DE102004015975B3

DE102004015975B3 - Verfahren zum Entfernen von Zunder- und Rostschichten von metallischem Umformgut

Info

Publication number: DE102004015975B3
Application number: DE102004015975A
Authority: DE
Inventors: Harri Dr. Weihnhold
Original assignee: Ecoform Umformtechnik GmbH
Current assignee: Ecoform Umformtechnik GmbH
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-08-11
Anticipated expiration: 2024-03-27
Also published as: DE502005009059D1; ATE458562T1; EP1579928A1; EP1579928B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie und betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Zunder- und Rostschichten von metallischem Umformgut. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges, kostengünstiges, technologisch einfach und umweltschonend durchführbares Verfahren zum Entfernen von Zunder- und Rostschichten von metallischem Umformgut zu schaffen, bei dem eine Schädigung der Oberfläche und des Gefüges des Umformgutes vermieden wird. DOLLAR A Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das mit einer Zunderschicht und/oder Rostschicht behaftete Umformgut mit einer geschlossenen Schicht eines Schmierstoffs umhüllt wird, dass das so umhüllte Umformgut zum Zwecke des Loslösens der Zunderschicht und/oder Rostschicht vom metallischen Umformgut einer querschnittsvermindernden Umformung mit einem Umformgrad epsilon von > 3% unterworfen wird und dass nach diesem Umformen die auf dem Umformgut vorhandene Schmierstoffumhüllung zusammen mit den darin enthaltenen Teilen der Zunderschicht und/oder Rostschicht entfernt wird. DOLLAR A Das Verfahren ist beispielsweise zum Reinigen von Walzdraht anwendbar, der mit einer Zunderschicht und/oder Rostschicht behaftet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie und betrifft ein Verfahren zum Entfernen von Zunder- und Rostschichten von metallischem Umformgut.

Beim Drahtziehprozess spielt der vorherige Reinigungsvorgang des üblicherweise als Walzdraht bezeichneten Halbzeuges eine bedeutende Rolle. Es ist allgemein bekannt, dass Walzdraht mit Oxid-, Hydroxid-, Zunderschichten oder ähnlichem bedeckt ist. Diese, vor allem vom Warmumformprozess herrührenden Oberflächenschichten müssen vor dem Ziehen sorgfältig entfernt werden, da ihr Vorhandensein nicht nur einen wesentlich höheren Verschleiß der Ziehwerkzeuge und eine bedeutende Reduzierung der möglichen Ziehgeschwindigkeit bewirken, sondern auch eine starke Qualitätsverminderung des zu ziehenden Drahtes nach sich ziehen.

Für die Entfernung derartiger Oberflächenschichten werden eine Vielzahl von Verfahren angewandt, die sich im wesentlichen in zwei Gruppen einteilen lassen, und zwar den chemischen und den mechanischen Reinigungsverfahren.

Bei der Gruppe der chemischen Reinigungsverfahren wird im Kern ein Nassbeizen des Drahtes durchgeführt, wobei jedoch eine Reihe zusätzlicher Operationen erforderlich ist, wie beispielsweise Neutralisieren, Spülen, Trocknen usw. Derartige Verfahrensschritte und die dazugehörigen Einrichtungen sind sehr kostenaufwändig. Darüber hinaus belasten die dafür erforderlichen Medien, wie Säuren und Laugen, in nicht unbeträchtlichem Maße die Umwelt.

Ein anderes Verfahren der Zunderentfernung mittels Anwalzen und damit kombinierter chemischer Behandlung nutzt spezifische geometrische Zusammenhänge zwischen dem Walzendurchmesser und der Dicke des Metallbandes, wobei der Durchmesser von mindestens einer der Walzen größer als 5-mal und kleiner als 50-mal als die Dicke des Bandes sein soll ( US 2,650,888 ). Bei dieser Lösung werden unter Einhaltung dieser vorgegebenen Randbedingungen eine dem Walzvorgang vorauseilende Wölbung und ein anschließendes Aufbrechen der Zunderschicht genutzt, um diese in der Folge leichter mit einer chemischen Behandlung entfernen zu können.

Die mechanischen Reinigungsverfahren lassen sich beim Drahtziehen üblicherweise in drei in Ziehrichtung aufeinander folgende Reinigungsbereiche unterteilen.

Im ersten Reinigungsbereich wird der Walzdraht durch eine gewundene Strecke von jeweils zwei im Winkel von 90° versetzten Walzenanordnungen zwangsgeführt, wodurch der Draht sowohl wechselseitig als auch in zwei um 90° gedrehten Ebenen gebogen wird und somit die spröden Zunderschichten mehr oder weniger von der Metalloberfläche abplatzen.

Nachteilig ist hierbei, dass die Streckung der Drahtoberfläche infolge der Biegung in zwei um 90° gedrehten Ebenen nicht über den Drahtumfang gleichmäßig erfolgt und somit die Entfernung des Zunders über den Drahtumfang ebenfalls nicht in gleichem Maße vor sich geht. Damit ist in jedem Falle ein zweiter Reinigungsbereich erforderlich, nämlich das Bürsten mit Drahtbürstensystemen.

Diese Drahtbürstensysteme sind um den Walzdraht herum angeordnet und bürsten üblicherweise tangential die Drahtoberfläche. Nachteilig hierbei ist die sehr aufwändige Mechanik des die Bürsten antreibenden Antriebssystems, die hohen Anschaffungs- und Unterhaltungskosten sowie die mangelnde Zuverlässigkeit dieser Systeme aufgrund der staubigen Einsatzumgebung und der gleichzeitig hohen Leistungsanforderungen. Ein weitere Nachteil dieser Anordnungen ist, dass außerdem technische Einrichtungen zum automatischen Ausgleich des Spiels vorzusehen sind, da sich infolge der hohen Belastung der Bürsten auch deren ständige hohe Abnutzung ergibt. Ein weiterer Nachteil dieser Bürstensysteme besteht darin, dass die Walzdrahtoberfläche durch die starke Wirkung der Bürsten mechanisch so bearbeitet wird, dass sich in unmittelbarer Oberflächennähe infolge von stattfindenden punktuellen hohen Erwärmungen und darauf folgenden Schnellabkühlungen Gefügeveränderungen bis hin zur Martensitbildung ergeben. Diese verfestigten spröden Gefügeteile wirken sich sehr nachteilig für den nachfolgenden Ziehprozess sowie auf nachgeschaltete elektrolytische Oberflächenbehandlungsverfahren, wie z.B. das Verchromen aus. Sie lösen sich einerseits beim weiteren Ziehprozess als spröde kleinere Gefügeteile aus der ansonsten duktilen Matrix des Walzdrahtes und führen zu Kaltverschweißungen und Riefenbildung. Außerdem rufen sie eine Blasenbildung auf der Drahtoberfläche beim elektrolytischen Oberflächenveredeln infolge der höheren Affinität dieser hoch verfestigten Gefügeteile zum sauren Umgebungsmedium hervor.

Diese Gefügeveränderung im Oberflächenbereich und die damit verbundenen negativen Folgeerscheinungen treffen in ähnlicher Weise auch bereits im ersten Reinigungsbereich der mechanischen Reinigungsverfahren, dem Biegen des Walzdrahtes in zwei Ebenen durch Walzenanordnungen, zu. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass diese Gefügeveränderungen nicht flächenartig sondern in Form von Längsstreifen vorliegen. Es wird auch versucht, die Nachteile dieser zu starken mechanischen Bearbeitung der Oberfläche damit zu umgehen, dass an Stelle der Bürsten Stahlwolle verwendet wird.

Abschließend wird der Walzdraht in einem dritten Reinigungsbereich zur Entfernung der noch anhaftenden Oxidstaubrückstände mit Druckluftstrahlen behandelt.

Es ist auch bereits bekannt, wie bei warmgewalztem Edelstahl-Bandmaterial, durch Anwendung von geringfügigem Anwalzen und Hochdruck-Wasserstrahl-Beaufschlagung ein mechanisches Absprengen der Zunderschicht zu erreichen ( DE 195 40 602 A1 ). In diesem Fall ist keine zusätzliche Anwendung von Schmierstoff beim Anwalzvorgang im Einsatz. Bei dieser Lösung wird explizit hervorgehoben, dass nur in der kombinierten Anwendung von Anwalzen und Hochdruck-Wasserstrahl-Beaufschlagung das mechanische Absprengen des Zunders möglich wird, wobei der Erzeugungsdruck für die Wasserstrahlen über 400, vorzugsweise bei 900 bar, liegen soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges, kostengünstiges, technologisch einfach und umweltschonend durchführbares Verfahren zum Entfernen von Zunder- und Rostschichten von metallischem Umformgut zu schaffen, bei dem eine Schädigung der Oberfläche und des Gefüges des Umformgutes vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das mit einer Zunderschicht und/oder Rostschicht behaftete Umformgut mit einer geschlossenen Schicht eines Schmierstoffs umhüllt wird, dass das so umhüllte Umformgut zum Zwecke des Loslösens der Zunderschicht und/oder Rostschicht vom metallischen Umformgut einer querschnittsvermindernden Umformung mit einem Umformgrad ε von > 3% unterworfen wird und dass nach diesem Umformen die auf dem Umformgut vorhandene Schmierstoffumhüllung zusammen mit den darin enthaltenen Teilen der Zunderschicht und/oder Rostschicht entfernt wird.

Dabei wird das mit einer Zunderschicht und/oder Rostschicht behaftete Umformgut zur Umhüllung mit dem Schmierstoff in vorteilhafter Weise durch eine Schmierstoffkammer gezogen. Diese kann eine Einlaufdüse und eine Auslaufdüse für den Ein- und Austritt des Umformgutes aufweisen, wobei die Auslaufdüse vorteilhaft ein Umformwerkzeug sein kann.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Schmierstoff in der Schmierstoffkammer unter der Bedingung eines fest eingestellten oder regelbaren Druckes auf das Umformgut aufgebracht, wobei der Schmierstoff extern unter Einwirkung von Druck der Schmierstoffkammer zugeführt wird.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird der Schmiermitteldruck in der Schmierstoffkammer gemessen und die Messwerte werden zur Steuerung und Regelung der Ziehgeschwindigkeit und/oder der Prozesstemperatur herangezogen.

Gemäß einem weiteren Merkmal werden der Schmierstoffdruck in der Schmierstoffkammer und/oder die Einlaufdüse so groß gewählt werden, dass ein Teil des Schmierstoffs entgegen der Transportrichtung des Umformgutes durch den Ringspalt zwischen Einlaufdüse und Umformgut gedrückt wird.

In der Schmierstoffkammer können vorteilhaft ein verflüssigter oder ein in einen pastenförmigen Zustand überführter Festschmierstoff verwendet werden. Dabei kann der Festschmierstoff unter der Einwirkung von Druck und/oder Temperatur in den flüssigen oder pastenförmigen Zustand überführt werden.

Nach weiteren Merkmalen der Erfindung wird das Loslösen der Zunderschicht und/oder Rostschicht vom metallischen Umformgut durch die Wahl des Umformgrades, die Geometrie der Umformwerkzeuge, die Art und Dicke der Schmierstoffumhüllung und/oder die Umformgeschwindigkeit gesteuert.

Für die Verfahrensstufe des Loslösens der Zunderschicht und/oder Rostschicht können erfindungsgemäß ein oder mehrere Umformwerkzeuge eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß wird die Schmierstoffumhüllung zusammen mit den darin enthaltenen Teilen der Zunderschicht und/oder Rostschicht durch einen Reinigungsprozess entfernt wird.

Für den Reinigungsprozess kann eine Flüssigkeit verwendet werden.

Vorteilhaft wird dem Reinigungsprozess ein erwärmtes Umformgut zugeführt.

Erfindungsgemäß kann das Entfernen der Schmierstoffumhüllung zusammen mit den darin enthaltenen Teilen der Zunderschicht und/oder Rostschicht auch dadurch realisiert werden, dass die zylindrische Führungslänge L des einzigen oder des letzten Umformwerkzeuges mit L < 0,3 d gewählt wird, worin d der Durchmesser des auslaufenden Umformgutes ist. Bei dieser Variante des Reinigungsprozesses wird die Schmierstoffumhüllung infolge des durch die kurze Führungslänge bedingten rapiden Druckabfalls unmittelbar am Ausgang des Umformwerkzeuges selbsttätig vom Umformgut abgesprengt.

Gemäß der Erfindung ist noch vorgesehen, dass für die Umhüllung des mit einer Zunderschicht und/oder Rostschicht behafteten Umformgutes auch ein erwärmter oder gekühlter Schmierstoff verwendet werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch mehrere erhebliche Vorteile aus.

So erfolgt bei dem Verfahren eine Streckung des Drahtes, die ideal gleichmäßig über dem Drahtumfang stattfindet. Damit ergeben sich im Gegensatz zu den bekannten Reinigungsverfahren absolut gleichmäßige Reinigungsbedingungen über den Drahtumfang.

Diese Streckung hat zur Folge, dass sich die Zunder- und/oder Rostschichten vom metallischen Umformgut ablösen und in kleine Schichtteile zerbrechen, welche die Schmierstoffumhüllung aufnimmt.

Infolge des durch das neue Verfahren bewirkten extrem gleichmäßigen und gründlichen Loslösens der Zunder- und Rostschicht von der Drahtoberfläche kann auf die nachfolgende starke Oberflächenbearbeitung mittels Stahlbürsten verzichtet werden.

Dies bringt eine Schonung der metallischen Drahtoberfläche mit sich und ermöglicht damit die Vermeidung lokaler teilweise extremer Verspannungen der Drahtoberfläche und damit die Bildung von Materialfehlern.

Diese Materialfehler, die im Oberflächenbereich des Drahtes bei konventionellen Reinigungsverfahren sowohl beim Biegen über Biegewalzen als auch beim nachfolgenden Bürsten auftreten, werden durch das neue Verfahren vollständig vermieden. Dies verhindert unter anderem Störungen des Drahtziehprozesses durch Riefenbildung und Kaltverschweißung infolge des Herauslösens extrem verspannter harter Gefügeteile aus der oberflächennahen duktilen Matrix des Umformgutes. Außerdem können durch die Vermeidung derartiger Materialfehler Erscheinungen von Fleckigkeit oder Blasenbildung bei nachfolgenden Oberflächenbehandlungsverfahren, wie z.B. elektrolytischem Vernickeln oder Verchromen, vermieden werden, da diese hochverfestigten Gefügeteile eine höhere Affinität zum sauren Umgebungsmedium besitzen und zu spontaner Wasserstoffbildung auf der Drahtoberfläche führen.

Durch das neue Reinigungsverfahren kann der erforderliche Platzbedarf in Ziehrichtung auf weniger als die Hälfte reduziert werden. Darüber hinaus werden sowohl der Geräteaufwand als auch die Unterhaltungskosten bedeutend vermindert, da unter anderem aufwändige und kostenintensive Stahldrahtbürstensysteme vollständig weggelassen werden können.

Das neue Verfahren zeichnet sich außerdem durch eine hohe Zuverlässigkeit bei gleichzeitigem geringen Verschleiß des Gerätesystems aus.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Das Beispiel betrifft die Reinigung eines Walzdrahtes der Stahlmarke C40 mit einem Nenndurchmesser von 5,5 mm. Der Draht weist eine vom Warmwalzen herrührende geschlossene Zunderschicht auf.
Zum Entfernen der Zunderschicht wird der Walzdraht mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s durch eine Schmierstoffkammer gezogen, die eine Einlaufdüse und eine Auslaufdüse für den Ein- und Austritt des Umformgutes aufweist. Die Schmierstoffkammer ist mit einem unter Druckeinwirkung stehenden Festschmierstoff gefüllt. Der Schmierstoff wird der Schmierstoffkammer mittels einer externen Schmierstoffzuführungseinrichtung unter der Einwirkung von Druck zugeführt. Der Druck in der Schmierstoffkammer wird auf einen Wert von 600 bar eingestellt und während des Durchziehens des Walzdrahtes durch die Schmierstoffkammer über eine Regeleinrichtung konstant gehalten.
Die Auslaufdüse der Schmierstoffkammer ist als Ziehstein ausgebildet, mit dem der verzunderte, in der Schmierstoffkammer mit Schmierstoff umhüllte Walzdraht auf einen Durchmesser von 4,75 mm gezogen wird. Durch diese Durchmesserverringerung tritt eine ideal gleichmäßige Streckung des Walzdrahtes ein, die zur Folge hat, dass sich die Zunderschicht vom Walzdraht ablöst und in kleine Schichtteile zerbricht, welche von der Schmierstoffumhüllung aufgenommen werden.
Der so behandelte Draht wird unmittelbar nach dem Austritt aus der Schmierstoffkammer mit rotierenden Plastbürsten sowie mit einem Druckluftgebläse einer Feinreinigung unterworfen. Danach liegt ein völlig von Zunder gereinigter Draht zur Weiterverarbeitung in beispielsweise einem Ziehprozess vor.

Claims

Verfahren zum Entfernen von Zunder- und Rostschichten von metallischem Umformgut, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einer Zunderschicht und/oder Rostschicht behaftete Umformgut mit einer geschlossenen Schicht eines Schmierstoffs umhüllt wird, dass das so umhüllte Umformgut zum Zwecke des Loslösens der Zunderschicht und/oder Rostschicht vom metallischen Umformgut einer querschnittsvermindernden Umformung mit einem Umformgrad ε von > 3% unterworfen wird und dass nach diesem Umformen die auf dem Umformgut vorhandene Schmierstoffumhüllung zusammen mit den darin enthaltenen Teilen der Zunderschicht und/oder Rostschicht entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einer Zunderschicht und/oder Rostschicht behaftete Umformgut zur Umhüllung mit dem Schmierstoff durch eine Schmierstoffkammer gezogen wird.
Verfahren nach der Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmierstoffkammer verwendet wird, die eine Einlaufdüse und eine Auslaufdüse für den Ein- und Austritt des Umformgutes aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schmierstoffkammer verwendet wird, deren Auslaufdüse ein Umformwerkzeug ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff in der Schmierstoffkammer unter der Bedingung eines fest eingestellten oder regelbaren Druckes auf das Umformgut aufgebracht wird, wobei der Schmierstoff extern unter Einwirkung von Druck. der Schmierstoffkammer zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmiermitteldruck in der Schmierstoffkammer gemessen und die Messwerte zur Steuerung und Regelung der Ziehgeschwindigkeit und/oder der Prozesstemperatur herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoffdruck in der Schmierstoffkammer und/oder die Einlaufdüse so groß gewählt werden, dass ein Teil des Schmierstoffs entgegen der Transportrichtung des Umformgutes durch den Ringspalt zwischen Einlaufdüse und Umformgut gedrückt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Schmierstoffkammer ein verflüssigter oder in einen pastenförmigen Zustand überführter Festschmierstoff verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Festschmierstoff unter der Einwirkung von Druck und/oder Temperatur in den flüssigen oder pastenförmigen Zustand überführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Loslösen der Zunderschicht und/oder Rastschicht vom metallischen Umformgut durch die Wahl des Umformgrades, die Geometrie der Umformwerkzeuge, die Art und Dicke der Schmierstoffumhüllung und/oder die Umformgeschwindigkeit gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Verfahrensstufe des Loslösens der Zunderschicht und/oder Rostschicht ein oder mehrere Umformwerkzeuge eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoffumhüllung zusammen mit den darin enthaltenen Teilen der Zunderschicht und/oder Rostschicht durch einen Reinigungsprozess entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass beim Reinigungsprozess eine Flüssigkeit verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reinigungsprozess ein erwärmtes Umformgut zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfernen der Schmierstoffumhüllung zusammen mit den darin enthaltenen Teilen der Zunderschicht und/oder Rostschicht die zylindrische Führungslänge L des einzigen oder des letzten Umformwerkzeuges mit L < 0,3 d gewählt wird, worin d der Durchmesser des auslaufenden Umformgutes ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erwärmter oder gekühlter Schmierstoff verwendet wird.