DE1073989B

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Publication number: DE1073989B
Application number: DENDAT1073989D
Authority: DE
Priority date: 1953-06-24
Publication date: 1960-01-28
Also published as: GB740408A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Walzen von Titan zwecks Herstellung von warmgewalzten Feinblechen, deren Größe und Stärke mit Stahlblech vergleichbar ist und beispielsweise 100O¹ · 2500 · 0,35 mm beträgt.

Titan ist als Erz in der Erdkruste verhältnismäßig reichlich vorhanden, und seine Verwendungsmöglichkeit als reines Metall ist in Anbetracht seiner mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften, insbesondere in Anbetracht seines leichten Gewichtes, seiner Festigkeit und seines Korrosionswiderstandes mannigfaltig. Seit vielen Jahren wird Titan in erheblichem Maße in Form von Ferrotitan oder von kohlenstoffhaltigem Ferrotitan als Desoxydationsmittel bei der Herstellung von basischem Siemens-Martin-Stahl benutzt, da es eine hohe Affinität gegenüber Sauerstoff und Stickstoff hat. Ferner hat man Titan als Legierungsmittel in Stahl und Aluminium verwendet.

Im Gegensatz dazu liegen nur geringe Erfahrungen und wenige Anwendungsfälle mit reinem metallischem Titan vor, weil die Kosten der Reduktion des Metalls aus dem Erz gegenwärtig hoch sind. Aus diesem Grunde wurden nur sehr kleine Mengen reinen metallischen Titans in experimentellem Maßstabe in Form kleiner Titanbarren sowie als kurze und schmale blechartige Stücke für Prüfungszwecke hergestellt. Titan ist auch schon in geringer Menge auf einer gleichen Anlage, wie sie für rostfreien Stahl benutzt wird, zu Grobblechmaterial warmgewalzt worden. Ein solches Verfahren ist jedoch schwierig und kostspielig und ergibt keine warmgewalzten Titanfeinbleche in Größen und Stärken, wie sie bei Blechen für Preß-, Stanz-, Zieh- oder andere Verformungszwecke üblich sind und zur Herstellung großer Titanblechkörper, -teile oder -vorrichtungen dienen können.

Reine Titaningots sind nur in Gewichten von 20 bis 300 kg und runder Gestalt erhältlich, und zwar werden sie entweder durch Lichtbogen- oder Induktionsschmelzung von Titanschwamm erzeugt. Titanschwamm erhält man durch Trennung von Eisen und Titan aus Ilemit, einem Eisen-Titan-Erz, zur Bildung von Titanoxyd, welches in Titantetrachlorid umgewandelt wird. Wird das letztere mit geschmolzenem Magnesium reduziert, so bildet sich Titanschwamm und Magnesiumtetrachlorid.

Die Aufgabe, reines Titan aus solchen verfügbaren Ingots warm zu Feinblechen von großen Abmessungen zu walzen, wird durch die geringe Größe und das geringe Gewicht derartiger Ingots, durch deren runde Gestalt, durch die Affinität, welche Titan bei der Erhitzung für Sauerstoff hat, wodurch unerwünschte Oberflächenoxyde oder Zunder entstehen, und durch die dem Titan eigentümliche Streifheit kompliziert, welche Titan bei der Auswalzung zu Blech aufweist.

Verfahren zum Warmwalzen
dünner Titanbleche

Anmelder:

Mallory-Sharon Metals Corporation,
Niles, Ohio (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Prinz

und Dr. rer. nat. G. Hauser, Patentanwälte,

München-Pasing, Bodenseestr. 3 a

James A. Roemer, Warren, Ohio,
Burt H. McKibben, Niles, Ohio,

und Joseph R. Corry, Mineral Ridge, Ohio (V. St. A.), sind als Erfinder genannt worden

Die letztere Eigenschaft erschwert nämlich das Doppeln des Materials. Ein weiterer erschwerender Faktor ist die verhältnismäßig hohe Wärmeleitfähigkeit von reinem Titan, woraus sich beim Walzen eine schnelle

Abkühlung des erhitzten Materials

ergibt.

schnelle Abkühlung, welche noch zu den zwecks Vermeidung von Beschädigungen des Materials einzuhaltenden verhältnismäßig niedrigen Temperaturen hinzukommt, läßt erkennen, daß bei dem Versuch, großflächige Titanfeinbleche warmzuwalzen, die gewünschten Stichabnahmen und die erforderliche Gleichmäßigkeit des Erzeugnisses sehr schwer zu erzielen sind.

Es ist bereits bekannt, Bleche aus Wolfram, Tantal, Molybdän und anderen schwer schmelzbaren Metallen zwischen zwei Mantelbleche aus einem anderen Metall, z. B. zwei Stahlbleche, zu legen und das Paket unter Erhitzung auf die gewünschte Endstärke auszuwalzen.

Dieses Verfahren ist aber bisher nur auf Bleche mit kleinen Flächenabmessungen (4· 10 cm) von etwa 0.2 mm Dicke angewandt worden. Einer Übertragung dieses Verfahrens auf das Warmwalzen von Titan in großtechnischem Maßstab stand vor allem die Tatsache entgegen, daß von einem bedeutenden Titanhersteller durchgeführte Versuche in dieser Richtung bisher fehlgeschlagen sind. Bei diesen Versuchen wurde festgestellt, daß beim Walzen von Paketen aus Titanblech bei etwa 790° C ein Verschweißen eintritt.

Ferner ist ein Mantelwalzverfahren für Titan bekannt, bei dem Titanpulver in ein vorerhitztes Stahlrohr eingefüllt wird, das bei 900° C unter Schutzgasatmosphäre ausgewalzt wird. Bei diesem Verfahren handelt es sich im Grunde um ein kombiniertes Preß-

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und Sinterverfahren, nicht aber um ein Verfahren zum Auswalzen dünner Titanbleche in größerer Breite.

Auf Grund der vorgenannten und weiterer nicht veröffentlichter Versuche bestand ein Vorurteil in der Fachwelt, daß beim Warmwalzen von Titan eine Höchsttemperatur von 705° C nicht überschritten werden dürfe. Der Erfinder hat nun eine Folge von \*erfahrensschritten gefunden, mit deren Hilfe es erstmals gelungen ist, großflächige Feinbleche aus Titanplatinen herzustellen.

Das erfindungsgemäße \^rerfahren zum Warmwalzen dünner Titanbleche, wobei zunächst aus Platinen unter Erhitzung durch Walzen Bleche mittlerer Wandstärke hergestellt und diese dann zwischen zwei Mantelbleche aus einem anderen Metall, z. B. zwischen zwei Stahlbleche gelegt werden und das Paket unter Erhitzung auf die gewünschte Endstärke ausgewalzt wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung großflächiger Feinbleche die Titanplatinen schnell auf etwa 800 bis 915° C erhitzt, dann durch Walzen gestreckt und erneut auf etwa 733° C erhitzt und anschließend rasch auf eine mittlere Stärke gewalzt werden, worauf die Bleche von mittlerer Stärke halbiert, paarweise zusammengelegt, die Paare abermals erhitzt und ausgewalzt werden und dann wenigstens eines dieser Bleche zwischen Mantelblechen aus anderem Metall von höherer Wärmeleitfähigkeit unter Erhitzung auf etwa 733° C auf die Endstärke ausgewalzt wird.

Im einzelnen werden die Verfahrensschritte gemäß der Erfindung an Hand der nachfolgenden Beispiele erläutert:

Drei runde 20 kg schwere, im Lichtbogen erschmolzene Titaningots von 135 mm Durchmesser, 300 mm Länge und mit einem Gehalt bis zu 99,24% Titan und 0.36 ^o/o Kohlenstoff wurden in der üblichen Weise einer mechanischen Oberflächenbehandlung unterworfen, um Zunder und Oberflächenfehler zu beseitigen. Diese Oberflächenbehandlung kann durch Abdrehen, Schleifen od. dgl. bewerkstelligt werden. Die so behandelten Ingots wurden in einer reduzierenden Atmosphäre in einem gasgefeuerten Ofen auf ungefähr 930bis985°C Aletalltemperatur erhitzt und unter einem Fallhammer flachgeschmiedet. Nach dem ersten Ausschmieden wurden die Oberflächen der Werkstücke erneut mit Klopfhämmern und Schleifscheiben in üblicher Weise behandelt, worauf die Werkstücke erneut erhitzt, mittels des Hammers weiter ausgeschmiedet, nochmals erhitzt und einer endgültigen Hammerbearbeitung unterworfen wurden, so daß man aus jedem Ingot eine rechteckige Platine von etwa 19 mm Dicke, 300 mm Breite und 700 mm Länge erhielt.

Die dei Platinen wurden daraufhin an der Oberfläche durchweg bestrahlt und geschliffen, während ihre Enden, soweit sie nicht rechtwinklig waren, maschinell auf einen rechtwinkligen Querschnitt gebracht wurden.

Beispiel 1

Eine der aus dem 20-kg-Ingot erzeugten Platinen wurde in einem kontinuierlichen Platinenwärmofen hei reduzierender Atmosphäre auf 830° C Metalltemperatur gebracht und in sechs Stichen durch ein Dreifachwarmwalzwerk geschickt, so daß die Breite von 300 mm der Platine auf 1100 mm gestreckt wurde. Die Auslaufgeschwindigkeit betrug etwa 70 m/min. Das Werkstück wurde dann erneut auf 860° C erhitzt und in zwei Stichen durch das Dreifachwalzwerk hindurchgeschickt, wodurch eine Streckung auf etwa 1450 mm zustande kam. Daraufhin wurde das Werkstück in einem kontinuierlichen Paketwärmofen unter reduzierender Atmosphäre bei einer auf etwa 805° C gehaltenen Ofentemperatur auf etwa 733° C Metalltemperatur erhitzt und in zwei Einzelstichen auf einem Zweifachblechwarmwalzwerk auf 1880 mm Länge bei 3 mm Dicke gestreckt, wobei die Auslaufgeschwindigkeit etwa 70 m/min betrug. Das Blech wurde nun halbiert und paarweise zusammengelegt, worauf dieses Paar in einem kontinuierlichen Paketofen auf 733° C

ίο erhitzt wurde. Im Anschluß daran erhielt es vier Stiche auf einem Zweifachwarmwalzwerk mit einer Querschnittsänderung bis auf 1880-1,5 mm. Das Paket ivurde dann von neuem erhitzt und, ohne gewalzt zu werden, warm gedoppelt, worauf es erneut auf 733° C erhitzt wurde und vier Stiche auf dem Zweifachwarmwalzwerk erhielt, so daß im Paket vier Bleche von je 0,74 mm Dicke erzeugt wurden. Das doppelte Ende des die vier Bleche enthaltenden Pakets wurde dann abgeschnitten, und es wurden die vier Bleche mit zwei Stahlblechen von ungefähr der gleichen Größe und dem gleichen Kaliber zu einem Paket zusammengelegt, in welchem sich die vier Titanbleche in der Mitte und je ein Stahlblech oberhalb und unterhalb der vier Titanbleche befanden. Das Blechpaket wurde dann in einem kontinuierlichen Paketofen auf 733° C erhitzt, und es erhielt auf einem Zweifachwarmwalzwerk zwei Stiche bis auf eine Stärke von 0.585 mm. Dann wurde warm gedoppelt, erneut erhitzt, woran sich zwei Stiche auf dem Zweifachwalzwerk anschlossen. Die acht Titan- und vier Stahlbleche in dem Paket wurden dann getrennt. Die Dicke der acht Titanbleche betrug etwa 0.33 bis 0,36 mm. Die Endtemperatur der Titanbleche in dem Paket war etwa 595 bis 625° C.

Während einiger der späteren Walzstufen auf dem Zweifachwarmwalzwerk wurden an den Walzen Gasflammen vorgesehen, um die Walzen möglichst warmzuhalten und eine Abkühlung der Titanbleche während des Walzens zu verhindern.

Bei der Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Auswalzen von Titan zu Feinblechen von 0,33 bis 0,36 mm Stärke ergab sich, daß die Titanbleche ausgezeichnete metallische Oberflächen mit geringer Oxydschicht und keine Walzfehler hatten und daß das Kaliber jedes Bleches durchweg im wesentliehen gleichmäßig war. Weiterhin ergab sich beim Trennen der das Paket bildenden Bleche, daß die Titanbleche an den sie nach außen abdeckenden Stahlblechen nicht anhafteten und daß auch kein Zusammenhaften der Titanbleche untereinander festzustellen war.

Beispiel 2

Die zweite aus einem 20-kg-Ingot hergestellte Platine wurde in ähnlicher Weise in einem kontinuierlichen Platinenwärmofen unter einer reduzierenden Atmosphäre auf eine Metalltemperatur von 860° C erhitzt und erhielt sechs Stiche auf einem Dreifachwarmwalzwerk bei einer Streckung von 1250 mm bei einer Auslaufgeschwindigkeit von 70 m/min. Das Werkstück wurde dann in einen kontinuierlichen Paketwärmofen gebracht, wo es unter reduzierender Atmosphäre auf etwa 733° C Metalltemperatur erhitzt wurde. Hierauf erhielt es in einer Lage zwei Stiche auf einem Zweifachwarmwalzwerk mit einer Streckung auf 1850 mm bei einer Dicke von 3,1 mm und einer Auslaufgeschwindigkeit von etwa 70 m/min. Das Blech wurde dann halbiert und paarweise zusammengelegt, worauf man das Paar in einem kontinuierlichen Paketofen erneut auf 733° C erhitzte und ihm dann drei Stiche auf dem Zwei fachwarm walz werk bis auf 1630· 1,55 mm gab.

Nun wurde eines der Titanbleche des Pakets für Versuchszwecke auseinandergeschnitten, während das andere Titanblech zwischen zwei Stahlblechen erneut auf 733° C erhitzt wurde. Das Ganze erhielt dann drei Stiche auf dem Zweifachwarmwalzwerk, wonach das endgültige Titanblech Abmessungen von 2140-1 mm hatte. Die Bleche des Pakets wurden daraufhin getrennt, so daß man ein Titanblech und zwei Stahlbleche erhielt.

Beispiel 3

ίο

Die dritte aus einem 20-kg-Ingot stammende Platine wurde in ähnlicher Weise in einem kontinuierlichen Platinenwärmofen unter reduzierender Atmosphäre auf 830° C Metalltemperatur erhitzt, worauf sie durch vier Stiche auf einem Dreifachwarmwalzwerk eine Streckung auf 550 mm bei einer Auslaufgeschwindigkeit von 70 m/min erhielt. Das Werkstück wurde dann erneut auf 843° C erhitzt und in zwei Stichen auf eine Ausdehnung von 1000 mm gebracht. Daraufhin wurde das Werkstück in einem kontinuierlichen Paketwärmofen unter reduzierender Atmosphäre auf etwa 733° C Metalltemperatur erhitzt. Hieran schlossen sich drei Stiche in einer Lage auf einem Zweifachwarmwalzwerk an, und zwar bei einer Strekkung auf 2000 mm bei einer Dicke von 3,1 mm. Die Auslaufgeschwindigkeit betrug etwa 70 m/min. Das Blech wurde halbiert, paaarweise zusammengelegt und das Paar in dem kontinuierlichen Paketwärmofen erneut auf 733° C erhitzt. Dann schlossen sich drei Stiche auf dem Zweifachwarmwalzwerk bis zu Abmessungen von 1550-1,35 mm an.

Nun wurde eines der Titanbleche des Paketes zwischen zwei Stahlbleche gelegt und erneut auf 733° C erhitzt. Es erhielt dann einen Stich auf dem Zweifachwarmwalzwerk, wurde darauf warmgedoppelt, erneut erhitzt und in zwei weiteren Stichen auf dem Zweifachwarmwalzwerk auf ein Kaliber von 0,84 mm heruntergewalzt. Dann folgte eine erneute Erhitzung auf 733° C und zwei weitere Stiche auf dem Zweifachwarmwalzwerk, bis das Werkstück Abmessungen von 1800-0,5 mm hatte. Die Bleche des Paketes wurden darauf getrennt, so daß man zwei Titanbleche von 1800-0,5 mm und vier Stahlbleche erhielt.

Das andere Titanblech von dem Blechpaar mit Ab- 4-5 messungen von 1550-1,35 mm wurde in ähnlicher Weise zwischen zwei Stahlbleche gelegt, erneut auf 733° C erhitzt und dann in zwei Stichen auf dem Zweifachwarmwalzwerk behandelt, darauf warmgedoppelt und erneut auf 733° C erhitzt. Schließlich schlossen sich vier Stiche auf dem Zweifachwarmwalzwerk bis auf 2030· 0,5 mm an, und man erhielt in dem gedoppelten Paket zwei Titanbleche von 2030-0,5 mm und vier Stahlbleche.

Alle aus den 20 kg schweren, im Lichtbogenverfahren erschmolzenen Ingots mit niedrigen KohlenstofFgehalten abgewalzten Bleche waren dehnbar und konnten geschweißt werden. Dagegen führten Versuche mit im Induktionsofen erschmolzenen Ingots wegen des höheren Kohlenstoffgehalts zu spröden und nicht weiter verarbeitbaren Blechen.

Obwohl auf den in Paketen gewalzten Titanblechen sehr wenig Zunder oder Oxyd zu finden war, so sei doch bemerkt, daß die geringe Zundermenge, welche sich gebildet hatte, sehr hart und dicht war. Sie konnte jedoch nach einer Wärmebehandlung einschließlich einer Erhitzung auf 705° C und einer Luftkühlung durch Entzundern in einem geschmolzenen Natriumhydridbad entfernt werden, woran sich ein der Säuberung dienendes kurzes Eintauchen in ein Bad aus Salpeter- und Fluorwasserstoffsäure und ein Glättungsstich auf einem Zweifachkaltwalzwerk anschloß.

Die in den Paketen gewalzten Titanbleche hatten eine Rockwell-B-Härte von 104, während die Mantelbleche aus Stahl eine Rockwell-B-Härte von 65 bis 75 zeigten.

Wahrscheinlich ist es hauptsächlich deshalb möglich, Titan auf die in den Beispielen beim Warmwalzen angegebenen Temperatur wer te ohne Beschädigung des Materials zu erhitzen, weil das Material in kontinuierlichen Öfen schnell erhitzt werden kann und das Walzen des Materials in den Drei- bzw. Zweifachwalzwerken mit einer Austritssgeschwindigkeit von m/min ebenfalls sehr schnell vor sich geht. Infolge der reduzierenden Atmosphäre in den kontinuierlichen öfen trat keine oder nur geringe Zunderbildung auf, und die schnelle Walzarbeit lieferte die notwendigen Querschnittsverpiinderungen auf Feinbleche mit 0,4 bis 0,33 mm Stärke, bevor das Material infolge der hohen Anfangstemperaturen, auf die es zum Zwecke des Walzens erhitzt wurde, irgendwelchen Schaden nehmen konnte.

Die in der beschriebenen Weise warmgewalzten Titanbleche können nach einem Anlaß- und Beizungsvorgang in üblicher Weise zu noch geringeren Stärken z. B. mit 50%iger Reduktion kalt weitergewalzt werden, wenn kaltgewalztes Titanblechmaterial gefordert wird oder wenn man Titanblechmaterial erzeugen will, das dünner ist als warmgewalztes Titanblech, welches man nach dem beschriebenen Verfahren erhält.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum Warmwalzen dünner Titanbleche, wobei zunächst aus Platinen unter Erhitzung durch Walzen Bleche mittlerer Wandstärke hergestellt und diese dann zwischen zwei Mantelbleche aus einem anderen Metall, z. B. zwischen zwei Stahlbleche gelegt werden und das Paket unter Erhitzung auf die gewünschte Endstärke ausgewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung großflächiger Feinbleche die Titanplatinen schnell auf etwa 800 bis 915° C erhitzt, dann durch Walzen gestreckt und erneut auf etwa 733 ⁰C erhitzt und anschließend rasch auf eine mittlere Stärke gewalzt werden, worauf die Bleche von mittlerer Stärke halbiert, paarweise zusammengelegt, die Paare abermals erhitzt und ausgewalzt werden und dann wenigstens eines dieser Bleche zwischen Mantelblechen aus anderem Metall von höherer Wärmeleitfähigkeit unter Erhitzung auf etwa 733° C auf die Endstärke ausgewalzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzen des Paketes unter warmem Doppeln erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengelegten Bleche auf etwa 733° C erhitzt, heiß gedoppelt, erneut auf etwa 733° C erhitzt, in doppelter Lage gewalzt werden und das doppelte Ende abgeschnitten wird, so daß man vier übereinanderliegende Bleche erhält, welche dann zwischen Mantelblechen gemeinsam weiterbearbeitet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünnen Titanbleche aus einem Titaningot hergestellt werden, dessen Oberflächen eine mechanische Behandlung erfahren, wobei der Ingot wiederholt auf eine Temperatur von etwa 925 bis etwa 985° C erhitzt und auf Platinenstärke gebracht wird, und daß man weiterhin die Oberflächen der Platine behandelt, wenn diese wieder-

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holt erhitzt und zu Titanblechen von mittlerer VDI-Zeitschrift, Bd. 92 (1950), S. 156;

Stärke heruntergewalzt wird. Gmelin: »Handbuch der anorganischen Chemie«,

8. Auflage (1951), 41 Titan, S. 160;

Landolf-Börnstein: »Physikalisch-chemische

In Betracht gezogene Druckschriften: 5 Tabellen«, 4. Auf lage (1912), S. 737;

Deutsche Patentschriften Nr. 439 109, 524 550·, Zeitschrift: »Metal Progress«, November 1950,

654787; S. 716 bis 720.