DE1272949B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochzaehen Stahlblechen mit feinem Gefuege und richtungsunabhaengigen Eigenschaften - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C21d

Deutsche KL: 18 c-7/14

Nummer: 1272 949

Aktenzeichen: P 12 72 949.6-24 (D 42721)

Anmeldetag: 16. Oktober 1963

Auslegetag: 18. Juli 1968

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Blechen oder Bandstahl mittels eines Planetenwalzwerkes mit dem Ziel, einen hochzähen Stahl zu erhalten, der bei Beanspruchung in allen Richtungen gleich gute mechanische Eigenschaften aufweist.

Da die konventionellen Warmwalzverfahren erhebliche Zeit erfordern, erfolgt bekanntlich während des Arbeitsganges eine beträchtliche Abkühlung der Walzen. Es ist daher erforderlich, die Walzen vor Arbeitsbeginn auf eine Temperatur von beispielsweise etwa 1100 bis 1200° C aufzuheizen. Diese Temperaturen liegen erheblich über der Umwandlungstemperatur des Stahles. Das Walzen muß auch oberhalb dieser Umwandlungstemperatur vollendet werden; infolgedessen erhält der Stahl austenitisches Gefüge. Das so erhaltene Material ist verhältnismäßig spröde, da es grobkörniges austenitisches Gefüge hat und je nach der Abkühlung lamellaren Perlit und netzförmige Karbide aufweist. Will man solchen Stahl kalt walzen oder abschrecken und anlassen, so muß man vorher durch eine vielstündige Behandlung den lamellaren Perlit und die vernetzten Karbide rundlich einformen. Da diese Behandlung zur Herstellung kugeliger Strukturen lange andauert, besteht die Gefahr, daß die Oberfläche entkohlt wird, daß sich grobe Kristalle ausbilden und daß sich die kugeligen Karbide zu größeren Gebilden auswachsen. Man kann daher keine Verbesserung der Zähigkeit erwarten. Außerdem führen die löslichen Karbide beim Abschrecken zu Schwierigkeiten.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von hochzähen Stahlblechen mit feinem Gefüge und richtungsunabhängigen Eigenschaften, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stahlbleche auf eine Temperatur zwischen 730 und 1000° C gebracht und dann unmittelbar in einem Planetenwalzwerk in einem Walzstich auf mindestens 60% der ursprünglichen Dicke heruntergewalzt werden und gegebenenfalls 10 bis 20 Minuten bei etwa 680° C angelassen werden.

Erfindungsgemäß wird das Walzgut auf eine Temperatur unmittelbar über der Umwandlungstemperatur zwischen 730 und 1000° C erhitzt. Diese Temperatur ist niedriger als bei den bekannten Verfahren. Das aus dem Heizofen kommende Material läßt man an der Luft auf die in der Nähe der Umwandlungstemperatur liegende Temperatur abkühlen, bevor das Walzen im Planetenwalzwerk beginnt. Das Walzen wird bei dieser Temperatur in einem Walzstich vollendet, wobei auf eine Dickenverringerung von über 60% heruntergewalzt wird und die austenitische Struktur in der Nähe der Umwandlungstemperatur Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
hochzähen Stahlblechen mit feinem Gefüge und
richtungsunabhängigen Eigenschaften

Anmelder:

Daido Seiko Kabushiki Kaisha,
Minami-ku, Nagoya-shi (Japan)

Vertreter:

Dr. G. W. Lotterhos

und Dr.-Ing. H. W. Lotterhos, Patentanwälte,

6000 Frankfurt, Annastr. 19

Als Erfinder benannt:
Chiaki Asada, Minami-ku, Nagoya-shi;
Yoshihiko Honda, Mizuho-ku, Nagoya-shi;
Teruo Hirose, Midori-ku, Nagoya-shi (Japan)

Beanspruchte Priorität:

Japan vom 17. Oktober 1962 (46 183)

reduziert wird. Bei austenitischem Stahl sowie rostfreiem Stahl 18 Cr—8Ni ist es erwünscht, in gleicher Weise die austenitische Struktur bei etwa 900° C kräftig herunterzuwalzen. Es besteht ein bei verhältnißmäßig niedriger Temperatur stark angelassenes und verfeinertes Austenitgefüge, und durch natürliche oder verstärkte Abkühlung unmittelbar nach dem Walzen im Planetenwalzwerk erhält man dünnes Blech mit feiner Struktur, so wie Martensit enthaltender Sorbit.

Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß der Walzvorgang leicht kontrolliert werden kann und die Walzprodukte ein stabiles Gefüge und richtungsunabhängige gute mechanische Eigenschaften haben. Der geeignete Temperaturbereich für das Walzen hat weite Grenzen. Man erhält das gleiche feine Gefüge, wenn das Planetenwalzen ζ. B. mit dem in Tabelle 1 beschriebenen SK5-Stahl bei 850° C und bei 750° C durchgeführt wird.

Wie aus Beispiel 1 ersichtlich, erhält man z. B. bei nach dem Walzen abgeschreckten SK5-Stahl durch kurzes Anlassen bei niedriger Temperatur (10 bis 20 Minuten bei etwa 680° C) ein feines Gefüge mit sehr feinen kugeligen Karbiden, entsprechend dem Sorbit. Die Härte der so erhaltenen Produkte ist etwas höher als die solcher Produkte, welche nach üblichen Methoden einer viele Stunden dauernden

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Behandlung zur Herstellung der Kugelstruktur unterworfen werden. Die erfindungsgemäßen Produkte sind jedoch so zäh, daß selbst bei starkem Herunterwalzen im Kaltwalzverfahren keine Risse u. dgl., insbesondere an den Kanten, auftreten. Die Bleche eignen sich ausgezeichnet zum Kalttiefziehen und Kaltbiegen. Nach Abschrecken und Anlassen sind die mechanischen Eigenschaften stabil. Die Ermüdungsfestigkeit ist ausgezeichnet.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung folgen Be-Schreibungen der Figuren und Beispiele.

F i g. 1 bis 4 sind mikroskopische Fotografien, welche in 500facher Vergrößerung die durch das Verfahren hervorgerufenen Gefügeänderungen von SK 5-Stahl veranschaulichen;

Fig. 5 bis 7 sind entsprechende Bilder für SIOC-Stahl;

F i g. 8 zeigt schematisch eine Anlage mit Planetenwalzwerk zur Durchführung des Verfahrens.

20 Beispiel 1

SK5-Stahl wurde in dem Schnellheizofen 1 mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von etwa 2 m/min auf etwa 900° C erhitzt und dann über die im Gerüst 2 gelagerten Zuführwalzen 3 zum Planetenwalzwerk geleitet. Dort wurde auf etwa ein Zehntel der ursprünglichen Dicke (z. B. 1,5 mm) heruntergewalzt.

Im Planetenwalzwerk ist die Planetenanordnung unten im Walzgerüst 15 vorgesehen. Die angetriebene Tragwalze 5 hält die Arbeitswalzen 4, darüber befindet sich ein konkaver Preßkörper 6 oder eine langsam rotierende Oberwalze 6'. Das dünne ausgewalzte Blech wird am Ausgang 7 verstärkt mit Luft oder Wasser auf die passende Temperatur, z. B. etwa 400° C, gekühlt. Diese Temperatur ist zu wählen entsprechend den Erfordernissen bezüglich Gefügeeinheit.

Anschließend geht das Blechband zur Abzugsvorrichtung 8. Von den im Gerüst 9 gelagerten Abzugswalzen 10 wird es unmittelbar und flach gestreckt abgezogen und dann auf die Walze 11 aufgerollt. Weiterhin zeigt F i g. 8 die Spindeln oder Öldruckzylinder 12, 13, 16 zur Druckanstellung und den Stützblock 14.

Bei diesem Beispiel wurde eine Walztemperatur von ungefähr 790° C angewandt und eine Dickenverminderung von 90,7 % erzielt. Anschließend wurde die Blechrolle in einem Anlaßofen während 20 Minuten bei 680° C angelassen; dann ließ man den Ofen abkühlen.

Tabelle

Bezeichnung des Stahls	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ni	Ursprünglicher Querschnitt
SK 5	0,86	0,18	0,39	0,011	0,010	0,05	0,05	Dicke .... 16 mm Breite 100 mm

Die mechanischen Eigenschaften des 1,5 mm 35 Warmwalzverfahren hergestellten Bandstrahl so-

dicken Bandstrahls sind in Tabelle 2 angegeben. wohl in Walzrichtung als auch rechtwinklig dazu

Es zeigt sich, daß der nach Beispiel 1 hergestellte besonders vorzügliche mechanische Eigenschaften

Bandstahl im Gegensatz zu einem nach üblichen hat.

Tabelle

Bezeichnung des Stahls	Behandlung	Prüfrichtung	Streckgrenze (kg/mm2)	Zugfestigkeit (kg/mm2)	Dehnung («/α)
SK 5 SK 5 SK 5	im Planetenwalzwerk J gewalzt 1 im Planetenwalzwerk ί gewatet und kurze Zeit I angelassen [ nach bekanntem Warm- J walzverfahren gewalzt 1	Walzrichtung senkrecht zur Walzrichtung Waterichtung senkrecht zur Wabrichtung Waterichtung senkrecht zur Waterichtung	95,5 95,6 35,9 36,0	103,7 102,5 63,3 62,9 81,1 79,0	15,8 17,4 33,3 35,0 20,0 16,3

In F i g. 1 sieht man in 500facher Vergrößerung das Material vor dem Waben, in Fig. 2 unmittelbar nach dem erfindungsgemäßen Planetenwaben, in F i g. 3 nach einer an das Walzen anschließenden Kühlung mit Wasser und in F i g. 4 nach dem darauffolgenden kurzzeitigen Anlassen. Man sieht, daß der lamellare Perlit durch das Walzen in erheblichem Maße verschwindet und in Martensit übergeführt wird. Bei dem kurzen Anlassen bilden sich feine kugelförmige Karbide, die in gleichmäßiger Gestalt über die ganze Oberfläche verteilt sind.

Man kann also mit diesem Verfahren selbst Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, wie SK 5, bei verhältnismäßig niedriger Temperatur sehr stark herunterwalzen, ohne daß Risse, Ausfransungen u. dgl. entstehen.

Zur weiteren Prüfung dieses in seinen mechanischen Eigenschaften richtungsunabhängigen Band-

Stahls wurden Ermüdungsversuche durchgeführt.
Hierzu wurden Spiralfedern in der gleichen Größe
(0,37 mm dick, 19 mm breit und 4000 mm lang) verglichen. Die einen waren aus Material dieses Bei-

spiels nach weiterem Kaltwalzen, zweimaligem Anlassen und Abschrecken und Anlassen hergestellt. Die Vergleichsfedern waren aus nach herkömmlichen Verfahren hergestelltem Material. Letztere brachen nach 3000 bis 4000 Prüfgängen, während die aus erfindungsgemäßem Material nach 6000 Prüfgängen noch nicht gebrochen waren. Die Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit beträgt also mindestens das l,5fache.

Beispiel 2

Der in Tabelle 3 gekennzeichnete Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 behandelt. Die Ergebnisse bezüglich der mechanischen Eigenschaften zeigt Tabelle 4.

Tabelle 3

Bezeichnung des Stahls	C	Si	Mn	P	S	Cu	Ursprünglicher Querschnitt
SlOC	0,12	0,22	0,44	0,014	0,011	0,20	Dicke 20 mm Breite 100 mm

	Behandlung	Tabelle i	l·	Streckgrenze (kg/mm2)	Zugfestigkeit (kg/mm2)	Dehnung (%)
Bezeichnung des Stahls	im Planetenwalzwerk I gewalzt J im Planetenwalzwerk [ gewalzt und kurze Zeit λ angelassen {	Priifrichtung	35,8 38,0 33,0 33,6	49,2 49,5 43,9 43,8	39,5 38,0 42,8 42,4
SlOC SlOC	Walzrichtung senkrecht zur Walzrichtung Walzrichtung senkrecht zur Walzrichtung

Aus Tabelle 4 geht hervor, daß man erfindungsgemäß auch mit einem Stahl von niedrigem Kohlenstoffgehalt Bandstahl mit richtungsunabhängigen mechanischen Eigenschaften herstellen kann.

Das Ausgangsmaterial hat ein grobes bandförmiges Gefüge gemäß F i g. 5. Durch das Planetenwalzen erfolgt eine Rekristallisation, wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, und nach einem kurzen Anlassen erhält man das feine, in jeder Richtung zu gleichen Eigenschaften führende Gefüge der Fig. 7.

Beispiel 3

Eine viel Chrom und wenig Nickel enthaltende Stahllegierung gemäß Tabelle 5 wurde in gleicher Weise wie im Beispiel 1 behandelt. Die Behandlungstemperatur betrug jedoch etwa 950° C. Man erhielt einen richtungsunabhängigen Bandstahl, dessen Eigenschaften in Tabelle 6 angegeben sind.

	C	Si	Mn	P	Tabelle	5	Cu	Ni	Cr	Ursprünglicher Querschnitt
Bezeichnung des Stahls	0,15	0,52	0,68	0,015	S	0,19	1,65	16,17	Dicke 18 mm Breite 125 mm
SSRl				0,012

Tabelle 6

Bezeichnung des Stahls	Behandlung	Prüfrichtung	Streckgrenze (kg/mm2)	Zugfestigkeit (kg/mm2)	Dehnung P/o)
SSRl SSRl	im Planetenwalzwerk I gewalzt I im Planetenwalzwerk ί gewalzt und kurze Zeit \ angelassen {	Walzrichtung senkrecht zur Walzrichtung Walzrichtung senkrecht zur Walzrichtung	151,2 153,3 85,4 84,3	156,2 158,9 95,8 98,2	14,9 14,4 18,8 18,5

Die bekannten Planetenwalzwerke für diese Zwecke haben als Oberwalze und als Unterwalze Planetenwalzen. Man benötigt daher für beide Walzaggregate einen Simultantrieb. Da dieser Antrieb auf beschränktem Raum untergebracht werden muß, bestehen Schwierigkeiten auch bezüglich der Stabilität der Anlage. Solche Walzwerke werden vorwiegend zum Warmwalzen bei hohen Temperaturen verwendet. Hingegen hat das Planetenwalzwerk gemäß der Erfindung den Vorzug, daß nur ein Planetenaggregat und ein entsprechender Antrieb verwendet wird. Dieses Walzwerk ist einfacher aufgebaut und sehr robust.

Es gestattet das Walzen von Stahl bei verhältnismäßig niedriger Temperatur, z. B. bei 700° C. Trotzdem kann man, wie gezeigt wurde, in einem Walzstich mit sehr starker Dickenminderung herunterwalzen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von hochzähen Stahlblechen mit feinem Gefüge und richtungsunabhängigen Eigenschaften, dadurch ge-io kennzeichnet, daß die Stahlbleche auf eine Temperatur zwischen 730 und 1000° C gebracht und dann unmittelbar in einem Planetenwalzwerk in einem Walzstich auf mindestens 60 °/o der ursprünglichen Dicke heruntergewalzt werden und gegebenenfalls 10 bis 20 Minuten bei etwa 680° C angelassen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Zuführgeschwindig-

keit von etwa 2 m/min auf etwa ein Zehntel der ursprünglichen Dicke heruntergewalzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzprodukt am Ausgang des Planetenwalzwerkes mit Luft oder Wasser auf etwa 400° C abgekühlt wird.

4. Anlage zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an einen Heizofen (1) und ein mit Walzen (3) arbeitendes Zuführsystem (2) ein Planetenwalzwerk vorgesehen ist, welches ein einseitiges, unten angeordnetes Planetenaggregat mit angetriebener Tragwalze (5) und Arbeitswalzen (4) aufweist, während oben ein konkav geformter Gegenkörper (6) oder eine langsam laufende Oberwalze (6') vorgesehen ist.

5. Anlagen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Planetenwalzwerkes eine Kühlvorrichtung (7) vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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