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Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der Sprödigkeit und Erhöhung
der Kaltverforinbarkeit von - gegebenenfalls beschichteten - Walzblechen,
welche durch Kaltverformung, insbesondere durch Kaltwalzen, hart geworden sind Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verminderung der Sprödigkeit
und zur Verbesserung der Verformbarkeit von Walzblechen, welche durch Kaltverformung,
insbesondere durch Kaltwalzen, hart geworden sind.
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Walzbleche, insbesondere sehr dünne Walzbleche, werden hn allgemeinen
durch Kaltwalzen dickerer Ausgangsbleche hergestellt. Bei diesem Kaltwalzen werden
die Blechstärken oft um mehr als 80% verringert. Durch diese außerordentlich starke
Kaltverformung erlangen diese Bleche eine hohe Festigkeit und können daher auch
in sehr dünnen Stärken verwendet werden, haben dafür aber den Nachteil, daß sie
sehr hart und spröde geworden sind. Die Sprödigkeit und die Härte dieser Bleche
nimmt dabei Werte an, die eine Weiterverarbeitung der Bleche auf dem Wege der spanlosen
Formgebung, z. B. in der Dosenindustrie, nicht mehr zulassen, weil bei der Herstellung
von Bördelrändern oder Falznähten Materialbräche auftreten.
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Es ist bekannt, die nachteilige Härte und Sprödigkeit dieser Bleche
dadurch zu vermindern, daß man sie einem Glühprozeß aussetzt und danach noch einmal
kalt oder warm walzt, um eine glatte Oberfläche zu erzielen. Bei diesem Walzen wird
die Dicke der Bleche um etwa 1,% vermindert.
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Durch das Glühen verlieren diese Walzbleche aber nicht nur die große
Härte und Sprödigkeit, die eine Folge der Kaltverformung sind, sondern es vermindert
sich gleichzeitig auch die bei der Kaltverformung größer gewordene Zugfestigkeit
der Bleche.
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Diese Bleche sind zwar nunmehr kalt verformbar und zur Dosenherstellung
geeignet, der Zugfestigkeitsverlust stellt aber einen erheblichen Nachteil dar,
denn es müssen größere Blechstärken verwendet werden, um einem Gegenstand die Festigkeit
zu verleihen, die er bei Verwendung ungeglühter Bleche aufweisen würde. Dadurch
tritt ein Mehrverbrauch an Werkstoff ein. Ein weiterer Nachteil geglühter Bleche
besteht darin, daß sie infolge der geringen Zugfestigkeit nicht in beliebig geringer
Stärke durch ein Verzinnungsbad geführt werden können, weil sie dem Zug, der beim
Durchlaufen des Bades zwecks Förderung auf sie ausgeübt wird, nicht widerstehen.
Die Unkosten, die beim Reißen eines Walzbleches ira Zinnbad entstehen, sind sehr
hoch, Andererseits werden aber von der Dosenindustrie verzinnte und dünne Bleche
verlangt, die eine hohe Zugfestigkeit aufweisen.
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Um derartige Bleche für die Dosenindustrie herzustellen, wird ein
Ausgangsblech durch Kaltwalzen auf eine Stärke gebracht, bei der es auch in geglühtern
Zustand noch gut verzinnbar ist. Danach werden diese Bleche geglüht und anschließend
verzinnt. Diese verzinnten Bleche werden nunmehr durch Kaltwalzen auf die endgültige
Stärke herabgewalzt. Dabei erfolgt eine Dickenabnahme um etwa 30 bis 60,1/o,
und es können auf diese Weise Weißbleche hergestellt werden, die nur eine Stärke
von 0,1
und weniger aufweisen.
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Diese Bleche haben zwar nun die gewünschte geringe Stärke und große
Zugfestigkeit und Härte. Leider führt jedoch die Erzielung dieser Eigenschaften
zu einem fast vollständigen Verlust der spanlosen Verforinbarkeit dieser Bleche,
und es treten außerdem auch noch richtungsabhängige Eigenschaften auf. Der Zugversuch
zeigt, daß diese Bleche bei der gleichen Zugspannung quer zur Walzrichtung eine
Dehnung von 1!% und weniger aufweisen, während in der Walzrichtung eine Dehnung
von etwa 1 bis 311/o gemessen wurde.
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Wenn aus diesen Blechen Dosen so hergestellt werden, daß deren Längsachsen
parallel zur Walzrichtung der Bleche verlaufen, dann treten bei der Herstellung
zahlreiche und häufige Brüche auf. Dabei treten die Brüche bei der Herstellung der
Längsnaht bzw. bei deren Falzung auf und insbesondere beim Bördeln der Stirnkanten
der Dosen bzw. bei der Ausbildung der Falznaht zur Befestigung der Böden oder Deckel.
Die Folge sind undichte Dosen.
Die Ursache für diese Brüche ist
darin zu sehen, daß bei der Ausbildung der Falze örtlich begrenzte, aber sehr hohe
plastische Dehnungen des Bleches stattfinden, die quer zur Walzrichtung verlaufen.
Will man diese Nachteile dadurch vermeiden, daß man die Dosen so herstellt, daß
die Walzrichtung der Bleche quer zur Längsachse der Dosen verläuft, dann treten
unterhalb des Verschlußfalzes bei rauher Behandlung der Dosen Knicke auf, die ebenfalls
zu Brüchen des Bleches führen.
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Wenn man die vorzügliche Zugfestigkeit und die geringe Stärke der
Bleche für die Dosenherstellung wirklich ausnutzen will, muß man versuchen, die
Verformbarkeit dieser Bleche, die vor dem Kaltwalzen vorhanden war, wieder herzustellen.
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Ein zweites Glühen scheidet aus, weil die erforderlichen Temperaturen
so hoch liegen, daß das Zinn mit dem Stahl legieren wurde, und Zinn-Eisen-Legierungen
bekanntlich unerwünscht hart und spröde sind.
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Die Erfindung hat die, Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, durch welches die unerwünschte große
Härte und die große Sprödigkeit dieser Bleche vermindert und die spanlose Verformbarkeit
wieder hergestellt oder vergrößert wird, wobei aber die vorteilhafte hohe Zugfestigkeit
erhalten oder nur unwesentlich beeinträchtigt werden soll. Dabei soll dieses Verfahren
in einer einfachen mechanischen Behandlung des Weißbleches bestehen und die spanlose
Verformbarkeit desselben sowohl quer als auch längs zur Walzrichtung vergrößern
oder wieder herstellen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß die Walzbleche einer Wechselbeanspruchung unterzogen werden,
bei welchem zunächst in der einen Oberflächenschicht des Walzbleches Zug- und in
der gegenüberliegenden Druckspannungen hervorgerufen werden und wenigstens eine
dieser Oberflächenschichten dabei bis über die Fließgrenze hinaus beansprucht wird,
worauf die Zug- und Druckspannungen in den beiden Oberflächenschichten gewechselt
werden, -und zwar wiederum unter Beanspruchung wenigstens einer Oberflächenschicht
des Walzbleches über die Fließgrenze hinaus, und daß die Wechselbeanspruchung bis
zur Erzielung der gewünschten Weiterverarbeitungseigenschaften bzw. der Verformbarkeit
des Walzbleches wiederholt, jedoch vor Erreichen der Schadenslinie abgebrochen wird.
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Für jede gegebene Anzahl von Beanspruchungswechseln oder Lastwechseln,
d. h. 10 oder 100 oder 1000, gibt es eine Z-agspannung,
die nach der bestimmten Anzahl von Lastwechseln zum Bruch fährt. Bei derselben Anzahl
von Lastwechseln gibt es eine geringere Zugspannung, bei der kein Bruch eintritt,
bei der aber feine Risse entstehen, die aber zuletzt auch den Bruch hervorrufen.
Die Kurve, die das Entstehen dieser feinen Risse, d. h. die Anzahl von Lastwechseln
und die Zugspannung, die zu ihrer Bildung führen, angibt, wird als Schadenslinie
bezeichnet.
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Die Erfindung geht dabei von einem in der Dosenherstellung bekannten
Gefügeauflockerungsverfahren aus, bei dem das Walzblech unmittelbar vor dem Formen
der Dosenrümpfe über mehrere übereinander angeordnete Walzen geführt wird, die durch
Biegen des Bleches eine Gefügeauflockerung hervorrufen. Dadurch wird die Herstellung
exakt runder Dosenrümpfe sichergestellt und die Bildung von Falten od. dgl. verhindert.
Gleichzeitig vermindert sich durch diese Behandlung auch der Widerstand, den die
Bleche einer Verformung entgegensetzen, so daß die Dosenherstellung mit hoher Geschwindigkeit
durchgeführt werden kann.
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Die durch Kaltwalzen verlorengegangene Verformbarkeit von Weißblechen
kann auf diese Weise je-
doch nicht wieder hergestellt werden. Auch die große
Härte und Sprödigkeit dieser Bleche wird durch diese bekannte Gefügeauflockerungsbehandlung
nicht vermindert. Die Ursache dafür ist darin zu suchen, daß das Walzblech bei dieser
Gefügeauflockerung nicht oder zumindest nicht intensiv und häufig genug bis zur
Fließgrenze belastet wird. Erst die abwechselnd hervorgerufenen Zug- und Druckspannungen,
bei denen wenigstens eine der Spannungen die Fließgrenze erreicht, führt zu der
gewünschten Wiederherstellung oder Vergrößerung der Vera formbarkeit eines Walzbleches,
wenn diese Lastwechsel häufig genug erfolgen.
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In der Stahl- und Stahl verarbeitenden Industrie ist ein Verfahren
zum Richten oder Spannen von Blechen bekannt, bei dem die Bleche durch zickzackförmig
angeordnete Walzen geführt werden. Dadurch werden die Bleche abwechselnd nach der
einen und nach der anderen Richtung gebogen und Beulen, Rippen od. dgl. beseitigt.
Dieses bekannte Verfah-# ren führt aber ebenfalls und aus den bereits für die Gefügeauflockerung
genannten Gründen nicht zu einer Wiederherstellung oder Vergrößerung der spanlosen
Verformbarkeit von Walzblechen, die durch Kaltverformung hart und spröde geworden
sind.
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Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren wird das Walzblech
im Gegensatz zu den bekannten anderen Zwecken dienenden Verfahren bei jedem Lastwechsel
mindestens einmal bis zur Fließgrenze belastet, und es wird einer so großen Anzahl
von Lastwechseln unterzogen, daß eine gewisse Weichheit und eine gute Verformbarkeit
erlangt, die Zugfestigkeit jedoch nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt wird.
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Durch Begrenzung der Spannungen und der Zahl der Lastwechsel hat man
es in der Hand, Dauerbrüche oder Ermüdungsbrüche zu vermeiden. -Vorteilhafterweise
können die Zug- und Druckspannungen entweder längs oder quer bzw. abwechselnd längs
oder quer zur Walzrichtung des Bleches ausgeübt werden. Damit ist die Möglichkeit
gegeben, der Richtungsabhängigkeit der Werkstoffeigenschaften entgegenzuwirken,
die durch das Kaltwalzen hervorgerufen wird.
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Versuche haben gezeigt, daß die unter sonst gleichen Voraussetzungen
erzielbare Verbesserung der Verformbarkeit, bei der Durchführung des Verfahrens
von der vorher bestehenden Verformbarkeit abhängig ist. Dabei ist die Zunahme der
Verformbarkeit um so größer, je geringer die Verformbarkeit des kalt gewalzten
Bleches vor der Durchführung des Verfahrens war, und sie ist um so geringer,
je größer die Verformbarkeit des kalt gewalzten Bleches vor Durchführung
des neuen Verfahrens war.
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Dadurch ist der Vorteil gegeben, daß bereits vorhandene günstige Eigenschaften
des Walzbleches nicht oder nur in geringem Maße beeinflußt werden. Wenn man in Betracht
zieht, daß es bei der Durchführung des neuen Verfahrens möglich ist, die Verfonnbarkeitsverbesserung,
die ja von einer, wenn
auch geringen Abnahme der Zugfestigkeit begleitet
ist, nur so weit zu treiben, daß gerade die zur Weiterverarbeitung erforderliche
Verformbarkeit erreicht wird und daß dadurch Walzbleche erzeugt werden können, die
sowohl blank als auch organisch oder metallisch plattiert sein können und die dabei
außerordentlich dünn hergestellt werden können, was bisher nicht möglich war, und
die infolge ihrer hohen Festigkeit auch in diesen geringen Stärken verwendet werden
können, dann ist es durchaus berechtigt, wenn man die Erfindung als ein Verfahren
zur Herstellung eines neuen Werkstoffes bezeichnet, der durch die Kombination hervorragender
Eigenschaften gekennzeichnet ist. Diese Eigenschaften, hohe Zugfestigkeit, Härte,
hinreichend gute Verforinbarkeit in beliebig geringen Stärken und mit nahezu beliebigen
Überzügen herstellbar, ließen sich bei bekannten Walzblechen nicht verwirklichen.
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Das neue Verfahren ist aber nicht auf Stahl und überzogenen Stahl
als Anwendungsbereich beschränkt, sondern mit den gleichen günstigen Ergebnissen
bei einer Vielzahl anderer Metallbleche anwendbar.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind in der Einfachheit der Vorrichtung
zum Ausführen des neuen Verfahrens gegeben, welche sich erfindungsgemäß dadurch
kennzeichnet, daß eine Walzenanordnung aus einer Vielzahl von in Durchlaufrichtung
aufeinanderfolgenden und einstellbar ineinandergeschachtelten Walzen, die eine sinusförinige
Durchlaufbahn für das Blech begrenzen, wobei der Umschlingungswinkel der Walzen
von beiden Enden der Bahn her in Richtung auf die Mitte zu zunimmt.
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Diese erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung weist nicht nur einen
einfachen Aufbau auf, sondern sie ist auch durch ihre bequeme Einstellbarkeit jedem
Blech und jeder gewünschten Verbesserung der Verforinbarkeit anpaßbar.
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In den Zeichnungen ist das Verfahren, welches Gegenstand der Erfindung
ist, erläutert.
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F i g. 1 zeigt die Anwendung des neuen Verfahrens unmittelbar
im Anschluß an die Herstellung eines harten, kalt gewalzten Bleches; F i
g. 2 stellt eine Kante eines Walzbleches dar, wie es als Ausgangsmaterial
in der in F i g. 1 gezeigten Anordnung verwendet werden kann; F i
g. 3 zeigt eine Ansicht nach F i g. 2, bei der das Walzblech beidseitig
mit einem metallischen Überzug versehen ist; F i g. 4 stellt eine Ansicht
gemäß F i g. 2 und 3 dar und zeigt das aus dem Ausgangsblech gemäß
F i g. 2 und 3 hergestellte harte, kalt gewalzte Weißblech; F i
g. 5 zeigt in schematischer Darstellung das gleichzeitige Bearbeiten zweier
Walzblechstreifen nach dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren.
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In F i g. 1 ist ein Verfahren zur Herstellung von hartem, zur
Fabrikation von Dosen geeigneten, kalt gewalztem Weißblech in Verbindung mit dem
erfindungsgemäß durchzuführenden Verfahren erläutert.
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Als Ausgangsmaterial ist gemäß F i g. 2 ein Band
S
vorgesehen, das im Vergleich zum Endprodukt verhältnismäßig dick ist. Das
weichgeglühte Band S, das etwa doppelt so dick wie das Endprodukt ist, wird,
nachdem es einer sorgfältigen Reinigung unterzogen wurde, durch ein Galvanisierungsbad
10 geführt, in welchem die Oberflächen des Bandes S mit überzügen
C versehen werden. Die Stärke der Überzüge C
ist im Vergleich zu der
beim Endprodukt gewünschten Dicke ebenfalls verhältnismäßig groß. Das überzogene
Band ist am besten in F i g. 3 erkennbar. Darauf wird das überzogene Band
S durch eine Reihe von Kaltwalzen 11, 12, 13 geführt, die die
Dicke des Bandes S um 30 bis 60,% vermindern. Es ist selbstverständlich, daß die
Anzahl der benötigten Kaltwalzen entsprechend der erforderlichen Dickenabnahme und
des Walzendruckes verändert werden muß. Nach Beendigung des Walzvorganges erhält
man ein hartes, kalt gewalztes Weißblech P, das handelsüblich bezogen werden kann.
Das Blech P ist also aus einem Metallband S geformt worden, indem es auf
die gewünschte Dicke herabgewalzt und mit einem ein- oder beidseitigen Metallüberzug
der gewünschten Dicke versehen wurde, wobei die anfänglich verhältnismäßig große
Dicke der Überzüge C (F i g. 3)
während des Kaltwalzens in gleichem
Maße vermindert wurde. Das unter 30 bis 60% Dickenabnahine kalt gewalzte Blech ist,
wenn es von den Walzen kommt, verhältnismäßig hart und spröde und daher in der Dosenindustrie
nur begrenzt verwendbar. Es würden sich jedoch große wirtschaftliche Vorteile ergeben,
wenn die Sprödigkeit verringert werden könnte. Für eine Normaldose werden etwa 202
cm2 Blech benötigt, welches einen Zinnüberzug von z. B. 0,3 mm Dicke aufweist.
Aus diesem Blech erhält man nach einem Kaltwalzen mit 50,% Dickenabnahme ein Blech,
das zur Herstellung von zwei Normaldosen ausreicht, die einen Zinnüberzug von
0,15 mm Stärke aufweisen. Die Walzkosten sind derart niedrig, daß die Verdoppelung
der Quadratmeterzahl des Endproduktes bei viel geringeren Unkosten erzielt wird
als bei anderen Verfahren. Die Stahlindustrie hat diese im. Vergleich zu üblichem
Weißblech niedrigeren Produktionskosten pro Flächeneinheit erkannt und den Preis
pro Normaldose um 55#l/o unter dem Preis festgelegt, der für das übliche Weißblech
derselben Dicke verlangt wird. Da das neue hartgewalzte Blech eine größere Festigkeit
aufweist als das üb-
liche Blech, kann es in geringeren Dicken verwendet werden,
so daß sich eine weitere Materialkosteneinsparung ergibt, die etwa 15,% bei jeder
Normaldose pro Verminderung der Dicke um 0,0138 mm beträgt. Die Gesamteinsparungen
in der amerikanischen Dosenindustrie, die durch die Verwendung des neuen hartgewalzten
Bleches erzielt werden, betragen einige Millionen Dollar. Die vollständige Ausnutzung
eines solchen Bleches und die damit erzielbaren Einsparungen hängen jedoch davon
ab, daß die Verformbarkeit eines solchen harten und spröden Bleches verbessert werden
kann. Die Erfindung löst diese Aufgabe.
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Die Erfindung läßt sich aber auch auf andere Ausgangsmaterialien anwenden.
So kann von einem warm gewalzten Stahlband ausgegangen werden, das durch Kaltwalzen
mit einer Dickenabnahme von etwa 80 bis 9011/o bis etwa auf das Doppelte
der Enddicke herabgewalzt wird. Danach erfolgt das Weichglühen, das Verzinnen und
schließlich das Kaltwalzen auf die Enddicke. Man kann das Stahlband auch ohne Verzinnung
unmittelbar nach dem Warmwalzen durch Kaltwalzen in einem Tandeinwalzwerk mit fünf
oder sechs Walzen bis auf die Enddicke bringen. Die Kaltverformung um etwa 80 bis
95,% ergibt ein viel zu hartes und steifes Stahlband, welches gewöhnlich auch viel
zu spröde ist, um in unausgeglühtem Zustand verwendet werden zu können. Durch teilweise
Wiederherstellung der Verformbarkeit eines
derartigen Materials,
und zwar durch Anwendung des Verfahrens, das Gegenstand der Erfindung ist, könnte
es jedoch für viele Zwecke in seinem harten, ungeglühten Zustand, und zwar sowohl
ohne als auch mit einem nachträglich aufgebrachten Zinn-oder anderen metallischen
Überzug verwendet werden. Die hohe Festigkeit dieses außerordentlich harten Walzbleches
läßt für viele Verwendungszwecke, z.B. für Böden oder Deckel von Konservendosen,
weitere Verringerungen seiner Stärke zu. Es sind dadurch nicht nur erhebliche Materialeinsparungen
zu erzielen, sondern der Fortfall des Glühens und des üblichen Warmwalzens ergibt
zusätzliche Einsparungen bei den Herstellungskosten dieses harten Walzbleches.
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Gemäß der Erfindung kann jede dieser beiden Arten dieses harten Walzbleches
P oder auch andere harte und spröde Bleche in Fortsetzung des Walzverfahrens im
Stahlwerk nach dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren aufgearbeitet oder zunächst
auf Rollen aufgewunden und später entsprechend der Erfindung entweder in einem Stahlwerk
oder in einem Werk zur Herstellung von Dosen aufgearbeitet werden. Zur Vereinfachung
ist die Aufarbeitung des harten und festen, aber spröden, kalt gewalzten Bleches
P nach dem erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahren als Teil eines fortlaufenden
Herstellungsverfahrens wiedergegeben.
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In F i g. 1 ist das harte, kalt gewalzte Blech P bei seinem
Durchgang dürch eine besondere Anordnung von Walzen 14 dargestellt. Diese Walzenanordnung
14 kann aus einer Vielzahl von Walzen 15 gebildet werden, die sich quer zu
der Bewegungsrichtung des Bleches P in zwei Sätzen erstreckt. Die Achsen des einen
Walzensatzes 15 a, 15 c, 15 e, 15 g usw.
liegen in einer Ebene, während die Achsen des zweiten Walzensatzes15b,
15d, 15f, 15h usw. innerhalb einer Fläche liegen, die
gegen die Ebene, in der die Achsen der Walzen 15 a, 15 c
usw. liegen, gewölbt ist.
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Wenn die abwechselnd arbeitenden Walzen 15a, 15 b, 15
c, 15 d einen sehr geringen Durchmesser aufweisen, dann können
sie durch Walzen mit größeren Durchmessern gestützt werden, um Durchbiegungen zu
verhindern, wenn das mehrfache Hin- und Herbiegen bei einem sehr breiten Band,
d. h. bei einem Band bis zu einer Breite von 96,52 cm durchgeführt
wird. Doppelt abgestätzte Walzen, gegen die sich zwei Stützwalzen legen, können
erforderlich werden, um nicht nur die Abbiegung der aus der Ebene des Walzbleches,
sondern auch eine Abbiegung in Richtung der Blechbewegung zu verhindern. Geeignete,
nicht gezeigte Einrichtungen sind zur Einstellung des unteren Walzensatzes
15 b, 15 d, 15 f, 15 h usw. vorgesehen, um ihn
in Richtung auf den ersten oder unteren Walzensatz einzustellen oder um ihn entsprechend
der Dick ' e des zu bearbeitenden Materials gegen den unteren Walzensatz
zu neigen. Daher läuft das harte, kalt gewalzte Blech P beim Durchgang durch die
Walzenanordnung 14 zunächst unter und um eine Walze 15a und dann über und um die
nächstliegende Walze 15 b. Das harte, kalt gewalzte Blech P durchläuft
also eine sinusförmige Bahn und wird dabei erst in der einen Richtung und dann in
der anderen gebogen, wobei das Ausmaß der Biegung zunächst bis zu einem Höchstwert
ansteigt, um dann zum Ende der Walzenanordnung hin abzunehmen. Infolge dieser Biegungen
wird ein gegebenes Oberflächenelement des Bleches P wiederholt, und zwar zuerst
auf Druck und dann auf Zug beansprucht.
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Wenn ein einzelnes hartes, kalt gewalztes Band durch die Walzenanordnung
14 geführt wird, entsteht bei jeder Walze im konvex gekrümmten Teil des Bleches
P eine Zugspannung und im konkav gekrümmten Teil eine Druckspannung, während die
neutrale Achse des Bleches P unbeeinflußt bleibt. Auf dem Weg des Bleches von einer
Walze zur nächsten werden die Zug- und Druckspannungen aufgehoben und beim Passieren
der nächsten Walze 15 in umgekehrter Anordnung hervorgerufen, so daß der
Teil des Bleches P, der sich vorher unter Zugspannung befand, nunmehr einer Druckspannung
ausgesetzt ist, und umgekehrt. Längs der neutralen Achse entstehen auch dabei keine
Beanspruchungen.
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Die Walzen 15 und deren Durchmesser sind derart aufeinander
abgestimmt, daß nicht nur einfach ein Richten des Bleches P durch Walzen
erfolgt. Wenn das harte, kalt gewalzte Blech P um die Walzen 15 läuft, muß
es in einem Maße gedehnt werden, daß wenigstens die Oberfläche, die auf Zug beansprucht
wird, beim Verlassen der Walze bis über die Fließgrenze des Materials hinaus beansprucht
worden ist. Aber auch die auf Druck beanspruchte Oberfläche wird über die Fließgrenze
des Materials hinaus beansprucht. Versuche haben ergeben, daß das Walzblech bis
zu einer Tiefe von 10 bis 40 19/o seiner Dicke über die Fließgrenze hinaus
beansprucht werden sollte. Je tiefer diese Beanspruchung bei einem Lastwechsel im
Blech einwirkt, um so geringer ist die Anzahl der Lastwechsel, die erforderlich
ist, um die gewünschte Erhöhung der Verformbarkeit zu erzielen, wobei das Biegen
aber andererseits noch vor dem Auftreten von Ermüdungsbrüchen eingestellt werden
muß.
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Die Tiefe, bis zu der bei jeder Biegung um einen bestimmten Radius
eine über die Fließgrenze hinausgehende Belastung erfolgt, kann nach der
nachstehenden Formel berechnet werden:
wobei c = Abstand der neutralen Achse (Mitte des Bleches) von dem
Punkt, an dem das Metall zu fließen beginnt, d. h. Höhe des elastisch verformten
Bereiches, t = halbe Dicke des Walzbleches, by = Fließgrenze
des Werkstoffes, E = Elastizitätsmodul des Werkstoffes,
r = Biegeradius ist. Beispiel Ausgangswerkstoff war ein hart gewalzter
Stahl mittlerer Festigkeit, 0,15 mni dick, mit einer Streckgrenze von
70 kg/mm2, einem Elastizitätsmodul von 2210 kg/mm2 und einem Biegeradius
von 10 mm.
Daraus ergibt sich nach der obigen Formel die Tiefe, bis
zu der das Metall jeweils von der Oberfläche aus über die Fließgrenze hinaus beansprucht
wird, 5601o der halben Dicke oder 28-1/o der gesamten Dicke des Walzbleches. Da
jeder Lastwechsel eines Werkstoffelementes die Fließgrenze herabsetzt, ist nicht
bestimmbar, bis zu welcher Tiefe die Einwirkung bei
jedem nachfolgenden
Lastwechsel, erfolgt. Aus der Gleichung geht jedoch hervor, daß die Einwirktiefe
zunimmt, wenn öy abnimmt. Daraus erfolgt, daß viele Lastwechsel zweckmäßig und erwünscht
sind, vorausgesetzt, daß ihre Anzahl so begrenzt wird, daß keine Ermüdungsbrüche
auftreten. Bei Stählen beträgt die Anzahl der unbeschadet überstandenen Lastwechsel
mehr als 10 000 000 und ist als Dauerfestigkeit bekannt. Die Kurve, die die
Anzahl der Lastwechsel, die zum Bruch führt, in Abhängigkeit von der Belastung angibt,
ist als Dauerfestigkeitssehaubild bekannt. Davon unterscheidet sich die obenerwähnte,
durch das Auftreten von Haarrissen bestimmte Schadenslinie durch einen niedrigeren
Zugspannungs" wert.
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Bei der Anwendung des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens ist
es erforderlich, daß die Anzahl der Lastwechsel, die die Oberflächenschichten über
die Fließgrenze hinaus durch Biegen belasten, so gering ist, daß die Schadenslinie
nicht überschritten oder erreicht wird. Die Verformbarkeit eines Walzbleches wird
bei Durchführung des erfindungsgemäß ausgebildeten Verfahrens vergrößert, wenn die
Anzahl der Lastwechsel und die höchste Biegebeanspruchung so aufeinander abgestimmt
sind, daß keine Ermüdungs- oder Dauerbrüche eintreten.
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Es wurden Versuche mit einer Walzenanordnung 14, die aus neun Walzen
im oberen und acht Walzen im unteren Walzensatz bestand, durchgeführt. Jede dieser
Walzen 15 a, 15 b usw. hatte einen Durchmesser
von 22,2 mm, und die Walzen in jedem Satz hatten einen Mittenabstand von 25,4 mm,
wobei der Abstand zwischen den beiden Walzensätzen verstellbar war. Der geringe
Abstand, den die Walzen in einem Satz haben, und der verhältnismäßig große Walzendurchmesser
begrenzen das Ausmaß, in welchem die Walzen zwischeneinandertreten können und daher
auch den Grad des Biegens, der bei sehr dünn-en Blechstärken erzielbar ist. Dies
ist eine durch die verwendete Einrichtung gegebene Beschränkung, während Einrichtungen
vorzuziehen wären, die ein Ineinandergreifen der Walzen zulassen, wie es in idealer
Weise in F i g. 1 wiedergegeben ist. Eine zur gewerblichen Ausnutzung der
Erfindung bestimmte Vorrichtung würde mehr der Vorrichtung gleichen, die in F i
g. 1 schematisch dargestellt ist, und sie würde genügend Zwischenraum zwischen
den Walzen in jedem Satz aufweisen, um ein Ineinandergreifen und dadurch einen größeren
Biegungsgrad zu ennöglichen.
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In der Versuchsvorrichtung wurde hartes, kalt gewalztes Weißblech
durch die Walzenanordnung geführt, wobei 81/2 Lastenwechsel bei jedem Durchlauf
erzielt werden.
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Es wurde ermittelt, daß der zwischen dem ersten und zehnten Durchlauf
erzielte Zuwachs an Verformbarkeit etwa genau so groß ist, wie der zwischen
10 und 100 Durchläufen erzielte. Es liegt im allgemeinen eine mit
der Anzahl der Durchläufe zunehmende Verbesserung der Verformbarkeit vor, die logarithmisch
mit der Anzahl der erfolgten Durchgänge zunimmt. Daraus ergbit sich eine
obere -Grenze für die Anzahl der Durchläufe, die von wirtschaftlichen Gesichtspunkten
bestimmt wird. Da diese Grenze wahrscheinlich unterhalb 85 vollständiger
Lastwechsel liegt, wenn der erforderliche Biegeradius eingestellt ist, wurden zunächst
Messungen nach zehn Durchläufen durch die Walzenanordnung, also nach 85 vollständigen
Lastwechseln, vorgenommen.
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Aus der nachstehenden Tabelle
1 sind die Resultate ersichtlich:
| Tabelle 1 |
| Material: Weißblech mit einer doppelseitigen Zinnauflage von
5 bis 6 g/M2 |
| Prüfung in Längsrichtung Prüfung in Querrichtung |
| Bruchgrenze Fließgr#enze Dehnung Bruchgrenze Fließgrenze Dehnung |
| 0,70 k# 0,70 kgJmm2 "/oin50,8mm 0,70kg/mm2
0,70 kg/nun2 in 50,8 mm |
| A. Geglüht, dann kalt gewalzt, mit |
| Dickenminderung um 50111o, bis |
| auf eine Dicke von 0,168 mm . . 86,4
85,2 1,2 98,6 93,1 1 |
| B. Behandelt wie A., jedoch' |
| 85 Biegelastwechseln mit Biege- |
| radius von 11,1 mm, wobei zwei |
| übereinandergelegte Bänder ge- |
| meinsam den Lastwechseln aus- |
| gesetzt wurden .............. 78,5 70,4 5,5
92,0 86,0 1,2 |
| C. Geglüht, dann kalt gewalzt, mit |
| Dickenminderung um 30% auf |
| eine Dicke von 0,168 mm .... 67,3 65,4
3,0 80,2 76,4 1 |
| D. Wie C., jedoch 85 Lastwechsel |
| wie bei B . .................. 60,3 52 8,0 70,3 65,2 2,3 |
| E. Weißblech (Stahl normaler Ana- |
| lyse), auf 0,11 mm Dicke ge- |
| walzt, durchlaufgeglüht und bei |
| 119/o Dickenabnahme warm ge- |
| walzt ....................... 61,3 60,9 13,3 69,5 69,5
0,5 |
| F. Wie E., jedoch 85 Biegelast- |
| wechsel wie bei B . .......... 61,8 58,4 13,5 67,7
67,7 1,7 |
-' Aus dei. vorst6#6dden Ta6#lle geht hervor, daß die Bleche, na#fid6m
sie mehrfachen Biegungen entsprechend der Erfindung unterworfen- wurden, ein völlig,
unerwartetes -u"nd
-verhältnismäßig großes An-' steigert der Längs- als auch
der Querdehnung bei einer verhältnismäßig geringen Abnahme der Zugfestigkeit zeigten,
wobei die Abnahme der Zugfestigkeit an sich vielleicht schon sehr groß sein mag,
jedoch nicht so groß ist, um bei der Dosenherstellung ins Gewicht zu fallen. Aus
den Zeilen
E. -und F. der Tabelle ist ersichtlich,-- daß bei Blech, daß in
Längsrichtung schon verhältnismäßig gut verformbar ist, nur eine geringe prozentuale
Verbesserung der Verfonnbarkeit erzielt wird. Andererseits wird ein Blech, welches
in Längsrichtung verhältnismäßig gut verformbar ist, in Ouerrichtung aber eine verhältnismäßig
geringe Verformbarkeit aufweist, durch das Verfahren, das Gegenstand der Erfindung
ist, so beeinflußt, daß die Längsformbarkeit nahezu unbeeinflußt bleibt, aber eine
merkbare prozentuale Verbesserung in der Querverformbarkeit auftritt.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß das Blech nachZeileB. der vorstehenden
Tabelle eine größere Festigkeit und Verformbarkeit aufweist als das Blech nach Zeile
C. Das ist darauf zurückzufüGe-n# daß das Blech nach UleB. mehrfachen Biegungen
unterworfen wurde, was mit dem Blech gemäß Zeile C.'
nicht der Fall war. Demzufolge
führt das stärkere Kaltwalzen, dem das Biegen folgt, zu einer neuen und hervorragenden
-Vereinigung von großer Festigkeit und guter Verforiiibarkeit, eine Eigenschaft
des Bleches, die vor dieser Erfindung nicht zu erzielen war. . Aus praktischen
überlegungen ist es zweckmäßig, das mehrfache Biegen in der Walzrichtung des Bleches
vorzunehmen, da das neue Verfahren entweder als Fortsetzung des Blechproduktionsverfahrens
oder unter Materialentnahme von Blechrollen durchgeführt wird. Es liefen jedoch
auch Versuche mit kurzen Bändern . aus 5011/o kalt gewalztem Blech, die in
Querrichtung bearbeitet wurden. Sie führten zu einer größeren Zunahme der Querverformbarkeii
und nur zu einer geringeren Erhöhung der Längsverformbarkeit.
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In obenstehendem wird besonders auf hartes, kalt gewalztes Weißblech,
das nunmehr von verschiedenen Stahlwerken hergestellt wird, Bezug genommen. Wie
oben dargelegt, - kann das harte, kalt gewalzte Blech im allgemeinen ein
zinnüberzogenes MetaRband sein. Der Anwendungsbereich der Erfindung ist jedoch nicht
darauf beschränkt, sondern erstreckt sich auf jeweils stark bearbeitete oder etwas
spröde glatte Stahlbänder; Stahlbleche mit anderen metallischen oder sonstigen überzügen
als Zinn oder Walzbleche mit Eigenschaften, die denen des beschriebenen harten,
kalt gewalzten Weißbleches gleichen, d. h. die eine für allgemeine Fabrikationsverfahren,
wie die Herstellung von Dosen, unzureichende Verformbarkeit aufweisen.
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So ist die Erfindung gleicherweise auch für nicht überzogenen Stahl,
d. h. Schwarzble.ch, anwendbar, welches bis zu 80-1/o oder mehr Dickenabnahme
kalt gewalzt und nicht ausgeglüht wurde. Es wurde festgestellt, daß, wenn ein solches
übliches Schwarzblech, anstatt geglüht zu werden, gemäß der Erfindung mehrfachen
Biegungen unterworfen wird, eine viel größere Zugfestigkeit und Fließgrenze erhalten
und eine hinreichende Verformbarkeit wiedergewonnen werden kann, so daß das Metall
ohne Zerbrechen gebogen und z. B. zur Herstellung von Dosen-# rümpfen und -böden
verwendet werden kann, die durch Doppelfalznähte miteinander verbunden werden können,
wie es in der Dosenfabrikationsindustrie üblich ist. Aus der nachstehenden Tabelle
2 sind typische Beispiele der bei mehrfachem Biegen von ungeglühtem Stahlblech erhaltenen
Ergebnisse ersichtlich.
| Tabelle 2 |
| (Alle Versuche erfolgten in Walzrichtung der Bleche) |
| Zugfestigkeit Fließgrenze Dehnung |
| 0,70 kg/nun2 0,70 kg/MM2 0/0 in
50,8 mm |
| A. Schwarzblech üblicher Zusammenarbeit, unter |
| 85 % Dickenabnahme auf 0,24 mm kalt gewalzt, |
| nicht geglüht ............................... 133 118 1,7 |
| B. Wie A., jedoch 170 Biegebeanspruchungen mit
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| Biegeradius von 11,1 mm ausgesetzt
.......... 112 100 3,0 |
| C. Schwarzblech üblicher Zusammenarbeit, unter |
| 50 1/o Dickeiaabnahme auf 1,68 mrn kalt
gewalzt, |
| nicht geglüht ............................... 86 85 1,0 |
| D. Wie C., jedoch 170 Biegebeanspruchungen
mit |
| Biegeradius (Walzenradius) von 11,1 mm aus- |
| gesetzt .................................... 78 70
5,0 |
| E. Standard, rephosphorierter Stahl Temper
6 von |
| 0,305 mm Dicke für flache obere Bierdosen- |
| deckel (geglüht, 111/o kalt gewalzt) ............ 73 66
14,0 |
Aus der vorstehenden Tabelle 2 geht hervor, daß das mehrfache Biegen eine viel geringere
Abnahme der Zugfestigkeit und der Fließgrenze zur Folge hat als das Glühen, dem
nur ein Warmwalzen um 1% folgt. Das Biegen des Stahlblechs ist im Vergleich zum
Glühen ein sehr einfacher Bearbeitungsgang, bei dem Herstellungskosten eingespart
und größere Festigkeiten des Materials erzielt werden.
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Die Verbesserung der Verformbarkeit durch die Anwendung der Erfindung
wird nicht so sehr beim
Messen der Materialeigenschaften, sondern
bei der praktischen Weiterverarbeitung des so behandelten Metalls sehr eindrucksvoll
sichtbar. Zum Beispiel wurden Dosendeckel aus 0,23 mm dickem hart gewalzte,ni
Schwarzblechstahl herausgestanzt, dessen Eigenschaften in der vorstehenden Tabelle
angegeben wurden. Wenn sich das Material in dem Zustand nach SpalteA. befand, zeigten
die Deckel, die aus dem Blechstück herausgestanzt und vorgeformt wurden bereits
vor einer weiteren Verarbeitung vollständige Brüche des Metalls an den Stellen,
wo es gebogen und in Querrichtung, d. h. rechtwinklig zu der Walzrichtung,
gedehnt wurde, jedoch wurde dasselbe Material nach dem Biegen, ZeileB., zu zufriedenstellenden
Dosendeckeln verarbeitet und war frei von solchen Brachstellen, und zwar sogar an
Stellen mit Zugspannung in Querrichtung. Es konnten nicht nur Deckeleinheiten aus
einem derart mehrfach gebogenen Blechstück herausgestanzt und vorgeformt werden,
sondern es war auch möglich, solche Deckel der stärkeren Verformung beim Anbringen
einer Doppelfalznaht auszusetzen, die zur Erlangung eines umgebördelten Dosenrumpfes
und eines besonders dichten Dosenverschlusses erforderlich ist.
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Gemäß F i g. 5 können zwei Bänder von harten, kalt gewalzten
Blechen P gleichzeitig entsprechend der Erfindung behandelt werden. Die Bleche P
sind durch ein Federstahlblech oder -band 16 voneinander getrennt, dessen
Oberflächen aufgerauht sind, vorzugsweise durch Sandstrahlbehandlung, um ein Rutschen
zu vermindern. Wenn die beiden hartgewalzten Bleche P zusammen mit dem Federstahlband
16 durch die Walzenanordnung geführt werden, bildet das Federstahlband
16 den Mittelteil der ganzen Anordnung, die als Ganzes gebogen wird, so daß
die neutrale Achse in dem Federstahlband 16
verläuft und die beiden Bleche
P jeweils durch ihre gesamte Dicke hindurch wechselweise auf Zug bzw. Druck beansprucht
werden. Daher sind in diesem Falle weniger Durchgänge notwendig. Die Zug- und Druckspannungen
nehmen nach außen von dem Federstahlband 16 aus zu, und die Außenflächen
jedes der hartgewalzten Bleche P werden wiederum über die Fließgrenze hinaus, aber
bis zu einer viel größeren Tiefe als bei Bearbeitung eines einzigen Bleches, beansprucht.
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Das Ausmaß der Festigkeitsverringerung und der Verformbarkeitsverbesserung,
die mit der Anordnung gemäß F i g. 5 erreicht werden, ist gleich jener, bei
der ein einziges Blech P durch die Walzenanordnung geführt wird. Jedoch sind im
Falle mehrerer Bleche wenig-er Durchgänge durch die Vorrichtung, d. h. weniger
Lastwechsel beim Biegen, notwendig, weil die abwechselnden Zug- und Druckspannungen
bei dem gleichen Biegeradius bis zu einer größeren Tiefe wirksam sind. Dies geht
aus der bereits genannten Gleichung hervor, d. h.:
Da ein Verdoppeln der scheinbaren Dicke des Bandes den numerischen Wert von t in
dieser Gleichung erhöht, ist die Tiefe der Bearbeitung entsprechend größer. Um den
größten Vorteil aus diesem Prinzip zu ziehen, muß ein Rutschen zwischen den beiden
äußeren Blechen und dem inneren Federstahlband, welches die neutrale Achse enthält,
verhindert werden, und zwar z. B. durch Sandstrahlaufrauhung des inneren Bandes
oder durch Anbringen geschweißter Heftpunkte an den Kanten oder'andere gleich wirksame
Mittel. Das Stahlband 16 kann fortgelassen werden. Auch in diesem Fall, ist
es zweckmäßig, an den beiden aneinanderstoßenden Kanten der beiden Bänder Schweißpunkte
oder gleich wirksame Mittel vorzusehen, die ein Rutschen verhüten.
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In diesem Falle erfolgt das gesamte plastische Durcharbeiten der beiden
Bleche innerhalb ihres Querschnittes, da die inneren Stoßflächen die neutrale Biegungsachse
bilden. Das'wurde auch durch einen Versuch erprobt, der bestätigte, daß die gewünschten
Verbesserungen der Verformbarkeit. zur Vermeidung von Brüchen bei der Weiterverarbeiiung
eintreten.
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Dieses Verfahren ist nicht nur für hartgewalzten Stahl mit oder ohne
Zinnüberzügen, anderen düünen metallischen überzügen oder mit organischen Überzügen
zu verwenden, sondern es ist auch für Nichteisenmetalle voll anwendbar, die so stark
kalfgewalzt wurden, daß ihre Verformbarkeit und did davon abhängenden Verarbeitungseigenschaften
ernstlich beeinträchtigt werden. Daher kann das Mehrfachbiegeverfahren für hartgewalztes
Aluminium und seine Legierungen, hartgewalztes Kupfer und seine Legierungen, hartgewalztes
Magnesium und seine Legierungen und für Metalle im allgemeinen verwendet werden,
die eine zu geringe Verformbarkeit aufweisen.
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Die durch Hin- und Herbiegen erzielten vorteilhaften Ergebnisse sind
sowohl für die Barbeitung in als auch quer zur Walzrichtung bereits erläutert. Jedoch
ist die Erlmdung nicht auf das Biegen in einer einzigen Richtung, entweder längs
oder quer zur Walzrichtung, beschränkt, da diese günstigen Ergebnisse auch erreichbar
sind, wenn das Biegen abwechselnd in Walzrichtung und quer zur Walzrichtung erfolgt.