VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON PLATTIERTEN HOHLBLÖCKEN

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von plattierten Hohlblöcken für die Weiterverarbeitung zu auf der Innenseite plattierten nahtlosen Metallrohren, insbesondere Stahlrohren, durch Warm- oder Kaltumformung.

[0002] Die Herstellung von innenplattierten nahtlosen Stahlrohren wird bisher in der Regel in der Weise vorgenommen, daß ein aus dem Trägerwerkstoff und dem Plattierungswerkstoff zusammengesetzter Hohlblock durch Strangpressen zu einem Rohr umgeformt wird. Das Einsatzmaterial wird zu diesem Zweck in der Weise vorbereitet, daß zunächst ein zylindrischer Block aus einem Trägerwerkstoff (z.B. niedriglegierter Stahl) in axialer Richtung ausgebohrt wird, so daß ein Hohlblock entsteht. In diesen Hohlblock wird dann ein seinem Innendurchmesser entsprechender zylindrischer Block gleicher Länge, der ebenfalls innen ausgebohrt ist und aus dem Plattierungswerkstoff (z.B. hochlegierter Stahl) besteht, eingesetzt.

[0003] An den Stirnseiten werden die beiden ineinandergesetzten Hohlblöcke derart miteinander verschweißt, daß der Ringspalt zwischen den beiden Hohlblöcken dicht verschlossen ist, damit die Kontaktflächen der Hohlblöcke beim Erhitzen auf die Strangpreßtemperatur nicht oxidieren und eine einwandfreie Verbindung zwischen dem Trägerwerkstoff und dem Plattierungswerkstoff verhindern.

[0004] Diese Vorgehensweise hat gravierende Nachteile. Die Verschweißung auf den Stirnseiten stellt eine Schwachstelle dar, die z.B. beim Erwärmen aufreißen kann, so daß die Kontaktflächen doch oxidieren können. Darüberhinaus erfordert die Vorbereitung eines einsatzfähigen plattierten Hohlblocks einen erheblichen Aufwand, der einerseits in der notwendigen Bearbeitung (Bohren, Schweißen) liegt und andererseits auch in dem beträchtlichen Einsatz an teurem Plattierungswerkstoff (Schrottanfall beim Ausbohren) zu sehen ist.

[0005] Für die Herstellung von einseitig plattiertem Stahlblech wurde von der Anmelderin bereits ein Verfahren vorgeschlagen (DE-P 39 07 903), bei dem der Plattierungswerkstoff in schmelzflüssigem Zustand auf ein Trägerblech aufgebracht wird. Hierzu werden jeweils zwei Trägerbleche mit ihren Flachseiten dicht aufeinander gelegt und in eine Schmelze des Plattierungswerkstoffs so lange eingetaucht, bis sich eine ausreichend dicke Plattierungsschicht durch Ankristallisieren gebildet hat.

[0006] Das Aufbringen einer Plattierungsschicht unmittelbar aus dem schmelzflüssigen Zustand auf den Trägerwerkstoff läßt sich jedoch nicht ohne weiteres auf die Herstellung plattierter Hohlblöcke übertragen. Beim Eintauchen eines Hohlblocks aus dem Trägerwerkstoff in eine Schmelze des Plattierungswerkstoffs bildet sich sowohl auf der Innenals auch auf der Außenoberfläche eine Plattierungsschicht aus. Letztere ist häufig nicht erforderlich und würde allein schon wegen des unnötigen Verbrauchs an Plattierungswerkstoff die Herstellkosten stark belasten.

[0007] Um eine Außenplattierung zu vermeiden, wäre es möglich, einen Hohlblock des Trägerwerkstoffs mit einer Schmelze des Plattierungswerkstoffs zu füllen oder, um den Verbrauch an Plattierungsschmelze möglichst gering zu halten, mit einer Schicht dieses Materials z.B. auszuschleudern und erstarren zu lassen. Dabei tritt jedoch das Problem auf, daß sich aus Gründen unterschiedlicher thermischer Dehnungen bzw. Schrumpfungen die Plattierungsschicht von dem Trägerwerkstoff wieder ablöst, bevor die Weiterverarbeitung des plattierten Hohlblocks erfolgen kann.

[0008] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem ein lediglich auf der Innenseite plattierter Hohlblock herstellbar ist und das die aufgezeigten Mängel vermeidet.

[0009] Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1; vorteilhafte Weiterbildungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 9 angegeben.

[0010] Die erfindungsgemäße Lösung sieht vor, daß der schmelzflüssige Trägerwerkstoff außen auf den festen Plattierungswerkstoff aufgebracht wird. Damit ist von vornherein sichergestellt, daß sich die innere Plattierungsschicht nicht infolge thermischer Schrumpfung von der Außenschicht ablösen kann, da letztere auf jeden Fall wegen ihrer höheren Anfangstemperatur zu stärkerer Schrumpfung neigt und damit praktisch auf die Plattierungsschicht aufschrumpft. Der für das Ankristallisieren der Schicht des Trägerwerkstoffs eingesetzte zylindrische Hohlkörper könnte z.B. durch Warmumformung eines entsprechenden Blocks in einer Lochpresse hergestellt werden und kann, soweit erforderlich, vor dem Einsatz in die Schmelze des Trägerwerkstoffs gegebenenfalls innen und außen mechanisch bearbeitet werden, um saubere und glatte Oberflächen zu erzielen.

[0011] Damit ist eine zerspanungslose oder zumindest zerspanungsarme und folglich hinsichtlich des Plattierungswerkstoffs abfallarme Herstellung des für das Verfahren benötigten zylindrischen Hohlkörpers möglich. Die Abdichtung der Innenoberfläche dieses Hohlkörpers während des Eintauchens in die Schmelze des Trägerwerkstoffs kann z.B. durch Verschlußdeckel erzielt werden. Zweckmäßiger ist es jedoch, hierfür einen zylindrischen Kern zu verwenden, der dicht an der Innenoberfläche des Hohlkörpers anliegt. Mit ganz besonderem Vorteil wird der Kern bereits für die Erzeugung des zylindrischen Hohlkörpers benutzt, indem man ihn in eine Schmelze des Plattierungswerkstoffs eintaucht und die erforderliche Schicht des Plattierungswerkstoffs ankristallisieren läßt. Hierzu muß der Kern aus einem ausreichend hitzebeständigen Material bestehen, z.B. aus einem Baustahl. Die Hitzebeständigkeit muß lediglich erlauben, daß der Kern für die erforderliche Zeit in die Schmelze eingetaucht werden darf, ohne selbst anzuschmelzen. Hierfür ist es besonders zweckmäßig, den Kern mit einer Innenkühlung zu versehen, indem ein Kühlmittel durch diesen hindurchgeführt wird. Damit eine leichte Entfernung des Kerns aus dem Hohlkörper bzw. Hohlblock möglich ist, muß der Kern auf seiner Außenoberfläche mit einer gegenüber der Schmelze wirksamen Trennschicht versehen sein. Bei einem Stahlkern kann hierzu beispielsweise eine Rost- oder Zunderschicht ausreichen. Diese verhindert eine unmittelbare Verbindung zwischen Plattierungswerkstoff und dem Werkstoff des Kerns und ermöglicht ein Herausziehen des Kerns aus dem Hohlkörper.

[0012] Die mögliche Verweilzeit des Stahlkerns in der Plattierungsschmelze richtet sich, wenn keine gesonderte Innenkühlung des Kerns vorgesehen ist, nach seinem Wärmeaufnahmevermögen. Um dickere Schichten ankristallisieren zu lassen, kann das Eintauchen in die Schmelze auch in Teilschritten durchgeführt werden, wobei jeweils vor dem nächsten Eintauchen in die Schmelze eine Zwischenabkühlung eingelegt wird. Dieses Vorgehen ist sowohl bei der Erzeugung der Plattierungsschicht als auch bei der Erzeugung der Trägerschicht möglich.

[0013] Soweit die durch das Ankristallisieren des Plattierungswerkstoffs und/oder des Trägerwerkstoffs entstehenden Oberflächen zu unregelmäßig ausfallen, kann noch im warmen Zustand des Materials und daher mit geringem Aufwand ein Glätten durch Walzen vorgesehen werden. Wenn die Herstellung des aus dem Plattierungswerkstoff bestehenden Hohlkörpers gemäß dem Verfahrensanspruch 3 vorgenommen wurde, muß vor einer Weiterverarbeitung des Hohlblocks zum nahtlosen Rohr eine mechanische Bearbeitung der Innenoberfläche vorgenommen werden, damit eine saubere und glatte Oberfläche sichergestellt ist. Dabei entsteht nur wenig Abfallmaterial. Die Weiterverarbeitung selbst kann z.B. durch Strangpressen in warmem Zustand oder auch durch Warm- oder Kaltpilgern erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist in besonderer Weise für Stahlwerkstoffe geeignet, läßt sich jedoch auch bei andersartigen metallischen Werkstoffen verwenden.

[0014] Anhand der nachfolgenden zwei Ausführungsbeispiele zur Herstellung nahtloser innenplattierter Stahlrohre aus St37 wird die Erfindung näher erläutert.

[0015] Ein stirnseitig durch Deckel verschlossenes Rohr von ca. 1 m Länge, 120 mm Außendurchmesser und 30 mm Wanddicke aus dem Plattierungswerkstoff 1.4301 (X5 CrNi 18 9) wurde für ca. 25 sek in eine um 20 K über Liquidustemperatur erhitzte Schmelze aus St37 eingetaucht und dann zur Zwischenabkühlung auf etwa Raumtemperatur wieder herausgezogen. Während der Tauchzeit kristallisierte außen an dem Rohr eine Schicht aus St37 von etwa 22 mm Dicke an. Dieser Tauchvorgang mit anschließender Zwischenabkühlung wurde noch zweimal wiederholt bis ein Hohlblock von insgesamt 252 mm Außendurchmesser entstanden war. Die Außenoberfläche des Hohlblocks wurde anschließend in warmem Zustand durch Kalibrierwalzen geglättet.

[0016] Die gewählte Tauchzeit bei der Herstellung des Hohlblocks führte einerseits zu einer größtmöglichen Anwachsrate des Trägerwerkstoffs St37 und andererseits zu einer sehr guten Verbindung zwischen der Plattierungsschicht und dem Trägerwerkstoff. Der erzeugte Hohlblock wurde anschließend in bekannter Weise in einer Strangpresse warm zu einem nahtlosen Stahlrohr von etwa 21 m Länge mit 80 mm Außendurchmesser und 10 mm Wanddicke ausgepreßt. Die Plattierungsschicht hatte eine Dicke von etwa 2 mm und war einwandfrei mit dem Trägerwerkstoff verbunden.

[0017] Im zweiten Ausführungsbeispiel sollte ein Hohlblock von 250 mm Außendurchmesser, 60 mm Innendurchmesser, einer Plattierungsschichtdicke von etwa 25 mm und wiederum etwa 1 m Länge hergestellt und zu einem nahtlosen Rohr umgeformt werden, wobei für den Plattierungsanteil die Vorgehensweise gemäß Anspruch 3 gewählt werden sollte. Hierzu wurde eine Stange aus St37 von 60 mm Außendurchmesser, die mit einer Zunderschicht bedeckt war, in eine um 30 K über Liquidustemperatur erhitzte Schmelze aus dem Werkstoff 1.4301 getaucht. Die Stange wurde nach einer Tauchzeit von ca. 35 sek, in der sich auf der Oberfläche eine Plattierungsschicht von ca. 17 mm gebildet hatte, aus der Schmelze herausgezogen. Nach Zwischenabkühlung auf etwa Raumtemperatur wurde sie erneut in die Schmelze des Plattierungswerkstoffs eingetaucht, um die Plattierungsschichtdicke von insgesamt 25 mm zu erreichen. Hierzu wurde die Tauchzeit auf ca. 47 sek verlängert, d.h. es wurde so lange gewartet, bis die zweite aufgewachsene Plattierungsschicht, die nach etwa 35 sek ihr Maximum erreicht hatte, teilweise wieder abgeschmolzen war. Eine kürzere Tauchzeit als 35 sek zur Erzielung der an der gewünschten Schichtdicke noch fehlenden 8 mm wäre unzweckmäßig gewesen, da dann die Haftung zur ersten Plattierungsschicht unzureichend gewesen wäre. Nach erfolgter Zwischenabkühlung wurde dann die mit der Plattierungsschicht von 25 mm Dicke versehene Stange entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel in eine um 20 K über Liquidustemperatur erhitzte Schmelze aus St37 getaucht.

[0018] Nach dreimaligem Tauchen und Zwischenabkühlen hatte sich ein Block von 236 mm Außendurchmesser gebildet. Um den angestrebten Außendurchmesser von 250 mm zu erreichen, wurde dann ein letzter Tauchvorgang von 53 sek Dauer ausgeführt. Nach Herausnehmen aus der Schmelze und vollständigem Erstarren der äußeren Oberfläche wurde die als Tauchkern benutzte Stange aus St37 auf einer Ausziehvorrichtung aus dem Hohlblock herausgezogen. Wegen der als Trennschicht wirkenden Zunderschicht auf der Stange ließ sich diese Trennung ohne Schwierigkeiten ausführen. Die äußere Oberfläche des Blockes wurde danach in noch warmem Zustand geglättet Ebenfalls wurde die Innenoberfläche (Plattierungsschicht) des Hohlblocks einer glättend und säubernd wirkenden Bearbeitung unterzogen, um die durch die Zunderschicht hervorgerufenen Unregelmäßigkeiten zu eliminieren. Danach wurde der Block wiederum warm in einer Strangpresse zu einem nahtlosen Rohr verformt. Bei einem Außendurchmesser von 80 mm, einem Innendurchmesser von 30 mm ergab sich eine Rohrlänge von über 20 m und eine Dicke der Plattierungsschicht von 1,6 mm. Die Verbindung zwischen den beiden Schichten war wiederum einwandfrei.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von plattierten Hohlblöcken für die Weiterverarbeitung zu plattierten nahtlosen Stahlrohren durch einfaches oder mehrfaches Eintauchen eines rohrförmigen Körpers in eine Schmelze,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Herstellung von Hohlblöcken für die Weiterverarbeitung zu auf der Innenseite plattierten Rohren ein aus dem Plattierungswerkstoff gebildeter zylindrischer Hohlkörper in eine Schmelze eines Trägerwerkstoffes eingetaucht und nach Auskristallisieren einer ausreichend dicken Trägerschicht aus der Schmelze herausgenommen wird, wobei die Innenoberfläche des Hohlkörpers während des Eintauchens gegen einen Zutritt von Schmelze geschützt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schutz gegen den Zutritt der Schmelze durch einen in dem Hohlkörper befindlichen zylindrischen Kern erfolgt, der dicht an der Innenoberfläche anliegt, und daß der Kern nach Beendigung des Ankristallisierens aus dem Hohlblock entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Hohlkörper dadurch erzeugt wird, daß der aus hitzebeständigem Material bestehende stangenförmige Kern, der mit einer Trennschicht versehen ist, in eine Schmelze des Plattierungswerkstoffes eingetaucht und nach Ankristallisiereren einer ausreichend dicken Plattierungsschicht aus der Schmelze des Plattierungswerkstoffes herausgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Ankristallisieren der Schicht des Plattierungswerkstoffs und/oder der Schicht des Trägerwerkstoffs jeweils in mindestens zwei Teilschritten erfolgt, indem der Hohlkörper bzw. Hohlblock jeweils nach einer vorgegebenen Verweilzeit aus der Schmelze herausgenommen und zwischengekühlt wird, bevor er erneut in dieselbe Schmelze eingetaucht wird, um die ankristallisierte Schicht weiter wachsen zu lassen.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des mit dem Plattierungswerkstoff versehenen Kerns vor dem Eintauchen in die Schmelze des Trägerwerkstoffs geglättet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Oberfläche des ankristallisierten Trägerwerkstoffs vor der Weiterverarbeitung des Hohlblocks geglättet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Glätten durch Glättwalzen erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kern während des Eintauchens in die Schmelze des Plattierungswerkstoffs und/oder Trägerwerkstoffs durch einen Kühlmittelstrom innen gekühlt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenoberfläche des Hohlblocks nach dem Herausziehen des Kerns gereinigt und geglättet wird, bevor die Umformung zum Rohr erfolgt.

Claims

1. Process for producing plated blocks bodies for additional processing of plated weldless steel pipes by means of single or multiple immersion of a pipe-shaped body in molten metal,
wherein,
to produce hollow block for further processing of pipes which are plated inside, a hollow body formed from plating material is dipped into molten support material and, after crystallization, a sufficiently thick support layer is removed from molten metal, whereby an inside surface of a hollow body is protected against contact with molten metal during immersion.

2. Process in accordance with claim 1,
wherein
protection against contact with molten material involved occurs by means of a cylindrical core in a hollow body, said core lying tightly against an inside surface, and this core is removed from a said hollow block after the end of crystallization.

3. Process in accordance with claim 2,
wherein
a hollow body is produced by immersing a rod-shaped core made of heat-resistant material, which is provided with a separation layer, into molten plating material and, after crystallization of a sufficiently thick plating layer is removed from this molten plating material.

4. Process in accordance with claim 2 or claim 3,
wherein
crystallization of plating material and/or a layer of support material occurs in each case in at least two stages, in that a hollow body or hollow block is always removed from molten metal after a set period of time and is subjected to cooling, before being immersed in a same molten metal again to allow a crystallized layer to further accumulate.

5. Process in accordance with claim 3 or claim 4,
a surface of a core provided with plating material is smoothed and flattened before immersion in molten support material.

6. Process in accordance with any one of claims 1 to 5,
wherein
a surface of crystallized support material is smoothed and flattened before further processing of a hollow block.

7. Process in accordance with either of claims 5 or 6,
wherein
flattening occurs by means of sheet rollers.

8. Process in accordance with any one of claims 3 to 7,
wherein
a core is cooled inside, during immersion in molten plating material and/or support material, by means of a flow of coolant.

9. Process in accordance with any one of claims 3 to 5,
wherein
a surface of a hollow block is cleaned and flattened after a core has been removed, before shaping into a pipe occurs.

Revendications

1. Procédé pour fabriquer des blocs creux plaqués pour le traitement ultérieur en tubes d'acier sans soudure plaqués par plongée unique ou multiple d'un corps tubulaire dans un bain de fusion,
caractérisé en ce que, pour fabriquer des blocs creux pour le traitement ultérieur en tubes plaqués sur la face interne, un corps creux cylindrique formé à partir de la matière de plaquage est plongé dans un bain de fusion d'une matière de support et, après cristallisation d'une couche de support suffisamment épaisse, il est retiré du bain de fusion, la surface interne du corps creux étant protégée, pendant la plongée, contre une entrée du bain de fusion.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que la protection contre l'entrée du bain de fusion est effectuée par un noyau cylindrique se trouvant dans le corps creux, lequel s'appuie de façon étanche sur la surface interne, et en ce que le noyau est retiré du bloc creux après achèvement de la cristallisation.

3. Procédé selon la revendication 2,
caractérisé en ce que le corps creux est engendré en ce que le noyau en forme de barre, constitué d'une matière résistant à la chaleur, qui est muni d'une couche de séparation, est plongé dans un bain de fusion de la matière de plaquage et, après cristallisation d'une couche de plaquage suffisamment épaisse, il est retiré du bain de fusion de la matière de plaquage.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3,
caractérisé en ce que la cristallisation de la couche de la matière de plaquage et/ou de la couche de la matière de support est effectuée, à chaque fois, en au moins deux étapes partielles, en ce que le corps creux ou le bloc creux est à chaque fois retiré du bain de fusion, après un temps de séjour prédéfini, et est refroidi de façon intermédiaire, avant qu'il soit à nouveau plongé dans ce bain de fusion pour faire encore croître la couche cristallisée.

5. Procédé selon la revendication 3 ou 4,
caractérisé en ce que la surface du noyau muni de la matière de plaquage est polie avant d'être plongée dans le bain de fusion de la matière de support.

6. Procédé selon une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que la surface de la matière de support cristallisée est polie avant le traitement ultérieur du bloc creux.

7. Procédé selon la revendication 5 ou 6,
caractérisé en ce que le polissage est effectué par polissage au laminoir.

8. Procédé selon une des revendications 3 à 7,
caractérisé en ce que le noyau, pendant la plongée dans le bain de fusion de la matière de plaquage et/ou de la matière de support, est refroidi intérieurement par un courant de fluide de refroidissement.

9. Procédé selon une des revendications 3 à 8,
caractérisé en ce que la surface interne du bloc creux, après le retrait du noyau, est nettoyée et polie, avant d'effectuer la déformation en tube.