DE2141906B2

DE2141906B2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Metallbändern mit gleichmäßigen Festigkeitswerten durch Glühen in einem Durchlaufofen und anschließendes Recken

Info

Publication number: DE2141906B2
Application number: DE19712141906
Authority: DE
Inventors: Werner 7703 Rielasingen Gebhard
Original assignee: Schweizerische Aluminium AG
Current assignee: Alcan Holdings Switzerland AG
Priority date: 1970-09-11
Filing date: 1971-08-20
Publication date: 1978-07-06
Also published as: DE2141906C3; DE2141906A1; CH539120A

Description

Das Rückglühen (Entfestigen) von durch Walzen kaltverfestigten Bändern auf Festigkeitswerte zwischen dem weichgeglühten und dem kaltverfestigten Ausgangszustand erfolgt gewöhnlich in aufgewickelter Form (Bandbund). Mehrere Band-Bunde werden gleichzeitig in Kammeröfen üblicher Bauart geglüht. Bei dieser Art der Glühung treten vielfach große Schwankungen der Festigkeitswerte auf. Diese können sowohl durch unterschiedliche Bedingungen im vorausgegangenen Fertigungsablauf (z. B. Gußgefüge, Anwärmbedingungen zu den Umformarbeiten oder Umformgrade) als auch durch Temperatur- und Glühzeitunterschiede, die besonders bei der Glühung großer Bunde zwangsläufig auftreten, verursacht werden. Insbesondere bei Bändern, die auf einen Zustand gebracht werden sollen, der nur durch eine weitgehende Teilrekristallisation zu erreichen ist, ergeben sich große Schwankungen der Festigkeitswerte.

Eine Verbesserung ist durch kontinuierliches Glühen des abgehaspelten Bandes in einem Banddurchlaufglühofen zu erreichen, weil hier die Bedingungen bezüglich Temperatur und Glühzeit für bestimmte Bandteillängen für das ganze Band konstant bleiben. Die Einflüsse aus der Vorbehandlung des Materials sind jedoch auch hierbei wirksam und müssen daher durch entsprechendes Variieren der Glühtemperatur oder der Ofenverweilzeit ausgeglichen werden. Wenn z. B. eine Serie von Bändern auf einheitliche Festigkeit rückgeglüht werden soll, so ist es erfahrungsgemäß notwendig, die Glühbedingungen für die einzelnen Bänder durch vorherige Versuche, die das Durchlaufglühen simulieren, zu ermitteln, da eine zuverlässige Kontrolle während des Glühens bisher nicht möglich war.

In der Regel ist es notwendig, das geglühte Band zu recken, um die während des Glühens entstandenen Unplanheiten zu beseitigen. Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen sich ein Aufwickeln nach dem Glühen erübrigt, weil die Reckanlage der Kühlzone des Durchlaufofens direkt nachgeschaltet ist. Dadurch wird ein Arbeitsgang eingespart und ein Verkratzen der unplanen Bänder beim Auf- und Abwickeln vermieden.

In der britischen Patentschrift 10 34 513 wird eine kombinierte Anlage beschrieben, bei der das Band innerhalb des Ofens, d. h. im warmen Zustand gereckt wird, indem die Streckung durch den Unterschied der Umlaufgeschwindigkeit der Bandtransportrollen für den Einlauf und Auslauf der Ofenanlage einschließlich der Kühlzone bewirkt wird und wobei das zwischen diesen Transportrollen befindliche Band freitragend wandert und warm gereckt wird, also bei Temperaturen, bei denen eine wesentliche Verfestigung zunächst nicht erzeugt wird. Es sollen hierdurch günstigere Materialeigenschaften erreicht werden als mit einer normalen Glühung ohne Warmrecken. Auch hierbei müssen jedoch die Unterschiede im Rekristallisationsverhalten einzelner Bänder durch Versuche ermittelt und durch

j 5 Änderung der Glühbedingungen berücksichtigt werden, wenn gleichmäßige Festigkeitswerte verlangt sind.

Das Verfahren vorliegender Erfindung ermöglicht das Erzielen gleichmäßiger Festigkeitswerte, wobei man die Glühbedingungen einer Durchlaufanlage mit

-ίο nachgeschalteter Reckanlage selbsttätig so abzustimmen in der Lage ist, daß unabhängig vom verschiedenen Rekristallisationsverhalten einzelner Bänder, gleichmäßige Festigkeitswerte in der gewünschten Höhe erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich aus dem Anspruch 1.

Der Reckbetrag setzt sich im allgemeinen aus bleibender und vorübergehender Dehnung zusammen. Bei irgendeiner während des Reckvorgangs vorgegebenen Gesamtdehnung ergibt die dabei aufgetretene Reckkraft ein Maß für die Festigkeit des jeweils gereckten Bandmaterials.

Um den jeweiligen Sollwert der bei der Reckung wirksamen Reckzugspannung im zu verarbeitenden Band im gereckten Zustand herbeizuführen, kann man in an sich bekannter Weise irgend eine oder mehrere der Glühofenbedingungen ändern. Dies erfolgt beim Verfahren vorliegender Erfindung nicht in bekannter Weise durch vorherige Tastversuche, sondern durch

w) Anwenden eines Reglers, den man zu selbsttätigem Regulieren der Ofenbedingungen während des Glüh- und Reckprozesses ausbildet. Wesentlich ist erfindungsgemäß, daß die für die Reckung aufgewandte Reckzugkraft in einer funktionell davon abhängigen Meßgröße

b5 selbsttätig, mindestens während Zeitperioden dauernd, an der Reckanlage selbst gemessen wird, daß man den Regler diese Meßgröße direkt, oder nach Umrechnung in irgendwelche Normeinheiten, mit einem einstellbaren

Sollwert selbsttätig vergleichen und aufgrund dieses Vergleichs selbsttätig mindestens eine der Glühbedingungen des Bandes in derjenigen Richtung nach fachmännisch an sich bekannten Gesichtspunkten verändern läßt, daß die gewünschte Reckzugspannung bei der der Glühung unmittelbar nachfolgenden Reckung sich wirksam einstellt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsart des Verfahrens vorliegender Erfindung läßt man den selbsttätigen Regler aufgrund der in ihm festzustellenden Differenz zwischen dem Meßwert und dem Sollwert de- Kraftmeßgröße die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes durch den Glühofenteil der Anlage regeln, indem man den Regler z. B. in folgender Weise programmiert. Ist das gemessene Maß der Reckkraft gegenüber dem gewünschten Sollwert zu niedrig, so soll der Regler die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes im Glühofen erhöhen, so daß man hierdurch eine geringere Entfestigung des geglühten Bandes und damit eine Höhereinstellung der Festigkeit bzw. der meßbaren Streckgrenzwerte des gereckten Bandes bewirkt. Analog richtet man den Regler umgekehrt zu verfahren ein für den Fall, daß das gemessene Maß der Reckkraft gegenüber dem Sollwert zu hoch liegt, so daß er dann die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes erniedrigt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart des Verfahrens vorliegender Erfindung läßt man den selbsttätigen Regler aufgrund der in ihm festzustellenden Differenz zwischen Meßwert und Sollwert der Meßgröße der Reckkraft die Ofentemperatur regeln, indem man den Regler in der Art programmiert, daß er bei zu niedrigem Meßwert die Ofentemperatur herabsetzt, um eine geringere Entfestigung während des Glühens und damit eine höhere Verfestigung während des nachfolgenden Reckens zu bewirken und analog im umgekehrten Fall.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsart des Verfahrens vorliegender Erfindung läßt man den selbsttätigen Regler aufgrund der in ihm festzustellenden Differenz zwischen Meßwert und Sollwert die Geschwindigkeit des Umwälzgases im Glühofen regeln, indem man den Regler in der Art programmiert, daß er bei zu niedrigem Meßwert der Meßgröße der Reckkraft die Geschwindigkeit des Umwälzgases herabsetzt, um eine geringere Entfestigung während des Glühens und damit eine höhere Verfestigung während des nachfolgenden Reckens zu bewirken und analog im umgekehrten Fall.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens vorliegender Erfindung läßt man den selbsttätigen Regler aufgrund der in ihm festzustellenden Differenz zwischen Meßwert und Sollwert nacheinander oder gleichzeitig mindestens zwei der drei obengenannten Ofenbedingungen, nämlich Ofentemperatur, Banddurchlaufgeschwindigkeit und Geschwindigkeit des Umwälzgases im oben beschriebenen Sinn ändern und gesamthaft den erwünschten Sollwert der im Band dann wirksamen Reckzugspannung einsteuern.

Man kann den Regler durch Abgabe von Veränderungsimpulsen in einzelnen Schritten oder kontinuierlich mindestens eine der obenbenannten Ofenbedingungen ändern lassen. Wird eine kontinuierliche Änderung vorgesehen, so ist die Reaktionsdauer der Anlage zu berücksichtigen, weil die Auswirkung der Änderung der Glühbedingungen auf die Messung der Reckzugspannung nicht sofort, sondern mit einem gewissen zeitlichen Verzug eintritt.

Konstruktion und detaillierende Ausgestaltung von

für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzuwendenden Reglern ist eine mit fachmännischen Routinemitteln ohne besondere Schwierigkeit zu lösende Aufgabe, so daß dies nicht näher erörtert zu werden braucht. Es ist dem Fachmann gegeben, hierzu zeitgemäße Prinzipien, wie Einsatz von Elektroniksteuerungen, Halbleiterschaltungen und dergleichen anzuwenden.

Ein Beispiel einer Durchführung des Verfahrens der Erfindung wird anhand von Fig. 1 und 2 wie folgt erläutert:

Ein Band der Abmessung 0,5 χ 1000 mm der Aluminiumlegierung AlMn wird von der Abwickelvorrichtung 1 durch die Glühzone 2 und die Kühlzone 3 eines Durchlaufofens geführt. Anschließend wird es in der Reckanlage 4 zwischen den beiden S-Rollensätzen 5 gereckt. Das Band hat während der Reckung eine mittlere Temperatur von ca. 55° C. Dabei befindet sich dieses Bandstück in einem der Reckdehnung zugehörigen Spannungszustand. Die Reckanlage ist mit. einer Einrichtung zur Messung der Reckzugspannung, der ein Band jeweils unterliegt, ausgestattet. Die Einrichtung besteht in diesem Beispielsfall aus einer Umlenkrolle 6, die auf den Kraftmesser 7 wirkt. Der Kraftmesser kann beispielsweise in einer Federwaage bestehen. Das gereckte Band wird auf dem Haspel 8 aufgerollt.

Aus der im Kraftmesser 7 gemessenen Kraft kann die jeweils auf das Band wirkende Reckzugkraft K₂ nach der Formel errechnet werden:

Hierbei ist K,„
Umlenkrolle.

sin 7

gemessene Druckkraft der

φ = Ablenkwinkel, d. i. derjenige Winkel, um den das Band durch die Umlenkrolle 6 aus der geraden Verbindungslinie zwischen den S-Rollensätzen 5 abgelenkt wird.

Die im Kraftmesser 7 gemessene Druckkraft K_n, wird vom Regler 9 selbsttätig mit einem Sollwert K,„_Mn verglichen.

Liegt die gemessene Druckkraft höher als der Sollwert, so setzt der Regler 9, der die Antriebsmotoren 10 steuert, die Bandgeschwindigkeit herab. Die Verweilzeit im Ofen wird dadurch erhöht, woraus sich ein stärkerer Abfall der Festigkeitswerte des fertigen Bandes ergibt. Umgekehrt wird der Banddurchlauf durch den Regler beschleunigt, wenn die gemessene Kraft K_n, unter dem Sollwert K,„,mii liegt. Der Regler ändert die Bandgeschwindigkeit in einzelnen Schritten

-,5 durch Impulse oder (bei alternativer Einrichtung), kontinuierlich so lange, bis die gemessene Kraft K_n, mit dem vorgewählten Sollwert K_m,_5On übereinstimmt. Wird eine kontinuierliche Änderung vorgesehen, so ist die Reaktionsdauer der Anlage zu berücksichtigen, weil die

bo Auswirkung der Änderung der Glühbedingungen auf die Messung der Reckzugspannung nicht sofort, sondern mit einem gewissen zeitlichen Verzug eintritt.

Auf diese Weise ist es möglich, innerhalb eines Bandes und ebenso innerhalb einer Serie von Bändern,

b5 gleichmäßige Bänder, welche bei der Reckung einer bestimmten Reckkraft unterlegen haben, herzustellen, d. h. in herzustellendem Leichtmetallband vorab festgelegte bei Kontrollmessungen erzielbare Streckgrenz-

werte (Spannung o»j bei der Kontrollmessung nach bleibender Verformung von 0,2%) regelmäßig zu erzeugen.

Die aus der Reckkraft und dem Bandquerschnitt resultierende Reckspannung pro Flächeneinheit kommt der On.2-Dehngrenze dann sehr nahe< wenn eine nicht zu kleine bleibende Dehnung, z. B. bei Al-Legierungen ca. 0,5—1,5%, angewandt wird. Im Gebiet des flacheren Teils der Kurven der Fig. 2, indem man sich z.B. bei Anwenden einer bleibenden Dehnung von ca. 1% befindet, ist die im Beispielsfall indirekt gemessene Reckzugspannung a, nahezu gleich der bei Kontrollmessungen zu erzielenden οοτ Dehngrenze, weil hier die bei einer Kontrollmessung durch weitere 0,2% bleibende Dehnung hervorgerufene Spannungserhöhung vernachlässigbar klein ist. Reckbeträge des besagten Bereichs reichen in der Regel aus, um Unplanheiten von geglühten Bändern zu beseitigen.

Analoges gilt, wenn man statt von Werten bleibender Dehnung von Werten der Gesamtdehnung ausgeht. Die Werte bleibender Dehnung lassen sich bekanntlich aus den Werten der Gesamtdehnung geometrisch ermitteln, indem man in der graphischen Darstellung der Dehnungs-Spannungskurve der betreffenden Legierung die schräge Parallele zum elastischen bekanntlich geraden Teil der Dehnungs-Spannungskurve durch den Koordinatenpunkt der Gesamtdehnung zieht und, im Schnittpunkt der besagten Parallelen mit der Abszisse, den Wert der zugehörigen bleibenden Dehnung in Prozent abliest (F i g. 2).

Ließ man im vorliegenden Beispielsfall ein hartgcwalztes Band (o<i,₂ = 22,4 kp/mm², F i g. 2, Punkt 1) der Abmessung 0,5 χ 1000 mm aus der Legierung AIMn ungeglüht unter Einsteilung von 1,35% Gesamtdehnung die Reckanlage durchlaufen, so ergab der Kraftmesser nach Umrechnung der in ihm gemessenen Druckkraft in die entsprechende Reckzugkraft des Bandes eine Reckzugkraft von 12 400kp (Fig. 2, Punkt 2). Die bleibende Dehnung betrug hierbei ca. 1 %.

Ließ man das zunächst ebenfalls hartgewalzte Band derselben Legierung, jedoch in völlig weichgeglühtem Zustand, unter Einsteilung von i % bleibender Dehnung den Reckteil der Anlage durchlaufen, so ergab die analoge Messung und Umrechnung eine im Band wirksame Reckkraft von 2900 kp (F i g. 2, Punkt 3).

Im vorliegenden Beispielsfall sollte nun ein hartgewalztes Band so behandelt werden, daß ein halbhartes -. Band mit einer durch Kontrollmessung feststellbaren Dehngrenze von «(,j = 16,4 kp/mm² erzeugt würde.

Dem selbsttätigen Regler wurde deshalb derjenige Sollwert Κ,,,_Μ,ιι der Meßgröße des Kraftmessers 7 eingegeben, der der auf das Band wirken zu lassenden in Soll-Reckkraft

Κ,,,ιι= 16,4 kp/mm-' χ Querschnittsfläche des Bandes
= 16,4 kp/mm-' χ 500 mm² = 8200 kp

entspricht.

Γι Man stellte das Ausmaß der Reckung des Bandes, welches den Glühofen durchlaufen hatte, auf 1,0% Gesamtdehniing ein, was einer bleibenden Dehnung von 0,75% und einer elastischen Dehnung von 0,25% entspricht (F i g. 2), und überließ die weitere zielstrebige

:ii Einstellung dem selbsttätigen Regler.

Der Regler nahm hierbei einen Meßwert der Meßgröße des Kraftmessers 7 auf, welcher einer Reckkraft von 8000 kp entsprach (F i g. 2, Punkt 4), und veränderte nun, aufgrund des von ihm selbsttätig

y> ausgeführten Vergleichs zwischen dem eingegebenen Soll-Wert und dem Meßwert der Meßgröße des Kraftmessers 7, selbsttätig die Banddurchlaufgeschwindigkeit so lange und in der Richtung, also beschleunigend, daß der Meßwert der Meßgröße des Kraftmessers

in mit dessen Soll-Wert übereinstimmte. Nachdem dies erreicht ist, beträgt die hierbei wirksam im Gleichgewicht mit der Festigkeit des Bandes befindliche Reckzugspannung zwangsläufig 16,4 kp/mm² (Fig. 2, Punkt 5).

Γ. Bei einer Rcgelgenauigkeit von ±50 kp Reckkraft für den Bandquerschnitt von 500 mm² erreichte man eine 0,2-Dchngrenze von

on.i(gereckt) = 16,4 ± 0,1 kp/mm².

■im Zu dieser unbedeutenden Streuung muß die durch Schwankung des Bandquerschnittes bedingte, normalerweise jedoch ebenfalls geringe Streuung hinzugerechnet werden.

HiiT/n 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Metallbändern mit gleichmäßigen Festigkeitswerten durch Glühen in einem Durchlaufofen und anschließendes Recken bei Temperaturen, bei denen durch das Recken eine wesentliche, bleibende Verfestigung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die bei einem Reckbetrag aufgewandte Reckkraft mißt, die so erhaltene Meßgröße der Reckkraft in einen selbsttätigen Regler einspeist, daß man den Regler diese Meßgröße mit einem ebenfalls eingespeisten vorgegebenen Sollwert der Meßgröße vergleichen und auf Grund der sich jeweils ergebenden Differenz zwischen Meßwert und Sollwert der Meßgröße die Ofenführungsbedingungen eines der Reckung vorgeschalteten Glühofens für das Band dahingehend steuern läßt, daß die auf das Band während der Reckung einwirkende Reckkraft den Sollwert erreicht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Regler die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes durch den der Reckung vorgeschalteten Glühofen für das Band regeln läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Regler die Temperatur des Glühofens für das Band regeln läßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Regler die Geschwindigkeit des Umwälzgases des der Reckung vorgeschalteten Glühofens regeln läßt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man durch den Regler nacheinander oder gleichzeitig mindestens zwei der Ofenführungsparameter zur Steuerung der Festigkeitseigenschaften des Bandes verändern läßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man den Regler durch Abgabe von Veränderungsimpulsen mindestens einen Ofenführungsparameter zur Steuerung der Festigkeitseigenschaften des Bandes verändern läßt.