DE19937764A1

DE19937764A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Blechen

Info

Publication number: DE19937764A1
Application number: DE19937764A
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Kuehn; Sahibzada Saeedur Ra Laiquddin; Ernst Mertl; Uwe Goehler
Original assignee: Salzgitter AG; LOI Thermprocess GmbH
Current assignee: Salzgitter AG; LOI Thermprocess GmbH
Priority date: 1999-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2001-02-15
Also published as: EP1076103B1; EP1076103A2; DE50011947D1; EP1076103A3; ATE314491T1

Abstract

Die Bleche werden in einem Ofen erwärmt, sodann in eine Standquette transportiert und dort durch Besprühen ihrer Ober- und Unterseite mit Wasser abgeschreckt. Dabei werden die Ober- und Unterseite der Bleche je in eine Mehrzahl von Zonen unterteilt, die mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer und/oder zeitlich versetzt zueinander abgeschreckt werden. Dadurch läßt sich der Abschreckvorgang vergleichmäßigen, so daß ebene Bleche entstehen, die anschließend nicht mehr gerichtet werden müssen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln von Blechen, wobei die Bleche chargenweise

- in einem Ofen erwärmt,
- aus dem Ofen in eine Standquette transportiert und
- in der Standquette durch Besprühen ihrer Ober- und Unterseite mit Wasser abgeschreckt werden.

Dieses Verfahren findet beim Vergüten von Grobblechen Anwendung. Die Bleche werden durch das Abschrecken gehärtet und im weiteren Verlauf des Vergütens angelassen. Sie finden beispielsweise im Schiffs-, Konstruktions-, Rohrleitungs- und im Behälterbau Verwendung oder aber auch zur Herstellung von Teilen mit besonders hohem Verschleiß, z. B. Baggerschau feln.

Die Dicke der Bleche kann 60 mm und mehr betragen. Auch kann die Dicke der Bleche sehr viel geringer sein, nämlich weniger als 10 mm und auch weniger als 5 mm.

Es wurde gefunden, daß insbesondere dünne und sehr dünne Bleche dazu neigen, sich beim Abschrecken zu verziehen.

Daher ist es bisher unerläßlich, vor allen Dingen dünne Ble che von weniger als 10 mm im Anschluß an das Härten zu rich ten. Dieser Vorgang ist Zeit- und arbeitsintensiv, ganz abgesehen davon, daß der Kostenaufwand für eine Kaltrichtma schine mehr als 10 Mio. DM beträgt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Wär mebehandlung insbesondere von dünnen und sehr dünnen Blechen bis unter 5 mm derart zu gestalten, daß nach dem Härten Ble che von exzellenter Ebenheit vorliegen, die ein anschließen des Kaltrichten überflüssig machen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs genannte Ver fahren erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseite der Bleche je in eine Mehrzahl von Zonen unterteilt werden und daß die Zonen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer und/oder zeitlich versetzt zueinander abgeschreckt werden. Durch unterschiedliches zeitliches Ansteuern der Zonen und durch Dosieren der Wassermengen kann der Wärmeentzug aus dem Blech über die Fläche vergleichmäßigt werden.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Verzug der Bleche beim Härten bisher darauf zurückzuführen war, daß die unterschiedlichen Gefügeänderungen nicht aus reichend berücksichtigt wurden. Vor dem Härten werden die Bleche auf ca. 940°C erwärmt, um ein austenitisches Gefüge zu erzielen. Beim Abschrecken entsteht Martensit, woraus eine Gefügevergrößerung resultiert. Erfolgt das Abschrecken ungleichmäßig, so kann diese Gefügevergrößerung nicht kom pensiert werden.

Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Bleche bei gerin ger Dicke von unter 10 mm ganz erhebliche Abmaße besitzen, beispielsweise 14 m × 3,5 m. Werden derartige Bleche in der Mitte schneller als am Rand abgekühlt, so wellt sich das Material in der Mitte; bei einer schnelleren Randkühlung ergeben sich Randwellen.

Beim Abschrecken der horizontal ausgerichteten Bleche liegen auf deren Oberseite andere Verhältnisse vor als auf der Unterseite. Das gegen die Unterseite gesprühte Wasser fällt sofort wieder nach unten ab. Auf der Oberseite hinge gen läuft das Wasser zu den Rändern hin ab, und zwar zum Rand hin mit zunehmender Ablaufgeschwindigkeit. Die jeweili gen Verhältnisse werden also stark von den Abmaßen der Ble che bestimmt. Hinzu kommt, daß auch die Blechdicke den Här tevorgang beeinflußt.

Die Erfindung bietet die Möglichkeit, die jeweiligen Verhältnisse optimal zu berücksichtigen, wobei die entschei denden Parameter aus der Werkstoffanalyse, der Dickenabhän gigkeit und der Breitenabhängigkeit resultieren. Ferner sind die Verhältnisse auf der Oberseite und auf der Unterseite der Bleche gesondert zu berücksichtigen. Es ergeben sich also oben und unten unterschiedliche Voraussetzungen für die Mitte, die Seiten, die Ecken und die vorderen und hinteren stirnseitigen Bereiche. Die Flexibilität des erfindungsgemä ßen Verfahrens trägt diesen Verhältnissen Rechnung. Das Ver fahren eignet sich insbesondere für die Behandlung dünner Bleche, ist allerdings mit Vorteil auch auf dicke Bleche an wendbar.

Vorzugsweise wird die Abschreckgeschwindigkeit jeweils durch die Wassermenge pro Fläche und Zeiteinheit und/oder durch die Wassertemperatur eingestellt.

Die Abschreckintensität kann jeweils durch den Sprühab stand oberhalb und unterhalb des Bleches eingestellt werden. Bei vorgegebenem Düsenwinkel kann man auf diese Weise unter schiedliche Sprühmuster erzeugen. Die Sprühabstände können sich während des Abschreckens ändern, um den jeweiligen Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen. Auch eine von Zone zu Zone abweichende Beeinflussung ist möglich, wenn allerdings auch mit erheblichem Aufwand.

Auch die geometrische Ausbildung und Anordnung der Zonen kann den genannten Abschreck-Parametern Rechnung tragen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sich die Zonen in Transportrichtung der Bleche erstrecken, wobei zu berücksichtigen ist, daß die Bleche in Längsrichtung ausge richtet transportiert werden. Drei in Transportrichtung aus gerichtete Zonen haben sich als besonders günstig erwiesen.

Die Zonen können sich auch quer zur Transportrichtung erstrecken, und zwar insbesondere dergestalt, daß ein längs- und quergerichtetes Muster entsteht. Auch in Querrichtung arbeitet man vorteilhafterweise mit drei Zonen.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge schlagen, daß mehrere Zonen der Ober- und/oder der Unter seite der Bleche zu einer oder mehreren Zonengruppen zusam mengefaßt werden, wobei die Zonen jeder Zonengruppe nach gemeinsamen Parametern abgeschreckt werden. Es hat sich gezeigt, daß an bestimmten voneinander entfernten Stellen der Bleche übereinstimmende Verhältnisse vorliegen, was durch die Bildung entsprechender Zonengruppen berücksichtigt wird. Dies führt zu einer beträchtlichen Vereinfachung der Verfahrenssteuerung.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Ober- und/oder Unterseite der Bleche je in neun Zonen zu unterteilen, die je zu vier Zonengruppen zusammengefaßt wer den, nämlich

- zwei Zonen vorne/außen und zwei Zonen hinten/außen,
- zwei Zonen Mitte/außen,
- eine Zone vorne/Mitte und eine Zone hinten/Mitte,
- eine Zone Mitte.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann einem weiteren Effekt Rechnung tragen, der sich aus dem Transport der Bleche ergibt. Wie erwähnt, verlassen die Bleche den Ofen mit ca. 940°C. Ein wirksamer Abschreckvorgang sollte so rasch wie möglich einsetzen. Dem sind aber durch das Transportsystem Grenzen gesetzt.

Bei einer Blechlänge von ca. 14 m verläßt das rückwärti ge Ende den Ofen deutlich später als das vordere Ende, und zwar auch dann, wenn mit hohen Transportgeschwindigkeiten von ca. 90 m/min gefahren wird. Hinzu kommt, daß das vordere Blechende bis zum Stillstand auf dem Rollengang der Stand quette eine wesentlich höhere Anzahl von Rollen überlaufen hat als das hintere Blechende. Im Ergebnis ist das vordere Blechende deutlich kühler als das hintere Blechende. Die Temperaturdifferenz kann durchaus 60K betragen.

Dies läßt sich durch entsprechende Steuerung des Abschreckvorganges berücksichtigen.

In wesentlicher Weiterbildung dieses erfindungsgemäßen Aspektes wird vorgeschlagen, die Zonen im Ofen unterschied lich zu erwärmen. Dies leistet einen deutlichen Beitrag zur Vergleichmäßigung des Abschreckvorganges. Da das Verfahren chargenweise arbeitet, kann der Ofen ohne weiteres in Zonen unterschiedlicher Temperatur unterteilt werden, woraus eine entsprechend sorgfältige Vorbereitung auf den anschließenden Abschreckvorgang resultiert.

Von wesentlicher Bedeutung ist, daß der Erwärmungsvor gang und der anschließende Abschreckvorgang mit großer Variabilität aufeinander abgestimmt werden und letztlich als einheitlicher, integrierter Verfahrensschritt betrachtet werden können.

Jede Charge kann aus einer einzelnen Blechbahn bestehen oder aber auch aus Neben- und/oder hintereinander angeordne ten Einzelblechen. Die Behandlungsparameter tragen der jeweiligen Blechgeometrie und -belegung Rechnung. Die Para meter werden in einem Rechner gespeichert und können nach Bedarf abgerufen werden.

Die Erfindung richtet sich ferner auf eine Standquette zum chargenweisen Abschrecken von erwärmten Blechen, mit einem Rollengang und einer Mehrzahl von Düsen, die oberhalb und unterhalb des Rollenganges angeordnet und unter Zwi schenschaltung von Steuermitteln an eine Wasserversorgung angeschlossen sind. Diese Standquette ist zur Lösung der gestellten Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen zu Düsenzonen zusammengefaßt sind und daß die Düsen jeder Zone in Parallelschaltung an die Steuermittel angeschlossen sind.

Die erfindungsgemäße Standquette ermöglicht eine varia ble Durchführung des Abschreckvorganges und damit eine Prak tizierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Standquette ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen.

Vorzugsweise werden die Düsen von Düsenrohren gebildet, die sich quer zur Transportrichtung des Rollenganges erstrecken und in gegeneinander abgedichtete, gesondert an die Steuermittel angeschlossene Rohrabschnitte unterteilt sind. Dabei ist es vorteilhaft, drei Rohrabschnitte vorzuse hen und den mittleren Rohrabschnitt über eine durch einen der seitlichen Rohrabschnitte führende Leitung an die Steu ermittel anzuschließen.

Vorstehend wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Zeitspanne zwischen dem Verlassen des Ofens und dem Beginn des eigentlichen Abschreckens, also dem Beginn des Wasser sprühens, so kurz wie möglich sein sollte. Sind die Bleche in die Standquette eingefahren, so wird der Rollengang der Standquette abgesenkt, sodaß die Bleche auf von unten nach oben gerichteten Pratzen aufruhen. Gleichzeitig wird ein oberer Quettenrahmen, der ebenfalls mit Pratzen besetzt ist, abgesenkt, bis die Bleche zwischen den oberen und unteren Pratzen eingespannt sind. Der obere Quettenrahmen trägt außerdem die oberen Düsen.

Die oberen Düsen können bereits während des Absenkens des oberen Quettenrahmens eingeschaltet werden. Man erzielt auf diese Weise das gewünschte Sprühmuster. Das Sprühen setzt allerdings erst ein, wenn die Düsen einen vorgegebenen Abstand oberhalb der Bleche erreicht haben. Gerade bei dün nen Blechen, deren Abschreckung nur wenige Sekunden dauert, ist die erste Phase des Abschreckvorganges von besonderer Bedeutung.

Um diese Phase möglichst rasch einleiten zu können, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Hubhöhe des oberen Quettenrahmens in Abhängigkeit von der Dicke der abzuschreckenden Bleche zu steuern. Werden also sehr dünne Bleche verarbeitet, so ist es nicht mehr notwendig, den obe ren Quettenrahmen so hoch anzuheben, wie es beispielsweise bei Blechen mit einer Dicke von 60 mm erforderlich wäre. Vielmehr genügt eine Hubhöhe, die das Einfahren der dünnen Bleche ermöglicht. Der Absenkvorgang des Quettenrahmens reduziert sich also auf ein zeitliches Minimum, so daß früh zeitig mit dem Abschreckvorgang begonnen werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, der Standquette eine Einrichtung zum definierten Ausrichten der Bleche vorzuschalten, um eine Störung der Zonen- und Grup peneinteilungen beim Aufsprühen des Wassers zu vermeiden. In der Regel wird man diese Einrichtung bereits dem Ofen vor schalten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 die Ober- und die Unterseite eines Blechs;

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch ein Düsenrohr.

Gemäß Fig. 1 ist das Blech auf seiner Ober- und Unter seite je in neun Zonen unterteilt, die ihrerseits zu vier Gruppen zusammengefaßt sind, nämlich zu der Gruppe 8 mit zwei Zonen vorne/außen und zwei Zonen hinten/außen, der Gruppe 4 mit zwei Zonen Mitte/außen, der Gruppe 1 mit einer Zone vorne/Mitte und einer Zone hinten/Mitte, sowie der Gruppe 3 mit einer Zone Mitte. Sämtliche Zonen jeder Gruppe werden auf der Basis gemeinsamer Parameter abgeschreckt. Die Aufteilung der Unterseite entspricht der der Oberseite, wobei diese Gruppen anders gesteuert werden können als die der Oberseite.

Fig. 2 zeigt ein Düsenrohr 10, welches in drei gegen einander abgedichtete Rohrabschnitte 11, 12 und 13 unter teilt ist. Die Rohrabschnitte sind über gesonderte Leitungen an nicht dargestellte Steuermittel angeschlossen, und zwar der Rohrabschnitt 11 über eine Leitung 14, der Rohrabschnitt 12 über eine Leitung 15 und der Rohrabschnitt 13 über eine Leitung 16. Dabei führt die Leitung 15 durch den Rohrab schnitt 13 hindurch. Die einzelnen Rohrabschnitte können also getrennt voneinander gesteuert werden.

Häufig wird es angebracht sein, den zentralen Rohrab schnitt beidseitig zu beschicken, wobei eine weitere Leitung 15 durch den Rohrabschnitt 11 hindurchführt.

Claims

1. Verfahren zum Wärmebehandeln von Blechen, wobei die Bleche chargenweise

- in einem Ofen erwärmt,
- aus dem Ofen in eine Standquette transportiert und
- in der Standquette durch Besprühen ihrer Ober- und Unterseite mit Wasser abgeschreckt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseite der Bleche je in eine Mehr zahl von Zonen unterteilt werden und daß die Zonen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und/oder Intensität und/oder Dauer und/oder zeitlich versetzt zueinander abge schreckt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckgeschwindigkeit jeweils durch die Wasser menge pro Fläche und Zeiteinheit eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Abschreckgeschwindigkeit jeweils durch die Wassertemperatur eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckintensität jeweils durch den Sprühabstand eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zonen in Transportrichtung der Bleche erstrecken.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseite der Bleche je in drei sich in Transportrichtung erstreckende Zonen unterteilt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zonen quer zur Transportrich tung erstrecken.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und Unterseite der Bleche je in drei sich quer zur Transportrichtung erstreckende Zonen unterteilt werden.

9. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zonen der Ober- und/oder der Unterseite der Bleche zu einer oder mehreren Zonengruppen zusammengefaßt werden, wobei die Zonen jeder Zonengruppe nach gemeinsamen Parametern abgeschreckt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder Unterseite der Bleche je in neun Zonen unterteilt werden, die je zu vier Zonengruppen zusam mengefaßt werden, nämlich

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen im Ofen unterschiedlich erwärmt werden.

12. Standquette zum chargenweisen Abschrecken von erwärmten Blechen, mit einem Rollengang und einer Mehrzahl von Düsen, die oberhalb und unterhalb des Rollengangs ange ordnet und unter Zwischenschaltung von Steuermitteln an eine Wasserversorgung angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen zu Düsenzonen zusammengefaßt sind und daß die Düsen jeder Düsenzone in Parallelschaltung an die Steu ermittel angeschlossen sind.

13. Standquette nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, daß sich die Düsenzonen in Transportrichtung des Rol lenganges erstrecken.

14. Standquette nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, daß die oberhalb und unterhalb des Rollenganges ange ordneten Düsen je zu drei sich in Transportrichtung des Rol lenganges erstreckenden Düsenzonen zusammengefaßt sind.

15. Standquette nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Düsenzonen quer zur Transportrichtung des Rollengangs erstrecken.

16. Standquette nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, daß die oberhalb und unterhalb des Rollenganges ange ordneten Düsen je zu drei sich quer zur Transportrichtung des Rollenganges erstreckenden Düsenzonen zusammengefaßt sind.

17. Standquette nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der oberhalb und/oder unterhalb des Rollenganges angeordneten Düsenzonen zu Düsen zonengruppen zusammengefaßt sind, wobei die Düsenzonen jeder Düsenzonengruppe in Parallelschaltung an die Steuermittel angeschlossen sind.

18. Standquette nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich net, daß die oberhalb und unterhalb des Rollenganges ange ordneten Düsen je zu neun Düsenzonen zusammengefaßt sind, die ihrerseits je vier Düsenzonengruppen bilden, nämlich

- zwei Düsenzonen vorne/außen und zwei Düsenzonen hin ten/außen,
- zwei Düsenzonen Mitte/außen,
- eine Düsenzone vorne/Mitte und eine Düsenzone hin ten/Mitte,
- eine Düsenzone Mitte.

19. Standquette nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen von Düsenrohren (10) gebildet werden, die sich quer zur Transportrichtung des Rollengangs erstrecken und in gegeneinander abgedichtete, gesondert an die Steuermittel angeschlossene Rohrabschnitte (11 bis 13) unterteilt sind.

20. Standquette nach Anspruch 19, dadurch gekennzeich net, daß drei Rohrabschnitte (11 bis 13) vorgesehen sind und daß der mittlere Rohrabschnitt (12) über eine durch einen der seitlichen Rohrabschnitte (13) führende Leitung (15) an die Steuermittel angeschlossen ist.

21. Standquette nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die oberhalb des Rollenganges vorgesehenen Düsen an einem vertikal verfahrbaren Quetten rahmen angeordnet sind, dessen Hubhöhe in Abhängigkeit von der Dicke der abzuschreckenden Bleche gesteuert wird.

22. Standquette nach einem der Ansprüche 12 bis 21, gekennzeichnet durch eine vorgeschaltete Einrichtung zum definierten Ausrichten der Bleche.