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Verfahren zur Wärmebehandlung gewalzter Stahlerzeugnisse.
Der Kürze und Klarheit wegen wird im nachfolgenden insbesondere auf die Herstellung von Schienen Bezug genommen, obwohl das Verfahren gemäss der Erfindung ganz allgemein auf die Erzeugung gewalzter Stahlwaren anwendbar ist, wobei immer der besondere metallurgische Effekt der Erfindung in Erscheinung tritt.
Bei der Herstellung von Stahlschienen stellt sich häufig der in der Patentschrift Nr. 128602 er- örterte Übelstand der Schichtenbildung ein, deren Ursachen bis auf das Giessen der Ingots zurückgehen und in erster Linie auf die Einwirkung der Heizgase der Wärmegrube, auf die Einwirkungen, denen die Schiene bei der Bearbeitung im Vorwalzwerk unterworfen ist, und schliesslich auf Strukturveränderungen zurückzuführen sind, die die Schiene beim Abkühlen erfährt.
Es ist gefunden worden, dass die oben erwähnte zonische Ungleichmässigkeit der Struktur des Stahles und die ihr entsprechende molekulare Unbeständigkeit vermindert oder vermieden werden können, so dass die fertige Schiene ganz oder im wesentlichen frei von diesen l'belständen ist, wenn das ein-oder mehrmalige Abkühlen der heissen, zum Teil geformten Schiene während des Formgebungsverfahrens, z.
B. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Walzoperationen, unter dem Umwandlungspunkt (Ar) des Stahles und das hierauf folgende Wiedererhitzen auf die für die nächste Formgebungsoperation passende Temperatur in Gegenwart von Gasen bzw. mit Hilfe heisser Ofengase vorgenommen werden, deren schädliche Wirkung auf das Glühgut durch die im Patente Nr. 128602 angegebene Mischung verhindert wird, die aus einem Erdalkalioxyd, wie Kalk, und einem kohlenstoffhaltigen inerten, unverbrennlichen Material besteht, dessen Gehalt an freiem Kohlenstoff so gering ist, dass das Material nicht kohlend auf den Stahl einwirken kann.
Falls diese Wärmebehandlung nicht ausreicht, die Strukturfehler zu vermeiden, kann das Verfahren noch durch ein bekanntes normalisierendes Warmbehandeln der fertiggewalzten Schiene ergänzt werden, das darin besteht, dass die Schiene durch den Bereich der Ac-Umwandlungspunkte des Stahles auf eine Temperatur erhitzt wird, die nicht wesentlich höher als 200 C und vorzugsweise 500 über dem Ac3- Umwandlungspunkt liegt (nachdem vorher, wenn nötig, die Schiene auf eine Temperatur unter dem
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durch Abkühlung an der Luft. In diesen Fällen wird erfindungsgemäss das allmähliche Kühlen oder dieses sowie auch das Heizen in Gegenwart bzw. mit Hilfe von Ofengasen vorgenommen, die, wie oben auseinandergesetzt, gegenüber dem Stahl unschädlich gemacht wurden.
Beispiel :
Dieses Beispiel bezieht sich auf die Herstellung einer Schiene aus Chromstahl mit 0'577% Kohlen- stoff, 0-206% Silizium, 0-032% Schwefel, 0-02% Phosphor, 0-74% Mangan, 0-98% Chrom und 0-52% Nickel.
Die Abstichtemperatur betrug 15200 C.
Das obere Ende der Kokille war während des Auskühlens des Blockes mit erschöpfter Kohlungsmischung zur Verhinderung der Oxydation bedeckt. Beim Herausnehmen wurde der Ingot mit einer weiteren Menge dieser Mischung bedeckt. Hiebei war die Temperatur 960 C.
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Der Ingot wurde hierauf in die Wärmegrube eingelegt, deren Boden bis zu einer Höhe von etwa 7 bis 8 cm mit einer Mischung von Kalk und Kesselasche, die 15'6% verbrennbaren Kohlenstoff enthielt, bedeckt war. Das Verhältnis des Kalkes zur Asche im genannten Gemenge war ungefähr 40 : 60 ; seitlich des Ingots wurden Stahlspäne in lockerer Schüttung angeordnet. Der Raum zwischen den Deckeln der Grube und zwischen dem Kopf des Ingots und dem Deckel des Ofens war auch locker mit Stahldrehspänen angefüllt, die auf den Deckeln der Grube aufgehängt waren.
Die Temperatur des Ingots wurde in der Wärmegrube auf 11900 C gebracht, worauf der Ingot mit dieser Temperatur auf das Vorwalzwerk gebracht wurde. Während des Vorwalzens war die Temperatur 1090 C.
Nach dem Vorwalze wurde dann der Knüppel ohne weitere Wärmebehandlung dem Walzen unterzogen, um die Schiene herzustellen. Hiebei war die Endtemperatur der Schiene 995 C.
Die fertiggeformte Schiene liess man dann auf eine Temperatur von ungefähr 5000 C abkühlen, worauf man sie in einem Wiedererwärmungsofen auf etwa 8150 C aufwärmte und dann allmählich in diesem Ofen auf etwa 5400 C abkühlen liess. Schliesslich wurde die Schiene an der Luft abkühlen gelassen.
Das Wiedererwärmen und das allmähliche Abkühlen im Ofen wurden in Gegenwart eines Gemenges durchgeführt, ähnlich dem in der Wärmegrube verwendeten, indem der Ofen in derselben Art mit dem Mittel zur Verhinderung der Oxydation beschickt wurde.
Es wurde gefunden, dass, ohne einen Verlust an Zugfestigkeit, sowohl die Dehnung als auch die
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sind die betreffenden Werte für die Schiene angeführt.
Maximale Zugfestigkeit 81'80 leg pro mm2,
Dehnung 15%,
Querschnittsverminderung des Probestückes 31-6%.
Die entsprechenden Werte für eine auf übliche Arthergestellte Schiene, die genau so wärmebehandelt wurde, einschliesslich der letzten Walzoperation, und die dieselbe Analyse ergab mit Ausnahme des Nickelgehaltes im Stahl, waren die folgenden :
Maximale Zugfestigkeit 82-05 lcg pro MM
Dehnung 2%,
Querschnittsverminderung des Probestückes 2%.
Ausser der oben angegebenen Verbesserung in den Werten für Dehnung und Querschnittsverminderung zeigten die erfindungsgemäss behandelten Schienen ein wesentlich besseres Verhalten bei den Fallproben. Die Unterschiede, die sich bei diesen Proben ergaben, waren bedeutend. Von den Chromstahlschienen, die nach dem gewöhnlichen Verfahren hergestellt waren, brach beinahe jede bei dem Fallversuch beim zweiten Schlag, während die nach der vorliegenden Erfindung behandelten Schienen bei dem Fallversuch mehr als drei Schläge aushielten, ohne zu brechen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Wärmebehandlung gewalzter Stahlerzeugnisse, insbesondere aus Chromstahl oder Stahl mit einem geringen Gehalt eines die Umwandlungspunkte des Stahles herabdrückenden Zusatzes, wie Nickel oder Kobalt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des heissen Stahlgegenstandes durch die Ar-Umwandlungspunkte des Stahles und die hierauf folgende Wiedererhitzung auf die zur weiteren Formung notwendige Temperatur in Gegenwart der im Patente Nr. 128602 gekennzeichneten Mischung vorgenommen werden.
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Process for the heat treatment of rolled steel products.
For the sake of brevity and clarity, reference is made in the following in particular to the manufacture of rails, although the method according to the invention can be applied quite generally to the manufacture of rolled steel goods, the particular metallurgical effect of the invention always appearing.
In the production of steel rails, the problem of layer formation, discussed in patent specification No. 128602, often arises, the causes of which go back to the casting of the ingots and primarily to the action of the heating gases in the heat pit, to the effects of the Rail is subject to processing in the roughing mill, and ultimately can be traced back to structural changes that the rail experiences during cooling.
It has been found that the above-mentioned zonal unevenness of the structure of the steel and the corresponding molecular instability can be reduced or avoided so that the finished rail is completely or essentially free of these deposits if this is done once or several times Cooling the hot, partially formed rail during the molding process, e.g.
B. between two successive rolling operations, below the transformation point (Ar) of the steel and the subsequent reheating to the temperature suitable for the next shaping operation in the presence of gases or with the help of hot furnace gases, whose harmful effect on the annealing material due to the im Patent No. 128602 specified mixture is prevented, which consists of an alkaline earth oxide, such as lime, and a carbon-containing inert, incombustible material, the content of free carbon is so low that the material can not have a carbonic effect on the steel.
If this heat treatment is not sufficient to avoid the structural defects, the process can be supplemented by a known normalizing heat treatment of the finish-rolled rail, which consists in the rail being heated to a temperature which is not due to the area of the Ac transformation points of the steel is significantly higher than 200 C and preferably 500 above the Ac3 transformation point (after previously, if necessary, the rail to a temperature below the
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by cooling in the air. In these cases, according to the invention, the gradual cooling or this as well as the heating is carried out in the presence or with the aid of furnace gases which, as explained above, have been rendered harmless to the steel.
Example:
This example relates to the production of a rail made of chrome steel with 0'577% carbon, 0-206% silicon, 0-032% sulfur, 0-02% phosphorus, 0-74% manganese, 0-98% chromium and 0-52% nickel.
The tapping temperature was 15,200 C.
The upper end of the mold was covered with exhausted carbon mixture to prevent oxidation during the cooling of the ingot. When it was removed, the ingot was covered with another amount of this mixture. The temperature was 960 C.
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The ingot was then placed in the heating pit, the bottom of which was covered to a height of about 7 to 8 cm with a mixture of lime and boiler ash containing 15.6% combustible carbon. The ratio of lime to ash in the said mixture was about 40:60; To the side of the ingot, steel chips were placed in loose bulk. The space between the lids of the pit and between the head of the ingot and the lid of the furnace was also loosely filled with steel turnings that were hung on the lids of the pit.
The temperature of the ingot was brought to 11900 C in the heating pit, after which the ingot was brought to the roughing mill at this temperature. During rough rolling the temperature was 1090 C.
After the rough rolling, the billet was then subjected to rolling without further heat treatment to produce the rail. The final temperature of the rail was 995 C.
The finished formed rail was then allowed to cool to a temperature of about 5000 C, whereupon it was reheated to about 8150 C in a reheating furnace and then allowed to cool gradually to about 5400 C in this furnace. Finally the splint was allowed to air cool.
The reheating and gradual cooling in the furnace were carried out in the presence of a mixture similar to that used in the heating pit, by charging the furnace in the same way with the anti-oxidation agent.
It has been found that, without loss of tensile strength, both elongation and
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the relevant values for the rail are given.
Maximum tensile strength 81'80 leg per mm2,
Elongation 15%,
Reduction in cross section of the specimen 31-6%.
The corresponding values for a conventionally manufactured rail, which was heat-treated in exactly the same way, including the last rolling operation, and which the same analysis gave with the exception of the nickel content in the steel, were as follows:
Maximum tensile strength 82-05 lcg per mm
Elongation 2%,
Reduction in cross-section of the specimen 2%.
In addition to the above-mentioned improvement in the values for elongation and cross-sectional reduction, the rails treated according to the invention showed a significantly better behavior in the drop tests. The differences found in these samples were significant. Of the chrome steel rails made by the ordinary method, almost every one broke in the drop test on the second impact, while the rails treated according to the present invention withstood more than three blows in the drop test without breaking.
PATENT CLAIMS:
1. A method for the heat treatment of rolled steel products, in particular made of chromium steel or steel with a low content of an additive which depresses the transformation points of the steel, such as nickel or cobalt, characterized in that the cooling of the hot steel object through the Ar transformation points of the steel and the subsequent Reheating to the temperature necessary for further shaping can be carried out in the presence of the mixture identified in patent no. 128602.