DE19700486C2 - Verfahren zum Herstellen von metallenem Stabmaterial - Google Patents
Verfahren zum Herstellen von metallenem StabmaterialInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von metallenem Stabmaterial,
nach dem zuerst ein Vorprodukt mit im wesentlichen regelmäßig rundem oder eckigem Quer
schnitt durch Stranggießen gefertigt und einer Schmiedebearbeitung unterworfen und dieses
Vorprodukt dann durch Umformen im Querschnitt auf die dem Stabmaterial entsprechende
Enddimension verformt wird.
Zur Herstellung von Stabstahl ist es bereits bekannt, ein Vorprodukt im Stranggießverfahren
vorzufertigen und in einem anschließenden Walzprozeß zum Fertigprodukt mit gewünschter
Enddimension umzuformen, wobei es allerdings erforderlich ist, eine Querschnittsreduktion
von ca. 8 : 1 zu erreichen, um das grobkörnige Gußgefüge des Vorproduktes in ein die
geforderten mechanischen Eigenschaften des Stabstahls mit sich bringendes feinkörniges
Gefüge umzuwandeln. Da beim Walzen pro Walzgerüst, also pro Verformungsschritt nur eine
Querschnittsreduktion von ca. 1,2 : 1 möglich ist, kommt es zu einer Vielzahl von Walz
stichen bzw. Walzgerüsten, bis die gewünschte Querschnittsreduktion von ca. 8 : 1 gegeben
ist. Dieser große Walzaufwand ist für hochwertiges Material mit seinem geringen Mengenbe
darf ungerechtfertigt, und außerdem bedingt die große Reduktion große Gießquerschnitte, die
wiederum den Aufwand für die Stranggießanlage erhöhen.
Gemäß der US 4 930 207 A wurde auch schon vorgeschlagen, das Vorprodukt einem
Schmiedevorgang zu unterwerfen, um ein erstarrungsbedingtes Entstehen von Seigerungen
und Lunkern im Inneren des Strangmaterials zu vermeiden, wozu das Schmieden während
des Überganges des Kernbereiches von der flüssigen Phase in die feste Phase erfolgt und
mit einer an die Gießgeschwindigkeit angepaßten Schmiedefrequenz und mit auf die Breite
des flüssigen Kernbereiches abgestimmten Werkzeugen durchgeführt wird. Dieses speziell
zum Unterbinden von Seigerungen und Lunkern angewendete Schmieden bringt jedoch keine
Änderung des eigentlichen Materialgefüges, also der kristallinen Struktur des Strangmaterials
mit sich, so daß hier auch nach dem Schmieden das Vorprodukt Gußgefüge besitzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten
Art anzugeben, das eine wirtschaftliche Anwendung des Stranggießens auch bei der Her
stellung geringerer Mengen hochwertigen Stabmaterials erlaubt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das stranggegossene Vorprodukt erst nach
dem Durcherstarren zur Gefügeverbesserung abgeschmiedet wird, wobei in wenigstens einer
Bearbeitungsebene eine breitungsbehinderte Querschnittsreduktion im Bereich von (1, 5 bis
5) : 1 erfolgt. Wie umfangreiche Versuche bewiesen haben, kann durch eine Schmiedebe
arbeitung, die den gesamten Umfang des Vorproduktes in der Bearbeitungsebene erfaßt und
damit eine Breitung wesentlich behindert oder gar verhindert, bereits mit einer Querschnitts
reduktion von 1, 5 : 1 und mehr eine durchgreifende Gefügeverbesserung erreicht werden,
die zu einer über den gesamten Querschnitt sich erstreckenden feinkörnigen Struktur führt
und die gewünschte Materialqualität mit sich bringt. Dabei muß beim Schmieden nicht all
seitig eine Schlagwirkung aufgebracht werden, es könnte durchaus nur eine an gegenüber
liegenden Stellen einwirkende Bearbeitung erfolgen, wenn die übrigen Umfangsbereiche ge
gen ein Ausweichen des Materials mittels entsprechender Materialführungen od. dgl. abge
stützt und damit Breitungen behindert sind. Vorzugsweise kommen drei oder mehr Werkzeu
ge gleichzeitig in einer Ebene zum Einsatz, doch wäre es auch möglich, mit zwei das Vor
produkt umfangseitig entsprechend übergreifenden Werkzeugen zu schmieden, wobei das
Schmieden außerdem mit jeder geeigneten Schmiedemaschine oder Schmiedepresse durch
geführt werden kann. Durch die erzielte Gefügeverbesserung wird nicht nur die gewünschte
Produktqualität sichergestellt, sondern das Vorprodukt läßt sich anschließend auch schwierig
keitslos auf die Enddimension des Fertigproduktes umformen, ohne dabei auf die Ver
formungsart oder den Verformungsgrad besonders Rücksicht nehmen zu müssen. Auch
erlaubt die zur Gefügeverbesserung schon ausreichende schwache Querschnittsreduktion
von 1,5 : 1 das Stranggießen mit den Enddimensionen des Fertigproduktes stark angenäher
ten Querschnitten, was bei geringen Stabmaterialmengen bereits ein sehr wirtschaftliches
Herstellen gewährleistet. Die Gefügeverbesserung des Vorproduktes tritt selbstverständlich
nicht nur bei Stahl auf, sondern auch bei allen anderen schmiedefähigen Metallen, so daß
insbesondere auch Stabmaterialien aus Kupfer oder Kupferlegierungen, Aluminium oder Alu
miniumlegierungen u. dgl. rationell gefertigt werden können.
Wird das Vorprodukt vor und/oder nach der Schmiedebearbeitung einer Wärmebehandlung
ausgesetzt, kann das Vorprodukt je nach Materialeigenschaften durch ein Halten oder Nach
wärmen oder auch durch ein Wiedererwärmen des Stranggußmaterials auf die richtige
Schmiedetemperatur gebracht und für die besten Schmiedebedingungen gesorgt werden. Die
Wärmebehandlung selbst kann in den verschiedensten Wärmeeinrichtungen und Öfen, im
Durchlaufverfahren wie im Pufferverfahren oder auch unmittelbar im Einzugsbereich der
Schmiedemaschine u. dgl. vorgenommen werden und richtet sich nach den jeweiligen Mate
rialeigenschaften und Verfahrensabläufen. Anschließend an die Schmiedebearbeitung ist
auch gegebenenfalls ein Kühlen des Materials erforderlich, um ein Rekristallisieren des Ge
füges zu vermeiden, insbesondere wenn Kupfer oder andere Nichteisenmetalle verarbeitet
werden.
Bei geeigneten Gießgeschwindigkeiten kann das Vorprodukt durchaus vom Stranggießen in
einem Durchlauf der Schmiedebearbeitung zugeführt werden, wobei die Schmiedebearbei
tung mittels einer Schmiedemaschine erfolgt, die für den Strangvorschub eine entsprechende
Werkstückdurchführung bildende Spannköpfe oder Treibrollen od. dgl. aufweist.
Das Vorprodukt kann aber auch vom gegossenen und erstarrten Strang abgelängt und stück
weise abgeschmiedet und weiterverformt werden, was größere Freiheiten hinsichtlich der
Schmiedebearbeitung mit sich bringt und auch die Möglichkeit eröffnet, die abgelängten Vor
produkte zwischenzulagern.
Um rationell Rohrmaterial herstellen zu können, wird nach einer vorteilhaften Ausgestaltung
der Erfindung ein rohrförmiges Vorprodukt gefertigt und dann über Dorn abgeschmiedet, so
daß die gleichen Vorteile des Schmiedevorganges auch bei der Rohrherstellung voll genutzt
werden können. Das Stranggießen eines rohrförmigen Vorproduktes wird üblicherweise mit
tels Dorn in der verwendeten Gießkokille durchgeführt, und zweckmäßig ist es dann zum
Abschmieden im Durchlauf mit dem Stranggießen, wenn der Schmiededorn über eine Dorn
stange an den Gießdorn angeschlossen ist, um den kontinuierlichen Stranggieß- und Schmie
deablauf sicherstellen zu können.
Bei abgelängten Vorprodukten läßt sich selbstverständlich auf bekannte Art und Weise das
rohrförmige Vorprodukt über Dorn abschmieden, wobei es auch möglich ist, den Dorn mit
einer entsprechend langen Dornstange zu versehen und bei Einsatz eines hohlen Manipula
tors das Vorprodukt axial auf die Dornstange und den Dorn aufzuschieben.
Bei schwerverformbaren Metallen ist es günstig, das Vorprodukt unter Axial- und Drehvor
schub abzuschmieden, wobei ein solches drehendes Schmieden bei abgelängten Vorpro
dukten ohne Probleme durchführbar ist. Beim Durchlaufschmieden muß allerdings je nach
dem, ob das Werkzeug oder das Werkstück rotiert, der werkzeugtragende Innenteil des
Schmiedekastens od. dgl. rotieren oder bereits der Strang in einer Gießvorrichtung mit rotie
render Kokille zum Drehen gebracht werden.
Wird das Schmieden in einem Durchlauf mit dem Stranggießen durchgeführt, kann sofort
auch im Durchlauf weiter auf Enddimension verformt werden, so daß in einem kontinuierli
chen Arbeitsgang das Material gegossen, geschmiedet und umgeformt wird, was eine beson
ders rationelle Herstellungsmöglichkeit für bestimmte Materialien und Produkte ergibt. Übli
cherweise wird aber der Arbeitsgang entweder zwischen Stranggießen und Schmieden oder
zwischen Schmieden und Umformen unterbrochen, um eine entsprechende Wärmebehand
lung vorzusehen oder bestimmte Bearbeitungsgeschwindigkeiten und Bearbeitungsverfahren
einhalten und anwenden zu können.
Da das Vorprodukt nach dem Schmiedebearbeiten ein hervorragendes Gefüge besitzt, läßt
sich zum Umformen praktisch jede Technologie einsetzen, beispielsweise kann das Umfor
men durch Walzen oder durch Ziehen oder auch durch einen fortgesetzten Schmiedevorgang
erfolgen. Je nach Werkstoff und Endtoleranzen wird zum Umformen das eine oder andere
Verfahren oder auch eine Kombination verschiedener Umformverfahren gewählt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in der Zeichnung beispielsweise an Hand eines
Anlagenschemas näher veranschaulicht.
Zum rationellen Herstellen metallenen Stabmaterials M wird zuerst in einer Stranggieß
anlage 1 ein Vorprodukt V mit regelmäßig rundem oder eckigem Querschnitt vorgefertigt,
welche Stranggießanlage 1 üblicherweise aus einer Gießvorrichtung 11, einer Kokille 12 und
bei vertikalem Gießen einer Umlenkeinrichtung 13 besteht, der ausgangsseitig eine Trenn
einrichtung 14 zum Ablängen des entstehenden, ein Vorprodukt bildenden Stranges zugeord
net ist. Das Vorprodukt V kommt anschließend in einen Ofen 2, in dem es zur Homogeni
sierung zwischengelagert bzw. zum Aufwärmen auf Schmiedetemperatur od. dgl. wärmebe
handelt wird, und gelangt dann zu einer Schmiedeeinrichtung 3. Diese ist mit Schmiedemani
pulatoren oder Treibrollen 31, 32 zum Werkstückvorschub ausgestattet und besitzt einen
vorzugsweise vier Schmiedewerkzeuge 33 aufnehmenden Schmiedekasten 34, in dem das
Vorprodukt V in einer Schmiedeebene breitungsfrei abgeschmiedet wird. Durch dieses
Schmiedebearbeiten ergibt sich eine Querschnittsreduktion im Bereich von 1, 5 bis 5 : 1, die
das grobkörnige Gußgefüge des aus dem Stranggießen entstehenden Vorproduktes in ein
feinkörniges Gefüge des Schmiedeproduktes S verbessert. Das Schmiedevorprodukt S wird
gegebenenfalls in einer Kühleinrichtung 35 abgekühlt und gelangt dann gegebenenfalls über
eine weitere Heizeinrichtung 4 zur Zwischenlagerung und Wärmebehandlung in eine Umform
anlage, die beispielsweise aus einer Walzstraße 5 mit mehreren hintereinandergereihten
Walzgerüsten 51 besteht, in der das Schmiedeprodukt S zu einem Fertigprodukt F mit ge
wünschter Enddimension verformt wird. Durch Abzugsrollen 52 und eine Ablängstation 53
kommt das Fertigprodukt als abgelängtes Stabmaterial M auf eine Ablagestelle 6 und kann
von hier gegebenenfalls zur Weiterverarbeitung weitertransportiert werden.
Claims (11)
1. Verfahren zum Herstellen von metallenem Stabmaterial, nach dem zuerst ein Vorpro
dukt mit im wesentlichen regelmäßig rundem oder eckigem Querschnitt durch Stranggießen
gefertigt und einer Schmiedebearbeitung unterworfen und dieses Vorprodukt dann durch Um
formen im Querschnitt auf die dem Stabmaterial entsprechende Enddimension verformt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das stranggegossene Vorprodukt erst nach dem Durcherstar
ren zur Gefügeverbesserung abgeschmiedet wird, wobei in wenigstens einer Bearbeitungs
ebene eine breitungsbehinderte Querschnittsreduktion im Bereich von (1, 5 bis 5) : 1 erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorprodukt vor
und/oder nach der Schmiedebearbeitung einer Wärmebehandlung ausgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorprodukt
vom Stranggießen in einem Durchlauf der Schmiedebearbeitung zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorprodukt
vom gegossenen und erstarrten Strang abgelängt und stückweise abgeschmiedet und weiter
verformt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohr
förmiges Vorprodukt gefertigt und dann über Dorn abgeschmiedet wird.
6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 5, mit einer einen
Gießdorn aufweisenden Stranggußanlage und einer einen Schmiededorn aufweisenden
Schmiedemaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmiededorn über eine Dornstange
an den Gießdorn angeschlossen ist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das
Vorprodukt unter Axial- und Drehvorschub abgeschmiedet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß
das Vorprodukt in einem Durchlauf abgeschmiedet und auf Enddimension verformt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7 und 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Umformen durch Walzen erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7 und 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Umformen durch Ziehen erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7 und 8, dadurch gekennzeichnet,
daß das Umformen durch Schmieden erfolgt.
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1997
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