DE1408933C - Verfahren zur Herstellung von kohlen stoffarmem Stahlblech oder band mit über ragenden Zieheigenschaften - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmem Stahlblech oder -band mit ausgezeichneten Zieheigenschaften aus unberuhigtem, d. h. unvollständig desoxydiertem Stahl.

Die Ziehbarkeit von kohlenstoffarmen Stahlblechen bedingt eine Kombination von Eigenschaften, wovon einige unabhängig voneinander variierbar sind. Die wichtigsten Eigenschaften sind:

1. Eine Blechoberfläche, welche eine relativ freie Bewegung in Berührung mit der Ziehform ge- ίο stattet sowie das Fehlen von Verschweißungs- oder Freßerscheinungen.

2. Das Fehlen von Fließ- oder Kraftwirkungsfiguren beim Ziehen. Dies ist wichtig, wenn freiliegende Teile eine gutaussehende Oberfläche aufweisen sollen.

3. Günstige mechanische Eigenschaften, d. h. in der Regel eine niedrige Streckgrenze, ein niedriges Streckgrenzenverhältnis, geringe Härte und hohe Dehnung.

4. Eine geringe Anisotropie in· der Ebene, d. h. nur geringe Plastizitätsunterschiede in verschiedenen Richtungen des Blechs. .Es ist dies besonders bei bestimmten Arten des Tiefziehens, wo nur eine geringe »Ohrenbildung« (Zipfelbildung) auftreten darf, wichtig.

5. Eine hohe Anisotropie normal zur Blechebene, worunter ein Verhältnis der plastischen Deformierbarkeit in Richtungen parallel zu den Blechoberflächen zur Deformierbarkeit in einer Riehtung senkrecht zu den Blechoberflächen zu verstehen ist, welches beim Ziehen des Produkts eine verhältnismäßig größere plastische Verformung in der Blechebene begünstigt. Mit anderen Worten, es· soll die prozentuale Änderung der Abmessungen des gezogenen Blechs in zur Oberfläche parallelen Richtungen größer sein als in Richtung der Dicke. Wenn die Verformung während des Ziehens im wesentlichen eine Reckung , oder eine biaxiale Reckung ist, so widersteht ein Blech mit hoher Anisotropie normal zur Blechebene dem Dünnerwerden und örtlicher Rißbildung.

Die Anisotropie normal zur Blechebene kann durch Bestimmung des plastischen Dehnungsverhältnisses R gemessen werden. Der Testwert R kann als das Verhältnis der Dehnung in der Breite zur Dehnung in der Dicke bei einer Standard-Dehnungsprobe definiert werden, welche innerhalb des plastischen Bereichs gereckt wird. Der ß-Wert ändert sich je nach der Richtung, in welcher die Dehnungsprobe unter Bezugnahme auf die Walzrichtung des Blechs zugeschnitten wird. Diese Änderung des Ä-Werts mit der Richtung ist ein Maß für die Anisotropie in der Ebene. Der Einfachheit halber wird die Anisotropie normal zur Blechebene oft durch den Ä-Wert in einer Dehnungsprobe wiedergegeben, die in der Querrichtung zurechtgeschnitten wurde, d. h. quer über das Blech in einer zur Walzrichtung senkrechten Richtung. Die Dehnung in der Breite einer solchen Probe ist dann die Dehnung in der Walzrichtung; eine solche Richtung der Probe ergibt im allgemeinen den höchsten Λ-Wert und ist gegenüber den Verfahrensvariablen, welche den Λ-Wert beeinflussen, am empfindlichsten.

Gewalzter, unberuhigter, zum Ziehen geeigneter Stahl besitzt für gewöhnlich Ä-Werte in der WaIzrichtung zwischen 0,90 und 1,25 und im Durchschnitt 1,10. Die entsprechenden Werte in der Querrichtung ' sind 1,35 bis 1,85 und im Durchschnitt 1,60; und in der 45°-Richtung 0,70 bis 1,05, im Durchschnitt 0,90. Die Durchschnittswerte von 1,10,· 1,(55 und 0,90 sind ein Anzeichen für richtungsabhängige Eigenschaften in der Blechebene. Diese Ergebnisse waren bisher nicht kontrollierbaren Schwankungen unterworfen.'- . ' . ■

Ein idealer Ziehstahl soll /i-Werte besitzen, die in allen Richtungen des Blechs so hoch wie möglich sind, wobei der Unterschied der R-Werte in verschiedenen Richtungen ein Minimum sein soll.

Die vorliegende Erfindung schafft nun ein Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmem Stahlblech oder -band mit den gewünschten idealen Zieheigenschaften, ausgehend von einem unberuhigten Stahl mit weniger als 0,08% Kohlenstoff, 0,20 bis 0,40% Mangan, 0,010 bis 0,035% Schwefel, 0,005 bis 0,020% Phosphor, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, der zu einer mittleren Stärke warmgewalzt, auf die Blechstärke kalt heruntergewalzt und das Blech geglüht wird. Die Erfindung wird darin gesehen, daß die Dickenabnahme beim Kaltwalzen 65 bis 80% beträgt und daß die Glühung als Kistenglühung bei einer Temperatur von 760 bis 870° C während 1 bis 30 Stunden durchgeführt wird.

Bisher wurden die besten und zuverlässigst ziehbaren Materialien aus beruhigten Stahlen hergestellt. Unvollständig desoxydierte Stähle wurden zwar für Ziehzwecke verwendet, haben sich jedoch als wenig vorteilhaft für das Tiefziehen und für schwierige Zieharbeiten erwiesen. Gelegentlich erhielt man einen unvollständig desoxydierten Stahl mit unerwartet guten Zieheigenschaften; diese Ergebnisse waren jedoch nur zufällig und unkontrollierbar, obwohl die Eigenschaften, die ein gut ziehbarer Stahl aufweisen soll, alle bekannt waren. Die vorliegende Erfindung löst daher ein seit langem bestehendes Problem.

Aus der USA.-Patentschrift 2 381 435 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein beruhigter Stahl, d. h. ein durch Aluminiumzusatz vollständig desoxydierter Stahl, der im übrigen in seiner Zusammensetzung den erfindungsgemäß verwendeten Stählen entspricht, _f erst auf mittlere Stärke warmgewalzt, dann auf die V Endstärke kalt heruntergewalzt und das erhaltene Blech geglüht wird.

Abgesehen davon, daß dieses Verfahren eine geregelte Abkühlung nach dem bei 830 bis 899° C oder höher beendeten Warmwalzen bedingt, die Kaltwalzung mit einer Dickeverminderung von 30 bis 70%, vorzugsweise 50%, und die abschließende Glühung unterhalb der erfindungsgemäß anzuwendenden Temperatur erfolgt, wurde festgestellt, daß das erfindungsgemäße Verfahren die überragenden Zieheigenschaften nur bei unvollständig desoxydierten, d. h. unberuhigten Stählen ergibt.

Die Analyse der aus den unberuhigten Stählen mit der vorstehend angegebenen Zusammensetzung erhaltenen Bleche ergibt ähnliche Ergebnisse, mit Ausnahme eines niedrigeren Kohlenstoffgehalts, der für gewöhnlich unter 0,06% liegt. Der Kohlenstoffgehalt unterliegt nach unten keiner Beschränkung, da der Stahl bei einer abschließenden Behandlung zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften nahezu vollständig entkohlt werden kann.

Der Stahl kann auf die übliche Weise hergestellt und zu Blöcken gegossen werden. Die Blöcke können dann zu Brammen ausgewalzt, wieder erhitzt

und auf eine mittlere Stärke warmgewalzt werden; die Blöcke können auch ohne eine zwischenzeitliche Wiedererhitzung auf die mittlere Stärke warmgewalzt werden. Vorzugsweise erfolgt die Warmwalzung bis zu einer mittleren Stärke auf einem kontinuierlich betriebenen, beheizten Bandwalzwerk, wobei die üblichen Vorsichtsmaßnahmen zur Regelung' der Korngröße getroffen werden, d. h. man beendet das Wamwalzen bei 850° C und wickelt das Material bei einer Temperatur unter 650' C auf.

Bisher wurde viel kohlenstoflarmer, für Ziehzwecke bestimmter. Stahl kaltgewalzt und normalisiert, d. h. einer Spannungen beseitigenden Glühung bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen unterworfen. Dadurch wird die Neigung zur »Zipfelbildung« beim Tiefziehen verringert.- Eine Normalisierung setzt jedoch das plastische Dehnungsverhältnis in allen Richtungen unter 1 herab, wodurch die Gesamterziehbarkeit des Produkts verschlechtert wird.

Bei den bisherigen Verfahren liegt der Grad der Dickeabnahme oder der Abwalzgrad bei der KaItwabung im wesentlichen zwischen 40 und 60% zur Erzielung einer maximalen Ziehbarkeit. Obwohl bereits Abwalzgrade bis zu 70 °/o vorgeschlagen wurden, wird dadurch doch das erhaltene Band oder Blech zu feinkörnig und zu hart, um nach einer üblichen Glühung noch gut ziehbar zu sein. Diese Methode wurde daher nur dann angewendet, wenn das Warmwalzen zur Erzielung von dünnem, kaltgewalztem Material nur beschränkt möglich war.

Das in der Regel für kohlenstoff arme Ziehstähle angewendete Glühverfahren besteht in einer Kisten- " glühung von Blechstapeln oder Wickeln in einer Schutzatmosphäre bei 594 bis 760° C. Die untere Temperaturgrenze ist durch die Notwendigkeit einer vollständigen Rekristallisation der Kornstruktur gegeben. Temperaturen von 594 bis 677° C werden zur Herstellung von gewöhnlichem oder handelsüblichem Ziehstahl angewendet. Wenn bessere Tiefzieheigenschaften gewünscht werden, wird die Glühtemperatur in der Regel auf 705° C erhöht, und die Verweilzeit auf dieser Temperatur wird verlängert. Die bisher technisch angewendete Höchsttemperatur lag unter 760° C. Diese obere Grenze ergibt sich aus drei Gründen: Erstens nahm man an, daß höhere Temperaturen nur eine leichte Verbesserung der in der gewohnten Weise bestimmten mechanischen Eigenschaften ergäben. Zweitens wußte man, daß das Kornwachstum bei den höheren Temperaturen die Oberfläche nach dem Ziehen an freiliegenden Teilen unansehnlich macht oder ein Reißen des Werkstücks während des Ziehens verursacht. Drittens können die Bleche oder die Wickel während des Glühens zusammenkleben.

Ferner war man der Ansicht, daß die Anwendung einer stärkeren Kaltwalzung das erhaltene Produkt feinkörniger und härter nach dem Glühen macht. Die Dickeverminderungen (Abwalzgrade) wurden daher in der Regel auf Weiten um oder unter 60% gehalten. Gemäß der Erfindung wird die durch Kaltwalzen erzeugte Dickeverminderung erhöht und Hegt zwischen 65 und 80%. Auch die Temperatur der Kistenglühung wird stark erhöht, und zwar auf in der Regel zwischen 760 und 870° C. Höhere Glühtemperaturen in dem angegebenen Bereich ergeben deutlich bessere Ergebnisse. Versuche haben gezeigt, daß die Ziehbarkeit, bestimmt durch das plastische Dehnungsverhältnis R, mit zunehmendem Kaltabwalzgrad zwischen 65 und 80% und bei Zunahme der Glühtemperatur über die üblichen Glühtemperaturen, jedoch unterhalb der Normalisierungstemperatur entsprechend zunimmt. Eine Erhöhung des KaItwalzgrades über 8O⁰Ai hat jedoch eine Erniedrigung des /?-Werts zur Folge. ,

Es wurde gefunden, daß entgegen den bisherigen, bei einer Kaltwalzung in den unteren Bereichen gesammelten Erfahrungen die Anwendung einer höheren prozentualen Dickeverminderung beim Kaltwalzen, wenn diese mit höheren Glühtemperaturen gekuppelt ist, weder ein hartes, feinkörniges noch ein zu grobkörniges Material ergibt. Es wurde auch gefunden,, daß bei Anwendung der höheren Glühtemperaturen die Korngröße innerhalb eines sehr weiten Bereichs der durch Kaltwalzen erfolgten Abwalzgrade bemerkenswert gleichmäßig bleibt und daß die erzielte Korngröße eher eine Funktion der Glühtemperatur als des Kaltabwalzgrades ist. So besaßen z. B. bei Anwendung einer nachstehend beschriebenen Kistenglühung, bei welcher die Wickel 2 Stunden auf der gewählten Temperatur gehalten wurden, die um 65 bis 80% kaltgewalzten Produkte eine Korngröße von 8 nach der ASTM-Standard-Methode bei 79()'^; G, eine Korngröße zwischen 7 und 8 bei 815° C, eine Korngröße von 7 bei 820'' C und eine Korngröße zwischen 6 und 7 bei 870'' C. Es besteht bei jeder gegebenen Temperatur kaum ein Unterschied zwischen den Korngrößen eines bei der Kaltwalzung um 65% gewalzten Materials und den Korngrößen eines Materials mit einer maximalen Dickeverminderung beim Kaitabwalzen von 80%. Obwohl zur Erzielung bester Ergebnisse eine gleichmäßige Korngröße zwischen 7 und 8 das theoretische Optimum darstellen dürfte, sind doch auch Produkte mit einer Korngröße von 6 zufriedenstellend.

Die Erfindung ermöglicht somit die Anwendung höherer prozentualer Dickeverminderung beim KaItabwalzen und die Erzielung einer ausgeprägten Vorzugsrichtung, was sich in einem günstigeren plastischen Dehnungsverhältnis bei einem Produkt mit einer für Ziehzwecke günstigen Korngröße und mechanischen Eigenschaften ausdrückt.

Wie sich aus der vorstehenden Erläuterung ergibt, ändert sich die Korngröße innerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche stärker mit der Temperatur einer Glühung als mit der durch Kaltwalzen erzielten prozentualen Dickeverminderung. In den Rahmen der,-Erfindung gehört auch die Änderung der Glühtemperatur, der Glühzeit oder der prozentualen Dickeabnahme beim Kaltwalzen oder eine Kombination dieser Änderungen zur Erzielung identischer Korngrößen innerhalb der angegebenen Bereiche. Ein großer » Vorteil der Erfindung liegt jedoch darin, daß eine Standardglühung zuverlässig eine günstige Korngröße ergibt, welche innerhalb eines ziemlich weiten Bereichs von Dickeverminderungen beim Kaltabwalzen' konstant bleibt. Die durch Kaltwalzung erzielten Dickeverminderungen können daher so geregelt werden, daß man ein Produkt mit der gewünschten Charakteristik der Vorzugsrichtung erhält.

Bei Durchführung der Erfindung kann die praktische obere Glühtemperaturgrenze durch die zulässigen Kornvergröberungen bestimmt sein, welche etwas von dem chemischen Verhalten des jeweiligen Produkts abhängen. Die jeweils praktische obere Grenze der Dickeverminderung beim Kaltabwalzen hängt von dem verwendeten Walzwerk ab, z. B. von dci

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Aufrcchtcrhaltung einer guten Form und Flachheit · Glühung umfaßt Verweilzeiten bei der höchsten

des Blechs oder Bandes. Ofentemperatur, die auf jeden Fall ausreichen, daß

Übliche Kaltwalzverfahren lassen sich leicht an die alle Teile des Wickels auf die gewählte Temperatur

Erfindung anpassen. Bei richtigem Walzcnumfang kommen. Eine Verweilzeit von 1 bis 2 Stunden bei

und bei einiger Erfahrung in der Wahl der Dickever- 5 der höchsten Glühtemperatur genügt in der Regel,

mindcrung pro Gerüst in einem Tandemwalzwerk um alle Teile des Stahls in einem Winkel auf die

oder dos Abwalzgrades pro Durchgang bei einem Glühtemperatur zu erhitzen.

umkehrwalzwerk lassen sich leicht Kaltwalzgrade Bezüglich der eingangs erwähnten, fünf primären,

innerhalb der vorstehend angegebenen Grenzen er- wünschenswerten Eigenschaften für ein ziehbares

halten. . - io Material sei bemerkt, daß die Eigenschaft 1 während

Bezüglich tier erfindungsgemäß anzuwendenden des Verfahrens in bekannter Weise geregelt werden

höheren Kistenglülitemperaturcn muß darauf geach- kann. Die Eigenschaft 2 wird durch Dressieren ge-

let werden, daß keine Metallteile aneinanderkleben regelt. Die Eigenschaften 3 und 5 werden bei der

oder miteinander verschweißen. Dies kann jedoch erfindungsgemäßen Kaltwalzung, Glühung und Dres-

auf verschiedene Weise vermieden werden. 15 sierung von kohlenstoffarmen Stahlblechen aus un-

Bevorzugt wird der Stahl in Wickeln geglüht; die beruhigtem Stahl entwickelt. Die Eigenschaft4, d.h. Wickel sollen lose aufgewickelt sein. Es gibt ver- eine schwache Ausbildung richtungsabhängiger schicdcnc Möglichkeiten, dies zu tun. Die Ränder des Eigenschaften in der Ebene, wird durch die erfin-Bandes können so gekerbt oder hohl geprägt werden, dungsgemäße Walzbehandlung nicht merklich beeindaß sie notwendigerweise eine lose Wicklung erge- 20 fiußt. Die Erfindung bewirkt eine wesentliche Verben. Es können auch schmale, gerillte Metallstreifen besserung der Eigenschaften 3 und 5, und zwar in in die einzelnen Windungen an jeder Seite des Ban- erster Linie durch eine bisher nicht angewendete des eingelegt werden, so daß die Wicklungen von- Dickeverminderung beim Kaltwalzen kombiniert mit einander getrennt gehalten werden; diese Streifen bisher ebenfalls noch nicht zur Anwendung gekomkönnen gegebenenfalls vor der Glühung entfernt oder 25 menen Glühtemperaturen,
belassen werden. Auch kann beim Aufwickeln zwi- .
sehen die einzelnen Windungen eine Litze eingelegt Beispiel
werden, die dann vor der Glülning entfernt wird. So Ein 0,040% Kohlenstoff, 0,31% Mangan, 0,009% können z. B. Kunststofflitzen od. dgl. erfolgreich ver- Phosphor, 0,020⁰Zn Schwefel, weniger als 0,003% wendet werden. 30 Silicium und 0.033% Kupfer enthaltender, kohlen-

Verschiedene Formen von Muffelöfen oder Kisten- stoffarmer Fiußstahl wurde auf einem kontinuiergliihöfen sind verwendbar. Bei einer Ofenart kann liehen Walzwerk zu einer Dicke von 2,24 mm warmman eine gewünschte Ofenatmosphäre direkt zwi- gewalzt, wobei die Warmwalzung bei 850° C besehen die einzelnen Windungen der Wickel blasen. endet wurde. Das Produkt wurde unterhalb 650° C Solche Öfen eignen sich gut zur Durchführung der 35 aufgewickelt.-

Erfindung. Wenn Bleche geglüht werden sollen, kann. Das bandförmige Material wurde gebeizt und dann

man Körbe verwenden, welche die Bleche getrennt zu einer Dicke von 0*635 mm um 72% kaltgewalzt,

hallen. Man kann auch Glühseparatoren verwenden; Es wurde in Form eines Wickels bei 790 ^; C. einer

dabei muß man jedoch darauf achten, daß der Glüh- Kistcnglühung unterworfen, wobei die Verweilzeit

separator keinen ungünstigen Einfluß auf die Ofen- 40 etwa eine Stunde betrug, und langsam oder im Ofen

atmosphäre ausübt oder in unerwünschter Weise mit abgekühlt. Es wurde dann einer Dressierung mit

einem Bestandteil des Stahls selbst reagiert. einer Abnahme von 1 % unterworfen, worauf es ge-

Die erfmdiingsgeniäß angewendete Kistenglühung brauchsfertig war (s. Spalte A der Tabelle),

kann auch noch anderen Zwecken außer der Rckri- In gleicher Weise bearbeitete Bleche aus dem g'lei-

stallisation des Werkstücks und der Regelung der 45 chert Material, die jedoch einer Glühtemperatur von

Korngröße dienen. Solche anderen Zwecke werden 740 C ausgesetzt worden waren, besitzen die in

für gewöhnlich durch die Wahl einer bestimmten Spalte B angegebenen Eigenschaften.

Ofenatmosphäre.erfüllt, die eine Änderung der Zu- Ein 0,036% Kohlenstoff, 0,31 % Mangan, 0,023%

sammelheizung des Stahls bewirkt. So kann z. B. die Phosphor, weniger als 0,003% Silicium und 0,080%

Kistenglühung zur Entkohlung dienen, in welchem 50 Kupfer enthaltendes Material wurde in ähnlicher

Falle eine übliche bekannte Entkohlungsatmosphäre Weise bearbeitet, nur mit der Ausnahme, daß die bei

zur Anwendung kommt. der Kaltwalzung erzielte Dickenabnahme nur 55%

Bei der erfindungsgemäß in Frage kommenden und die Glühtemperatur 740° C betrug (s. Spalte C).

Kistenglühung besteht eine Beziehung zwischen der Vergleicht man B und C, so sieht man, daß der

Temperatur und der Verweilzeit. So wurde z. B. fest- 55 Unterschied der Dickeverminderung beim Kaltwal-

gcstellt, daß man in einem Stahl gegebener Zini'.m- zen nur einen geringen Einfluß auf die üblichen Deh-

mensetzung etwa den gleichen Λ-Wert erzeugt, wenn nungseigenschaften hat, daß jedoch die höhere KaIt-

man ihn 2 Stunden bei 870° C und wenn man ihn verminderung B einen beträchtlichen Anstieg des

30 Stunden bei 788^r C glüht. Die Erfindung betrifft /?-Werts bei einer quer geschnittenen Probe ver-

jedoch technisch vorteilhafte Glühungen unter Er- ⁶° ursacht. Die Behandlung Λ, bei welcher sowohl eine

liöhung der Kapazität eines bestimmten Ofens, so größere Dickeverminderung beim höheren Kaltwal-

daß die kürzeren Verweilzeiten bei einer gegebenen zen als auch höhere Glühtemperatüren zur Anwen-

Temperatur bevorzugt in Frage kommen; die ange- dung kommen, ergibt die günstigsten Dehnungseigen-

gcbenen Temperaturen sind bei verhältnismäßig kur- schäften — Eigenschaft 3 — und das höchste pla-

zcn Verweilzeiten wirksam. Genaue Venveilzeiten 65 stische Dehnungsverhältnis — Eigenschaft 5.

können nicht angegeben werden, da sie von der Es sei bemerkt, daß die für einen Vergleich mit

Größe der Wickel und der Art der verwendeten dem erfindungsgemäßen Verfahren gewählte Glüh-

Glüheinrichtung abhängen. Die erfindungsgemäße temperatur von 740^c C sich nahe der oberen Grenze

der bisherigen, bekannten Praxis befindet. Niedrigere Glühtemperaturen, wie sie bisher auch zur Anwendung kamen, ergeben schlechtere Eigenschaften.

Nr. 5 H Glühung bei 738° C

Kaltverminderung, %>

R quer

Streckgrenze, kg/mm=¹
Zugfestigkeit, kg/mm-'
¹Vo Dehnung

(1 = 50,8 mm)

Streckgrenzendehnung,

Härte (Rockwell B) ...
ASTM Korngröße ....

A	B
Nr. 11 H	Nr. 11 H
Glühung	Glühung
bei 788°C	bei 738° C
' 72	72
1,90	1,60
15,80	16,80
29,80	31,50
48	46,5
0	0
46	43
7V2	872

Claims (2)

Patentansprüche: 54 xo 1,41 17,00 31,80 44,5 46 7'/2

1. Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffarmem Stahlblech oder -band mit überragenden Zieheigenschaften aus unberuhigtem Stahl mit weniger als 0,08Vo Kohlenstoff, 0,20 bis 0,40% Mangan, 0,010 bis 0,035Vo Schwefel, 0,005 bis 0,020 °/o Phosphor, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, der zu einer mittleren Stärke warmgewalzt, auf die Blechstärke kalt heruntergewalzt und das Blech geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dickenabnahme beim Kaltwalzen 65 bis 80"/» beträgt und daß die Glühung als Kistenglühung bei einer Temperatur von 760 bis 870¹C während 1 bis 30 Stunden durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich noch eine Dressierwalzung anschließt.

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