DE1433632A1

DE1433632A1 - Verfahren zur Herstellung von Schweissstahl

Info

Publication number: DE1433632A1
Application number: DE19641433632
Authority: DE
Inventors: Gehring Dr Rer Nat Dip Eckhard; Ulf Geier; Claus Dr Rer Nat Kurt
Original assignee: Schloemann AG
Current assignee: Schloemann AG
Priority date: 1964-10-22
Filing date: 1964-10-22
Publication date: 1968-11-28
Also published as: BE671141A; ES318815A1; GB1131721A; FR1450948A; US3359100A; NL6513657A; AT292049B

Description

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Verfahren zur Herstellung von Schweißstahl

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schweißstahl* Dieser wurde früher aus nach dem Puddelverfahren hergestellten Luppen oder aus zu Paketen gebündelten lluß- oder Schweißetahlabfallen hergestellt» Charakteristisch für beide Verfahren war, daß vorhandene Eisenoxyde in flüssige Schlacke Übergeführt wurden und beim Verformen, wie Schmieden, Pressen oder Walzen, herausgequetscht wurden. Hierzu waren sehr starke Verformungsgrade erforderlich« Trotzdem konnten die Schlackeneinschlüsse nicht immer ausreichend be-Beitigt werden, so daß ein heterogenes G-efüge entstand und die Produkte den heutigen Ansprüchen nicht mehr gerecht wurden· Darüber hinaus war das Verfahren mit schwerer Handarbeit verbunden, die trotz Versuche durch Maschinen nicht ersetzt werden konnte.

Die Erfindung geht von dem beschriebenen Schweißstahlverfahren aus und besteht darin, daß die Eieenoxyde an der Oberfläche der zu verschweißenden Teile durch Reduktion vorzugsweise mit reduzierenden Gasen in Eisen umgewandelt werden. Ein Vorteil des Verfahrens bei Anwendung von Wasserstoff enthaltenden reduzierenden Gasen ist, daß es so gelingt, die Oxyde rückstandsfrei zu beseitigen, da sich der bei der Reduktion bildende Wasserdampf mühlos abziehen läßt,

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Ein anderer Portschritt gegenüber dem bisherigen Schweißstahlverfahren besteht darin, daß die ^'isenoxyde beziehungsweise ihre Folgeprodukte bereits vor dem Verschweißen beseitigt werden. Es ist so möglich, sie vollständig zu beseitigen, ohne daß sie durch starkes Verformen herausgequetscht werden müssen» Eine *'olge davon ist, daß keine Behinderung des Versehweißens eintritto Demzufolge genügt bereits ein vergleichsweise geringer Verformungsgrad, um die bekannten vorzüglichen Eigenschaften des Schweißstahles voll zu erzeugen. Es wurde gefunden, daß bereits ein einziger Walzstich genügt, um ein vollständiges Verschweißen und damit ein Werkstück mit befriedigenden Eigenschaften zu erreichen, während hierzu beim Paketstahl eine Vielzahl von Walzstichen unter Zwischenwärmen erforderlich waren.

Ein weiterer Schritt zur Verbesserung des alten Schweißstahlverfahrens besteht darin, daß wesentlich kleinere Teile miteinander verschweißt werden. Keine Abmessung der verwendeten Tei&e soll größer als die 8-fache Materialstärke der herzustellenden Teile sein. Die verwendeten Teile sollen untereinander vorzugsweise ähnliche Größea? und ähnliche ^orm besitzen, zum Beispiel kugel- oder ellipsoidähnlich. Die Teile

(Eisenschwamm) können gegossen ( Granalien), verformt ( Späne) oder porös / sein» Beim Verwenden von Granalien mit kugelähnlicher haben sioh solche·besonders bewährt, die einen Durchmesser von nicht mehr als die 4-fache Materialstärke des herzustellenden Produktes haben.

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spezielle Herstellung solcher Teile erscheint kostspielig gegenüber der früher üblichen Verwendung von Abfällen oder Luppen^ jedoch sind die Vorteile der Verwendung verhältnismäßig kleiner Teile so erheblich, insbesondere wenn sie von ähnlicher Form und geringer Größe sind, daß sich die Herstellung solcher Teile zur Durchführung des Schweißstahlverfahrens wirtschaftlich lohnt« Als besonders wirtschaftlich und technisch sehr gut geeignet haben sich Teilchen erwiesen, die durch Granulieren flüssigem Stahls mittels Preßwasser hergestellt sind_e Vorzugsweise wird ein Stahlgieß— strahl mittels eines Wasserstrahls aufgesplittert. Dieses Verfahren ist biLligf die dabei entstehende Oberflächenoxydation wird beim folgenden Desoxydieren rückgängig gemacht.

Der Vorteil der Verwendung solcher kleinen Teile liegt darin, daß die zur Erzielung eines guten Gefüges erforderliche Verformungsarbeit nicht größer als notwendig wird. Wird die Verformung durch Walzen vorgenommen, so liegen die zu verwalzenden Teile bei der genannten Bemessung mit Sicherheit innerhalb des Greif winke Is der Walzen. {j

Es nicht unbedingt notwendig, bei dem Schweißverfahren eine besonders hohe Temperatur anzuwenden, da keine Schlacken vorhanden sind, die schmelzflüssig sein müssen. Zur Verminderung der Verformungsarbeit sollen aber die Teile vor dem Verschweißen möglichst auf mindestens 6oo° C - allerdings nicht bis über den Schmelzpunkt des Stahls - erhitzt werden·

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Sobald und solange die Teile auf mindestens 5oo° 0 erhitzt werden, sollen sie zwecks Vermeidung des Zusammensinterns relativ zueinander bewegt werden. Derartige Relativbewegungen können beispielsweise in einem Drehrohrofen oder durch Einführung eines starken Heißgasstromes in den Zuführungsweg der Einzelteile zur Bearbeitungsstätte erzielt werden.

Besondere Vorzüge bietet das erfindungsgemäße Verfahren beim Verschweißen der Teile im Walzwerk, weil hierbei eine vollkontinuierliche Arbeitsweise erreicht werden kann. Booh kann das Verfahren auch in Preß- oder Schmiedegesenken ausgeführt werden.

Die Verwendung verhältnismäßig kleiner Teile ermöglicht das Verschweißen dieser Teile in einem einzigen Walzenpaar in einem einzigen Arbeitsgang. Hierdurch verringert sich die Dimension und der Aufwand der Vorrichtung zur Herstellung beispielsweise von Bändern und Profilen im Schweißverfahren außerordentlich·

Das im Schweißverfahren gemäß der Erfindung hergestellte Material ist dem Flußstahl nicht nur ebenbürtig sondern bietet für gewisse Fälle noch besondere Vorteile· Wegen der ££gellosen Orientierung der verwendeten Teile gilt dies insbesondere für die Herstellung von Transformatorenblechen und Tiefziehblechen.

Im folgenden wird die Durchführung des Verfahrens beispielsweise mit Hilfe eines Walzwerkes beschrieben.

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Das Ausgangsmaterifl. möge vorwiegend kugelähnlichen Granalien mit einem Durohmesser von durchschnittlich 2 mm bestehen. Bei den Verunreinigungen der Oberfläche solcher Partikel handelt es sich in erster Linie um -^isenoxyd« Diese werden durch irgendeine Entzunderungsmethode beseitigt. Im vorliegenden Zusammenhang hat sioh das Blankglühen als besonders vorteilhaft erwiesen, weil es sioh mit dem Aufheizen der Partikel auf Schweißtemperatur vereinigen läßt» Diese Art der Desoxydation "bietet den besonderen Vorteil, daß das Aufheizen in einer reduzierenden Atmosphäre erfolgen kann, die jegliche Oxydation ausschließt· Das Blankglühen kann oberhalb 6oo C beim Aufheizen auf Arbeitstemperatur von 9oo - 125o°0 erfolgen· In Abwandlung hiervoam kann der Beginn der Erhitzung auch in oxydierender Atmosphäre erfolgen, falls anschließend eine ausreichende Desoxydation in reduzierender Atmosphäre erfolgt.

Besonders zweokmäßig ist es, die Desoxydation und die Aufheizung in einem Drehrohrofen durchzuführen, da durch die ständi- gen Beweggungen, welchen die Teilechen in einem solchen Drehrohrofen unterworfen sind, ein vorzeitiges Zusammenkleben vermieden wird. Es kann in einem indirekt oder direkt elektrisch oder indirekt gasbeheizten Drehrohrofen mit einem reduzierenden Gras beziehungsweise Wasserstoff als Reduktionsmittel gearbeitet werden· Wirtschaftlicher dürfte jedoch die Erhitzung in einem direkt gasbeheizten Drehrohrofen sein, wobei die Desoxydation durch geeignete fflammenführung erreicht wird· Durch das Blankglühen werden die Oxydoberflächen der Teilchen reduziert, was besonders wichtig ist, weil diese Oxyde bei der

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Schweißtemperatur leichter verformbar sind als die Stahlteilchen und infolgedessen beim Verschweißen zwischen zwei benachbarten Teilchen stets ganzflächige Trennschichten bilden wurden, die beim Verschweißen wie beim alten Schweißeisenverfahren nur durch sehr starke Verformung aus dem Material herausgedrückt werden könnten.

Wenn die Teilchenoberflächen von Oxyden befreit sind, so bedarf es noch der Zuführung aus dem Reduktionsofen zum Walzwerk in einer Weise, die eine Ueuoxydation oder Verunreinigung ausschließt* Zu diesem Zweck wird der Ofenausgang über dem Walzspalt eines liegenden Walzgerüstes angeordnet, dessen beiden Achsen etwa in einer waagerechten Ebene liegen» Die kurze Zeit für den Weg zwischen Ofanausgang und Walzspalt ermöglicht nicht nur eine Geringhaltung der Oxydation sondern verhütet auch Wärmeverluste· Der Weg zwischen Ofenausgang und Walzspalt kann außerdem durch einen Schutzmantel nach außen abgeschirmt werden, wodurch die Wärmeverluste und die Möglichkeit des Zutrittes von Luft auch dann sehr klein gehalten werden, wenn der Schutzmantel nicht unbedingt dicht schließt. Es wird dann aus dem Heizofen Schutzgas innerhalb des Schutzmantel unter geringem Überdruck dem Walzspalt zugeführt,

Neben Wasserstoff und Heizgas können auch andere neutrale Grase erfolgreich verwendet werden, wie beispielsweise Stickstoff und Argon. Die Erhitzung erfolgt dann beispielsweise elektrisch.

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Die Prüfung von Stahlbändern, die erfindungsgemäß hergestellt worden sind, ergab, daß die Schweißstellen keines-wegs etwa Sohwaohsteilen in einem fertigen Band sind« Beispielsweise wurde ein Band von etwa 2 mm Stärke untersucht. Bei Zerreißproben zeigte Bioh, daß der Bruoh nioht entlang der früheren Partikelgrenzen verläuft sondern $uer durch die Partikel hindurch» Das erfindungsgemäß erzielte G-efüge ist derart gleichmäßig, daß sein Schliffbild selbst für den Fachmann kaum vom konventionellen Flußstahl zu unterscheiden ist. Während die Eigenschaften des alten Schweißstahles meist richtungs- " abhängig waren, weil das zu verschweißende längliche Material in Walzrichtung gelegt wurde, trifft dies erfindungsgemäß nicht zu· Wenn die Teilchen klein, d.h. mit einem Durchmesser unter 2 mm gewählt werden, zeigt der erzeugte Schweißstahl auch nachträglich keine ausgeprägte Textur, vermutlich deshalb, weil die Teilchen nur einer relativ geringfügigen Verformung unter* zogen werden· Der erfindungsgemäß hergestellte Stahl hat sich daher bei der Tiefziehprüfung gut bewährt. Insbesondere tritt fast keine Zipfelbildung auf. Das Verfahren ist daher auch f besonders geeignet für die Herstellung von Transformatorblachen.

Bei der üblichen Sohweißstahlerzeugung durch Walzen wurden im ersten Stioh lediglich große Materialstärken erzielt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung kleiner Teilchen, lassen sioh auch beim ersten Stioh schon geringe Stärken erzielen. Infolgedessen ist es möglich, erfindungsgemäß mit einem einzigen Walzstich bereits Fertigerzeugnisse herzustellen. Man kann also mit einem einzigen Walzgerüst zur Herstellung von Fert:feerzeug-

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nissen aus dem Ausgangsmaterial auskommen, ohne die Gesamtverformung kleiner zu halten als es für die Erzielung einer guten Qualität notwendig ist. Es gelang, in einem einzigen Stich aus Granlien mit einem Durchmesser etwas unter 2 mm, Bänder in einer StärJte von 1,3 mm herzustellen, und zwar in einer solchen Weise, daß keine zusätzliche Performing notwendig v/ar, Vorraussichtlich wird sich bei Verwendung dünnerer Walzen und kleinerer Teilchen in einem Stich noch eine geringe Stahlbandstärke erzielen lassen.

Wenn die Partikel im Sinne obiger Angaben , klein gehalten werden, entfällt das beim Schweißverfahren sonst notwendige Paketieren des Ausgangsstoffes. Werden jedoch größere Teilchen erfindungsgemäß verwendet, so kommt es vor, daß nicht genügend Partikel gleichzeitig von den Walzen ergriffen werden. TJm diesen Nachteil abzuhelfen, werden entweder die Partikel gebündelt und gegebenenfalls unter Druck in den Walzenspalt hineingestoßen oder Walzen mit so großen Durchmessern verwendet, daß genügend Partikel gleichzeitig gegriffen werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein kontinuierlicher Arbeitsablauf vom Heizofen bis zum Haspel beziehungsweise Kühlbett erzielt werden. Der Gedanke liegt sogar β-σ nahe, in dieses kontinuierliche Arbeitsverfahren auch die Herstellung der kugelähnlichen Teilchen einzubeziehen, so daß dann eine durchgehende Arbeitslinie vom Schmelzofen über die

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Vorrichtung zur Herstellung der Teilchen biß zum Haspel beziehungsweise zum Kühlbett möglich erscheint.

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Claims

ntansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von Schweißstahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der zu verschweißenden Teile vor dem Verschweißen von störenden Verunreinigungen, insbesondere Oxyden, befreit beziehungsweise desoxydiert und unter ständigem Schutz gegen erneute Verunreinigung und/oder, Oxydation anschließend verschweißt werden»

2») Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß keine Abmessung der zu verschweißenden Teile größer als die 8-fache Materialstärke des herzustellenden Teiles ist«

3·) Verfahren nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verschweißenden Teile untereinander ähnliche Größe und/oder ähnliche Form besitzen.

4·) Verfahren nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die mitetander zu versohweißenden Teile kugel- oder ellipsoidähnliohe Form haben.

5·) Verfahren nach einem der Ansprüohe 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verschweißenden Teile aus Eisenschwamm bestehen. ·

6») Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Teile vor dem Verschweißen auf mindestens 6oo° 0 erhitzt werden· ,

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7·) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der zu verschweißenden Teile mindestens im Temperatur "bereich oberhalb 6oo° 0 in reduzierender Atmosphäre, beispielsweise nach Art des Blankglühens, erfdgt, worauf gegebenenfalls eine weitere Erhitzung der Teile bis zur Versehweißtemperatur zwischen 9oo und 125o° 0 unter Schutz gegen erneute Oxydation vorgenommen wird«

8») Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Teile sobald und solange sie auf mindestens etwa 5oo° 0 erhitzt sind, zwecks Vermeidung des Zusammenbackens relativ \ zueinander bewegt werden.

9·) Verfahren naoh einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung in einem Drehrohrofen erfolgt.

1o·) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen durch Verwalzen erfolgt.

11·) Verfahren nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet,

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daß das Verschleißen durch Stranpreesen erfolgt.

12») Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschweißen durch Gesenkschmieden erfolgt.

13·) Verfahren nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierenden Gas« des Drehrohrofens in einer.im wesentlichen geschlossenen leitung unter geringem Überdruck ^der Verschweißungsstelle(der Strangpresse, dem Schmiedegesenk dem Walzspalt)zusammen mit dem erhitzten Material zugeführt werden,

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14·) Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung der zu verschweißenden Teile im Drehrohrofen unter reduzierenden Bedingungen durch direkte Gasbeheizung erfolgt·

15·) Verfahren nach einem der Ansprüche 1o oder 15» dadurch gekennzeichnet, daß das vollständige Verschweißen zu einem Fertigprodukt in einem einzigen Durchlauf zwischen zwei Arbeitewalzen erfolgt.

16«) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen erhitzt reduziert und verwalzt werden, die duroh Granulieren flüssigen Stahle mittels Preßwasser hergestellt sind·

17·) Verfahren nach einem der Ansprüche 1o,13»1# oder 15» in Anwendung auf die Herstellung von Transformatorenblechen und/oder Tiefziehbleohen.

16·) Anordung zur Ausführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1o,13,14,15, 16 oder 17» dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Drehrohrofens über den Walzspalt eines liegenden Walzgerüstes angeordnet ist·

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