DE1433760A1 - Anwendung der Stufenkuehlung zur Verguetung gewalzten Stahls und dabei hergestellter Stahldraht - Google Patents

Description

MORGAN Construction Company, Worcester/Mass., USA

Anwendung der Stufenkühlung zur Vergütung gewalzten Stahls und dabei hergestellter Stahldraht

Die Erfindung betrifft die Anwendung der Stufenkühlung zur Vergütung gewalzten Stahls unmittelbar aus der Walzhitze des letzten Fertigwalzgerüstes heraus zur Herstellung eines Stahldrahtes aus einem oberhalb der Umwandlungstemperatur kontinuierlich gewalzten Knüppel, der nach der Abkühlung über seine gesamte Länge eine gleichmäßige Kornstruktur ohne größere Anteil lamellaren Perlits und ohne Martensitanteile aufweist und kaltverform- bzw. kaltziehbar ist.

Stahldraht im Sinne dieser Anmeldung kann vorzugsweise ein Rundstahl von etwa 5-12 mm Stärke sein. Draht dieser Art wird im allgemeinen, nachdem er zusätzlich besonderen Vergütungsprozessen unterworfen wurde, in anschließenden Kartverarbeitungsprozessen gezogen, zu Schrauben, Nägeln oder dergleichen geformt bzw. ohne weitere Verformung z.B. bei Stahlbetonarbeiten als Bewehrung verwendet.

Der Draht wird durch Auswalzen von vorher etwa auf 1000 C erhitzten Stahlknüppeln quadratischen Querschnitts hergestellt. Die Knüppel treten mit einer Geschwindigkeit von 0,09 - 0,15 m/sec. in die Walzenstraße ein, gewinnen kontinuierlich an Geschwindigkeit und verlassen das letzte Fertiggerüst der Straße mit einer Geschwindigkeit von etwa 35 - 50 m/sec. Während des Durchgangs durch die Walzenstraße verliert der Stahl zwar an Wärme durch deren Abgabe an die Walzen und die Führungselemente, bis er die Fertigstraße erreicht, wo der Verlust an Wärme geringer ist als der Wärmegewinn, den die Verformung mit sich bringt. Die Temperatur des Drahtes beim Austritt aus der Straße schwankt 909884/0U6

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um etwa 50° C bei im übrigen gleichbleibenden Bedingungen. Während des Walzens verlieren die Enden des Knüppels schneller an Wärme als der mittlere Teil. Man hat erfolgreiche Anstrengungen gemacht, diesen Umstand dadurch zu beseitigen, daß die Enden des in die Walzenstraße einzubringenden Knüppels heißer gehalten wurden, als der mittlere Teil. Andere Ursachen, die ebenfalls solche TEmperaturunterschiede hervorrufen, konnten bisher nicht beseitigt werden. Es besteht auch wenig Aussicht, -zu einer völlig gleichmäßigen Temperaturverteilung zu gelangen, wenn man berücksichtigt, daß der Werkstoff sich mit einer auf 130 - 180 km/h steigernden Geschwindigkeit durch die Straße auf das letzte Gerüst hin bewegt.

Der die Straße verlassende Draht wird gewöhnlich zunächst durch Wasser, das in die Führungsrohr eingeführt ist, gekühlt und dann zu ringförmigen Bunden von gegenwärtig etwa 1,2 m 0 gehaspelt. Die Stärke des Bundes hängt von dem Gewicht des in die Straße eingeführten Knüppels ab und bewegt sich beim heutigen Stand der Entwicklung zwischen etwa 0,t und 1,0 m und mehr. Die Drahtbunde kühlen anschließend auf einem Transportband mit horizontaler Transportebene auf eine Temperatur von etwa 650° C herunter. Bei dieser Temperatur ist der Stahl im Bund hart genug geworden, um das Obergeben des Bundes an einen Hakentransport zu erlauben, ohne daß die einzelnen Drahtwindungen noch eine plastische Verformung erfahren. Anschließend kühlen die an dem Hakentransport hängenden Bunde noch etwa 20 bis 30 Minuten, wobei die äußeren Drahtringe des Bundes schneller kalt werden als die inneren, die noch verhältnismäßig lange Zeit heiß bleiben.

Wenn der Draht in der anfangs geschilderten Weise in den Bunden abkühlt, ergeben sich einige seine Qualität wesent-

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lieh beeinträchtigende Nachteile. Die Drahtwindungen im Inneren des Bundes weisen wegen des langsamen KühlVorgangs im wesentlichen eine lamellare Perlitstruktur auf, während die äußeren Ringe, die schneller kühlen, im allgemeinen eine feinere MikroStruktur mit besseren Dehnungsund Zugfestigkeitswerten aufweisen, die den gewünschten Werten für ein wirtschaftliches Drahtziehen näher kommen. Es kommt aber auch vor, daß die beispielsweise einem plötzlichen Regen oder anderen unerwarteten Kühlbedingungen aufgesetzten äußeren Ringe so schnell abkühlen, daß Bainit oder Martensit entsteht, das diesen Teil der Bunde für das Drahtziehen völlig unbrauchbar macht. Ferner entwickelt sich auf den inneren Ringen des Bundes eine dicke und auf den äußeren eine dünnere Schicht von Zunder, der verhältnismäßig säurewiderstandsfähig ist. Dies verursacht neben dem damit direkt verbundenen Metallverlust zusätzliche Entzunderungskosten und eine starke Beschädigung der Drahtoberfläche als Folge zunächst der Oxydation während des Kühlens und dann durch den Säureeinfluß bei der Entzunderung. Oberflächenzerstörungen dieser Art wirken sich bei der anschließenden Kaltverformung des Drahtes häufig sehr nachteilig aus.

In den Drahtwindungen, die besonders langsam abkühlen, wachsen die Austenitkörnungen besonders stark und verbleiben im Stahlgefüge, da sie auch durch eine spätere Hitzebehandlung nicht beseitigt werden können. Solche Körnungsabschnitte lassen sich in auf die beschriebene Weise gekühlten Bunden nicht vermeiden.

Weil die Eigenschaften, insbesondere von Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt über die Drahtlänge, die aus einem Knüppel gewalzt worden ist, wegen der unterschiedlichen

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Kühlungsbedingungen partiell so verschieden sind, haben sich die Fachleute der Stahlindustrie von Anfang an mit dem Problem beschäftigen müssen, diesen Draht für die nachfolgende Bearbeitung, insbesondere die Kaltbearbeitung wieder verwendbar zu machen. Es ist ihnen dabei bis heute immer noch weitgehend unbekannt geblieben, welche physikalischen Eigenschaften und welche MikroStruktur Stahl bei Temperaturen zwischen 1100° und 1150° C aufweist. Da der mit etwa 1000° C in die Straße eintretende Knüppel noch relativ weich, wenn auch nicht flüssig ist, und der in ihm enthaltene Kohlenstoff sich noch im gelösten Zustand befindet und deshalb auch in dieser Phase der Herstellung des Drahtes noch keine verläßlichen Aussagen . möglich waren, befaßte man sich durchweg mit Maßnahmen, die unterhalb dieser Temperaturgrenze lagen und erkannte dabei, daß die MikroStruktur und die physikalischen Eigenschaften des entstehenden Drahtes entscheidend von der Art und Weise der Abkühlung des Drahtes während des Verformungsvorgangs und insbesondere nach dessen Beendigung bestimmt werden.

Die Fachleute konnten dabei im Laufe der Entwicklung von folgenden, inzwischen wissenschaftlich als gesichert anzusehenden, die Stahlbehandlung im allgemeinen betreffenden Erkenntnissen ausgehen:

Gewöhnlicher Kohlenstoffstahl übereutektoidischer Zusammensetzung wird durch Erhitzung auf die sogenannte "austenitische Temperatur" in Austenit umgewandelt. In diesem Prozess werden die aufgrund der vorangegangenen thermischen Geschichte dieses Stahls in ihren charakteristischen mikrostrukturellen Erscheinungsformen als freies Ferrit, Perlit, Bainit und Martensit vorhandenen Ferrit- und Zementitbe-

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standteile umgewandelt. Die Austenit-Formation entwickelt sich aus einer Kernbildung und anschließendem Wachsen der neugebildeten Austenitkörner. Die Umwandlung findet unter Bewegung der Kohlenstoffatome innerhalb atomarer Distanzen nach Art einer Diffusion statt. Die Kerne aus denen die neuen austenitischen Körner wachsen, erscheinen zunächst an den Korngrenzen zwischen Ferrit und Zementit, und die Größenordnung von Wachstumsgeschwindigkeit und Abmessungen, die die Austenitkörner erreichen, hängt von der Höhe und der Zeitdauer der erreichten Temperatur ab. Die Austenitkörner schieben sich während ihres Wachstums ineinander und durchlaufen eine bestimmte Phase während derer der Kohlenstoff im Eisen vollständig gelöst ist. Die vollständige Umwandlung umfaßt damit drei Stadien: Erstens, die Bildung von Austenitkernen und deren Wachstum unter Aufnahme der Zementite und Ferrite und zweitens die Auflösung des Zementits sowie schließlich den Ausgleich der austenitischen Zusammensetzung durch die gesamten neugebildeten Kristalle hindurch. Ein kennzeichnendes praktisches Merkmal ist dabei die Größenordnung, die die austenitische Körnung erreicht, die, wie dargelegt, klein bleibt, wenn die austenitische Temperatur so niedrig wie möglich und die Zeitspanne für diese Temperatur so kurz wie möglich gehalten werden. Die relative Größe der austenitischen Körner, die bei Temperaturen oberhalb der austenitbildenden Temperatur vorhanden ist, kann beeinflußt und geändert werden, wenn man den Stahl bei diesen Temperaturen plastisch verforat. Durch hinreichende Verformung werden die Körnungen dann zwar verkleinert, beginnen aber unmittelbar danach, und zwar jeder Körnungsbruchteil für sich, erneut zu rekristallisieren. Zunächst als eine Ansammlung von äußerst kleinen Körnchen und anschließend als ein Zusammenwachsen zu größeren Körnungen. Die Größe, die diese neuen Körner erreichen, hängt ebenfalls von der Zeit und der Temperatur ab.

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Kühlt man den so entstandenen Stahl auf Umwandlungstemperatur herab, dann wandelt sich seine austenititsche Struktur und in der Zusammensetzung der MikroStruktur erscheinen die schon erwähnten Ferrit-ZementitbestandteiIe. Das Ausmaß der vorhandenen Anteile an freiem Ferrit, Perlit, Martensit, Bainit und deren Variationen davon hängt dabei vom Verlauf und der Intensität der Abkühlung während der Umwandlung und ferner von anderen Faktoren ab, die später noch behandelt werden.

Während dieser Umwandlung geht die neue Kernbildung im wesentlichen von den austenitischen Kornansammlungen aus. Die tatsächliche Umwandlung geht wieder in Diffusionsform vor sich. Bei Anwendung von Kühlstufen, die die vorherrschenden Perlitstrukturen begünstigen, ist das erste Umwandlungsprodukt voreutektisches Ferrit, das sich im Bereich der Korngrenzen des Austenits dort findet, wo es aus diesen entstanden ist. Größe, Abmaße und Menge dieser Partikel von freiem Ferrit in der Perlitmatrix stellen einen tatsächlich bedeutenden Faktor für die Festlegung der Stahlcharakteristik dar. Stähle, die einen geringen Kohlenstoffgehalt aufweisen, zeigen selbstverständlich größere Anteile an freiem Ferrit als solche, deren Kohlenstoffgehalt dem des eutektoiden Stahls näher kommt.

Praktische Anwendung fanden diese Erkenntnisse bei der Nachbehandlung der in der bereits beschriebenen Weise hergestellten und gekühlten Bunde eines für die Weiterverarbeitung zunächst unbrauchbaren Drahtes. Bei dieser nachträglichen Behandlung, dem sogenannten "Patentierprozess", wird der Draht auf 800° bis 900° C aufgeheizt und dann in einem entsprechenden Luftstrom gekühlt, den man gegen den Draht bläst oder der durch die Drahttemperatur selbst her-

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vorgerufen wird. Eine andere Methode der nachträglichen Kühlung besteht darin, den ebenfalls wieder aufgeheizten Draht in besonderen Schmelzbädern zu kühlen. Während des Patentierprozesses bewegt sich der Draht langsam mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,15 bis 0,25 m/sec. Es ist deshalb möglich, seine Temperatur genau zu kontrollieren, insbesondere innerhalb des Ofens, in dem die Wiederaufheizung stattfindet Und an dem Punkt, an dem der Draht den Ofen verläßt. Im allgemeinen gelingt es, die Temperatur des Drahtes gleichmäßig mit Abweichungen von ^ 15° C zu halten. Man erreicht dieses z.B. durch Auflegen des wieder enthaspelten Drahtes in schuppenform!g aufeinanderliegenden Schlingen auf einen Förderer, der den Draht mit einer sehr geringen Geschwindigkeit durch den Ofen transportierte, wobei die Transportgeschwindigkeit und die Ofentemperatur sorgfältig aufeinander abgestimmt werden mußten. Anschließend wurde der Draht schnell abgekühlt, zum Beispiel durch das Eintauchen in Wasser. Diese Behandlungsmethode wird sehr eingehend in der australischen Patentschrift 127 856 und in der französischen Patentschrift 1 299 205 beschrieben.

Es wurde auch in einem erst im Jahre 1961 veröffentlichten Aufsatz "Continuous Conveyorized Loop Processing in a new concept in Rod and Wire Handlung" in "Wire & Wire Products" (Oktober 1961) angedeutet, daß es eine Möglichkeit geben müsse, mit dieser Methode einen patentierten Draht zu erhalten, ohne daß der Verfasser dabei anzugeben vermochte, auf welche Weise dies im einzelnen erreicht werden sollte. Erkennbar ist lediglich, daß auch dieses Patentieren mit den in der zweiten Stufe notwendigen langsamen Geschwindigkeiten vor sich gehen soll (der Verfasser spricht von etwa 5 Fuß pro Minute).

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Diese im Laufe der Jahre unter Verwendung eines außeror-

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dentlichen Aufwandes an Kontroll- und Steuereinrichtungen zu hoher Vollkommenheit entwickelten Einrichtungen und Verfahren zur Behandlung des Drahtes in der zweiten Stufe sind, wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, nicht geeignet, den Draht statt ihn vorher aufzuheizen direkt aus der Walzhitze heraus zu behandeln, weil die langsamen Arbeitsgeschwindigkeiten dieser Einrichtungen sowie die schon erwähnten Temperaturschwankungen des aus der Straße austretenden Drahtes eine solche Anwendung unmöglich machen. Diese Unmöglichkeit ergibt sich schon aus der Tatsache, daß die Produktion eines einzigen Stranges einer modernen Drahtstraße etwa vierzig nachgeordnete Stränge der oben geschilderten Vergütunqsanlagen der zweiten Stufe erfordert.

Der mit den beschriebenen Nachbehandlungsverfahren verbundene hohe Aufwand veranlagte die Fachleute nach anderen wirtschaftlicheren Wegen zur Erzielung eines brauchbaren Stahldrahtes zu suchen, wobei sich die grundsätzliche Lösung in dem Wunsch-Vorschlag anbot, den Draht, so wie er die Drahtstraße verläßt, aus seiner Walzhitze gemäß · den schon erläuterten allgemeinen Erkenntnissen der Stahlvergütung zu behandeln und dadurch ohne jede besondere Zwischenstufe einen Draht mit den jeweils gewünschten physikalischen Eigenschaften möglichst homogener Verteilung über den Querschnitt des Drahtes und über dessen -gesamte Länge zu erhalten. Dieser Wunsch ist beinahe so alt wie die Walzwerkstechnik selbst.

Mindestens seit der Jahrhundertwende wurde das Problem eingehend behandelt und die verschiedensten Lösungsvorschläge gemacht. In den folgenden Jahren stieg dann die Zahl der veröffentlichten Vorschläge von Jahrzehnt zu Jahrzehnt an. Neben zahlreichen Vorschlägen, den aus der Walzenstraße

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kommenden Draht während des Haspeins bereits in ein Wasserbad einzubringen (Deutsche Patentschrift 595 172) auf die hier nicht näher eingegangen zu werden braucht, wird in der US-Patentschrift 8 54 810 und in den Deutschen Patentschriften 443 168, 550 927 und 573 790 in verschiedenartigster Weise vorgeschlagen, den entstehenden Bund im Haspel mit gesprühtem Wasser in Berührung zu bringen und ihn so abzukühlen. Die Methoden führten, wie die Praxis der letzten Jahrzehnte erwies, zu keinem befriedigenden Ergebnis, weil sich mit ihnen keine gleichmäßige Kühlung des Drahtes über dessen gesamte Länge infolge des Aufeinanderliegens der Drahtschlingen und keine Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit in den für ein bestimmtes Ergebnis notwenigen genauen Grenzen erzielen ließ. Auchder in der US-Patentschrift 1 977 989 niedergelegte Vorschlag, den Bund während seines Entstehens von innen her mit Wasser zu besprühen, um die am schlechtesten abkühlenden Bereiche zu erfassen, brachte kein besseres Ergebnis und setzte sich in der Praxis nicht durch. In der US-Patentschrift 1 844 135 und in den später erschienenen US-Patentschriften 2 7 56 169, 2 994 328 und 3 011 928 wird der Gedanke entwickelt, den aus der Straße austretenden heißen Draht vor dem Einlauf in den Haspel innerhalb des wassergekühlten Führungsrohres schnell und intensiv abzukühlen mit dem Ziel, das gewünschte Ergebnis zu erreichen. Besonderen Erfolg versprach man sich dabei von den in der genannten US-Patentschrift 2 994 328 entwickelten Gedankengängen, die auch zu praktischen Versuchen führten, wie z.B. aus dem Aufsatz "Stahl und Eisen" Nr. 78 (19 58) Seiten 1401 und 1402 hervorgeht. Auch dieses Verfahren kam über die in dem genannten Aufsatz geschilderte Versuchsanordnung nicht hinaus, obgleich die Ergebnisse zunächst vielversprechend aussahen. Der Grund dafür ist in erster Linie darin zu suchen, daß trotz des außerordentlichen Aufwandes an komplizierten Steuerungs-9 09884/0446

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einrichtungen, die erheblichen Temperaturschwankungen des aus der Straße austretenden Drahtes über seine Länge nicht restlos beherrscht werden konnten und deshalb insbesondere bei zu tiefen Temperaturen partielle Martensitbildungen im Gefüge auftraten, und weil das Haspeln des bereits abgekühlten Drahtes ein Herausbrechen des Zunders an den Drahtaußenseiten zur Folge hatte. Diese Schwierigkeiten würden bei den heute bereits erreichten erheblich höheren Austrittsgeschwindigkeiten des Drahtes noch größer sein als im Jahre 19 51, als dieser Versuch gefahren wurde.

Neben einem weiteren Vorschlag nach der US-Patentschrift 2 02 3 736, den Bund in ein geschmolzenes Salzbad zu haspeln, wurde z.B. in der veröffentlichten Deutschen Patentanmeldung V 1453 und weiter in der Deutschen Patentanmeldung W 17 775 der Vorschlag gemacht, den Draht unmittelbar nach seinem Austritt aus der Straße, statt in wassergekühlten Rohren durch strömende Luft abschreckend zu kühlen. Dieser Vorschlag, der keine praktischen Hinweise in Bezug auf die technischen Mittel zu seiner Durchführung enthielt, ließ sich allein deshalb nicht verwirklichen, weil das Heranbringen entsprechender Luftmengen an den mit Geschwindigkeiten von über 100 km/h austretenden Draht technisch nicht zu verwirklichen war. Es wurden dann später z.B. in der US-Patentschrift 2 516 2U8, der US-Patentschrift 2 673 820 und in den Deutschen Patentschriften 955 855 und den Deutschen Auslegeschriften 1 115 682 und 1 156 372 die Gedanken der Luftbeaufschlagung aufgegriffen, und zwar in der Form, daß die Luft entweder während des Entstehens des Bundes in den Haspel eingeblasen oder die bereits fertigen Bunde während ihres Weitertransportes mit Luft beaufschlagt werden sollten. Diese Vorschläge fanden bei einigen Einrichtungen praktische Anwendung und brachten

auch Erfolge insoweit mit sich, als der Draht besser als 90988WQ446

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bisher abgekühlt wurde. Eine homogene Abkühlung des Drahtes über dessen gesamte Länge und eine Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit in kontrollierter Form ließ sich auch mit diesen Methoden allein deshalb nicht erreichen, weil die Oberfläche des Drahtes nicht allseitig beaufschlagt werden konnte, und weil der Wärmeabfluß durch die aufeinanderliegenden Windungen des Drahtes und das Aufliegen der Bunde nicht kontrollierbar war.

Das Beaufschlagen des in Walzhitze aus einer Straße austretenden Stahls mit Luft zum Zwecke der Abkühlung und der Erzielung eines gleichmäßigen Oefüges ließ sich lediglich dort mit einigem Erfolg anwenden, wo die Stahloberfläche im Verhältnis zur Stahlmenge entsprechend groß und die Austrittsgeschwindigkeit verhältnismäßig niedrig war, d.h. bei der Behandlung von Bandstahl, Blechen und Profilen. Solche Vorschläge finden sich u.a. in den Deutschen Patentschriften 890 804, 974 847 und 939 635.

Die Erfindung hat dem gegenüber einen wirtschaftlich gangbaren Weg zur kontinuierlichen Herstellung eines über seine gesamte Länge und seinen Querschnitt homogen vergüteten Stahldrahtes unmittelbar aus der Walzhitze heraus gefunden. Sie geht dabei von Erkenntnissen aus, die zwar bekannt waren, aber deren Anwendbarkeit für die Lösung des in Rede stehenden Problems nicht erkannt wurde. Es handelt sich um das Wissen über den erheblichen Einfluß der ursprünglichen Korngröße auf den Umwandlungsprozess, insbesondere den der ursprünglichen austenitisehen Körnung. Kleinere, ursprünglich austenitische Körnungen, nämlich, begünstigen zwar das Ausfällen von freiem Ferrit an den Korngrenzen, bewirken aber einen früheren Beginn der Umwandlung bei höherer Temperatur sowie gegebener Kühlungs-

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intensität und beschleunigen den Abschluß der Umwandlung. Ferner verringern kleinere ursprüngliche austenitische Körnungen die Unterschiede in der Zugfestigkeit im Vergleich mit Stahl der entsprechend größere ursprüngliche austenitische Körnungen enthält, wenn die Umwandlung im Bereich von etwa 540 bis 59 5° C stattfindet. Des weiteren verbessern sie die Oberflächenhärtbarkeit, machen den Stahl zäher, verringern die inneren Spannungen, die Gefügeverwerfungen und die Neigung zur Rißbildung beim Kühlen oder Abschrecken des Stahls.

Erfindungsgemäß soll deshalb die Stufenkühlung des Drahtes unmittelbar aus der Walzhitze heraus an einer Vorrichtung angewendet werden, bei der der Draht nach Durchgang durch eine Kühlrohranordnung in die Form von mit Abstand auseinandergezogener Spiralen gebracht und diese auf eine Fördereinrichtung gelegt werden, und zwar so, daß dem Draht in einer ersten Kühlstufe auf seinem Wege zwischen dem letzten Gerüst und der Fördereinrichtung innerhalb der Küh!rohranordnung durch Konvektion und außerhalb dieser durch Äbstrahlung an die Umgebungsluft soviel Hitze entzogen wird, daß seine Temperatur zur Erhaltung der durch das vorangegangene Walzen erzeugten feinen Kornstruktur ständig leicht über der Umwandlungstemperatur liegt, und daß in einer zweiten Kühlstufe die anschließende Absenkung der Drahttemperatur auf und unter die Umwandlungstemperatur während des Transportes der Spiralen auf der Fördereinrichtung mit einer wählbaren Geschwindigkeit erfolgt, die durch Beaufschlagung der Drahtoberfläche mit Kühlmittelströmen voreinstellbarer Menge, Temperatur und Geschwindigkeit bestimmt wird.

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Zweckmäßig wird in der ersten Kühlstufe von einer Walzausgangstemperatur von etwa 102 5° C auf eine Temperatur zwischen 650° bis 810° C gekühlt. Die Kühlung in der ersten Kühlstufe kann in Form einer Abschreckung bis auf die leicht oberhalb der Umwandlungstemperatur liegende Temperatur erfolgen. Der Strom des Kühlmittels in der zweiten Kühlstufe sollte etwa senkrecht zur Ebene der Drahtspiralen verlaufen.

Durch das auf diese Weise stark gebremste Wachstum der ^

ursprünglichen austenitischen Körnung und den damit er- ■

reichten Beginn der Umwandlung bei noch entsprechend kleiner Korngröße, weist das fertige Produkt die erwähnten besonderen Eigenschaften auf. Die Möglichkeit des schnellen Durchfahrens der Umwandlungstemperatur durch Beaufschlagung der Drahtoberfläche mit Kühlmittelströmen, insbesondere mit geblasener Luft, erlaubt es dabei, das an sich für die kleine austenitische Körnung typische und durch diese begünstigte Ausfällen von freiem Ferrit an den Austenitkorngrenzen in zulässigen Grenzen zu halten und gleichzeitig die Bildung größerer Ferritanteile zu vermeiden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich demnach beispielsweise ein Stahldraht mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,4 bis etwa 0,9 Gewichtsprozent herstellen, dessen Mikrostrtiktur Über die gesamte ursprüngliche Walzlänge im wesentlichen gleichmäßig ist und überwiegend aus gleichförmig verteilten, feinen Perlitkörnern mit geringen Ferriteinschlüssen an der Korngrenze besteht und frei von Bainit ist, wobei diese MikroStruktur das direkte Produkt der allotropischen Umwandlung der ursprünglichen aus dem Walzprozess hervorgegangenen, nicht wesentlich ge-

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wachsenen austenitischen Körnung darstellt und nahezu keine Spuren von kristallinem Wachstum aus einer weiteren Erhitzungsbehandlung zeigt.

Die die Drahtoberfläche eines solchen Drahtes bedeckende Zunderschicht ist über die gesamte ursprüngliche Walzlänge gleichmäßig haarrissig und mürbe, weist in dem Wüstitbereich nur Spuren von Eisen und Magnetit auf und der Gewichtsanteil in der ursprünglichen aus dem Walzprozess hervorgegangenen Stärke beträgt weniger als 1 % des Drahtgewichtes. Der Draht ist dabei ohne weitere Vergütungsbehandlung über seine gesamte ursprüngliche Walzlänge ziehfähig mit einem Zugfestigkeitsstreubereich von weniger als 700 kg/cm* und weist im Mittel eine ASTM-QuerschnittsabnahmeSchwankung von weniger als - 10 % auf. Der ursprüngliche Zundergewichtsanteil beträgt im allgemeinen weniger als 0,6 %.

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Die Erfindung wird anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele und Versuchsergebnisse näher erläutert. Sie zeigt in

Fig. 1 ist ein Zeit-Temperatur-Transformationsdiagramm für 0,50 % Kohlenstoffstahl.

Fig. 2 ist ein Seitenaufriß, der eine Vorrichtung für die Durchführung der Methode der Erfindung darstellt.

Fig. 3 ist ein Grundriß der Fig. 2 in der Ebene 3-3 der Fig. 2.

Fig. 4 ist ein vergrößerter Schnitt in der Ebene 4-4 der Fig. 2.

Fig. 5 ist ein vergrößerter Schnitt in der Ebene 5-5 der Fig. 2.

Fig. 6 ist ein weiterer vergrößerter Schnitt in der Ebene B - 6 der Fig. 5.

Fig. 7 zeigt eine modifizierte Form des transversalen Luftdurchganges, die ohne Haube über der Transportvorrichtung verwendet werden kann.

Fig. 8 zeigt einen weiteren modifizierten Luftdurchgang.

Fig. 9 illustriert in schematischer Weise das zur Herstellung von kühlungsgesteuertem Draht entsprechend dieser Erfindung verwendete Verfahren.

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Fig. 10 stellen vergleichende Mikro-Fotografien von Quer- und 11 schnitten von Stahldrähten der gleichen Stahlqualität dar und zeigen die Mikro-Struktur und den Zunder eines kühlungsgesteuerten Drahtes im Vergleich zur Struktur eines lediglich gewalzten, normal abgekühlten Drahtes, in Bundform und die Struktur von luftpatentiertem Draht in fertigem Zustand zum Drahtziehen.

Fig. 12 zeigt Mikro-Fotografien einer anderen Stahlqualität und illustriert die Gleichförmigkeit der Struktur des kühlungsgesteuerten Drahtes über den ganzen Bund.

Fig, 13 zeigt Mikro-Fotografien, auf denen der deutliche Unterschied im Zunder auf einem kühlungsgesteuerten Draht und einem normalgekühlten, nicht patentierten Draht aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ersichtlich ist.

Fig. 14· ist ein isothermisches Umwandlungsdiagramm, welches das Kühlungsausmaß von Drähten zeigt, die in unterschiedlicher Weise beim Auslauf aus einem Drahtwalzwerk behandelt worden sind, d.h. normal gekühlt, luft- oder bleipatentiert und gesteuert gekühlt.

Die Mikro-Fotografien der Mikro-Strukturen wurden in allen Fällen bereitet durch Ätzung der Muster mit "Nital" und die Mikro-Fotografien des Zunders wurden bereitet durch Ätzung mit einer 50 %-igen Salzsäurelösung.

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Die MikroStruktur sowie die metallurgischen und mechanischen Eigenschaften, die beim Draht gewünscht werden, sind abhängig von der Zusammensetzung des Drahtmaterials, der nachfolgenden Bearbeitung und der beabsichtigten Verwendung. Im Falle von Stahldraht hängen die gewünschte Mikro-9truktur und die gewünschten Eigenschaften in erster Linie vom Kohlenstoffgehalt des Stahles ab. Für Stahl mit weniger als ca. 0,20 % Kohlenstoff ist die gewünschte Mikrostruktur überwiegend feinkörniger Ferrit, Das letztere ist ein üblicher metallurgischer Ausdruck für Stahlgefüge mit geringem oder keinem Kohlenstoff. Bei Stählen, die ca. 0,25 bis 0,70 % Kohlenstoff enthalten, ist die normalerweise für das Drahtziehen gewünschte MikroStruktur feinkörniger Perlit, durchsetzt mit feinkörnigem Ferrit, wobei das Verhältnis der beiden Bestandteile abhängt vom Kohlenstoffgehalt innerhalb dieses Bereiches. Perlit ist ein metallurgischer Ausdruck für Stahlgefüge, welches bedeutende Mengen von Kohlenstoff, jedoch weniger als 0,89 % enthält. Perlit ist zusammengesetzt aus wechselnden Schichten von Ferrit (Fe) und Zementit (Eisenkarbid Fe₃C), die durch ausreichend langsames Kühlen aufgebaut wurden, um die härteren spröden Bestandteile Bainit und Martensit zu vermeiden. Für die gleichen Zwecke kann es jedoch wünschenswert sein, bei Stählen in diesem Kohlenstoffbereich eine Makrostruktur zu haben, die zusammengesetzt ist aus grobkörnigem Perlit, durchsetzt mit grobkörnigem Ferrit. Die gewünschte MikroStruktur bei Stählen mit mehr als 0,70 % Kohle kann nach analogen Bestandteilen definiert werden. Die gewünschte MikroStruktur kann beeinflußt werden durch Legierungselemente wie Nickel, Chrom und Silizium, sofern diese in bedeutender Menge vorhanden sind, und in solchen Fällen können ebenfalls die Erfordernisse definiert werden nach den Bestandteilen, die in der Makrostruktur gefunden werden. Der Charakter der erzeugten MikroStruktur hängt teilweise von der .Zusammensetzung des Drahtes ab 909884/0446

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und teilweise von der Art und Weise, in der der Draht gekühlt wird- Der Effekt der Art und Weise der Drahtkühlung kann am besten verstanden werden unter Hinweis auf Fig» I (ein Zeit-, Temperatur-, Umwandlungsdxagramm - oder kurz ZTU-Diagramm) in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung:

Die Darstellung bezieht sich in diesem Beispiel auf Stahl mit 0,50 % Kohlenstoff und ohne bedeutende Legierungszusätze. Es versteht sich, daß ähnliche Diagramme für andere Kohlenstoffstahlqualitciten oder Legierungsstähle andere Kennlinien aufweisen. Diese Art Diagramm ist bekannt als isothermisches Umwandlungsdiagramm mit der Temperatur als Ordinate und der Zeit als Abszisse. Der Ausdruck "Umwandlung" , wie er hier Verwendung findet, bezieht sich auf die allotropische Umwandlung, die das Kühlen von Stahl begleitet. Bei Walztemperatur ist das Eisen, aus welchem der Stahl sieh hauptsächlich zusammensetzt, in Form von Austenit vorhanden, welcher die Eigenschaft hat, bis zu 2 % Kohlenstoff in fester Lösung zu enthalten. Diese feste Lösung ist bekannt als Austenit, Beim Kühlen durch eine kritische Temperatur erfährt der Austenit eine Umwandlung zu Ferrit, welcher eine weit geringere Fähigkeit hat, Kohlenstoff in fester Lösung zu halten. Der während der Umwandlung aus der festen Lösung ausgeschiedene Kohlenstoff sowie der in der festen Lösung zurückgehaltene Kohlenstoff kann eine oder mehrere vieler unterschiedlicher Formen annehmen, in Abhängigkeit der Temperatur des Umwandlungsbeginns und der Abkühlung während der Umwandlung. Die mondförmige Kurve ο auf der linken Seite der Fig» 1 stellt für jede Temperatur

O₀ die Zeit dar, die erforderlich ist, um die Umwandlung ein- ^ zuleiten. Die zweite oder innere mondförmige Kurve stellt

"*** für jede Temperatur die Zeit dar, bei der die Umwandlung ο

*~ beendet ist₉ wenn die Temperatur während der'Umwandlung oj konstant bleibt. Da die Umwandlung eine exotherme Reaktion ist und da zu den meiste©. Seilren ^ein gewisses Temperaturgefälle innerhalb des Querschnittes des Drahtes vorhanden

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ist sowie da in den meisten Fällen die Umwandlung nicht bei konstanter Temperatur vonstatten geht, ist dieses Diagramm nicht ganz exakt. Es dient jedoch trotzdem zur Illustration der Gegebenheiten, Um die gewünschte MikroStruktur zum Drahtziehen zu erhalten, ist es wesentlich, daß die Umwandlung voll etwa an oder nahe dem "Knie" der inneren Kurve beendet ist. Dies kann auf verschiedenen Wegen durchgeführt werden. Ein Weg liegt in isothermischer Umwandlung entsprechend dem herkömmlichen Bleipatentieren von Stahldraht, bei welchem der Draht durch Eintauchen in ein flüssiges Bad, das bei einer konstanten vorgewählten Temperatur gehalten wird (in diesem Falle ca. 53 8° C) schnell abgekühlt wird und in diesem flüssigen Bad bei konstanter Temperatur gehalten wird, bis die Umwandlung beendet ist. Ein anderer Weg liegt im schnellen Abkühlen des Drahtes auf eine Temperatur von 649 bis 816° C und in nachfolgender Abkühlung in einem solchen Ausmaß, daß die Umwandlung bei einer Temperatur oberhalb des Knickes der inneren Kurve beginnt und beendet wird, bevor die Temperatur zu der des Knickes der inneren Kurve, abgefallen ist. Diese beiden Alternativen sind als Diagramm in Fig. 1 dargestellt. Beide Alternativen sowie auch andere Alternativen sind im Rahmen dieser Erfindung vorhanden.

Die neuartige Vorrichtung, die zur Durchführung des obigen Verfahrens verwendet wird, soll nun beschrieben werden. In Fig. 2 und 3 ist das letzte Gerüst des Walzwerkes mit 2 bezeichnet. Der Draht 4 läuft durch Rohr 6, in welchem er wassergekühlt werden kann in einer jetzt in der Industrie bekannten Weise auf eine Temperatur im Bereiche von 649 bis 816° C. Der Draht wird dann nach abwärts durch eine Kettenführung 8 gedreht und in einen Wickelkopf 10 eingeführt. Der Wickelkopf kann von herkömmlicher Konstruktion sein und vom gleichen Typ, wie er normalerweise beim

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Drahtwickeln in einem Edenborn-Haspel verwendet wird. Der Draht 4 wird auf eine Transportvorrichtung abgelegt, vorzugsweise ein kontinuierlich laufender Förderer 12, der vorzugsweise eine leichte Aufwärtsneigung besitzt, so daß das Entlade-Ende der Fördervorrichtung bei 14 hoch genug über Hüttenflur liegt, um das nachfolgende Aufsammeln der Drahtwicklungen an der Sammelstelle 16 zu erleichtern.

Da die Transportvorrichtung den Draht in Richtung des Pfeiles 18 bewegt, erscheint der darauf abgelegte Draht in Form einer Reihenfolge von nichtkonzentrischen, im wesentlichen ringförmigen Windungen 20, die auf Fig. 3 deutlich dargestellt sind. Diese nichtkonzentrischen Windungen werden kontinuierlich auf die Transportvorrichtung entsprechend dem in dem ursprünglichen in das Walzwerk eingeführten Knüppel vorhandenen Metall aufgelegt. Damit hat der gesammelte Bund 22 ein Gewicht, das im wesentlichen gleich dem Knüppelgewicht ist. Während eine vereinfachte Methode des Sammelns des Drahtes im Bund 2 2 dargestellt ist, sei darauf hingewiesen, daß andere Vorrichtungen zur Sammlung der nichtkonzentrischen Wicklungen beim Verlassen der Transportvorrichtung verwendet werden können, ohne das dies in irgendeiner Weise die hier beschriebene und beanspruchte Erfindung beeinflußt.

Die bevorzugte Form der Transportvorrichtung 12 ist eingehender in Fig. 4, 5 und 6 dargestellt. Sie enthält eine Vielzahl von parallelen, längsverlaufenden Bahnen 24, deren obere Oberfläche eine gemeinsame Ebene aufweisen. Die Bahnen werden abgestützt durch einen in Längsrichtung verlaufenden oberen Boden 25. Zwischen diesen Bahnen befinden sich Transportketten 26, an denen sich nach oben erstreckende Finger 28 genügender Länge befestigt sind, um die nichtkonzentrischen Drahtwicklungen in wirksamer Weise zu erfassen und diese stetig und ohne Verziehen entlang den

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Bahnen 24 zu befördern. Die Kette läufer über angetriebene Kettenräder 30, deren Geschwindigkeit gesteuert werden kann, um das Bewegungsausmaß der Wicklungen entlang der Transportvorrichtung zu ändern.

Bei der bevorzugten Konstruktion hat die Transportvorrichtung längsverlaufende Seitenwände 32, die über die volle Länge der Transportvorrichtung laufen. Die Oberkante jeder dieser Wände 32 liegt vorzugsweise bei etwa der gleichen Höhe wie die Drahtringe. Ein längsverlaufendes Dach oder Abdeckung 34 ist über der Transportvorrichtung angeordnet und wird abgestützt durch eine Vielzahl von in Abständen stehenden Pfosten 36, die von den Wänden 32 nach aufwärts verlaufen. Das Dach 34 endet an beiden Seiten in einer kurzen, nach abwärts gedrehten Wand 38, die jedoch genügend hoch über den Wänden 32 liegt, um einen angemessenen Abstand 39 für das Entweichen der Kühlluft oder eines anderen Mediums zu schaffen, welche in einer noch zu erklärenden Weise durch die laufenden Drahtwicklungen gepreßt werden.

Die bevorzugte Vorrichtung für das Blasen von Kühlluft durch die sich bewegenden, nichtkonzentrischen Drahtwicklungen soll nun beschrieben werden. Die Seitenwände 32 erstrecken sich nach abwärts über eine wesentliche Entfernung unterhalb der oberen Oberfläche der Transportvorrichtung, wie bei 40 angegeben, und diese Wände sind verbunden durch einen unteren, nicht-perforierten Boden Eine Vielzahl von vertikalen Wänden 44, 46, 48 und 50 unter teilen den Raum innerhalb des oberen und unteren Bodens 2 und 42 und der Wände 40 in eine Vielzahl von Kammern, die mit A, B und C bezeichnet sind. Jede dieser Kammern hat eine öffnung in ihrer Seite, wie dargestellt bei 52 in Fig. 4. An diese öffnung ist ein Rohr 54 angeschlossen, das von der Abgangsseite eines kräftigen Gebläses 56 ausgeht. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind drei Gebläse 56 vorhanden, von denen jeaes durcn einen geeigneten Motor 58 angetrieben

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VL

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Es sei darauf hingewiesen, daß die Anzahl und Größe der Kammern und die Größe und Leistung der Gebläse beliebig geändert werden kann, um die gewünschte Luftmenge zu erzeugen, die über die sich bewegenden Drahtwicklungen 4 bei deren kontinuierlichem Transport entlang der Transportvorrichtung geleitet werden soll. Es sei ebenfalls darauf hingewiesen, daß andere Kühlmedien als Luft verwendet werden können und daß das Kühlmedium aus einer oder mehreren Kammern bei gewählten Temperaturen oberhalb oder unterhalb der Umgebungstemperatur zugeführt werden kann, um die Ziele der Erfindung sicherzustellen. Darüberhinaus sei vermerkt, daß ein flüssiges Kühlmedium Verwendung finden kann. In einem solchen Falle wird das Kühlmittel besser durch Rohrleitungen und Düsen als durch eine Kammer zugeführt, und die Sammlung und Ableitung des nicht verdampften Teiles erfolgt durch Wannen und Rohrleitungen.

Zur Leitung der Luft über die Drahtwicklungeη und hinter diese, wodurch der für die Durchführung der Erfindung notwendige gleichmäßige Kühleffekt geschaffen wird, werden folgende Vorrichtungen verwendet:

Der Boden 2 5 weist eine erhebliche Anzahl von transversalen öffnungen auf, die quer durch diesen verlaufen. Diese öffnungen sind von gleichmäßigem Querschnitt, wobei eine solche öffnung in Fig. 6 bei 60 dargestellt ist. Bei dieser öffnung sind die angrenzenden Kammern 62 und 64 des Bodens 2 5 nach aufwärts gedreht worden, um die von der Kammer entweichende Luft durch die Drahtwicklungen zu leiten. Diese Kanten erfassen ebenfalls ein Ventilelement 66. Ventilelement 66 ist groß genug, die öffnung 60 zu bedecken, und wird abgestützt durch eine Welle 68, die seitlich über die Wand 40 hinaus verläuft, wie in Fig. 5 gezeigt. Welle 68 hat an ihrem Ende einen Hebel 70 befestigt, der ein Gegengewicht 72 trägt. Fig. 6 zeigt, daß bei Schwenken des Hebels 70 zur Linken Gegengewicht 72 das Ventil in geschlossener

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Stellung hält, wodurch jeder Luftstrom durch öffnung 60 blockiert wird. Sobald das Gegengewicht nach rechts geschwenkt worden ist, nimmt das Ventil 66 die mit gestrichelter Linie gekennzeichnete offene Stellung ein, so daß die durch Gebläse 56 in die Kammer B gedrückte Luft frei nach aufwärts durch die öffnung 60 strömen kann und über alle Teile der sich bewegenden Drahtwicklungen 4 gehen kann, bei deren stetigem Lauf über öffnung 60 hinweg.

Es sei darauf hingewiesen, daß der Draht auf den oberen Kanten der Bahnen 24 ruht, jedoch sind diese Bahnen relativ schmal in ihrer Querabmessung, so daß keine merkliche Verringerung des Kühleffektes der aufwärtsströmenden Luft auftritt.

Bei Durchsicht der Fig. 5 kann man erkennen, daß bei Ablage des Drahtes auf den sich bewegenden Förderer in Form von nichtkonzentrischen Wicklungen, wie in Fig. 3 dargestellt ist, ein Minimum an Konzentration von Metall im Zentrum der Transportvorrichtung vorhanden ist, wobei die Konzentration nach den Seiten des Förderers zu steigt. D.h., über einen beliebig gewählten Querschnitt durch die Wicklungen, ist eine steigende Anzahl von Überlagerungen in Richtung auf die Seiten der Wicklungen vorhanden. Ferner verlaufer der Teil jeder abgelegten Wicklung im Zentrum des Förderers im allgemeinen quer, wohingegen die Teile jeder Wicklung an den Seiten des Förderers im allgemeinen in Richtung des Förderers verlaufen. Das Ergebnis hiervon ist, daß da, wo ein Querschlitz oder eine öffnung gleichmäßiger Weite verwendet wird, durch welche die Kühlluft in im wesentlichen gleichmäßigen Mengen per Zeiteinheit über den gesamten Bereich der öffnung nach aufwärts geblasen wird, ein größerer Kühleffekt an den zentralen Teilen der öffnungen vorhanden ist als an den Kanten, weil eine geringere Menge an Metall über einen gegebenen Querschnittsbereich der öffnungen im Zentrum als an den Seiten vorhanden ist. Da sich die Kühlluft in gleichförmigem Maße

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über den gesamten Bereich der quer verlaufenden Öffnung nach aufwärts bewegt, folgt daraus, daß die Kühlung des Drahtes unter normalen Umständen im Zentrum schneller vonstatten geht als an den Seiten. Da es bei dieser Methode von Bedeutung ist, daß das Ausmaß der Kühlung aller Teile einer jeden Wicklung im wesentlichen gleich ist, ist eine Vorrichtung- vorhanden, welche mehr Kühlluft an den Seitenteilen der Wicklung als im Zentrum anbringt. Hierbei wird die Luft, die nach aufwärts durch die zentralen Teile der quer verlaufenden Öffnungen geht und die nicht in dem gleichen Ausmaß wie die nach aufwärts strömende Luft an den Seiten der Wicklungen aufgewärmt worden ist, seitlich so umgeleitet, daß sie bei ihrem Strömen in Richtung auf und aus den Seitenöffnungen 39 über und um alle Teile der Drahtwicklungen an beiden Seiten vom Zentrum strömt und insbesondere über die starken Metallkonzentrationen, die an den Seiten vorhanden sind.

Anders betrachtet kann gesagt werden, daß die Abdeckung über der Transportvorrichtung und die quer verlaufenden öffnungen eine turbulente Umlenkung der Luft bewirken, die durch das Zentrum der öffnungen, v/o eine geringere Masse' an Metall zu kühlen ist, nach aufwärts geströmt ist. Diese umgelenkte zentrale Luft, die eine etwas niedrigere Temperatur als die Luft aufweist, die über die starke Konzentration an Metall an de'n Seiten der Wicklungen geströmt ist, mischt sich mit der heißeren Seitenluft und läuft wieder über die Seiten der Wicklungen, so daß die Wärme von allen Teilen aller Ringe in im wesentlich gleichem Maße abgeleitet wird. Auf diese Weise wird ein gleichförmiger Kühlvorgang erreicht.

In Fig. 3 sind zwanzig quer verlaufende Luftdurchgänge 60 dargestellt und jeder dieser Durchgänge wird durch ein Ventil 66 gesteuert. In der Decke jeder Kammer A, B und C sind sechs Durchgänge gezeigt, während zwei Durchgänge -

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-GH-BAD ORIGfNAL

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normalerweise geschlossen - vor der quer verlaufenden Wand 44 liegen. Durch die Verwendung dieser Ventildurchgänge kann die über die sich bewegenden Drahtwicklungen strömende Luftmenge so gesteuert werden, daß die richtige Abkühlung entsprechend der Umwandlungskurve und den Erfordernissen an dem weiter zu verarbeitenden Draht erzielt und ein Draht mit den richtigen metallurgischen Eigenschaften erzeugt werden kann.

Es ist nicht wesentlich, daß die aufeinanderfolgenden Ströme an Kühlmittel vertikalgerichtet sind. Die Wände der Durchgänge 60 könnten von vorne nach hinten geneigt sein, um zu erreichen, daß die Luft oder ein sonstiges Medium in einem Winkel zur Vertikalen nach aufwärts strömt, ohne daß der Kühleffekt nachteilig beeinflußt wird.

Ferner sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf eine Vorrichtung beschränkt sein soll, bei der die Richtung des Kühlmediums nach aufwärts durch die Bundwicklungen gerichtet ist. Es könnten entgegengesetzte
Zuführkanäle vorgesehen werden, welche das Kühlmedium
nach abwärts durch die Wicklungen richten würde, wobei der gleiche Kühleffekt erzielt würde.

Fig. 2 zeigt, daß das Dach 34 über der Transportvorrichtung bei 74 beginnt und bei 76 endet. Dadurch ist ein unbedeckter Raum über der Transportvorrichtung zwischen dem Wickelkopf 10 und dem Beginn des Daches bei 74 vorhanden. In diesem offenen Bereich der Transportvorrichtung wird ein merkliches Abkühlen des Drahtes durch Strahlung erreicht. Dieser offene Bereich schafft so eine Zone, in welcher der Draht für eine kurze Zeitdauer in einem relativ niedrigen Ausmaß ohne Anwendung eines besonderen Kühlmediums abgekühlt werden kann. Diese Periode relativ langsamen Kühlens vor der allotropischen Umwandlung gestattet ein Kornwachstum in einem gewählten Ausmaß, was für einige Materialien und deren Verwendungszwecke wünschenswert ist. Es versteht sich, 909884/0-4 46

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daß die Länge der Abdeckung 34 und des vorausgehenden offenen Bezirkes geändert werden kann, so daß die besonderen Bedingungen hergestellt werden können, die im Hinblick auf die metallurgischen Eigenschaften des behandelten Drahtes erforderlich sind. In Ähnlicher Weise kann die Anzahl und die Abmessung der Durchgänge 60 erhöht oder vermindert werden und das Volumen des Kühlmittels, das durch die öffnungen geht, die offen sind, kann von dem Bedienungsmann so geändert werden, daß den Erfordernissen der Umwandlungskurve entsprochen wird. Die Grundüberlegung ist, daß alle Teile jedes der nichtkonzentrischen Ringe gleichförmig in angemessener Zeit abgekühlt wird, so daß die dann gesammelten Ringe₉ die den Bund 22 aufbauen, die erforderlichen gleichmäßigen metallurgischen Eigenschaften aufweisen.

Es ist die Schnelligkeit, Regelfähigkeit und Gleichförmigkeit des Abkühlens, die bis jetzt von keiner anderen bekannten Vorrichtung erreicht werden konnte und die das herausragende Merkmal dieser Erfindung darstellt.

Wenn die Ringe das Ende der Abdeckung 3¹I erreicht haben, ist die Temperatur des Drahtes genügend abgefallen und läuft durch die innere Kurve des Umwandlungsdiagrammes an einem Punkt oberhalb des inneren Knicks, wodurch der Draht in eine solche Bedingung versetzt wird, daß nachfolgendes Kühlen in ziemlich schnellem Ausmaß keinen weiteren Einfluß auf die metallurgischen Eigenschaften hat, noch irgendeine bedeutende Zunderentwicklung danach auftritt. Tatsächlich gibt es bei diesem Kühlprozeß nur eine sehr geringe Zunderbildung, nachdem der Draht den Wickelkopf 10 verlassen hat,weil die Gesamtkühlung so schnell erreicht wird.

Andere Alternativvorrichtungen zur Erreichung der gleichförmigen Abkühlung des Drahtes bei dessen Bewegung über die Transportvorrichtung von dem Wickelkopf zur'Sammelstelle

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P Ik 33 760,1 λ Γ -Μ_3-

sind in Fir;.- 7 und R dargestellt. Bei diesen beiden Ausbildungsformen kann im Hinblick auf die Kühlerfordernisse auf die Abdeckung verzichtet werden.

Bei der in rip. 7 dargestellten Konstruktion ist die rechtwinklige querverlaufende öffnung, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, zu einer /^usbildungsforn geändert worden, bei der die querverlaufende öffnung im Zentrum schmal ist und sich graduell zu einer maximalen Abmessung an den Seiten erweitert. Die Fröße der Seitenöffnung entspricht der Masse des Metalls, welche an irgendeinem gegebenen Lännsschnitt entlang der sich überlappenden, nichtkonzentrischen Wicklungen vorhanden ist. Auf diese Weise wird die geringere Masse des Metalles im Zentrum, die einer Reihe von Kühlzonen für eine minimale Gesamtzeit ausgesetzt wird, im gleichen Ausmaß gekühlt wie die größere Masse an Metall an den äußeren Kanten, die einer Reihe von Kühlzonen für eine maximale und proportional längere Zeit ausgesetzt wird. Die Zwischenteile der querverlaufenden öffnungen sind entsprechend geformt, um das Kühlmittel in der Menge heranzuführen, die erforderlich ist, um dasselbe gleichförmige Ausmai? des Kühlens der Zwischenteile der Ringe zu erreichen.

Die Anzahl der Drahtwicklungen pro Längeneinheit der Transportvorrichtung kann beliebig geändert werden, ohne daß damit die Gleichförmigkeit der Kühlung beeinflußt wird, obwohl für einen konstanten Kühlmittelstrom und eine konstante Drahtgröße das Ausmaß der Kühlung abnimmt in dem Maße, wie die Anzahl der Wicklungen steigt. Wenn die Konzentration der Wicklungen größer ist, kann das Volumen des Kühlmittels, das durch die querverlaufenden öffnungen gepreßt wird, vergrößert werden, um ein Kühlen im gleichen Ausmaß zu erreichen. Wenn andererseits die Konzentration der Wicklungen abnimmt, kann das Volumen des Kühlmittels pro Zeiteinheit in geeigneter Weise vermindert werden, wodurch das gleiche Kühlausmaß erzielt wird.

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- c

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-GW-

Um bei Verwendung von Luft oder einem anderen Gas als Kühlmittel sicherzustellen, daß die Geschwindigkeit des Kühlmittels, das durch die in Fig. 7 dargestellte, querverlaufende öffnung strömt, über alle Teile gleichförmig ist, kann der Durchgang in der Weise unterteilt werden, wie dies durch die dünnen, gekrümmten vertikalen Wände 80 geschieht. Mit einem im wesentlichen gleichförmigen Druck in jeder der Kammern A, B und C ergeben Durchgänge von gleicher Größe im wesentlichen gleichförmige Geschwindigkeiten beim Aufwärtsströmen hinter die sich darüber bewegenden Ringe.

Eine andere Abart der Luftdurchgangskonstruktion, die ein gleichförmiges Kühlen der nichtkonzentrxschen Ringe ohne Verwendung einer Abdeckung ergibt, ist in Fig. 8 dargestellt. Hier sind eine Reihe von Durchgängen 82 mit voller Breite vorhanden, die ähnlich denen in Fig. 3 gezeigten sind. Zwischen diesen Durchgängen mit voller Breite befindet sich eine Reihe von kürzeren Durchgängen 84 und zwischen jedem Paar von Durchgängen 84 liegt noch ein kürzerer Durchgang 8 5. Der kumulierende Effekt dieser ' Anordnung liegt darin, daß der benötigte größere Luftstrom über· die Seiten der sich überlappenden Ringe erzeugt wird und ein geringerer Strom in Richtung auf das Zentrum^ Die Anzahl und Größe der Durchgänge kann leicht verstellt werden entsprechend der sich ändernden Metallmasse der Wicklungen, die ein Minimum im Zentrum aufweist und zunächst langsam in Richtung auf die Seiten ansteigt und schließlich schnell, unmittelbar bevor die Seitenbereiche der Wicklungen erreicht sind.

Der Sammelmechanismus 16 ist von vereinfachter Ausführung. Die Drahtwicklungen 4 fallen beim Verlassen des Endes der Transportvorrichtung über den konischen Kopf 88 und werden in einem Bund 22 gesammelt. Sobald die letzte Wicklung des Bundes abgelegt ist,wird der Drehtisch 90 gedreht, wodurch 909884/0446

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33 760.1

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ein neuer Kopf 92 in die Sammelstellung gebracht wird, in welcher die nächste Folge von Drahtwicklungen aufgenommen wird, Wenn dieser nächste Bund zusammengesetzt wird, wird Bund 22 von dem Dorn 88 abgenommen.

Das Verfahren zur gesteuerten Kühlung von Walzstahldraht bei dessen Auslauf aus einem Drahtwalzwerk zur Erzeugung des einzigartigen Drahtes entsprechend dieser Erfindung kann am besten unter Hinweis auf Fig. 9 verstanden werden.

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Jede Drahtlänge wird hergestellt aus einem einzigen Knüppel. Jeder Knüppel wiegt normalerweise mindestens 181 kg und kann ein Gewicht von 580 kg oder mehr erreichen· Die Länge des Drahtes hängt ab von der Größe des Knüppels und liegt normalerweise bei mindestens 120 m, kann jedoch auch 2700 m oder mehr erreichen.

Der aus dem Drahtwalzwerk bei einer Temperatur von ca. 954 bis 1066° C auslaufende Walzdraht wird durch ein Kühl- und Führungsrohr 101 zu einem Edenborn-Haspel oder Konus 102 geleitet. Wasser wird in die Kühlrohrführung eingeführt, um den Draht auf ca. 732° C für Qualitäten mit höherem Kohlenstoffgehalt abzukühlen. Die genaue Temperatur ist abhängig von den Erfordernissen des Endproduktes, liegt jedoch normalerweise höher als 704° C. Der Legekonus 102 ist so angeordnet, daß der Draht auf eine Transportvorrichtung, die allgemein mit Nr. 103 bezeichnet ist» abgelegt wird. Die Transportvorrichtung besteht aus einem Transportbett 104, auf welchem Führungsstäbe 106 ruhen. Das Transportbett ist bei 105 mit Schlitzen versehen, um den Durchgang des Kühlgasstromes zu gestatten, der von den Gebläsen 107 kommt. Schieber 112 sind vorhanden, um den Kühlmittelstrom durch diese Schlitze zu regeln. Eine Transportkette 108, angetrieben durch Antrieb 109, wird zum Schleppen des Drahtes über die Führungsstäbe 106 verwendet. Eine Abdeckung 110 schließt die Transport vorrichtung ab und unterstützt die Strömungsrichtung des Kühlgases.

Der Draht wird auf das Transportbett in Form einer Reihe von nicht-konzentrischen, ringförmigen Wicklungen abgelegt, deren Abstand zum Zwecke der Erläuterung üi»rtri*- ben dargestellt ist. Der abgelegte Draht kühlt d«*ch Ab strahlung in einer Ausgleichszone und läuft dann in den Bereich der Abdeckung ein, wo er schnell und gleichförmig

durch das Kühlgas abgekühlt wird. 90 988.4/044 S

- 6 17 -

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Der Abstand der zirkulären Wicklungen gestattet, daß das Gas gleichmäßig alle Teile des Drahtes erreicht. Die Masse des entlang des Förderers durch einen Querschnitt gehenden Drahtes ist an den äußeren Kanten grosser als in der Mitte. Ein größerer Teil des Kühlmittels wird daher an die äußeren Kanten der Transportvorrichtung gebracht, wie dies durch Pfeil 111 illustriert ist, so daß die Wärmeextraktion aus dem Draht über den ganzen Bund gleichmäßig ist, d.h. der Mengenstrom des Kühlmittels über die Breite der Transportvorrichtung ist proportional der Masse des abgelegten Drahtes über die Breite. Die Menge des über die Länge der Transportvorrichtung zugeführten Kühlmittels ist ausreichend, um den Draht schnell genug abzukühlen, damit eine im wesentlichen vollständige Umwandlung des Austenits erfolgt, bevor die Temperatur unter den Knick der inneren Kurve des isothermischen Umwandlungsdiagramms für die jeweilige besondere Stahlqualität abfällt.

Der Draht wird bei einer Temperatur von 59 3° C oder weni-" ger in einer Bundkammer 113 gesammelt. Nach Entzunderung kann er direkt gezogen werden, ohne daß eine weitere Wärmebehandlung erfolgt.

Beispiel I

Eine typische MikroStruktur eines Drahtes mit gesteuerter Kühlung gemäß der Erfindung ist in Fig. 10 zusammen mit Verglexchsmustern dargestellt. Fig. 11 illustriert die Zunderstruktur auf den Drähten.

Alle Muster wurden genommen aus der gleichen Schmelze von gewöhnlichem Federstahl (0,63 Gewichts-% Kohlenstoff, 1,00 Gewichts-% Mangan und 0,17 Gewichts-% Silizium). Die Knüppel wogen ca. 181 kg und wurden heruntergewalzt auf einen nominalen Durchmesser von 6,575 mm im

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gleichen Walzwerk. Der Draht, von welchem die Muster A und D entnommen wurden, war gewickelt worden auf der oben beschriebenen Transportvorrichtung bei ca. 782 bis 799° C in Form von nicht-konzentrischen Wicklungen von 120 cm 0, wobei der Abstand zwischen den Vorderkanten der Wicklung etwa 37,5 mm betrug. Die Gesamtzahl der Wicklungen war 129 und die Geschwindigkeit der Transportvorrichtungen betrug 18 m/min. Die gesteuerte Kühlung durch Luftströme begann innerhalb von 15 see. von dem Zeitpunkt ab, an dem die Drahttemperatur einen Wert von ca. 782° C erreicht hatte und der Draht wurde danach gleichmäßig von ca. 746 C in einem Ausmaß von 444 C per min. abgekühlt und von dem Transportband bei 249 C entnommen und gewickelt.

Der Draht, von welchem das Muster B stammt, war bei etwa 788 C in herkömmlicher Weise bei dessen Auslauf aus dem Walzwerk gewickelt worden, wobei der Bund in stehender Luft abkühlen konnte.

Die Muster C und E wurden von dem Draht genommen, von welchem das Muster B stammt, nachdem der Draht luftpatentiert worden war.

Die folgende Tabelle gibt die erhaltenen Werte·

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Coil
Nr.

Grenzwert kg/cm2

Querschnittsabnahme in %

ikro-Struktur in % des lamellaren Perlite

Zur. .rdicke in mm

FeS⁰H

Fe2°3

Gesamt

Normale Kühlung 1 9245,6

Gesteuerte Kühlung

1 10788,H

10560,2

43,6

58,9

55,4

(2)

0,005 0,0025

10-15

(1)

0,00625 0,00375 0,00125

10

0,00875 0,0025 0,00125

0,0125

2	9508,8	45,8	25	0,0125	0,005	0,0025	0,02
3	9001,3	38,2	25	0,0075	0,0025	0,0025	0,0125
4	9321,2	47,4	25	0,00625	0,005	0,00125	0,0075
5	9114,7	44,2	25	0,01	0,005	0,0025	0,0175
6	9207,1	48,7	25	0,01	0,025	0,00125	0,01375

0,01125

(4)

2	10686	,9	55,4	10-15	0,00625	0,00375	0,00125	0	,01125	CO co
3	10306	,1	55,4	10-15	0,00625	0,00375	0,00125	0	,01125	»J CD
4	10686	,9	58,9	10	0,0025	0,00375	0,00125	0	,0075
5	10656	»8	55,7	10	0,00625	0,0025	0,00125	0	,01

0,0125

I	•n	• O
	M-
cn	4="	O H-
	co	«
co	co	H-
		IO
I		cn
	cn	co
	O •

O CO 00 00

cn

Coil
Nr.

Luftpatentie rung

Grenzwert kg/cm²

Querschnittsabnahme in %

,Mikro-Struktur in % des lamellaren Perlits

FeO

Zunderdicke in nun
Fe₃O₄.

Gesamt

10101

15-20

(3)

0,03125 0,00625 0,0025

(5)

2	10151	,8	52,0	10-20	0,031	„0,00625	0,0025	0	,0375
3	10026	»6	53.0	10-20	0,0325	0,005	0,00125	0	,03875.
	10253	,8	51,1	10-20	0,03125	0,00625	0,00125	0	,03875
5 *	10026		56.7	10-20	0,025	0,00625	0,00125	0	,0325
6	9926	5H.7	10-20	0,03125	0,00625	0,00125	0	,03875

(1) Foto A (»Ο Foto D

O IO CO CO

cn

(2) Foto B (5) Foto E

(3) Foto C

I	•F	t3* CO
		• O
	co
	co	O I-1
to
ο	•»j	•
	CD
ι	0.1	co
	σ)
	co

20 3 82

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I H OO /DU h.ko

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Es kann erkannt werden, daß im Vergleich mit dem luftpatentierten Draht der Draht gemäß dieser Erfindung eine feinere Kornstruktur an Ferrit und feinem Perlit aufweist und im wesentlichen frei von Bainit ist. Ein Grund für diese feinere Korngröße ist natürlich das schnelle Abkühlen des Drahtes zusätzlich zu der Tatsache, daß der Draht nur einmal in seinem Zustand als Walzwerksknüppel erwärmt worden ist und danach nicht mehr. Das herkömmliche Luftpatentieren bringt das Wiedererwärmen des gewalzten Drahtes mit sich, und dies begünstigt Kristallwachstum· Die kühlungsgesteuerten Drähte gemäß dieser Erfindung sind daher durch die Tatsache gekennzeichnet, daß sie nach dem Walzen nicht mehr wärmebehandelt zu werden brauchen. Dieses Fehlen einer nachfolgenden Erwärmung spiegelt sich in der Kristallgröße wieder, verglichen mit den herkömmlichen, für das Ziehen geeigneten Drahtwalzwerksprodukten, die in der Vergangenheit immer in irgendeiner Weise nach dem Walzen wärmebehandelt werden mußten und so eine gröbere Korngröße aufwiesen. Legierungsbestandteile beeinflussen selbstverständlich die Korngröße wie auch die Behandlung des Knüppels einen Einfluß darauf hat. Jedoch ist für jede gegebene Kohlenstoffstahlqualität die MikroStruktur des kühlungsgesteuerten Drahtes gemäß dieser Erfindung in allen Fällen feiner und gleichmäßiger» Diese feinere Struktur ist leicht zu beobachten beim Vergleich mit einem Muster aus dem gleichen Drahtwalzwerksknüppel oder aus der gleichen Stahlschmelze, das in herkömmlicher Weise gewickelt und normalgekühlt und danach in geeigneter Weise luftpatentiert wurde.

Ein Vergleich der Mikrophotographien D und E in Fig. 11 zeigt deutlich, daß der Zunder auf dem gemäß dieser Erfindung gekühlten Draht in der Gesamtmenge geringer und auch haarrissig ist. Photo D zeigt eine einphasige (Wüstit-)

Bindung des Zunders an die Metallbasis, wohingegen in 909884/0446

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H33760

3/ P I^ 33 760.1

- G 22 -

Foto E eine teilweise Umwandlung des Wüstits zu Eisen und unerwünschtem Magneteisenstein in der Zwischenfläche zwischen Zunder und Metallbasis erfolgt ist. (Die weißen Bereiche der Fotografien stellten die Stahlbasis dar.) Die Wüstitschicht ist mit der Stahlbasis durch Eisen und Magneteisenstein verhaftet. Der säureunlösliche Magneteisensteinbereich in Foto E ist fast zweimal so dick wie Foto D.

Muster zur Bestimmung der Verbesserung durch gesteuerte Kühlung können bereitet werden durch Auswahl zweier gleicher Drahtwalzwerksknüppel aus der gleichen Stahlschmelze und durch Verwalzung dieser Knüppel in dem gleichen Stahlwalzwerk auf die gleiche Größe, z.B. Draht Nr. 5. Der Draht von einem Knüppel wird ausgelegt in nicht-konzentrischen Ringen und entsprechend dem Verfahren dieser Erfindung gekühlt und der andere Draht gewickelt und in herkömmlicher Weise gekühlt und nachfolgend luftpatentiert. Das Luftpatentieren des Musters wird ausgeführt, indem der Draht durch einen Wärmeofen geht, der seine Temperatur auf mehr als 9 82 C bringt, nachfolgender Abkühlung in stehender Luft, wonach dann gewickelt wird.

Beispiel II

Ca. 20 Tonnen Stahl aus der gleichen Schmelze wurden in einem Verfahren entsprechend dieser Erfindung verarbeitet zu 101 Bunden in Draht Nr. 5. Das durchschnittliche Bundgewicht betrug 18 5 kg. Die Bunde wurden dann verarbeitet in vier Drahttypen wie folgt:

816 5 kg - 2,6375 mm Federdraht

U5^0 kg - 1,9 mm hochfester Federdraht 3629 kg - 2,375 mm Vormaterial zum Patentieren für die

Herstellung von gezogenem, verzinktem

Federdraht, von 0,9 mm 908 kg - 1,3 mm Vormaterial zum Patentieren für die

Herstellung von hochfestem Federdraht

von 0,517 5 mm.

909884/CU46

- G 23 -

H33760 h?^1#1

P IH 33 760.1

- G 23 -

Die Gießpfannenanalyse der Schmelze war wie folgt (in Gewichtsprozenten):

Kohlenstoff 0,63 %

Mangan 0,99 %

Phosphor 0,006 %

Schwefel 0,032 %

Silizium 0,17 %

Der Draht Nr. 5 wurde erzeugt aus Knüppeln von 51,58 Quadrat unter Verwendung einer kontinuierlichen dreiadrigen Anlage mit 6 ersten Vorstufen, 4 Zwischenvorstufen, 4 Steckstufen und 6 FertiRgerüsten. Der aus dem Walzwerk mit einer Temperatur von ca. 1024° C auslaufende Draht wurde unmittelbar durch Wasser gekühlt auf 793 bis 810° C. Der Draht wurde bei dieser Temperatur in Form von nicht-konzentrischen Ringen von ca. 120 cm Außendurchmesser auf eine Transportvorrichtung durch einen Legekonus abgelegt. Die Transportvorrichtung hatte eine Gesamtlänge von 22,5 m und bewegte sich mit einer Geschwindigkeit von ca. 18 m/min. Der Abstand zwischen den vorderen Kanten der nicht-konzentrischen Wicklungen betrug ca. 37,5 mm. Die Transportvorrichtung hatte geeignete Schlitze über eine Länge von ca. 11,4 m, durch welche die Ströme von Kühlluft auf die Wicklungen gelangten. In den ersten 1,5 m wurde keine Kühlluft aufgebracht, dann wurde Luft zugeführt, die den Draht innerhalb der durch das isothermische Umwandlungsdiagramm für die besondere Stahlqualität gegebenen Zeit abkühlte. Die Wärme wurde aus allen Teilen der nicht-konzentrischen Ringe in wesentlich gleichem Ausmaß herausgezogen. Der Draht wurde abgekühlt auf ca. 260 C.

Die Mikro-Struktur dieser nach der Walzung gesteuert gekühlten Drähte entsprach in der Qualität einer guten Luftpatentierungsstruktur; ca. 80 % feinem Perlit, 20 % mittelgrobem Perlit und nur eine winzige Spur von körnigem Ferrit (bei 7 50-facher Vergrößerung).

909884/0446

- G 25 -

ΙΌ 3«Z

30.11.1968 h.ko

P 14 33 76O-.1

- G 2t -

Die Zugfestigkeit der von den Bunden entnommenen Muster verhielt sich wie folgt:

Vorderenden Hinterenden

Anzahl der Muster kg Anzahl der Muster

1	2812	- 2835	1
1	2790	- 2812
2	2767	- 2789	2
12	2744	- 2767	12
13	2722	- 2744	17
8	2699	- 2721	9
22	2676	- 2698	22
14	2654	- 2676	10
12	2630	- 2653	14
10	2608	- 2630	8
2	2586	- 2608	7
4	2563	- 2585	3
2	2 540	- 2 562	1
1	2518	- 2540

Mittlere Bruchlast 2682 kg Mittlere Bruchlast 2687 kg

Mittlere Zugfestigkeits-

2 grenze 10.356 kg/cm

Bereich von 9947 bis 11.109 kg/cm²

Mittlere Zugfestigkeits-

2 grenze 10.570 kg/cm

Bereich von 10.038 bis 11.095 kg/cm²

Die obigen Werte beziehen sich auf einen nominalen Draht-Durchmesser von 5,5875 mm. Die Verteilung und Gleichmäßigkeit der Dehnungswerte werden als gut angesehen. Die mittlere Zugfestigkeit b^i^diesemJhesonderen Los liegt etwa um 700 kg/cnT höher als bei einem herkömmlichen luftpatentierten Draht dieser Analyse von 5,45 mm.

- 6 25 -

90 988 4/0 4 46

H33760

20 382

30.11.1968 h.ko

Die Drahtmessungen ergaben folgendes (gemessen an 12 beliebigen Bunden):

Vordere Enden

Untere Seite 5,35 - 5,525 mm Obere Seite 5,675 - 5,975 mm

Mittelwert 5,4 χ 5,775 mm Nominal rund 5,5875 mm

Mitte

5,25 - 5,525 mm
5,625 - 5,85 mm

0,54 χ 5,775 mm
5,5875 mm

Hintere Enden 5,3 - 5, 6rfm 5,575 - 5,85mm

5,425 χ 5,775mm 5,6 mm

Die folgenden Prüfungen wurden ebenfalls an lediglich gewalztem Draht durchgeführt:

%-Dehnung bei 25 cm (Fix-Punkte)

Mittelwert Minimum

Maximum

Vordere Enden	6,30 %	4,37 %	8,75 %
Hintere Enden	6,70 %	4,37 %	8,75 %
%-Querschnittsabnahme	Mittelwert	Minimum	Maximum
(Zugeinschnürung)
Vordere Enden	53,4 %	46,8 %	59,2 %
Hintere Enden	54,4 %	45,0 %	62,0 %
Chemische Analyse (20	beliebige Muster)

C Mn

0,62/0,64 0,99/1,05

Si Cu

0,171/0,188 0,11/0,12

%-Zunderbildung auf der Drahtoberflache (Laborat,

Prüfung) __

(20 beliebige Muster)

0,009/0,012

0,028/0,031

Mittelwert Minimum Maximum

0,50 %

0,27 % 0,72 %

- G 26 -

909884/0446

♦0

	.11	.19	68	1
30	ko
h.	14	33	760.
P

- G 26 -

(20 beliebige Muster)

Bund Nr. 10 1 Riß 0,1 mm Bund Nr. 11 1 Riß 0,05 mm

Alle.anderen geprüften Bunde waren rißfrei.

Faltungen

(20 beliebige Muster)

Bund Nr. 9 1 Faltung

0,075 mm

Alle anderen geprüften Bunde wiesen keine Faltung auf.

Korngröße

(20 beliebige Muster)

lediglich gewalzter Draht 6-8 McQuaid Ehn

Oberfläche - Tei!entkohlung

(20 beliebige Muster)

(X.001) 10 Muster keine

3 " 0 - 1 ■

6 " 0-2

1 " 0-3

Die Bunde wurden gereinigt durch paketweises Eintauchen in verdünnter Schwefelsäure. Sieben Bunde wurden pro Bügel genommen. Die Temperatur der Charge betrug ungefähr 63° C - 8° C, und die Reinigungszeit betrug etwa 10-15 Minuten pro Bügel. Siebenundsiebzig Buride wurden gekalkt und vierundzwanzig mit Borax überzogen. Vier beliebige Posten des Borax überzogenen Drahtes wurden vor und nach dem Reinigen und Überziehen gewogen. Bei zwei Posten wurde keine Änderung im Gewicht beobachtet, während bei einem Posten der Gewichtsverlust 0,32 % und bei dem restlichen Posten ein Gewichtsverlust von 0,36 % auftrat. Dieser geringe Gewichtsverlust infolge von Zunderentfernung ist verblüffend.

909884/0446

- G 27 -

H33760

20 382

30.11.1968 h.ko

- G 27 -

Der Federdraht wurde aus wärmebehandeltem Draht unter Verwendung von 6 Steinen bei 210 m/min, und einem trockenen Schmiermittel gezogen. Die Gesamtreduktion betrug 76 %. Die Matrizenabmessung war:

4,75 mm 4,15 mm 3,65 mm 3,2 mm 2,8 mm 2,6375 mm

In diesem Falle wie in allen weiteren ging das Drahtziehen ohne Schwierigkeiten vor sich. Es wurden keine Brüche beobachtet, und die Matrizenstandzeit war gut. Die fertigen Drähte zeigten keinerlei Brüchigkeitstendenz. Der 2,6375 mm Federdraht passierte den 1-X Wrap Test und hatte die folgende Zugfestigkeit (50 Bunde von je 163 kg).

Mittelwert Minimum Maximum

Vorderenden 16429 kg/cm² 15820 kg/cm^?

Hinterenden 16051 " 15330 "

Gefordert 15120 "

17290 kg/cm' 17360 " 17360 "

Der Federdraht mit hoher Zugfestigkeit von 1,9 mm wurde gezogen aus wärmebehandeltem Draht unter Verwendung von 8 Steinen bei 210 m/min, und einem trockenen Schmiermittel. Die Gesamtreduktion betrug 88,4 %. Die Matrizenabmessung war:

4,375 mm 3,775 mm 3,325 mm 2,9 mm 2,55 mm 2,225 mm 2,025 mm 1,9 mm

Folgende Werte wurden erhalten: Mechanische Teste auf sieben Träger, je ca. 816 kg

Mittelwert Minimum Maximum Zugfestigkeitsgrenze;

Vorderenden 18704 kg/cm² 18130 kg/cm² 19460 kg/cm²

Hinterenden Gefordert

19180

18970
17360

Il Il

19460 19740

- G 28 -

90988 47 0446

co σ co oo

	H33760	über	78,1	30.11, h.ko	Maximum
	Hi		82,0	P 14 i
	Mittelwert			.1968
			33 760.1	43
+ Torsionen in			- G 28 -	44
20 cm:	40,8		Minimum
Vorderenden	41,3
Hinterenden
+ 90° Biegungen		39	87
Radius von		37	95
12,25 mm
Vorderenden
Hinterenden
	68
	73

Duktilität:

Alle Muster passierten den IX-Wrap-Test.

(Wickeltest).

+ Torsions- und Biegungsteste sind bei dieser Qualität Federdraht nicht erforderlich. Die Teste wurden nur des allgemeinen Interesses wegen in Obereinstimmung mit dem verbesserten Pflugseildrahttestverfahren durchgeführt, Alle getesteten Muster passierten die Torsions- und BiegungsSpezifikationen für verbesserten Pflugseildraht.

Das 2,375 mm Vormaterial wurde aus Borax behandeltem Draht unter Verwendung von 7 Steinen bei 300 m/min· und einem trockenen Schmiermittel gezogen. Die Gesamtabnähme betrug 8 2 %. Die Matrizenabmessung war:

4,65 4,075 3,575 3,125 2,75 2,525 2,375 mm Die nachfolgenden Ergebnisse wurden erzielt: Mechanische Teste an 35 Bunden von ie ca, 168 kg

	Mittelwert	Minimum	Maximum
Zugfestigkeitsgrenze:
Vorderenden	16366 kg/cm2	15400 kg/cm2	17010 k
Hinterenden	16240 "	15890 n	16890
+ Torsionen in 20 cm
Vorderenden	37	31	44
Hinterenden	38,4	32	44
			S 29 -

	1433760	h.ko	*J V W	-	Maximum
		P 14 33	760.1
	T	- G 29
■	Mittelwert	Minimum	116
+ 90° Biegungen über			123
Radius von 14,25 mm
Vorderenden	104,4	66
Hinterenden	106,6	97

Duktilität: Alle Muster passierten einen IX-Wrap-Test.

(Wickeltest).

+ Torsion und Biegungsteste sind normalerweise nicht üblich für diese Drahttype. Die Teste wurden nur aus allgemeinem Interesse durchgeführt in Übereinstimmung mit dem Testver- fahren für verbesserten Pflugseildraht. Alle getesteten Muster passierten die Torsion- und Biegungsspezifikationen für verbesserten Pflugseildraht.

Das 1,3 mm Vormaterial wurde gezogen durch 10 Steine bei 300 m/min, unter Verwendung eines trockenen Schmiermittels. Die Gesamtabnahme betrug 94,6 %. Die Matrizenabmessung war:

4,125 3,325 2,9 2,55 2,225 1,95 1,725 1,5 1,375 1,3 mm

Die folgenden Ergebnisse wurden erzielt? Mechanische Tests an 7 Bunden von je ca. 136 kg

	Mittelwert	Minimum	Maximum
Zugfestigkeitsgrenze: Vorderenden	22680 kg/cm2	22330 kg/cm2	23380 kg/cm
Hinterenden	23170 "	22820 "	23520 "
+ 90° Biegungen über Radius von 6,75 mm
Vorderenden	59,3	51	69
Hinterenden	60,0	52	69

Duktilität:

Alle Muster passierten einen IX-Wrap-Test.

(Wickeltest).

909884/0A46

- G 30 -

1 / ooTCrt 30,11,1968

14JJ /60 h.ko

h.ko

P m 33 760.1

- G 30 -

Das Ziehen dieser Drahttype auf 1,3 mm aus einer Drahtgröße Nr. 5 wird als eine ziemlich hohe Beanspruchung in der Drahtziehpraxis betrachtet.

Beispiel III

Die Mikro-Fotografien der Figur 12 wurden sämtlich erhalten aus der gleichen Schmelze von 0,57 Kohlenstoffstahl. Muster A und B wurden genommen von einem Bund im Gewicht von ca, 181 kg, der in herkömmlicher Weise beim Auslauf des Drahtes aus dem Drahtwalzwerk gewickelt wurde. Das luftpatentierte Muster C und das Muster D mit Kühlungssteuerung wurden von Bunden genommen, die, wie beschrieben, in Verbindung mit Beispiel II bereitet wurden. Es wurde das gleiche Drahtwalzwerk benutzt wie in Beispiel II, und die Drahtgröße war 5,258 mm.

Der Unterschied in der Mikro-Struktur mit den entsprechend niedrigeren mechanischen Eigenschaften und der geringeren Duktilität beim herkömmlich gekühlten Draht ist auf den Fotos A und B gezeigt und beleuchtet den Effekt langsameren Kühlens und die Änderung im Umwandlungsverhalten. Die äußere Wicklung, die am schnellsten abkühlt, kommt am nächsteh an ein luftpatentiertes Erzeugnis heran, während die innere Wicklung mehr kompaktes Ferrit und perlitisches Gefüge aufweist, das der Zähigkeit für das Drahtziehen ermangelt.

Eine typische, luftpatentierte Struktur des gleichen Stahls ist gezeigt in Muster C, Es ist in weitem Maße ein sorbitisch-perlitisches Gefüge mit einem Minimum an Ferrit-Bildung,

- G. 31 909884/0446

20 382

P m 33 760.1 - G 31 -

Dieser Strukturtyp kann sehr erfolgreich zu Draht gezogen werden, Muster D ist kennzeichnend in seiner gesamten Länge für Draht mit gekühlter Steuerung gemäß dieser Erfindung, und es kann gesagt werden, daß es bei einem Vergleich mit der luftpatentierten Struktur günstig abschneidet. Die Mikro-Struktur zeigt minimale Ferrit-Bildung und ein feines sorbitisch-perlitisches Gefüge.

Beispiel IV

Ein Draht von 5,258 mm wurde gewalzt aus einem Federstahl wie in Beispiel II beschrieben. Das Bundgewicht betrug ungefähr 181 kg. Der Stahl enthielt 0,66 Gewichtsprozent Kohlenstoff, 0,83 Gewichtsprozent Mangan und 0,17 Gewichtsprozent Silizium. Testmuster wurden genommen von etwa jedem zehnten Ring, und zwar wechselweise zwischen Seite und Zentrum auf der Transportvorrichtung mit gesteuerter Kühlung, Die folgende Tabelle zeigt die Gleichförmigkeit des Drahtes über seine ganze Länge.

Test-Nr. Seite der Transport- Zentrum der Transportvorrichtung vorrichtung äußerste Zugfestig- äußerste Zugfestigkeitsgrenze (kg/cm2) keitsgrenze (kg/cm²)

9833.6

1OO3H,5

10100,3

9959,6

α	9962,4
2	10165,i»
3
	9999,4
5	10087
6
7	9797,2
8	10128,3
9
10	10010
11	10128,3
12
13	10070,2
m	10278,1
	909884/0446

- G 32 -

20 38 2

	U33760	30,11.1968 h.ko
		P 14 33 76O„l
		- G 32 -
Test-Nr.	Seite der Transport- vorrrichtung äußerste Zugfestig keitsgrenze (kg/cm2)	Zentrum der Transport vorrichtung äußerste Zugfestig keitsgrenze (kg/cm2)
15		10173,1
16	10090,5
17	10128,3
18		10115,7
19	10090,5
20	10178
21		9861,6
22	10053,1*
23	9962,H
24		10128,3
25	99H0
26	9999,5
27		9884,7
28	10221,H
29	10053.4

Knüppel aus der gleichen Schmelze von unberuhigtem Stahl, Qualität C 1020 wurden gewalzt auf einen Durchmesser von 9,775 mm,wobei ein Posten gemäß dem Verfahren dieser Erfindung gesteuert gekühlt wurde und ein anderer in warmem Zustand gewickelt und in herkömmlicher Weise abgekühlt wurde« Fotos A und C der Fig, 13 zeigen die Mikro-Struktur und Zunderbildung bei dem herkömmlich gekühlten Draht, und Fotos B und D zeigen die Mikro-Struktur und die Zunderbildung bei der gesteuerten Kühlung,

Der herkömmlich gekühlte Draht hat eine Zugfestigkeitsgrenze von 4134,9 kg/cm und eine Flächenabnahme von 65,1 \, Der gesteuert gekühlte Draht lag bei 4457,6 kg/cm² bzw, 65,9 %,

909884/0446

- G 33 -

BAD ORIGINAL

ItV P If 33 760.1

• * - G 33 -

Es kann aus den Fotografien entnommen werden, daß der herkömmlich gekühlte Draht eine Struktur von streifigem Ferrit mit intergranulärem Perlit besitzt. Die Struktur der gesteuert gekühlten Muster im Vergleich dazu war feiner und leichter gestreift mit leicht nadeiförmigem Ferrit und intergranulärem Perlit. Der Zunderpelz bei dem herkömmlich gekühlten Draht war bedeutend schwerer und fester anhaftend.

Fig. 14 zeigt typische Kühlkurven, die sich aus verschiedenen Behandlungen des Walzdrahtes ergeben. Es kann erkannt werden, daß die gesteuerte Kühlung dieser Erfindung nicht die sich beim Bleipatentieren ergebende, ziemlich theoretisch dargestellte Kurve nachbildet, daß sie jedoch eine im wesentlichen vollständige Umwandlung des Austenits als Ergebnis bringt, bevor die Temperatur des Drahtes unterhalb der Temperatur am Knick der inneren Kurve des Diagramms abgefallen ist (Punkt X). Die Breitenstreuung, die für die Kurve gezeigt ist, welche sich beim normalen Kühlen ergibt, resultiert daraus, daß der Draht bei einer Temperatur von über etwa 760° C in Bundform gebracht wird und die Masse des Bundes bewirkt, daß die inneren Wicklungen langsamer abkühlen. Dies ergibt eine untragbare Schwankung in den Eigenschaften. Diese Schwankungen müßten durch Luft- und Bleipatentieren ausgeschaltet und so der Draht für das Drahtziehen in geeigneten Zustand gebracht werden.

909884/0446

-Al-

Claims (1)

1. Patentansprüche ■

   1. Anwendung der Stufenkühlung zur Vergütung gewalzten Stahls unmittelbar aus der Walzhitze des letzten Fertigwalzgerüstes heraus zur Herstellung eines Stahldrahtes aus einem oberhalb der Umwandlungstemperatur kontinuierlich gewalzten Knüppel der nach der Abkühlung über seine gesamte Länge eine gleichmäßige Kornstruktur ohne größere Anteile iameIlaren Perlits und ohne Martensit— anteile aufweist und kaltverform- bzw. kaltziehbar ist, an einer Vorrichtung bei der der Draht nach Durchgang durch eine Küh!rohranordnung in die Form von mit Abstand auseinander gezogener Spiralen gebracht und diese auf eine Fördereinrichtung gelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Draht in einer ersten Kühlstufe auf seinem Wege zwischen dem letzten Gerüst und der Fördereinrichtung innerhalb der Kühlrohranordnung durch Konvektion und außerhalb dieser durch Abstrahlung an die Umgebungsluft so viel Hitze entzogen wird, daß seine Temperatur zur Erhaltung der durch das vorangegangene Walzen erzeugten feinen Kornstruktur ständig leicht über der Umwandlungstemperatur liegt und daß in einer zweiten Kühlstufe die anschließende Absenkung der Drahttemperatur auf und unter die Umwandlungstemperatur während des Transportes der Spiralen auf der Fördereinrichtung mit einer wählbaren Geschwindigkeit erfolgt, die durch Beaufschlagung der Drahtoberflache mit Kühlmittelströmen voreinstellbarer Menge, Temperatur und Geschwindigkeit bestimmt wird. ·

   9Q98 8 4/CUA6

   _ A 2 - Neue Unterlagsn (Art. 7 § 1 Abs. 2 Mr. 1 Satz 3 des Ändertinoeiei. v. 4. 3. ff

   20 382

   H33760 &J¹

   P It 33 760.1 - A 2 -

   2. Stufenkühlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Kühlstufe von einer Walzausgangstemperatur von etwa 1025° C auf eine Temperatur zwischen 650° bis 810° C gekühlt wird.

   3. Stufenkühlung nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Kühlstufe die Kühlung in Form einer Abschreckung bis auf die leicht oberhalb der Umwandlungstemperatur liegende Temperatur erfolgt.

   ·». Stufenkühlung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Strom des Kühlmittels in der zweiten Kühlstufe etwa senkrecht zur Ebene der Drahtspiralen verläuft.

   5. Vergüteter Walzstahldraht hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis H mit einem Kohlenstoff- ^ gehalt von etwa 0,4 bis etwa 0,9 Gewichtsprozent, dessen Mikrokornstruktur über die gesamte ursprüngliche Walzlänge im wesentlichen gleichmäßig ist und überwiegend aus gleichförmig verteilten feinen Perlitkörnern mit geringen Ferrit-Einschlüssen an der Korngrenze besteht und frei von Bainit ist, wobei diese MikroStruktur das direkte Produkt der allotropischen Umwandlung der ursprünglichen aus dem Walzprozess hervorgegangenen nicht wesentlich gewachsenen austenitischen Körnung darstellt und nahezu keine Spuren von kristallinem Wachstum aus einer weiteren Erhitzungsbehandlung zeigt*

   90988A/OAA6

   - A 3 -

   20 382 1/ '5'37Cn -30.11.1968

   U337B0 _h#ko

   5*0 P IM· 33 760.1

   - A 3 -

   6. Vergüteter Walzstahldraht nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Drahtoberfläche bedeckende Zunderschicht ebenfalls über die gesamte ursprüngliche Walzlänge gleichmäßig haarrissig und mürbe ist, in dem Wüstitbereich nur Spuren von Eisen und Magnetit aufweist und der Gewichtsanteil in der ursprünglichen aus dem Walzprozess hervorgegangenen Stärke weniger als 1 % des Drahtgewichtes beträgt.

   7. Vergüteter Walzstahldraht nach den Ansprüchen 5 und/ oder 6,

   dadurch gekennzeichnet, daß der ohne weitere Vergütungsbehandlung ziehfähige Draht über seine gesamte ursprüngliche Walzlänge einen Zugfestigkeitsstreubereich von weniger als 700 kg/cm² und im Mittel eine ASTM-Querschnittsabnahmeschwankung ' *n weniger als £ 10 % aufweist.

   ο Vergüteter Walzstahldraht nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7,
   gekennzeichnet durch einen ursprünglichen Zundergewichtsanteil von weniger als 0,6 %.

   09884/0446

   - Ende -