DE19653062A1 - Ferritisches Wickeln von Draht bzw. Stabstahl - Google Patents
Ferritisches Wickeln von Draht bzw. StabstahlInfo
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Description
Die Erfindung ist auf ein Verfahren zum Wickeln oder
Windungslegen von Stabstahl oder Draht in Windungen gerichtet,
wobei das Walzgut aus der Walzhitze in einem Korb gehaspelt
oder mit Hilfe eines Windungslegers in Form von Windungen auf
ein Fördermittel abgelegt und am Ende dieses Fördermittels
über einen Dorn zu einem Bund gesammelt wird, dabei abkühlt
und nach dem Wickelprozeß oder der Bundbildung weiter gekühlt
wird.
Bei bekannten Verfahren, bei denen Draht bzw. Stabstahl nach
dem Walzen in einem Korb (z. B. Garrett-Haspel) gehaspelt oder
mit Hilfe eines Windungslegers in Form von Windungen auf
Transportrollen oder -ketten abgelegt und am Ende dieser
Transport- bzw. Fördereinrichtung über einen Dorn zu einem
Bund gesammelt wird, erfolgt der Wickelvorgang bzw. das Legen
in Windungen bei Temperaturen zwischen 800 und 1000°C.
So wird in der EP-A-0 058 324 eine Vorrichtung zum geregelten
Kühlen von Walzdraht aus der Walzhitze beschrieben, bestehend
aus einer Mehrzahl von Modulen auf einem Grundrahmen, wodurch
die Vorrichtung unterschiedlichen Kühlbedingungen angepaßt
werden kann. Der erste Teil, in dem gekühlt wird, ist so kurz
gehalten, daß das Legen der Windungen schon bei etwa 850°C
erfolgen kann. Dies geschieht durch einen Windungsleger, der
den Draht in Windungen in Schraubenform formt und diese auf
dem nachfolgenden Förderer im zweiten Teil der Kühlvorrichtung
ablegt. Auf diesem Förderer findet dann die weitere Kühlung
mit Hilfe von Luftgebläsen statt.
Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren ist, daß es nur mit
großem Aufwand möglich ist, das Walzgut möglichst schnell und
gleichmäßig über die gesamten Windungen abzukühlen, um ein
feinkörniges, ziehfähiges Material zu erzielen. Da die
Windungen am Rand der Fördermittel jedoch wesentlich dichter
aneinander liegen als in der Mitte, ist es nur bedingt und mit
großem technischen Aufwand (z. B. durch Leitbleche,
Wobbeleinrichtungen etc.) möglich, dieses Ziel zu erreichen.
Noch schwieriger ist es beim Haspeln, beispielsweise mit dem
sogenannten Garrett-Haspel (Drehkorbhaspel), wie er in der AT
393806 B beschrieben wird, bei dem der Draht bzw. Stabstahl
direkt zu einem Bund gewickelt wird, eine gezielte und
gleichmäßige Abkühlung über die gesamte Walzgutlänge
vorzunehmen. Die Wicklungsdichte innerhalb des Bundes ist je
nach der Haspelausführung mehr oder weniger ungleichmäßig und
unterliegt stochastischen Gesetzen. Das bedeutet, daß die
Abkühlbedingungen für die einzelnen Windungen innerhalb des
Bundes nicht regelbar sind, und damit das Walzgut
- - eine inhomogene Spannungsverteilung über die Walzgutlänge aufweist,
- - zur Ausprägung von Grobkorn neigt, das jedoch nicht gleichmäßig ist und damit
- - einer Intensivkühlung erst ausgesetzt werden kann, wenn sicher gestellt ist, daß der gesamte Bund gefügemäßig umgewandelt ist, da sonst die Gefahr der Bildung von Härtegefüge besteht. Dies macht lange Transportwege und Transportzeiten erforderlich.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Wickeln oder
Windungslegen von Stabstahl oder Draht zu schaffen, mit dem
die geschilderten Nachteile durch ungleichmäßige Abkühlung
vermieden bzw. minimiert werden.
Die gestellte Aufgabe wird gelöst mit den kennzeichnenden
Maßnahmen des Anspruchs 1 bei einem Verfahren zum Wickeln oder
Windungslegen von Stabstahl oder Draht, wobei Stabstahl oder
Draht aus der Walzhitze in einem Korb gehaspelt oder mit Hilfe
eines Windungslegers in Form von Windungen auf ein
Fördermittel abgelegt und am Ende dieses Fördermittels über
einen Dorn zu einem Bund gesammelt wird, dabei abkühlt und
nach dem Wickelprozeß bzw. der Bundbildung weiter gekühlt
wird, dadurch, daß die Kühlung des Stabstahls oder Drahts
(Walzgut) aus der Walzhitze vor dem Wickeln oder Legen in
Windungen bis in den Umwandlungsbereich geführt wird, die
durch die Ar3- bzw. Ar1-Linie des der abzukühlenden Stahlsorte
entsprechenden ZTU-Schaubildes (Zeit-Temperatur-Umwandlungs-
Schaubild) gekennzeichnet ist, wodurch sichergestellt ist, daß
das Walzgut sich unmittelbar nach dieser Kühlung je nach
Stahlsorte vor, während oder nach dem Wickelprozeß bzw. der
Bundbildung gleichmäßig über seine gesamte Länge und seinem
gesamten Querschnitt nahezu isothermisch aus der Austenitphase
in die Ferrit- bzw. Perlit-Phase und bei Bedarf in die
Bainitphase umwandelt.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, einen wesentlichen Teil
der Kühlung vor das Wickeln bzw. Windungslegen zu verlagern,
wobei die Kühlung bis in den Umwandlungsbereich der Ar3- bzw.
Ar1-Linie geführt wird, so daß das Wickeln bzw. Legen in
Windungen erst bei einer Temperatur von ca. 650°C erfolgt,
wird erreicht, daß die Umwandlung in die Ferrit- bzw.
Perlit-Phase und bei Bedarf in die Bainitphase definiert
bereits vor oder während des Wickelns bzw. Legen in Windungen
oder unmittelbar danach erfolgt. Und von der weiteren Kühlung,
die beim Wickeln bzw. Legen in Windungen zwangsläufig
stattfindet, gefügemäßig nicht mehr beeinflußt wird, so daß
auch die Lage und die Packungsdichte einzelner Windungen keine
Rolle mehr spielt.
Da die Umwandlung nach dem Verfahren der Erfindung nahezu
isotherm und gleichmäßig über die gesamte Walzgutlänge
erfolgt, wird ein gleichmäßiges, feinkörniges und
spannungsarmes Gefüge mit optimalen Festigkeitseigenschaften
erzeugt.
Von Vorteil ist beim Wickeln bzw. Legen in Windungen bei der
mit 650°C niedrigen Temperatur darüber hinaus, daß die Gefahr
von Oberflächenbeschädigungen durch die abgesenkte Wickel-
bzw. Legetemperatur verringert wird. Das zu erwartende
Ansteigen des Verformungswiderstandes infolge der Absenkung
der Wickel- bzw. Legetemperatur von ca. 800 bis 1000°C auf
ca. 650°C findet beim Verfahren gemäß der Erfindung nicht
oder nur in geringem Male statt, wenn die Umwandlung schon
vollständig abgeschlossen ist. Denn der Verformungswiderstand
des kubisch-raumzentrierten Ferritkristalls ist deutlich
niedriger als der des kubisch-flächenzentrierten
Austenitkristalls.
Falls die Umwandlung erst gemäß der Erfindung während oder
nach dem Wickeln bzw. Windungslegen erfolgt, ist zwar mit
einer größenordnungsmäßig höheren Wickelarbeit von ca. 30% zu
rechnen. Doch dieser geringfügige Energiemehraufwand wird
durch das Einsparen von Wärmenachbehandlungen und
Transporteinrichtungen mehr als kompensiert.
Um die Umwandlung unmittelbar nach dem Wickeln oder Legen in
Windungen erfolgen zu lassen, was sich je nach Stahlsorte als
notwendig erweisen kann, wird das Walzgut gemäß der Erfindung
mit Hilfe von Abdeckplatten bzw. Warmhaltehauben an einer
weiteren Abkühlung gehindert, so daß dann die Umwandlung
nahezu isothermisch erfolgt.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird die Kühlung, die bis in den Umwandlungsbereich führt, in
einer regelbaren Kühlstrecke, vorzugsweise einer
Wasserkühlstrecke, so geregelt und gesteuert, daß die
Oberfläche des Walzgutes nicht unterkühlt und in den Bereich
der Martensitbildung (MS-Linie) gelangt, um unerwünschte
Härteflecken auf der Walzgutoberfläche zu vermeiden.
Nach erfolgter Umwandlung in die gewünschte Phasen
Ferrit-Perlit oder Bainit und unmittelbar nach dem
Wickelprozeß bzw. der Bundbildung wird das Walzgut gemäß der
Erfindung einer forcierten Kühlung bis auf Bindetemperatur
unterworfen und anschließend der Bindestation zugeführt. Dies
ist deshalb möglich, da durch die bereits erfolgte
vollständige Umwandlung in die gewünschten Phasen durch eine
forcierte Kühlung keine unerwünschten Gefügeänderungen oder
inhomogene Spannungsverteilungen zu befürchten sind.
Bisher übliche Transport- bzw. Fördereinrichtungen wie
Bundtransportbänder, Hakenbahnen oder ähnliche Einrichtungen,
die dem Zweck einer schonenden Kühlung dienen, können somit
weitgehend entfallen.
An zwei Ausführungsbeispielen sowie in Zeichnungsfiguren
werden nachfolgend die Vorteile des Verfahrens der Erfindung
näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein ZTU-Schaubild (kontinuierlich) für ein
Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein ZTU-Schaubild (isothermisch) für ein
Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung,
Fig. 3 schematische Darstellung eines Teils einer
Walzanlage mit einem Garrett-Haspel,
Fig. 4 schematische Darstellung eines Teils einer
Walzanlage mit einem Windungsleger,
Fig. 5 ein Kf-Temperatur-Schaubild für einen legierten
Werkzeugstahl (Werkstoff: 100 Cr 6, mittlere
Umformgeschwindigkeit Φm = 0,1/s Kurvenschar
Φ = 0,1-0,7),
Fig. 6 ein Kf-Temperatur-Schaubild für einen unlegierten
Baustahl (Werkstoff: C15, mittlere Umform
geschwindigkeit Φm = 0,1/s, Kurvenschar Φ = 0,1-0,7).
- a) Wickeln mit dem Garrett-Haspel bei 890°C entsprechend dem Stand der Technik, Material Ck 45 (chemische Zusammensetzung in Gew.-%: C = 0,44; Si = 0,22; Mn = 0,66; P = 0,022; S = 0,029; Cr = 0,15; V = 0,02).
Untersucht wurde der Abkühlverlauf bis zum Umwandlungsbereich
der Ar3- bzw. der Ar1-Linie an drei verschiedenen Windungen.
Die Fig. 1 zeigt ein kontinuierliches Zeit-Temperatur-
Umwandlungs-Schaubild nach dem Stand der Technik für Stahl Ck
45. Bestimmungsverfahren: Dilatometrisch und metallographisch
an Proben von 4,5 mm Durchmesser und 15 mm Länge; thermische
Analyse (Gasabschreckung) an Plättchen von 4 mm Durchmesser
und 0,5 bzw. 1,0 mm Dicke. Der Abkühlverlauf der drei
untersuchten Windungen a1, a2 und a3 wurde gestrichelt
eingezeichnet. Es bedeuten:
a1- Erste Windung (Kontakt mit kaltem Wickelboden)
Bei einer Abkühldauer (von 850 auf 630°C) von 90
Sekunden betrug die erreichte Festigkeit 825 N/mm2.
a2- Außenwindung bei halber Bundhöhe
Bei einer Abkühldauer (von 850 auf 630°C) von 200 Sekunden betrug die erreichte Festigkeit 765 N/mm2.
Bei einer Abkühldauer (von 850 auf 630°C) von 200 Sekunden betrug die erreichte Festigkeit 765 N/mm2.
a3- Innenwindung bei halber Bundhöhe
Bei einer Abkühldauer (von 850 auf 630°C) von 20 Minuten betrug die erreichte Festigkeit 695 N/mm2.
Bei einer Abkühldauer (von 850 auf 630°C) von 20 Minuten betrug die erreichte Festigkeit 695 N/mm2.
Es kann der Schluß gezogen werden, daß über die gesamte
Walzgut Länge mit Festigkeitsschwankungen in dieser
Größenordnung zu rechnen ist.
- b) Wickeln mit dem Garrett-Haspel bei 650°C nach erfolgter Abkühlung nach dem Verfahren der Erfindung (Material Ck 45, wie oben). Dieser Abkühlverlauf ist in Fig. 2 (Linie b) dargestellt.
Fig. 2 zeigt ein isothermisches Zeit-Temperatur-Umwandlungs-
Schaubild nach dem Stand der Technik. Bestimmungsverfahren:
Dilatometrisch und metallographisch an Hohlproben von 4 mm
Außendurchmesser, 3,2 mm Innendurchmesser und 30 mm Länge;
metallograhisch an Plättchen von 1,5 mm Dicke. Alle
untersuchten Windungen wandelten praktisch nach den gleichen
Bedingungen nahezu isotherm um; wie die gestrichelte Linie "b"
in Fig. 2 zeigt. Die erreichte Festigkeit betrug über die
gesamte Walzgutlänge 930 N/mm2. Durch das Verfahren der
Erfindung wird also eine gleichmäßige Festigkeit über die
gesamte Walzgut Länge erreicht, die außerdem in ihrem absoluten
Betrag auch deutlich höher liegt als bei den bisher üblichen
Verfahren.
Da davon ausgegangen werden kann, daß nach dem Wickeln das
Walzgut über die gesamte Walzgutlänge umgewandelt ist, kann
der Bund unmittelbar nach dem Austragen aus dem Haspel durch
forcierte Luft oder Sprühwasserkühlung auf die Bindetemperatur
abgekühlt werden, so daß auf die üblichen
Transporteinrichtungen weitgehend verzichtet werden kann.
- a) Legen in Windungen nach dem Stand der Technik mit einer Legetemperatur von 800 bis 850°C.
Bei diesen Legetemperaturen findet die Umwandlung aus der
Austenitphase in die Ferrit- bzw. Perlitphase nach dem Legen
auf dem Transportband statt. Aufgrund der Anhäufung der
Drahtwindungen im Seitenbereich des Transportbandes treten
hier innerhalb einer Windung unterschiedliche
Abkühlgeschwindigkeiten auf, die zu Schwankungen in der
Festigkeit führen. Damit die üblichen zulässigen
Festigkeitsschwankungen von ca. 10 bis 15 N/mm2 innerhalb
einer Drahtwindung nicht überschritten werden, muß ein
erheblicher technischer Aufwand (gelenkte Luftströme,
Umlenkkanäle, unterschiedliche Bandgeschwindigkeiten usw.)
betrieben werden.
- b) Windungslegen nach Kühlung nach dem Verfahren der Erfindung, Legetemperatur 650°C.
Wird der Draht vor dem Windungsleger auf ca. 650°C gekühlt,
findet die Umwandlung aus der Austenitphase in die Ferrit-
Perlitphase schon vor bzw. unmittelbar nach dem Ablegen auf
dem Transportband statt, so daß auch hier davon ausgegangen
werden kann, daß Schwankungen vor allem innerhalb einer
Windung weitestgehend eliminiert werden und zusätzlich das
Gesamtfestigkeitsniveau angehoben wird.
Durch die Abkühlung auf 650°C, wodurch vor dem Wickeln bzw.
vor dem Windungslegen die Umwandlung in die Ferrit- bzw.
Perlitphase stattfindet, kann die Tatsache genutzt werden,
daß der Stahl in der Austenitphase mit einem kubisch
-flächenzentrierten Kristallgitter einen deutlich höheren
Kf-Wert hat als der gleiche Stahl nach der Umwandlung in der
Ferrit- bzw. Perlitphase mit einem kubisch-raumzentrierten
Kristallgitter. Bei der Temperaturabsenkung von 850°C auf 650°C
ist deshalb ist deshalb nicht mit wesentlich höheren
Wickelkräften zu rechnen, wie aus den Fig. 5 und 6
(Kf-Temperatur-Schaubilder) abgelesen werden kann.
In den Fig. 3 und 4 ist schematisch das erfindungsgemäße
Kühlen für die genannten Anwendungsbeispiele dargestellt.
Fig. 3 zeigt einen Teil einer Walzanlage mit einem
Garrett-Haspel. Aus dem letzten Walzgerüst (2) austretend
gelangt das Walzgut (1) in eine Kühlstrecke (3), in der das
Walzgut (1) entsprechend der Erfindung bis in den gewünschten
Umwandlungsbereich gekühlt wird. Beim abschließenden Wickeln
in dem Garrett-Haspel (4) ist dann gemäß der Erfindung das
Walzgut (1) bereits vollständig umgewandelt, oder die
vollständige Umwandlung findet während des Wickelns oder aber
unmittelbar nach dem Wickeln in dem Garrett-Haspel (4) statt,
so daß während des Wickelns keine ungleichmäßige
Gefügeausbildung einzelner Windungen zu befürchten ist und
nach Abschluß des Wickelvorgangs der erzeugte Bund komplett
umgewandelt ist und außerhalb des Garrett-Haspels forciert
gekühlt werden kann.
In Fig. 4 ist ein Teil einer Walzanlage mit einem
Windungsleger (6) dargestellt. Gemäß der Erfindung wird das
Walzgut (1) in der Kühlstrecke (3) vor dem Windungsleger (6)
bis in den gewünschten Umwandlungsbereich gekühlt. Die
Umwandlung ist dann beim Windungslegen entweder vollständig
abgeschlossen, oder sie findet nach dem Windungslegen auf der
Transportvorrichtung (7), auf die die Windungen abgelegt
werden, oder aber erst in der Sammelvorrichtung (8) statt. Da
durch die erfindungsgemäße Kühlung alle Windungen nahezu
isothermisch umwandeln, kann auch hier der erzeugte Bund (9)
nach seinem Austrag aus der Sammelvorrichtung (8) unverzüglich
forciert auf Bindetemperatur gekühlt werden.
Das Verfahren der Erfindung ist nicht auf die angeführten
Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern generell auf alle
Vorrichtungen zum Wickeln oder Windungsstegen anwendbar, wobei
hinsichtlich der Art der Kühlung vor dem Wickeln bzw.
Windungslegen auch andere als die genannten Kühlvorrichtungen
zur Anwendung gelangen können.
Claims (6)
1. Verfahren zum Wickeln oder Windungslegen von Stabstahl oder
Draht in Windungen, wobei das Walzgut aus der Walzhitze in
einem Korb gehaspelt oder mit Hilfe eines Windungslegers in
Form von Windungen auf ein Fördermittel abgelegt und am Ende
dieses Fördermittels über einen Dorn zu einem Bund gesammelt
wird, dabei abkühlt und nach dem Wickelprozeß oder der
Bundbildung weiter gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kühlung des Walzgutes aus der Walzhitze vor dem Wickeln
oder dem Windungslegen bis in den Umwandlungsbereich geführt
wird, die durch die Ar3- bzw. Ar1-Linie des der abzukühlenden
Stahlsorte entsprechenden ZTU-Schaubildes (Zeit-Temperatur-
Umwandlung-Schaubild) gekennzeichnet ist, wodurch
sichergestellt ist, daß das Walzgut sich unmittelbar nach
dieser Kühlung je nach Stahlsorte vor, während oder nach dem
Wickelprozeß bzw. der Bundbildung gleichmäßig über seine
gesamte Länge und seinem gesamten Querschnitt nahezu
isothermisch aus der Austenitphase in die Ferrit- bzw.
Perlit-Phase und bei Bedarf in die Bainitphase umwandelt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
den Stahlsorten, die sich erst nach dem Wickeln oder
Windungslegen umwandeln, mit Hilfe von Abdeckplatten bzw.
Warmhaltehauben eine weitere Auskühlung unterbunden wird, so
daß die Umwandlung nahezu isotherm verläuft.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlung des Walzgutes so durchgeführt wird, daß die
Oberfläche des Walzgutes nicht unterkühlt und in den Bereich
der Martensitbildung (MS-Linie) gelangt.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kühlung des Walzgutes so durchgeführt wird, daß die
Umwandlung in die Ferrit- bzw. Perlit-Phase vor dem
nachfolgenden Wickelvorgang vollständig abgeschlossen ist, da
hierdurch der geringere Umformwiderstand der Ferrit- bzw.
Perlit-Phase, bedingt durch das kubisch-raumzentrierte
Kristallgitter dieser Phasen, beim Wickelvorgang genutzt
werden kann.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des Walzgutes bis in
den angestrebten Umwandlungsbereich in einer regelbaren
Kühlstrecke, vorzugsweise in einer Wasserkühlstrecke
durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß nach der erfolgten vollständigen
Umwandlung und nach erfolgtem Wickelprozeß bzw. Bundbildung
der Stabstahl bzw. der Draht einer forcierten Kühlung bis auf
Bindetemperatur unterworfen wird.
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