NO140411B - METHODS OF MANUFACTURE OF METAL PRODUCTS - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte The present invention relates to a method

ved fremstilling av metallprodukter, fortrinnsvis halvferdige gjenstander beregnet for etterfølgende varmvalsing eller smiing. in the manufacture of metal products, preferably semi-finished items intended for subsequent hot rolling or forging.

Når flytende eller smeltet metall helles i en form, skjer størkningen gradvis fra et størknet lag som dannes så å When liquid or molten metal is poured into a mold, solidification occurs gradually from a solidified layer that forms so that

si umiddelbart der hvor metallet kommer i berøring med formen og innover mot metallegemets midtpunkt i formen. Størknings-prosessens hastighet avhenger av følgende tre faktorer: say immediately where the metal comes into contact with the form and inwards towards the center of the metal body in the form. The speed of the solidification process depends on the following three factors:

1) varmeutvekslingskoeffisienten gjennom formveggene, 1) the heat exchange coefficient through the mold walls,

2) overskuddsvarmen i det smeltede metall ut over smeltevarmen som må fjernes for at metallets størkningstemperatur skal 2) the excess heat in the molten metal beyond the heat of fusion that must be removed in order for the metal's solidification temperature to

oppnås, og is achieved, and

3) varmeutvekslingskoeffisienten gjennom de allerede størknede metallag i formen til formveggene. 3) the heat exchange coefficient through the already solidified metal layers in the mold to the mold walls.

Til bestemmelse av størkningshastigheten av et smeltet metall brukes ofte en forenklet formel i støpeteknikken. Denne formel passer for den her omhandlede fremgangsmåte: A simplified formula is often used in casting technology to determine the solidification rate of a molten metal. This formula is suitable for the procedure in question here:

s = k (T) ^ s = k (T) ^

I denne ligning er s skalltykkelsen i mm av det metall som er størknet av metallsmelten, T er den tid i minutter som er gått fra størkningens begynnelse og k er en faktor ved-rørende det metall som kjøles. Faktoren k for stål varierer mellom 22 og 33 mm/min^ og kan beregnes på grunnlag av forskjellige data som oppnås ved praktiske forsøk. Påvirkningen av supervarme, dvs. den overskytende varme i metallsmelten i til-legg til den nødvendige varme for smelting av metallet, er ikke angitt i formelen og kan ignoreres når det gjelder oppfinnelsen. In this equation, s is the shell thickness in mm of the metal that has been solidified by the metal melt, T is the time in minutes that has elapsed from the start of solidification and k is a factor relating to the metal being cooled. The factor k for steel varies between 22 and 33 mm/min^ and can be calculated on the basis of various data obtained from practical tests. The influence of superheat, i.e. the excess heat in the metal melt in addition to the necessary heat for melting the metal, is not indicated in the formula and can be ignored as far as the invention is concerned.

Nevnte formel antyder at skalldannelseshastigheten, dvs. størkningen fra utsiden og mot midten, avtar hurtig fra begynnelsen av skalldannelsen, etterhvert som skalltykkelsen øker. Til å begynne med tar størkningen for dannelse av et skall med en tykkelse på f. eks. 5 mm bare ca. 0,028 min. hvis k er 30. Etter 4 min. vil skallet være 60 mm tykt, og det vil deretter ta ca. 4,7 min. for en økning av skalltykkelsen med ytterligere 5 mm. Said formula suggests that the rate of shell formation, i.e. the solidification from the outside towards the centre, decreases rapidly from the start of shell formation, as the shell thickness increases. To begin with, the solidification to form a shell with a thickness of e.g. 5 mm only approx. 0.028 min. if k is 30. After 4 min. the shell will be 60 mm thick, and it will then take approx. 4.7 min. for an increase in the shell thickness by a further 5 mm.

Størkningshastigheten har stor betydning for metallets struktur og sammensetning. Det metallag som størkner raskt nær formveggen har små, uregelmessig orienterte krystaller som danner en såkalt skallherdesone. Tykkelsen av denne sone varierer etter stålets eller metallets sammensetning mellom ca. 5 mm og ca. 10 mm eller muligens 12 mm. Såkalt tettet stål har en skallherdesone på ca. 10 mm. I skallherdesonen vil den kjemiske sammensetning være i nær overensstemmelse med stålsmeltens sammensetning og de mekaniske egenskaper er også overlegne i forhold til det metall som størkner etterhvert. Slik forholder det seg iallfall ved de fleste ståltyper. Etterhvert som kjølehastigheten avtar innover fra skallherdesonen, utvikles store krystaller - dendritter - som medfører en struktur som er skjør ved valsetemperatur og lett kan forårsake indre brister med mindre det foretas små tverrsnittsreduksjoner ved valsingens begynnelse. Mot støpestykkets sentrum forandres krystallstrukturen som regel igjen. Man får mer uregelmessig orienterte og ganske store dendrittkrystaller. The solidification rate is of great importance for the structure and composition of the metal. The metal layer that solidifies quickly near the mold wall has small, irregularly oriented crystals that form a so-called shell hardening zone. The thickness of this zone varies depending on the composition of the steel or metal between approx. 5 mm and approx. 10 mm or possibly 12 mm. So-called sealed steel has a shell hardening zone of approx. 10 mm. In the shell-hardening zone, the chemical composition will be in close agreement with the composition of the steel melt and the mechanical properties are also superior in relation to the metal that eventually solidifies. At least this is the case with most types of steel. As the cooling rate decreases inwards from the shell hardening zone, large crystals - dendrites - develop, which result in a structure that is brittle at rolling temperature and can easily cause internal cracks unless small cross-sectional reductions are made at the start of rolling. Towards the center of the casting, the crystal structure usually changes again. You get more irregularly oriented and rather large dendritic crystals.

Metallets sammensetning varierer også bortsett fra økningen av dendrittkrystallenes størrelse og forandringen i deres ordning. I kaldherdesonen er metallets sammensetning som nevnt nærmest opp til metallsmeltens sammensetning, mens be-standdeler som ikke tas opp i de først dannede krystaller får økt konsentrasjon mot midten. Følgelig inneholder det siste metall som størkner den største konsentrasjon av de elementer som kontinuerlig er blitt avvist i krystalliseringsprosessen. Denne tendens til seigring øker med øket størkningstid, slik at større støpestykker viser sterkere seigring enn mindre støpestyk-y ker. I støpestykker som er støpt i støpeformer vil den kjemiske sammensetning av metallet dessuten sjelden vise seg ensartet i tverrsnittsområder av støpestykkene som undersøkes med inter-valler langs hele støpestykkets lengde. Kontinuerlig støping kan i stor utstrekning eliminere denne variasjon i den kjemiske sammensetning i forskjellige områder langs støpestykket, men forskjeller i den kjemiske sammensetning og struktur utenfra og inn mot sentrum unngås ikke, særlig ikke ved større støpestyk-ker . The composition of the metal also varies apart from the increase in the size of the dendritic crystals and the change in their arrangement. In the cold hardening zone, as mentioned, the composition of the metal is almost up to the composition of the metal melt, while constituents that are not taken up in the initially formed crystals have an increased concentration towards the middle. Consequently, the last metal to solidify contains the greatest concentration of the elements that have been continuously rejected in the crystallization process. This tendency to hardening increases with increased solidification time, so that larger castings show stronger hardening than smaller castings. Furthermore, in castings cast in molds, the chemical composition of the metal will rarely appear uniform in cross-sectional areas of the castings that are examined at intervals along the entire length of the casting. Continuous casting can largely eliminate this variation in the chemical composition in different areas along the casting, but differences in the chemical composition and structure from the outside towards the center cannot be avoided, especially not with larger castings.

For å unngå virkningen av slike variasjoner og utvikle de nødvendige mekaniske egenskaper, kan det være nødven-dig å redusere støpestykkenes tverrsnitt ved valsing eller smiing. Den opprinnelige støpestykkestruktur med store krystaller må brytes ned ved valsing eller smiing for at støpestykkets størrelse skal reduseres med et forhold på f. eks. 1 : 5 til 1 : 30, avhengig av støpestykkets størrelse og metallets sammensetning. Varmebehandling for utjevning av sammensetningen ved diffusjon kan også bli nødvendig eller ønskelig. In order to avoid the effect of such variations and to develop the necessary mechanical properties, it may be necessary to reduce the cross-section of the castings by rolling or forging. The original casting structure with large crystals must be broken down by rolling or forging in order for the size of the casting to be reduced by a ratio of e.g. 1 : 5 to 1 : 30, depending on the size of the casting and the composition of the metal. Heat treatment to equalize the composition by diffusion may also be necessary or desirable.

Omdanningen av smeltet metall til et rimelig antall årstonnav ferdige eller halvferdige valseprodukter krever store investeringer i støperier, valseverk og gjennoppvarmings-ovner, likesom store lønnsomkostninger og for mange operasjoners vedkommende, høye brenselsomkostninger. Kontinuerlig støping har redusert omkostningene i betydelig grad, ikke bare ved reduksjon av lønnsomkostningene og økning av utbyttet. Ved bruk av kontinuerlig støping kan støpestykkeseksjoner med mindre tverrsnittsflate produseres på en økonomisk måte og derved elimineres valsingen av store støpeblokker eller -stykker til fin-emnestørrelser og -lengder. Investeringene og lønnsutgiftene er like fullt høye pr. tonn ferdigprodukt. The transformation of molten metal into a reasonable number of annual tonnes of finished or semi-finished rolled products requires large investments in foundries, rolling mills and reheating furnaces, as well as large labor costs and, for many operations, high fuel costs. Continuous casting has reduced costs to a considerable extent, not only by reducing labor costs and increasing dividends. By using continuous casting, ingot sections with smaller cross-sectional area can be produced in an economical manner, thereby eliminating the rolling of large ingots or pieces to fine blank sizes and lengths. Investments and salary expenses are equally high per tonnes of finished product.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for omdanning av smeltet metall til metallprodukter, fortrinnsvis halvferdige gjenstander beregnet for etterfølgende varmvalsing eller smiing. The present invention aims to provide an improved method for converting molten metal into metal products, preferably semi-finished objects intended for subsequent hot rolling or forging.

Dette oppnås ved en fremgangsmåte som er kjenneteg-net ved det som fremgår av kravene. This is achieved by a method which is characterized by what appears in the requirements.

Fra U.S. patent nr. 3542116 er det kjent en fremgangsmåte for fremstilling av et ferdig produkt direkte fra et flytende metall, men denne metode er spesielt beregnet på fremstilling av rør. Denne kjente metode med hensyn til rørfrem-stilling omfatter dels at bånd fremstilles av en metallsmelte, hvilke bånd kan være sammensatt av to sjikt, dels at båndet formes til et rør og dels at et rør kontinuerlig føres gjennom en ytterligere metallsmelte for anbringelse av et metallsjikt på rørets utside eller innside. I U.S. patentet er det ingen an-givelse som sier eller antyder at det av to sjikt sammensatte bånd skal ha en finkornet støpestruktur og at jevnheten i sammensetningen skal være bedre enn det som oppnås ved støpefrem-stilling eller fremstilling av strengestøpte emner. De tykke sjikt av metallsmelte og det sammensatte bånds bøyning fra horisontal til vertikal retning taler for at fremgangsmåten i henhold til dette U.S. patent hverken innbefatter eller antyder noen fremgangsmåte for fremstilling av halvfabrikata for etter-følgende varmvalsing eller smiing. From the U.S. patent no. 3542116, a method is known for producing a finished product directly from a liquid metal, but this method is particularly intended for the production of pipes. This known method with regard to pipe production comprises partly that strips are produced from a metal melt, which strips can be composed of two layers, partly that the strip is formed into a pipe and partly that a pipe is continuously passed through a further metal melt for the placement of a metal layer on the outside or inside of the pipe. In the U.S. in the patent, there is no indication that states or suggests that the band composed of two layers should have a fine-grained casting structure and that the uniformity of the composition should be better than that achieved by casting production or the production of string cast items. The thick layers of molten metal and the bending of the composite strip from the horizontal to the vertical direction suggest that the method according to this U.S. Pat. patent neither includes nor suggests any method for producing semi-finished products for subsequent hot rolling or forging.

Foreliggende oppfinnelse eliminerer de ulemper som foreligger ved konvensjonelt fremstilte halvfabrikata i form av f. eks. støp eller strengestøpte emner, og dette oppnås ved å gjennomføre de trekk som er angitt i hovedkravet, som på en overraskende måte gir et enhetlig produkt, dvs. et produkt som har finkornet støpestruktur og jevnhet i sammensetningen og hvor produktet kan varmvalses eller smies. Man kan således si at U.S. patent nr. 3542116 vedrører en fremgangsmåte for direkte fra en metallsmelte å fremstille et ferdig produkt og spesielt rør. Oppfinnelsen derimot vedrører fremstillingen av et halvfabrikata med en mer finkornet primærstruktur og som er fritt for seigring og indre materialfeil enn på vanlig måte fremstilt halvfabrikata, f. eks. støpte eller strengestøpte produkter. The present invention eliminates the disadvantages of conventionally produced semi-finished products in the form of e.g. cast or string-cast blanks, and this is achieved by carrying out the features specified in the main claim, which surprisingly gives a uniform product, i.e. a product which has a fine-grained casting structure and uniformity in composition and where the product can be hot-rolled or forged. One can thus say that the U.S. patent no. 3542116 relates to a method for producing a finished product and especially pipes directly from a metal melt. The invention, on the other hand, relates to the production of a semi-finished product with a finer-grained primary structure and which is free from tempering and internal material defects than conventionally produced semi-finished products, e.g. cast or string cast products.

Metallsmelten kan størkne i kontakt med en kald flate til en tynn plate og kan kombineres med en eller flere baner eller plater fremstilt på samme måte ved høy temperatur og under trykk i en ikke-oksyderende atmosfære, hvor de smelter sammen og integreres til en enkelt, tykkere bane eller plate som har noe mindre tykkelse enn summen av tykkelsene av de enkelte plater eller lignende, men som har samme mekaniske styrke og kjemiske enhetlighet som de enkelte plater. En slik integrert plate eller lignende kan deretter valses med forholdsvis lette valseverk og i få omganger til et ferdig produkt, som f. eks. metall-plater av enhver tykkelse. Arbeidet med å støpe et stort tverrsnitt, kjøle det til fast form og deretter bryte det ned i tunge valseverk og med et stort antall omganger til en ferdig tykkelse er således eliminert. Andre fremgangsmåter for anbringelse i lag for oppbygging av den nødvendige, sammenlagte tykkelse kan tas i bruk, f. eks. ved at en plate brettes over en del av seg selv eller rulles tett sammen enten på langs eller på tvers, eller ved at platen buntes tett på langs eller på tvers med deler av seg selv eller ved at flere lag med flate sider buntes sammen til en stavlignende form. The metal melt can solidify in contact with a cold surface into a thin plate and can be combined with one or more webs or plates produced in the same way at high temperature and under pressure in a non-oxidizing atmosphere, where they fuse together and integrate into a single, thicker web or plate which has a slightly smaller thickness than the sum of the thicknesses of the individual plates or the like, but which has the same mechanical strength and chemical uniformity as the individual plates. Such an integrated plate or similar can then be rolled with relatively light rolling mills and in a few passes into a finished product, such as metal sheets of any thickness. The work of casting a large cross-section, cooling it to solid form and then breaking it down in heavy rolling mills and with a large number of passes to a finished thickness is thus eliminated. Other methods of placing in layers to build up the required combined thickness can be used, e.g. by a plate being folded over a part of itself or rolled tightly together either lengthwise or crosswise, or by the plate being tightly bundled lengthwise or crosswise with parts of itself or by several layers with flat sides being bundled together into a rod-like shape.

Til nærmere forklaring av oppfinnelsen med alle dens trekk skal oppfinnelsen i det følgende beskrives under henvis-ning til noen utførelseseksempler som er vist på tegningen. Fig. 1 er et lengdesnitt gjennom en utførelsesform av et anlegg for gjennomføring av en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen . Fig. 2 er en skjematisk gjengivelse i perspektiv av en annen utførelsesform av anlegget for gjennomføring av en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen. Fig. 3-6 gjengir skjematisk noen tverrsnitt av et fortykket avsnitt ved sammenbretting av en flat plate. Fig. 3 viser en tynn flat plate, fig. 4 og 5 viser etter hverandre følgende trinn av bretteprosessen og fig. 6 viser lagenes ende-lige posisjon på hverandre. Fig. 7 gjengir i perspektiv en del av ytterligere en form for apparat for gjennomføring av en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen. Her illustreres hvordan en del av et kontinuerlig formet, tynt støpestykke kan kuttes i bestemte lengder og rulles tett sammen for å smeltes til et halvferdig enkeltlege-me med sirkulært tverrsnitt, idet det smeltes eller sveises i valser med ytre spor. For a more detailed explanation of the invention with all its features, the invention will be described in the following with reference to some examples of execution which are shown in the drawing. Fig. 1 is a longitudinal section through an embodiment of a plant for carrying out a method according to the invention. Fig. 2 is a schematic rendering in perspective of another embodiment of the facility for carrying out a method according to the invention. Fig. 3-6 schematically reproduces some cross-sections of a thickened section when folding a flat plate. Fig. 3 shows a thin flat plate, fig. 4 and 5 successively show the following steps of the folding process and fig. 6 shows the final position of the teams on each other. Fig. 7 shows in perspective part of a further form of apparatus for carrying out a method according to the invention. Here it is illustrated how a part of a continuously shaped, thin casting can be cut into specific lengths and rolled tightly together to be melted into a semi-finished single body with a circular cross-section, as it is melted or welded in rollers with outer grooves.

På fig. 1 betegner 2 et kar med ildfast foring. En støpeøse 3 med et styrt utløp 4 for tømming av metallsmelte i karet 2 er anordnet slik at det opprettholdes et jevnt nivå av metallsmelte 8 i karet 2. Et antall hule, vannkjølte valser er anordnet tvers over karet 2. Hver valse er anordnet slik at akselen og lagrene, antydet ved sirkler 6 og 7, befinner seg over metallsmeltens 8 nivå i karet 2. Nedre del av hver valses 5 omkrets er nedsenket i og forløper under metallsmeltespeilet. In fig. 1 denotes 2 a vessel with a refractory lining. A ladle 3 with a controlled outlet 4 for emptying molten metal into the vessel 2 is arranged so that a uniform level of molten metal 8 is maintained in the vessel 2. A number of hollow, water-cooled rollers are arranged across the vessel 2. Each roller is arranged so that the shaft and bearings, indicated by circles 6 and 7, are located above the level of the molten metal 8 in the vessel 2. The lower part of the circumference of each roller 5 is immersed in and extends below the molten metal mirror.

Valsene drives med samme hastighet ved hjelp av hen-siktsmessige, ikke viste anordninger. Det foreligger en hette 9 over karet 2 for at en ikke-oksyderende atmosfære av en inert gass eller vakuum skal kunne opprettholdes over karet. Når valsene dreier, vil et metallag 10 med en tykkelse på mellom 5 mm og ca. 10 mm eller 12 mm eller mer kontinuerlig dannes på hver valseoverflate. Sammensetningen av dette lag svarer gene-reit til et metall i kaldherdesonen, som omtalt foran. Tykkelsen av det lag som således dannes på hver valse avhenger av den buede valseoverflate som er nedsenket i metallsmelten, tykkelsen av valsemetallet, omdreiningshastigheten av valsen og metallsmeltens tilstand hva angår overskytende varme samt metallets art og kvalitet. The rollers are driven at the same speed by means of appropriate devices, not shown. There is a hood 9 over the vessel 2 so that a non-oxidizing atmosphere of an inert gas or vacuum can be maintained over the vessel. When the rollers turn, a metal layer 10 with a thickness of between 5 mm and approx. 10 mm or 12 mm or more continuously formed on each roll surface. The composition of this layer corresponds exactly to a metal in the cold hardening zone, as discussed above. The thickness of the layer thus formed on each roll depends on the curved roll surface immersed in the molten metal, the thickness of the roll metal, the rotational speed of the roll and the condition of the metal melt in terms of excess heat as well as the nature and quality of the metal.

Når valsen til venstre på fig. 1 roterer, dannes et størknet lag 10 av metall på valsen og bæres opp fra metallsmelten i karet. Et skrapeorgan 11 fjerner laget som nå kan be-traktes som støpestykke fra toppen av valsen og avstøtter det fortsatt skjøre støpestykke under dets bevegelse mot toppen av valsen, som vist midt i anlegget ifølge fig. 1. Støpestykket beveger seg oppå et tilsvarende lag 12, som forlater valsen midt i anlegget, idet den svalere og fastere underflate av det først dannede støpestykke beveges over den hetere, nydannede toppflate av laget 12, mens en trykkvalse 13 utøver et lett, jevnt trykk for å fremkalle sammensmelting eller sammensveising av de to lag til en enkelt, tykkere bane. Denne tykkere bane beveges over et mellomliggende skrape- og støtteorgan 14 og oppå et størknet lag 15 oppå valsen til høyre på fig. 1. Også her vil den svalere underflate av de nå kombinerte to første lag komme i kontakt med den nydannede overflate av lag 15. Sammensmelting finner igjen sted under jevnt trykk fra en trykkvalse 16. Trykkvalsene 13 og 16 kan være drevne eller utelukkende rotere som følge av kontakten med støpestykkets overflate. Støpestykket 17 som nå omfatter tre separat formede lag som er sammenført etter å ha forlatt metallsmelten som de lages av, beveges over et skrapeorgan 18 og ut gjennom en føring 19 ved utløpsenden av anlegget. Føringen 19 utgjør en forlengelse av hetten 9. Føringen, gjennom hvilken støpestykket beveges, tjener til å begrense tilførselen av luft til rommet under hetten eller unnvikelse av inert eller ikke-oksyderende gass. Hetten har en kanal 20 for fjernelse av luft fra hetten eller for tilførsel av inert gass. Hver trykkvalse 13 og 16 har trykk-reguleringsorganer som er skjematisk antydet ved 13' og 16'. When the roller on the left in fig. 1 rotates, a solidified layer 10 of metal is formed on the roller and is carried up from the molten metal in the vessel. A scraper 11 removes the layer which can now be regarded as casting from the top of the roll and abuts the still fragile casting during its movement towards the top of the roll, as shown in the middle of the plant according to fig. 1. The casting moves up a corresponding layer 12, which leaves the roller in the middle of the plant, with the cooler and firmer lower surface of the first formed casting moving over the hotter, newly formed top surface of the layer 12, while a pressure roller 13 exerts a light, even pressure to induce fusion or welding of the two layers into a single, thicker web. This thicker web is moved over an intermediate scraper and support member 14 and on top of a solidified layer 15 on top of the roller to the right in fig. 1. Here, too, the cooler lower surface of the now combined first two layers will come into contact with the newly formed surface of layer 15. Fusion again takes place under uniform pressure from a pressure roller 16. The pressure rollers 13 and 16 can be driven or exclusively rotate as a result of the contact with the surface of the casting. The casting 17, which now comprises three separately formed layers which are joined after leaving the metal melt from which they are made, is moved over a scraper 18 and out through a guide 19 at the outlet end of the plant. The guide 19 constitutes an extension of the cap 9. The guide, through which the casting is moved, serves to limit the supply of air to the space under the cap or the avoidance of inert or non-oxidizing gas. The cap has a channel 20 for removing air from the cap or for supplying inert gas. Each pressure roller 13 and 16 has pressure regulating means which are schematically indicated at 13' and 16'.

Hver vannkjølt valse 5 kan ha et organ 21 for påfør-ing av et belegg av adhesjonshindrende materiale på valseflaten. Organet 21 kan være ytterligere en valse anordnet nær valsens nedadløpende flate. Ny metallsmelte som tilføres karet 2 sti-ger gjennom åpninger 22 i en falsk bunn 23 under valsene, hvor ildfaste ledeplater 24 tjener til å holde slagg eller overfla-teforurensninger fra det sted hvor de respektive valser går ned i smeiten. Each water-cooled roller 5 can have a device 21 for applying a coating of adhesion-preventing material to the roller surface. The member 21 can be a further roller arranged close to the downward running surface of the roller. New metal melt that is supplied to the vessel 2 rises through openings 22 in a false bottom 23 under the rollers, where refractory guide plates 24 serve to keep slag or surface contamination from the place where the respective rollers go down into the smelting.

Etter at støpestykket har forlatt føringen 19 og er kommet tilstrekkelig langt fra støpeenheten til å være avkjølt til normal valsetemperatur, føres støpestykket hensiktsmessig gjennom en reduksjonsvalseanordning 25. Etter denne anordning 25 kan støpestykket kjøles til et halvferdig produkt eller direkte valses til et ferdigprodukt. Valsen 25 er på fig. 1 vist like ved føringsutløpet. Skjønt valseanordningen kan plasseres slik, er det innlysende at den også kan anbringes i betydelig avstand fra føringens 19 utløp. After the casting has left the guide 19 and has come sufficiently far from the casting unit to be cooled to normal rolling temperature, the casting is appropriately passed through a reduction rolling device 25. After this device 25, the casting can be cooled to a semi-finished product or directly rolled to a finished product. The roller 25 is in fig. 1 shown close to the guide outlet. Although the roller device can be placed like this, it is obvious that it can also be placed at a considerable distance from the outlet of the guide 19.

Skjønt det er vist tre valser på fig. 1, kan flere valser selvsagt brukes. Det kan også dannes flere smale stren-ger ved siden av hverandre på en eller flere valser for deretter å smeltes sammen til staver eller stenger. Det skal også bemerkes at mens det omtalte anlegg omfatter valser som tjener som en enkelt illustrasjon av et apparat som frembyr en kontinuerlig beveget og avkjølt overflate, kan det i avhengighet av det ønskede produkt også brukes avkjølte endeløse belter eller en kontinuerlig rekke av avkjølte former, anordnet i likhet med elementene i et beltespor. Although three rollers are shown in fig. 1, several rollers can of course be used. Several narrow strands can also be formed next to each other on one or more rollers and then fused together to form rods or bars. It should also be noted that while the plant referred to includes rollers which serve as a single illustration of an apparatus which produces a continuously moving and cooled surface, depending on the desired product, cooled endless belts or a continuous series of cooled molds may also be used, arranged like the elements of a belt track.

Ved alle disse forskjellige apparatformer dannes støpestykker separat av smelte i et kar og bringes deretter sammen for sammensmelting ovenfor smeltespeilet i karet eller etter at støpestykkene på annen måte er beveget bort fra kontakten med metallsmelten som de er dannet av. In all these different forms of apparatus, castings are formed separately from melt in a vessel and then brought together for fusion above the melting mirror in the vessel or after the castings are otherwise moved away from contact with the molten metal from which they are formed.

Det er angitt at tykkelsen av kaldherdesonen kan variere mellom 5 og 12 mm for forskjellige ståltyper. Imidler-tid kan det være hensiktsmessig å danne lag av mindre enn 5 mm og føre dem sammen eller det kan være hensiktsmessig å overskride 12 mm. Hvis maksimalverdien på 12 mm overskrides, kan noe av produktets kvalitetsmessige forbedring gå tapt, men ettersom kontinuerlig strengstøping under 100 mm tykkelse ikke er praktisk, kan et forbedret produkt sikres og utgiftene ved å gå ut fra et mye tykkere støpestykke, f. eks. en kontinuerlig støpt streng fremstilt ved konvensjonell støping, og deretter valse det ned til et ferdig produkt elimineres. Med andre ord kan oppbygging av en enhetlig struktur av lag som kan overskride en kaldherdesonetykkelse være mer økonomisk og gi et bedre " produkt enn den konvensjonelle fremgangsmåte, hvor det først fremstilles et tungt emne som deretter bearbeides til et tynt produkt. It is stated that the thickness of the cold hardening zone can vary between 5 and 12 mm for different types of steel. However, it may be appropriate to form layers of less than 5 mm and bring them together or it may be appropriate to exceed 12 mm. If the maximum value of 12 mm is exceeded, some of the product's quality improvement may be lost, but as continuous strand casting below 100 mm thickness is not practical, an improved product can be secured and the expense of starting from a much thicker casting, e.g. a continuous cast strand produced by conventional casting, then rolling it down until a finished product is eliminated. In other words, building up a uniform structure of layers that can exceed a cold hardening zone thickness can be more economical and give a better product than the conventional method, where a heavy blank is first produced and then processed into a thin product.

Fig. 2 viser et anlegg for gjennomføring av en fremgangsmåte for omdanning av smeltet metall til stangmateriale. En enkelt, hul, vannkjølt valse 30 er anordnet slik at den roterer i et kar 31 med ildfast foring, hvor det opprettholdes et konstant metallsmeltenivå ved hjelp av en ikke vist tilføresel, som f. eks. kan være av samme art som støpeøsen 3 på fig. 1. Nedre del av valsens 30 omkrets er nedsenket i metallsmelten. Denne valse 30 drives av en hensiktsmessig, ikke vist drivme-kanisme. Av oversiktsgrunner er en omsluttende hette som vanligvis anordnes for opprettholdelse av en kontrollert inert atmosfære eller et vakuum over metallsmelten ikke vist på fig. 2. Fig. 2 shows a plant for carrying out a method for converting molten metal into rod material. A single, hollow, water-cooled roller 30 is arranged so that it rotates in a vessel 31 with refractory lining, where a constant metal melting level is maintained by means of a supply not shown, such as, for example. can be of the same type as the ladle 3 in fig. 1. The lower part of the roll's 30 circumference is immersed in the molten metal. This roller 30 is driven by a suitable drive mechanism, not shown. For reasons of clarity, an enclosing hood which is usually provided to maintain a controlled inert atmosphere or a vacuum over the molten metal is not shown in FIG. 2.

Valsens 3 0 overflate er utformet med en rekke ribber og spor, slik at det ved størkning av metall på valsen dannes et støpestykke 3 2 med en rekke mot hverandre vendende, plane flater 33 som er forbundet med hverandre ved støpestykkets ribber og spor. I stedet for fremstilling av lag eller separate støpestykker, som ved anlegget ifølge fig. 1, dannes her et støpestykke som omfatter en rekke delvis separate lag som er forbundet med hverandre, som nevnt ovenfor, langs støpestykkets ribber og spor. Når støpestykket forlater den vannkjølte valse, beveges det mot en komprimeringsinnretning utformet med to vertikale valser 34, hvor de plane flater 33 av de delvis separate lag presses mot hverandre og smeltes sammen, slik at det dannes et stangemne 3 5 som kan formes videre til et ferdig produkt eller kan brukes som halvferdig produkt for etterfølg-ende bearbeidelse til et ferdig produkt. Et ikke vist skrapeorgan som ligner skrapeorganene ifølge fig. 1, kan anordnes til avtetting av støpestykket når det skrapes av valsen 30. Et adhesjonshindrende materiale kan også påføres valsen 30 på samme måte som beskrevet i forbindelse med de vannkjølte valser ifølge fig. 1. The surface of the roller 30 is designed with a series of ribs and grooves, so that upon solidification of metal on the roller, a casting 32 is formed with a series of opposite, planar surfaces 33 which are connected to each other by the casting's ribs and grooves. Instead of producing layers or separate castings, as in the plant according to fig. 1, a casting is formed here which comprises a number of partially separate layers which are connected to each other, as mentioned above, along the ribs and grooves of the casting. When the casting leaves the water-cooled roll, it is moved towards a compression device designed with two vertical rolls 34, where the flat surfaces 33 of the partially separated layers are pressed against each other and fused together, so that a rod blank 35 is formed which can be further shaped into a finished product or can be used as a semi-finished product for subsequent processing into a finished product. A scraper, not shown, which is similar to the scraper according to fig. 1, can be arranged to seal the casting when it is scraped off the roller 30. An adhesion-preventing material can also be applied to the roller 30 in the same way as described in connection with the water-cooled rollers according to fig. 1.

Ved drift av anleggene, som vist på fig. 1 og 2, fremstilles støpestykkene kontinuerlig. When operating the facilities, as shown in fig. 1 and 2, the castings are produced continuously.

På fig. 3-6 antydes en annen fremgangsmåte, hvor sammenhengende bretter eller deler av et enkelt støpestykke brettes sammen. Denne fremgangsmåte ligner den som er illu-strert på fig. 2. Ved denne modifikasjon dannes et flatt stø-pestykke på en vannkjølt valse eller et annet avkjølt, beveget organ . Støpestykket skrapes deretter fra valsen eller det be-vegede organ. På fig. 3 er det vist et slikt flatt støpestyk-ke 40. Som antydet på fig. 4 holdes midtpartiet 41 av støpe-stykket flatt, mens sidekantene 4 2 med samme bredde som midtpartiet brettes på på hver side av støpestykket. Et sideparti brettes inn over midtpartiet, som vist på fig. 5, og som vist på fig. 6 brettes deretter det andre sideparti over det første og utsettes for jevnt trykk, slik at de mot hverandre vendende flater smeltes sammen. Denne fremgangsmåte kan gjennomføres over kontinuerlige lengder eller ved kutting av de kontinuerlig støpte stykker i bestemte lengder. Når forenede støpestykker 43 som er fremstilt på denne måte, er avkjølt til normal valsetemperatur, kan de valses i en kalibreringsvalse, som vist på fig. 1. In fig. 3-6 another method is suggested, where continuous folds or parts of a single casting are folded together. This method is similar to that illustrated in fig. 2. With this modification, a flat casting is formed on a water-cooled roller or another cooled, moving body. The casting is then scraped from the roll or the moving body. In fig. 3 shows such a flat casting 40. As indicated in fig. 4, the central part 41 of the casting is kept flat, while the side edges 4 2 with the same width as the central part are folded on each side of the casting. A side part is folded over the middle part, as shown in fig. 5, and as shown in fig. 6, the second side part is then folded over the first and subjected to uniform pressure, so that the facing surfaces are fused together. This method can be carried out over continuous lengths or by cutting the continuously cast pieces into specific lengths. When united castings 43 produced in this way have cooled to normal rolling temperature, they can be rolled in a calibration roll, as shown in fig. 1.

På fig. 7 kuttes et flatt støpestykke, som vist på fig. 3, på tvers eller på langs i ønsket størrelse og rulles deretter tett sammen, som antydet ved 50. Det resulterende runde legeme føres gjennom sporvalser 51 for utøvelse av tilstrekkelig trykk, mens metallet fortsatt er hett, slik at lagene smeltes sammen til et massivt eller rørformet emne som etter kjøling kan valses eller bearbeides ytterligere. In fig. 7, a flat casting is cut, as shown in fig. 3, crosswise or lengthwise to the desired size and then rolled tightly together, as indicated at 50. The resulting round body is passed through grooved rollers 51 to exert sufficient pressure, while the metal is still hot, so that the layers are fused together into a solid or tubular blank which, after cooling, can be rolled or processed further.

Dimensjoner, temperaturer og trykk som brukes i forbindelse med fremgangsmåtene som omtalt, kan variere og kan således ikke spesifiseres nøyaktig. Det skal bemerkes at fag-folk ventelig vil bestemme de ønskede parametre for en spesiell fremgangsmåte etter rimelig eksperimentering. I enkelte tilfeller kan det være nødvendig å tilføre ytterligere varme når komprimering, bretting eller sammenrulling finner sted for at de enkelte støpestykker eller lag skal smelte sammen. I alle tilfeller vil det sammensatte produkt, som på tegningene er vist som illustrasjon, vise linjene hvor de forskjellige flater ble smeltet sammen, men i praktisk anvendelse vil et slikt la-minert utseende ikke være synlig. Dimensions, temperatures and pressures used in connection with the methods discussed may vary and thus cannot be precisely specified. It should be noted that those skilled in the art will expect to determine the desired parameters for a particular method after reasonable experimentation. In some cases, it may be necessary to add additional heat when compression, folding or rolling takes place in order for the individual castings or layers to fuse together. In all cases, the composite product, which is shown in the drawings as an illustration, will show the lines where the different surfaces were fused together, but in practical application such a laminated appearance will not be visible.

Det skal dog bemerkes at når metallet størkner fra flytende til fast form, vil noen metaller utvikle plastiske egenskaper ved forholdsvis få grader under størkningspunktet, mens det ved andre kan være 100°C eller mer, kanskje endog 200°C mellom størkningspunktet og utviklingen av gode plastiske egenskaper. Sammensveisingen eller -smeltingen av støpestykkelage-ne kan finne sted ved eller nær størkningstilstanden, dvs. den tilstand hvor materialet fremtrer som fast, skjønt meget tyder på at noe flytende metall fortsatt kan foreligge mellom den-drittgrensene på grunn av dårlig plastisitet. Sveising, sammensmelting eller sammenføyning vil med andre ord vanligvis skje ved en høyere temperatur enn den som gir metallet tilstrekkelig plastisitet for vanlig valsing. Generelt bør det trykk som ut-øves av de komprimerende valser som først presser sammen lagene føre til en tverrsnittsreduksjon av to eller flere sammenføyde lag på 0,2 til 2 %. Bløtt stål med ca. 0,10 % C utvikler hurtig gode plastiske egenskaper under størkningspunktet og kan i mange tilfeller utsettes for trykk for komprimering eller sammenføy-ning av metallet til et enhetlig legeme som gir en 20 % tverr-snittsreduks jon, mens stål med meget urenhet, f. eks. S, P, Cu, Sn med videre har dårlig plastisitet ved så meget som 150° under størkningspunktet og ikke tåler mer enn 0,3 % reduksjon. Generelt bør sammensmeltningstrykket således være slik at tykk-elsesreduksjonen aldri er mer enn nødvendig for god sammenbind-ing, dvs. omtrent i en størrelsesorden på - 2 %, basert på metallets toleranse. Hvis trykket overstiger slike kritiske grenser, vil det komprimerte produkt ha forskjellige svakheter eller indre mangler. Etter at normal valsetemperatur er nådd, kan det sammenføyde støpestykke reduseres så meget som 20 % eller mer under en enkelt valseomgang. However, it should be noted that when the metal solidifies from liquid to solid form, some metals will develop plastic properties at relatively few degrees below the solidification point, while with others there may be 100°C or more, perhaps even 200°C between the solidification point and the development of good plastic properties. The welding or melting of the casting layers can take place at or near the state of solidification, i.e. the state where the material appears solid, although there is much evidence that some liquid metal may still be present between the solidification boundaries due to poor plasticity. In other words, welding, fusing or joining will usually take place at a higher temperature than that which gives the metal sufficient plasticity for normal rolling. In general, the pressure exerted by the compacting rollers which first press the layers together should result in a cross-sectional reduction of two or more joined layers of 0.2 to 2%. Mild steel with approx. . e.g. S, P, Cu, Sn etc. have poor plasticity at as much as 150° below the solidification point and cannot withstand more than 0.3% reduction. In general, the fusing pressure should thus be such that the thickness reduction is never more than necessary for good bonding, i.e. approximately in the order of -2%, based on the metal's tolerance. If the pressure exceeds such critical limits, the compressed product will have various weaknesses or internal defects. After normal rolling temperature is reached, the joined casting can be reduced as much as 20% or more during a single rolling pass.

Det er f. eks. ikke vanskelig å forstå at hvis tre lag av kaldherdesonetykkelse på f. eks. 10 mm hver kombineres til et enkelt legeme på 30 mm og reduseres 20 % til et halvferdig produkt, kreves langt mindre arbeide for å omdanne dette til f. eks. metallplate med en tykkelse mellom 10 og 20 mm enn når en støpt plate med større tykkelse valses til sammen dimen-sjon. Det kreves heller ikke så omfattende varmebehandling for denne prosess, fordi metallet utelukkende eller stort sett er metall av kaldherdesonetykkelse og krystallstrukturen har tilsvarende sammensetning. It is e.g. not difficult to understand that if three layers of cold hardening zone thickness of e.g. 10 mm each are combined into a single body of 30 mm and reduced by 20% to a semi-finished product, far less work is required to convert this into e.g. metal plate with a thickness between 10 and 20 mm than when a cast plate with a greater thickness is rolled to the same dimension. Nor is such an extensive heat treatment required for this process, because the metal is exclusively or mostly metal of cold hardening zone thickness and the crystal structure has a corresponding composition.

Skjønt det her spesielt er omtalt en fremgangsmåte Although a method is specifically discussed here

hvor et lag dannet på en valse lamineres på overflaten av et lag dannet på en annen valse som er anordnet i noen avstand fra førstnevnte og har samme rotasjonsretning, kan oppfinnelsen også anvendes ved enhver prosess hvor to motstående valser rote- where a layer formed on a roller is laminated on the surface of a layer formed on another roller which is arranged at some distance from the former and has the same direction of rotation, the invention can also be used in any process where two opposite rollers rotate

rer i motsatt retning og begge er delvis nedsenket i metall- move in the opposite direction and both are partially immersed in metal

smelten og hvor de separate lag av størknet, men hett metall som dannes trykksveises sammen, det ene på det andre, i passasjen mellom valsene. Det sammensatte to-lags støpestykke som således dannes kan deretter få andre mantelhinner påført ved trykksveising, som beskrevet, hvis større tykkelse er nød-vendig . the melt and where the separate layers of solidified but hot metal that form are pressure welded together, one on top of the other, in the passage between the rolls. The composite two-layer casting that is thus formed can then have other sheaths applied by pressure welding, as described, if greater thickness is necessary.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av metallprodukter, fortrinnsvis halvferdige gjenstander beregnet for etterfølgende varmvalsing eller smiing, karakterisert ved at metallag av en slik tykkelse at de, som følge av en hurtig gjen-nomstørkning gjennom hele tverrsnittet har en finkornet støpe-struktur og jevn sammensetning, i det vesentlige lik den fin-krystalline overflatesone på et støpestykke eller strengestøpt emne, direkte etter størkningen legges sammen og sammenpresses i en ikke-oksyderende atmosfære for sammensveising av de mot hverandre vendte kontaktflater til et enhetlig produkt, hvorved trykket for sammenpressingen avpasses til rådende plastisitet for metallet ved den rådende høye temperatur.1. Procedure for the production of metal products, preferably semi-finished items intended for subsequent hot rolling or forging, characterized in that metal layers of such a thickness that, as a result of rapid through-solidification throughout the entire cross-section, they have a fine-grained casting structure and uniform composition, substantially similar to the fine-crystalline surface zone of a casting or strand-cast blank, directly after solidification is laid together and compressed in a non-oxidizing atmosphere to weld together the opposing contact surfaces into a uniform product, whereby the compression pressure is adjusted to the prevailing plasticity for the metal at the prevailing high temperature. 2. Fremgangsmåte ifølge krav 1 hvor lagene består av jern eller stål, karakterisert ved at sammenpressingen utføres med et trykk som fører til en maksimal reduksjon av lagenes sammenlagte tykkelse på 2 %.2. Method according to claim 1 where the layers consist of iron or steel, characterized in that the compression is carried out with a pressure which leads to a maximum reduction of the combined thickness of the layers of 2%. 3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert v e d at det anvendes lag med en tykkelse av maksimalt 12 mm og at lagene fremstilles fra den samme smelte.3. Method according to claim 1, characterized in that layers with a thickness of a maximum of 12 mm are used and that the layers are produced from the same melt. 4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de enkelte, for sammensveising beregnede lag utgjøres av hele skorpen eller deler av den størknede skorpe, som oppnås når en kjøleflate i bevegelse, f. eks mantelflaten til et roter-ende, kjølt sylindrisk legeme, et drevet endeløst bånd eller en rekke av sammenbundne kjøleplater for en del overstøpes med eller dekkes av en smelte og fra smeiten bortfører det på kjøleflaten størknede sjikt eller skorpe, som etter at den er løsgjort fra kjøleflaten sammenfoldes eller sammenlegges med en eller flere på samme måte dannede skorper eller lag og sammenpresses til sammensveising i kontaktflatene.4. Method according to claim 1, characterized in that the individual layers intended for welding together are made up of the entire crust or parts of the solidified crust, which is obtained when a cooling surface is in motion, e.g. the mantle surface of a rotating, cooled cylindrical body, a driven endless belt or a series of interconnected cooling plates is partially overcast with or covered by a melt and from the melting it carries away on the cooling surface a solidified layer or crust, which after it is detached from the cooling surface is folded or joined with one or more in the same way formed crusts or layers and are pressed together to weld together in the contact surfaces.