DE2055964A1

DE2055964A1 - Verfahren und Vorrichtung zur konti nuierhchen Wärmebehandlung, insbesondere fur reaktive Metalle

Info

Publication number: DE2055964A1
Application number: DE19702055964
Authority: DE
Inventors: Shoichi Kobe Ohtani Shitoshi Suita Nisigaki Minoru Akashi Tokuda, (Japan) P
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1969-11-15
Filing date: 1970-11-13
Publication date: 1971-06-24
Also published as: US3752458A; GB1292403A; DE2055964B2

Description

PATENTANWÄLTE H. LEINWEBER dipl-ing. H. ZIMMERMANN

t MttftdMHi 2, Rot«nUI 7, i. Aufg.

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(MII) Utf If

Postsdwck-Koftto: Mönchen 220«

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KOBE STEEL, LTD., KOBE-SHI / Japan

Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung, insbesondere für reaktive Metalle

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur j kontinuierlichen Wärmebehandlung von reaktiven Metallen, f wie z. B. Titan, Zirkon und Tantal, und auf eine Vorrich tung zur Durchführung des Verfahrens.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein

Verfahren, bei de» reaktive Metalle, wie z. B. Titan, Zirkon und Tantal in Form eines Bandes, eines Bleches, eines Drahtes oder einer Stange, kontinuierlich einer Wärmebehandlung unterworfen werden, hauptsächlich einem Glühen oder einer Lösungsbehandlung, und auch auf eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung, die zur Durchführung dieses Verfahrens am besten geeignet ist.

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Bisher wurde die Wärmebehandlung von reaktiven Metallen, wie z. B. Titan, Zirkon, Tantal und Legierungen derselben, fUllungsweise in einem Ofen durchgeführt, der vorher mittels einer Vakuumpumpe vollständig evakuiert wurde oder dessen innere Atmosphäre vorher durch ein inertes Gas ersetzt wurde, wie z. B. Argon, nachdem der Ofen mittels einer Vakuumpumpe vollständig evakuiert worden war, um eine Oxydation des Metalles im weitest möglichen Ausmaß zu verhindern. Bei diesen Verfahren ist jedoch etwas Oberflächenoxydation des Metalles unvermeidbar, und es war üblich, eine solche Oxydationsschicht, die sich auf der Oberfläche des Metalles bildete, entweder mechanisch oder chemisch nach der Wärmebehandlung zu entfernen. Außerdem traten bei einem derartigen herkömmlichen Ofen viele Schwierigkeiten bei der Abkühlung des Metalles nach der Wärmebehandlung auf, und selbst wenn die Abkühlung des Metalles in Wasser oder anderen Flüssigkeiten erfolgte, wurde das Metall während der Abkühlung einer Oxydation oder einer starken Verwindung im Fall von Metallblech ausgesetzt, was mühsame Vorgänge in der Nachbehandlung erfordert.

Außerdem war es ein wesentliches Problem, daß die Wärmebehandlung derartiger Metalle, wie sie oben erwähnt wurden, nur füllungsweise durchgeführt werden konnte, und daß eine kontinuierliche Wärmebehandlung unmöglich war, obwohl sie in der Technik gewünscht wurde.

Die Erfindung ist darauf gerichtet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von reaktiven Metallen, wie z. B. Titan, Zirkon und Tantal, zu schaffen, ohne eine Oberflächenoxydation der Metalle hervorzurufen.

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Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sind bei den reaktiven Metallen in Form eines Bandes, eines Bleches, eines Drahtes und einer Stange anwendbar. Die Wärmebehandlung, auf die die Erfindung hauptsächlich zielt, ist das ßogenannte Glühen, bei dem ein Metall nach der Erhitzung langsam abgekühlt wird, oder die sogenannte Lösungsbehandlung, bei der ein Metall nach der Erhitzung schnell abgekühlt wird.

Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Metallen in einer inerten GasatmoSphäre geschaffen, das gekennzeichnet ist durch die Wärmebehandlung eines Metalles durch Hindurchleiten desselben durch eine Wärmebehandlungsvorrichtung, in der ein inertes Gas unter höherem Druck als dem atmosphärischen gehalten wird und deren Inneres in einen Wärmebehandlungsabschnitt, in dem das Metall erhitzt und abgekühlt wird, einen Materialeinlaßabschnitt und einen Materialauslaßabechnitt unterteilt ist, wobei die Druckverteilung des inerten Gases in der Vorrichtung derart ist, daß der Druck in dem Wärmebehandlungsabschnitt am höchsten ist und sowohl gegen den Materialeinlaßabschnitt als auch gegen den Materialauslaßabschnitt stufenweise fortschreitend verringert wird.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens geschaffen, die gekennzeichnet ist durch einen Materialeinlaßabschnitt, einen eine Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitt, einen Wärmebehandlungsabschnitt, einen weiteren eine Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitt und einen Materialauslaßabschnitt, die alle hinter-

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einander in der genannten Reihenfolge angeordnet und jeweils mit einer zwischengeschalteten Lippendichtung fest miteinander verbunden sind.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben. Darin zeigen:

Fig. 1a eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt j

Fig. 1b ein Diagramm, das die Druckverteilung in der

Vorrichtung gemäß Fig. 1a zeigtj :

Fig. 2 bis 5 schematische Darstellungen verschiedener Konstruktionen der Kühlkammer der Vorrichtung

und \

Fig. 6 und 7 Einzelheiten der Konstruktion der Lippen- \ dichtungen, die für Bleche bzw. Stangen geeig- | net sind.

In Fig. 1a bezeichnen die Bezugszahlen 1 einen Eingang der Vorrichtung,2 einen Materialeinlaßabschnitt, 3 t

einen eine Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitt, _}

4a eine Erhitzungskaamer, 4b eine Kühlkammer (die Erhit- j

zungekammer 4a und die Kühlkammer 4b zusammen bilden i

einen Wärmebehandlungeabschnitt 4), 5 einen weiteren «in« , Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitt, 6 einen Materialauelaßabschnitt und 7 einen Auegang der Vorrichtung. / Lippendichtungen 8 sind Jeweils as Eingang 1 zwischen dem MaterialeinlaBabBchnitt 2 und des die Druckdifferenz auf-

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rechterhaltenden Abschnitt 3, zwischen dem die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitt 3 und dem Värmebehandlungsabschnitt 4, zwischen dem Wärmebehandlungsabschnitt 4 und dem die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitt 5, zwischen de® die Druckdifferenz' aufrechterhaltenden Abschnitt 5 und dem itaterlalauslaßabschnitt 6 und am Ausgang 7 der Vorrichtung vorgesehen, und die jeweiligen Abschnitte sind Über diese Lippendichtungen 8 fest miteinander verbunden» Der Wärmbehandlungsabechnitt 4, die die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte 3 und 5, der Materialeinlaßabschnitt 2 und der Materialauslaßabschnitt 6 sind jeweils mit einer Einlaßöffnung 9 für inertes Gas versehen.

Da dl· Lippendichtungen 8 an den entgegengesetzten · Enden jedes Abschnitts vorgesehen sind, wird, wenn inertes Gee In die jeweiligen Abschnitte durch die Einlaßöffnungen 9 nach des Evakuieren des Inneren der Vorrichtung auf Irgendeine Weise bis zu einem Druck eingelassen wird, V der höher let als der atmosphärische Druck, und zwar derart, daß die Strömungsmenge des Inerten Gases für den ¥är- mebehandlungeabschnitt 4 am höchsten ist und für die die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte 3 und 5, den Materialeinlaßabschnitt und den Materlalauelaßabschnitt 6 In der erwähnten Reihenfolge abnimmt, eine Druckverteilu»g in der Vorrichtung erzielt, wie sie In Fig· 1t» gezeigt let« ö· h* der Brück de« Inerten dasei lit im War-BWbehandlungsabschnitt am höchsten und nisat In den Absehnitten au den entgegengesetzten Enden der Vorrichtung hin fortschreitend ab· Venn ein zu behandelndes Material fortlaufend durch die Lippendichtungen β hindurchgefUhrt wird, wirkt jede dieser Lippendichtungen sie eine Art Düse» das inerte Gas strömt von der Seite Mit höheren Druck

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zu der Seite mit niedrigerem Druck. Die Druckverteilung, wie sie in Fig. 1b gezeigt ist, kann jedoch aufrechterhalten werden durch Nachfüllen von inertem Gas in die jeweiligen Abschnitte durch die Einlaßöffnungen 9. Da der Druck in den die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitten 3 und 5 nur wenig niedriger ist als derjenige in dem Wärmebehandlungsabschnitt 4, kann in diesem Fall ein abrupter Druckabfall in dem Wärmebehandlungsabschnitt infolge Aueströmens von Gas verhindert werden. Da der Druck in den die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitten 3 und

5 höher ist als derjenige in dem Mater^ialeinlaßabschnitt

) Z und im Materialauslaßabschnitt 6, kann außerdem das Einströmen von Luft in den Wärmebehandlungsabschnitt 4 durch diese die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte 3 und 5 selbst dann verhindert werden, wenn Luft in den Materialeinlaßabschnitt Z oder in den Materialauslaßabschnitt

6 infolge Versagens der Lippendichtung 8 am Eingang 1 oder an Ausgang 7 der Vorrichtung einströmt, wobei ein derartiges Versagen aus irgendwelchen Gründen während der kontinuierlichen Wärmebehandlung von langgestreckten Material auftreten kann·

Wenn die Wärmebehandlung in dem inerten Gas bei . dieser Druckverteilung durchgeführt wird, besteht keine Gefahr, daß Luft in die Vorrichtung von der Außenseite her eindringt, selbst wenn die Wärmebehandlung kontinuierlich durchgeführt wird.

Die Konstruktion der Kühlkammer 4b ist weitgehend veränderbar, und zwar in Abhängigkeit von der Gestalt des zu behandelnden Materials und den Bedingungen, unter denen die Wärmebehandlung erfolgt. Verschiedene Konstruktionen

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der Kühlkammer 4b sind in den Fig. 2 bis 5 gezeigt. Fig. zeigt eine Kühlkammer, die zur Verwendung bei der Wärmebehandlung von Metallblech geeignet ist und die aus einem Paar Kupferplatten 11 besteht, die jeweils einen Kühlmantel zur Zirkulation eines Kühlmittels 10 enthalten und in gegenüberliegender Beziehung zueinander zum Kühlen eines Materials 12 angeordnet sind, das zwischen ihnen hindurchläuft, durch Absorbieren der Strahlungshitze des Materials. Die in Fig. 2 gezeigte Kühlvorrichtung kann zum Kühlen von stangenförmigem Material verwendet werden, wenn die Kupferplatten 11 gegen ein schraubenförmiges Kupferrohr ausgetauscht werden. Fig. 3 zeigt eine weitere Form einer Kühlkammer, bei der eine oder mehrere Kupferklemmrollen 13) die jeweils einen Kühlmantel haben, vorgesehen sind, und ein Blech- oder Stangenmaterial 12 wird schnell gekühlt, indem es zwischen den Klemmrollen hindurchgeführt wird. Fig. 4 zeigt eine weitere Art einer Kühlkammer, in der Material durch die Ströme eines inerten Gases 14 gekühlt wird, die aus den gegenüberliegenden Kupferplatten 11 der in Fig. 2 gezeigten Art ausgestoßen werden. Wenn ein Material mit begrenzter Länge behandelt werden soll, dann kann auch die in Fig. 5 gezeigte Anordnung verwendet werden, bei der gegenüberliegende Kupferplatten 14 der in Fig· 2 gezeigten Art gegen ein Blech 12 gedrückt werden, das von beiden Seiten behandelt werden soll und zwar mit Hilfe von hydraulischen oder anderen Vorrichtungen 15, um dieses Material schnell zu kühlen.

Xn der hier beschriebenen und dargestellten Ausführung wird der Druck in der Vorrichtung in zwei Stufen voa Eingang 1 zum ¥ärm«behandlung»abechnitt 4 erhöht und ebtnf all· in zwei Stufen von der Vareebehandlungikaaaer 4

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zum Ausgang 7 gesenkt, indem der Materialeinlaßabschnitt

2 und der die Druckdifferenz aufrechterhaltende Abschnitt

3 zwischen den Eingang und den Wärmebehandlungsabschnitt und der die Druckdifferenz aufrechterhaltende Abschnitt 5 und der Materialauslaßabschnitt 6 zwischen den Wärmebehandlungsabschnitt und den Ausgang eingeschaltet werden. Der Druck kann aber auch in einer Stufe verändert werden, vorausgesetzt, daß die Dichtung zwischen den benachbarten Abschnitten wirksamer erfolgt. D. h. das Ziel der Erfindung kann auch erreicht werden, wenn der Materialeinlaßabschnitt 2 und der Materialauslaßabschnitt 6 gleichzeitig als die die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte 3 bzw. 5 verwendet und daher diese die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte ausgeschaltet werden.

Zum Bewegen des zu behandelnden Materials durch die Vorrichtung kann ein Materialhängeförderer oder Wikkelvorrichtungen am Eingang und am Ausgang der Vorrichtung verwendet werden. Es wird daher ersichtlich sein, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Lage verwendet werden kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Beispiels beschrieben:

Ti-15Mo-5Zr-Legierungs-Bleche wurden einem Glühen in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 unterworfen, in der die die Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitte 3 und 5 fortgelassen wurden und die Kühlkammer gemäß Fig. 2 konstruiert war, und zwar unter solchen Bedingungen, daß die Temperatur des Glühabschnitts 900° C, die Strömungsmenge von Argongas 6 l/min und die Glühmengen 400 mm/min

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(im Fall eines Bleches mit einer Dicke von 0,15 mm) und 200 mm/min (im Fall eines Bleches mit einer Dicke von
0,85 rm) waren. Die Legierungsbleche, die auf diese Weise geglüht wurden, hatten keine Farbandeutung einer Oxydation, und es wurden glänzende Bleche erzielt. Außerdem hatten die geglühten Legierungsbleche die in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigten mechanischen Eigenschaften, die andeuten, daß sie ausreichend geglüht wurden.

Tabelle 1

Mechanische Eigenschaften von geglühten
-15Mo-5Zr-Legierungs-Blechen

Muster Nr.	Dicke (mm)	Glühmenge (mm/min)	Zugfestigkeit (kg/cm²)	Dehnung	Erichsen- Wert (mm)	Härte (Hv)
1	0,15	400	85,0	8	6,5	280
2	0,85	200	84,0	9	-	290

Obwohl in dem obigen Beispiel Titanlegierung als einzige verwendet wurde, ist zu verstehen, daß die Erfindung höchst wirksam bei der Behandlung nicht nur von reaktiven Metallen, wie z, B. Titan, verwendet werden kann, sondern auch von solchen Metallen, wie z. B. Spezialstählen und Legierungen auf Nickelbasis, die eine besondere Wärmebehandlung erfordern.

Außerdem können, obwohl in dem Beispiel Argongas als inertes Gas verwendet wurde, alle anderen Gase verwendet werden, die keine oxydierende Atmosphäre in der
Wärmebehandlungsvorrichtung erzeugen.

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Gemäß der Erfindung, wie sie oben beschrieben wurde, kann eine Druckverteilung in der in Fig. 1b gezeigten Art erzielt werden nur durch Anbringung der Lippendichtungen, die in ihrer Konstruktion sehr einfach sind. Daher kann langgestrecktes Material kontinuierlich in nichtoxydierendem Zustand behandelt werden, während die inerte Gasatmosphäre in der Vorrichtung aufrechterhalten wird. Da die Wärmebehandlung kontinuierlich durchgeführt werden kann, sind außerdem eine gleichmäßige Erhitzung und Abkühlung möglich, und es kann wärmebehandeltes Material mit hoher Qualität erzielt werden. Der besonders bemerkenswerte Vorteil der Erfindung liegt darin, daß bei ihrer Anwendung ein oxydationsfreies, glänzendes Glühen von dünnem Blechmaterial oder Folie möglich wird, was bisher als äußerst schwierig erachtet wurde. Die Erfindung ist auch insofern vorteilhaft, als eine schnelle Abkühlung und eine langsame Abkühlung in derselben Vorrichtung erzielt werden können. D. h. wenn die Kühlkammer der Konstruktion gemäß Fig. 2 verwendet wird, kann die Kühlgeschwindigkeit gesteuert werden durch Ändern der Durchlaufgeschwindigkeit des zu behandelnden Materials, während, wenn die Kühlkammer der Konstruktion gemäß Fig. 3 oder 4 verwendet wird, das Material schnell gekühlt werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß starke Verwindung des Materials, die insbesondere bei der schnellen Abkühlung von Blech auftrat, im wesentlichen ausgeschaltet werden kann durch Zusammendrücken der Kühlplatten, wie z. B. Kupferplatten, gegen das Material von beiden Seiten her.

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Claims

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Patentansprüche :

1· Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Metallen in einer inerten Gasatmosphäre, gekennzeichnet durch die Wärmebehandlung eines Metalles durch Hindurchleiten desselben durch eine Wärmebehandlungsvorrichtung, in der ein inertes Gas unter höherem Druck als dem atmosphärischen gehalten wird und deren Inneres in einen Wärmebehandlungsabschnitt, in dem das Metall erhitzt und abgekühlt wird, einen Materialeinlaßabschnitt und einen Materialauslaßabschnitt unterteilt ist, wobei die Druckverteilung des inerten Gases in der Vorrichtung derart ist, daß der Druck in dem Wärmbehandlungsabschnitt am höchsten ist und sowohl gegen den Materialeinlaßabschnitt als auch gegen den Materialauslaßabschnitt stufenweise fortschreitend verringert wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Materialeinlaßabschnitt (2), einen eine Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitt (3), einen Wärmebehandlungsabschnitt (4), einen weiteren eine Druckdifferenz aufrechterhaltenden Abschnitt (5) und einen Materialauslaßabschnitt (6), die alle hintereinander in der genannten Reihenfolge angeordnet und jeweils mit einer zwischengeschalteten Lippendichtung (8) fest miteinander verbunden sind.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Materialeinlaßabschnitt (2), der zum Aufrechterhalten einer Druckdifferenz dient, einen Wärmebehandlungsabschnitt (4) und einen Materialauslaßabschnitt (6), der ebenfalls zum Aufrechterhalten einer Druckdifferenz dient, die alle hintereinander in der genannten Reihenfolge angeordnet und jeweils mit einer zwiechengeschalteten Lippendichtung (8) fest miteinander verbunden sind.

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