-
Diese Erfindung betrifft die Verwendung von kaltgezogenem Kohlenstoffstahl-(0,50%
bis 1,0% C)-Draht mit bestimmter Zusammensetzung und hoher Festigkeit zur Herstellung
tauchaluminierter Drähte, die nach dem Ziehen höheren Temperaturen unterworfen werden,
erleiden oft eine wesentliche und für ihre Verwendung in der Praxis sehr unangenehme
Abnahme ihrer Zugfestigkeit. Eine derartige Verschlechterung der Zugfestigkeit tritt
des öfteren bei der Herstellung von Stahldraht auf, der als Kern bei einem mehrdrahtigen,
elektrischen Aluminiumleiter verwendet wird, des Typs, wie er bei elektrischen Freileitungen
zum Einsatz gelangt. Zur Verringerung der Korrosion derartiger Leiter ist es üblich,
eine Aluminiumbeschichtung auf dem Stahlkern anzubringen, üblicherweise mittels
Durchleiten des Kerndrahtes durch ein Bad von geschmolzenem Aluminium, das auf einer
Temperatur von 649 bis 700°C gehalten wird. Ein solches Verfahren kann das Absinken
der Zugfestigkeit eines herkömmlichen, kaltgezogenen Kohlenstoffstahldrahtes von
einem Wert von ungefähr über 207 kg/mm2 auf einen Wert unter 134 kg/mm2 zum Ergebnis
haben. Der letztgenannte Wert liegt bedenklich nahe an der Minimalzugfestigkeit,
die von Stahlkerndrähten von mehrdrahtigen Aluminiumleitern, stahlverstärkt nach
dem Stand der Technik, gefordert wird. Wegen des Festigkeitsverlustes, der sich
aus dem Anlassen bzw. Glühen aus Anlaß bei der Beschichtung der Stahldrähte in einem
Bad von geschmolzenem Aluminium oder anderen Metallen ergibt, wurden bisher Versuche
unternommen, eine ausreichende Festigkeit des beschichteten Drahtes dadurch zu erreichen,
daß man den Kohlenstoffgehalt des Drahtes erhöht; da jedoch die Erhöhung des Kohlenstoffgefialtes
von einer Abnahme der Leitfähigkeit begleitet ist, mußte solchen Versuchen zur Herstellung
völlig zufriedenstellender Ergebnisse der Erfolg versagt bleiben.
-
Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Drahtwerkstoff
vorzuschlagen, bei dem der Abfall der Zugfestigkeit, der durch das Glühen der kaltgezogenen
Kohlenstoffstahldrähte bei Temperaturen, wie sie bei der Tauchaluminierung auftreten,
hervorgerufen wird, vermindert ist und der, nachdem er einem solchen Glühen bzw.
Anlassen oder Enthärten unterworfen wurde, eine Zugfestigkeit aufweist, die wesentlich
höher liegt als die der ähnlich behandelten, herkömmlichen Drähte.
-
Es wurde nun gefunden, daß die Abnahme der Zug-Festigkeit, die sich
aus der Behandlung des kaltgezogenen Kohlenstoffstahldrahtes bei Temperaturen um
430°C und darüber hinaus ergibt, wesentlich verringert werden kann, wenn man dem
Stahl einen geringen Anteil eines geeigneten Legierungsmetalls einverleibt.
-
Von den Legierungsmetallen, die diese Wirkung aufweisen und die mehr
oder weniger häufig in Stählen verwendet werden; nämlich Nickel, Silicium, Aluminium,
Zirkonium, Mangan, Chrom, Wolfram, Molybdän, Vanadin, Niob, Titan, Kupfer und Blei,
werden solche bevorzugt, die zu den Gruppen V B und VI B des Periodensystems der
Elemente gehören und eine größere Neigung als Eisen zur Bildung von Carbiden in
Kohlenstoffstählen aufweisen. Solche Metalle sind Chrom, Wolfram; Molybdän, Vanadin
und Niob. Aus Vereinfachungsgründen werden diese fünf Metalle nachfolgend als karbidbildende
Metalle bezeichnet. Es wird daher gemäß Erfindung die Verwendung eines niedriglegierten
Stahles, bestehend aus 0,5 bis 1;0% Kohlenstoff; nicht über 1;5% Mangan, nicht über
1,0% Silicium, sowie 0,03 bis 0;5% der Elemente Chrom, Wolfram, Molybdän, Vanadin,
Niob einzeln oder zu mehreren, Rest Eisen und Verunreinigungen, als kaltgezogener
Draht für die Tauchaluminierung bei Temperaturen im Bereich von 430 und
700'C
vorgeschlagen.
-
Die Zusammensetzung des kaltgezogenen Kohlenstoffstahldrahtes, zu
welchem das karbidbildende Metall zugegeben wird, sollte zur Hochdrahtfestigkeit
wenigstens 0,50% Kohlenstoff und für die erforderlichen Kaltzieheigenschaften nicht
mehr als 1,0% Kohlenstoff enthalten.
-
Wie in den nachfolgenden Beispielen angegeben, kann der Stahl weiterhin
kleine Mengen an Mangan und Silicium enthalten, die von dem Stahlhersteller aus
Gründen zugegeben werden, die mit der Herstellung und Bearbeitung des Stahles in
Zusammenhang stehen. Die Stähle, die bei der vorliegenden Erfindung Verwendung finden,
umfassen zusätzliche Bestandteile von Mangan in Mengen nicht über 1,5% und Silicium
in Mengen nicht über 1,0%. Der Stahl kann weiterhin geringe Mengen von Verunreinigungen
enthalten, wie sie üblicherweise bei der Stahlherstellung auftreten, und die Formulierung
»Rest Eisen und Verunreinigungen«, wie sie im Anspruch verwendet wird, ist entsprechend
auszulegen.
-
In manchen Fällen kann der Gehalt eines karbidbildenden Metalls in
dem Stahl des geglühten Drahtes eine Wirkung hervorrufen, die der Wirkung entgegengesetzt
ist, die der Stahl vor dem Glühen des Drahtes aufweist. Beispielsweise verringert
in einem Stahl von Kerndrahtquahtät die Zugabe von 0,08% Vanadin die Zugfestigkeit
von 199 auf 178 kg/mm' in dem Draht beim Kaltziehen, erhöht aber die Zugfestigkeit
von 132 auf 138 kg/mm' in dem Draht, wenn er 10 Sekunden bei 666°C geglüht
wird. Bei einem anderen Kerndrahtstahl verringert die Zugabe von. 0,33% Molybdän
die Zugfestigkeit des ungeglühten, kaltgezogenen Drahtes von 209 auf 182 kg/mm,
erhöht aber die des geglühten Drahtes von 137 auf 142 kg/mm'.
-
Die Wirkung der karbidbildenden Elemente bei der Verunreinigung des
Verlustes an Zugfestigkeit infolge des Glühens wird ausgeprägter, wenn die Dauer
des Glühärbeitverfahrens erhöht wird. Das ist aus der nachfolgenden Tabelle zu ersehen,
die die Wirkungen der verschiedenen Glühzeitdauer bei einer Temperatur von 666°C
bei Kohlenstoffstahldrähten, die miteinander identisch sind, ausgenommen im Hinblick
auf das Vorhandensein oder die Abwesenheit des karbidbildenden Metalls, aufzeigen.
| Dauer des Glühens Draht- mit 0,08% V Draht ohne V |
| kg/M_2 kg/M_2 |
| Kein Glühen 17$ 199 _ |
| 2 Sekunden 142 136 |
| 10 Sekunden 138 132 |
| 60 Sekunden 128 117 |
Die durch die erfindungsgemäße Verwendung der niedriglegierten Stähle erreichbaren
Vorteile werden noch ausgeprägter, wenn die Glühtemperaturen erhöht werden. So ergeben
wechselnde Temperaturen, die
während eines 10-Sekunden-Glühens von
zwei Drähten beibehalten werden, die einander gleich sind, ausgenommen hinsichtlich
der Gegenwart oder Abwesenheit des karbidbildenden Metalls die nachfolgenden Ergebnisse:
| Glühtemperatur Draht mit 0,20% V Draht ohne V |
| kg/mm' kg/mm, |
| Kein Glühen 200 208 |
| 427° C 195 192 |
| 482° C 190 178 |
| 666° C 157 139 |
In den nachfolgenden Beispielen werden die Wirkungen aufgezeigt, die sich bei einem
kaltgezogenen Draht durch die Zugabe verschiedener Anteile unterschiedlicher karbidbildender
Metalle bei unterschiedlichen Basisstählen ergeben. In den Beispielen 1 bis 5 wurde
der verwendete Draht von einem Ausgangsstab mit einer Stärke von 5,556 mm auf einen
Durchmesser von 2,66 mm gezogen; im Beispiel 6 wurde der Draht von einem Ausgangsstab
der gleichen Größe auf einen Durchmesser von 2,03 mm gezogen, und in den gesamten
Beispielen ist die für den geglühten Draht angegebene Festigkeit diejenige, welche
dieser nach dem Glühen bei einer Temperatur von 666°C während einer Zeitdauer von
10 Sekunden aufweist.
| Zugfestigkeit |
| vor dem Glühen nach dem Glühen |
| kg/mm' kg/mm' |
| Beispiel 1 |
| Basisstahl: |
| 0,76% C |
| 0,79% Mn |
| 0,28% Si |
| Zugegebenes Metall: |
| 0,08% V |
| Basisstahldraht........ 199 132 |
| Legierungsstahldraht ... 178 138 |
| Beispiel 2 |
| Basisstahl: |
| 0,79% C |
| 0,77% Mn |
| 0,31% Si |
| Zugegebenes Metall: |
| 0,20% V |
| Basisstahldraht........ 209 139 |
| Legierungsstahldraht ... 200 157 |
| Beispiel 3 |
| Basisstahl: |
| 0,78% C |
| 0,66% Mn |
| 0,23% Si |
| Zugfestigkeit |
| vordem G1' hen nachdem Glühen |
| kg/mm kg/mm' |
| Zugegebenes Metall: |
| 0,33% Mo |
| Basisstahldraht . . . . . . . . 209 137 |
| Legierungsstahldraht ... 182 142 |
| Beispiel 4 |
| Basisstahl |
| 0,74% C |
| 0,67% Mn |
| 0,28% Si |
| Zugegebenes Metall: |
| 0,36% Cr |
| Basisstahldraht . . . . . . . . 199 132 |
| Legierungsstahldraht ... 203 142 |
| Beispiel s |
| Basisstahl: |
| 0,72% C |
| 0,66% Mn |
| 0,25% Si |
| Zugegebenes Metall: |
| 0,17% W |
| Basisstahldraht . . . . . . . . 189 136 |
| Legierungsstahldraht ... 189 139 |
| Beispiel 6 |
| Basisstahl |
| 0,74% C |
| 0,67% Mn |
| 0,28% Si |
| Zugegebenes Metall: |
| 0,05% Nb |
| Basisstahldraht . . . . . . . . 221 136 |
| Legierungsstahldraht ... 223 139 |
Irgendeines der karbidbildenden Metalle kann entweder allein oder zusammen mit einem
anderen oder anderen zur Bildung von Legierungen eingesetzt werden, die man gemäß
der vorliegenden Erfindung verwenden kann. Das Zulegieren eines karbidbildenden
Metalls oder solcher Metalle in einem so' geringen Verhältnis wie 0,03% schafft
einen.erkennbaren Nutzen gegenüber der Verringerung des Zugfestigkeitsverlustes,
den der kaltgezogene Kohlenstoffstahldraht erleidet, wenn er Anlaß- bzw. Glühtemperaturen
unterworfen wird. Gewöhnlich jedoch wird vorgezogen, daß der Gehalt eines solchen
Metalls oder von Metallen wenigstens 0,10% ist. Es darf erwartet werden und es wird
dies für Vanadin in den obigen Beispielen 1 und 2 aufgezeigt, daß sich der Umfang
des sich aus der Verwendung dieser Erfindung ergebenden Nutzens mit der Erhöhung
des Anteils des karbidbildenden Metalls oder der Metalle erhöht; jedoch wird aus
Kostengründen und - in manchen Fällen - wegen der Entstehung von unerwünschten Nebenwirkungen
eine praktische Grenze von 0,50% für einen solchen Anteil gesetzt. In den
meisten
Fällen wird ein Anteil, der nicht größer als 0;40°/Q ist, bevorzugt. Unter Berücksichtigung
der Wirksamkeit des Legierungsmetalls im Hinblick auf die Verringerung des Verlustes
an Zugfestigkeit, der Verfügbarkeit und der Kosten und der Art der auftretenden
Nebenwirkungen, ist Vanadin wahrscheinlich das wünschenswerteste Legierungsmetall,
wonach Molybdän und Chrom folgen. Unter den beiden letzteren Metallen wird Molybdän
bevorzugt; dies deshalb, weil, obgleich ein Vergleich in den obigen Beispielen 3
und 4 zeigt, däß Chrom wirksamer als Molybdän ist; relativ hohe Prozentsätze an
Chrom eine nachteilige Wirkung auf die Ziehbarkeit des Drahtes haben.
-
Wie oben angegeben, ist die Erfindung besonders brauchbar für die
Verwendung eines kaltgezogenen Drahtes für die Beschichtung mit Aluminium mittels
Durchleiten durch ein Bad dieses geschmolzenen Metalls, der als Stahlkerndräht in
einem stahlverstärkten Aluminiumleiter verwendet werden soll.
-
Es ist auf Grund der obigen Beispiele festzuhalten, daß in jedem Fäll
der Draht mit Zugabe von karbidbildendem Metall, nach einer 10 Sekunden langen Glühung
bei 666.°C, eine Zugfestigkeit hatte, die merklich größer war als die eines in ähnlicher
Weise geglühten Drahtes derselben Zusammensetzung, ausgenommen, daß das karbidbildende
Metall weggelassen wurde. Der Verlust an Zugfestigkeit, ausgedrückt in Prozent,
war in jedem Fall und bei jedem Stahllegierungsdraht geringer als bei dem entsprechenden
Basismetalldraht, sogar in solchen Fällen wie in den Beispielen 4 und 5, wo die
Zugabe des karbidbildenden Metalls entweder von erhöhter (Beispiel 4) oder ohne
wesentliche Wirkung (Beispiel 5) auf die Zugfestigkeit des nicht geglühten Basismetalldrahtes
war. Im Durchschnitt .erleiden die Basismetalldrähte als Ergebnis des Anlaßverfahrens
einen Verlust an Zugfestigkeit in Höhe von 34,2%, während die Stahllegierungsdrähte
nur einen Verlust von 27,3% erleiden. Während der absolute Gewinn von 2,11 kg/mm',
wie er im Beispiel 6 erreicht wird, relativ gering zu sein scheint, ist er nichtsdestoweniger
von Bedeutung im Hinblick auf die Tatsache, daß 130 kg/mm2 etwa der für einen Kerndraht
von stahlverstärkten Aluminiumleitern zulässigen minimalen Zugfestigkeit entsprechen.
Es erhöht daher der Gewinn von diesen 2,11 kg/mm2 den Spielraum über dem Minimum
um ein Drittel: Im Falle von Beispiel 5, wo der absolute Gewinn ebenso gering ist,
wurde der Spielraum über dem Minimum um ungefähr 44% erhöht.