Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines sich kontinuierlich bewegenden Stahlbandes
Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmebehandlung eines sich kontinuierlich bewegenden Stahlbandes.
Bei der Wärmebehandlung eines Stahlbandes kann sich dieses wölben. Eine solche Wölbung im Band bringt ein besonderes Problem mit sich, wenn das Band für Rasierklingen bestimmt ist, da die Wölbung dessen zu schärfende Schneidekanten von der Schärfvorrichtung abhält, so dass sie einen mangelhaften Schliff aufweisen.
Als Ursache für eine solche Wölbung in rostfreien Stahlbändern nimmt man eine heterogene chemische Zusammensetzung midloder Mikrostruktur des Stahlbandes an, die während des Walzens entsteht, insbesondere einen Unterschied im Kohlenstoffgehalt und/oder der Grösse und Verteilung der Kohlenstoffteilchen zwischen Ober- und Unterseite des Stahlbandes. Während der Wärmebehandlung bewirkt ein verschiedener Kohlenstoffgehalt des Austenites an der Unter- und Oberseite des Bandes eine unterschiedliche Ausdehnung (oder Schwindung) der einen Seite im Vergleich zur anderen sowie eine darausfolgende Wölbung.
Aufgabe der Erfindung war daher die Schaffung eines Verfahrens und Vorrichtung zum Entfernen dieser Wölbung aus einem fortlaufend bewegten Stahlband.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist gekennzeichnet durch Erwärmung des Bandes zur Erzeugung von Austenit, Abschrecken des Bandes zur Umwandlung des Austenits in Martensit, wobei man das Band über mindestens eine geradlinige Kante zieht, um seine Wölbung zu reduzieren, und das Band im wesentlichen zu glätten.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Einstellmechanismus zur Änderung der Höhe der Abschreckvorrichtung relativ zu der Höhe eines Führungselements in der luftgekühlten Zone vorgesehen ist.
Bei der Durchführung des Verfahrens an einem rostfreien Stahlband wird dieses durch einen Ofen geführt, in welchem es einer Temperatur von etwa 10930C ausgesetzt wird. Dann wird das Band zum Umwandeln des Austenits in Martensit abgeschreckt. Sobald die Temperatur des Bandes annähernd 1 600C erreicht hat (die Martensit-zu-Austensit-Umwandlung schreitet noch fort), wird das Band, wenn es eine Wölbung aufweist, über eine Kante gezogen. Dies geschieht unmittelbar vor dem Eintritt in die Abschreckvorrichtung.
In einer bevorzugten Ausführung bildet ein luftgekühltes rohrförmiges Element mit einem genuteten Körper von geringer Wärmeleitfähigkeit zum Führen des Bandes an den Kanten und der Unterseite die Umwandlungszone zwischen Ofen und Abschreckstation. Beim Fehlen einer Wölbung fluchtet der horizontale Boden der Führungsnut mit der entsprechenden Führungsfläche der Abschreckstation. Stellt man eine Wölbung fest, so wird die Stellung der Abschreckstation relativ zu der Führungsoberfläche in der Umwandlungszone geändert, vorzugsweise durch Senken der Abschreckstation, so dass sich das Band spannt, wenn es zunächst am Ende der Umwandlungszone über eine Kante gezogen und dann am Eingang der Abschreckvorrichtung wieder geknickt wird.
Diese Bearbeitung von Bandstahl in dieser Weise ermöglicht ein Glätten der Wölbung auf eine Toleranz von 18 F über eine Bandbreite von 4,90 mm und auf eine entsprechende Toleranz für Bänder anderer Breite. Wo ein Wölbungsfühler benutzt wird, kann die Stellung der Abschreckstation relativ zu der Übergangszone automatisch gesteuert werden.
Im folgenden sind anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Verfahrensablaufes zur Härtung von Bandstahl,
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht beim Übergang zwischen der Umwandlungszone und der Abschreckstation,
Fig. 3 eine Endansicht der Abschreckeinrichtung,
Fig. 4 eine Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung und
Fig. 5 ein Schnitt der Einrichtung nach Linie 5-5 in Fig. 4.
Das von einer Vorratsrolle 12 abgewickelte Band 10 wird nacheinander durch einen Härteofen 14, eine luftge kühlte Umwandlungszone 16, eine Abschreckstation 18, eine Kühlstation 20, einen Temperofen 22 und eine Inspektionsstation 24 geführt und auf Rolle 26 aufgewik kelt. Band 10 ist hier 5 mm breit und 40 dick. Die bevorzugte Stahlqualität hat folgende Zusammensetzung:
Kohlenstoff 0,37 - 0,44 Gew. -%
Chrom 13,0 - 14,0 Gew.-%
Mangan 0,20- 0,50 Gew.-%
Silicium 0,20 - 0,50 Gew.-%
Molybdän 1,15 - 1,35 Gew.-% Der Rest ist im wesentlichen Eisen.
Bei der Behandlung wird das Band 10 mit einer konstanten Geschwindigkeit von etwa 9 m pro Minute vorwärtsbewegt und im Ofen 14 auf eine Temperatur von annähernd 1 0900C erhitzt. Am Ofenausgang wird es luftgekühlt, so dass seine Temperatur an dem Ende der Umwandlungszone 16 etwa 1 600C beträgt.
Rohr 16 kann in seiner Länge variieren, wobei eine Länge von 40 cm ausreicht, dass die Austenit-zu-Martensit-Umwandlung darin einsetzt und am Austrittsende noch nicht abgeschlossen ist. In der wassergekühlten Station 18 wird das Band gekühlt und in Station 20 auf etwa 680 abgeschreckt. Der Temperofen 22 wird auf etwa 2600C gehalten und bei Inspektionsstation 24 die Qualität des behandelten Stahles geprüft.
Die vertikale Lage der Abschreckstation gegenüber derjenigen der Umwandlungszone ist verstellbar, wie aus den Fig. 3 und 4 hervorgeht. Ein Tisch 50 trägt die Abschreckstation 52, die aus einem Körper 54 mit einem Kanal 56 und einer Zu- bzw. Ableitung 58 für Kühlwasser besteht, der mindestens eine von Backen 62 gehaltene untere Abschreckplatte 60 sowie mindestens eine obere Abschreckplatte 64 trägt. Diese Abschreckplatten bestehen vorzugsweise aus Karbid ( < eCarboloy grade 907 ) und weisen eine Mittelrippe 66 auf, welche das Band 10 berührt, wenn es sich zwischen den Platten 60 und 64 bewegt. Die Stirnkanten der Rippen 66 sind mit einem Radius von 0,635mm gerundet und sorgen für einen glatten Übergang am Eintritt des Bandes zu der Abschreckstation.
An dem Vorderende des Körpers 54 ist ein Halter 70 montiert, der eine Stellschraube 72 aufnimmt mit einer Arretierung 74 am Ende. Mit einer Kontermutter 76 lässt sich Schraube 72 in ihrer Stellung fixieren.
Die Abschreckeinrichtung ist mit dem Tisch 50 durch Wangen 80, 82 gekuppelt, die mittels Schrauben 84 seitlich am Körper 54 befestigt sind. Vom Tisch 50 stehen seitlich zwei Arme 85 ab mit je einem nach oben abgewinkelten Schenkel 86 zur Aufnahme einer Stellschraube 88 zum Verschieben der Wangen 80 und 82 und damit der Abschreckstation 52 über ein Kardangelenk 90. Am hinteren Ende des Tisches 50 ist ein Anschlag 92 vorgesehen, der die Rückwärtsbewegung der Abschreckstation begrenzt.
Tisch 50 ist durch einen Bolzen 100 an einem Halter 102 befestigt, welcher seinerseits mittels Bolzen 106 schwenkbar mit Zwischenglied 104 verbunden ist. Vom Glied 104 erstreckt sich ein seitlicher Arm 108 zur Aufnahme einer Spindel 110. Mit dieser Spindel lässt sich der Tisch zum Verstellen seiner Höhe um die vom Bolzen 100 gebildete Achse schwenken. An dem Hinterende des Zwischengliedes 104 befindet sich eine weitere Spindel 112, deren oberes Ende mit dem Hinterende von Tisch 50 durch den Block 114 befestigt ist, so dass sich der Tisch auch um die vom Bolzen 106 gebildete Achse schwenken lässt.
Das Zwischenglied 104 ist über Spindel 122 auf dem Joch 120 abgestützt, das von Stangen 124, 126 geführt wird und eine Gewindebohrung für die Spindel 122 aufweist, mit der sich Glied 104 und der damit verbundene Tisch 150 heben oder senken lassen. Obwohl die Stellschrauben und Spindeln von Hand betätigbar abgebildet sind, können selbstverständlich geeignete Antriebe, z.B. Servomotoren, dafür benutzt werden, die auf Signale ansprechen, welche über Leitung 134 von der Inspektionsstation 24 geliefert werden. (Fig. 1). Joch 120 ist mit Klemmringen 132 an Stangen 130 befestigt.
Die Umwandlungszone 16 besteht aus einem zylindrischen Mantelrohr 136, das einen Einsatz 140 mit einer Uförmigen Nut 142 enthält, die sich über die ganze Länge des Rohres erstreckt und der von vier in der Rohrwand angebrachten Sperrschrauben (nicht abgebildet) gehalten wird. Die Nut hat zwei Flanken 144 und 146 und einen Boden 148, dessen eines Ende als geradlinige Kante 150 ausgebildet ist. Der Einsatz besteht aus einem Material niedriger Wärmeleitfähigkeit, z.B. aus Marinite (mit einem anorganischen Bindemittel gebundene Asbestfasern).
Im Betrieb wird das Band 10 durch den Bearbeitungsgang kontinuierlich mit gleichmässiger Geschwindigkeit durchgeführt und dabei ständig auf eine Wölbung abgetastet. Beim Feststellen einer Wölbung wird die Abschreckstation relativ zum Nutboden 146 gesenkt, so dass der Bandstahl 10 über die scharfe Kante 150 des Einsatzes 140 geknickt wird. Zugleich wird die Oberseite des Bandstahles von der oberen Abschreckplatte 64 etwas schwächer geknickt. Dieses Über-eine-Kantenziehen des Bandes beseitigt dessen Wölbung u. liefert ein praktisch flaches Stahlband, dessen Kanten sich zum maschinellen Schärfen zu dauerhaften Rasierschneiden eignen.
Im allgemeinen bevorzugt man bei der Verarbeitung dieses dünnen Bandstahles zu Rasierklingen eine nach unten geöffnete Wölbung, da sich das Band dann gleichmässiger durch den Einsatz 140 der Umwandlungszone führen lässt und Flekken durch Oxydation auf dem fertigen Band fast vollständig vermieden werden können.
Auf diese Weise wird das Stahlband während seiner Härtung an jenem Punkt des Verfahrens mechanisch verformt, wo dies der Zustand des Stahles einerseits bereits ohne Schädigung seiner Oberfläche zulässt und sich andererseits eine Wölbung vor der vollständigen Austenit-zu-Martensit-Umwandlung noch durch eine verhältnismässig einfache Massnahme entfernen lässt.
Method and device for the heat treatment of a continuously moving steel strip
The invention relates to the heat treatment of a continuously moving steel strip.
When a steel strip is heat treated, it can bulge. Such a curvature in the band brings about a particular problem if the band is intended for razor blades, since the curvature of the cutting edges to be sharpened keep them from being sharpened by the sharpening device, so that they have an inadequate cut.
A heterogeneous chemical composition or microstructure of the steel strip, which arises during rolling, in particular a difference in the carbon content and / or the size and distribution of the carbon particles between the top and bottom of the steel strip is assumed to be the cause of such a bulge in stainless steel strips. During the heat treatment, a different carbon content of the austenite on the lower and upper side of the strip causes a different expansion (or contraction) of one side compared to the other and a consequent curvature.
The object of the invention was therefore to create a method and device for removing this curvature from a continuously moving steel strip.
The method according to the invention is characterized by heating the strip to produce austenite, quenching the strip to convert the austenite into martensite, drawing the strip over at least one straight edge in order to reduce its curvature, and essentially smoothing the strip.
The device according to the invention is characterized in that an adjustment mechanism is provided for changing the height of the quenching device relative to the height of a guide element in the air-cooled zone.
When carrying out the process on a stainless steel belt, this is passed through an oven in which it is exposed to a temperature of about 10930C. Then the strip is quenched to convert the austenite to martensite. As soon as the temperature of the belt has reached approximately 1,600 ° C. (the martensite-to-austenite transformation is still in progress), the belt, if it has a curvature, is pulled over an edge. This happens immediately before entering the quenching device.
In a preferred embodiment, an air-cooled tubular element with a grooved body of low thermal conductivity for guiding the strip at the edges and the underside forms the conversion zone between the furnace and the quenching station. If there is no curvature, the horizontal bottom of the guide groove is aligned with the corresponding guide surface of the quenching station. If a curvature is found, the position of the quenching station relative to the guide surface in the conversion zone is changed, preferably by lowering the quenching station, so that the belt is tensioned when it is first pulled over an edge at the end of the conversion zone and then at the entrance to the Quenching device is kinked again.
This processing of steel strip in this way enables the curvature to be smoothed to a tolerance of 18 F over a strip width of 4.90 mm and to a corresponding tolerance for strips of other widths. Where a curvature sensor is used, the position of the quench station relative to the transition zone can be automatically controlled.
In the following, exemplary embodiments of the invention are explained with reference to the drawings. Show it:
1 shows a block diagram of a process sequence for hardening strip steel,
2 shows a schematic perspective view at the transition between the conversion zone and the quenching station,
3 is an end view of the quenching device;
Fig. 4 is a side view of the device shown in Fig. 3 and
FIG. 5 shows a section of the device along line 5-5 in FIG. 4.
The unwound from a supply roll 12 tape 10 is successively passed through a hardening furnace 14, an air-cooled conversion zone 16, a quenching station 18, a cooling station 20, a tempering furnace 22 and an inspection station 24 and wound on roll 26. Band 10 is here 5 mm wide and 40 thick. The preferred steel quality has the following composition:
Carbon 0.37-0.44% by weight
Chromium 13.0 - 14.0% by weight
Manganese 0.20-0.50% by weight
Silicon 0.20-0.50% by weight
Molybdenum 1.15-1.35% by weight The remainder is essentially iron.
During the treatment, the belt 10 is moved forward at a constant speed of about 9 meters per minute and is heated in the furnace 14 to a temperature of approximately 10,900C. At the furnace exit it is air-cooled so that its temperature at the end of the conversion zone 16 is about 1,600C.
Tube 16 can vary in length, with a length of 40 cm being sufficient for the austenite-to-martensite transformation to begin therein and not yet complete at the outlet end. The strip is cooled in the water-cooled station 18 and quenched to about 680 in station 20. The tempering furnace 22 is kept at about 2600 ° C. and the quality of the treated steel is checked at inspection station 24.
The vertical position of the quenching station in relation to that of the conversion zone can be adjusted, as can be seen from FIGS. 3 and 4. A table 50 carries the quenching station 52, which consists of a body 54 with a channel 56 and an inlet or outlet line 58 for cooling water, which carries at least one lower chill plate 60 held by jaws 62 and at least one upper chill plate 64. These chill plates are preferably made of carbide (<eCarboloy grade 907) and have a central rib 66 which contacts the belt 10 as it moves between the plates 60 and 64. The front edges of the ribs 66 are rounded with a radius of 0.635 mm and ensure a smooth transition at the entry of the strip to the quenching station.
A retainer 70 is mounted on the front end of the body 54 and receives a set screw 72 with a detent 74 at the end. With a lock nut 76, screw 72 can be fixed in its position.
The deterrent is coupled to the table 50 by cheeks 80, 82 which are attached to the side of the body 54 by screws 84. Two arms 85 protrude laterally from the table 50, each with an upwardly angled leg 86 for receiving an adjusting screw 88 for moving the cheeks 80 and 82 and thus the quenching station 52 via a universal joint 90. A stop 92 is provided at the rear end of the table 50 which limits the backward movement of the quenching station.
Table 50 is fastened by a bolt 100 to a holder 102, which in turn is pivotably connected to intermediate member 104 by bolts 106. A lateral arm 108 extends from the link 104 for receiving a spindle 110. With this spindle, the table can be pivoted about the axis formed by the bolt 100 to adjust its height. At the rear end of the intermediate link 104 there is another spindle 112, the upper end of which is fastened to the rear end of the table 50 by the block 114, so that the table can also be pivoted about the axis formed by the bolt 106.
The intermediate member 104 is supported by a spindle 122 on the yoke 120, which is guided by rods 124, 126 and has a threaded hole for the spindle 122, with which the member 104 and the table 150 connected to it can be raised or lowered. Although the set screws and spindles are shown to be manually operable, suitable drives, e.g. Servomotors, which respond to signals supplied via line 134 from inspection station 24. (Fig. 1). Yoke 120 is attached to rods 130 with clamping rings 132.
The conversion zone 16 consists of a cylindrical jacket tube 136 which contains an insert 140 with a U-shaped groove 142 which extends the entire length of the tube and which is held in place by four locking screws (not shown) mounted in the tube wall. The groove has two flanks 144 and 146 and a bottom 148, one end of which is designed as a straight edge 150. The insert is made of a material of low thermal conductivity, e.g. made of Marinite (asbestos fibers bound with an inorganic binding agent).
In operation, the strip 10 is continuously carried through the processing step at a constant speed and is constantly scanned for a curvature. When a curvature is detected, the quenching station is lowered relative to the groove bottom 146, so that the steel strip 10 is bent over the sharp edge 150 of the insert 140. At the same time, the upper side of the steel strip is bent somewhat less by the upper chill plate 64. This over-the-edge pulling of the tape removes its curvature and the like. provides a practically flat steel band, the edges of which are suitable for machine sharpening for permanent shaving edges.
In general, when processing this thin steel strip into razor blades, a curvature that is open towards the bottom is preferred because the strip can then be guided more evenly through the insert 140 of the conversion zone and stains due to oxidation on the finished strip can be almost completely avoided.
In this way, the steel strip is mechanically deformed during its hardening at that point in the process where the state of the steel on the one hand already allows this without damaging its surface and on the other hand a curvature before the complete austenite-to-martensite conversion is still relatively simple Measure can be removed.