生产包层钢产品的方法

生产包层钢产品的方法
【专利摘要】本发明公开生产胚料(B14e)的方法，该胚料可以进行加热和轧制或用常规设备其它方式加工，形成具有钢核心和合金的包层的产品，合金包括不锈钢、镍-铬合金、镍-铜合金或铜-镍合金。对于产品诸如耐腐蚀钢筋，胚料(B14e)包括脱氧钢核心(C)，其插入合金的管(J)中，并且在其上进行锻造操作，使得管的不连续部分的横向尺寸减小。锻造操作可以在部分的管上进行，在管上具有与钢体的界面。这可以使得管的长度增加，并且也可以使得在界面的钢体的横向尺寸减小。为了阻止管中铬和其它金属的氧化，清除金属诸如铝或钛的一个或多个胚块(Es,Ea,Et)在伸出核心的末端的余隙的部分的管中插入。在加热胚料之前，这些部分然后向内锻造和通过焊接或类似方法密封。为了生产管形产品，核心具有容纳第二种金属管的孔。在这种情况中，管中的一种或两种可以由合金组成。
【专利说明】生产包层钢产品的方法
发明领域
[0001]本发明涉及制造耐腐蚀性金属产品的方法和由该方法生产的产品。本发明具有对于含有易腐蚀钢的核心的产品特定、但非专用的应用，所述易腐蚀钢的核心施加由不锈钢、镍-铬合金、镍-铜或铜-镍合金组成的包层。也意欲本发明应该涵盖在这种方法中使用的胚料，因为可能有这种胚料的市场。
[0002]在工业中最通常使用、一般简单地称为“钢”的易腐蚀性是熟知的，而不应该需要进一步讨论。相反地，不锈钢和前述合金的耐腐蚀性质是同样地熟知的。本发明原则上应用于由钢体组成的任何产品，所述钢体比不锈钢或前述合金显著地更易于腐蚀，且易于由本文描述的技术已经施加其这些材料的包层。在本说明书中，单独地使用术语“钢”指除非由上下文清楚地是其不意欲的钢之外的这种钢。具体地，意欲术语“钢”应该涵盖通常所称的碳钢。根据惯例以及如本文使用，术语“碳钢”涵盖各种等级的碳钢，包括低碳钢、低合金工程钢和微合金钢。
[0003]术语“不锈钢”、“镍-铬合金”和“镍-铜合金”是金属工业中熟知的名称，且通常分别应用于含有显著量的铬、镍和铬、以及铜和镍的一系列的合金。在镍-铜合金中，镍比铜多，与“铜-镍合金”相反，其中镍和铜的比例是相反的。属于四个名称中的每一个的一系列合金出现在从其主要生产商的可得的目录中。在本说明书中，术语“在本文考虑的合金”指这些合金中的任一个，除非由上下文清楚地是其不意欲的合金。
[0004]在本说明书中，使用以下缩写，以避免过多的重复:
[0005]SS=不锈钢
[0006]NiCr=镍-铬
[0007]NiCu=镍-铜
[0008]CuNi=铜-镍
[0009]RT=开始轧制温度范围
[0010]RTa=奥氏体不锈钢 SS/NiCr 的 RT:1230 - 1280°C
[0011]RTd= 二相合金 / 铁素体钢 SS/NiCu/CuNi 的 RT:1100 - 1200°C
[0012]FD=在以下定义含义的“细碎的(finely divided)”。
【背景技术】
[0013]美国专利6706416和在其中提到的较早的多个专利，包括美国专利5051315，所有的Cacace的专利，和在本文称为“较早的Cacace”专利和方法，涉及生产SS-包层的钢产品。在这些较早的Cacace专利中，胚料通过将碳钢屑逐步压缩入圆形SS管中的胚块中进行制备。熟读这些专利，看上去清楚地是，在SS包层和制成胚块屑的核心之间的界面的令人满意的冶金结合的实现已经成为问题的。问题的根源是在界面不锈钢中的铬的氧化的出现。美国专利6706416公开了处理这种氧化的方法。这可能的原因是，就 申请人:所意识到的，该方法只是生产在最近商业使用的SS包层钢筋的一种方法。
[0014]使用通过压缩细铁屑进入SS管生产的胚料存在明显的缺点。这种胚料的生产需要昂贵的专用机械，其的实例在美国专利5088399(较早的Cacace专利中的一个)中描述。最现代的工厂不能够轧圆形胚料。它们被设计轧方形胚料，方形胚料可以是长多至15m，和一般为130mm至150_的截面尺寸。在较早的Cacace专利中描述的胚料是圆形的,和一般是约2m长XlOOmm直径。这可能是接近于用于通过压缩细铁屑进入管的生产胚料的机器能够处理的最大尺寸。仅有有限数量的现有轧制机能够轧如此短长度的胚料，并且有甚至更少的也能够从圆形胚料轧制。本方法的主要优点是胚料尺寸可以进行选择以适应现有轧制机。
[0015]虽然在原则上包括压缩入SS管的碎铁屑的胚料的尺寸和长度可以增加，和形状可以变化，但是涉及得到用于这个目的的合适机器的技术问题可能是非常难于克服的。
[0016]本发明的一个目的是提供一种能够使生产的胚料的长度、尺寸和形状能够在现有轧制机中轧制的方法。
[0017]Cacace 的国际专利申请号 PCT/GB2010/001932、PCT/GB2010/001933 和 PCT/GB2010/001934(它们在本文分别称为“Cacace 1932”、“Cacace 1933”和 Cacacel934”)涉及生产由在固体钢核心上合金包层组成的复合胚料的方法。在这些申请中公开的技术涉及解决与在各种较早的专利中公开的生产这种产品的方法有关的问题和缺点。
[0018]GB 2085331(Sumitomo)、 EP 225983(Mitsubishi)和 EP 59070(Spencer Clark)每一个公开了从SS管中含有脱氧钢体的胚料生产包层钢产品的方法。然而，这些公开当中没有一个提及SS中铬氧化的前述问题。 申请人:相信这种氧化对于成品中核心和管之间的结合将是严重有害的，并且产生商业上不可接受的包层钢产品。
[0019]在Cacace 1932/3/4中，公开了阻止这种氧化的技术。管伸出实心核心棒的余隙，和技术预见在邻近核心棒的末端的管中放置大量的细碎的清除金属诸如铝、钛或镁。当加热和轧制时，管的末端进行密封以阻止氧化气体进入胚料。该技术建议在核心加热之前加热胚料的末端，使得在管中的铬氧化可以发生之前，清除金属对于清除残留氧变为活性的。
[0020]虽然清除金属的条件，但是需要说明的是必须保证管紧密地贴合在核心周围。为了这个目的，在Cacace 1932/3/4中公开的管可以采用各种形式。在Cacace 1933中，使用核心棒插入的预制管中。管然后伸长超过其弹性极限，这具有暂时增加管的长度和同时减小在管和核心棒之间的间隙的好处。然而，需要用于商业规模伸长的装置可能是相对昂贵的。而且，管需要在其末端具有必须被张开以使得它们由伸长装置抓牢的部分。这些部分增加在使用后切断的管的部分的长度，因此浪费。这增加胚料的成本，特别是考虑在本文考虑的合金的高电流成本。
[0021]在核心棒上伸长的管的另一个缺点是如此伸长的管仅具有有限的接受不规则形状的核心棒的能力，特别是核心棒的横截面情况。当所谓‘近终形(near net shape) ’的物体连续铸造胚料或初轧方胚时，一般通过西门子奥钢联方坯异型坯连铸技术(Siemens VAIBloom-Beam Blank Casting Technology),或者甚至用过的车轴或头、凸缘、或旧钢轨的腹板部分用于作为核心棒，这个缺点是有意义的。相同的缺点可能适用于从一个或多个包在一起的伸长组件制造的核心，使得产生不规则或不对称的横截面形状。
[0022]在Cacace的1932/4中，每个管可以由在被放置在核心棒周围之后焊接在一起的一个或多个伸长组件制造。当核心棒具有方形横截面情况时，组件可以是平的或可以是方形管、角部分或通道部分形状的，使得适应于方形横截面的一部分或整个的。[0023]本发明的一个目的是提供减少管和核心棒之间的间隙的可选的技术。
[0024]Cacace 1932/3/4提议，在一些情况中，整个管，包括突出端，是SS或者在本文考虑的其它合金中的一种。然而，这些合金是昂贵的，和期望最小化其用于组成管的数量。为了这个目的，在一些情况中，缺少核心棒的管末端的合金部分和管的突出端由焊接到合金部分的钢套管组成。
[0025]在Cacace的1932/3/4中提议的钢套管减少了以这种方式丢弃的合金的量。然而，连接钢套管到合金部分的焊接，和在管中任何地方实际焊接，特别是在其末端附近，是管中脆弱的潜在来源。这也符合于在适当位置固定的焊接，附近的板在管的上覆盖端中插入和在适当位置焊机以封闭管的末端。当被这种板封闭时，管，无论它是否包括钢端块，形成封闭的外罩，在外罩中核心棒被密封。在界面的金属的氧化的最常见原因发现是这种焊接的失败，这种焊接在胚料中是特别脆弱的，胚料在其末端不是锥形的。如所熟知，在轧制期间，所谓“鱼尾爪脚”在具有非锥形末端的胚料的末端中常常形成。
[0026]US 5051315,US 6706416和Cacacel934建议管末端可以使用“卷曲”每个末端成为星形的装置进行“关闭”。虽然该步骤减小管末端的尺寸，因此帮助胚料进入轧机和减少在其附近的焊接失败的可能性，管末端暴露为星形。而且，熟读每个文献清楚的是，管末端在加热炉预备中基本是保持打开轧制，而不是通过这个步骤密封阻隔空气。在US 6706416中依靠放置，而不是在核心的细铁屑中的两种添加剂的存在下，通常是铝和氯化铝，以阻止如前述的合金中的铬的氧化。在Cacace的1934中公开的技术提出使用氯化铝是不必要的。
[0027]如以下详细描述， 申请人:现在已经发现显著和没有预料到的益处由使管末端逐圆锥形至均匀圆形或方形引起，并且它是本发明实现这个目的的目标之一。
[0028]应该清楚地是在本文找到的多个描述性术语以它们在钢铁工业中使用的意义进行使用。例如，本领域技术人员将意识到描述为‘方形’的金属管或棒将不可避免地具有在一定程度上变为圆形的角。为了多个目的，金属棒和管有目的地形成具有圆形角，并且对于商业可接受的，这种产品的多个特征，包括适合于棒和管的角的半径，将有权威规范规制。为了避免过分的重复，以下术语具有示出的含义，除非根据上下文清楚地是它不是所意欲的:
[0029]“方形棒”和“矩形棒”包括具有在生产过程中形成圆形的角的这种棒；
[0030]“方形管”和“矩形管”包括具有在生产过程中形成圆形的角的“方形管”和“矩形管”。
[0031]而且，虽然一些的描述基于使用插入圆形成角的合金管中的圆形成角的方形棒，但是它们可以等同应用于任何其它合适形状的棒和管，包括圆形和圆形之外的形状，考虑形状差别的预期好处。

【发明内容】

[0032]在本说明书中，术语“清除”意味去除气态氧，与“还原”相对，其意味从含有氧作为其组成之一的化合物中去除氧。
[0033]在一方面，本发明提供生产可以进行加热和加工形成金属产品的胚料的方法，胚料包括金属管和在金属管中插入的钢体，该方法包括在管上进行锻造操作的步骤，其使得至少部分的管的横向尺寸减小。[0034]在一方面，本发明提供生产可以进行加热和加工形成金属产品的胚料的方法，胚料包括金属管和在金属管中插入的钢体，该方法包括在管的不连续部分上进行锻造操作的步骤，其使得至少部分的横向尺寸减小。
[0035]在本发明的一方面，管由选自以下的合金组成:不锈钢、镍-铬合金、镍-铜合金和铜-镍合金。
[0036]相信对于在被加热和轧制之前已经如此锻造以及准备用于修饰的胚料有市场。
[0037]在本发明的一方面，锻造操作在已经具有与钢体界面的部分的管上进行。
[0038]在本发明的一方面，锻造操作使得部分的钢体的横向尺寸减小，钢体具有与被锻造的部分的管的界面。
[0039]在本发明的一方面，锻造操作使得管的长度增加。
[0040]在本发明的一方面，方法包括在部分的管中放置至少一种清除金属的步骤，管伸出钢体的末端的余隙。
[0041]在本发明的一方面，被锻造的至少一部分位于伸出钢体的末端的余隙的管的一部分中，和进行锻造至横向尺寸小于钢铁的末端的尺寸。
[0042]在本发明的一方面，锻造操作使得部分中的至少一个的壁厚度增加。
[0043]在本发明的一方面，方法包括使得管与胚料的外部隔离的步骤。
[0044]在本发明的一方面，插入物位于管的一部分的末端中，管伸出钢体的末端的余隙，并且那个末端以对着插入物这种方式进行锻造，阻止在胚料之外的气体进入胚料。
[0045]在本发明的一方面，插入物包括至少部分的细碎钢。
[0046]在本发明的一方面，插入物包括至少部分的细碎的钢和至少一种以细碎形式的清除金属的混合物。
[0047]在本发明的一方面，钢体具有孔，在孔中放置第二种金属管，在孔中放置第二种金属管，第二种金属管的至少一端密封连接钢体到钢体插入的管。
[0048]在本发明的一方面，第二种金属管由选自以下的合金组成:不锈钢、镍-铬合金、镍-铜合金和铜-镍合金。
[0049]在本发明的一方面，方法包括以下步骤:加热胚料，和加工胚料形成具有由合金组成的包层的产品。
[0050]意欲本发明的范围延伸至根据在本文说明的方法生产的胚料。
[0051]本发明的方法利用在本文考虑的合金当压缩时，它们能够高度伸长。核心插入其中的不锈钢管可以以多至40%向内变形，和也可以在其断裂之前以相同量增加长度。在管断裂之前，很好达到SS的弹性极限，和管的横截面尺寸永久地与伸长和压缩的程度成比例地减小。含有至少40%Cr的NiCr合金也能够约40%向内变形和伸长。NiCu和CuNi合金能够合金能够35 - 60%向内变形和伸长。当管沿着其长度伸长或径向地向内压缩时，使得在钢条和在钢条插入的合金管之间存在的余隙或间隙将减小。使得余隙由于使管伸长或压缩超过其弹性极限可以被减小。
[0052]钢体可以是实心棒材或空心棒材。使用实心棒材一般将产生热轧的最终产品诸如SS-包层钢筋。使用空心棒材一般将产生由已知技术生产的管道，且其具有不锈钢的外部包层。【专利附图】

【附图说明】
[0053]本发明参照附图进一步讨论，其中:
[0054]图1至8a显示各种胚料的横向截面视图；
[0055]图9a_b显示含有插入管中的棒的组件；
[0056]图10-13显示锻造含有插入管中的棒的组件的的各个阶段中的装置的平面图；
[0057]图8b-e、图14a-e和图19-22、23-23a和24显不各种胚料的纵视图、多数部分截面；
[0058]图16-18显示由在此示出的胚料生产的包层钢产品的横向截面视图；和
[0059]图25是胚块的图解说明。
【具体实施方式】
[0060]使用本发明的技术制备和在本说明书中描述的胚料的实例基于可以是长至15m的胚料。清楚地是，所有这些尺寸仅是举例说明。
[0061 ] 在一直到与本发明的研发有关的目前由 申请人:完成的工作中，多数的胚料由碳钢的核心体以及A304 SS和UNS S32101和S32304I双相不锈钢的包层组成。在此描述的本发明的实施方式因此重点在于具有SS包层的胚料。然而，考虑到镍和铜具有比铬高的“氧化自由能”(FEOF)， 申请人:相信本发明的技术可以在没有显著修改成功地应用于生产含有钢核心体的产品，其用本文考虑的任一合金覆盖。在本上下文情况中，FEOF提供一种方法，在任何特定温度，组成胚料中的金属元素是否将优于包层构件中的铬、镍或铜被氧化并因此阻止其氧化。各种金属的FEOF的图解说明出现在金属反应形成氧化物的Ellingham图中。在因特网上和技术文献中也是可自由得到Ellingham图。
[0062]参照附图，数个胚料的横截面和其制备将首先讨论，每个包括在主要由本文考虑的合金中的一种组成的各种管中插入的钢核心。减小在核心和管之间的界面出现的不可避免间隙的尺寸的方式随后描述。虽然间隙已经被如此地减小，但是如果在界面的核心和SS套管之间的结合是令人满意的，仍然需要从胚料的内部排除氧化气体，随后描述阻止或减少这种氧化的方式。
[0063]一般而言，附图是不成比例的。具体地和为了附图中清楚，没有画出图解的多数的胚料，只要它们将真实地是与它们横向尺寸有关。
[0064]图1示出方形胚料BI的横向横截面，方形胚料BI包括在方形SS管52中、以脱氧钢的方形棒51形式的核。棒可以已经被插入预成型的SS管。可选地，参照图2，SS条或长的SS板75预先形成为深U-或通道形状，如在75a虚线轮廓线示出。在钢棒76放置在通道中后，板75的凸缘的外部75b在棒的上部上弯曲。凸缘然后如在75c示出对着棒轧平，和在间隙77焊接在一起以封闭管，一般而不是必须排他地，通过埋弧焊工艺。只需要一次焊接。当仍然是平的时候，板或条的宽度是这样，在棒的周围形成后，在棒的并列面和由板或条75形成的管之间的余隙是尽可能小的。
[0065]图3示出胚料B3，其在所有方面类似于胚料B1、除了 B3是矩形的。它适合于生产转角、通道、扁条、轨道和通用梁。具有合适尺寸的胚料B3，诸如后块的那些，也可以用于生产SS包层板。
[0066]图3a示出近终形(“NNS”)的胚料B3a。这是在工业中使用的术语，描述连续浇铸胚料的形状，设计为在形状和尺寸上尽可能地接近于胚料轧制成的最终产品的形状和尺寸。通过熔融钢倒入模的形状、在浇铸的开始形成NNS。胚料B3a是所谓“狗-骨”，其是NNS的一个实例。各种尺寸的狗骨进行连续浇为轧制成轨道或通用梁的NNS胚料铸。
[0067]图4示出圆形胚料B4，其包含以圆形钢筋53形式的核心，圆形钢筋53在圆形的预成型的SS管54中插入。
[0068]在生产B4和BI的可选方法中，SS管可以从分别折叠在圆形或方向棒周围的平板形成和在轧管机中焊接封闭。
[0069]BI和B4都适合于生产长的产品，诸如SS-包层角铁和其它分段、支柱、地锚、圆条和扁条。
[0070]在另一种可选中，图5中示出的胚料B5包括四个条或板90，其压成“L”或角形紧密贴合在方形钢筋91周围，然后如在92示出缝焊形成管。虽然增加焊接操作，L形状的板可以成形为非常精确地贴合在方形棒91周围，而且当凸缘的对接边缘被焊接在一起时，没有必要对着钢筋压板90的凸缘。
[0071]类似地，在图6中示出的胚料B6，当放置在棒95的两个角之上后，前后轧制或压成两个90°角部件的两个SS条或板93可以在94焊接在一起。
[0072]图6a中，在放置在棒95a的两个面上之上后，前后轧制或压成两个通道形状角部件93a的两个SS条或板可以在94焊接在一起。
[0073]在图2、5和6a中，示出焊接的位置。在一些情况中，可以发现优选地是位于焊接其它地方，而不是沿着面的中心。
[0074]在图7中示出的胚料B7中，四个平的SS条或板96可以对着棒98的四个面放置和邻近棒的四个角焊接在一起，如在97示出。当作说明性实例，棒98在这种情况是矩形的。它当然可以是方形的。
[0075]图8示出圆形胚料B8，其包括在管57中插入的圆形空心钢体57。另外，第二管70在钢体57的孔中插入。B8适合于生产圆形无缝钢管或管道，其是内部和/或外部用SS或在本文考虑的合金的另一个包层。图8b-c是B8的末端的侧视图。B8的生产在以下更详细地讨论。
[0076]图1-8图解的管，甚至当预成型时，通常都包括纵向延伸的焊接。尽管关于焊接的弱点的较早评论，已经发现在轧制期间，和当用适当级别的焊丝完成时，SS管的部分中的纵向延伸的焊接很少出故障，对于本目的是足够可靠的，核心棒位于在SS管中。
[0077]预成型的SS管可以在常规轧管机中生产。图示出棒和管的角都是辐射式的。在锻造(如以下讨论)前后和在轧制前，实际上，核心棒将不会如示出整齐地能容纳管，特别是在角。在适合于最多的现有轧机的尺寸的胚料中，正常的商业制造步骤将具有在至少一些的核心棒的接口侧和管之间总存在间隙的结果。如果不是必须的，期望保持这些间隙的是最小的。当管从在放置在核心棒周围之后被焊接在一起的板制造，间隙可以小到足以避免在轧制期间在胚料中形成缝脊。当板被焊接，如果焊接安排进入核心棒，这是特别如此的。
[0078]然而，在预成型SS管中插入核心棒的情况中，间隙可能是相当大。考虑14m长胚料包括90X90mm标称的横截面尺寸的方形棒,该方形棒在120X120mm标称的横截面尺寸和8_壁厚的预成型管中插入的。如果市场组件为一般的制造公差，在环境温度棒和管之间可能存在等于最大约14-_的标称间隙。在实践中已经发现这种尺寸的间隙允许方形棒和管被使用，它们明显地不是直的。在多数情况下，棒和管将不会扭曲到这种程度。显然，将实心棒插入管所需要的力将随着两者之间的间隙的尺寸的减小而增加。尽管如此，标称的间隙可以被显著地减小，和最终消除，通过使用在本文描述和说明的装置和技术。在轧制期间可能出现过多外围的SS相关的问题由此将进一步地减少。
[0079]在预置的管中插入核心的装置在Cacace 1933中公开。然而，这个装置也包括在插入核心之后用于伸长管的整合的部件，以减少间隙，并且与它生产的胚料一起，在一些安装中可能是代价太高而不合乎情理的，特别是，如果使用SS管，它们没有被退火和它们在制造期间已经变为加工硬化的。伸长这种管减少间隙所需要的力可以是退火管需要的力的几乎两倍，由此甚至进一步增加安装需要的尺寸和成本。一种替代、甚至更便宜的装置27在图10-13中图解，用于延长管而同时减小其横向尺寸和间隙。预备使用该装置，圆形核心棒29插入圆形预成型的SS管30中，以形成称之为在图9a中最佳示出的组件32。核心棒可以通过任何合适的技术插入。在一个实例中，管固定住在合适的支架上和核心棒简单地推进管中，一般通过压力扬汲机。这可以不提供困难的情况下实现，如以上说明，在核心棒和管的孔之间存在合适的初始间隙，一般为约14_。
[0080]在其最简单形式中，装置27包括单一锻造机35。这种机器是商业可得的。法国的Techmaflex以商标名称Techmaflex PE 280制造适合于本目的的机器。该机器具有允许使用浮动模的设计，当锻造圆形之外的其它形状时，需要它。这种机器在图10-11中示意图解。
[0081]机器35包括具有圆柱形通路37的主体36，在通路37中安装具有8个模座38的环形阵列的模组件，其通过放于主体36中液压组件驱动和在圆形中心轴X周围彼此间隔均等地布置。可以使用各种尺寸和长度的模座和可快速地替换。当在由机器35提供的向轴X的液压驱动时，位于模组件的流液洞40中工件诸如金属管通过模座向内锻造。
[0082]机器35安装在两个机械驱动辊道41、42之间，辊道41、42彼此和流液洞40排成一行。在锻造操作的第一个序列开始时，组件32通过吊车放低到辊道41之上和位于机器35的左边，如在图1Oa中43示出。在本实施例中，核心棒29开始比管30长，但是位于从核心棒的右手端29’伸出短的距离的管的一端30’，如在图9a中示出。长度的差别将取决于各种因素，包括核心棒和管的长度，管的壁厚度和模座38的长度。当管被锻造时，所有这些因素影响管经受的延长的程度，如将描述。
[0083]从位置43，辊道41向前推进组件32进入流液洞40中，到达图1Oc中在44示出位置。在这个位置，再次如在附图中所见，模座38(其位于公共面中)的右手端排有核心棒的右手端29’。模组件现在开动以驱动模座38径向向内。在这个运动中，排有模座的SS管的部分30a向内锻造和上升向核心棒接近。这种锻造作用推动管壁的部分30a的金属可塑性地被挤压和被驱逐出到模座的任一侧。该作用是部分30a的直径以及同时壁厚度永久地减小和在部分30a的任一侧上的管的部分变得更长。因此，端30’从核心棒的端伸出的距离少量地增加，和到部分30a的左边的管的整个部分沿着核心棒移动。当模组件被开动缩回模座时，部分30a保持与核心棒的摩擦接触。在部分30a和核心棒之间的间隙被消除或者至少在锻造区域中很大程度地减小。
[0084]在模具在该第一锻造步骤的结束缩回后，辊道移动组件32到图1Od中47显示的位置。在这个位置，再次如在图中所见，模座38位于到部分30a的左边的短距离。随着组件32在这个新位置，模组件被开动以锻造管的第二部分30b向内，如同以前对于管具有相同作用。管的部分30b的延长可以使得部分30a向右边少量地移动，由于在核心棒上的部分30a的摩擦粘着力，使它与核心棒一起进行。到部分30b的左边的管的整个部分沿着核心棒再次移动。
[0085]以这种方式继续，管逐步地锻造，从其右手端开始。因为在每个锻造步骤期间管递增地变得更长，所以这是必要的。如果正确选择管的初始长度，当管已经沿着核心棒的整个长度锻造时，管的左手端30”将伸出超过核心棒的左手端。管的端30’、30”将有利地从核心棒的端49伸出相等的预定距离，如在图9b中示出。将说明这样的好处。伸出端的直径将保留等于管的最初直径。
[0086]锻造应该在管的邻近部分上顺序地进行是必要的。锻造部分或多或少地固定不动地夹紧核心棒。不可能成功地锻造位于已经被锻造的两个部分之间的部分的管。如果这是未遂的，在锻造部分之间的部分不能够延长，管在这个区域中将具有不均匀的壁厚。
[0087]管所经历的延长的程度和管的末端最终从核心棒伸出的距离D主要取决于管和核心棒的尺寸，和通过经验可以确定。在一个实例中，胚料包括3050mm长、60.3mm的外径和27.4mm的壁厚的的管以及51mm直径的钢核心。管一般锻造直到57mm直径，导致每米的管长度23-30mm的延长，那么距离D —般为75_92mm。包括壁厚8mm的120mm方形管和90mm x90mm钢核心的14m长的胚料中，延长可以是每米的管长度90-100mm,那么距离D将是 1260-1540mm。
[0088]已经发现一个重要和意料之外的优点产生于对着脱氧钢核心锻造SS管。SS具有比钢更大的热膨胀系数。在根据Cacace 1932/4和甚至Cacace 1933中公开的方法生产的胚料中，这导致了胚料的核心和SS管之间的明显的间隙，当它们加热至RT时。在本方法中，锻造过程使得SS管向上接近对着核心的外表面变形。而且已经发现使用的锻造装置能够施加足够的力，以同时使得核心钢向内弹性变形。当锻造模座撤回时，钢往往回弹到期初始尺寸，但是被管完全阻止这种做。另一方面，管已经变形超出其弹性极限，而且由于锻造已经经历了加工硬化。这增加其屈服应力从约300MPa到或许超过500MPa。在锻造模座撤回后，因此可能的是在核心和棒之间将不存在间隙。而且，甚至可能的是由于核心的更大的膨胀，在两者之间存在“冷缩配合”。一般地，在施加到胚料500Mpa的周向应力下，该胚料包括具有IOOmm的初始外径和6mm壁厚的管,计算是直径将以约0.26mm收缩，内核心被去除(诸如通过加工)。然而，当温度增加时，在钢和SS之间的热膨胀系数的差别往往使得SS比钢相对更多膨胀。这往往抵消了由锻造所施加的收缩效应，即使当温度增加，在两种金属之间的膨胀差别减小。根据物理化学常数的Kaye&Laby的国家物理实验室表，在20°C - 1150°C的温度范围中约2.1微米/米/°C的差别将使得管相对于核心以0.23_膨胀，由此几乎抵消由锻造施加的冷缩配合作用。即使这些计算可能不是精确的，在RT的核心和合金管之间的间隙可能是小的，如果有。这进一步减小任何氧化性气体渗入到界面的可能性。当胚料在本方法中轧制时，已经发现在核心和管之间的结合提早地出现，可能甚至在第二次通过辊时。
[0089]锻造机将需要施加约600 - SOOMPa的压力到管和核心上以产生这种结果。这很好地在已知的一些锻造机的能力之内。
[0090]当锻造操作的第一序列完成是，一个或多个FD金属的胚块放置在每个伸出端30’、30”的内部中，如在图9b中示出。这种胚块中的至少一个必须由清除金属组成或含有清除金属，诸如钛、铝或镁。这在以下更详细地讨论。在本实施例中，使用FD钛的单一胚块48，由于当胚料加热至RT时，它不熔化。
[0091]参照图lla-c，锻造的第二序列现在在管的一个伸出端30’上开始，接着在相对伸出端30”上的类似序列。在这个序列中，如以前逐步地进行锻造，但是在更短的管上，在最接近于核心棒的邻近端29’的伸出端的部分30c开始。在最简单的构建中，可以使用相同的机器35。在每个步骤中，管比先前的步骤中进一步地向内锻造。这在30c-30g中示出。最终，管的尽头外端30f的内径变得非常小，甚至为零，如在50示出。
[0092]以这种方式锻造(即，当在管的孔中没有任何东西限制管金属的向内运动)的特征是管不但如在第一序列中延长，而且管末端的壁厚度共同地增加。这具有了如下结果，在其最末端50，管可以通过模座38挤压封闭、或者几乎如此。以实例说明，如果锻造以50%减小管的直径，SS管的壁厚度可以以差不多50%增加。如果具有50mm的初始内径和6mm的壁厚的SS管以这种方式锻造，其最终内径将是约30mm和壁厚将是约9mm。这种特征的优点在以下参照图24详细描述，但是在此提到足够的是这种措施可以显著减小锻造管末端至小到足够焊接胚料末端封闭的需要。
[0093]由于锻造，伸出端的长度也可以显著增加。这种增加可以通过锻造的程度决定，但是，一般地，在锻造后，60mm直径胚料的末端从约75mm增加至190mm长。在锻造后，150mm直径胚料的末端从约IOOmm增加至约220mm。
[0094]同样如以下讨论，由于管的悬伸末端可以由钢而不是SS组成的情况，包层的成本可以减小。在这种情况下，末端的锻造是特别有利的，因为其一致减小的横截面形状有利于胚料进入轧机，并且相当地减小在环焊接上的应力，环焊接连接悬伸末端到管的SS中心部分。
[0095]针对这点描述的装置被认为适合于短长度的胚料，可能多至2米。例如，在可以是14米长的胚料上进行的大量生产状况中，通过一前一后地提供两个机器，如在图12a-12d中示出，可以加速锻造组件32的生产。在此，机器和辊道41a、42a可移动地安装。机器35a安装在托架55a的右手端，托架55a也承载辊道41a。托架在轨道56上运行。类似地，机器35b安装在托架55b的左手端，托架55b也承载辊道42a，其也可以在轨道56上运行。通过合适的方式诸如压力扬汲机，没有示出，托架移动。
[0096]包括单个轧机的单元54在固定在托架之间合适位置的支架上。这个单元的目的是当机器35a、35b在组件32的末端时，支撑组件32的重量，如以下说明。
[0097]在这种布置中，虽然核心棒29同样初始比管30长，管初始中心放置在核心棒上，其的末端29a、29b伸出管之外相等的距离，如在图12a中示出。同样在这种布置中，托架安置在轨道上，使得机器35a、35b在单元54的任一侧上初始位于尽可能地接近彼此。尽管如此，在各个机器的模座38之间存在明显的间隔。参照图12b，组件32初始通过两个机器35a、35b的流液洞40，前进到组件32的纵向中心与机器35b中的模座38的右手端对齐的位置。机器35b现在在管的第一部分30h上进行锻造步骤。当这个完成时，机器35b的模座缩回，而辊道41a、42a被开动以运载组件32到机器35b的模座38与部分30h的右边的部分30i对齐的位置的左边(图12c)。这个步骤重复，直到组件32的纵向中心45与机器35a的模座38的右手端对齐(图12d)。机器35a因此在正确位置，以在管的部分30j上进行其第一锻造步骤，到已经被锻造的部分的左边；机器35b在正确位置，以在管的部分30k上进行锻造步骤，到已经被锻造的部分的右边。机器35a可以用现在正在前进到右边的组件32继续锻造，直到中心线45位于机器35a、35b之间的中间。两个机器现在可以同时进行顺序地锻造步骤，直到核心棒位于其中的管的整个部分已经被向内锻造。
[0098]同样，选择管的初始长度，使得当锻造完成时，管末端从核心棒的末端伸出相等的预定距离。
[0099]在这个阶段，在插入一个或多个清除金属48的胚块后，如已经描述，管的伸出端可以通过机器35a、35b同时向内锻造，同样如先前描述。
[0100]为了加快胚料的生产，使用不同长度的模座进行组件32的中心部分(即，核心棒位于其中的部分)和伸出端的锻造是必要的。如果这样，机器35a、35b可以被安排仅锻造中心部分。如在图13中示出，装置包括另外的一对锻造机器35c、35d。机器35c安装在固定位置中，和机器35d位于具有机械驱动的辊道42c的第三托架55c的右手端。在管的中心部分通过机器35a、35b已经被锻造后，组件移动到辊道42c之上，和托架55c放置在合适位置，使得管的各个伸出端与机器35c、35d中的模座38对齐。参照图lla_c描述的方式，管末端现在可以通过机器35c、35d同时向内锻造。在每个锻造步骤之后，组件32的左手端通过移动托架55c在机器35c中重新放置，组件的右手端通过开动辊道42c在机器35d中重新放置。
[0101]当伸出端的锻造完成后，组件方便地运输到分开的工作站，其中胚块48插入，如以下描述，在现在锥形的管末端30、30”的开口通过在在插头或板中焊接封闭，如果关于在此描述的封闭胚料的可选方法，这种封闭被认为是必要的。
[0102]在此后为了方便称组件32为‘胚料’。
[0103]起因于管的锻造的一个优点是管材料的浪费可以减少。可以选择管的初始长度，使得在锻造后，伸出核心末端的余隙的管的末端的长度不在比容纳在管末端中插入的胚块和确保管末端紧密封闭或密封所需要的长度长，该管的末端从轧制产品中得到。而且，与在Cacacel933中描述用于伸展管的技术相比，管末端不通过锻造装置夹紧，且因此不浪费。例如，如以上说明，锻造可以以1.5m增加长14m的120x120mm方形胚料的长度。通过Cacacel932中描述的装置伸展的14m长的胚料的管将初始需要从核心的每个末端伸出约100mm,以能够使其通过延伸装置被夹紧。锻造因此将节省差不多170cm(或12%)的SS管。
[0104]在如描述的制造期间管的成分被焊机至核心棒的胚料中，向内模锻核心棒可以是不必要的，因为间隙是足够小的。在这种情况中，清楚的是仅管的伸出端需要被锻造。
[0105]对于图1-8中示出的所有胚料，脱氧钢的合适核心棒可以通过常规技术生产，包括，特别是在方棒料情况下，轧制或连续铸造步骤。在图10a-13中示出的装置可以用于锻造所有这种胚料的管。描述的锻造机类型能够锻造方形胚料，并且用合适工艺装置，甚至能够锻造矩形和一些其它形状，诸如先前描述的NNS胚料。模座的动作调整以适应胚料的形状。这具有以下的优点，管可以被锻造以接受核心棒的形状，诸如NNS胚料，轨道组件或轴，横截面或沿着其长度的它们的形状是不规则的。
[0106]对于一些铁制品诸如拉杆和地锚，套管冶金结合到核心棒可以是不必要的。然而，使用的条件可以很好地保证提供具有SS套管的此种产品的额外成本，SS套管可以紧密配合在核心周围。在这种情况下，加热和轧制的步骤、或者其它方式制作，加热的胚料可以被忽略。在这种情况下，管末端伸出超过核心棒的末端也发现是不必要的。虽然核心的暴露的末端必须被封闭，锻造管末端的需要没有出现。
[0107]在本文示出的任一的胚料被加热预料轧制或其它方式热加工之前，必须采取步骤以阻止合金管中的铬的氧化，在合金管中管与钢主体配合。用于这个目的合适的技术在以下描述。
[0108]在这种处理中，假定，在开始，胚料已经入如在此之前描述进行生产，和至少一种清除金属诸如钛的胚料48放置在每个伸出末端30’、30”的内部中。胚块的目的，以及在胚料的末端中它们的放置参照图14和19-24详细地讨论，在其中一个或多个胚块48总地确定为构件E。
[0109]参照图14和图19-24，每个胚料B假定包括由脱氧钢组成的核心C。脱氧钢可以是通常比不锈钢更容易腐蚀的低碳钢或任何合适等级的钢。核心可以是实心的，如示出，或可以是空心的。核心插入管式套管J中，在本实例中，酌情，套管J使用参照图10-13描述的装置向内锻造，和代表先前描述的胚料中的管30。在一些的图中，套管J图解为在本文考虑的合金中的一种诸如SS整个组成的管。在其它图中，套管J图解为包括由这种合金组成的中心部分J1，中心部分Jl焊接到由钢组成的外部部分12。外部部分12可以在Jl如先前描述焊接之前或之后焊接到部分J1。应该强调的是附图中示出的构造中的差别仅是说明性的，除非表明相反意图，在所有的图中的套管可以是任一的构造。
[0110]在每个胚料中，存在区域Z，在区域Z中存在核心C和套管J的并列、连接部分，当胚料加热和轧制时，它们变为结合在一起。
[0111]每种胚料具有排除区域Z气体的防护措施，区域Z气体能够引起套管J中铬、铜和镍的氧化。防护措施包括至少一种通常、非必须为胚块形式的清除金属，胚块在随后的实施例中统称为构件E，并且其因此从区域Z中并列部分中移位。
[0112]图14a示出胚料BI的一个末端，在胚料BI中套管的钢部分12的末端8伸出核心的末端10的余隙，并且如先前描述已经向内锻造至总体为锥形的形状。实际上，由于锻造机的分步操作，锥形末端具有如在8a-e中示出的阶段形。在胚料B14a中，在锻造前，一组三个构件Es、Ea和Et放置在每个伸出末端8的内部中。在锻造后，钢板14a位于外部末端Se中，并在合适位置焊接以封闭套管。在这个实例中，胚料的相对末端类似地布置，使得套管J形成封闭的金属外壳，每个末端的核心和构件E的组位于金属外壳中，并且金属外壳阻止胚料外部气体渗入区域Z中。这些气体包括炉气和大气气体。
[0113]在图14b中，板14a被钢塞14b替代，钢塞14b也插入部分12的末端8e中和焊接在合适位置。在图14c中，没有使用这种板或塞。部分12的锥形末端Se已经被简单地焊接封闭(14c)，可能在用锤打击之后以减小在锻造操作后末端Se中留下的开口的尺寸。
[0114]在图14d中，部分12的末端8是以封闭帽的形式，其具有当制备部分12时形成的锥形形状。在这种情况中，在核心插入之后、但是在部分Jl被锻造之前，胚块E插入焊接到中心部分Jl的末端的末端帽中。末端帽可以通过深冲压进行预制备，如果需要，然后锻造，并且它们的使用消除了在此之前描述的锻造和密封胚料的末端的步骤。
[0115]将容易理解的是可以选择管的初始长度，使得管在锻造在核心之上之后的核心C的末端部分比套管的部分Jl稍长。末端帽安装在核心的末端部分之上，该核心的末端部分从部分Jl的末端伸出和焊接到那。[0116]末端帽110也可以由SS组成。
[0117]预制造B14d的帽。也可以预制造部分12 (图14a_c中示出)。在后者情况中，在部分12焊接到套管的中心部分Jl的末端之前，部分12的末端8也可以锻造和密封。在所有的这些情况中，在清除构件E焊接到套管的SS部分Jl之前，它们在各个部分12中插入。因为这些预制部分12的末端的锥形形状，连接它们到套管的部分Jl的焊接在轧制期间比在不是锥形的钢末端部分12上的焊接更少地易于出现故障。
[0118]图14e显示类似于胚料B14a的胚料B14e的一端，除了 B14e的整个套管J由延伸到胚料的每个锥形端Se的SS管组成之外。锥形末端Se中开口可以进行简单焊接封闭或通过在SS板或塞上焊接封闭，如先前。
[0119]当具有在此示出的锥形末端的类型的胚料进行轧制时，存在核心的每个末端被挤出套管内部朝向其最末端的趋势。这使得邻近挤出末端的清除金属E向管末端推动。在胚料上进行实验中，在胚料中套管包括已经焊接封闭的钢末端部分12，并且在胚料中构件E和管之间轧制之前没有间隔，已经发现存在连接末端部分12到SS套管Jl的焊接失败的倾向。相信这是由于核心通过构件E在轧制期间施加到末端部分上的力。因此，有利的是提供最初间隔，举例说明如在附图中60示出，以适应轧制期间构件E的向外移动。
[0120]在图14a_e中示出的实例中，构件Et由以任何合适FD形式的钛(Ti)组成；Es包括FD碳钢，但是可选地可以包括FD钛；和Ea由FD招(Al)、或镁(Mg)、或这些的合金组成。在这种组件中，组成Ea的金属因此在双重SS的轧制温度(“Rtd”)以及奥氏体SS的(“Rta”)是熔融的。该三种构件E中的每一个可以通过插入FD金属形成，不论是否以胚块形式，在其被锻造之前直接进入SS套管的末端，或者在被焊接之前直接进入SS套管的末端，或者在焊接到套管的SS部分Jl之前，直接进入预制造的末端部分12。
[0121]每个构件E起到阻止区域E中的铬氧化的作用，现在将讨论。
[0122]参照图15a，炉Fn具有感应线圈，包括第一组，在Il和12示意示出，在第一阶段中其快速加热胚料的末端，直到构件E到达至少500°C的温度和优选地为800°C，而胚料的剩余部分，特别是包括合金部分Jl的部分，仍然在铬氧化物区域Z中套管的表面中形成的温度之下。即使在较低的温度，构件Ea和Et中清除金属牢固地与氮气和氧气结合，它们是组成空气的主要气体。胚料初始包含来自于当其被封闭时胚料中捕获的残留大气空气的空气。构件Ea和Et因此从区域E中积极地清除氧气和氮气，以在每个胚料末端形成它们相等的固体氧化物和氮化物，仅留下惰性气体诸如氩气(Ar)。考虑到空气中正常存在的Ar的量，在这个阶段产生部分真空，可能为约19mm Hg。
[0123]炉中第二组的感应线圈13然后与线圈Il和12 —起激活，以加热整个胚料至轧制温度。在这个阶段，核心中的钢的加热使得它脱碳。在没有清除构件的情况下，如此释放的碳将于核心的表面上的任何铁氧化物反应，初始形成CO2，然后在更高的温度，与一些C 一起形成CO。CO2和CO对于管合金中的铬将是具有氧化性的。然而，清除金属都具有比Cr低的FE0F，因此还原为Cr。因此，它们与氧气结合，包括来自铁氧化物的氧气，以及与已经形成任何CO或CO2,并且阻止Cr氧化物的形成或还原已经形成的任何氧化物。
[0124]在可选的布置中，清除构件可以通过数个位于主炉附件的高容量气-或油燃烧炉加热，在主炉中整个胚料随后加热。主炉可以是已经描述的感应炉，或者也可以是气-或油燃烧炉。[0125]在本文公开的胚料的锥形末端中的清除构件E可以比具有非锥形末端的胚料的情况下加热得更快。这是由于锥形末端的更小的直径，且这是本发明的显著优点，因为它可以排除用于在中心部分并入区域Z之前加热胚料末端做特定布置的需要，如以上说明。
[0126]加热的胚料B14a_e (事实上如本文描述的任一具有固体核心的胚料)拿到普通轧机用于轧制成更长产品，诸如图16中在R以横截面显示的钢筋或图17中显示的扁条F。清楚地是，其它合适形状和大小的产品，包括板和段，可以通过在本文公开的方法和胚料生产。
[0127]再次参照图14a_e，只要套管保持完全完整地，由于冷却，大气气体没有可能通过其末端进入胚料，当胚料从炉中拿出时，冷却发生。在胚料已经通过之后，需要尽可能多的轧钢机架以确保套管结合到核心，现在并入覆盖清除构件的剩余部分的部分的更细长的胚料的末端被剪断。
[0128]当组成碳钢时的Es的功能稍后讨论。方便地是首先一起讨论T1、Al和Mg的性质。
[0129]选择Ti用于Et、或者在以下描述的实施例中作为Es中的碳钢的替代的一个原因是因为它具有比Rtd或Rta高的熔点。因此，没有必要做任何准备来保持Et与核心分离，而对于Al和Mg以及可以用于作为清除剂的其它金属情况是如此。Es和Et因此都可以作为含有熔融Mg或Al的阻挡层，如下讨论。尽管Ti的高熔点，其在胚料中形成的氧化物被吸收进入Ti金属，使得进一步的氧化物的形成没有被抑制。与当Al和Mg是在固相时的情况不同，在其被加热期间，Ti因此能够与在胚料中形成的任何氧连续反应。因此为了起到作为有效的氧清除剂的作用，Ti不需要熔化。而且，即使在低至550°C Ti是易起反应的。对于Al和Mg的情况是，干燥和清洁的钛镟屑(适合于压块)是容易得到的，由于它们高的内在价值。这可以避免了对于清洁和干燥细铁屑的废料处理厂的需求，如果它是用于Es。
[0130]在此指出适合于连同本发明使用的所有金属当中，铝是最广泛可得的和最便宜的。认识到处理将是安全的。它是强有力的氧清除剂，但是本发明的情况下，在这点上的其有用性可能被以下情况限制，其氧化物Al2O3, —旦形成，在Al金属的表面上仍然是固态且形成对清除的阻挡层。当金属在大约660°C熔化时，该阻挡层消失。通过感应预加热胚料的末端容易达到该温度。这是使用Al的一个优点。铝的沸点(在此后为“BP”)是远在Rtd和Rta之上，且因此其太高而不能够使铝在气态有用的作为氧清除剂。
[0131]另一方面，Mg的熔点(“MP”)是大约650°C和其BP是大约1100。。。另外，其是比Al更强有力的氧清除剂。但是，Mg通常被认为操作是不安全的。该观点在美国专利6706416中说明。但是，与这种观点相反，Mg的工业供应商所提供的信息提出，采取简单提供、容易实现的安全步骤，在本发明实施的工作条件中，对于Ea使用Mg不可能证明是如此有害以至于使用Mg是不可接受的。看上去，这将必定是当Mg是以镟屑或碎片形式的情况，并且可能甚至Mg是以粉末形式的情况。
[0132]铝和镁都形成稳定的氧化物、氮化物、氢化物和碳化物，且如所说明的是空气和其它气体的有效的清除剂。它们也具有低成本的优势。它们在熔化时反应性最强，在该点表面氧化层停止抑制它们的清除作用。每一个的FEOF是低于钛的，当然比Cr更低。
[0133]对于胚料诸如B14a_e，使用含有Al或任一在本文指出的包括Ti的其它金属——其在轧制温度以下不达到沸点一的构件Ea有一些缺点。在这种情况中，在轧制开始时胚料内的气压将低于大气压，如果在轧制期间套管结合到核心之前是失败，使得空气进入胚料，或者通过密封焊接中的针孔缝隙。然而，在管末端故障情况下，或者当管末端保持打开时，构件E将从任何进入的空气中，优选地在清除氮气之前清除氧气。因为空气包括78%氮气和21%氧气，套管中的真空将基本被氮气替代，这是优点，因为氮气在高温相对于Cr是惰性的。在构件E停止具有任何清除作用之前，氮气将往往阻止进一步地空气气体进入，包括氧气。在后者的情况中，通过对胚料的修改解决该问题，以下参照图19描述。
[0134]相反地，对于Ea使用Mg的显著优点是，当Mg上升到其沸点以上，在胚料内部产生正气压，取代部分真空，所述部分真空是由于形成固体氧化物的原因而在胚料中产生。Mg在大气压下在1100°C蒸发，但是在部分真空下在较低温度蒸发。在RTd，胚料中蒸发Mg的压力接近于大气压。在RTa，胚料中蒸发Mg的压力是在大气压以上。如果套管不合格，在轧制期间空气进入的可能性由此被大大减少。
[0135]蒸发的Mg作为对于在胚料中可能出现的任何CO和CO2的强还原气体。CO开始从大约780°C形成，并且仅在1225°C以上还原铬氧化物。
[0136]构件Ea也包括铝和镁的合金。如所知道的，这种合金的BP可以通过调节组成金属的比例进行控制。因此，合金的BP可以比轧制温度高或低，如所期望的。可以选择Al与Mg的比例使得合金在1100°C和1260°C之间任何地方蒸发。本质上，当使用Mg作为清除剂时，依赖放置在Mg蒸汽上、而不是CO来还原Cr氧化物。
[0137]在实践可能证明不可接受的是使用由金属诸如镁或其合金——在关注的胚料的RT以下蒸发一组成的构件，因为渗入Z区的蒸汽可以在最终产品的界面留下不可接受的夹杂物。另一方面，相同的构件对于胚料中的使用可能是可接受的，所述胚料的RT在构件蒸发的温度以下。经验将确定可以使用的这种构件的情况。
[0138]因为Mg和Al在低于轧制的温度熔化，考虑有必要阻止熔融Mg和/或Al到达核心和SS套管的界面，当在胚料B14a_e中对于Ea使用时。这通过Es的存在实现，无论Es是否由FD钢或Ti组成，Es不在轧制温度下熔化并且作为熔融金属的阻挡层。这是Es的功能之一。如果FD钢用于Es，优选地为中到高碳级，其典型地含有0.4%-1%的碳。石墨可以加入至FD钢以增加碳含量，如果必要。在高温，CO将从FD钢和任何存在的石墨放出，也从钢核心放出。在RTa，CO还原铬中的任何氧化物。即使在RTd，在Al或Ti存在下，CO可以对Cr进行还原。
[0139]当Es由Ti形成时，Es不仅作为对初始存在或放出的氧的清除剂，在Z区内部，而且帮助清除空气中氧气，在其通过焊接或套管故障中裂缝或针孔进入Z区之前，或当套管基本被扁平FD钢的构件E’密封时，如以下说明。
[0140]改进的构件Es’在图25中示出。该构件包括以合适FD形式的Ti,诸如在80示意出的削片，与钢混合，也以金属丝或细铁屑、或其它合适FD形状的形式，如在82示意出。然而，也已经发现提供其中清除金属是Al的构件Es’是有用的。这可以是相对高浓度的粉末形式，在整个FD钢中细微地分散，以防止熔融Al集中成为搅炼和与SS套管接触。这已经显示减少了 Al燃烧通过套管的风险。当构件Es’用于作为类似于下述的构件E’的锻造塞时，它也减轻了当Al与大气空气接触时的铝热剂效应的任何风险。
[0141]为了有助于从本文描述的任一封闭的胚料去除空气氧，在任何加热之前，通过将胚料的一端或两端连接到真空泵P，对胚料抽真空可以是有利的。这在图15b中示意显示。在胚料转移到炉之前，泵与胚料断开，并且胚料中的孔被关闭，通过该孔泵进行连接。以这种方式对胚料抽真空的方法是熟知的，和不需要进行详细地描述。
[0142]替代对胚料抽真空，或增补，泵P可以是被安排泵惰性气体诸如Ar进入胚料以替代残留空气的类型I。
[0143]在B14a_e中，构件Ea、Et和Es，在接近RT的温度，每个作为清除氧气手段，特别是从初始存在的空气或者以先前描述地任一方式可能进入胚料的空气。如果胚料内部和进入空气的温度低于1225°C，由于这种故障出现Cr氧化的可能性加剧。如图19中示出，胚料的修改解决了这个问题。
[0144]图19示出在每个末端具有三个构件Es、Ea和Et的胚料B19的一端，以在Ea以下为条件，它们由相同金属组成，和起到如在B14a-e中同一命名构件相同的功能。B19的锥形末端起始通过温度依赖塞19密封，在可以被预先选择、但是在任何情况下都小于1225°C的温度，塞19使得胚料被排出进入炉内部。这种塞的合适材料是30%铜-镍，其在1237°C完全熔化。当塞熔化时，胚料中的真空状况使热氧化炉气快速地吸入到胚料中，所述炉气通常在大约1300°C的温度，并且在任何情况下都远在1225°C以上。这些炉气将通过Es、Ea和Et，和因此通过还原和清除金属的三层。首先通过外部元件Et和Ea，它们是主要地强有力地氧气清除剂。当通过最后元件Es时，任何残余氧气或CO2转化成为CO，伴随着压力的增力口，由于每个CO2或O2分子形成两个CO分子。在远高于1225°C的温度进入Z区的CO将对在界面上仍然存在的任何痕量Cr氧化物具有还原作用。
[0145]插入胚料B19的每端中的构件E提供了另外的保护，作为在轧制期间套管末端故障情况下，对于Z区中心层和套中氧化出现的预防措施。因此，不仅当插塞熔化时，而且如果套管的末端在轧制期间出故障时，该构件起到作为CO转化器的作用。
[0146]在一种情况中，假定图19中Ea由Mg、而不是铝组成，和B19的锥形末端通过上述的温度依赖塞19初始密封，塞19在说明的1150°C和1225°C之间的预先选择的温度熔化，使得胚料放出进入炉内部。在这些情况中，Mg蒸汽将在由Et和Ea的清除作用先前产生的部分真空下、在低于1100°C汽化。Mg蒸汽现在将是在正气压。在RTd，胚料中的汽化Mg的压力在大气压以上。当塞熔化时，使得胚料放出，在比炉气体更高压力的Mg蒸汽将阻止任何氧化性气体进入胚料。在每个锥形末端，蒸汽将仅仅燃烧(氧化)。即使在初始轧制期间，这种正压将继续，直到胚料温度下降到1100°C以下。如果套管故障、在轧制期间进入空气的可能性由此将大大减小。
[0147]在下文中，认为在每种情况下不必要特定地重复其一些布置中的清除构件的描述，且这些构件可以由简单字母E所识别。
[0148]尽管胚料含有包括金属、具体为铝和钛的金属，迄今为止其已经为提议，但是在预加热末端后，胚料的内部中的条件可能仍然允许Cr的一些氧化，虽然空气在加热之前已经从胚料被清除或者排出。
[0149]图20示出解决该问题的胚料B20的锻造末端。B20包括四个构件Eu、Es、Ea和Et的组件。后面三个可以与已经描述的那些相同，和起到相同的各自功能。先前描述的密封板或塞可以被省略。Eu夹在Es和核心的末端10之间，且是含有NH4Cl或脲的胚块。这种组件的有用性是NH4Cl或脲在低温分离，如在较早专利中描述，和形成能够通过套管的锥形末端中的开口孔从胚料逸出的大体积的气体，因为可以使Es、Ea和Et足够多孔以使得这种情况发生。这些气体替代胚料的Z区中残留空气。NH4Cl或脲的分离在200°C以下的温度开始，并继续直到温度到达在600°C以下的一点，在该点NH4Cl或脲被消耗，和胚料的末端的气体流出停止。胚料B20因此不需要抽空或清洗以去除在胚料内部的空气气体。虽然Es、Ea和Et的多孔性同样也允许空气进入胚料，当末端被加热时，Es、Et和Ea的熔融组成清除可能在胚料中保留或放出的任何氧，同样也清除空气中氧气和其它气体，在它们可以渗入胚料的内部之前。
[0150]在胚料B14a_e中，覆盖在核心体和对于空气封闭的套管J提供阻止胚料外部的氧化气体渗入Z区的手段，直到核心和SS套管的界面部分变为结合在一起。在胚料诸如B20中，这种手段由元件Eu与清除构件诸如Es、Ea和Et的阵列结合有效地提供。Eu在低温度范围是活跃的，洗刷Z区的氧化性气体，并且清除元件不仅允许这些气体逸出，而且在低温也提供足够的密封作用，停止空气或炉气渗入到Z区。随着温度升高，清除构件变得更活跃的，虽然空气和炉气可能能够渗到Z区，在这些气体中的任何氧被Es、Ea和Et所清除，在它们这样做之前。
[0151]可以发现在胚料中提供多达三个清除构件是不必要的。例如，B14a_e中构件Et可以是足够活跃以允许构件Ea被省略，如在图21中的胚料B21中示出。因为Et没有熔化，那么阻挡层构件Es也可以不需要，如在图22中的胚料B22中示出。
[0152]进一步变化在图22a_b中示出。核心包括圆柱形突出物100，在这个实施例中，以脱氧钢或SS的棒的形式，其通过焊接(如在101示出)安装在胚料B22a的核心C的末端上，和/或通过干涉重压适合在核心中钻的洞(如在102虚线轮廓线示出)，或以任何其它合适方式。可选地，突出物100可以是与核心一体的，通过机械加工、或者其它方式地去除在突出物周围的核心的外周的金属形成，如在图22b中示出。清除金属、优选为FD Ti的环形构件E，但是可选地如在描述以任何合适布置的这种环形构件的阵列，放置在突出物100上方，在管末端向内锻造之前，并且焊接到突出物的末端，如在103示出。图22b中的胚料B22b类似地构造，除了管末端不是焊接到突出物100、而是在构件E’上方锻造之外，它的组成和功能与下述的构件E’的相同。突出物100减少施加到管末端的向内锻造的程度，并且帮助支持管末端，由此减少在轧制期间其失败的任何趋势。
[0153]参照图4a，胚料B4a包括在圆形管54a中插入的方形核心53a。如此构件的胚料具有核心相对容易在管中插入的优点。在管的中心部分对着方形核心已经向内锻造后，突出物100的条件减少管伸出端必须向内锻造的距离。
[0154]胚料B20-B22的管可以由SS或如所说明在本文考虑的其它合金整个地形成，或者具有如前描述的钢末端部分。类似地，这些胚料的末端可以封闭地焊接或者用焊接上塞或板封闭。
[0155]构件E—般可以为10_150mm厚。但是,这是作为举例的方式和可以是通过试验确定的任何合适的厚度。
[0156]在胚料被加热之前，阻止原料清除金属在Z区中存在的构件E可能总是必要的。在最终产品中，任何显著量的这些金属的残留物对于核心和套管的表面和胚料的部分之间的结合可能是有害的，在轧制后含有这些残留的胚料的末端部分在任何情况下被丢弃。因此，认为清除构件E初始应该位于与核心的表面与套管分离的位置中。
[0157]有比Cr和Ni的FEOF低的其它金属，因此其可以替代Al、Mg或Ti进行使用。虽然在目前看上去不太可能使用其它金属，但是这不应该被忽视。这些其它金属包括锆、锂、?丐、娃、fit、猛和袖。
[0158]另外一种可能性在图23中图解。胚料B23含有一个或多个以基本上与任何前述相同布置的构件E。但是，构件不直接放置在套管的锥形末端，而是预先充填在筒20中，筒20可以是低碳钢。在该实例中，图解了两个这种构件Ea、Et，其的功能与先前描述的那些完全相同。筒在套管的末端的平行部分中紧密配合，在它被锻造前，和包括纵向延伸、管状外体21，在其内末端和外末端具有末端板22、23。末端板焊接到外体21、或者与外体21 —体，使得在板和外体21之间的连接被密封。末端板22位于紧靠核心C的末端，并具有中心孔24，以放胚料的内部中任何气体与筒中的清除构件或构件E接触。在筒在胚料末端中插入后，其通过焊接到管12的板70固定在合适位置。板70的功能类似于板14的功能，使得板70可以具有孔、或可以具有在预定的温度熔化的插塞、或可选地(如示出)可以不具有孔，所有的如先前所述，如果需要和取决于筒中插入的一个或多个元件E的性质。必要时和根据这种构件的性质，板23可以具有孔或可以具有在预定温度熔化的塞，或可选地可以不具有孔，所有如先前描述。在这些情况中的第一种情况中，胚料的锥形末端是开放的，在末端板23a中的孔在图23a中25示出。
[0159]内末端板22首先起到在筒中在合适位置容纳一个或多个构件E的作用。当这种构件中的一个由如先前描述在轧制温度以下熔化的清除金属组成时，在筒中的每个末端也可以作为保留熔融金属的阻挡层。可以选择金属的数量，使得当熔融时，其上表面位于孔24、25的下面。当热的胚料被处理时，这将帮助阻止熔融Al或其它金属喷溢出筒，并找到进入在核心和套管之间的间隙的其路线。
[0160]在图24中示出的另一个变化中，胚料B24包括FD钢的胚块，或者其它合适材料不熔化或燃烧。E’放置在管的末端8，在这种位置，在管末端向内锻造后，E’被压缩和其一末端64伸出管的末端的间隙。另外的构件E以任何合适交错布置放置在E’和核心末端之间，迄今为止所讨论，其中构件E中的至 少一种是清除金属。如果发现是必要的，在E’(或这些其它构件E)和核心末端之间留下间隔60。向内锻造的程度必须是这样的，使得组成E’的FD材料充分地压缩以至于基本密封管的开口末端的程度，当在轧制之前加热胚料时，渗入密封的任何空气中氧气由其它构件E中的一个清除。在本实例中，如果E’由FD钢组成，通常需要被压缩至脱氧钢的至少约75%的相对密度。已经发现压缩的这种程度通过锻造管的末端可实现，但是通过如先前提到通过较早专利US 5051315、US 6706416和Cacace 1934公开的卷曲装置将是不可实现的。不存在需要封闭管末端的任何焊接减少了制备胚料的成本。
[0161]如所说明的，Al粉末在晶格结构中可以散布在E’的整个FD钢中。
[0162]考虑到包括构件Ea和/或Et的胚料B24:当末端被预加热时，Ea和/或Et从550°C变为活性的，而E’保持对空气基本不受影响的。Ea和Et在低于880°C都具有氧比氮更大的亲和力。因此，它们优选地清除B24内部氧以产生仅有氮气剩下的部分真空。即使如果当胚料加热至RT时，E’变为多孔的，Ea和/或Et将仍然优选地从任何进入空气气体中清除氧气，仅有氮气和氩气剩下，直到内部和外部压力相等。Et和Ea中清除金属的足够量的条件将确保在也清除胚料中的氮气后、在880°C以上这些不变为耗尽的，因此仅留下氩气。在Et和Ea变为完全耗尽之前,它们将继续优选地清除氧气，即使它们可以停止与氮气反应，直到在胚料内部中的氮气与外部气体是在压力均衡中。
[0163]对着构件E’锻造管末端的另一个优点是管末端不必要尽可能多地向内锻造，犹如它通过焊接入塞封闭或如同先前讨论类似，管末端初始是足够尺寸和相对密度。这避免管末端的过分的变形，这导致SS的加工硬化和其随后可能的故障。
[0164]图8b_g是已经提及的胚料B8的一个末端的侧视图。如将变得清楚的是，为了使用已知方法和装置加工胚料B8生产无缝管，胚料有必要同时具有内管和外管58、70。在B8的空心主体57的孔中的管70可以是钢或SS。在后者情况中，管优选地为无缝的，B8生产的产品将是具有SS内包层的无缝钢管。类似地，其中主体57被覆盖的管58也可以是钢或SS0在后者情况中，从B8生产的产品将是具有SS外包层的无缝钢管。如果管58、70两者都是SS，产品将是同时具有SS内包层和外包层的管。
[0165]如果管58、70中的一个是钢，当轧制加热的胚料时，它变为没有困难地结合到核心主体57。
[0166]两个管初始都从主体57的每个末端伸出足以使得至少一个构件E放置在管的各个伸出末端78、79之间，以如在此之前描述的任一胚料以相同方式布置，至少一个构件E是环形形状。参照图8b，外管58的每个伸出末端78向内锻造。这可以实现，例如，通过在以上描述中和以上描述的装置实现。然而，在多数情况中，安排内管的伸出端79向外锻造、或者至少不被锻造收缩是有必要的。为了这个目的，参照图8d，自定心、圆锥体的块81对着每个管末端79放置和通过安装在强杆84的螺纹端上的螺母聚集，强杆84通过管70和通过每个块78的中心。当外管58被锻造时，块起到至少阻止管末端79被向内挤压作用。如果为了影响管末端79的向往锻造，施加更大的力到块是必要的，环形液压千斤顶可以放置在管70的至少一端的块81和螺母83之间。
[0167]在图Se和13示出的可选布置中，压力扬汲机，只显示压力扬汲机的头86，可以固定在邻近图13中示出的装置的每个末端的合适位置。同块81 —样，头86是圆锥体的，并且不仅在管末端79上自中心，而且在压力扬汲机的力下向外锻造管末端。这种布置使用块81是更快的，并且更好适合于大量生产安装。
[0168]锻造管末端78、79，直到它们彼此足够近以焊接在一起来密封胚料封闭。可选地，胚料可以通过如上述的FD钢的环形构件E’密封，在锻造在一起后，它们保留在管末端78、79之间适当位置。当然，FD Ti或Al可以与构件E’的FD钢混合，如以前。
[0169]在一个实例中，主体57是例如在熟知Mannesman型的穿轧机中生产的过孔胚料。该胚料是8m长，具有140mm外径和118mm的内径，使得壁厚是11mm。内管70是内部喷丸处理的SS管,8.15m长,具有114mm的外径和3mm的壁厚。外部管58是碳钢管,8.15m长,具有144mm的内径和3mm的壁厚。
[0170]锻造机具有足够吨位容量来压缩胚料B8的所有三个组件的中心部分超出它们弹性极限，且实际上消除在其间的间隙。认为虽然所有的组件都伸长，但是外部管道58伸长最多。
[0171]经验将能够使得两个管道58、70的初始长度被调整，使得在锻造后的悬垂部分将是相等的。
[0172]在末端如述锻造和封闭后，胚料B8可以加热和通过用于制备这种尺寸的无缝钢管的现有装置。在一个实施例中，如将很好理解，这种装置可以包括芯棒轧管机、绕丝机和分级机。
[0173]在胚料经历了初始轧制之后或者其它方式加工使得两个管道58、70都变为结合到钢主体57之后，当胚料的末端被切断时，构件E的剩余部分被去掉。胚料B8适合于生产内或外用SS或本文考虑的其它合金中的一种包层的无缝钢管。图18说明典型内包层这种管道PR，如果组件68被认为是合金组成的和组件67被仍为是钢组成的。
[0174]芯棒轧管机和绕丝机在轧制操作中都需要使用芯棒。芯棒的头是在管道70的孔中紧密配合，这是为什么必须要避免内部管道70的孔中任何收缩的原因。
[0175]在此描述使用筒的所有情况中，筒可以由碳钢形成，如果筒在轧制期间或其它方式加工期间过分冷却，碳钢是不易于断裂。
【权利要求】
1.生产胚料的方法，胚料可以进行加热和加工形成金属产品，胚料包括金属管和在金属管中插入的钢体，所述方法包括在管上进行锻造操作的步骤，其使得至少部分的管的横向尺寸减小。
2.生产胚料的方法，胚料可以进行加热和加工形成金属产品，胚料包括金属管和在金属管中插入的钢体，所述方法包括在管的不连续部分上进行锻造操作的步骤，其使得至少部分的横向尺寸减小。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述管由选自以下的合金组成:不锈钢、镍-铬合金、镍-铜合金和铜-镍合金。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其中锻造操作在具有与钢体界面的部分的管上进行。
5.根据权利要求4所述的方法，其中锻造操作使得部分的钢体的横向尺寸减小，所述钢体具有与被锻造的部分的管的界面。
6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其中锻造操作使得管的长度增加。
7.根据权利要求1-6任一所述的方法，包括在部分的管中放置至少一种清除金属的步骤，管伸出钢体的末端的余隙。
8.根据权利要求7所述的方法，其中被锻造的管的至少一部分位于伸出钢体的末端的余隙的管的一部分中，和进行锻造至横向尺寸小于钢体的末端的尺寸。
9.根据权利要求8所述的方法，其中锻造操作使得部分中的至少一个的壁厚度增加。
10.根据权利要求7-9任一所述的方法，包括使得管与胚料的外部隔离的步骤。
11.根据权利要求7-9任一所述的方法，其中插入物位于管的一部分的末端中，管伸出钢体的末端的余隙，并且那个末端以对着插入物这种方式进行锻造，阻止在胚料之外的气体进入胚料。
12.根据权利要求11所述的方法，其中插入物包括至少部分的细碎钢。
13.根据权利要求11所述的方法，其中插入物包括至少部分的细碎的钢和至少一种以细碎形式的清除金属的混合物。
14.根据权利要求1-13任一所述的方法，其中钢体具有孔，在孔中放置第二种金属管，第二种金属管的至少一端密封连接钢体到钢体插入的管。
15.根据权利要求14所述的方法，其中第二种金属管由选自以下的合金组成:不锈钢、镍_铬合金、镍-铜合金和铜-镍合金。
16.生产金属产品的方法，包括:通过权利要求7-15任一的步骤生产胚料的步骤，加热胚料，和加工胚料形成具有由合金组成的包层的产品。
17.胚料，其通过权利要求1-15任一中要求保护的方法生产。
18.金属产品，其通过在权利要求16中要求保护的方法形成。
【文档编号】B21C33/00GK103476519SQ201280018988
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2012年4月5日 优先权日:2011年4月18日
【发明者】安东尼诺·乔治·卡卡切 申请人:克拉迪劳斯国际有限公司