專(zhuān)利名稱(chēng)：用于制造雙材料套管的方法和裝置以及所制造的套管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，更特別地涉及制造雙材料套管，即二種互相連在一起的不同材料形成的環(huán)形同心部分形成的零件。
背景技術(shù)：
與使用高壓反應(yīng)器有關(guān)的工業(yè)，如核能和石化工業(yè)，使用這種套管作為反應(yīng)容器或增壓器的組成部分。可以通過(guò)結(jié)合二個(gè)開(kāi)始時(shí)分開(kāi)并通過(guò)某種方法制造的套管或者通過(guò)結(jié)合套管和設(shè)于套管表面的帶制造這些套管。例如外套管可以是16MND5型低碳鋼，內(nèi)套管是初始形狀為帶的304L型奧氏體不銹鋼。碳鋼外套管可以通過(guò)鍛造得到，如已經(jīng)描述的，不銹鋼內(nèi)套管可以由結(jié)合在外套管的內(nèi)表面的帶構(gòu)成。作為非限定方式，內(nèi)套管的內(nèi)徑可以在2-9米之間，其高度可以在2-5米之間，套管的外套管厚度大約為50mm-600mm,內(nèi)套管厚度為5mm-100mm。該方法的實(shí)施比較簡(jiǎn)單，但不是最佳方法，因?yàn)樗枰膶?shí)施時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)于具有上述尺寸的反應(yīng)堆芯的套管，結(jié)合部的結(jié)合和質(zhì)量控制需要5-10周，持續(xù)時(shí)間根據(jù)套管的內(nèi)部尺寸和希望的結(jié)合層的厚度而變化。必須非常仔細(xì)地檢驗(yàn)結(jié)合質(zhì)量，并且結(jié)合質(zhì)量取決于使用的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種具有較高生產(chǎn)率和出色可靠性的雙材料套管。為此，本發(fā)明的目標(biāo)是一種制造互相結(jié)合的環(huán)形外套管和環(huán)形內(nèi)套管構(gòu)成的雙材料套管，二個(gè)套管的材料不同，其特征在于-在由澆鑄基部、位于澆鑄基部的第一錠模的壁和位于所述基部并與第一錠模同心的第二錠模的可以向上移動(dòng)的外壁形成的澆鑄空間執(zhí)行外套管的下鑄和凝固；-提升所述第二錠模的可移動(dòng)外壁，以便暴露外套管的貼靠可移動(dòng)外壁凝固的表皮；-在由預(yù)先貼靠第二錠模的可移動(dòng)外壁凝固的所述外套管的表皮和所述第二錠模的固定內(nèi)壁形成的澆鑄空間中執(zhí)行內(nèi)套管的下鑄和凝固，通過(guò)凝固時(shí)互相接觸的套管的表面之間的材料擴(kuò)散進(jìn)行二個(gè)套管的結(jié)合；-可能還要進(jìn)行所述結(jié)合的套管形成的組件的鍛造和/或加工。當(dāng)外套管凝固完成時(shí)，可以提升所述第二錠模的外壁?？梢栽谕瓿赏馓坠艿臐茶T而它的凝固還沒(méi)有完成時(shí)開(kāi)始提升第二錠模的所述外壁。可以在外套管的澆鑄還未完成時(shí)開(kāi)始提升第二錠模的所述外壁?？梢赃M(jìn)行外套管與第二錠模的外壁之間的界面潤(rùn)滑?？梢赃M(jìn)行第二錠模的內(nèi)壁的強(qiáng)制冷卻。外套管可以由碳鋼形成，內(nèi)套管可以由不銹鋼形成。
本發(fā)明的目標(biāo)還在于一種制造由互相結(jié)合的環(huán)形外套管和環(huán)形內(nèi)套管構(gòu)成的雙材料套管的裝置，二個(gè)套管由不同材料形成，其特征在于包括-下鑄基部；-設(shè)在所述基部的用于構(gòu)成外套管材料的液態(tài)金屬的進(jìn)入通道和它的排出通道，所述排出通道通向由基部上表面、第一錠模內(nèi)壁和第二錠模外壁形成的第一澆鑄空間；-設(shè)在所述基部的用于構(gòu)成內(nèi)套管材料的液態(tài)金屬的進(jìn)入通道和它的排出通道，所述排出通道通向由基部上表面、第二錠模的所述外壁和第二錠模的內(nèi)壁形成的第二澆鑄空間；-沿豎直方向提升第二錠模的所述內(nèi)壁的部件，該部件可以暴露外套管的凝固內(nèi)表面，并使其與用于構(gòu)成內(nèi)套管的液態(tài)金屬接觸?？梢园ū坏诙V模內(nèi)壁包圍且內(nèi)冷卻的芯軸。所述錠?？梢园翱?。第二錠模的外壁可以包括對(duì)它與用于構(gòu)成外套管的金屬的界面潤(rùn)滑的部件。本發(fā)明的目標(biāo)還在于一種互相結(jié)合的環(huán)形外套管和環(huán)形內(nèi)套管構(gòu)成的雙材料套管，二個(gè)套管由不同材料形成，其特征在于，通過(guò)上述方法得到該雙材料套管。外套管可以由16MND5碳鋼形成，內(nèi)套管可以由304L不銹鋼形成。套管可以是核反應(yīng)堆或石化反應(yīng)容器的組成部分。套管可以是核反應(yīng)堆增壓器的組成部分。正如已經(jīng)了解的，本發(fā)明旨在相繼或幾乎同時(shí)實(shí)現(xiàn)二個(gè)空心錠模的凝固，二個(gè)錠模的形狀和成分與希望得到的雙材料套管的二個(gè)組成部分的形狀和成分對(duì)應(yīng)。構(gòu)成內(nèi)套管的鑄錠外表面的凝固直接在構(gòu)成外套管的鑄錠內(nèi)表面上進(jìn)行，或者相反，并且它們的凝固通過(guò)構(gòu)成套管的材料的結(jié)合-擴(kuò)散或共同凝固而執(zhí)行。


閱讀下面參照以下附圖進(jìn)行的描述將更好地了解本發(fā)明。圖1示意示出實(shí)施本發(fā)明方法的設(shè)備的正剖面圖；圖2示出外套管在凝固過(guò)程中的同一設(shè)備；圖3示出外套管完全凝固并且內(nèi)套管在凝固過(guò)程中的同一設(shè)備。
具體實(shí)施例方式圖1示出本發(fā)明的用于制造雙材料套管的裝置的示例。作為主要零件，該裝置首先包括用于在所示示例中略微錐形的環(huán)形鑄錠的下鑄基部I。在所示示例中，該基部I的中央部分包括基本為圓柱形并且相對(duì)于基部I的其它部分突起的底座2。第一錠模部分地由位于基部I上的柱形金屬壁3構(gòu)成，它的下部夾緊底座2，底座2的上表面構(gòu)成第一錠模的底部。第一錠模的壁3也可通過(guò)流體循環(huán)進(jìn)行外部或內(nèi)部冷卻，或者不冷卻。第一錠模3的內(nèi)表面的作用是保證套管外部的凝固。為此，基部I包括液態(tài)金屬(例如16MND5低碳鋼)的進(jìn)入通道4，通道4與未出示的鑄造澆口連接，即與用于接收從澆鑄包底部溢出的液態(tài)金屬的豎直通道連接，澆鑄包中的溫度和成分已經(jīng)經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)。進(jìn)入通道4分為多個(gè)排出通道(圖中可以看見(jiàn)其中二個(gè)排出通道5、6)，它們通向底座2的上表面，并且可以使液態(tài)金屬到達(dá)第一錠模的壁3在外部形成的環(huán)形澆鑄空間7的多個(gè)位置。第二錠模由基部I的底座2的上表面、另外二個(gè)同心柱形金屬壁8、9形成,金屬壁8、9之間形成用于澆鑄套管內(nèi)部的環(huán)形空間10。為此，基部I包括用于液態(tài)金屬(例如304L奧氏體不銹鋼)的另一進(jìn)入通道11，該進(jìn)入通道11與供應(yīng)上述進(jìn)入通道4的鑄造澆口不同的另一鑄造澆口連接。該另一進(jìn)入通道11最好分為多個(gè)排出通道(和進(jìn)入通道11 一樣，其中二個(gè)排出通道12、13位于附圖的剖面平面后部)在附圖中用虛線(xiàn)表示。它們通向底座2的上表面，并且可以使液態(tài)金屬到達(dá)第二錠模的壁8、9形成的環(huán)形澆鑄空間10。根據(jù)本發(fā)明，該第二錠模的特點(diǎn)是，分開(kāi)二個(gè)澆鑄空間7、10的最外壁8(并因此構(gòu)成第一錠模的內(nèi)壁)可以根據(jù)控制按照下面將看到的方式豎直移動(dòng)。受操作者或自動(dòng)裝置控制的未出示的提升部件可保證該活動(dòng)。第二錠模的最內(nèi)壁9也是固定的或可拆卸的。形成第二錠模的最內(nèi)壁9的冷卻系統(tǒng)完善該設(shè)備。例如該冷卻系統(tǒng)可以是通過(guò)循環(huán)流體(例如水)而內(nèi)冷卻的芯軸14，如文獻(xiàn)FR-A-2 52513UFR-A-2 543 03UFR-A-2 676670、或FR-A-2 676 671描述的。該芯軸14與形成第二錠模的最內(nèi)壁9接觸，以便在使用設(shè)備時(shí)保證它的冷卻和支撐。所述設(shè)備最好在澆鑄空間7、10的上部設(shè)有冒口 15、16，即位于錠模的固定壁上的耐火材料制成的外圍零件-第一錠模3的內(nèi)表面；-以及第二錠模的最內(nèi)壁9。這些冒口 15、16在液態(tài)金屬錠澆鑄的作用原理是眾所周知的，其作用是延遲與之相對(duì)區(qū)域中的金屬的凝固，使得在該區(qū)域中盡可能長(zhǎng)時(shí)間地形成液態(tài)金屬的儲(chǔ)存，這些液態(tài)金屬將提供給鑄錠的軸向部分，以保證鑄錠的凝固盡可能均勻。實(shí)際上，從錠模的相對(duì)壁形成的凝固表皮可能以不規(guī)則的方式生長(zhǎng)，并以預(yù)期的方式局部連接在一起而結(jié)束，因此形成一些限制了仍處于液態(tài)的金屬的“橋”。這些金屬凝固時(shí)將減小體積，因此留下叫做“縮孔”的真空空間，這具有對(duì)金屬錠和由此形成的產(chǎn)品的質(zhì)量形成瑕疵的危險(xiǎn)。在本發(fā)明要制造的套管的類(lèi)型的情況下，這些縮孔更加有害，由于套管不能或幾乎不能承受以后的塑性變形，這些塑性變形肯定會(huì)封閉縮孔。通過(guò)冒口保留的液態(tài)金屬在凝固過(guò)程中可以提供給金屬錠的中央部分，因此避免形成產(chǎn)生縮孔的橋，或者在其形成后重新熔化。圖2示出碳鋼制成的外套管17澆鑄和凝固過(guò)程中的設(shè)備。將液態(tài)碳鋼通過(guò)進(jìn)入通道4引入到裝置中，并且使其深入到由第一錠模3的內(nèi)壁和第二錠模的外壁8形成的澆鑄空間7中。在圖2中，套管17處于凝固過(guò)程中，并且貼靠第一錠模的壁形成凝固表皮18。圖3示出正在澆鑄和凝固不銹鋼內(nèi)套管過(guò)程中的設(shè)備。在提升分隔二個(gè)澆鑄空間7U0的柱形壁8以便暴露外套管7的凝固表皮后，通過(guò)進(jìn)入通道11引入液態(tài)不銹鋼。液態(tài)不銹鋼深入到由外套管17和形成第二套管的澆鑄空間10的另一壁9形成的澆鑄空間10中。后者貼靠被芯軸14冷卻的壁9凝固，并且還貼靠外套管17的內(nèi)表面凝固。在澆鑄內(nèi)套管的時(shí)刻選擇二種材料(凝固套管17和用于構(gòu)成環(huán)形內(nèi)套管的液態(tài)金屬)的溫度，使碳鋼與不銹鋼之間的化學(xué)-冶金擴(kuò)散以明顯方式在它們的界面處進(jìn)行，或者在該界面產(chǎn)生共-凝固。這樣就通過(guò)結(jié)合-擴(kuò)散或共同凝固現(xiàn)象而得到二個(gè)套管的非常好的凝固質(zhì)量。不銹鋼18完全凝固后，去除第一錠模3和第二錠模的壁9，因此得到所需準(zhǔn)備鍛造或加工的雙材料套管毛坯，以便在可能的熱處理后得到最終套管。有利地，為了便于提升分隔二個(gè)澆鑄空間7、10的壁8，并且不損傷套管17的表面，可以規(guī)定用于與外套管17接觸的表面裝有潤(rùn)滑部件，例如與連續(xù)澆鑄鋼錠模相似的通向壁表面的注油管道，或者注射加壓氣體以允許迅速剝離壁8的管道。已經(jīng)描述了為了澆鑄不銹鋼內(nèi)套管而等待外套管17完全凝固的情況。但是，根據(jù)本發(fā)明，不等待完全凝固，并進(jìn)行柱形壁8的提升，然后澆鑄不銹鋼18，而此時(shí)外套管17的凝固還沒(méi)有完全完成。只需使壁8上形成的凝固表皮已足夠堅(jiān)固，以便不被壁8的運(yùn)動(dòng)損害，并耐受澆鑄時(shí)不銹鋼18施加在它上面的壓力即可。該方法的優(yōu)點(diǎn)是在外套管的內(nèi)表面的溫度比較高時(shí)執(zhí)行澆鑄，這增加了材料互相擴(kuò)散的強(qiáng)度。因此二個(gè)套管的附著得到更好保證。同樣，可以考慮開(kāi)始提升柱形壁8，然后在外套管17澆鑄結(jié)束前澆鑄內(nèi)套管，但是此時(shí)外套管17的凝固發(fā)展得足以使貼靠柱形壁8的凝固表皮足夠厚和足夠堅(jiān)固以便無(wú)損壞地支撐壁8的移動(dòng)和注入的液態(tài)金屬18施加的壓力，以形成內(nèi)套管。外套管17的凝固甚至可以在壁8運(yùn)動(dòng)時(shí)繼續(xù)。與到目前已知的技術(shù)相比，本發(fā)明可以取消不銹鋼帶的結(jié)合和檢驗(yàn)結(jié)合的階段，因此使大尺寸雙部件套管的整體的制造時(shí)間至少節(jié)約5%-10%。例如，以非限定方式，這相當(dāng)于可能長(zhǎng)達(dá)一百周的制造過(guò)程中的5-10周。雙材料套管的制造就過(guò)渡至雙部件空心鋼錠的制造。可以制造該套管的錠模多數(shù)是鑄鐵制成的，可拆卸內(nèi)裝置自身由鑄鐵或鋼制造。鍛造和/或圓形軋制階段可以形成基本具有雙部件套管最終長(zhǎng)度的毛坯，并且毛坯的最小厚度與以后的加工階段相適應(yīng)。最后，執(zhí)行加工階段以便使毛坯狀態(tài)的雙材料套管達(dá)到預(yù)先確定尺寸的最終零件狀態(tài)。已經(jīng)參照外部為碳鋼并且內(nèi)部為不銹鋼的雙材料套管的制造對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。當(dāng)然，該示例不是限制性的，也可使用其它材料。同樣，已經(jīng)描述的示例中的尺寸的數(shù)量級(jí)也是不限制性的。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，環(huán)形套管17、18可以是具有矩形或其它截面的柱形、錐臺(tái)形。還可考慮在外套管17前澆鑄內(nèi)套管18，條件是設(shè)置冷卻部件，該冷卻部件保證內(nèi)套管18首先以強(qiáng)制方式冷卻。和前面在相反情況下的描述相同，外套管17的澆鑄可以在已經(jīng)部分或全部凝固或仍在凝固過(guò)程中的內(nèi)套管18上執(zhí)行。
權(quán)利要求
1.一種制造由互相結(jié)合的環(huán)形外套管(17)和環(huán)形內(nèi)套管(18)構(gòu)成的雙材料套管的方法，二個(gè)套管由不同材料形成，其特征在于-在由澆鑄基部(I )、位于澆鑄基部(I)的第一錠模壁(3、9)和位于所述基部(I)并與錠模壁(3、9)同心的能夠向上移動(dòng)的壁(8)形成的澆鑄空間(7、10)中執(zhí)行第一套管(17、 18)的下鑄和凝固；-提升所述可移動(dòng)壁(8)，以暴露第一套管(17、18)的貼靠第一套管凝固的表皮；-在預(yù)先貼靠可移動(dòng)壁(8)凝固的第一套管(17、18)的所述表皮和第二固定錠模壁(9、 3)形成的澆鑄空間中執(zhí)行第二套管(18、17)的下鑄和凝固，通過(guò)凝固時(shí)互相接觸的所述套管表面之間的材料擴(kuò)散或通過(guò)共同凝固而進(jìn)行二個(gè)套管的結(jié)合；-還能進(jìn)行所述結(jié)合的套管形成的雙材料套管的鍛造和/或加工。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一套管是環(huán)形外套管(17)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一套管是環(huán)形內(nèi)套管(18)。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述第一套管(17、18)的凝固完成時(shí)提升所述可移動(dòng)壁(8)。
5.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在所述第一套管(17、18)的澆鑄完成但它的凝固還未完成時(shí)開(kāi)始提升所述可移動(dòng)壁(8 )。
6.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在所述第一套管(17、18)的澆鑄還未完成時(shí)開(kāi)始提升所述可移動(dòng)壁(8 )。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，將所述第一套管(17、18)與所述可移動(dòng)壁(8)之間的界面潤(rùn)滑。
8.如權(quán)利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，在所述第一套管(17、18)與所述可移動(dòng)壁(8)之間的界面處注入加壓氣體。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的方法,其特征在于,對(duì)所述錠模的一個(gè)和/或另一壁(3、 9)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。
10.如權(quán)利要求1-9之一所述的方法，其特征在于，所述外套管(17)由碳鋼形成，所述內(nèi)套管由不銹鋼形成。
11.一種制造由互相結(jié)合的環(huán)形外套管(17)和環(huán)形內(nèi)套管(18)構(gòu)成的雙材料套管的裝置，二個(gè)套管由不同材料形成，其特征在于包括-下鑄基部(I)；-設(shè)在所述基部(I)中的用于構(gòu)成外套管(17)材料的液態(tài)金屬的進(jìn)入通道(4)和它的排出通道(5、6)，所述排出通道(5、6)通向由基部(I)的上表面、第一錠模(3)的內(nèi)壁和第二錠模的外壁(8)形成的第一澆鑄空間(7)；-設(shè)在所述基部(I)的用于構(gòu)成內(nèi)套管材料的液態(tài)金屬(18)的進(jìn)入通道(11)和它的排出通道(12、13)，所述排出通道(12、13)通向由基部(I)的上表面、第二錠模的所述外壁 (8)和第二錠模的所述內(nèi)壁(9)形成的第二澆鑄空間(10)；-沿豎直方向提升第二錠模的所述外壁(8)的部件，該部件能夠暴露外套管(17)的凝固的內(nèi)表面，并使其與用于構(gòu)成內(nèi)套管的液態(tài)金屬(18 )接觸。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于冷卻第二錠模的內(nèi)壁 (9 )的部件，例如被第二錠模的內(nèi)壁(9 )包圍和內(nèi)冷卻的芯軸(14 )。
13.如權(quán)利要求11或12所述的裝置，其特征在于，所述錠模包括冒口(15、16)。
14.如權(quán)利要求11-13之一所述的裝置，其特征在于，所述第二錠模的外壁(8)包括用 于將它與用于構(gòu)成外套管(17)的金屬的界面進(jìn)行潤(rùn)滑的部件。
15.如權(quán)利要求11-13之一所述的裝置，其特征在于，所述第二錠模的外壁(8)包括用 于在它與用于構(gòu)成外套管(17)的金屬的界面處注入加壓氣體的部件。
16.一種由互相結(jié)合的環(huán)形外套管(17)和環(huán)形內(nèi)套管(18)構(gòu)成的雙材料套管，這二個(gè) 套管由不同材料形成，其特征在于，通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1-10之一的方法得到所述雙材料套 管。
17.如權(quán)利要求16所述的套管，其特征在于，所述外套管由16MND5碳鋼形成，所述內(nèi)套 管由304L不銹鋼形成。
18.如權(quán)利要求16或17所述的套管,其特征在于,所述套管是核反應(yīng)堆或石化反應(yīng)容 器的組成部分。
19.如權(quán)利要求16或17所述的套管，其特征在于，所述套管是核反應(yīng)堆增壓器的組成 部分。
全文摘要
一種制造雙材料套管的方法，所述雙材料套管由互相結(jié)合的環(huán)形外套管(17)和環(huán)形內(nèi)套管(18)構(gòu)成；在由第一錠模的壁和與第一錠模壁同心的第二錠模的可向上移動(dòng)的外壁(8)形成的澆鑄空間(7)中執(zhí)行外套管(17)的下鑄；提升第二錠模的所述可移動(dòng)壁(8)，以暴露貼靠外套管凝固的外套管(17)的表皮；在由所述表皮和所述第二錠模的固定內(nèi)壁(9)形成的澆鑄空間中執(zhí)行下鑄和內(nèi)套管的凝固，通過(guò)所述套管之間的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)二個(gè)套管的結(jié)合；并且還進(jìn)行所述結(jié)合的套管的鍛造和/或加工。使用該方法的裝置和這樣形成的套管。
文檔編號(hào)B22D19/16GK103025455SQ201180027210
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者弗雷德里克·佩德里塞 申請(qǐng)人:阿?，m克勒索鍛造公司