DE1583987A1

DE1583987A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kuehlen von heissgewalzten Stahldrahtmaterialien

Info

Publication number: DE1583987A1
Application number: DE1968K0064418
Authority: DE
Inventors: Tsugio Kaneda; Shiro Menekiyo; Tooru Mizuuchi; Akio Suzuki; Takashi Tsujimura; Noboru Yamakoshi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1967-01-13
Filing date: 1968-01-10
Publication date: 1970-12-03
Also published as: NL152603B; LU55254A1; FR1555908A; BE709333A; NL6800417A; SE341413B; GB1224483A; DE1583987B2; DE1583987C3

Description

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DIPL.-ING. H.LEINWEBER dipl-inc H.ZIMMERMANN

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Verfahren und Vorriohtmig ztie Kahlen von heißgewalzten Stahldraiitmaterialien

Diese Erf In&mg h&ziehi sioh auf ein und auf eine Vorrichtung zium Ktihlen von heißgewalzteö Stahldrah-fematerialien auf kontiollierte Weise unä sondere auf ein Verfahren und dine Vorrichtung zue Kühlen von heißgewalzten Stahldrahtmaterialien duroh eiöö strömende Schicht aas in laft schwebendem Sana. Bin<iS· der zuletzt gesetzten Intwicklongsziele in den Werkitö» die Stahldrahtmateriäliea herstellen, war es, die Qualitäten der Stahldrahtaaterialien au Terbeasern und däö Veriunderungarerhäl-feßla ** senken durch Anwendung eiöer in geateuert#r Menge fcei heiSgewalztem Stahl*

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drahtmaterial» das von dem letzten Gestell eines Heißwalzwerkes geliefert wurde, zusammen mit anderen wichtigen Zielen, wie z. B# dem Erreichen einer höheren WaIzgesehwindigfceit am letzten Gestell eines Walzwerks und der Erhöhung des Einheitsgewiohtes einer Drahtspule.

Allgemein ist es erforderlich, daß ein Stahldrahtmaterial eine geringe Veränderung la den mechanischen Eigenschaften und eine Mikrostruktur aus Perlit mit ge« ringest laaellareei Abstand bei geringer Trennung der groben Ferritkörner aufweist, üb «ine gut« Ziehfähigkeit des Stahldrahtmateriäls zu erzielen, und daher 1st es erforderlich, daß dee Stahldrahtmaterial genau gekühlt wird« nachdem es dae letzte Gestell des Walzwerks verlassen hat.

Als ein Verfahren der Behandlung iron Stahldraht-Materialien zum Verbessern τ on deren mechanischen !igen* schäften ist das sogenannte Patentieren bekannt* durch das eine gleichmäßige Mikrostruktur aas Sorbit gemäß einem geeigneten WärmebehandlungsTerfahren erzielt werden kann. Sas Sorbit ist «in« Art der perlitischen Strukturen und hat eise Mob;· festigkeit und hervorragende KaltbearbeituBgseigtnachaft»n infolge der feinen Kohlenstoffkörner, die leicht verschiebbar sind and die Ziehfähigkeit verbessern. . ^

Durch das sogenannte Luftpatentieren, bei dem ein heißgewalztes Stahldrahtmaterial mit austenitisoher Mikrostruktur in stillstehender Luft gekühlt wird, ?;ird eine perlitische Llikrostruktur erzielt, die ein wenig gröber ist als die durch das Bleipatentieren erzielte· Das so behandelte Stahldrahtmaterial hat eine viel geringere Festigkeit als das Stahldrahtmaterial, das durch das Blei- oder Salzpatentieren behandelt wird, und zeigt eine größere Veränderung der Qualität in bezug auf jede irrodukt ions charge. Der Grund dafür, daß dus Stahldrahtmaterial, das durch das Luftpatentieren behandelt wurde, keine gewünschte Qualität aufweist, liegt darin, daß das Kühlverhältnis in der stillstehenden Luft so mäßig ist, daß dabei das Ansteigen der Obergangstemperatur eintritt. Tatsächlich zeigt die Mikrostruktur des bei niedriger Übergangstemperatur erzeugten Perlite eine feine laneHare Struktur. Wenn daher das Kühlungsverhältnis duroh Verwendung von komprimierter Luft erhöht und damit die Übergangstemperatur gesenkt wird, kann eine feine iükrostruktur derselben Art erzielt werden.

Als Verfahren zum Kühlen von heißgewalzten Stahldrahtmaterialien, die auf der obigen Überlegung basieren, sind bereits der sogenannte Stelmor-Prozeß und der Demag-

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Prozeß bekannt. In der USA-Patentschrift 3 231 432 und in der französischen Patentschrift 1 409 716 ist der Stelmor-Prozeß erläutert. Der Stelmor-Prozeß und der Demag-Prozeß haben gemeinsam, daß in beiden Prozessen ein heißgewalzter Draht zu einer Spule geformt wird, die dann in einem derart gesteuerten Verhältnis gekühlt wird, während sie auf einem Förderer befördert wird, daß eine Mikrostruktur aus feinem Sorbit während dieser Beförderung erzielt wird. Im einzelnen wird in dem otelmor-Prozeß das Stahldrahtmaterial schraubenartig auf einen Förderer gelegt, der sich in horizontaler Richtung erstreckt, wodurch der Übergang auf dem Förderwege beendet wird, während in dem Demag-Prozeß das Stahldrahtmaterial abwärts in vertikaler Richtung durch einen Förderer befördert wird, während es zu einer Spule geformt wird, wodurch der Übergang ebenfalls auf dem Förderwege beendet wird.

Diese bekannten Prozesse, bei denen der Übergang beendet wird, während das Stahldrahtmaterial auf einem Förderer befördert wird, haben jedoch ,j_en schwerwiegenden Nachteil, daß der Kontakt zwischen dem Stahldrahtmaterial und dem Förderer und weiterhin bei dem Stelmor-Prozeß der Kontakt zwischen den Windungen des Stahldrahtmaterials

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selbst nicht vermieden werden kann. Da die Kühlung "bei diesen Prozessen durch die Berührung mit der Luft auf der Oberfläche des Stahldrahtmaterials und die Wärmeübertragung dazwischen bewirkt wird, ist es natürlich, daß, wenn ein Teil des Stahldrahtmaterials mit etwas anderem als der Ituf t in Berührung ko®at, die Kühlung dieses in Berührung befindlichen Teils verzögert wird. Der auf diese Weise in geringerem Verhältnis als die anderen normalen Abschnitte gekühlte Abschnitt unterliegt einer anderen Art des Überganges, und das verursacht eine Veränderung in der Qualität des Endproduktes.

Selbst wenn Anstrengungen gemacht werden, diesen Nachteil zu beseitigen, wird es unmöglich sein, ihn sorgfältig zu beseitigen, solange diese Prozesse auf der Überlegung basieren, daß das Stahldrahtmaterial in einem kontrollierten Yerhältnis gekühlt wird, während es auf einem Förderer befördert wird.

Somit ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, den oben erwähnten Nachteil der Stelmor- und Demag-Prozesse zu beseitigen und ein verbessertes Verfahren zum Kühlen von heißgewalzten Stahldrahtmaterialien zu schaffen durch Ermöglichen, daß eine vollständige und gleichmäßige Berührung zwischen dem Kühlmedium und dem zu kühlenden Stahldrahtmaterial bewirkt wird.

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Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein solches verbessertes Verfahren wirksam ausführen kann.

Gremäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Kühlen von heißgewalztem Stahldrahtmaterial in einem kontrollierten Verhältnis geschaffen, das gekennzeichnet ist durch die Schritte des Fallenlaasens des heißgewalzten Stahldrahtmaterials, während es zu einer Spule geformt wird, des Eintauchens der Spule in eine strömende Schicht aus in Luft schwebendem Sand, des schnellen Ktthlens des Stahldrahtmaterials ia Verlauf des Eintauchens, bis die Hikrostruktur aus Austenit im wesentlichen in eine solche aus Perlit umgewandelt ist, und des Abtransportieren des Stahldrahtmaterials auf einem Fördertechanismus *

Das Wort "im wesentlichen¹¹ ist dabei so zu verstehen, daß der Übergang so weit beendet worden ist, daß irgendein unverändert gebliebener Teil keine Einwirkung auf den nachfolgenden Kühlprozeß hat.

Das heißgewalzt· Stahldrahtmaterial, das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, kann ein Draht, ein Stab oder ein· Stange aus Kohlenstoffstahl

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mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,01 bJLs 1,5 Ί· oder legierter Stahl sein, wie z. B. Federstahl, Lagerstahl, rostfreier Stahl oder wärmewiderstandsfähiger Stahl.

Einem Stahldrahtmaterial der obigen Art wird eine gesteuerte Klihlung erteilt, nachdem es das letzte Gestell eines Heißw^lzwerkes verlassen hat. Um das Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen, ist es erforderlich, daß die Temperatur des Stahldrahtmaterials anfänglich innerhalb des Bereiches von 7^0 bis 900° C kontrolliert wird, bei welcher Temperatur die Mikrostruktur des Stahldrahtmaterials austenitisch ist.

Sie Fördergeschwindigkeit des Stahldrahtmaterials von dem letzten Gestell liegt im wesentlichen im Bereich von 10 bis 40 m/sec, ist jedoch manchmal etwas höher. Das Stahldrahtnaterial fällt unter der Schwerkraft nach unten, während es zu einer Spule mit genauem Durchmesser entsprechend der Verwendung geformt wird. Ba das Stahldrahtmaterial an seinem oberen Ende aufgehängt ist, während es nach unten fällt, weist jede Windung der Spule von den angrenzenden Windungen einen Abstand auf, wodurch ein Zustand entsteht, bei dem eine Schraubenfeder in vertikaler Richtung aufgehängt ist. Das Stahldrahtmaterial, das somit über einen bestimmten Abstand in der Luft nach

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unten gefallen ist, wobei kein besonderes Maß an Kühlung vorgesehen ist, wird in die strömende Schicht eingetaucht, die in einem darunter angeordneten Tank vorgesehen ist.

Die strömende Schicht besteht aus in Luft schwebenden Sandkörnchen. Der Sand sollte für diesen Zweck eine hohe Wärmeleitfähigkeit und Dichte haben, und'daher können kleine Körnchen von Kieselerde, Tonerde oder Zirkonsand vorzugsweise verwendet werden. Diese Materialien haben nicht nur überragende Wärmewiderstandseigenschaften sondern auch eine stabilisierte Form, so daß sie eine gute Strömungsfähigkeit aufweisen. Insbesondere der Zirkonsand hat die höchste Wärmeleitfähigkeit und ist dadurch sehr wirksam als Kühlmedium, bei dem die Wärmeleitfähigkeit der wichtigste Faktor ist. Die Korngröße kann vorzugsweise im Bereich von 50 bis 200 Mesh liegen, während die Kornverteilung auf Wunsch gewählt werden kann.

Luft wird allgemein als· Strömungsmittel verwendet, * um die Sandkörnchen in der Schwebe zu halten, aber es kann ebensogut inertes Sas verwendet werden, wie z. B. Stickstoff. Die Sandkörnchen werden nach dem bekannten Luftschwebeverfahren in der Schwebe gehalten. Zu diesem Zweck wird ein Tank, in dem der Sand enthalten ist, mit

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einer Ausgleichsplatte versehen, die an ihrem Boden eine Perforierung aufweist, und die luft wird duroh die Perforierung nach oben geblasen. Die Ausgleiohsplatte wird verwendet, um die Luft gleichmäßig zu verteilen, und kann aus ©inem Material mit feiner Perforierung hergestellt sein, wie z, B« aus einer Sinterlegierung oder aus Segeltuch* natürlich muß das Material ausreichende Festigkeit bei der Betriebstemperatur aufweisen. 2um £weak der vorliegenden Erfindung ist eine Kombination aus Segeltuch, Glaswolle und einer perforierten Platte o4er einer gesinterten Platte aus rostfreiem Stahl besonders geeignet«

Bit; strömende Schicht aus dem gleichmäßig in dar luft schwebenden Sandkörnoheja oberhalb der Auagleiohsplatte kann dureii Einstellen der Menge und des Druckes der Iiuft. genau erzielt werden.

Die von dem Wickler abgegebene Spule aus Stahldrahtmaterial tritt in die strömende Schicht ein und so schnell während ihres Durchgangs von der Oberfläche, bis zum Boden abgekühlt, daß der Übergang der Mikrastruktur zu feinem Perlit im wesentlichen während Durchtritts vollendet wird· Zu diesem Zweok ist es erforderlich, daß die Temperatur des Sandes der strömenden

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Schicht im Bereich zwischen Umgebungstemperatur und etwa 450° C gehalten wird. Infolge dieser raschen Abkühlung ist es möglich, ein Produkt zu erhalten, das die erforderlichen mechanischen Eigenschaften mit einem stark gesteuerten Zunderverhältnis aufweist.

Die strömende Schicht muß eine solche Sicke haben, daB der erforderliche Übergang der Hikrostruktur im wesentlichen vollendet wird, während das Stahldrahtmaterial die Schicht von der Oberfläche bis zu ihrem Boden durchdringt. Sie zur wesentlichen Vollendung des Übergangs erforderliche Zeit hängt von der Temperatur des Stahldrahtmaterials ab, das in die strömende Schicht eintritt, und von der Temperatur des Sandes der strömenden Schicht. Sie Zeit beträgt beispielsweise zwischen wenigen Sekunden bis so. zehn Sekunden, wenn ein Kohlenstoffstahl von 0,6 £ Kohlenstoffgehalt in der strömenden Schicht bei einer Temperatur in dem oben erwähnten Bereich gekühlt wird. Es ist daher ausreichend fttr den vorliegenden Zweck, wenn die strömende Schicht eine Sicke hat, die wenigen Durchtrittssekunden entspricht, was praktisch 300 bis 1000 mm sind.

Sie Temperatur der strömenden Schicht kann genau kontrolliert werden, so daß die erforderlichen meohani-

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sehen Eigenschaften des Stahldrahtmaterials erzielt werden können. Je niedriger die Temperatur der strömenden Schioht ist, desto höher ist beispielsweise die Zugfestigkeit des Stahldrahtmaterials, und umgekehrt. Die optimale Temperatur der strömenden Schicht fur normalen Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,5 bis 0,8 i° liegt im Bereich von 100 bis 250° C, und dadurch ist es möglich zu erreichen, daß das Stahldrahtmaterial eine Festigkeit hat, die derjenigen entspricht, wie sie bei dem Bleipatentieren erzielbar ist.

Das Stahldrahtmaterial, das duroh die strömende Schicht hindurchgetreten ist, wird auf einen Pördermeohaniamua aufgelegt, der am Boden der Schicht vorgesehen ist, und fortlaufend in einer Richtung weiterbefördert. Der Fördermechanismus kann beispielsweise ein endloser Bandförderer, eine Kette, ein Draht oder Seil sein, oder er kann ein Schwingbalken sein, der mit einer solchen Neigung unter einem spitzen Winkel in bezug auf die Horizontalebene angeordnet ist, daß das Drahtmaterial vom Anfang des Förderers an der tiefsten Stelle in der strömenden Schioht bis zum entgegengesetzten Ende allmählich angehoben wird, das oberhalb der Oberfläche der strömenden Schioht liegt, wo das Stahldrahtmaterial zu einem

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nachfolgenden Fördermechanismus überführt wird. Wie es oben erwähnt wurde, ist der Übergang der Mikrostruktur des ütahldrahtmaterials im wesentlichen beendet, bevor es den Förderer erreicht, so daß das Stahldrahtmaterial einfach anschließend auf die atmosphärische Temperatur abgekühlt wird, während es auf dem Förderer und dem anderen Überführungsmeohanismus weitertransportiert wird. Die Überführungsgeschwindigkeit des Übertragungsmechanismus kann auf geeignete Weise auf Wunsch bestimmt werden.

Wenn der Förderer in der Schicht der in der Luft sohwebenden Sandkörnchen betrieben wird, ist em praktisch, einen Förderer mit Drahtseilen zu verwenden, der mit einer Anzahl von Verbindungen versehen ist, um die Gleitfähigkeit zu verbessern.

Auf diese Weise behandeltes Stahldrahtmaterial hat eine Mikrostruktur von feinem Perlit über seinen gesamten Querschnitt und damit gute mechanische Eigenschaf- ten, die in dem gesamten Produkt höchst gleichmäßig sind. Außerdem ist die Schicht des auf der Oberfläche dieses Stahldrahtmaterials entstandenen Zunders so dünn, daß die Entzunderung sehr leicht durchgeführt werden kann.

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Die Sandkörnchen, die die strömende Schicht bilden, werden bis zu einem gewissen Grad durch die kalte luft abgekühlt, durch die sie in der Schwebe gehalten werden. Da jedoch eine beträchtliche Wärmemenge von dem heißen Stahldrahtmaterial zu den Sandkörnchen übertragen wird, ist es notwendig, daß der Sand periodisch oder fortlaufend durch andere Kittel gekühlt wird, wenn er einem fortlaufenden Betrieb ausgesetzt ist. Für diesen Zweck kann eine Kühleinheit in der strömenden Schicht vorgesehen werden, durch die ein Kühlmedium geleitet wird, oder der Sand kann aus dem Tank zur Kühlung in. eine äußere Kühlvorrichtung herausgenommen und zu dem Tank zurüokge-Ieitet werden.

Die Ausgleichsplatte ist unvermeidlich der nachteiligen Wärmeeinwirkung der heißen strömenden Schicht unterworfen. Um die Ausgleichsplatte gegen diese Wärmeeinwirkung zu schützen, ist es nützlich, eine Drahtgaze oder Wasserrohre oberhalb der Ausgleichsplatte anzuordnen.

Das Stahldrahtmaterial wird auf den Förderer in schraubenartiger Form aufgelegt, und am Ende des Fördereis wird es abgegeben und fällt in einen Sammelbehälter. Um die Abgabe des Stahldrahtmaterials so zu steuern,

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IH

daß jede Windung der Spule genau in den Sammelbehälter fällt, kann vorzugsweise eine Klemmrolle am Ende des Förderers vorgesehen werden, die das Stahldrahtmaterial, das darunter hindurohtritt elastisch preßt.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigern

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Kühlvorrichtung gemäß der Erfindung}

Fig. 2 eine schematische Oberansicht der Kühlvorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Diagramm, das das Verhalten der Kühlverhältnisse verschiedener heißgewalzter Stahldrahtmaterialien zeigt;

Fig. 4A-Q Mikrophotographien der Stahldrahtmaterialien;

Fig. 5 ein Diagramm, das das Verhalten der Kühlverhältnisse durch die strömende Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung zeigtj

Fig. 6 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur der strömenden Schicht und der Zugfestigkeit der Stahldrahtmaterialien zeigt;

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te

Fig. 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Fallhöhe in der strömenden Schicht und der Zeit zeigt;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Kornbildung und der Zeit zeigt j

Fi". 9 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Querschnittsverringerung und der Zeit zeigt, und

Pig. 1OA und B Uikrophoto^raphien der Stahldrahtmaterialien.

In Fig. 1 und 2 ist eine Kühlvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, in der eine Legehaspel oder eine Spulvorrichtung 1 über einem Tank 2 mit einer strömenden Schicht vorgesehen ist, der mit einem Förderer 3 ausgerüstet ist, der sich in Längsrichtung der Vorriohtung erstreckt. Um eine erforderliche Temperatur der strömenden Schioht in dem Tank 2 zu erhalten, die der Art des zu behandelnden Stahles entspricht, ist ein Zirkulationssystem für den Sand vorgesehen, das ei-.nen Elevator 4, einen Förderer 5t einen Kühltank 6 und einen Förderer 7 einschließt.

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Das von dein Heißwalzwerk (nicht gezeigt) abgegebene heißgewalzte Stahldrahtmaterial wird der Spulvorrichtung 1 zugeführt, in der es zu^- einer Spule geformt wird und aus der es mittels der Schwerkraft in den darunter liegenden Tank 2 mit der strömenden Schicht abgegeben wird. Das Stahldrahtmaterial wird dann in die in diesem Tank enthaltene strömende Schicht eingetaucht und darin schnell bis zu einem Ausmaß abgekühlt, bei dem der erforderliche Übergang der Mikrostruktur im wesentlichen vollendet v.ird, bevor es auf den Förderer 3 aufgelegt wird, der am Boden der strömenden Schicht angeordnet ist. Wenn die Temperatur des Sandes ansteigt, sobald die Hitze von dem heißgev/alzten Stahldr^htnaterial zugeführt wird, wird der Sand durch den Elevator 4, den Förderer 5» den Kühltank 6 und den Förderer 7 derart zirkuliert, daß der Sand auf einer gewünschten Temperatur gehalten v.ird, um eine erforderliche Qualität des Produktes zu erzielen. Das Kühlen des Sandes durch das Zirkulationssystea: kann wirksam gesteuert v/erden durch Steuern des Kühltanks 6 in Abhängigkeit von der Temperatur des Sandes in dem Tank 2 mit üer strömenden Schicht.

Das Stahldrahtmaterial, das von dem Förderer 3 abtransportiert worden ist, wird nachgiebig durch eine

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Klemmrolle 8 gepreßt, die am Austrittsende des Förderers vorgesehen ist, und an eine Sammelvorrichtung 9 abgegeben, in der das Stahldrahtmaterial zu einer regelmäßigen Spule angeordnet wird, die in ein Bündel abgepackt und von einem Förderer 11 abtransportiert wird.

Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Kühlkurven eines Stahldrahtmaterials duroh die strömende Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung und andere bekannte Kühlmethoden zeigt. Das Stahldrahtmaterial ist ein Draht von 5»5 mm Durchmesser aus Kohlenstoffstahl mit 0,6 i» Kohlenstoffgehalt. Dieses Stahldrahtmaterial wurde von 900° G durch verschiedene Kühlverfahren abgekühlt. In Fig. 3 zeigt die Kurve 1 den Fall der Luftpatentierung, die Kurve 2 die Bleipatentierung (duroh Blei von 550° G), die Kurve 3 die strömende Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung (ZrO₂ von 150 Mesh, das als Sand bei einer Temperatur der strömenden Sohioht von 150° G verwendet wurde), die Kurve 4 den Fall, wenn heißgewalztes Stahldrahtmaterial nach dem Heißwalzen in Form einer Spule in der Atmosphäre gehalten wurde, und die Kurve 5 den Fall, wenn das heißgewalzte Stahldrahtmaterial naoh dem Heißwalzen in lokker'em Zustand in der Atmosphäre gelassen wurde. Aus diesen Kurven wird ersiohtlioh sein, daß das Kühlen duroh

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die strömende Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem viel größeren Verhältnis erfolgt als bei den anderen herkömmlichen Verfahren.

Pig. 4 zeigt Mikrophotographien der Mikrostrukturen der durch die oben erwähnten Verfahren gekühlten Stahldrahtmaterialien, wobei deutlich sein wird, daß der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gekühlte Stahl, der in Pig. 4A gezeigt ist, fein kristallisierte Körner und Kolonien von feinem Perlit mit kurzem lamellaren Abstand hat im Vergleich zu dem Stahl in Fig. 4B, der durch das luftpatentieren gekühlt wurde und dem Stahl in Fig. 4C, der durch das Bleipatentieren gekühlt wurde.

Fig. 5 zeigt einige Beispiele von Kühlkurven eines !Drahtes von 5 »5 mm Durchmesser mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,6 i» nach der vorliegenden Erfindung, wobei das Stahldrahtmaterial durch die strömende Schicht (ZrO₂ mit 150 Mesh,, das als Sand verwendet wird) mit Temperaturen der Umgebungsluft (Kurve 1), 100° G (Kurve 2), 200° 0 (Kurve 3) und 300° C (Kurve 4} gekühlt wurde. In jedem Pail ist ersichtlich, dafl der Obergang der Mikrostruktur in etwa 5 Sekunden vollendet ist, daß jedoch die Übergangstemperatur im Bereich von 520 bis 620° C

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unterschiedlich ist. Aus diesen Ergebnissen wird deutlich sein, daß durch Veränderung der Temperatur der strömenden Schicht die Übergangstemperatur geändert werden kann, wodurch die Mikrostruktur des Stahldrahtmaterials auf Wunsch kontrollierbar ist.

Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Temperatur der strömenden Schicht und der Zugfestigkeit der vier Arten von Stählen, v.ie 3ie im folgenden beschrieben werden, wobei jeder von dem heißen Zustand von etwa 850° C abgekühlt worden isti

Kohlenstoffstahl mit C,1 # Kohlenstoff ... Kurve 1

Kohlenstoffstahl mit 0,3 ^ Kohlenstoff ... Kurve 2

Kohlenstoffstahl mit 0,6 ^Kohlenstoff ... Kurve 3

Kohlenstoffstahl mit 0,7 £ Kohlenstoff ... Kurve 4

Aus diesen Ergebnissen wird ersichtlich sein, daß die Steuerung der Zugfestigkeit möglich ist durch Veränderung der Temperatur der etrömenden Schicht.

Venn das Stahldrahtnaterial in die strömende Sandschicht eintaucht, fällt es infolge des Widerstandes des Sands langsam dort hindurch, unter der Annahme, daß der Widerstand proportional zur Fallgeschwindigkeit ist,

AD CV'

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wird daa Phänomen des Palls des Stahldrahtmaterials durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

wo.bei ν die Fallgeschwindigkeit, χ die Fallhöhe, t die Zeit, k eine Konstante, die durch die Form des Stahldrahtmaterials und die Eigenschaften des Sandes bestimmt wird, und g die Beschleunigung der Schwerkraft ist.

Durch Auflösen der obigen Gleichung mit den Anfangebedingungen, daß jetzt y+₌Q = W_Qj X= 0, wenn t = 0, dann erhält man die folgende Gleichung, die annähernd die Leistung von X ausdrückt, wenn t etwas größer ist als null:

= TT ⁺ fr ■ -je κ

Fig. 7 zeigt eine Kurve die man erhält durch Auftragen der experimentell erhaltenen Verhältnisse von χ und t. Aus dieser Kurve wird die Konstante k mit 115 see" bestimmt.

Durch Vergleich der Fig. 5 mit der Fig. 7 wird verständlich, daß, wenn das Stahldrahtmaterial in die strömende Schicht des Sandes geworfen wurde, der Übergang

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der tlikrostruktur während des Falls von etwa 450 mm vollendet \.ird. Diese Tatsache ist ein sehr wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu dem oben erwähnten Stelmor-Prozeß, bei deu. das Stahldrahtmaterial, das schraubenförmig auf einen Förderer gelegt wird, gekühlt wird, während as auf dem förderer transportiert wird. Durch die Kühlung mittels dir strömenden Sohicht gemäß der vorliegenden Erfindung wird daa Stahldrahtmaterial sehr rasdh abgekühlt während der Zeit, wenn es sich dem liasenabschnitt der S-förmigen Kurve nähert, wo das KUhlverhältnis relativ gemäßigt wird und der Übergang ohne Unterkühlung beendet wird_t woraufhin dann daa, Stahldrahtmaterial einfach mit einem genauen Verhältnis, gekühlt wird. Infolge dieser Kühlweise, bei dir der Übergang der !Makrostruktur während des Falls durch die strömende Sohicht beendet wird, besteht keine Möglichkeit, daß eine ungleichmäßige Kühlung infolge der Berührung zwischen den Windungen der Spule oder der Berührung derselben mit der Oberfläche des Förderers eintritt.

Die Eigenschaften der Stahldrahtmaterialien, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden .Erfindung gekühlt werden, werden mit denjenigen der Stahldrahtmaterialien verglichen, die dieselben chemischen Zusammensetzun-

BAC

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gen haben aber auf verschiedene Weisen durch die herkömmlichen Verfahren gekühlt werden:

(1) Mechanische Eigenschaften:

Tabelle 1

Stahlart	Kühlzugtand	Zugfestigkeit kg/mm	Schrumpfung	Dehnung ■h QIi 200mm
Stahl A dieser Erfindung	Sand-Temp, 40° G	111	63	7,5
dito	Sand-Temp. 120° C	110	62	7,5
Stahl Λ zum Vergleich	luft-Paten- tierung	91	45	9,0
dito	Blei-Paten tierung	105	48	6,3
Stahl B dieser Erfindung	Sand-Temp. 90° C	118	61	6,5
dito	Sand-Temp. . 110° C	115	61	6,8
dito	Sand-Temp. 180° C	109	62	7,5
Stahl B zum Vergleich	Luft-Paten tierung	94	46
dito	Blei-Paten tierung	108	49	6,5

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Tabelle 1 zeigt einen Vergleich einiger mechanischer Eigenschaften der Stahldrahtmaterialien, die durch die strömende Schicht gemäß der vorliegenden Erfindung and durch die herkömmliche Luft- und Blei-Patentierung gekühlt werden, wobei die Stähle von den Arten A und B sind mit den chemischen Zusammensetzungen gemäß Tabelle 2:

Tabelle 2

Stahlart	Chemische Zusammensetzung £	C	Si	Un	P	S
A Staiii mit hohem Kohlenstoffgehalt	0,60	0,25	0,48	0,019	0,019
B Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt	0,64	0,24	0,47	0,024	0,022
C unberuhigter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt	0,07	-	0,50	0,028	0,025
D beruhigter Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt	0,06	G,20	0,41	0,019	0,018

EAD CFeCiilA

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V/ie es klar aus Tabelle 1 hervorgeht, hat der durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gekühlte Stahl eine höhere Zugfestigkeit und ein höheres Schrumpfungsverhältnis im Vergleich mit dem durch das herkömmliche Verfahren gekühlten Stahl. Es ist eine besonders wichtige Verbesserung, daß das Schrumpfun<j;sverhältnia, das einen direkten Einfluß auf die Ziehfähigkeit des Stahldrahtmaterials hat, sehr hoch ist.

Tabelle 3 zeigt einen Vergleich der mechanischen Eigenschaften der Stahldrahtmaterialien C und D, wie sie in Tabelle 2 dargestellt sind, bei unterschiedlichen Bedingungen, wobei eines gemäß dieser Erfindung gekühlt wurde und das andere zum Vergleich nach dem Heißwalzen in der Luft zurückgelassen wurde. Aus Tabelle 3 wird ersichtlich sein, daß der gemäß dieser Erfindung gekühlte Stahl ein höheres Schrumpfungsverhältnis hat trotz einer höheren Zugfestigkeit im Vergleich zu dem Stahl derselben chemischen Zusammensetzung, der jedoch nicht besonders gekühlt wurde.

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!Tabelle 3

Stahlart	Kühlzustand	Zugfestigkeit kg/mm	Schrumpfung i	Dehnung (GI 200mm)
Stahl C dieser J3rf indung	Sand-Temp. 60° C	43	79	26
Stahl C zum Vergleich	in der luft zurückgelas sen	38	76	26
Stahl D dieser Erfindung	Sand-Terap. 6O^D C	49	80	24
Stahl D zum Vergleich	in der Luft zurückgelas sen	43	75	25

(2) Verzunderungsverhältnis t

Tabelle 4 zeigt einen Vergleioh der Verzunderungsverhältnisse der Stähle, die duroh das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung und duroh die herkömmlichen Verfahren gekühlt wurden, wobei das Verzunderungsverhältnis in Gewichtsprozenten des Stahls dargestellt ist. Aus Tabelle 4 wird ersiohtlioh sein, daß das Verzunderungsverhältnis der durch das Verfahren gemäß der vorliegen-

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Xk

den Erfindung gekühlten Stähle beträchtlich abgesenkt ist im Vergleich zu denjenigen der Stähle zum Vergleich, wodurch die Ausbeute verbessert und die zur Säurereinigung erforderliche Zeit verkürzt wird. Die Verzunderun^sverhältnisse sind in den Bereichen für die Stähle zum Vergleich gezeigt, da die Werte an verschiedenen Abschnitten der Länge unterschiedlich sind.

Tabelle 4

Stahlart	Stahl dieser Erfindung	Stahl zum Vergleich (zur allgemeinen Ver wendung auf herkömm liche #eiae gekühlt)
A	0,18 £	0,35 - 0,53 #
B	0,19 $	0,38 - 0,55 $>
C	0,23 #	0,73 - 1,12 $
D	. 0,25 ^ch	0,53 - 0,89 ί

(3) Ziehfähigkeit»

Die Stähle A und B, die durch die strömenden Schichten von 120° 0 bzw. 180° C gemäß der Torliegenden Erfindung gekühlt wurden, und die Stähle asu* Vergleich, die

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dieselben chemischen Zusammensetzungen haben aber durch das herkömmliche Verfahren zur allgemeinen Verwendung jekühlt wurden, wurden in einer fortlaufend arbeitenden Ziehvorrichtung gemäß der folgenden liste gezogen:

5,5-4 4,5-^4,0-4 3,5-43,0-4 2,57-4 2,25 -4 1,97-41,7 -41,4ö -H,34-H,<2-H,1 -41,0 -4 0,9 mm Durchmesser.

Ale Ergebnis dieser Ziehvorgänge begannen.die Stähle zum Vergleich bei 3,0 bzw. 2,57 mm Durchmesser zu brechen, aber die Stähle A und B gemäß dieser Erfindung begannen selbst bei 0,9 mm Durchmesser nicht zu brechen.

Außerdem konnten die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung gekühlten Stähle ein so großes Verhältnis der Querechnittsverringerung und ein Ziehen bei so hoher Geschwindigkeit aushalten, daß sie nicht brachen, wenn sie von 5,5 auf 1,4 mm Durchmesser mit sieben Matrizen gezogen wurden, so daß das Verhältnis der QuersohnitteYerringerung bei einem Durchgang bis zu 30 oder 35.# betrug, oder wenn sie von 5,5 auf 1,8 mm mit einer Ziehgeschwindigkeit bis zu 1000 m/min gezogen wurden·

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Zusaiamenfaasend haben die Stahldrahtmaterialien, die gemäß der vorliegenden Erfindung gekühlt wurden, hervorragende Ziehfähigkeit.

(4) Kaltbearbeitungscharakteristiken

Die Uöglichkeit zur Kaltbearbeitung v/urde bei dem Stahl C und bei dem Stahl zum Vergleich geprüft, der dieselbe chemische Zusammensetzung hat, jedoch durch das herkömmliche Verfahren zur allgemeinen Verwendung gekühlt wurde, wobei jedes Teststück mit Abmessungen von 5,3 mm Durchmesser und 8,25 mm länge der Kaltbearbeitung verschiedener Druokverhältnisse durch eine Kaltbearbeitungspresse unterworfen wurde, und die Ergebnisse der Tests sind in der Tabelle 5 gezeigt. Der gemäß der vorliegenden Erfindung gekühlte Stahl ist frei von irgendwelchen Brüchen selbst unter einer Kompression von 60 <fo_t während der Stahl zum Vergleich Brüche erlitt bei der Kompression von 55 $·

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Tabelle 5

Stahlart	Druckverhältnis {-,Ό)	45	55	62,5	67,5	75	80
Stahl C dieser Erfindung	gut	gut	gut	gut	gut	gut
Stahl G zum Vergleich	gut	Bruch	Bruch	Bruch	Bruch	Bruch

Der Stahl dieser Erfindung und der Stahl zum Vergleich wurden jeweils von 5,5 auf 3,5 mm gezogen, und die entstandenen Stahldrahtmaterialien wurden durch Kaltstauchen zu Maschinenschrauben verarbeitet, wobei alle aus dem Stahl zum Vergleich hergestellten Schrauben Brüche hatten, während die aus dem Stahl dieser Erfindung hergestellten Schrauben frei von irgendwelchen Brüchen waren. Somit kann der Stahl dieser Erfindung zu Masohinensohrauben verarbeitet werden ohne irgendeine andere Warmebearbeitung.

(5) Kornbildung:

Es ist allgemein üblich, eine Vorbehandlung zur Kornbildung bei einem Material anzuwenden, das kalt bear-

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beitet werden soll, um die Bearbeitbarkeit des Materials zu verbessern. Die Vorbehandlung erfordert eine lan~e Zeit, so daß es erwünscht ist, die Zeit zu verkürzen. Um die Eigenschaften bezüglich der Kornbildun^ zu prüfen, wurde die folgende Behandlung bei einem Stahl A dieser Erfindung und bei dem Stahl zum Vergleich angewandt, der dieselbe chemische Zusammensetzung hat aber durch das herkömmliche Verfahren zur allgemeinen Verwendung gekühlt wurde. Dieselbe Behandlung wurde auch bei denselben Materialien angewandt, die jedoch um 18 $ kalt gezogen worden waren.

Behandlungstemperatur: 720° C Haltezeit: 1, 3 und 6 Stunden

Kiihlverhältnis: bis auf 680° C ι 20° C/Stunde

680° C bis 600⁰C : 40°C/Stunde

Pig. 8 zeigt den Zustand der Kornbildung, und Pig. 9 zeigt die Testergebnisse der Querschnittsverringerung, wobei die Kurven 1 die Fälle des Stahls dieser Erfindung, die Kurven 2 den Stahl dieser Erfindung, bei dem das Kaltziehen angewandt wurde, die Kurven 3 den Stahl zum Vergleich und die Kurven 4 den Stahl zum Vergleioh zeigen, bei dem das Kaltziehen angewandt wurde.

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Fi.-. 10 zeigt Mikrostrukturen der Materialien, die 3 Stunden auf 720° C gehalten wurden, wobei 'die Fif;· 1OA die Mikrophotographie des Stahls A dieser Erfindung und die Fig. 1OB die Mikrophotographie des Stahls zum Vergleich zeir.t. Aus dieaen Ergebnissen wird deutlich sein, daß der Stahl dieser Erfindunj eine kürzere Zeit zur Kornbilduni: erfordert und einen höheren Wert der Querschnittsverrin^erunr nach der Kornbildungs-Behandiung aufweist.

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Claims

Patentansprüche:

1_β Verfahren zum Kühlen von heißgewalztem ütahldrahtmaterial in einem kontrollierten Verhältnis, gekennzeiohnet durch die Schritte des Fallenlassens des heißgev/alzten Stahldrahtniaterials, während es zu einer Spule geformt wird, des Eintauchens der Spule in eine strömende Schicht aus in Luft schwebendem Sand, des schnellen Kühlens des Stahldrahtmaterials im Verlauf des Eintauchens bis zu einem Ausmaß, bei dem die Llikrostruktur des Austenits im wesentlichen in eine solche aus Perlit umgewandelt ist, und des Abtransportierens des Stahldrahtmaterials auf einem Fördermechanismus.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahldrahtmaterial fortlaufend in schraubenartiger Weise auf den Fördermechanismus aufgelegt wird, der am unteren Ende der strömenden Schicht vorgesehen ist und das Stahldrahtmaterial aus der strömenden Schicht heraustransportiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge-»· kennzeichnet, daß das heißgewalzte Stahldrahtmaterial bei einer Temperatur im Bereich von 900 bis 750 C als Spule in die strömende Schicht bei einer Temperatur im

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Bereich von atmosphärischer Temperatur bis zu 450° G eingetaucht wird, wodurch der Übergang der Mikroatruktur vom Austenit zu feinem Perlit während des Eintauchens vollendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die strömende Schicht aus Sand von 50 bis 200 Mesh, wie z. B. Kieselerde, Tonerde oder 'Zirkonsand, zusammengesetzt ist, der durch Luft oder inertes Gas in der Schwebe gehalten wird.
5 β Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahldrahtmaterial ein Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,01 bis 1,5 $ oder ein legierter Stahl ist.
6. Verfahren nach Anspruoh 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Sand, der die strömende Schicht bildet, innerhalb oder außerhalb eines Tanks gekühlt wird, der die strömende Schioht enthält, so daß die strömende Schicht ständig auf einer Temperatur im Bereich von 50 bis 450° C gehalten wird.
7. Vorrichtung zum fortlaufenden Kühlen von heißgewalztem Stahldrahtmaterial in einem kontrollierten Verhältnis, gekennzeichnet durch eine Spulvorrichtung

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(1) zum Aufwickeln des heißgewalzten StahlIrahtmateriala und zum Fallenlassen desselben darunter, einen Tank (2) zum Aufnehmen einer strömenden Schicht aus Sani, wobei der Tank sich von einer Stelle direkt unter der Spulvorrichtung (1) horizontal in einer Richtung erstreckt und eine Ausgleichsplatte zum Zuführen von Gas dort hindurch in der Höhe des Boden3 aufv/eist, einen Förderer (3), der geneigt in dem Tank derart angeordnet ist, daß er am tiefsten an der Stelle direkt unter der Spulvorrichtung

(1) liegt und allmählich zu flacheren Stellen in dem i'ank

(2) ansteigt, eine Klernmrolle (8), die über den Austrittsabschnitt des Förderers (3) angeordnet ist, und ein System zum Kühlen des Sands in dem Tank (2).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (3) ein Draht-, Drahtseil-, Ketten- oder Riemenförderer ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7_f dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer (3) ein durch einen Kurbelmechanismus betätigter Schwingbalken ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Tank (2) mit einer Einrichtung zum Zirkulieren des Sandes ausgerüstet ist.

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ar
11. Produkt aus Stahldr-ihtniaterial eines Kohlenstoff stahla uit einen Kohlenstoffgehalt von 0,C1 bis 1,5 ia oder aus einem legierten Stahl _f der durch das Verfahren nach Anspruch 1 gekühlt worden ist, dadaroh gekennzeichnet, daß die Uikrostruktur aus gleichmäßig feinem Perlit mit guten mechanischen Eigenschaften und einem verringerten Verzunderungsverhältnis besteht.

; BAD

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