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Verfahren zum Glühen von Bandmaterial oder Blech aus niedriggekohltem Stahl
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Glühen niedriggekohlter Stahle und insbesondere auf diese Verfahren für kaltbearbeitete Stähle durch Erhitzen auf eine unterkritische Glühtemperatur und darauffolgendes Kühlen.
Beim kontinuierlichen Glühen von Bändern aus niedriggekohltem Stahl in modernen Anlagen hiefür sowie zum Verzinnen zwingt der Glühzyklus zu einer Begrenzung der lineraren Geschwindigkeiten der Glühwege und die jetzt verwendeten Geschwindigkeiten konnten nur durch grosse und ausserordentlich hohe Kosten verursachende Öfen und Anlagen erreicht werden. In einem solchen Ofen können 800 - 1600 m lange Bänder einschliesslich der Ein- und Austrittsschlingen untergebracht werden. Ausserdem engt das ausser-
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nuierlich geglühtes Schwarzblech z. B. kann nur für Erzeugnisse verwendet werden, die Härtestufen entsprechend etwa 61 - 173 R 30 t aufweisen und zur Herstellung z.
B. von sehr steifen und biegefesten Gegenständen und Endstücken von Konservendosen benützt werden, die besonderen Beanspruchungen ausgesetzt sind (R 30-t-Einheiten sind Rockwell-Härtezahlen. diebei Verwendung eines Rockwell-OberflächenPrüfgerätes mit einer Belastung von 30 kg erhalten werden).
Einen Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Glühen von niedriggekohltem Stahl, das für das kontinuierliche Glühen von Stahlband oder Sehwarzblech anwendbar ist und es möglich macht, die derzeitigen Geschwindigkeiten beim kontinuierlichen Glühen mit kleineren und einfacheren Öfen zu erzielen bzw. die Durchsatzgeschwindigkeiten bei Öfen der derzeit in Verwendung stehenden Grösse zu erhöhen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Glühen, welches eine metallurgisch bessere Qualität erreichen lässt.
Bei einem bekannten, für kontinuierliches Glühen benützten Zeit-Temperatur-Zyklus wird das Gut zuerst auf 6700e erhitzt. u. zw. wird diese Temperatur nach ungefähr 25 sec in der Erhitzungszone des Ofens erreicht. Das Gut verbleibt auf dieser Temperatur 10 1/2 sec in einer Durchweichungszone, worauf es gekühlt wird. Das Kühlen findet in drei Stufen statt : Ein Kühlen in der Dauer von 15 sec von 670 auf
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ein Kühlen in derDauer von 11 sec von 115 auf 60 C ; dieser Zeit-Temperatur-Zyklus ist in der Zeichnung strichliert veranschaulicht, in welcher die Ordinate die Temperatur in oc und die Abszisse Sekunden bedeuten.
Bezüglich eines solchen Zyklus wurde gefunden, dass
1. durch rasches Erhitzen von kalt verformtem, niedriggekohltem Stahl auf die unterkritische, bei 700 oder ungefähr 700 C liegenden Glühtemperatur, u. zw. in weniger als der Hälfte der Erhitzungszeit, die
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die schliessliehesser als in dem Falle ergibt, bei dem das Gut mit verhältnismässig geringerer Geschwindigkeit des bekannten Zyklus erhitzt wird ;
2. da das stark kalt bearbeitete Gut nahezu plötzlich rekristallisiert, wenn die subkritische Glühtemperatur erreicht ist, es sich zeigt, dass das Aufrechterhalten dieser Glühtemperaturen in der Dauer bis zu 10 min die Korngrösse nicht merklich erhöht.
Daher ist die Durchweichungsperiode des bekannten Glühzyklus überflüssig;
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3. der grösste Teil der Zeit des bekannten Zeit-Temperatur-Zyklus für das Kühlen gebraucht wird.
Beispielsweise werden 92 1/2 sec einer Gesamtdauer des Zyklus von 143 sec für das Abkühlen von 425 auf 60 C benötigt. Metallurgisch spielt dieser Teil des Zyklus eine verhältnismässig untergeordnete Rolle beim
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für den Mechanismus des Weichmachens verantwortlich ist.
Man dachte, dass das verhältnismässig langsa- me und gesteuerte Abkühlen notwendig wäre, um Härtungserscheinungen hintanzuhalten, die vorkommen, wenn niedriggekohlte Stähle rasch abgekühlt oder von Temperaturen oberhalb 300 C abgeschreckt wer- den ; anderseits muss das Metall eine ausserordentlich lange Zeit im Ofen verbleiben, so dass die Geschwin- digkeit des Durchsatzes durch die Länge des Ofens begrenzt wird, die bereits sehr erheblich ist, und falls ein Bruch eintritt, sind bei dieser ausserordentlichen Länge von Schwarzblech oder Band im Ofen 2 - 16
Stunden notwendig, um den Ofen wieder beschicken zu können.
Es wurde nun gefunden, dass die zum Abkühlen erforderliche Zeit im Glühzyklus durch rasches Ab- schrecken des Stahles nach Rekristallisation und durch Beseitigung einer erhöhten Härte infolge des Abschrek- kens mit Hilfe einer Anlassbehandlung radikal herabgesetzt werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Glühen von Bandmaterialoder Blech aus kaltgewalztem, niedrig- gekohltem Stahl besteht aus den Stufen : Rasches Abschrecken des Stahles von einer unterkritischen Glühtemperatur auf unter 300 C, Aufwickeln des Bandes zu Bunden bei dieser Temperatur und genügend lang- sames Abkühlen zur Herbeiführung der Erweichung.
Die zwei Arbeitsgänge des Abschreckens und Anlassens können getrennt ausgeführt werden, d. h. durch Abschrecken auf Zimmertemperatur und darauffolgende Weichmachungsbehandlung, oder man kann sie kombinieren, u. zw. Abschrecken des Stahles auf die Anlasstemperatur und Halten desselben auf dieser Temperatur, bis er weich wird. Letzterer Vorgang ist jedoch vom praktischen Gesichtspunkt aus vorzuziehen, weil eine neuerliche Erhitzung des Stahles auf die Anlasstemperatur nicht notwendig ist, und vom metallurgischen Gesichtspunkt, weil die gleichmässigsten Ergebnisse erreicht werden und eine Abschreckalterung nicht auftritt.
Ein solches Abschrecken und Auslagern vermag ein Erzeugnis zu liefern, dessen Qualität mindestens ebenso gut ist wie jene, die bei den bekannten kontinuierlichen Methoden erreicht wird, bei welchen grö- ssere Öfen verwendet werden ; die Kosten der Anlage zum Weichmachen durch Auslagern sind dagegen relativ viel kleiner und es wird dabei erheblich an Platz gespart.
Abschrecken und Auslagerung zur Erweichung können ausgeführt werden, sobald die Wirkungen einer Bearbeitungshärtung durch Erholung oder durch Erholung und Rekristallisation nach verhältnismässig langsamem Erwärmen und Durchweichung gemäss dem bekannten Glühzyklus beseitigt sind. Bevorzugt wird jedoch das Abschrecken und die Erweichung durch Auslagern nach raschem Erhitzen des Stahles auf die un- terkritische Glühtemperatur, d. i. auf die Rekristallisationstemperatur zu bewerkstelligen, da dieses starkes Kornwachstum bewirkt und die Durchweichungszeit des bekannten Glühzyklus beseitigen lässt und es so möglich macht, eine Erhöhung der Geschwindigkeit einer kontinuierlich oder halbkontinuierlichen Glühstrecke oder aber eine Verminderung der Ofengrösse zu erreichen.
Wie vorhin angegeben, bedeutet das rasche Erhitzen des Stahles auf die Rekristallisationstemperatur, ein Erhitzen in weniger als der halben Zeit, die im bekannten Zyklus notwendig ist. Es wird daher tatsächlich vorgezogen, das Erhitzen auf diese Temperatur binnen 1 - 10 sec zu erzielen.
Für die Auslagerungsbehandlung ist ein ziemlich weiter Temperaturbereich geeignet und die gewählte Temperatur wird von dem gewünschten Mass der Erweichung abhängen, da die Erweichung umso besser wird, je höher die Temperatur ist. Die Mindesttemperatur wurde mit 200 C bestimmt und geeignet sind Temperaturen zwischen 200 und etwa 450 C. Bei Temperaturen von 200 bis etwa 250 C kann die letztgenannte Behandlung in Luft ausgeführt werden, da bei diesen Temperaturen praktisch keine Oxydation des Stahles eintritt. Über 250 C soll die Behandlung aber in einer nichtoxydierenden Atmosphäre erfolgen, da die Oxydation, die bei diesen Temperaturen in Anwesenheit von Luft auftritt, die folgenden Behandlunlungen, etwa das Verzinnen, stören würde.
Die Mindestzeit, während welcher die Erweichungstemperatur aufrechterhalten werden soll, um ein Produkt mit stabilen mechanischen Eigenschaften zu erzielen, hängt von der Erweichungstemperatur ab. Bei tieferen Temperaturen sind längere Zeiten notwendig als bei höheren Behandlungstemperaturen. So ist bei 200 - 2500e eine Dauer der Temperatureinwirkung von 30 bis 50 min notwendig, während bei etwa SOGOC, 15-3. 0 min erforderlich sind. Innerhalb dieser Grenzen der Zeit kann das Ausmass der Erweichung durch Wahl der Haltezeit geändert werden : Je kürzer diese Zeit ist, während welcher die Temperatur aufrechterhalten wird, desto geringer ist das Mass des Erweichens.
Die Auslagerungsbehandlung wird zweckmässig beim Aufhaspeln des Stahles ausgeführt, sobald derselbe die gewünschte Erweichungstemperatur erreicht hat. Infolge seiner Masse und seiner Gestalt in Bund-
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form kühlt der Stahl in den meisten Fällen ausreichend langsam ab, damit für die vollständige Erweichung beim Auslagern die notwendige Zeit vorhanden ist. Ist eine längere Haltezeit notwendig, kann die Ge- schwindigkeit des Abkühlens des Bundes durch äussere Mittel verzögert werden.
Ein typischer Glühzyklus nach der Erfindung ist nur als Beispiel durch die in vollen Linien gezeichnete
Kurve der Zeichnung dargestellt. Dieser Glühzyklus wurde zur kontinuierlichen Behandlung eines kaltbearbeiteten Schwarzbleches einer Dicke von 0,35 mm angewendet, das mit einer Geschwindigkeit von
150 m/min bewegt wurde. Das Schwarzblech wurde zuerst in 5 sec auf 7000C erhitzt, dann sofort binnen
5 sec auf 3000C abgeschreckt und hierauf sogleich bei letzterer Temperatur aufgewickelt, wobei die Auf- wickeleinrichtung in einer nichtoxydierenden Atmosphäre untergebracht war. Der Bund aus Schwarzblech wurde sodann in einer nichtoxydierendenAtmosphärezwischen 15und 30 min langsam abgekühlt.
Am En- de dieser Zeit war die Vickers-Härte 105-115 kg/mnf, wogegen die Vickers-Härte des gleichen Schwarz- bleches, welchesnachdembekannten Glühzyklus gemäss der strichlierten Kurve der Zeichnung nachgelas- sen wurde, 115 kg/mn1 war.
Statt den Stahl augenblicklich abzuschrecken, sobald er die Rekristallisationstemperatur erreicht hat, kann ein langsames Abkühlen von dieser Temperatur (d. i. von etwa 7000C) auf etwa 6000C in der Dauer von 3 bis 4 sec vor dem Abschrecken vorgenommen werden. Dieses langsame Abkühlen erleichert die Erzielung des gewünschten Ausmasses des Weichwerdensbeiniedrigeren Auslagerungstemperaturen z. B. zwischen 200 und 2500C und dieses Abkühlen ist daher vorteilhaft, weil die Auslagerungserweichung ohne nichtoxydierende Atmosphäre und daher mit einer einfacheren Anlage ausführbar ist.
Die erheblichen Kosten eines kontinuierlich arbeitenden Glühofens für niedriggekohlte Stähle im Verein mit den Schwierigkeiten der Einführung grosser Längen von Stahl in und durch den Ofen können im beträchtlichen Masse durch Benützung der vorliegenden Erfindung vermindert werden. Gleichzeitig ist die Erfindung nicht auf das kontinuierliche Glühen beschränkt, sondern kann beispielsweise auch für ein halbkontinuierliches und das chargenweise Glühen von stark kaltverformtem, niedriggekohltem Stahl verwendet werden.
Es wurde bei Verfahren für das Glühen von Bandmaterial bereits vorgeschlagen, das Aufwickeln des Materials im heissen Zustand vorzunehmen, u. zw. bei der Glühtemperatur von etwa 7000C. Das Abkühlen des bei dieser Temperatur gewickelten Materials findet sehr langsam stattund die Ausscheidung des Kohlenstoffes aus der Lösung im Ferrit erfolgt während des langsamen Kühlens. Die hohe Temperatur beim Aufwickeln erfordert die Anwendung einer Schutzgasatmosphäre, ausserdem Ist die erzielte Korngrösse wegen der Unterschiede in den Abkühlungsgeschwindigkeiten der inneren und äusseren Windungen der Bunde ungleichmässig.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Glühen von Bandmaterial oder Blech aus niedriggekohltem Stahl durch Erhitzen auf unterkritische Glühtemperatur und anschliessendes Kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass das Material rasch in nicht mehr als 5 sec von der unterkritischen Glühtemperatur aufeine für die Anlassbehandlung geeignete Temperatur von unter 3000C abgeschreckt, das Band bei dieser Temperatur zu Bunden gewickelt wird und die Bunde genügend langsam abkühlen gelassen werden, um die Erweichung durch Auslagern herbeizuführen.