DE112006003562T5

DE112006003562T5 - Verfahren zum Verbinden hoch-kohlenstoffhaltigen Stahls zum Endlos-Warmwalzen und die Vorrichtung dazu

Info

Publication number: DE112006003562T5
Application number: DE112006003562T
Authority: DE
Inventors: Sang-Wook Pohang Ha; Kenji Horii; Toshihiro Usugi; Hideaki Furumoto; Jong-Sub Pohang Lee; Youn-Hee Pohang Kang; ChunSoo Pohang Won; Jong-Bong Pohang Lee; Shigenori Shirogane; Takao Funamoto
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Metals Machinery Inc; Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Co Ltd Pohang Si Kr; Primetals Technologies Japan Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2026-11-21
Also published as: GB2448096B8; US20110174869A1; GB2448096A; GB0813553D0; WO2007074972A1; CN101374628A; JP5041782B2; GB2448096B; CN101374628B; US8584923B2; JP2007175766A; DE112006003562B4; KR20070068219A; KR100765036B1

Abstract

Ein Scherverbindungsverfahren für Endlos-Warmwalz-Materialien aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl, welches folgende Schritte umfasst:
Scherverbinden von hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl-Metallbarren, welche 0.30 Gew.-% bis 1.20 Gew.-% C, unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe aufweisen, oder welche 0.15 Gew.-% bis 1.5 Gew.-% C aufweisen und wenigstens Cr, Ni, Mo, V, Ti, W, B, Nb, und/oder Sb umfassen, sowie unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe, so dass eine Verbindungsfläche der verbundenen Metallbarren in einer Warmwalz-Betriebsanlage durch einen Verbinder dazu ausgeformt wird, eine Neigung in einer Richtung der Dicke der Metallbarren aufzuweisen, welcher Verbinder dazu angepasst ist, die Metallbarren zu verbinden, nachdem ein Hinterteil eines führenden Metallbarrens und der Vorderteil eines nachfolgenden Metallbarrens überlappt werden.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von Warmwalzmaterialien in einem Warmwalzprozess in einer Weise, welche ein Endlos-Warmwalzen ermöglicht, und insbesondere ein Scherverbindungsverfahren, welches geeignet ist, hoch-kohlestoffhaltigen Stahl in einen Glattwalzprozess ohne Streifenbruch einzubringen, indem die Verbindungsbedingungen in einem Endlos-Warmwalzprozess kontrolliert werden, sowie eine Endlos-Warmwalz-Betriebsanlage hierzu.
Stand der Technik
In technischen Bereichen, die mit der Herstellung von warmgewalzten Metallbarren in Verbindung stehen, werden Verbesserungen des Ertrages und der Qualität mit einer Ausdehnung der zur Verfügung stehenden Größe von Produkten in Übereinstimmung mit einem Endlos-Glattwalzen hoch geschätzt.
In solchen Bereichen des Endlos-Warmwalzens ist eine Technik zur Verbindung von Metallbarren wichtig. Die Technik zur Verbindung von Metallbarren ist eine Technik zur Verbindung des Hinterteils eines führenden Warmwalzmaterials und des Vorderteils eines nachfolgenden Warmwalzmaterials (nachfolgend werden beide als ein „Metallbarren" bezeichnet).
Die Verbindung von Metallbarren in einem Warmwalzprozess wird in einem Vorwalzwerk und einem Glattwalzwerk erreicht. Wenn Metallbarren nachfolgend nach der Verarbeitung in dem Vorwalzwerk verbunden werden, ist es möglich, die Metallbarren endlos in einem Glattwalzprozess zu rollen.
Zum Endlos-Glattwalzen, ist es entsprechend notwendig, Metallbarren zu verbinden, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Zum derartigen Verbinden wurden zahlreiche Techniken vorgeschlagen.
Bekannte Techniken werden in ein Schmelzverbindungsverfahren und in ein Verbindungsverfahren in der festen Phase klassifiziert.
Wenn Metallbarren unter Verwendung des Schmelzverbindungsverfahrens verbunden werden, besteht ein Nachteil darin, dass ein Erweichen der Schmelzverbindungen auftritt, da die Temperatur der geschmolzenen Verbindung größer ist als die von Bereichen der Metallbarren um die Schmelzverbindung herum, so dass die Schmelzverbindung eine herabgesetzte Verbindungsstärke im Vergleich zu dem Basismetall der Metallbarren aufweist.
In Bezug auf eine Technik, die als Festkörperverbindungsverfahren bekannt ist, wird ein Matallbarrenverbindungsverfahren in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung H09-17411 (nachfolgend als „411-Erfindung" bezeichnet) offenbart.
Die 411-Erfindung ist eine Technik zur Verbindung von Metallbarren durch Überlappen eines Hinterteils eines führenden Metallbarrens und eines Vorderteils eines nachfolgenden Metallbarrens, wobei die zwei überlappten Metallbarren gleichzeitig geschert werden und die gescherte Flächen der Metallbarren verbunden werden, die in dem Scherprozess ausgeformt wurden, in welchem die gescherten Flächen in Kontakt miteinander gebracht werden.
Wenn die 411-Erfindung in einer Endlos-Warmwalz-Betriebsanlage angewendet wird, gibt es zahlreiche Vorteile dadurch, dass das Verbinden innerhalb einer kurzen Zeitspanne erreicht werden kann, da ein Scherprozess verwendet wird, um das Verbinden zu erreichen, und es ist möglich, eine Reduzierung der Temperatur zu verringern, die während eines Glattwalzprozesses erfolgt, da das benötigte Volumen klein ist. Die 411-Erfindung weist jedoch einen Nachteil auf, da die Form der gebildeten Verbindung nicht gleichmäßig ist, und das Einschließen von Oberflächen-Zunder zwischen die verbundenen Flächen kann erfolgen, so dass eine beträchtliche Herabsetzung der Verbindungsstärke der Verbindung erfolgen kann.
Wenn weiterhin die Metallbarren unter Verwendung der 411-Erfindung verbunden werden, kann ein Nachteil darin bestehen, dass die verbundenen Flächen unverbundene Bereiche oder schwach verbundene Bereiche auf oberen und unteren Bereichen des Querschnittes davon sowie an seitlich entgegen gesetzten Endbereichen davon haben können. Zusätzlich kann das Einschließen von Oberflächen-Zunder zwischen die verbundenen Flächen erfolgen, so dass eine Herabsetzung der Verbindungsstärke erfolgen kann.
Heutzutage ist hoch-kohlenstoffhaltiger Stahl eine Sorte von Stahl, die geeignet für Werkzeuge ist, da er hohe Festigkeit bei normaler Temperatur aufweist. Endlos-Warmwalzen wird bei solch hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl ausgeführt, indem eine Verbindungstechnik verwendet wird, da viele Vorteile, wie die Erhöhung im Ertrag und der Dünne erzielt werden können.
In diesem Fall gibt es jedoch zahlreiche Probleme beim Ausführen des Endlos-Warmwalzens, da hoch-kohlenstoffhaltiger Stahl sehr brüchig ist.
Wenn ein Endlos-Warmwalzen mit einem solchen hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl ausgeführt wird, indem eine Schweißtechnik verwendet wird, ist es notwendig, ein Vorwärmbehandlungen und Nachwärmbehandlungen auszuführen, da zahlreiche Schweißrisse, wie Hochtemperaturrisse oder wie Niedertemperaturrisse sich leicht ausbilden können. Aus diesem Grund, gibt es in Verbindung mit hoch-kohlestoffhaltigen Stahl Nachteile einer niedrigen Verarbeitbarkeit beim Schweißen und einer erhöhten Schwierigkeit bei der Erledigung der Schweißarbeit.
Auch wenn ein Schmelzverbindungsverfahren, wie ein Induktionsheizverfahren für hoch-karbonhaltigen Stahl verwendet wird, gibt es ein Problem, da Zunder als Defekt in einer Verbindung zurück bleibt, weil der Schmelzpunkt des Zunders höher ist als der des Basismetalls, so dass es schwierig ist, den Zunder zu einem Wulst auszutreiben in Übereinstimmung mit einem Pressprozess, welcher nach einem Heizprozess ausgeführt wird.
Weiterhin reagiert Kohlenstoff, welcher im Falle eines hoch-kohlenstoffhaltigen Stahls in einer großen Menge in dem Basismetall beinhaltet ist, mit der Atmosphäre während des Schweißprozesses, wobei CO- und CO₂-Gas erzeugt wird, welches seinerseits in der Schweißstelle in der Form von Luftporen vorliegt. Das Vorliegen von solchen Luftporen verursacht in der Verbindung eine Herabsetzung der mechanischen Güte nicht nur bei normalen Temperaturen, sondern auch bei hoher Temperatur, nach Vollendung des Schweißprozesses.
Wegen der oben genannten Probleme, gibt es nur in wenigen Fällen Anwendungen des Endlos-Warmwalzens bei hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Im Hinblick auf die oben erwähnten Probleme, welche in gewöhnlichen Fällen angetroffen werden, wurde deshalb die vorliegende Erfindung gemacht und es ist ein Ziel der Erfindung, ein Scherverbindungsverfahren bereitzustellen, welches die Anwendung von Endlos-Warmwalzen für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl erlaubt.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Scherverbindungsbedingung einzuführen, die es einer Verbindung von Metallbarren von hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl, die geformt wird, wenn die Metallbarren verbunden werden, erlaubt, ausreichend einer Glattwalzlast in einem Glattwalzprozess standzuhalten, und um Zugeigenschaften zu sichern, die der Verbindung erlauben, einer Zugkraft, die zwischen Glattwalzständen erzeugt wird, zu widerstehen.
Technische Lösung
Nach einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Scherverbindungsverfahren für Endlos-Warmwalz-Materialien aus hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl bereit, welches folgende Schritte umfasst: Scherverbinden von hoch-kohlenstoffhaltigen Stahlmetallbarren, welche 0.30 Gew.-% bis 1.20 Gew.-% C unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe aufweisen, oder welche 0.15 Gew.-% bis 1.5 Gew.-% C aufweisen und wenigstens Cr, Ni, Mo, V, Ti, W, B, Nb und/oder Sb umfassen, sowie unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe, so dass eine Verbindungsfläche der verbundenen Metallbarren in einer Warmwalzbetriebsanlage durch einen Verbinder dazu ausgeformt wird, eine Neigung in einer Richtung der Dicke der Metallbarren aufzuweisen, welcher Verbinder dazu angepasst ist, die Metallbarren zu verbinden, nachdem ein Hinterteil eines führenden Metallbarrens und der Vorderteil eines nachfolgenden Metallbarrens überlappt werden.
Bereiche der Metallbarren, welche verbunden werden, können bei einem Druck von 50 MPa oder weniger entzundert werden.
Das Scherverbinden der Metallbarren kann unter einer Bedingung ausgeführt werden, in der eine Überlappung, welche eine Überlappentfernung zwischen oberen und unteren Blättern des Verbinders darstellt, zwischen 2 mm bis 18 mm beträgt.
Das Scherverbinden der Metallbarren kann unter einer Bedingung ausgeführt werden, in welcher ein Schlagverhältnis, welches einen Wert darstellt, der nach Division einer Summe von Entfernungen, über welche sich die oberen und unteren Blätter des Verbinders bewegen, durch eine Dicke der Metallbarren erhalten wird, zwischen 1.3 und 1.7 beträgt.
Das Scherverbinden der Metallbarren kann unter der Bedingung ausgeführt werden, in welcher die oberen und unteren Blätter des Verbinders sich gleichzeitig in Richtungen nach oben und nach unten bewegen, oder in welcher sich nur die oberen oder die unteren Blätter des Verbinders bewegen.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt diese eine Warmwalz-Betriebsanlage bereit, welche folgendes aufweist: ein Vorwalzwerk zum Vorwalzen hoch-kohlenstoffhaltiger Stahlbrammen, welche 0.30 Gew.-% zu 1.20 Gew.-% C, unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe aufweisen, oder welche 0.15 Gew.-% bis 1.5 Gew.-% C aufweisen und wenigstens Cr, Ni, Mo, V, Ti, W, B, Nb und/oder Sb umfassen, sowie unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe, um vorgewalzte Metallbarren herzustellen; einen Rollenstand, um die vorgewalzten Metallbarren in der Form von Rollen zu wickeln; eine Entzunder-Vorrichtung zum Entzundern von Bereichen der Metallbarren, welche überlappt werden, und welche von einer Rolle des Rollenstandes abgewickelt wurden; eine Scherverbindungs-Vorrichtung, umfassend ein Paar von Scherblättern zum Überlappen eines Hinterteils eines führenden Metallbarrens und eines Vorderteils eines nachfolgenden Metallbarrens, Pressen der überlappten Bereiche zueinander während die überlappten Bereiche eingespannt sind, um die überlappten Bereiche zu scheren, und dabei die Metallbarren zu scherverbinden; und ein Glattwalzwerk zum Glattwalzen des resultierenden scherverbundenen Metallbarrens.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht zur Darstellung einer Grundkonfiguration einer Endlos-Warmwalz-Betriebsanlage für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Ansicht zur Darstellung von Metallbarren, welche durch einen Verbinder vollständig verbunden wurden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Schemazeichnung, welche einen Zustand der vollständig verbundenen Metallbarren darstellt, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist eine Schemazeichnung, welche die Veränderung der Freien Energie in einem Verbindungsprozess in der festen Phase darstellt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Diagramm, welches ein Verhältnis zwischen der Verbindungsrate und dem Verbindungsstärkenverhältnis in einem Verbindungsprozess in der festen Phase wiedergibt, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist eine Schemazeichnung, welche die Verbindungskraft darstellt, die auf Verbindungsflächen aufgebracht wird, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Schemazeichnung, welche die Gründe für eine Herabsetzung der Verbindungsstärke an Kantenbereichen und die Bildung von Rissen darstellt;
8 ist ein Blockdiagramm zur Erklärung von Verbindungsparametern, die die Güte einer Verbindung beeinflussen sowie von Verhältnissen unter den Verbindungsparametern in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Schemazeichnung, um die Definitionen von Schlagverhältnis und Überlappung zu erklären, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt Diagramme, welche jeweils eine Relation zwischen der Entzunderungstemperatur und dem Verbindungsstärkenverhältnis und eine Relation zwischen der Entzunderungstemperatur und dem Rissverhältnis wiedergeben in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt Diagramme, welche jeweils eine Relation zwischen dem Entzunderungsdruck und dem Verbindungsstärkenverhältnis und eine Relation zwischen der Entzunderungsdruck und dem Rissverhältnis wiedergeben in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist ein Diagramm, welches eine Relation zwischen der Verbindungstemperatur und dem Verbindungsstärkenverhältnis wiedergibt in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 ist ein Diagramm, welches ein Verhältnis zwischen einer Überlappung und denn Verbindungsstärkenverhältnis wiedergibt in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 ist ein Diagramm, welches eine Relation zwischen dem Schlagverhältnis und dem Verbindungskraftverhältnis wiedergibt in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
15 zeigt Diagramme, welche die Ergebnisse eines Tests zum Einbringen einer Verbindung in einen Glattwalzprozess wiedergibt in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bevorzugstes Ausführungsbeispiel
Nachfolgend werden vorzugsweise Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail mit Verweis auf die angehängten Zeichnungen beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet „hoch-kohlenstoffhaltiger Stahl" einen hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl, welcher in Gew.-% (nachfolgend stellt das Prozentzeichen Gew.-% dar, außer eine Sonderdarstellung wird wiedergegeben), 0.30% bis 1.20% C, unvermeidliche Verunreinigungen, und Rest-Fe aufweist, oder einen hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl, welcher 0.15% bis 1.5% C aufweist und wenigstens Cr, Ni, Mo, V, Ti, W, B, Nb und/oder Sb umfasst, sowie unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe.
Weiterhin bedeutet in der vorliegenden Erfindung „Scherverbinden" das Verbinden von Metallbarren, wobei die Metallbarren in Übereinstimmung einer plastischen Deformation verbunden werden, die bei gescherten Flächen der Metallbarren aufgrund des Scherdrucks, der erzeugt wird, wenn die Metallbarren in einem überlappten Zustand durch Scherblätter gegeneinander gepresst werden, welche Scherblätter aufeinander zuzuweisen angeordnet sind, in einem Scherprozess erfolgt, um die gescherten Flächen auszuformen, so dass die gescherten Flächen in einer Richtung der Dicke der Metallbarren geneigt sind.
Eine Beschreibung einer Warmwalz-Betriebsanlage zum Ausführen von Endlos-Warmwalzen eines hoch-kohlenstoffhaltigen Stahles, während der hoch-kohlenstoffhaltige Stahl scherverbunden wird, wird wiedergegeben, sowie ein Verfahren zum Scherverbinden von hoch-kohlestoffhaltigem Stahl, welches die Betriebsanlage verwendet, mit Hinweis auf 1 bis 4.
1 stellt eine Gesamtkonfiguration einer Warmwalz-Betriebsanlage dar, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß 1 beinhaltet die Warmwalz-Betriebsanlage nach der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung im Wesentlichen ein Vorwalzwerk 10, einen Rollenstand 20, eine Verbindungsvorrichtung 30, sowie ein eine Vielzahl von Walzen beinhaltendes Glattwalzwerk 40, welche in dieser Reihenfolge der in der Warmwalz-Betriebsanlage in einer Aufwärtsrichtung angeordnet sind.
Ein Metallbarren von hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl, der in Übereinstimmung mit einem Vorwalzbetrieb des Vorwalzwerks 10 für einen hoch-kohlenstoffhaltigen Stahlbarren hergestellt wird, ist in der Form einer Rolle durch einen Roller des Rollenstandes 20 aufgewickelt. Der Rollenstand 20 reguliert einen Unterschied zwischen der Geschwindigkeit eines Metallbarrens, welcher sich in dem Vorwalzwerk 10 bewegt, und der Geschwindigkeit eines Metallbarrens, welcher sich in dem Glattwalzwerk 40 bewegt.
Ein nachfolgender Metallbarren 60, welcher von dem Roller des Rollenstandes 20 abgewickelt wird, wird an einem führenden Ende durch einen Schnittscherer geschert. Der gescherte nachfolgende Metallbarren 60 wird an einer seiner Flächen, über welche eine Verbindung des Metallbarrens 60 ausgeführt wird, durch eine Entzunder-Vorrichtung 81 entzundert. Das führende Ende des nachfolgenden Metallbarrens 60 wird dann mit dem Hinterteil des führenden Metallbarrens 90 in einer Überlappungseinheit 80 der Verbindungsvorrichtung 30 überlappt. In diesem Fall kann der Hinterteil des führenden Metallbarrens 90 durch den Schnittscherer geschert werden, falls dies notwendig ist.
Das führende Ende des nachfolgenden Metallbarrens 60 und das Hinterteil des führenden Metallbarrens 90 werden durch einen Verbinder 100 der Verbindungsvorrichtung 30 verbunden. Ein Schnitt, welcher an der Verbindung ausgeformt ist, wird dann durch eine Schnittbehandlungseinheit 120 geschnitten. Der erzeugte Metallbarren 110, welcher eine Endlosstruktur in Übereinstimmung mit dem Verbindungsablauf der Verbindungsvorrichtung 30 hat, wird in das Glattwalzwerk 40 eingeführt.
Die Verbindungsvorrichtung 30 ist eine Vorrichtung zum Verbinden des nachfolgenden Endes des führenden Metallbarrens 90 und des führenden Endes des nachfolgenden Metallbarrens 60 unter der Bedingung, dass sich der führende Metallbarren 90 und der nachfolgende Metallbarren 60 bewegen. Insbesondere ist die Verbindungsvorrichtung 30 eine Kurzzeitverbindungsvorrichtung, die das Scherverbinden innerhalb einer kurzen Zeitspanne erreichen kann.
Um die Metallbarren, welche sich bewegen, zu scherverbinden, ist die Verbindungsvorrichtung 30 in Übereinstimmung mit der Bewegung der Metallbarren beweglich. Dementsprechend können Einrichtungen zum Bewegen der Verbindungsvorrichtung 30 in Übereinstimmung mit der Bewegung der Metallbarren bereitgestellt werden.
Der Verbinder 100 der Verbindungsvorrichtung 30 beinhaltet beispielsweise ein Paar von Scherblättern, die überlappte Bereiche des führenden Metallbarrens 90 und des nachfolgenden Metallbarrens 60 scheren, nämlich das nachfolgende Ende des führenden Metallbarrens 90 und das führende Ende des nachfolgenden Metallbarrens 60, indem die überlappten Bereiche aufeinander gepresst werden, während die überlappten Bereiche eingespannt sind.
Der Metallbarren 110, welcher in das Glattwalzwerk 40 eingeführt wird, wird durch eine Vielzahl von Walzen in einer sequenziellen Weise warm gewalzt, so dass er eine gewünschte Dicke hat, und wird dann durch den Abwärtsroller 50 gewickelt.
Die Bezugszeichen 130 und 140 in 1 kennzeichnen Abgleichungsvorrichtungen, welche an entsprechenden Auslässen des Rollenstandes 20 sowie der Verbindungsvorrichtung 30 angeordnet sind. Die Bezugsnummer 150 bezeichnet einen Schnittscherer, welcher an einem Einlass des Glattwalzwerkes angeordnet ist. Das Bezugszeichen 160 bezeichnet eine Kantenheizvorrichtung, welche zwischen der Abgleichungsvorrichtung 140 und dem Schnittscherer 150 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 170 bezeichnet eine Backenheizvorrichtung, welche vor der Kantenheizvorrichtung 160 angeordnet ist.
Die Abgleichungsvorrichtungen 130 und 140, der Schnittscherer 150, die Kantenheizvorrichtung 160 und die Backenheizvorrichtung 170 können selektiv angeordnet werden in Übereinstimmung mit dem Material, welches warm gewalzt werden soll, sowie den Warmwalzbedingungen. Obwohl ein Beispiel der Anordnungen dieser Vorrichtungen und der Installation sowie der nicht vorhandenen Installation dieser Vorrichtungen in 1 dargestellt ist, sind Abänderungen davon möglich.
Der Schnittscherer 70, welcher das nachfolgende Ende des führenden Metallbarrens 90 schert sowie das führende Ende des nachfolgenden Metallbarrens 60 wird zum Stoßverbinden von Metallbarren benötigt. Werden die Metallbarren jedoch in Übereinstimmung mit einem Prozess zum Scheren von Metallbarren in einem überlappten Zustand scherverbunden, wird der Schnittscherer 70 nicht benötigt. In diesem Fall kann der Schnittscherer 70 entsprechend entbehrt werden.
Der Verbinder 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und Metallbarren aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl in einem Scherverbindungsprozess werden im Detail mit Bezug auf 2 und 3 beschrieben.
Gemäß 2 umfasst der Verbinder 100 nach der vorliegenden Erfindung hauptsächlich eine obere Blattanordnung 120, eine untere Blattanordnung 130 und ein Gehäuse 110 zum beweglichen Haltern der oberen und unteren Blattanordnungen 120 und 130.
Die obere Blattanordnung 120 beinhaltet ein oberes Blatt 121, ein oberes Befestigungselement 122 und eine obere Halterung 123 die eine zugehörige Struktur haben. Die untere Blattanordnung 130 beinhaltet ein unteres Blatt 131, ein unteres Befestigungselement 132 und eine untere Halterung 133, die eine zugehörige Struktur haben.
Die obere Blattanordnung 120 und die untere Blattanordnung 130 werden durch die Stangen des Gehäuses 110 (nicht gezeigt) geführt und sind so gehaltert, dass sie in einer Dicken-Richtung des führenden Metallbarrens 90 und des nachfolgenden Metallbarrens 60 beweglich sind. Die obere Blattanordnung 120 und die untere Blattanordnung 130 sind auch so aufgebaut, dass sie über einen Verbindungsmechanismus (nicht gezeigt) sich aufeinander zu und voneinander weg bewegen.
Der führende Metallbarren 90 und der nachfolgende Metallbarren 60 werden in den Verbinder 100 geführt entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Verbindung unter der Bedingung, dass das führende Ende 220 des nachfolgenden Metallbarrens 60 über dem nachfolgenden Ende 210 des führenden Metallbarrens 90 in einem überlappten Zustand angeordnet ist.
Die überlappten Bereiche des nachfolgenden Endes 91 des führenden Metallbarrens 90 und des führenden Endes 61 des nachfolgenden Metallbarrens 60, die in der oben beschriebenen Weise miteinander überlappt sind, werden durch die Vorsprünge 124 und 134 der oberen und unteren Blätter beaufschlagt. Das heißt, die Vorsprünge 124 und 134 der oberen und unteren Blätter gelangen mit den Flächen des führenden Endes 61 und des nachfolgendes Endes 91 entsprechend in Kontakt.
Auch das obere Befestigungselement 122 und das untere Befestigungselement 132 gelangen mit den überlappten Bereichen des führenden Endes 61 des nachfolgenden Metallbarrens 60 und des nachfolgenden Endes 91 des führenden Metallbarrens 90 entsprechend in Kontakt. Hierbei ist das obere Befestigungselement 122 hydraulisch durch die obere Halterung 123 gehaltert, wobei das untere Befestigungselement 132 hydraulisch durch die untere Halterung 133 gehaltert ist.
Wenn das obere Blatt 121 und das untere Blatt 131 den nachfolgenden Metallbarren 60 und den führenden Metallbarren 90 entsprechend des oben beschriebenen Zustandes scheren, werden die gescherten Flächen des nachfolgenden Metallbarrens 60 und des führenden Metallbarrens 90 in Übereinstimmung mit einer plastischen Deformation dieser scherverbunden. Somit wird ein endlos verbundener Metallbarren 110, der eine zugehörige Struktur hat, hergestellt.
Wenn das Scherverbinden der Enden der Metallbarren wie oben beschrieben beendet ist, wird ein oberer Einschnitt von dem führenden Ende 61 des nachfolgenden Metallbarrens 60 und ein unterer Einschnitt von dem nachfolgenden Ende 91 des führenden Metallbarrens 90 an der Verbindung des endlosen Metallbarrens positioniert. Ebenso werden nach der Verbindung der Metallbarren das obere Blatt 121 und das untere Blatt 131 zurückgeholt, bis sie voneinander durch eine vorbestimmte Entfernung beabstandet sind.
Die oberen und unteren Schnitte, welche in Übereinstimmung mit der Scherverbindung der Metallbarren vorgenommen wurden, werden von der Schnittbehandlungseinheit 120, die in 1 gezeigt ist, entfernt. Der endlose Metallbarren 110 wird in das Glattwalzwerk 40 eingeführt.
Wenn die Verbindung des endlosen Metallbarrens durch das Glattwalzwerk 40 läuft, wird es strengen Prozessbedingungen unterworfen, da hohe Druckbelastungen und externe Kräfte, wie eine Krümmungskraft und Spannung, auf die Verbindung zwischen Ständen des Glattwalzwerkes während eines Glattwalzprozesses ausgeübt werden.
In diesem Fall sollte die Verbindung der Metallbarren aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl eine Verbindungsstärke haben, die ausreichend ist, der Verbindung zu erlauben, durch das Glattwalzwerk 40 ohne gebrochen zu werden zu laufen.
Nachfolgend werden im Detail Verbindungsprozessparameter zur Kontrolle der Verbindungsstärke der Verbindung beschrieben, wenn Metallbarren aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl in einem Endlos-Warmwalzprozess scherverbunden werden.
Zunächst wird ein Verbindungsprozess in der festen Phase für zwei Metallbarren hinsichtlich der Thermodynamik des Metalls mit Bezug auf 4 beschrieben.
Das Verbinden in der festen Phase kann als Prozess der Verformung zweier freier Flächen zu einer Verbindungsfläche beschrieben werden. In diesem Fall kann die Änderung der freien Energie in dem Prozess in der festen Phase thermodynamisch berechnet werden, wie in dem nachfolgenden Ausdruck 1 ausgedrückt: γVerbindungsfläche – 2γfreie Fläche = –1,7γfreie Fläche (1)
Gemäß des Ausdrucks 1 kann die Veränderung der freien Energie durch –1,7γ_{freie Fläche} ausgedrückt werden, da die Energie der Verbindungsfläche einen Wert von 30% oder weniger der freien Oberflächenenergie hat. Da γ_{freie Fläche} einen positiven Wert hat, hat die Veränderung der Gesamtenergie einen negativen Wert. Dies bedeutet, dass die zwei Flächen in Übereinstimmung mit einer spontanen Reaktion spontan verbunden werden, das heißt, ohne äußere Krafteinwirkung.
In praktischen Fällen jedoch gibt es keine Gelegenheit, zwei Flächen in der Atmosphäre ohne externe Krafteinwirkung spontan zu verbinden. Dies liegt daran, dass Unregelmäßigkeiten sowie Zunder auf den Oberflächen, welche Metallbarrenoberflächen sein können, das Verbinden der Flächen stören.
Um zwei Metallbarren zu verbinden, sollte eine Anziehung zwischen Atomen auf den Oberflächen der Metallbarren, welche verbunden werden sollen, bewirkt werden. Um eine Anziehung zwischen Atomen zu bewirken, sollte die Entfernung zwischen den Atomen in der Größenordnung von einem Å (10^–8 m) sein.
Unregelmäßigkeiten sind jedoch auf den Oberflächen der Metallbarren vorhanden, sogar nachdem die Oberflächen maschinell bearbeitet worden sind. Aus diesem Grunde ist der Abstand zwischen den Atomen auf den Oberflächen der beiden Metallbarren länger als von der Größenordnung eines Å. Diese Tatsache wird berücksichtigt, wenn hoher Druck (zusammenpressende Kraft) in einem allgemeinen Verbindungsprozess in der festen Phase angewandt wird. Da eine sehr große Kraft bei normalen Temperaturen erforderlich ist, werden die Metallbarren auf eine hohe Temperatur geheizt.
Obwohl derartig hoher Druck, wie oben beschrieben, angewandt wird, verursacht Zunder, der auf den Oberflächen der Metallbarren vorliegt oder auf den Oberflächen der Metallbarren während des Heizens der Metallbarren produziert wurde, immer noch eine Herabsetzung der Verbindungseigenschaften. Entsprechend ist es notwendig, die Menge an Zunder in dem Endlos-Warmwalzprozess für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl zu verringern, um eine ausreichende Verbindungsstärke einer Verbindung zu sichern.
Wenn zwei Metallbarren in Übereinstimmung mit einem herkömmlichen Verbindungsverfahren in der festen Phase verbunden werden, kann es möglich sein, eine Verbindung zu erreichen, während das Einschließen von Zunder unterdrückt wird. Dies ist jedoch natürlich ein sehr außergewöhnlicher Fall. Selbst in diesem Fall jedoch wird Zunder auf der Oberfläche der beiden Metallbarren, die miteinander überlappt werden, aufgrund von Hochtemperaturoxidation natürlich erzeugt, da Warmwalzen der Metallbarren bei einer Temperatur von ungefähr 1000°C ausgeführt wird. Selbst wenn ein Entzundern durchgeführt wird, um den erzeugten Zunder zu entfernen, wird der Zunder auf den Oberflächen unmittelbar nach dem Entzundern wieder erzeugt.
Da weiterhin das Material der Metallbarren eine sehr hohe Duktilität bei hoher Temperatur aufweist, kann der Zunder, welcher auf den zu überlappenden Flächen anwesend ist, in die resultierende Verbindung eingeschlossen werden. Ein derartiger Zundereinschluss wird eine Herabsetzung der Verbindungsstärke bewirken.
Nachfolgend werden die Verbindungsrate und das Verbindungsstärkenverhältnis einer Verbindung die erzeugt wird, wenn zwei Metallbarren in Übereinstimmung mit einem wie oben beschriebenen Warmwalzprozess verbunden werden, mit Bezug auf 5 beschrieben.
Die gerade Linie in 5 stellt eine Relation zwischen der Verbindungsrate und dem Verbindungsstärkenverhältnis dar, wenn theoretisch angenommen wird, dass es keine Verbindungskraft zwischen dem Zunder gibt, wenn kein Zunder in einer Verbindung eingeschlossen ist. Da die Relation zwischen der Verbindungsrate und dem Verbindungsstärkenverhältnis theoretisch linear ist, muss das Verbindungsstärkenverhältnis zunehmen, wenn eine Zunahme in der Verbindungsrate in dem oben beschriebenen theoretischen Fall auftritt. Hierbei stellt die Verbindungsrate einen prozentualen Anteil dar, welcher sich auf einen Wert bezieht, der nach Division der Länge eines Bereiches der Verbindung, welcher vollständig ohne Einschluss von Zunder verbunden ist, mit der Gesamtlänge der Verbindung erhalten wird. Dies bedeutet, falls der Einschluss von Zunder in der Verbindung zunimmt, die Verbindungsrate abnimmt, so dass das Verbindungsstärkenverhältnis abnimmt.
In einem praktischen Warmwalzprozess jedoch wird Zunder unvermeidlich aufgrund der Hochtemperaturbedingung des Warmwalzprozesses erzeugt. Weiterhin gibt es eine Verbindungskraft zwischen dem Zunder, auch wenn die Verbindungskraft schwach ist. Aus diesem Grund ist das Verbindungsstärkenverhältnis in diesem Falle leicht höher als in dem theoretischen Fall. Dies bedeutet, dass die durch die gepunktete Linie dargestellte Relation festgelegt ist.
Nun werden Verbindungsbedingungen zur Kontrolle der Verbindungsstärke einer Verbindung, die ausgeformt wird, wenn Metallbarren aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl in Übereinstimmung mit einem Endlos-Warmwalzprozess scherverbunden werden, beschrieben. Zunächst wird der Scherverbindungsbetrieb des Verbinders 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung mit Hinweis auf 6 beschrieben.
Wie in 6 beschrieben, entspricht die Kraft zum Verbinden zweier Metallbarren in Übereinstimmung mit einem Scherverbindungsprozess Kraftkomponenten einer zusammenpressenden Last, die in Übereinstimmung mit Pressvorgängen des oberen Blattes 121 und des unteren Blattes 131 erzeugt wird, das heißt Kraftkomponenten, die senkrecht auf einer auszuformenden Verbindung angeordnet sind. Zusätzlich ist die Verbindungskraft durch eine Reibungskraft erhöht, die zwischen zwei Flächen erzeugt wird, welche in Übereinstimmung mit dem Scherungsablauf entsteht.
Aufgrund solcher Kräfte werden aufeinander zugerichtete Kräfte aufeinander ausgeübt, wie im rechten Bereich von 6 gezeigt, so dass eine Verbindung ausgeformt wird. Die Verbindungskraft ist eine Funktion des Verbinders 100 und von Prozessbedingungen. Wenn diese Kraft ungenügend ist, hat die Verbindung nicht ausreichende Verbindungsstärke. Weiterhin bewirken die Vorsprünge 124 und 134, die an den oberen und unteren Blättern vorgesehen sind, dass die Metallmaterialien der Metallbarren vor dem Fließen bewahrt werden, und dass eine sichere Aufbringung der Verbindungskraft ermöglicht wird.
Es gibt kein Problem, welche mit den mittleren Bereichen der Metallbarren, in Seitenrichtung der Metallbarren betrachtet, verbunden wäre, da die zentralen Bereiche, wie in 7 gezeigt, durch die umliegenden Bereiche eingefasst sind. Jedoch sind die entgegen gesetzten Enden jedes Metallbarrens, wenn in Seitenrichtung der Metallbarren betrachtet, nämlich einander gegenüberliegende Seitenenden, in einem Zustand der freien Flächen ohne verbunden zu sein.
Nachdem die einander gegenüberliegenden seitlichen Enden der Metallbarren, die in einem Zustand der freien Flächen sind, voneinander nach außen abweichen (divergieren), wie in 7 gezeigt, werden die Flächenkräfte geneigt ausgeübt.
Im Ergebnis tritt eine Herabsetzung der Verbindungsstärke an den einander gegenüberliegenden Seitenenden der Metallbarren ein. Weiterhin kann teilweise Oxidation an den Bereichen der Metallbarren auftreten, an denen eine Herabsetzung der Verbindungsstärke auftritt, wie in dem rechten Bereich von 7 gezeigt. Dies verursacht die Bildung von Rissen in einem nachfolgenden Glattwalzprozess. Wenn die Bildung von Rissen schwerwiegend wird, kann Streifenbruch eintreten.
Auch die Form der Verbindung hat Einfluss auf die Verbindungsstärke. Falls ein Scherverbindungsprozess angewendet wird, können unverbundene Bereiche an den oberen und unteren Querschnittsbereichen der Verbindung aufgrund der Eigenschaften des Verbindungsprozesses vorliegen. In diesem Fall tritt eine Veränderung der Verbindungsstärke auf in Abhängigkeit von den Positionen und den Ausmaßen der unverbundenen Bereiche.
Die Einflüsse von zahlreichen Kontrollfaktoren auf die Güte der Verbindung kann angepasst werden unter Beachtung der obigen Beschreibung wie in 8 gezeigt.
Mit Bezug auf 8 kann erkannt werden, dass alle Eigenschaften des Materials der Metallbarren, der Prozessparameter und des Verbinders Einfluss auf die Güte der Verbindung der Metallbarren, nämlich die Verbindungsstärke der Verbindung haben.
Es ist jedoch schwierig, die Eigenschaften des Materials und des Verbinders zu kontrollieren. In einem praktischen Fall des Verbindens der Metallbarren ist es entsprechend vorteilhaft, die Prozessparameter in Bezug auf eine einfache Kontrolle der Verbindungsbedingungen und der Sicherheit von Kontrolleffekten zu kontrollieren.
Für derartige Prozessparameter gibt es eine Entzunderungsbedingung und eine Verbindungsbedingung.
Die Entzunderungsbedingung ist angepasst, die Temperatur und den Druck in einem Entzunderungsprozess zu kontrollieren, so dass der Einschluss von Zunder unterdrückt wird. Auf der anderen Seite ist die Verbindungsbedingung angepasst, die Temperatur, die Überlappung und das Schlagverhältnis in dem Metallbarrenverbindungsprozess zu kontrollieren, und damit die Verbindungskraft an der Verbindung und die Form der Verbindung zu steuern.
In Übereinstimmung mit einer geeigneten Steuerung (Kontrolle) der fünf Prozessparameter wie oben beschrieben, kann der Einschluss von Zunder und eine ungenügende Verbindungskraft, die eine Herabsetzung der Verbindungsstärke verursachen, behoben werden. Es ist weiterhin auch möglich, die Form der Verbindung zu steuern. Es ist auch möglich, eine Herabsetzung der Stärke der Verbindung der Metallbarren durch Kontrolle der oben beschriebenen Prozessparameter zu unterdrücken.
Die Definition des Schlagverhältnisses und der Überlappung, die mit der Verbindungsbedingung in Verbindung stehende Prozessparameter sind, werden mit Hinweis auf 9 beschrieben.
Das Schlagverhältnis stellt einen Wert dar, welcher durch Division einer Summe von Entfernungen, um welche sich die oberen Blätter 121 und die unteren Blätter 131 des Verbinders 100 entsprechend nach unten und nach oben bewegen, mit der Dicke der Metallbarren, erhalten wird. Wenn entsprechend das Schlagverhältnis zunimmt, wird die Dicke der Verbindung verringert.
Die Überlappung stellt die überlappende Länge des oberen Blattes 121 und des unteren Blattes 131 dar. Nachdem jedoch die Scherblätter (obere und untere Blätter) in einem vorbestimmten Winkel zueinander stehen, kann die Überlappung nach dem Scherungsarbeitsgang der Scherblätter sich von einen vorbestimmten Wert leicht unterscheiden in Übereinstimmung mit dem Schlagverhältnis. Dementsprechend kann die Bemessung der Überlappung, wo die Metallbarren scherverbunden sind, praktisch unmöglich sein. Aus diesem Grunde ist es bevorzugt, dass die Überlappung auf Grundlage des vorbestimmten Wertes für den Verbinder kontrolliert wird.
Da die oben beschriebene Warmwalzbetriebsanlage in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung und des dieselbe verwendenden Verbindungsverfahrens einen Scherverbindungsprozess beinhalten, können sie für Metallbarren aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl anwendbar sein, welche schwache physikalische Eigenschaften aufgrund des hohen Kohlenstoffgehaltes haben.
Da weiterhin das Verbindungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen Verbindungsprozess in der festen Phase beinhaltet, ist es möglich, ein Scherverbinden innerhalb eines Temperaturbereiches der Metallbarren zu erreichen, in welchem diese für einen Warmwalz-Prozess auf einer Warmwalz-Betriebsanlagenlinie selbst geheizt werden, ohne eine separate Heizquelle bereitzustellen. Dementsprechend ist es nicht notwendig, ein Vorheizen und Nachheizen der Metallbarren auszuführen. Es ist ebenso möglich, die Bildung von Rissen an der Verbindung der Metallbarren zu vermeiden, welche durch die Verwendung einer separaten Heizquelle verursacht werden.
Nachdem weiterhin lediglich eine Scherkraft verwendet wird, gibt es im Unterschied zu herkömmlichen Schweißverfahren, einen technischen Effekt, welcher grundsätzlich Probleme vermeiden kann, die bei einem Verbindungsprozess eines hoch-kohlenstoffhaltigen Stahles auftreten, nämlich der Einschluss von Zunder und der Einschluss von Luftporen.
Folglich ist das Scherverbindungsverfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sehr nützlich zum Verbinden von hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl in einem Endlos-Warmwalzprozess. Insbesondere ist es möglich, eine gewünschte Einführstabilität der Verbindung in einen Glattwalzprozess zu gewährleisten, solange die Prozessparameter geeignet gesteuert sind.
Natürlich ist es bei hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl notwendig, die Prozessbedingungen im Vergleich zu denen anderer Arten von Stahl streng zu kontrollieren, da das Zundern in hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl eine hohe Haftung an das Basismetall im Vergleich zu der bei niedrig-kohlenstoffhaltigem Stahl aufweist.
Betriebsart der Erfindung
Nachfolgend werden die Prozessparameter und die Prozessbedingungen, die in einem Scherverbindungsprozess für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl kontrolliert werden, unter Berücksichtigung der obigen Gegebenheiten mittels Beispielen dargestellt.
[Beispiele]

Es wurden in Bezug auf die Prozessparameter zum Scherverbinden von Metallbarren in der Endlos-Warmwalzbetriebsanlage, die in 1 bis 3 dargestellt ist, Experimente ausgeführt, in denen Metallbarren aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl mit den in der folgenden Tabelle 1 beschriebenen Zusammensetzungen verwendet wurden. Tabelle 1

Art des Stahles	Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)
Art des Stahles	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Cu	Mo	Al	V
S35C	0.33	0.20	0.681	0.014	0.004	0.153	0.014	0.014	0	0.016	0
S45C	0.448	0.198	0.685	0.016	0.004	0.023	0.013	0.015	0.001	0.013	0
SK85	0.851	0.197	0.413	0.014	0.003	0.16	0.012	0.015	0.001	0.008	0
SCM435	0.350	0.97	0.684	0.017	0.003	0.987	0.019	0.015	0.195	0.016	0

Die experimentellen Diagramme, welche in den 1 bis 15 gezeigt sind, stellen durchschnittliche experimentelle Werte der in Tabelle 1 gezeigten Stähle dar. Der Grund für die Benutzung solcher durchschnittlicher experimenteller Werte liegt darin, dass die Zusammensetzungen der hoch-kohlenstoffhaltigen Stähle, wie in Tabelle 1 beschrieben, experimentell gleiche Muster der Verbindungsgüte, wie die Verbindungseffizienz (die noch später beschrieben wird), aufwiesen.
10 zeigt den Einfluss der Entzunderungstemperatur auf die Verbindungseffizienz sowie das Kantenrissverhältnis (Rissverhältnis) der Verbindung.
Hierbei kann die Verbindungseffizienz durch den folgenden Ausdruck 2 ausgedrückt werden: Verbindungseffizienz = Stärke der verbundenen Bereiche der Metallbarren/Stärke der Bereiche des Basismetalls der Metallbarren (2)
Auch das Kantenrissverhältnis kann durch den folgenden Ausdruck 2 ausgedrückt werden: Kantenrissverhältnis = Summe der Risslängen links und rechts/Breite der Rolle (Metallbarren) (3)
Mit Bezug auf 10 kann beobachtet werden, dass der Einfluss der Entzunderungstemperatur auf die Verbindungseffizienz und das Kantenrissverhältnis gering ist, wenn die Metallbarren von hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl scherverbunden werden.
Darüber hinaus wurde gefunden, dass, wenn die Verbindungseffizienz niedrig ist, Streifenbruch beim ersten oder zweiten Durchlaufen eines Glattwalzprozesses auftritt, wohingegen, wenn das Kantenrissverhältnis hoch ist, Streifenbruch bei einem späteren Durchlaufen in dem Glattwalzprozess eintritt.
11 zeigt den Einfluss des Entzunderungsdruckes auf die Verbindungseffizienz und das Kantenrissverhältnis.
Mit Bezug auf 11 kann von den Ergebnissen der Experimente zur Einführungsstabilität (Einbringungsstabilität) eines verbundenen Metallbarrens, der einem Glattwalzprozess unterworfen wird, ersehen werden, dass das Glattwalzen des verbundenen Metallbarrens ohne Bruch der Verbindung des Metallbarrens erreicht werden kann, wenn die Verbindungseffizienz 52% oder darüber ist. Die Einführung (Einbringung) war möglich bei einem Kantenrissverhältnis unterhalb von 30%.
Wie in 11 gezeigt, wird der Oberflächenzunder, welcher in die Verbindung getragen wird, verringert, wenn der Entzunderungsdruck sich erhöht, so dass die Verbindungsstärke erhöht wird. Auch der unverbundene Bereich an den gegenüberliegenden seitlichen Enden der Metallbarren ist verringert, so dass das Kantenrissverhältnis verringert wird. Ist der Entzunderungsdruck jedoch übermäßig hoch, ist die Menge an Spray erhöht. In diesem Fall ist die Temperatur der Verbindung übermäßig erniedrigt, so dass es schwierig ist, eine Temperatur zu gewährleisten, die für einen nachfolgenden Prozess benötigt wird, nämlich den Glattwalzprozess.
Weiterhin verursacht ein überhöhter Entzunderungsdruck Beschädigungen des Basismetalls der Metallbarren, die eine Schwäche in Bezug auf die Hochtemperaturstärke aufweisen. In diesem Falle werden schwerwiegende Unregelmäßigkeiten auf der Fläche der Bereiche der Metallbarren ausgeformt, die verbunden werden sollen, so dass eine Herabsetzung der Verbindbarkeit erfolgt.
Wie aus den oben beschriebenen experimentellen Ergebnissen ersehen werden kann, wird bevorzugt, falls ein hoch-kohlenstoffhaltiger Stahl mittels des Verbinders scherverbunden wird, den Entzunderungsdruck in der Entzunder-Vorrichtung 81, die im Verbinder 100 vorgelagert angeordnet ist, auf 50 MPa oder weniger eingeregelt zu werden.
Der Grund dafür, warum der bevorzugte Entzunderungsdruck 50 MPa oder weniger ist, liegt darin, dass der Standard für das Einbringen unter einem Entzunderungsdruck von bis zu 50 MPa eingehalten wird, auch wenn eine Herabsetzung der Verbindbarkeit, welche durch Beschädigung des Basismetalls der Metallbarren verursacht wird, bei 35 MPa oder mehr beginnt.
Bei hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl kann auch auf den Entzunderungsprozess verzichtet werden. Dies liegt daran, dass es möglich ist, selbst wenn der Entzunderungsdruck 0 MPa ist, eine Verbindungsstärke zu erreichen, die das Einbringen und ein geringes Kantenrissverhältnis in dem Glattwalzprozess ermöglicht.
12 zeigt das Verbindungsstärkenverhältnis in Abhängigkeit von der Verbindungstemperatur in einen Scherverbindungsprozess für einen hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl.
Wie in 12 gezeigt, hatte die Verbindungstemperatur in dem Scherverbindungsprozess für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl geringen Einfluss auf das Verbindungsstärkenverhältnis, und hatten auch geringen Einfluss auf das Kantenrissverhältnis.
13 zeigt das Verbindungsstärkenverhältnis in Abhängigkeit von einer Veränderung der Überlappung in einem Scherverbindungsprozess für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl.
In Bezug auf 13 kann erkannt werden, dass die Überlappung und die Verbindungseffizienz ein Relation gemäß der Form einer Gaußverteilung haben, nämlich eine parabolische Relation.
Dies bedeutet, dass die Verbindungseffizienz zunimmt, falls die Überlappung zunimmt. Als Ergebnis fängt der Standard für das Einbringen (später beschrieben) bei einer Überlappung von 2 mm oder mehr an, erfüllt zu werden, wird reduziert bei einer Überlappung von 18 mm oder mehr und wird nicht erfüllt bei einer Überlappung von mehr als 21 mm.
Der Grund dafür, dass der Standard für das Einbringen in einem Überlappungsbereich von 2 mm bis 18 mm erfüllt wird, ist der Folgende.
Der Grund dafür, warum die Verbindungsstärke in Übereinstimmung mit einer Zunahme der Überlappung zunimmt, liegt darin, dass eine Zunahme der Überlappung eine Verminderung des Winkels der Verbindungslinie verursacht, und eine Zunahme der Kraftkomponente des vertikalen Drucks der Scherblätter bewirkt, nämlich der Kraftkomponente, welche senkrecht zu der Verbindungslinie verläuft. Wenn die Überlappung größer ist als ein vorbestimmter Wert, tritt eine Verminderung in der Verbindungsstärke auf, da die benötigte Last erhöht werden muss.
Folglich ist es bevorzugt, dass der Überlappungsbereich von 2 mm bis 18 mm beträgt.
Andererseits, obwohl das Kantenrissverhältnis deutlich von dem Entzunderungsdruck beeinflusst wurde, gab es nur einen geringen Einfluss der Überlappung auf das Kantenrissverhältnis. Dies liegt daran, dass, obwohl eine Zunahme in der Verbindungskraft in Übereinstimmung mit einer Zunahme in der Überlappung erfolgt, die Verbindungskraft an den Kantenbereichen aufgrund einer Divergenz der Kantenbereiche in einer Breitenrichtung vermindert ist, so dass Oxidation der Kantenbereiche erfolgt, und folglich wird der Effekt der gesteuerten Überlappung sehr klein.
Da die Scherblätter verwendet werden, ist die Abtragung durch diese erhöht und verursacht dadurch eine Schwankung der Überlappung. Als Ergebnis ist die Bemessung der Überlappung in einer in Betrieb stehender Warmwalzlinie schwierig. Diesbezüglich soll angeführt werden, dass die Überlappung in der vorliegenden Erfindung einen Wert betrifft, welcher in dem Verbinder 100 eingestellt ist.
14 ist ein Diagramm, welches die Bruchlast der Metallbarren in Abhängigkeit vom Schlagverhältnis in einem Scherverbindungsprozess für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl darstellt.
Mit Bezug auf 14 kann erkannt werden, dass die Bruchlast der Verbindung allmählich in Übereinstimmung mit einer Zunahme im Schlagverhältnis zunimmt, den Standard für das Einbringen bei 1.30 erfüllt, im Wesentlichen eine Sättigung von 1.45 oder mehr aufweist, und wieder bei 1.65 oder mehr abnimmt. Jedoch erfüllt die Bruchlast der Verbindung immer noch den Standard für das Einbringen bei einem Schlagverhältnis von bis zu 1.70.
Demzufolge wird bevorzugt, dass das Schlagverhältnis des Verbinders 100 in einem Scherverbindungsprozess für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl von 1.30 bis 1.70 beträgt.
In diesem Fall kann der Schlag gesteuert werden, so dass die oberen und unteren Blätter des Verbinders 100 gleichzeitig in eine Richtung nach oben und nach unten bewegt werden, um ein Scherverbinden zu bewirken. Alternativ kann das Scherverbinden auch durch die Bewegung lediglich des oberen oder des unteren Blattes erreicht werden.
Das Schlagverhältnis hat Einfluss auf die Dicke der Verbindung, die sich von den anderen Verbindungsbedingungen unterschiedet. Dies liegt daran, dass, wenn das Schlagverhältnis zunimmt, die Dicke der Verbindung abnimmt. Dementsprechend ist es möglich, die Last zu reduzieren, während die Verbindungsstärke zunimmt. Zu diesem Zweck wurde die Relation zwischen dem Schlagverhältnis und der Bruchlast der Verbindung untersucht. Mit Bezug auf 14 kann ersehen werden, dass, wenn das Schlagverhältnis zunimmt, die Bruchlast der Verbindung trotz einer Abnahme der Dicke der Verbindung zunimmt. Das bedeutet, dass die Verbindungseffizienz bemerkenswert in Übereinstimmung mit einer Zunahme des Schlagverhältnisses erhöht wurde.
Obwohl eine Zunahme der Ausdehnung auch in Übereinstimmung mit einer Zunahme des Schlagverhältnisses auftritt, ist deren Einfluss auf das Kantenrissverhältnis nicht groß. Der Grund warum das Phänomen der Bruchspannung und der Bruchlast, die in Übereinstimmung mit einer Zunahme des Schlagverhältnisses zunehmen, erfolgt, liegt darin, dass die Verbindungskraft erhöht wird, um die Positionen und Formen der unverbundenen Bereiche an den oberen und unteren Querschnittsbereichen der Verbindung in Übereinstimmung mit einer Zunahme des Schlagverhältnisses zu verändern.
15 stellt die Ergebnisse eines Einbringungstestes in einem Glattwalzwerk für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl dar, in Übereinstimmung mit jeden in einer Warmwalz-Betriebsanlage scherverbundenen Beispiel. Mit Bezug auf 15 kann der Standard für das Einbringen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung identifiziert werden.
15 stellt die Ergebnisse für Metallbarren von hoch-kohlenstoffhaltigen Stahlmaterialien entsprechend den Zusammensetzungen, die in Tabelle 1 beschrieben sind, dar, die nach dem Scherverbinden der Metallbarren von jeder Zusammensetzung und Walzen der resultierenden verbundenen Metallbarren in einem Glattwalzwerk, welches in einer Warmwalz-Betriebsanlage installiert ist, erhalten wurden. Die Proben, welche für den Erhalt von Testergebnissen untersucht wurden, die in dem Diagramm von 15 dargestellt werden, wurden vorbereitet durch Scherverbinden von Metallbarren von aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl, die eine Breite von 450 mm hatten, um zwei Sets von Proben vorzubereiten, durch Seitenschweißen jedes Probensets, um eine Breite von 840 mm bis 900 mm aufzuweisen, um dann durch Schweißen von Barren, welche die gleiche Dicke wie die seitengeschweißten Metallbarren an vorgelagerte und nachgelagerte Enden des seitengeschweißten Metallbarrens haben, um einen Metallbarren zu erhalten, der eine Länge von 900 mm hat. Die Testergebnisse wurden erhalten nach Heizen eines jeden Metallbarrens in einem Heizofen und nach Ausführen eines Glattwalzprozesses in Bezug auf die geheizten Metallbarren.
Wie von den Testergebnissen ersehen werden kann, weisen alle Metallbarren, die eine Verbindungseffizienz von weniger als 52% haben, Streifenbruch in dem Glattwalzprozess auf, wohingegen die Metallbarren, die eine Verbindungseffizienz von 52% oder mehr haben, erfolgreich in den Glattwalzprozess eingebracht wurden.
Die Metallbarren, die erfolgreich in den Glattwalzprozess, wie oben beschrieben, eingebracht wurden, wiesen ein Verbindungskantenrissverhältnis von 25% oder weniger auf.
Unter der Bedingung, dass das Schlagverhältnis unveränderlich ist, gibt es kein Problem, auch dann nicht, wenn der Standard für das Einbringen basierend auf das Verbindungsstärkenverhältnis bestimmt ist. Wenn sich jedoch das Schlagverhältnis ändert, verändert sich die Dicke der Verbindung. Das untere Diagramm in 15 zeigt Ergebnisse, welche erhalten wurden unter Berücksichtigung des oben beschriebenen Phänomens. Das „Verbindungslastverhältnis" in dem Diagramm kann durch den vorliegenden folgenden Ausdruck 4 ausgedrückt werden. Der Standard für das Einbringen betrifft ein Verbindungslastverhältnis von 31.5%. Verbindungslastverhältnis = Verbindungsbruchlast/Basismetallbruchlast
Wie in 15 ersehen werden kann, bedeutet der Standard für das Einbringen in den Glattwalzschritt, dass die Verbindungseffizienz und die Bruchlast in dem Glattwalzprozess ohne Bruch der Metallbarren erfüllt sind.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Verbindungsbedingungen an der Verbindung in denn oben beschriebenen Endlos-Warmwalzprozess für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl beschränkt, sondern ist auf zahlreiche Verbindungsverfahren anwendbar, welche benötigt werden, um ein Scherverbinden in dem oben beschriebenen Endlos-Warmwalzprozess für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl auszuführen.
Dementsprechend werden Fachleute erkennen, dass zahlreiche Modifikationen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne von dem Umfang und der Idee der Erfindung, wie in den begleitenden Ansprüchen offenbart, abzuweichen.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie es in der obigen Beschreibung offenkundig wird, stellt das Verfahren zum Scherverbinden von Endlos-Warmwalzmaterialien aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen technischen Effekt zur Verfügung, welcher geeignet ist, Warmwalz-Materialien aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl in Übereinstimmung mit einem Scherverbindungsprozess zu verbinden, welcher vorher noch nicht angewandt wurde, und welcher damit das Endlos-Warmwalzen von Warmwalz-Materialien aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl ermöglicht.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gibt es technische Effekte, wenn Metallbarren aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl verbunden werden, die darin begründet liegen, dass die Verbindung der Metallbarren in ausreichenden Maße der Glattwalzlast in dem Glattwalzprozess standhalten kann, und dass Scherverbindungsbedingungen, welche Zugeigenschaften sicherstellen, die ermöglichen, dass die Verbindung einer Zugkraft, die zwischen Glattwalzständen erzeugt wird, widersteht.
Zusätzlich stellt die vorliegende Erfindung einen technischen Effekt bereit, wenn Metallbarren aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl endlos warm gewalzt werden, der es ermöglicht, Prozessparameter bereitzustellen, die die Ausführung eines Endlos-Warmwalzens ohne Streifenbruch in einem nachfolgenden Glattwalzprozess auch in den Fällen ermöglichen, in welchem die Metallbarren verbunden wurden.
Wenn die Prozessbedingungsbereiche in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angewandt werden, kann die Verbindung der Metallbarren eine ausgezeichnete Güte aufweisen, beispielsweise ausreichende Beständigkeit gegen eine hochkompressive Last, die während eines Glattwalzprozesses erzeugt wird, und eine Drucklast, welche zwischen den Glattwalzständen anliegt, obwohl das Material der Metallbarren hoch-kohlenstoffhaltiger Stahl ist.
Dementsprechend kann ein Warmwalzen in dem Glattwalzprozess ohne Streifenbruch, nämlich Verbindungsbruch, erreicht werden.
Zusammenfassung:
Ein Verfahren zum Scherverbinden von Endlos-Warmwalz-Materialien, welches dazu geeignet ist, Warmwalzmaterialien in einen Glattwalzprozess ohne Streifenbruch einzubringen, indem Verbindungsbedingungen für die Warmwalzmaterialien in einem Endlos-Warmwalzprozess für hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl kontrolliert werden, und eine Endlos-Warmwalz-Betriebsanlage dazu werden offenbart. Das Scherverbindungsverfahren für Endlos-Warmwalz-Materialien aus hoch-kohlestoffhaltigen Stahl beinhaltet das Scherverbinden von hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl-Metallbarren, welche 0.30 Gew.-% zu 1.20 Gew.-% C, unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe aufweisen, oder welche 0.15 Gew.-% bis 1.5 Gew.-% C aufweisen und wenigstens Cr, Ni, Mo, V, Ti, W, B, Nb, und/oder Sb umfassen, sowie unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe, so dass eine Verbindungsfläche der verbundenen Metallbarren in einer Warmwalz-Betriebsanlage durch einen Verbinder dazu ausgeformt wird, eine Neigung in einer Richtung der Dicke der Metallbarren aufzuweisen, welcher Verbinder dazu angepasst ist, die Metallbarren zu verbinden, nachdem ein Hinterteil eines führenden Metallbarrens und der Vorderteil eines nachfolgenden Metallbarrens überlappt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 09-17411 [0008]

Claims

Ein Scherverbindungsverfahren für Endlos-Warmwalz-Materialien aus hoch-kohlenstoffhaltigem Stahl, welches folgende Schritte umfasst: Scherverbinden von hoch-kohlenstoffhaltigen Stahl-Metallbarren, welche 0.30 Gew.-% bis 1.20 Gew.-% C, unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe aufweisen, oder welche 0.15 Gew.-% bis 1.5 Gew.-% C aufweisen und wenigstens Cr, Ni, Mo, V, Ti, W, B, Nb, und/oder Sb umfassen, sowie unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe, so dass eine Verbindungsfläche der verbundenen Metallbarren in einer Warmwalz-Betriebsanlage durch einen Verbinder dazu ausgeformt wird, eine Neigung in einer Richtung der Dicke der Metallbarren aufzuweisen, welcher Verbinder dazu angepasst ist, die Metallbarren zu verbinden, nachdem ein Hinterteil eines führenden Metallbarrens und der Vorderteil eines nachfolgenden Metallbarrens überlappt werden.
Scherverbindungsverfahren nach Anspruch 1, wobei Bereiche der Metallbarren, welche verbunden werden, bei einem Druck von 50 MPa oder weniger entzundert werden.
Scherverbindungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Scherverbinden der Metallbarren unter einer Bedingung ausgeführt wird, in der eine Überlappung, welche eine Überlappungsentfernung zwischen oberen und unteren Blättern des Verbinders darstellt, zwischen 2 mm bis 18 mm beträgt.
Scherverbindungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Scherverbinden der Metallbarren unter einer Bedingung ausgeführt wird, in welcher ein Schlagverhältnis, welches einen Wert darstellt, der nach Division einer Summe von Entfernungen, über welche sich die oberen und unteren Blätter des Verbinders bewegen, durch eine Dicke der Metallbarren erhalten wird, zwischen 1.3 und 1.7 beträgt.
Scherverbindungsverfahren nach Anspruch 4, wobei das Scherverbinden der Metallbarren unter der Bedingung ausgeführt wird, in welcher die oberen und unteren Blätter des Verbinders sich gleichzeitig in Richtungen nach oben und nach unten bewegen.
Scherverbindungsverfahren nach Anspruch 4, wobei das Scherverbinden der Metallbarren unter der Bedingung ausgeführt wird, in welcher sich nur die oberen oder die unteren Blätter des Verbinders bewegen.
Scherverbindungsverfahren nach Anspruch 2, wobei das Scherverbinden der Metallbarren unter einer Bedingung ausgeführt wird, in der eine Überlappung, welche eine Überlappungsentfernung zwischen oberen und unteren Blättern des Verbinders darstellt, zwischen 2 mm bis 18 mm beträgt.
Scherverbindungsverfahren nach Anspruch 7, wobei das Scherverbinden der Metallbarren unter einer Bedingung ausgeführt wird, in welcher ein Schlagverhältnis, welches einen Wert darstellt, der nach Division einer Summe von Entfernungen, über welche sich die oberen und unteren Blätter des Verbinders bewegen, durch eine Dicke der Metallbarren erhalten wird, zwischen 1.3 und 1.7 beträgt.
Scherverbindungsverfahren nach Anspruch 2, wobei das Scherverbinden der Metallbarren unter einer Bedingung ausgeführt wird, in welcher ein Schlagverhältnis, welches einen Wert darstellt, der nach Division einer Summe von Entfernungen, über welche sich die oberen und unteren Blätter des Verbinders bewegen, durch eine Dicke der Metallbarren erhalten wird, zwischen 1.3 und 1.7 beträgt.
Warmwalz-Betriebsanlage, welche umfasst: ein Vorwalzwerk zum Vorwalzen hoch-kohlestoffhaltiger Stahlbrammen, welche 0.30 Gew.-% zu 1.20 Gew.-% C, unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe aufweisen, oder welche 0.15 Gew.-% bis 1.5 Gew.-% C aufweisen und wenigstens Cr, Ni, Mo, V, Ti, W, B, Nb, und/oder Sb umfassen, sowie unvermeidliche Verunreinigungen und Rest-Fe, um vorgewalzte Metallbarren herzustellen; einen Rollenstand, um die vorgewalzten Metallbarren in der Form von Rollen zu wickeln; eine Entzunder-Vorrichtung zum Entzundern von Bereichen der Metallbarren, welche überlappt werden, und welche von einer Rolle des Rollenstandes abgewickelt wurden; eine Scherverbindungs-Vorrichtung, beinhaltend ein Paar von Scherblättern zum Überlappen eines Hinterteils eines führenden Metallbarrens und eines Vorderteils eines nachfolgenden Metallbarrens, Pressen der überlappten Bereiche zueinander während die überlappten Bereiche eingespannt sind, um die überlappten Bereiche zu scheren, und dabei die Metallbarren zu scherverbinden; und ein Glattwalzwerk zum Glattwalzen des resultierenden scherverbundenen Metallbarrens.