wobei das Rohr aus dem Metall mit einem höheren Formänderungswiderstand auf eine Temperatur erhitzt wird, welche 50ºC oder mehr höher ist als die andere.

3. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres nach Anspruch 1, wobei nach dem gleichmäßigen Erhitzen des kombinierten Barrens ein Rohr aus dem Metall mit einem geringeren Formänderungswiderstand auf eine Temperatur gekühlt wird, welche 50ºC oder mehr niedriger als die andere ist.

4. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Temperaturunterschied zwischen den zwei Rohrrohlingen so eingestellt wird, daß das Formänderungswiderstandsverhältnis der zwei Rohrrohlinge im Formänderungsbereich 2,5 oder geringer ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beide Rohrrohlinge, welche den kombinierten Barren bilden, mittels mechanischer Bearbeitung aus Schmiedemetall hergestellt werden.

6. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beide Rohrrohlinge, welche den kombinierten Barren bilden, aus Pulverpackungsschichten hergestellt werden.

7. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein erster Rohrrohling aus dem Metall mit einem geringeren Formänderungswiderstand mittels mechanischer Bearbeitung aus einem Schmiedemetall hergestellt wird, und ein zweiter Rohrrohling aus dem Metall mit einem höheren Formänderungswiderstand aus einer Pulverpackungsschicht, welche auf der inneren oder äußeren Oberfläche des ersten Rohrrohlings angeordnet wird, hergestellt wird.

8. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres nach Anspruch 6 oder 7, wobei der kombinierte Barren vor dem Warmstrangpressen einem isostatischen Kaltpressen unterzogen wird, um die Kompaktdichte der Pulverpackungsschicht zu erhöhen.

9. Verfahren zur Herstellung eines plattierten Metallrohres nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Rohrrohling aus dem Metall mit einem geringeren Formänderungswiderstand aus unlegiertem Stahl oder niedriglegiertem Stahl hergestellt wird und der Rohrrohling aus dem Metall mit einem höheren Formänderungswiderstand aus einer Legierung auf Nickelbasis hergestellt wird.