DE1247362B - Verfahren zur Herstellung von Feineisenblech und -band - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Feineisenblech und -band

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DE1247362B DEJ21925A DEJ0021925A DE1247362B DE 1247362 B DE1247362 B DE 1247362B DE J21925 A DEJ21925 A DE J21925A DE J0021925 A DEJ0021925 A DE J0021925A DE 1247362 B DE1247362 B DE 1247362B
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Int. Cl.:
C21d
DeutscheKl.: 18 c-7/00
Nummer: 1247 362
Aktenzeichen: J 21925 VI a/18 c
Amneldetag: 12. Juni 1962
Auslegetag: 17. August 1967
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Feineisenblech und -band mit hoher Streckgrenze, hoher Zugfestigkeit und guter Verformbarkeit, bei dem das Eisen kalt reduziert, weichgeglüht und anschließend der Reduktion auf die Endstärke unterworfen wird. Die Erfindung betrifft insbesondere ein derartiges Verfahren, bei dem das Eisen entweder vor oder nach dem Stärkereduzieren nitriert wird.
BiUiges Feinblech und Feinbandeisen hoher Festigkeit und guten Formänderungsvermögens stellen begehrte Handelsartikel, besonders als Grundmaterial für Weißblech, dar. Auch Feineisen in Drahtform hat viele Anwendungsmöglichkeiten. Aus Kostengründen stellt man zu verzinnendes Bandeisen üblicherweise aus unlegierten Flußeisen her. Das Bandeisen wird auf Zwischenstärke warmgewalzt und dann durch Kaltwalzen auf die gewünschte Stärke reduziert. Der Fachmann ist sich bewußt, daß der Grad der beim Kaltwalzen vorgenommenen Stärkereduzierung einen großen Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften des Erzeugnisses hat, und er bemißt daher die relativen Reduzierungen beim Warm- und Kaltwalzen entsprechend.
Die große Menge des für Blechdosen verwendeten Weißblechs hat Stärken in der Größenordnung von 0,25 mm. Durch das für die Reduzierung auf diese Stärke erforderliche Kaltwalzen wird auch das Formänderungsvermögen des Eisens in unerwünschter Weise vermindert^ und es ist daher bei der Herstellung von derartigen Eisen üblich, das kaltreduzierte Material weichzuglühen. Durch das Weichglühen werden natürlich die Zug- oder Bruchfestigkeit sowie die Streckgrenze des Materials herabgesetzt. Handelsübliches Weißblech hat eine Zugfestigkeit von ungefähr 31 bis 35 kg/mm2 und eine Brechdehnung von ungefähr 20 bis 25'% über 5,08 cm Einspannlänge. Diese Eigenschaften sind für handelsübliche Blechdosen ausreichend.
Die Blechdosenhersteller würden noch dünneres Weißblech verwenden, wenn seine Zugfestigkeit um so viel größer als die des üblichen Materials wäre, daß die geringere Wandstärke der daraus hergestellten Dosen dadurch kompensiert wird. Dünneres Weißblech wiegt und kostet weniger pro Flächeneinheit als übliches Weißblech. In neuzeitlichen Walzwerken lassen sich zwar die gewünschten dünneren Stärken herstellen, Jedoch hat das Bandeisen nach dem Weichglühen nahezu die gleiche Zugfestigkeit wie übliches Material, so daß es sich nicht zu Dosen der erforderlichen Festigkeit verarbeiten läßt.
Der Erfindung liegt die Anifgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Herstellung von Feineisenblech
und -band
Anmelder:
Jones & Laughhn Steel Corporation,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr. phil. G. B. Hagen, Patentanwalt,
München-Solln, Franz-Hals-Str. 21
Als Erfinder benannt:
Eric Raymond Morgan,
Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 12. Juni 1961 {116 300)
Verfahren zum Herstellen von Feineisenblech und -band anzugeben, dessen Zugfestigkeit und Streckgrenze wesentlich höher sind als die der üblichen Materialien. Weiter soll die Verformbarkeit oder das Formänderungsvermögen des so hergestellten Eisens unverändert gut sein.
Erfindungsgemäß ist zum Lösen dieser Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen von Feineisenblech oder -band mit hoher Streekgrenze, hoher Zugfestigkeit und guter Verformbarkeit der eingangs genannten Gattung vorgesehen^ das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Eisen einen Gehalt von mindestens 0,01 fl/o an ungebundenem Stickstoff aufweist und die letzte Reduktion auf die Endstärke 15 °/o nicht übersteigt.
Das Wesenthche der Erfindung hegt darin,, daß die kennzeichnenden Werte kritisch dafür sind, daß das auf diese Weise erhaltene Feineisen bei der letzten Kaltreduktion trotz des Anwachsens der .Streckgrenze und Zugfestigkeit nicht in entsprechendem Maß seine Verformbarkeit für bestimmte Zwecke verliert.
Derartige Feineisenbleche, wie sie durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt werden, werden vor allem bei der Herstellung von Dosen verwendet. Die
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Herstellung von Dosen geschieht dabei bekanntlich so, daß sich an einem Rand des zylindrischen Dosenteiles die Kanten des Blechstreifens, aus dem dieser gebildet wird, überdecken und diese dann gefalzt werden. Die Fähigkeit, mehrere derartige Falzungen oder Biegungen auszuhalten, konstituiert daher die Mindestanforderungen, die in diesem Fall an die »Verformbarkeit« gestellt werden müssen. Die Messung dieser Verformbarkeit erfolgte beispielsweise bei den in der später noch erläuterten Tabelle II angegebenen Versuchsergebnissen durch Biegeproben. Normalerweise ist es so, daß diese Verformbarkeit schlechter wird, wenn die Zug- und Streckgrenze zunimmt. Da aber eine bestimmte Zug- und Streckgrenze für Dosen verlangt ist, wird dadurch der Verringerung der Dicke des verwendeten Materials nach unten eine Grenze gesetzt. Diese Grenze wird durch die erfmdungsgemäße Erkenntnis überschritten, die in der Auswertung von praktischen Ergebnissen gemäß der Tabelle Π Hegt. Infolge der Messung dieser hier in Frage stehenden »Verformbarkeit« durch Biegeproben konnte bei etwa 15 %> Endreduktion ein kritischer Emschnitt im Verhalten festgestellt werden. Bei diesem Wert sinkt die »Verformbarkeit« auf die Hälfte ab. Die normalen Meßgrößen für Stahl sind die Messungen der Dehnung oder Streckung. Wie ebenfalls aus den Meßergebnissen zu entnehmen ist, geben diese allein keinen Anhaltspunkt dafür, daß der Wert von 15 °/o kritisch ist.
Hinsichtlich des in Frage stehenden Stickstoffgehaltes kommt es darauf an, daß, unabhängig von der Art und Weise, wie der Stickstoff dem Eisen zugeführt wird, also unabhängig davon, ob er durch Glühen in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre aufgenommen wird oder bereits vor der ersten Kaltreduktion vorhanden ist, der Kühlvorgang so durchgeführt wird, daß ein Gehalt von mehr als 0,010% Stickstoff gerade in gelöster Form im Eisen vorhanden ist.
Die erwünschte Verbesserung der Zugfestigkeit des Eisens ist umgekehrt proportional seiner Stärke. Soll Weißblech von beispielsweise einer Stärke von 0,175 mm zu Dosen verarbeitet werden, die in ihrer Festigkeit den aus üblichem Weißblech von 0,25 mm Stärke gefertigten Dosen gleichkommen, so muß die Zugfestigkeit des dünneren Eisens ungefähr 45 bis 49 kg/mm2 betragen. Nach der Erfindung kann eine derartige Verbesserung in der Zugfestigkeit ohne Verringerung der Verformbarkeit des Materials erhalten werden und läßt sich dünnes Material von sogar noch größerer Zugfestigkeit herstellen. Ferner kann erfindungsgemäß Feineisen üblicher Stärke mit jedoch erhöhter Zugfestigkeit und Streckgrenze erhalten werden.
In sämtlichen Fällen handelt es sich bei dem hier in Rede stehenden Eisen um unlegiertes Flußeisen mit dem in Tabelle I angegebenen Zusammensetzungsbereich.
Tabelle I
% Kohlenstoß °/o Mangan % Phosphor % Schwefel
0,06 bis 0,14 J 0,25 bis 0,65 max. 0,05 max. 0,035
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Eisen zunächst warmgewalzt und anschließend auf eine Zwischenstärke kalt-
gewalzt. Danach wird das Material in Form eines Wickels in einer mchtoxydierenden Atmosphäre, der ungefähr 25 Volumprozent wasserfreien Ammoniaks zugesetzt sind, geglüht. Damit das Eisen gleichmäßig nitriert werden kann, müssen die Lagen des Bandwickels so angeordnet sein, daß die nitrierende Atmosphäre auf die gesamte Oberfläche des Wickels einwirken kann. Unter dieser Voraussetzung kann der Wickel sehr rasch geglüht und zugleich nitriert
ίο werden, wobei die hierfür erforderliche Zeit von der Temperatur, auf die das Eisen erhitzt wird, abhängt. Der Temperaturbereich von ungefähr 540 bis 650° C, bei entsprechenden Behandlungszeiten von ungefähr 1Ii bis 2 Stunden, hat sich als angemessen erwiesen.
Dabei belief sich der erhaltene Stickstoffgehalt des Eisens auf ungefähr 0,01 bis 0,03 °/o. Das geglühte und nitrierte Band wurde auf Zimmertemperatur abgekühlt und durch eine weitere Kaltreduzierung um ungefähr 2 1/2°/o auf die gewünschte Endstärke gebracht.
Der oben beschriebenen Behandlung kann das Eisen auch in Blech- oder Tafelform unterzogen werden, vorausgesetzt, daß die Bleche während des Glühens und Nitrierens so angeordnet werden, daß die Ofenatmosphäre Zugang zur gesamten Oberfläche der Bleche hat.
Auf eine Nennstärke von 0,155 mm gewalztes und in der obigen Weise behandeltes Bandeisen hat eine Zugfestigkeit von etwa 53 kg/mm2 und ein Formänderungsvermögen, gemessen als Bruchdehnung über 5,08 cm Einspannlänge, von 6 bis 12°/o. Die Zugfestigkeit des verfahrensgemäß hergestellten Materials ist etwas besser als die aus rückphosphorisiertem Eisen hergestellten üblichen Materialien mit einer Nennstärke von 0,3 mm. Das Formänderungsvermögen des üblichen Materials, gemessen als Bruchdehnung über 5,08 cm Einspannlänge, betrug etwa 18%. Wird das verfahrensgemäß hergestellte Material durch 5 Sekunden langes Eintauchen in geschmolzenes Zinn von 352° C ausgehärtet, so erhöht sich seine Zugfestigkeit auf etwa 56 kg/mm2.
Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Bändeisen oder Eisendraht in Form von Strängen kontinuierlich geglüht und nitriert. Die Zeitspanne, während der das Eisen sich auf Glüh- und Nitriertemperatur befindet, ist beim kontinuierlichen Strangglühen viel kürzer als beim Wickelglühen, so daß man die Temperatur des Stranges etwas erhöhen muß. Wegen der Kürze der für die Nitrierung verfügbaren Zeit führt man diesen Verfahrensschritt in einer Atmosphäre unverdünnten, wasserfreien Ammoniaks durch. Wenn das Eisen über mindestens 30 Sekunden Dauer auf der Höchsttemperatur gehalten wird, werden mit Behandlungstemperaturen von etwa 590 bis 700° C zufriedenstellende Ergebnisse erhalten, wobei der Stickstoffgehalt des Eisens auf diese Weise bis auf 0,07% und mehr angehoben wird.
Der Strang wurde innerhalb von 15 bis 36 Sekunden auf Temperatur gebracht, 30 Sekunden lang auf Temperatur gehalten und darm abgekühlt. Eisen in Strangform kann, im Gegensatz zu Eisen in Wickelform, sehr rasch gekühlt oder abgeschreckt werden. Es hat sich als wünschenswert erwiesen, den Strang auf eine Temperatur von ungefähr 93° C in etwa 30 Sekunden abzukühlen. In der oben beschriebenen Weise behandeltes Eisen hat eine Zugfestigkeit in der Größenordnung von 47,5 bis 49 kg/mm2 und eine

Claims (1)

1 Dehnung zwischen 6 und 19 °/o über 5,08 cm Einspannlänge. Dasselbe in der gleichen Weise behandelte, jedoch nicht nitrierte Material hat eine Zugfestigkeit in der Größenordnung von 40,5 kg/mm2. Eine nochmalige Reduzierung des nitrierten Eisens um 21lz bis 3 % mit anschließender lstündiger Aushärtung bei der Siedetemperatur des Wassers ergibt eine Erhöhung der Zugfestigkeit um weitere 21 bis 28 kg/mm2 ohne nennenswerte Beeinträchtigung des Formänderungsvermögens. Es ist erwünscht, daß der Stickstoff im Eisen gelöst, statt als ausgefälltes Nitrid, vorliegt. Durch das Abschrecken des Eisens nach dem Glühen und Nitrieren wird der Stickstoff in Lösung gehalten, während beim Aushärten oder Altern des Eisens Stickstoff ausfällt. In der oben beschriebenen Weise nitrierte und geglühte und dann in Wasser abgeschreckte Eisendrähte ergaben einen Gehalt von 0,03 °/o Stickstoff in Lösung, während in der gleichen Weise behandelte Drähte aus demselben Eisen, die man jedoch eine Woche lang bei 200° C aushärten oder altern ließ, einen Gehalt von nur 0,005 bis 0,008% Stickstoff in Lösung ergaben. Die Drähte hatten vor dem Aushärten eine Zugfestigkeit von 31 bis 34 kg/mm2, während nach dem Aushärten die Zugfestigkeit auf 28 bis 29 kg/mm2 abgesunken war. Wenn man dagegen das abgeschreckte Material stauchaltert oder stauchhärtet, d. h. es etwas stärkereduziert und dann aushärtet, erhöht sich die Zugfestigkeit noch mehr, wie bereits erwähnt, und der Stickstoff bleibt größtenteils in Lösung. Es ist zweckmäßig, das Eisen gleichzeitig zu glühen und zu nitrieren, wodurch weit höhere Stickstoffgehalte im Eisen erhalten werden können, als wenn man den Stickstoff dem Eisen beim Schmelzen zusetzt. Jedoch ist auch Eisen, das während des Schmelzens nitriert wurde, für das erfindungsgemäße Verfahren brauchbar, vorausgesetzt, daß sein Stickstoff nicht mit Aluminium oder ähnlichen Elementen, von denen bekannt ist, daß sie den Stickstoff daran hindern, in Lösung zu gehen, gebunden ist. Dem Eisen zugesetzter Stickstoff, der sich für das vorliegende Verfahren eignet, wird als ungebundener Stickstoff bezeichnet. Die abschließende Kaltbearbeitung des Eisens besteht aus einer Reduzierung um bis zu ungefähr 15%. Es wurde gefunden, daß dieser Wert kritisch ist im Hinblick auf das Formänderungsvermögen oder die Verformbarkeit des Eisens. Das Formänderungsvermögen wird in der Weise gemessen, daß man einen quer zur Walzrichtung geschnittenen Abschnitt oder Streifen des Materials um 180° um einen der ursprünglichen Stärke gleichen Durchmesser biegt. Tabelle Π veranschaulicht, wie sich verschiedene Werte bei der abschließenden Reduzierung des Eisens auswirken. Die Tabelle zeigt, daß bei Reduzierungen um mehr als etwa 15% die Anzahl der Biegeproben, denen das Eisen standhält, sich auf etwa die Hälfte verringert. Das für die Versuche der Tabellen verwendete Eisen hatte eine Zusammensetzung innerhalb der in Tabelle I angegebenen Grenzen und enthielt 0,01 bis 0,012% ungebundenen Stickstoff. Es wurde warm- und kaltreduziert auf eine Stärke von 0,45 mm und in Wickeln geglüht. Man sieht aus der Tabelle II, daß Feineisen ausreichender Verformbarkeit und mit einer Zugfestigkeit von gut über 49 kg/mm2 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres erhalten werden kann. 362 Tabellen Physikalische Eigenschaften als Funktion der Kaltreduzierung in Querrichtung .Ke- duziemng »ArStreckgrenzekg/mm2-Zugfestigkeitkg/mm2Dehnunguoer DaUo cmEinspannlänge °/oBiegeproben030,937,9334031,537,93243,127,941,62543,131,939,02744,238,742,8214• 7,844,447,41048,343,347,61048,846,046,09410,951,051,03,7410,950,050,04,0' 412,052,352,33,9414,353,753,72,5414,451,351,33,0414,655,855,82,0417,056,856,81,5217,058,458,41,0317,256,356,31,5323,861,461,41,0226,163,563,50,9226,363,463,40,52ZOsJ66 3 OO, DOO, J1 η0L·26,664,864,80,9230,170,370,31,0235,771,771,70,8139,374,574,50,4239,575,975,90,7040,874,574,50,9241,177,377,30,7242,773,873,80,4244,674,574,50,6245,474,574,50,7246,274,574,50,82 Aus Tabellen wird ferner ersichtlich, daß das Verfahren einen Mindestgehalt an ungebundenem Stickstoff im Eisen von ungefähr 0,01% erfordert. Während geringere Mengen eine gewisse Verfestigungswirkung haben, reicht diese Wirkung nicht aus, um innerhalb der kritischen Grenze der abschließenden Kaltreduzierung die Zugfestigkeit im umgekehrten Verhältnis zur Dickeverringerung des Eisens zu erhöhen. Durch höhere Stickstoffgehalte wird es möglich, die gewünschte Verfestigung bei kleineren Beträgen der abschließenden Kaltreduzierung zu erhalten. Die durch das Kaltwalzen bewirkte Reduzierung muß mehr als etwa 3% betragen, wenn die Streckgrenze des Materials erhöht werden soll, wie ebenfalls aus den Angaben der Tabelle Π zu ersehen ist. Die erforderliche Mindestreduzierung ist je nach der Zusammensetzung des Eisens und seiner Stärke etwas verschieden, muß jedoch auf jeden Fall größer sein als die übliche Reduzierung unter Anlassen, um eine brauchbare Erhöhung der Streckgrenze des Materials zustande zu bringen. Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von. Feineisenblech und -band mit hoher Streckgrenze, hoher
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