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Verfahren zur verkürzten Glühbehandlung von Stahl in Hauben-Glühöfen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verkürzten Glühbehandlung von Stahl in Hauben-Glühöfen, wobei während des Aufheizens auf die Weichglüh-Temperaturdes Gutes von 600 bis 7000 C die Temperatur-Steigerung im Gebiete der Kristallerholung bei einer mittleren Temperatur unterbrochen und dieselbe während der für den Ablauf dieses Phänomens erforderlichen Zeit konstant gehalten wird.
Bei den bisher üblichen Verfahren zur Glühbehandlung von Stahl wird das Gut nach Formänderung - z. B. durch Kaltverformung - im allgemeinen unter ständiger und gleichmässiger Temperatursteigerung auf 600-7000 C erwärmt und bei dieser Temperatur weichgeglüht ; diese Temperatur-Steigerung wird nun von Zeit zu Zeit unterbrochen, um sowohl zwischen den verschiedenen Abschnitten der Ofenkammer als auch innerhalb der darin eingesetzten Charge eine gleichmässige Temperaturverteilung zu erreichen.
Weiters ist auch bekannt, dass der Stahl während dieser Glühbehandlung stufenweise Änderungen der Struktur erfährt, welche die mechanischen und technischen Eigenschaften des Materials beeinflussen ; dieses übliche Verfahren zum Weichglühen von Stahl schliesst die Phasen der Aufheizung sowie der Aufrechterhaltung ungefähr gleichbleibender Temperatur über einen gewissen Zeitraum ein und erfordert insgesamt eine lange Dauer ; während der Heizperiode tritt im Material unter ständigem Temperaturanstieg zuerst das Phänomen der Kristallerholung und anschliessend die Polygonisation sowie die Rekristallisation ein.
Die Erfindung beruht nun auf der Erkenntnis, dass es bei diesen bekannten Glühbehandlungen von Stahl mit kontinuierlich und schnell ansteigender Temperatur nachteilig ist, wenn im Material die Kristallerholung zu einem Zeitpunkt einsetzt, zu welchem der Stahl die unteren Grenzen desjenigen Temperaturbereiches erreicht hat, in welchem sich dieses Phänomen abspielt und nun nicht mehr genügend oder vollständig entwickeln kann, weil das Gut vorher bereits die obere Grenztemperatur erreicht hat, bei welcher die nachfolgende Phase der Polygonisation und Rekristallisation beginnt ;
bei diesem Verfahren zum Weichglühen von Stahl überlagern sich daher die erwähnten Phänomene teilweise, so dass sich jedes einzeln nur unvollständig und auch in nicht definierter bzw. kontrollierbarer Weise abspielen kann-dies infolge der zu kurzen Zeitspanne für die unbehinderte, vollständige Entwicklung der Kristallerholung.
Demgegenüber wurde nun erkannt, dass beim Weichglühen von Stahl eine ausreichende, mit genügender Eindringtiefe und ungestört verlaufende Kristallerholung einen günstigen Einfluss auf die nachfolgende Phase der Polygonisation und Rekristallisation hat, die dann merkbar vollkommener und rascher vor sich geht.
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650 bis 7500 C geglüht und danach im Bereich von 538 bis 5930 C eine Haltezeit von mindestens 10 min bis zu maximal 1 h eingehalten wird ; dieses kritische Temperaturintervall befindet sich also nur zum kleineren Teil unterhalb der Rekristallisations-Temperatur, wo das kaltverformte Material einer im Mikroskop sichtbaren Änderung unter Bildung neuer kristalliner Partikel unterzogen wird ;
durch diese Glüh- behandlung ¯0 die gegenüber der bislang üblichen Glühzeit eine erhebliche Verlängerung bedeutet-wird auch lediglich erreicht, dass die Kristallkörner in Abhängigkeit von der angewendeten Haltezeit eine bestimmte längliche Form erhalten-jedoch keine grundsätzliche strukturelle Änderung ihres Gefüges ; schliess- lich sei noch darauf hingewiesen, dass das Verfahren gemäss dieser französischen Patentschrift weder auf Glühbehandlungen in Hauben-Glühöfen noch auf andere Materialien als aluminiumbehandelte Tiefziehstähle anwendbar ist, d. h. bei solchen eben wirkungslos wäre.
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Weiters ist aus der deutschen Patentschrift Nr. 846554 auch ein Verfahren zur Wärmebehandlung bei der Herstellung von Bleche. n und Bändern, die beim Tiefziehen ohne Zipfelbildung verformbar sein sollen, bekannt, bei welchem die Bleche oder Bänder nach ihrer Verformung auf die Endstärke oder eine die Endstärke um bis 25% übersteigende Stärke zunächst ausreichende Zeit von 1 bis 3 h unterhalb der Rekristallisations-Temperatur im Bereich der Kristallerholung gehalten und danach bei höherer Temperaturrekristallisiert werdenund sodann gegebenenfalls auf die Endstärke abgewalzt werden ; hiebei können die erste und zweite Stufe der Endglühung entweder unmittelbar aneinandergeschlossen oder auch zwischen beide eine Abkühlung und beliebig lange Lagerung auf tieferer Temperatur eingeschaltet werden.
Dieses Verfahren ist jedoch in erster Linie auf die Erzielung sich Isotrop verhaltender Tiefziehbleche anwendbar und dient der Ausschaltung der bei den vorgesehenen Endprodukten sonst durch die Anisotropie des Materials verursachten"Zipfel"-Bildung.
Auch beider hier im Bereich der Kristallerholung angewendeten Haltezeit von 1 bis 3 h wird keine Änderung der atomaren Struktur des Kristallgitters erhalten.
Demgegenüber wird. nun das eingangs beschriebene Verfahren zur verkürzten Glühbehandlung von Stahl in Hauben-Glühöfen derart vorteilhaft ausgestaltet, dass das weich : zu glühende Material während des Aufheizens mindestens 8 h lang bei einer Temperatur zwischen 400 und 5000 C gehalten und erst anschliessend auf die Endtemperatur derWeich-Glühung gebracht wird. Dadurch wird die an die bei dieser Haltetemperatur durchgeführte Kristallerholung unmittelbar anschliessende Phase der Polygonisation und vollständigen Rekristallisation des Gefüges bei der Endtemperatur des Weichglühens wesentlich beschleunigt und somit die durchgeführte Wärmebehandlung in ihrer Gesamtheit verkürzt, die mechanischen und technischen Eigenschaften des Gutes werden-dagegen erheblich verbessert.
Durch zahlreiche Versuchsreihen wurde bestätigt, dass ein der rekristallisierenden Endglühung vorgeschaltetes längeres Halten der Tiefziehstähle in einem Temperaturbereich unter 5000 C die Eigenschaften des Werkstoffes trotz erheblicher Verkürzung der gesamten Glühdauer deutlich verbessert.
Insbesondere wurden für die üblichen unberuhigte und beruhigten Tiefziehstähle Unterschiede im Glühverhalten festgestellt, wobei Bleche aus üblichem unberuhigtem Stahl von l, 2 mm Stärke der Zusammensetzung : 0, 055% C, 0, 002% Si, 0, 35% Mn, 0, 010% P und 0, 022% S sowie solche aus beruhigtem Stahl von 0,8mm
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wurden, die in folgender Tabelle als Ergebnisse der Rockwell-B-Härteprüfung an beiden Stahlarten gegenübergestellt sind :
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<tb>
<tb> Rockwell-B-Härte <SEP> 1)
<tb> Wärmebehandlung <SEP> unberuhigter <SEP> beruhigter
<tb> Stahl <SEP> Stahl
<tb> 8 <SEP> h <SEP> 350 <SEP> - <SEP> 4500 <SEP> C <SEP> 91,5 <SEP> 94
<tb> 8 <SEP> h <SEP> 4500 <SEP> C <SEP> 89, <SEP> 5 <SEP> 94 <SEP>
<tb> 8 <SEP> h <SEP> 450 <SEP> - <SEP> 5000 <SEP> C <SEP> 87 <SEP> 92
<tb> 8 <SEP> h <SEP> 5000 <SEP> C <SEP> 73,5 <SEP> 90
<tb> 5 <SEP> h <SEP> 5500 <SEP> C <SEP> 49, <SEP> 5 <SEP> 55,5
<tb> 15 <SEP> h <SEP> 5500 <SEP> C <SEP> 47,5 <SEP> 48
<tb> 8 <SEP> h <SEP> 350 <SEP> - <SEP> 4500 <SEP> C <SEP> + <SEP> 5 <SEP> h <SEP> 550 <SEP> C <SEP> 47 <SEP> 47
<tb> 8 <SEP> h <SEP> 450 <SEP> - <SEP> 5000 <SEP> C <SEP> + <SEP> 5 <SEP> h <SEP> 5500 <SEP> C <SEP> 46 <SEP> 44
<tb> 5 <SEP> h <SEP> 6900 <SEP> C <SEP> 43, <SEP> 5 <SEP> 45,5
<tb> 15h690 C.
<SEP> 41,5 <SEP> 43
<tb> 24 <SEP> h <SEP> 6900 <SEP> C <SEP> 40,5 <SEP> 43,5
<tb> 8 <SEP> h <SEP> 350 <SEP> - <SEP> 4500 <SEP> C <SEP> + <SEP> 5 <SEP> h <SEP> 6900 <SEP> C <SEP> 41 <SEP> 38
<tb> 8 <SEP> h <SEP> 450-500 <SEP> C <SEP> + <SEP> 5 <SEP> h <SEP> 6900 <SEP> C <SEP> 40 <SEP> 32
<tb>
1) Im kalt verformten Zustande betrugen die entsprechenden Werte 92,5 und 94.
Nach einer einstufigen Glühung unterhalb einer Temperatur von 5000 C zeigen beide Stähle keine wesentlichen Unterschiede. Die starke Härteabnahme des unberuhigte Stahls durch die Glühbehandlung
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von 8 h bei 5000 C ist-wie auch die mikroskopische Untersuchung bestätigt-auf den Beginn der Rekri- stallisation zurückzuführen. Bei beiden Stahlarten bewirkt jedoch die zweistufige Glühbehandlung eine besonders starke Härteabnahme ; vor allem bei beruhigtem Stahl ist die Härte nach acht-stündiger Vor- glühung bei 450 - 5000 C und darauffolgender Glühung während 5 h bei 5500 C wesentlich niedriger ; bei Erhöhung der Endglühtemperatur auf 6900 C wird der günstige Einfluss der Vorglühung bei dieser Stahl- art besonders deutlich.
Demgegenüber ist bei unberuhigte Stahl die Härteabnahme geringer.
Durch die erfindungsgemässe Massnahme wird also erreicht, dass sich die Kristallerholung genügend ruhig entwickeln und ausbreiten kann und dann die nachfolgende Polygonisation und Rekristallisation voll- ständiger und vor allem wesentlich schneller erfolgt, so dass die für die Unterbrechung der Temperatur- steigerung verwendete Zeit bei weitem nicht nur ausgeglichen, sondern darüber hinaus die gesamte Glüh- behandlung erheblich verkürzt wird. Die genaue mittlere Haltetemperatur sowie die Dauer der Vorglü- hung hängen von zahlreichen spezifischen Faktoren des jeweils verwendeten Gutes ab : insbesondere von der Stahlart, von der an der Charge durchgeführten Verformung oder Volumsverminderung von Grösse und sonstigen Eigenschaften des Glühofens und schliesslich von den sonstigen Bedingungen der Glühbehandlung, wie z.
B. von der Masse der eingesetzten Stahl-Charge ; alle diese Werte beeinflussen nämlich die erfor- derliche Zeit, um alle Teile des Gutes auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Unterbrechungs-
Temperatur und-Zeit müssen daher von Fall zu Fall gesondert bestimmt werden.
Das in der Zeichnung dargestellte Diagramm zeigt vergleichsweise den Temperaturverlauf bei einer über 50 h währenden üblichen Rekristallisations-Glühung-ausgezogene Kurven a, b und c-und bei einer nach demerfindungsgemässen Verfahren festgelegten Glühfolge für Ofenbeschickungen von je 100 Tonnen - strichlierte Kurven al, bl und cl'Im einzelnen stellen jeweils die Kurven a und al die Temperatur des Ofens, die Kurven b und bl die Temperatur des heissesten Punktes der Charge und schliesslich die Kurven c und cl diejenige ihres verhältnismässig kühlsten Punktes dar.
Danach ist also ersichtlich, dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren gemäss Kurven bl und cl
1. für eine Charge von ungefähr 100 Tonnen die Glühtemperatur nach etwa sechs-stündigem Anstieg durch ungefähr 10 h hindurch annähernd konstantgehalten und dann wieder bis zur Rekristallisations-Tem- peratur erhöht wird ;
2. die gesamte Weichglühung nach ungefähr 40 h abgebrochen wird.
Bei dem bekannten Verfahren gemäss Kurve b und c wird die Temperatur vorerst ungefähr 24 bzw.
30 h lang kontinuierlich gesteigert und anschliessend durch etwa 24 h konstant gehalten, so dass sich die gesamte erforderliche Wärmebehandlung auf etwa 52 h erstreckt.
Die Gesamtdauer der erfindungsgemässen zweistufigen Glühung ist also um mehr als 200 kürzer als diejenige des Glühverfahrens mit sofortiger kontinuierlicher Erwärmung auf Temperaturen im Rekristallisationsbereich.
Die erfindungsgemässe verkürzte Glühbehandlung kann besonders vorteilhaft auf kaltgewalzte Bleche und Bänder, auf kaltgezogene Drähte oder auch auf in anderer Weise kaltverformte Teile aus weichem Kohlenstoffstahl in technischem Umfange angewendet werden ; hiebei werden folgende Vorteile erzielt : a) Verkürzung der gesamten Glühdauer um etwa 20% (also z. B. von 50 auf 40 h) bei Aufrechterhaltung gleichwertiger mechanischer und technischer Eigenschaften des Materials ; b) Verbesserung der mechanischen und technischen Eigenschaften gegenüber den bei einer üblichen Glühbehandlung von gleicher Dauer und gleichem Wärmeverbrauch erzielten (z. B. Rockwell-Härte B S 45, prozentuale Dehnung im Prüfstab gemäss UNI Normen : A,ni = 45%).