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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung hierin betrifft ein Antioxidans, ein Verfahren zur Verarbeitung eines Stahlmaterials und ein danach hergestelltes gewalztes Produkt und spezieller ein Antioxidans, das Auftreten von Oberflächenfehlern unterdrücken kann, ein Verfahren zur Verarbeitung eines Stahlmaterials und ein danach hergestelltes gewalztes Produkt.
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STAND DER TECHNIK
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Warmgewalzte Produkte werden im Allgemeinen hergestellt, indem Stahlmaterialien, wie gegossene Brammen, Blöcke und Barren, unter einer oxidierenden Atmosphäre in einen Heizofen chargiert werden, einige Stunden erhitzt wird und dann eine Warmverarbeitung (Walzen) durchgeführt wird. Beim Erhitzen eines Stahlmaterials in einem Heizofen bildet sich auf der Oberfläche des Stahlmaterials eine Oxidschicht, wobei Elemente, die eine starke Bindungskraft mit Sauerstoff aufweisen, oxidiert werden. Eine derartige Oxidschicht besteht hauptsächlich aus FeO, Fe3O4 und Fe2O3 und kann vor der Warmverarbeitung durch einen Zunderentfernungsprozess entfernt werden. Ein Teil der Oxidschicht verbleibt jedoch auf der Oberfläche eines gegossenen Artikels und verursacht Oberflächenfehler mit linearen Formen oder Zunderformen.
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Insbesondere bei Zugabe von Elementen wie Mn, Al oder Si mit starker Sauerstoffaffinität in großer Menge zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften eines Stahls werden an der Oberfläche des Stahlmaterials gebildete Korngrenzen als Sauerstoffbewegungswege genutzt, und es tritt Oxidation der Korngrenzen auf, wobei die Elemente zuerst oxidiert werden. Die Korngrenzen werden jedoch von der Oberfläche des Stahlmaterials entlang dem Inneren des Stahlmaterials gebildet und somit durch einen Zunderentfernungsprozess nicht entfernt und verbleiben als solche. Somit wird beim Warmwalzen Belastung an den durch Oxidationgeschwächten Korngrenzen konzentriert, wodurch Risse entlang den Korngrenzen erzeugt werden und Fehler an der Oberfläche eines Produkts verursachen.
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Zur Beseitigung derartiger Einschränkungen wird ein Verfahren zur Steuerung der internen Atmosphäre eines Heizofens, in dem ein Stahlmaterial wärmebehandelt wird, oder ein Verfahren zum Aufbringen eines Antioxidans mit starkem Antioxidationsvermögen auf der Oberfläche des Stahlmaterials verwendet. In ersterem Fall kann zwar die Oxidation des Stahlmaterials durch die Steuerung der Atmosphäre des Heizofens effektiv unterdrückt werden, aber die Antioxidationswirkung kann im Fall eines legierten Stahls, in dem selektive Oxidation stattfindet, verringert sein, und da die bestehenden Geräte vollständig ersetzt werden sollten, besteht ein Nachteil bezüglich einer Kostenzunahme bei der Geräteinvestition.
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Außerdem wird in letzterem Fall ein Verfahren zum Aufbringen eines Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials, wobei das Antioxidans durch Mischen von Chrompulver mit einem Schmelzmittel, einem Anbackungsmittel, einem Antischaummittel und dergleichen hergestellt wird, und zum Trocknen des Antioxidans verwendet. Da in diesem Fall jedoch ein in flüssiger Phase vorliegendes Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials aufgebracht wird, besteht ein Nachteil darin, dass eine große Menge von Antioxidantien verbraucht wird. Da das Antioxidans außerdem im Fall eines Stahlmaterials, das eine große Menge von Legierungselementen wie Mangan oder Aluminium enthält, die leicht Korngrenzenoxidation verursachen können, so aufgebracht werden sollte, dass es eine Dicke aufweist, die fast doppelt so groß oder größer als bei einem üblichen Stahlmaterial ist, um die Korngrenzenoxidation effektiv zu unterdrücken, bestand ein Nachteil bezüglich einer unvermeidlichen Erhöhung der verbrauchten Menge der Antioxidantien und einer Erhöhung der damit zusammenhängenden Kosten. Außerdem sollte nach dem Aufbringen des flüssigen Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials ein Trocknungsprozess durchgeführt werden, und somit bestand auch ein Nachteil darin, dass das Antioxidans während des Trocknungsprozesses reißt oder abplatzt und der Oxidationsverhinderungseffekt verringert wird.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHE AUFGABE
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Die vorliegende Offenbarung hierin stellt ein Antioxidans, das Korngrenzenoxidation effektiv unterdrücken kann, ein Verfahren zur Verarbeitung eines Stahlmaterials unter Verwendung des Antioxidans und ein warmgewalztes Produkt unter Verwendung des Antioxidans bereit.
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Die vorliegende Offenbarung hierin stellt auch ein Antioxidans, das Fertigungskosten verringern kann, ein Verfahren zur Verarbeitung eines Stahlmaterials unter Verwendung des Antioxidans und ein warmgewalztes Produkt unter Verwendung des Antioxidans bereit.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform enthält ein auf einer Oberfläche eines Stahlmaterials aufzubringendes Antioxidans dann, wenn der Gesamtgehalt des Antioxidans 100 Gew.-% beträgt, 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom, 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% Nickel und 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% Eisen.
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Das Chrom, Nickel und Eisen können einen Teilchendurchmesser von 50 µm bis 150 µm aufweisen.
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Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Verarbeitung eines Stahlmaterials Folgendes: Herstellung eines Stahlmaterials; Herstellung eines Antioxidans; Schmelzen und Aufbringen des Antioxidans auf eine Oberfläche des Stahlmaterials zur Bildung eines Antioxidationsfilms; und Wärmebehandeln des Stahlmaterials mit dem darauf gebildeten Antioxidationsfilm.
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Das Stahlmaterial kann gegossene Brammen, Blöcke und/oder Barren umfassen.
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Das Herstellen des Antioxidans kann das Zugeben von Folgendem umfassen, wenn der Gesamtgehalt des Antioxidans 100 Gew.-% beträgt: 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrompulver, 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% Nickelpulver und 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% Eisenpulver.
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Das Bilden des Antioxidationsfilms kann das Zuführen des Antioxidans zu einer Schmelzeinrichtung, die zur Erzeugung eines Plasmas ausgelegt ist, und Aufspritzen des Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials unter Schmelzen des Antioxidans zur Bildung des Antioxidationsfilms umfassen.
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Der Antioxidationsfilm kann auf der Oberfläche des Stahlmaterials in einer Dicke von 10 µm bis 500 µm gebildet werden.
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Das Bilden des Antioxidationsfilms kann das Schmelzen des Chroms, Nickels und Eisens zur Bildung einer Cr-Ni-Fe-Legierung umfassen.
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Das Wärmebehandeln kann das Chargieren des Stahlmaterials mit dem darauf gebildeten Antioxidationsfilm und das Halten des Stahlmaterials bei einer Temperatur von 1100 °C bis 1200 °C über einen Zeitraum von 110 Minuten bis 130 Minuten umfassen.
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Das Wärmebehandeln kann das Bilden eines Mischoxids von (Cr, Ni, Fe)O und FeCr2O durch Reagierenlassen mindestens eines Teils der Cr-Ni-Fe-Legierung mit Sauerstoff im Heizofen umfassen.
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Das Verfahren zum Verarbeiten eines Stahlmaterials kann nach dem Wärmebehandeln Folgendes umfassen: Entfernen mindestens eines Teils des Antioxidationsfilms; und Walzen des Stahlmaterials.
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Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann ein gewalztes Produkt einen Antioxidationsfilm aufweisen, der auf mindestens einem Teil einer Oberfläche davon eine Cr-Ni-Fe-Legierung und ein Mischoxid von (Cr, Ni, Fe)O und FeCr2O umfasst.
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VORTEILHAFTE EFFEKTE
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen wird die Korngrenzenoxidation der Oberfläche eines Stahlmaterials unterdrückt, wodurch Fehler an den Oberflächen der letztendlich hergestellten Produkte verringert werden können. Das heißt, ein Antioxidans wird unter Schmelzen auf ein Stahlmaterial aufgespritzt, um auf der Oberfläche des Stahlmaterials einen Antioxidationsfilm zu bilden, und somit kann der Antioxidationsfilm in einer einheitlichen und kleineren Dicke gebildet werden. An diesem Punkt kann die Korngrenzenoxidation des Stahlmaterials effektiv verhindert werden, indem die Filmqualität des Antioxidationsfilms verdichtet wird, und somit kann das Auftreten von Fehlern aufgrund der Korngrenzenoxidation an einem Endprodukt unterdrückt oder verhindert werden.
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Außerdem kann die Einsatzmenge von Chrom, das teurer ist als das Antioxidans und auf verwandten Gebieten verwendet wird, verringert werden, und der Antioxidationsfilm kann in einer kleineren und einheitlichen Dicke mit einer relativ kleinen Menge gebildet werden, und somit können die Fertigungskosten verringert werden.
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Außerdem besteht das Antioxidans selbst aus Metall und hat eine hervorragende Haftfähigkeit gegenüber dem Stahlmaterial und wird nach dem Aufbringen keinem separaten Trocknungsprozess unterworfen, so dass Rissbildung oder Abplatzen nicht leicht auftreten und die Korngrenzenoxidation des Stahlmaterials effizient verhindert werden kann.
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Des Weiteren werden selbst dann, wenn das Antioxidans im Endprodukt verbleibt, dem Produkt Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und die Plattierungseigenschaft, die die inhärenten Eigenschaften des Antioxidans sind, verliehen, wodurch möglicherweise die Qualität des Produkts verbessert wird.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Flussdiagramm, das der Reihe nach ein Verfahren zur Verarbeitung eines Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
- 2 ist eine Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Antioxidationsfilm auf eine Oberfläche eines Stahlmaterials aufgebracht wird, und zwar durch Verwendung eines Verfahrens zur Verarbeitung des Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
- 3 ist eine Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem auf einer Oberfläche eines Stahlmaterials ein Antioxidationsfilm durch Verwendung eines Verfahrens zur Verarbeitung des Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gebildet wird.
- 4 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis der Analyse einer Oberfläche eines Stahlmaterials nach dem Aufbringen eines Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials durch Verwendung eines Verfahrens zur Verarbeitung des Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
- 5 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis der Analyse einer Oberfläche eines Stahlmaterials nach dem Aufbringen eines Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials und Wärmebehandeln der Oberfläche durch Verwendung eines Verfahrens zur Verarbeitung des Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
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DURCHFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
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Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die vorliegende Offenbarung kann jedoch in verschiedenen Formen ausgeführt sein und ist nicht so zu verstehen, dass sie auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr werden diese Ausführungsformen bereitgestellt, so dass die vorliegende Offenbarung gründlich und vollständig ist, und werden dem Fachmann den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung vollständig vermitteln.
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1 ist ein Flussdiagramm, das der Reihe nach ein Verfahren zur Verarbeitung eines Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht, 2 ist eine Ansicht, die einen Zustand veranschaulicht, in dem ein Antioxidationsfilm auf eine Oberfläche eines Stahlmaterials aufgebracht wird, und zwar durch Verwendung eines Verfahrens zur Verarbeitung des Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, und 3 ist eine Ansicht, die konzeptionell einen Zustand veranschaulicht, in dem auf einer Oberfläche eines Stahlmaterials ein Antioxidationsfilm durch Verwendung eines Verfahrens zur Verarbeitung des Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gebildet wird.
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Bezugnehmend auf 1 kann ein Verfahren zur Verarbeitung eines Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform Folgendes umfassen: Herstellen eines Stahlmaterials S (S100); Herstellen eines Antioxidans (S120); Schmelzen und Aufbringen des Antioxidans zur Bildung eines Antioxidationsfilms (S130); und Wärmebehandeln des Stahlmaterials S (S140). Außerdem kann nach der Wärmebehandlung des Stahlmaterials S (S140) ferner das Entfernen eines Zunders auf der Oberfläche des Stahlmaterials S (S150) und das Walzen des Stahlmaterials S (S160) mit umfasst sein.
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Das Stahlmaterial S kann durch Schneiden der gegossenen Bramme, des Blocks und Barrens, die durch einen Gießprozess hergestellt wurden, in bestimmten Längen hergestellt werden. In diesem Fall kann es sich bei dem Stahlmaterial S um einen unlegierten Stahl oder einen Stahl mit Zusatz von Mangan, Silicium oder Aluminium in hoher Konzentration, beispielsweise ungefähr 25 %, handeln.
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Das Antioxidans kann Chrom (Cr), Nickel (Ni) und Eisen (Fe) umfassen und als Pulver bereitgestellt werden. In diesem Fall kann das Antioxidans dann, wenn der Gesamtgehalt des Antioxidans 100 Gew.-% beträgt, 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% Chrom, 60 Gew.-% bis 80 Gew.-% Nickel und 10 Gew.-% bis 20 Gew.-% Eisen umfassen. Chrom und Nickel sind hier Metalle mit sehr geringer Sauerstoffaffinität und können auf die Oberfläche des Stahlmaterials S aufgebracht werden, um als weitgehendes Antioxidans zu fungieren. Je höher der Chromgehalt, desto besser, aber Chrom ist sehr teuer, und somit besteht dann, wenn der Chromgehalt höher als der vorgeschlagene Bereich ist, ein Nachteil bezüglich einer Kostenzunahme. Außerdem gibt es dann, wenn der Chromgehalt niedriger als der vorgeschlagene Bereich ist, eine Einschränkung bezüglich der Verringerung eines Oxidationsverhinderungseffekts. Außerdem fungiert Nickel zusammen mit Chrom als Antioxidans, und wenn der Nickelgehalt kleiner als der vorgeschlagene Bereich ist, ist der Chromgehalt relativ erhöht, und somit besteht ein Nachteil bezüglich Kostenzunahme. Ferner ist dann, wenn der Nickelgehalt über dem vorgeschlagenen Bereich liegt, der Nickelgehalt relativ erniedrigt, und somit besteht eine Einschränkung bezüglich der Verringerung des Oxidationsverhinderungseffekts. Eisen kann als Bindemittel fungieren, das Chrom und Nickel an die Oberfläche des Stahlmaterials S bindet. Das heißt, Eisen ist die Hauptkomponente des Stahlmaterials S, und somit kann bei Einarbeitung einer Eisenkomponente in das Antioxidans das Haftvermögen gegenüber dem Stahlmaterial S beim Schmelzen und Aufbringen des Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials verbessert werden. In diesem Fall kann dann, wenn der Eisengehalt unter dem vorgeschlagenen Bereich liegt, das Haftvermögen des Antioxidans geschwächt sein und dann, wenn der Eisengehalt über dem vorgeschlagenen Bereich liegt, der Gehalt an Chrom oder Nickel relativ erniedrigt sein, und somit besteht eine Einschränkung bezüglich der Verringerung des Antioxidationseffekts.
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Das Chrom, Nickel und Eisen, aus denen das Antioxidans besteht, können Teilchendurchmesser von ungefähr 50 µm bis ungefähr 150 µm aufweisen. Das Antioxidans wird unter Schmelzen auf die Oberfläche des Stahlmaterials S aufgebracht, das heißt, das Schmelzen und das Aufbringen werden in Echtzeit durchgeführt, und somit wird das Antioxidans dann, wenn der Teilchendurchmesser des Antioxidans größer als der vorgeschlagene Bereich ist, nicht leicht geschmolzen und kann in noch nicht geschmolzenem Zustand an der Oberfläche des Stahlmaterials S haften. Daher wird das Antioxidans nicht einheitlich auf die Oberfläche des Stahlmaterials S aufgebracht, und somit besteht eine Einschränkung bezüglich des lokalen Auftretens von Oxidation an der Oberfläche des Stahlmaterials S. Außerdem wird das Antioxidans dann, wenn der Teilchendurchmesser des Antioxidans kleiner als der vorgeschlagene Bereich ist, durch eine Schmelzeinrichtung zum Schmelzen des Antioxidans verstreut, und die Schmelzeffizienz kann herabgesetzt werden, und es besteht ein Nachteil hinsichtlich Zeitverbrauch und Kosten für die Verarbeitung.
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Das Pulver von Chrom, Nickel und Eisen, die in einer derartigen Zusammensetzung bereitgestellt werden, kann einheitlich gemischt und in einer separaten Lagerung gelagert werden.
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Wenn das Stahlmaterial S und das Antioxidans als solches hergestellt sind, kann das Antioxidans unter Schmelzen des Antioxidans unter Verwendung einer Schmelzeinrichtung 100 auf die Oberfläche des Stahlmaterials S aufgebracht werden.
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Als Schmelzeinrichtung 100 kann eine Plasmaspritzpistole verwendet werden. Bezugnehmend auf 2 kann die Schmelzeinrichtung 100 eine negative Elektrode 120 und eine positive Elektrode 110, eine Gaszufuhrleitung 130 zur Bildung eines Plasmas und eine Antioxidanszufuhrleitung 150 umfassen. Beim Anlegen eines elektrischen Felds an die negative Elektrode 120 und die positive Elektrode 110 wird ein Plasma ionisiert und das ionisierte Plasma wird an die Luft ausgetragen, bildet hohe Energie und erzeugt eine Hochtemperaturflamme. Außerdem wird beim Einspritzen des Antioxidans über die Antioxidanszufuhrleitung 150 das Antioxidans durch die Flamme geschmolzen, und das geschmolzene Antioxidans 150 wird beim Aufspritzen auf die Oberfläche des Stahlmaterials S auf die Oberfläche des Stahlmaterials S aufgebracht, und somit kann ein Antioxidationsfilm 152 gebildet werden. Außerdem kann das geschmolzene Antioxidans durch die Kraft des Austragens des Plasmas an die Luft bis zu in dem Stahlmaterial S gebildeten Korngrenzen eindringen.
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Das Antioxidans kann durch Verwendung der Schmelzeinrichtung 100 geschmolzen werden, und der Antioxidationsfilm 152 kann durch Aufspritzen des geschmolzenen Antioxidans auf das Stahlmaterial S auf einen relativ weiten Bereich einheitlich aufgebracht werden.
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Das Antioxidans bildet beim Schmelzen durch die Schmelzeinrichtung 100 eine Cr-Ni-Fe-Legierung, und die Legierung wird auf die Oberfläche des Stahlmaterials S aufgebracht und bildet den Antioxidationsfilm 152. Die Cr-Ni-Fe-Legierung kann den Antioxidationsfilm 152 mit einer dichteren Filmqualität bilden als bei Vorliegen des Cr, Ni, und Fe in Pulverform und kann eine dichtere Struktur aufweisen, die so dicht oder dichter als auf verwandten Gebieten als Antioxidationsfilm 152 des Stahlmaterials S verwendetes Cr2O3 ist. In diesem Fall wird das Antioxidans in geschmolzenem Zustand auf die Oberfläche des Stahlmaterials S aufgebracht, aber die Temperatur der Oberfläche des Stahlmaterials S ist niedrig, und somit kann das auf das Stahlmaterial S aufgespritzte Antioxidans beim Aufbringen auf die Oberfläche des Stahlmaterials S verfestigt werden. Demgemäß ist es nach dem Aufbringen des Antioxidans nicht notwendig, einen separaten Trocknungsprozess durchzuführen.
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Der Antioxidationsfilm 152 kann in einer Dicke von ungefähr 10 µm bis ungefähr 500 µm gebildet werden. In diesem Fall kann der Antioxidationsfilm 152 bei Bildung in einer Dicke von weniger als 150 µm bei einem Zunderentfernungsprozess nach der Wärmebehandlung größtenteils entfernt werden. Außerdem kann bei Bildung des Antioxidationsfilms 152 in einer Dicke von mindestens 150 µm ein Teil des Antioxidationsfilms entfernt werden, und ein Teil verbleibt auf der Oberfläche des Stahlmaterials S. Daher kann der auf der Oberfläche des Stahlmaterials S verbleibende Antioxidationsfilm 152 zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Plattierungseigenschaft eines gewalzten Produkts fungieren, während er auch nach dem Walzen auf der Oberfläche des gewalzten Produkts verbleibt.
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Nach der Bildung des Antioxidationsfilms 152 auf der Oberfläche des Stahlmaterials S wird das Stahlmaterial S einem Heizofen zugeführt und eine Wärmebehandlung über einen Zeitraum von einigen Stunden, beispielsweise zwei Stunden bis drei Stunden, bei einer Temperatur von ungefähr 1100 °C bis ungefähr 1200 °C durchgeführt. Bezugnehmend auf 3 reagiert der Antioxidationsfilm 152, d. h. ein Teil der Cr-Ni-Fe-Legierung, während der Durchführung der Wärmebehandlung des Stahlmaterials S in dem Heizofen mit Sauerstoff und bildet ein Mischoxid von (Cr, Ni, Fe)O und FeCr2O. Demgemäß liegen in dem Antioxidationsfilm 152 die Cr-Ni-Fe-Legierung und das Mischoxid von (Cr, Ni, Fe)O und FeCr2O nebeneinander vor. Der Antioxidationsfilm 152 verhindert das Eindringen von externem Sauerstoff in das Stahlmaterial S an der Oberfläche des Stahlmaterials S und kann das Auftreten von Korngrenzenoxidation des Stahlmaterials S unterdrücken oder verhindern. Demgemäß kann beim danach durchzuführenden Walzprozess das Auftreten von Oberflächenfehlern aufgrund der Korngrenzenoxidation unterdrückt oder verhindert werden.
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Nach Abschluss des Wärmebehandlungsprozesses kann ein Prozess durchgeführt werden, bei dem das Stahlmaterial S aus dem Heizofen ausgetragen wird und die auf der Oberfläche des Stahlmaterials S gebildeten Zunder entfernt werden. Bei dem Prozess der Entfernung der Zunder kann je nach der Dicke des Antioxidationsfilms 152 der gesamte Antioxidationsfilm 152 entfernt werden, oder es wird nur ein Teil davon entfernt und ein Teil davon kann auch auf der Oberfläche des Stahlmaterials S verbleiben. In letzterem Fall verbleibt der Antioxidationsfilm 152 auch nach dem Walzprozess als solcher auf der Oberfläche des gewalzten Produkts, und somit können die Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Plattierungseigenschaft des gewalzten Produkts verbessert werden.
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Nach Abschluss des Zunderprozesses kann das Stahlmaterial S durch Verwendung einer Walzeinrichtung gewalzt werden, um ein gewalztes Produkt herzustellen.
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Im Folgenden wird ein experimentelles Beispiel beschrieben, um ein Verfahren zur Verarbeitung eines Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu verifizieren.
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4 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis der Analyse einer Oberfläche eines Stahlmaterials nach dem Aufbringen eines Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials durch Verwendung eines Verfahrens zur Verarbeitung des Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht, und 5 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis der Analyse einer Oberfläche eines Stahlmaterials nach dem Aufbringen eines Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials und Wärmebehandeln der Oberfläche durch Verwendung eines Verfahrens zur Verarbeitung des Stahlmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform veranschaulicht.
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Ein manganreicher Stahl mit 15 % bis 25 % Mangan wurde zum kontinuierlichen Gießen in einer Dicke von 250 mm und einer Breite von 1800 mm verwendet, wonach eine gegossene Bramme mit einer Länge von 3500 mm durch Schneiden hergestellt wurde. Hinsichtlich der hergestellten gegossenen Bramme wurden eine visuelle Oberflächeninspektion, Farbsprayinspektion, zerstörungsfreie Inspektion (Ultraschallinspektion) und dergleichen durchgeführt, und es wurde bestätigt, dass auf der Oberfläche der gegossenen Bramme keine Fehler vorlagen.
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Außerdem wurde durch Mischen von 20 Gew.-% Chrompulver, 70 Gew.-% Nickelpulver und 10 Gew.-% Eisenpulver mit Teilchendurchmessern von ungefähr 50 µm bis ungefähr 150 µm ein Antioxidans hergestellt.
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Anschließend wurde das Antioxidans einer Schmelzeinrichtung 100 zugeführt und durch Schmelzen und Aufbringen des Antioxidans auf das Stahlmaterial ein Antioxidationsfilm 152 gebildet. An diesem Punkt wurden die Antioxidationsfilme 152 in den jeweiligen Dicken von ungefähr 50 µm bis ungefähr 80 µm und von ungefähr 150 µm bis ungefähr 200 µm auf der Oberfläche des Stahlmaterials gebildet.
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Dann wurde das Stahlmaterial mit dem darauf gebildeten Antioxidationsfilm 152 in einen Heizofen eingetragen und 120 Minuten bei einer Temperatur von ungefähr 1150 °C bis ungefähr 1200 °C wärmebehandelt.
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Dann wurde das Stahlmaterial aus dem Heizofen ausgetragen, auf der Oberfläche des Stahlmaterials gebildeter Zunder entfernt und dann in einer Walzeinrichtung gewalzt, um ein Produkt herzustellen.
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Vor dem Walzen des Stahlmaterials wurden der Applikationszustand des auf der Oberfläche des Stahlmaterials gebildeten Antioxidationsfilms und die Komponenten des Antioxidationsfilms durch eine Analyse mittels Rasterelektronenmikrometer (SEM) und eine Analyse mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) analysiert.
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Außerdem wurde nach dem Walzen des Stahlmaterials der Oberflächenzustand des Produkts durch eine Analyse mittels Elektrodensonden-Röntgenmikroanalysator (EPMA) analysiert.
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Zuerst untersucht wird das Ergebnis der Analyse des Applikationszustands des auf der Oberfläche des Stahlmaterials gebildeten Antioxidationsfilms und der Komponenten des Antioxidationsfilms nach dem Aufbringen des Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials unter Schmelzen des Antioxidans unter Verwendung der Schmelzeinrichtung.
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Bezugnehmend auf (a) von 4 ist ersichtlich, dass das Antioxidans eine bestimmte Dicke auf der Oberfläche des Stahlmaterials aufweist, einheitlich aufgebracht ist und einen Antioxidationsfilm bildet.
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Außerdem war aus dem Ergebnis der EDS-Analyse ersichtlich, dass Chrom (Cr), Nickel (Ni) und Eisen (Fe) an der Oberfläche des Stahlmaterials unter Bildung einer Cr-Ni-Fe-Legierung vorlagen, wie in (b) von 4 veranschaulicht.
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Außerdem wurden nach der Bildung des Antioxidationsfilms auf der Oberfläche des Stahlmaterials und der Wärmebehandlung des Stahlmaterials der Applikationszustand des auf der Oberfläche des Stahlmaterials gebildeten Antioxidationsfilms und die Komponenten des Antioxidationsfilms analysiert.
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Bezugnehmend auf (a) von 5 wurde festgestellt, dass der auf der Oberfläche des Stahlmaterials gebildete Antioxidationsfilm eine dichtere Struktur aufwies als vor der Wärmebehandlung. Außerdem war ersichtlich, dass in dem in (a) von 5 gezeigten Antioxidationsfilm hier und da Flecken vorlagen. Dies deutet darauf hin, dass der Antioxidationsfilm aus mindestens zwei Substanzen besteht. Außerdem wurde bezugnehmend auf (b) von 5 analysiert, dass in einem Teil des Antioxidationsfilms eine Cr-Ni-Fe-Legierung vorlag und in einem anderen Teil ein Mischoxid von (Cr, Ni, Fe)O und FeCr2O vorlag. Hier gibt ein (X)-Teil die Gesamtheit des Antioxidationsfilms (Dickenrichtung) an und ein (Y)-Teil einen Teil an, in dem das Mischoxid durch Reaktion mit Sauerstoff in dem Antioxidationsfilm gebildet wurde. Der Antioxidationsfilm behielt die gleiche Cr-Ni-Fe-Legierung wie beim anfänglichen Aufbringen auf das Stahlmaterial durch das Wärmebehandlungsverfahren, aber es wurde festgestellt, dass ein Teil des Antioxidationsfilms im Heizofen mit Sauerstoff reagierte und das Mischoxid von (Cr, Ni, Fe)O und FeCr2O bildete. Demgemäß ist festzustellen, dass die in (a) von 4 auf dem Antioxidationsfilm gebildeten Flecken durch die Cr-Ni-Fe-Legierung und das Mischoxid von (Cr, Ni, Fe)O und FeCr2O gebildet werden.
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Außerdem wurde nach dem Walzen des Stahlmaterials der Oberflächenzustand des Produkts analysiert.
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Zunächst wurde nach dem Walzen des Stahlmaterials mit dem darauf gebildeten Antioxidationsfilm in einer Dicke von ungefähr 50 µm bis ungefähr 80 µm der Oberflächenzustand des Produkts untersucht.
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Wenngleich nicht gezeigt, wurden gemäß dem Ergebnis der EPMA-Analyse Aufbaukomponenten des Antioxidationsfilms, d. h. Chrom und Nickel, an der Oberfläche des Stahlmaterials nicht nachgewiesen. Dies bedeutet, dass der Antioxidationsfilm durch den Zunderentfernungsprozess nach der Wärmebehandlung entfernt wurde.
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Außerdem wurde nach dem Walzen des Stahlmaterials mit dem darauf gebildeten Antioxidationsfilm in einer Dicke von ungefähr 150 µm bis ungefähr 200 µm der Oberflächenzustand des Produkts untersucht.
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Außerdem wurde anhand des Ergebnisses der EPMA-Analyse festgestellt, dass Chrom und Nickel, die den Antioxidationsfilm bildeten, in einem Oberflächenschicht teil in einheitlicher Dicke an der Oberfläche des Stahlmaterials verblieben. Bei Bildung in relativ großer Dicke wird der Antioxidationsfilm durch den Zunderentfernungsprozess nicht entfernt und verbleibt auf der Oberfläche des Stahlmaterials, und selbst nach dem Walzprozess verbleibt der Antioxidationsfilm als solcher unter Bildung eines Films auf der Oberfläche des Produkts. Der Antioxidationsfilm kann dazu dienen, einem gewalzten Produkt Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Plattierungseigenschaft, bei denen es sich um Eigenschaften einer Cr-Ni-Fe-Legierung handelt, zu verleihen, indem er auf der Oberfläche des Produkts, d. h. des gewalzten Produkts, verbleibt.
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Außerdem wurde bei der visuellen Untersuchung der Oberfläche des Produkts bestätigt, dass in der Oberfläche des Produkts fast kein feiner Fehler vorlag. Dies liegt daran, dass das Antioxidans auf die Oberfläche des Stahlmaterials aufgebracht wird, ein Wärmebehandlungsprozess durchgeführt wird, so dass Sauerstoff am Eindringen in die Korngrenzen des Stahlmaterials im Heizofen unter oxidierender Atmosphäre gehindert wird, und die Korngrenzenoxidation unterdrückt wird. Demgemäß treten nach dem Walzen des Stahlmaterials fast keine feinen Oberflächenfehler aufgrund der Korngrenzenoxidation auf, und somit können die Qualität und Zuverlässigkeit des Produkts verbessert werden.
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Bisher sind in der näheren Beschreibung der vorliegenden Offenbarungspezifische beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden, an denen aber verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Daher wird der Schutzbereich der Erfindung nicht durch die nähere Beschreibung der Erfindung definiert, sondern durch die beigefügten Ansprüche, wobei alle Unterschiede im Schutzbereich als in der vorliegenden Erfindung enthalten zu verstehen sind.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Gemäß beispielhaften Ausführungsformen wird die Korngrenzenoxidation der Oberfläche eines Stahlmaterials unterdrückt, um einen Oberflächenfehler eines letztendlich hergestellten Produkts zu verringern, und somit können die Qualität und Produktivität des Stahlmaterials verbessert werden.