專利名稱：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
技術領域：
本發明涉及冶金領域，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形同心部分形成的零件。
背景技術：
與使用高壓反應器有關的工業，如核能和石化工業，使用這種套管作為反應容器或增壓器的組成部分。可以通過結合二個開始時分開并通過某種方法制造的套管或者通過結合套管和設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鍛造得到，如已經描述的，不銹鋼內套管可以由結合在外套管的內表面的帶構成。作為非限定方式，內套管的內徑可以在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,內套管厚度為5mm-100mm。該方法的實施比較簡單，但不是最佳方法，因為它需要的實施時間較長。對于具有上述尺寸的反應堆芯的套管，結合部的結合和質量控制需要5-10周，持續時間根據套管的內部尺寸和希望的結合層的厚度而變化。必須非常仔細地檢驗結合質量，并且結合質量取決于使用的檢測標準。
發明內容
本發明的目的是提出一種具有較高生產率和出色可靠性的雙材料套管。為此，本發明的目標是一種制造互相結合的環形外套管和環形內套管構成的雙材料套管，二個套管的材料不同，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的外壁形成的澆鑄空間執行外套管的下鑄和凝固；-提升所述第二錠模的可移動外壁，以便暴露外套管的貼靠可移動外壁凝固的表皮；-在由預先貼靠第二錠模的可移動外壁凝固的所述外套管的表皮和所述第二錠模的固定內壁形成的澆鑄空間中執行內套管的下鑄和凝固，通過凝固時互相接觸的套管的表面之間的材料擴散進行二個套管的結合；-可能還要進行所述結合的套管形成的組件的鍛造和/或加工。當外套管凝固完成時，可以提升所述第二錠模的外壁。可以在完成外套管的澆鑄而它的凝固還沒有完成時開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開始提升第二錠模的所述外壁。可以進行外套管與第二錠模的外壁之間的界面潤滑。可以進行第二錠模的內壁的強制冷卻。外套管可以由碳鋼形成，內套管可以由不銹鋼形成。
本發明的目標還在于一種制造由互相結合的環形外套管和環形內套管構成的雙材料套管的裝置，二個套管由不同材料形成，其特征在于包括-下鑄基部；-設在所述基部的用于構成外套管材料的液態金屬的進入通道和它的排出通道，所述排出通道通向由基部上表面、第一錠模內壁和第二錠模外壁形成的第一澆鑄空間；-設在所述基部的用于構成內套管材料的液態金屬的進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壁的部件，該部件可以暴露外套管的凝固內表面，并使其與用于構成內套管的液態金屬接觸。可以包括被第二錠模內壁包圍且內冷卻的芯軸。所述錠模可以包括冒口。第二錠模的外壁可以包括對它與用于構成外套管的金屬的界面潤滑的部件。本發明的目標還在于一種互相結合的環形外套管和環形內套管構成的雙材料套管，二個套管由不同材料形成，其特征在于，通過上述方法得到該雙材料套管。外套管可以由16MND5碳鋼形成，內套管可以由304L不銹鋼形成。套管可以是核反應堆或石化反應容器的組成部分。套管可以是核反應堆增壓器的組成部分。正如已經了解的，本發明旨在相繼或幾乎同時實現二個空心錠模的凝固，二個錠模的形狀和成分與希望得到的雙材料套管的二個組成部分的形狀和成分對應。構成內套管的鑄錠外表面的凝固直接在構成外套管的鑄錠內表面上進行，或者相反，并且它們的凝固通過構成套管的材料的結合-擴散或共同凝固而執行。
閱讀下面參照以下附圖進行的描述將更好地了解本發明。圖1示意示出實施本發明方法的設備的正剖面圖；圖2示出外套管在凝固過程中的同一設備；圖3示出外套管完全凝固并且內套管在凝固過程中的同一設備。
具體實施例方式圖1示出本發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構成，它的下部夾緊底座2，底座2的上表面構成第一錠模的底部。第一錠模的壁3也可通過流體循環進行外部或內部冷卻，或者不冷卻。第一錠模3的內表面的作用是保證套管外部的凝固。為此，基部I包括液態金屬(例如16MND5低碳鋼)的進入通道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金屬的豎直通道連接，澆鑄包中的溫度和成分已經經過調節。進入通道4分為多個排出通道(圖中可以看見其中二個排出通道5、6)，它們通向底座2的上表面，并且可以使液態金屬到達第一錠模的壁3在外部形成的環形澆鑄空間7的多個位置。第二錠模由基部I的底座2的上表面、另外二個同心柱形金屬壁8、9形成,金屬壁8、9之間形成用于澆鑄套管內部的環形空間10。為此，基部I包括用于液態金屬(例如304L奧氏體不銹鋼)的另一進入通道11，該進入通道11與供應上述進入通道4的鑄造澆口不同的另一鑄造澆口連接。該另一進入通道11最好分為多個排出通道(和進入通道11 一樣，其中二個排出通道12、13位于附圖的剖面平面后部)在附圖中用虛線表示。它們通向底座2的上表面，并且可以使液態金屬到達第二錠模的壁8、9形成的環形澆鑄空間10。根據本發明，該第二錠模的特點是，分開二個澆鑄空間7、10的最外壁8(并因此構成第一錠模的內壁)可以根據控制按照下面將看到的方式豎直移動。受操作者或自動裝置控制的未出示的提升部件可保證該活動。第二錠模的最內壁9也是固定的或可拆卸的。形成第二錠模的最內壁9的冷卻系統完善該設備。例如該冷卻系統可以是通過循環流體(例如水)而內冷卻的芯軸14，如文獻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壁9接觸，以便在使用設備時保證它的冷卻和支撐。所述設備最好在澆鑄空間7、10的上部設有冒口 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的內表面；-以及第二錠模的最內壁9。這些冒口 15、16在液態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區域中的金屬的凝固，使得在該區域中盡可能長時間地形成液態金屬的儲存，這些液態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。實際上，從錠模的相對壁形成的凝固表皮可能以不規則的方式生長，并以預期的方式局部連接在一起而結束，因此形成一些限制了仍處于液態的金屬的“橋”。這些金屬凝固時將減小體積，因此留下叫做“縮孔”的真空空間，這具有對金屬錠和由此形成的產品的質量形成瑕疵的危險。在本發明要制造的套管的類型的情況下，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封閉縮孔。通過冒口保留的液態金屬在凝固過程中可以提供給金屬錠的中央部分，因此避免形成產生縮孔的橋，或者在其形成后重新熔化。圖2示出碳鋼制成的外套管17澆鑄和凝固過程中的設備。將液態碳鋼通過進入通道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套管過程中的設備。在提升分隔二個澆鑄空間7U0的柱形壁8以便暴露外套管7的凝固表皮后，通過進入通道11引入液態不銹鋼。液態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的內表面凝固。在澆鑄內套管的時刻選擇二種材料(凝固套管17和用于構成環形內套管的液態金屬)的溫度，使碳鋼與不銹鋼之間的化學-冶金擴散以明顯方式在它們的界面處進行，或者在該界面產生共-凝固。這樣就通過結合-擴散或共同凝固現象而得到二個套管的非常好的凝固質量。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澆鑄空間7、10的壁8，并且不損傷套管17的表面，可以規定用于與外套管17接觸的表面裝有潤滑部件，例如與連續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。已經描述了為了澆鑄不銹鋼內套管而等待外套管17完全凝固的情況。但是，根據本發明，不等待完全凝固，并進行柱形壁8的提升，然后澆鑄不銹鋼18，而此時外套管17的凝固還沒有完全完成。只需使壁8上形成的凝固表皮已足夠堅固，以便不被壁8的運動損害，并耐受澆鑄時不銹鋼18施加在它上面的壓力即可。該方法的優點是在外套管的內表面的溫度比較高時執行澆鑄，這增加了材料互相擴散的強度。因此二個套管的附著得到更好保證。同樣，可以考慮開始提升柱形壁8，然后在外套管17澆鑄結束前澆鑄內套管，但是此時外套管17的凝固發展得足以使貼靠柱形壁8的凝固表皮足夠厚和足夠堅固以便無損壞地支撐壁8的移動和注入的液態金屬18施加的壓力，以形成內套管。外套管17的凝固甚至可以在壁8運動時繼續。與到目前已知的技術相比，本發明可以取消不銹鋼帶的結合和檢驗結合的階段，因此使大尺寸雙部件套管的整體的制造時間至少節約5%-10%。例如，以非限定方式，這相當于可能長達一百周的制造過程中的5-10周。雙材料套管的制造就過渡至雙部件空心鋼錠的制造。可以制造該套管的錠模多數是鑄鐵制成的，可拆卸內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度的毛坯，并且毛坯的最小厚度與以后的加工階段相適應。最后，執行加工階段以便使毛坯狀態的雙材料套管達到預先確定尺寸的最終零件狀態。已經參照外部為碳鋼并且內部為不銹鋼的雙材料套管的制造對本發明進行了描述。當然，該示例不是限制性的，也可使用其它材料。同樣，已經描述的示例中的尺寸的數量級也是不限制性的。在本發明的范圍內，環形套管17、18可以是具有矩形或其它截面的柱形、錐臺形。還可考慮在外套管17前澆鑄內套管18，條件是設置冷卻部件，該冷卻部件保證內套管18首先以強制方式冷卻。和前面在相反情況下的描述相同，外套管17的澆鑄可以在已經部分或全部凝固或仍在凝固過程中的內套管18上執行。
權利要求
1.一種制造由互相結合的環形外套管(17)和環形內套管(18)構成的雙材料套管的方法，二個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的壁(8)形成的澆鑄空間(7、10)中執行第一套管(17、 18)的下鑄和凝固；-提升所述可移動壁(8)，以暴露第一套管(17、18)的貼靠第一套管凝固的表皮；-在預先貼靠可移動壁(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行第二套管(18、17)的下鑄和凝固，通過凝固時互相接觸的所述套管表面之間的材料擴散或通過共同凝固而進行二個套管的結合；-還能進行所述結合的套管形成的雙材料套管的鍛造和/或加工。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一套管是環形外套管(17)。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一套管是環形內套管(18)。
4.如權利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，當所述第一套管(17、18)的凝固完成時提升所述可移動壁(8)。
5.如權利要求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開始提升所述可移動壁(8 )。
6.如權利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在所述第一套管(17、18)的澆鑄還未完成時開始提升所述可移動壁(8 )。
7.如權利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，將所述第一套管(17、18)與所述可移動壁(8)之間的界面潤滑。
8.如權利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，在所述第一套管(17、18)與所述可移動壁(8)之間的界面處注入加壓氣體。
9.如權利要求1-8之一所述的方法,其特征在于,對所述錠模的一個和/或另一壁(3、 9)進行強制冷卻。
10.如權利要求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，所述內套管由不銹鋼形成。
11.一種制造由互相結合的環形外套管(17)和環形內套管(18)構成的雙材料套管的裝置，二個套管由不同材料形成，其特征在于包括-下鑄基部(I)；-設在所述基部(I)中的用于構成外套管(17)材料的液態金屬的進入通道(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)的內壁和第二錠模的外壁(8)形成的第一澆鑄空間(7)；-設在所述基部(I)的用于構成內套管材料的液態金屬(18)的進入通道(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)的凝固的內表面，并使其與用于構成內套管的液態金屬(18 )接觸。
12.如權利要求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壁 (9 )的部件，例如被第二錠模的內壁(9 )包圍和內冷卻的芯軸(14 )。
13.如權利要求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 于將它與用于構成外套管(17)的金屬的界面進行潤滑的部件。
15.如權利要求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。
16.一種由互相結合的環形外套管(17)和環形內套管(18)構成的雙材料套管，這二個 套管由不同材料形成，其特征在于，通過根據權利要求1-10之一的方法得到所述雙材料套 管。
17.如權利要求16所述的套管，其特征在于，所述外套管由16MND5碳鋼形成，所述內套 管由304L不銹鋼形成。
18.如權利要求16或17所述的套管,其特征在于,所述套管是核反應堆或石化反應容 器的組成部分。
19.如權利要求16或17所述的套管，其特征在于，所述套管是核反應堆增壓器的組成 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合的環形外套管(17)和環形內套管(18)構成；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的外壁(8)形成的澆鑄空間(7)中執行外套管(17)的下鑄；提升第二錠模的所述可移動壁(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壁(9)形成的澆鑄空間中執行下鑄和內套管的凝固，通過所述套管之間的擴散實現二個套管的結合；并且還進行所述結合的套管的鍛造和/或加工。使用該方法的裝置和這樣形成的套管。
文檔編號B22D19/16GK103025455SQ201180027210
公開日2013年4月3日 申請日期2011年4月1日 優先權日2010年4月2日
發明者弗雷德里克·佩德里塞 申請人:阿海琺克勒索鍛造公司