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"Verfahren zur Wärmebehandlung von Walzdraht" Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahreii zur ll'ärmebehandlung von Walzdraht aus der Walzhitze heraus
zum Zwecke der Verbesserung der Kaltbearbeitungseigenschaften ("Pstentieren").
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Bei der Herstellung von Walzdraht werden die nrammen üblicherweise
in einem Ofen auf eine bestimmte Temperatr gebracht und dann in warmem Zustand auf
den gewiinsch ten Durchmesser gewalzt. Auf der Walzenstraße wird der so hergestellte
Walzdraht langsam auf Raumtemperatur abgekühlt uiid erneut einer Wärmebehandlung
unterzogen, um die Kaltverarbeitungseigenschaften, als die Verformbarkeit zu verbessern.
Diese Nachbehandlung ist unter der Bezeichnung "Patentieren" bekannt.
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Durch das Fatentieren erhält man einen Stahldraht, der sehr gut zur
Kaltverfestigung durch Ziehen geeignet ist, eil die Bildung von unerwünschten Strukturen,
wie Martensit und grobstreifigem Perlit verhindert wird bzw. diese nachteiligen
Strukturen in Sorbit und feinstreifigen Perlit verwandelt erden, die mit hilfe von
Ziehsteinen oder Walzen kalt verformt werden können.
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Bein Patentieren in Luft oder im Bleibad wird der auf eine ausreichend
hohe Temperatur erwärmte Walzdraht in
einer bestimmten Zeit auf
die entsprechende Tempera tur heruntergekühlt, um die entsprechenden Metallstrukturen
zu bilden. Daher muß vor allem die Abkühlungsgeschwindigkeit des Walzdrahtes sorgfältig
beachtet werden, da sonst die erwünschte Metallstruktur nicht erhalten wird.
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Das am weitesten verbreitete Abkühlungsmittel bei der Wärmebehandlung
von metallischen Werkstoffen ist Wasser. Es gibt eine Reihe von Veröffentlichungen
iiber derartige Wärmebehandlungsverfahren und die dabei beobachteten Erscheinungen.
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Daß die Abkühlungsfähigkeit des Wassers durch Erhöhung der Wassertemperatur
verringert und eine stabile Dampfhaut auf der Metalloberfläche hervorgerufen wird,
wenn die Wassertemperatur bis auf über 60° erhöht wird, ist in den "blitteilungen
aus dsm Kaiser-Wilhelm-Institut filr Eisenforschun6", Band 21, 1939, Seiten.
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181 bis 196 beschrieben. Daß die Abkühlungsgeschwindigkeit von metallischen
Werkstücken durch Enrärmen des Wassers geringer wird, welches den milden Abkiihlungseffekt,
ähnlich demjenigen des Dampfes bringt, ist in "Metals Handbook", Band 2, 8. Auflage,
19G4, S. 15 bis 21 beschrieben. Diese Veröffentlichungen beziehen sich ausschließlich
auf das Abschrecken des Stahles mit dem Ziel, durch die Wasserkühlung Austenit in
Martensit zu verwandeln; es ist daraus nicht zu entnehmen, daU eine feinstreifig
perlitische Struktur erreicht werden kann, wenn dieses in austenitischem Zustand
in ein Wasserbad getaucht wird, das bis nahe an den Siedepunkt erhitzt ist und diese
Bedingungen aufrecht erhalten werden, noch viel weniger, daß die Kaltverarbeitbarkeit
des Werkstückes durch diese Behandlungsweise wesentlich verbessert werden kann.
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Auf der anderen Seite sind Versuche gemacht worden, um die Verarbeitbarkeit
von Stahlstäben durch Abküh-Icn des heißen Stabes aus der Walzhitze heraus zu verbessern.
Aus der US-PS 2 994 328 ist es bekannt, einen Stahistab mit hohem Kohlenstoffgehalt
unmittelbar nach dom Walzen kontinuierlich durch eine Reihe von mit Wasser gefüllten
Kühlbehältern zu führen.
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Eine Reihe von anderen Möglichkeiten zur kontrollierten Abkühlung
des warmgewalzten Drahtes findon sich in "Entwicklung und Stand des Vergutens von
Stahldraht aus der Walzhitze" in der Zeitschrift Draht-Welt", DUsseldorf, Band 5(2,
1966, Seiten 281 bis 284.
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Einige der in dieser Veröffentlichung erläuterten Verfahren verwenden
Wasser als Kühlmedium für den warmen Draht.
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Die neueste Entwicklung auf dem Gebiet der gesteuer-.
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ten Abkühlung ist das Ablegen des gewalzten Drahtes -auf einem Transportband
in Form von flachen, einander überlappenden, nicht0konzentrischen Ringen, wobei
als Kühlmittel Gas auf die sich bewegenden Ringe iiber die ganze Breite des Förderbandes
geblasen wird. Die zugegebene Gasmenge wird so gesteuert, daß nährend der verschiedenen
Übergangsphasen eine bestimmte Abküh-Iungsgeschwindigkeit erhalten wird (US-PS 3
231 432).
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu finden, um die Aufwendungen,
die notwendig sind, um einem Walzdraht die guten Kaltverarbeitungseigenschaften
zu verleihen, die fiir den nachfolgenden Verformungsprozeß notwendig sind, zu verringern
und auf möglichst einfache Reise durch Patentieren aus der Walzhitze heraus einen
Stahl zu erhalten, der ein feinstreifig perlitisches Gefüge aufweist.
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Die Erfindiing löst diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs
angegebenen Art dadurch, daß der Walzdraht unter Verhinderung der Bildung einer
Zunderschicht bei einer Temperatur von mindestens 700 °C kontinuierlich in ein auf
einer Temperatur von mindestens 80 °C vorzugsweise mindestens 95 °C gehaltenes Warmwasserbad
eingetaucht und darin aufgewickelt wird.
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Zur Erzielung einer stabilen Dampfhaut folgt die maximale Wassermenge
des Warmwasserbades in Abhängigkeit von der in der Zeiteinheit eingetauchte Dralltoberfläche
vorzugsweise der Beziehung V = α . S Gegenstand der Erfindung ist noch eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bestehend aus einem Wasserbehälter,
in dem eine Haspel zum Aufwickeln des Drahtes zu eines Bund angeordnet ist, in uelcher
der Wasserbehälter kreisförmigen Querschnitt mit einem gegenüber des Durchmesser
des Bundes nur geringfügig größeren Durchmesser besitzt.
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Nach der Erfindung wird aiif der Staboberfläche über lange Zeit hinweg
eine stabile Dampfhaut aufrecht erhalten. Da die Wärmoleitfähigkeit der Dampfhaut
außerorderltlich gering ist, ist es möglich, die Abkühlungsgeschwindigkeit des Stahldrahtes
zu verringern, so daß sich der Austenit nicht in Martensit oder nainit, sondern
in feinstreifigen Perlit verwandelt, der die besten Zieheigenschaften aufweist.
Durch die Anwendung der Erfindung wird das konventionelle Patentieren im Bleibad
überflüssig.
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Dic verbesserte gesteuerte Abkühlungsmethode nach der Erfindung wurde
nach vielen Jahren Forschungsarbeit
über das physikalische Verhalten
von erwärmeten Stahldrähten im Wasserbad gefunden wie auch der Wechsel der mechanischen
und metallurgischen Eigenschaften und Strukturen, die in dem Draht nach solchen
Behandlungen hervorgerufen werden. Der Ausdruck "Draht" schließt im Folgenden einen
naturharten Stahldraht mit 0,25 bis 0,85 %4 Kohlenstoff, 0,15 bis 0,35 % Silicium
und 0,30 bis 0,90 % Mangan und einen Klaviersaitendraht mit 0,60 bis 0,95 % Kohlenstoff,
0,12 bis 0,32 % Siliciiim und 0,30 bis 0,00 %/ Mangan ein.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigegebeneii Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1,, ein Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm eines
kohlenstoffreichen Stahles mit Um-.
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wandlungskurven nach verschiedenen Patentierverfahren.
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Fig. 2, ein Zeit-Temperatur-Diagramm eines Silberstabes, der erwärmt
und in warmem Wasser von verschiedenen Temperaturen abgekUhlt wurde, Fig. 3, die
Abkühlungsgeschwindigkeit von Stahl drähten, die in verschiedenen Atmosphären auf
eine Temperatur von 900 °C erhitzt und in warmem Wasser von 95 0 abgekithlt wurden,
Fig. 4, in Schrägansicht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der
Erfingung Fig. 5, eine schematische Ansicht der wesentlichen Teile der Vorrichtung
nach Fig. 4,
Fig. 6, den Zustand des Wasserbades, wenn der Stahldraht
In eine bestimmte Wassermenge eingetallcht wird, Fig. 7, die Abkühlungskurven des
Kerns und der Oberflache eines Drahtes unter den Abkählungsbedingangen nach Fig.
6 und Fig. 8, die Zugfestigkeit und die Querschnittsverringerung eines nach der
Erfindung behandelten Stahldrahtes.
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In Fig. 1, die Zeit-Temperatur-Umwandlungskurven fiir einen Stahl
mit 0,76 % C und 0,29 '* Mn zeigt, ist dor mittlere perlitische und austenitische
Bereich ein Umwandlungsbereich, in dem ein Teil des Austenits in der linken Zone
des Diagramms entsprechend dem Zeitablauf und dem Absinken der Tremperatur des Stahles
in Perlit tlmgewandelt wird. Dic Kurven a, b, c und der Bereich d zeigt gen den
Verlauf der Umwandlung bei Stahldrähten beim Patentieren in einei Bleibad von 500
C (Kurve a), in einem Warmwasserbad nach der Erfindung (Kurve b), beim Abkühlen
in Luft (Kurve c) und bei normaler Abkühlung nach dem Aufwickeln (Kurve d).
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Die Abkühlung des Drahtes nach dem Aufwickeln bewirkt eine Änderung
der Abkühlungsgeschwindigkeit im ganzen Bund, das heißt die Abkühlungsgeschwindigkeit
ist nicht gleichmäßig, sondern streut in der schraffierten Zone d.
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Der Draht innerhalb des Bundes hat eine Mikrostruktur mit bemerkenswerter
Ferrit-Ausfällung.
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Der im Bleibad patentierte Draht weist entsprechend der Kurve a eine
feinperlitische Struktur auf. Der in Luft patentierte Draht (Kurve c) hat eine mittlere
Mikrostruktur zwischen derjenigen des Drahtes nach der Kurve a und der Zone d. Selbstverständlich
wird mon einen Drahtbund für Drahtseile, Radspeichen oder Federn vorzugsweise im
Bleibad patentieren.
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Die grafische Darstellung der Fig. 2 zeigt die Abkühlungseigenschaften
eines Silberstabes. Ein Silberstab mit einem Durchmesser von 10 mm wurde auf 800°C
erhitzt und nacheinander in Wasser mit einer Temperatur von 100 °C, 80 °C, 60 °C,
40 °C, 20 °C und 0°C eingetancht. Bei der Abkühlung in kochendem Wasser von 100
°C sinkt die Temperatur des Silberstabes von 800 00 auf 700 °C in 5 Sekunden ; die
Abkülungsgeschwindigkeit beträgt etwa 20 0C/sec.
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Sobald ein heißes Metallteil in eine Flüssigkeit eingetaucht wird,
wird dieses Metallteil fUr eine bestimmte Zeit von einer Dampfhaut eingehullt. Man
bezeichnet diese Erscheinung als nfilm boiling". Wenn die Oberflächentemperstur
unter einen bestimmten Punkt sinkt, dann entsteht eine lebhafte Blasenbildung und
die Dampfhaut verschwindet. Man nennt diese Erscheinung "nucleate boiling".
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Beim Absohrecken ist die Temperatur des Wasserbades Ublicherweise
niedriger als die Grenztemperatur, weil, kein Abschreckeffekt beobachtet wird, wenn
die Temperatur der Flüssigkeit unnötig hoch ist. Je höher die Wassertemperatur wird,
desto geringer wird die AbkUhlungsgeschwindigkeit, weil die niilm boiling"-Periode
verlängert wird. Wenn die Wassertemperatur nahe dem Siedepunkt gehalten wird, dann
überzieht sich die Oberfläche des Stahldrahtes vollständig mit einer Dampfhaut,
so daß die Kühlwirkung gleichmäßig und mild wird. Darüber hinaus ist die Abkühlungsgeschwindigkeit
während der "film boiling" Periode geeignet für eine gesteuerte Abkühlung des Stahldrahtes
nach dem Walzen.
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene gesteuerte Abkühlung macht sich
diese Beziehung zwischen der Temperatur
des Wasserbades und der
daraus resultierenden Abkühlungsgeschwindigkeit des Stahldrahtes zunutze, um eine
bestimmte, für das nachfolgende Ziehon geeignete Metallstruktur zu erhalten.
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Die Umwandlung der austenitischen Struktur eines Stahles mit hohem
Kohlenstoffgehalt in eine feinperlitische Struktur mit guten Kaltverarbeiteungseigenschaften
kann besonders günstig erfolgen, wenn der "film boiling"-Zustand für einige 10 Sekunden
aufrecht erlialten wird, so wie in dem Fig. 1 und 2 dargeste'lt ist.
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Der Kochzustand aber wird wesentlich von dem Zustand der die Wärme
leitenden Oberfläche beeinflußt.
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Daher darf der Einfluß des aui der Stahloberfläche gebildeten Zunders
nicht vernachlässigt werden. Wenn, das Wasser bis'zum Siedepunkt erhitzt wird, bilden
sich außerordentlich lebhaft Blasen, die von entsprechenden Kernen auf der Metalloberfläche
ausgehen. Dadurch erhöht sich die Abhühlungsgeschwindigkeit des Stehldrahtes. was
den Übergang in Martensit und die Verschlechterung der Koltverarbeitungseigenschaften
des Stahldrahtes zur Folge hat.
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Das Verdienst der Erfindung liegt auch darin, einen, Weg gefunden
zu haben, um die Blasenbildung zu verhindern und die Periode der stabilen Dampthaut
zu verlängern, um so das Patentieren in wermem Wasser ftir die Herstellung von Stahldraht
mit guten Kaltverarbeitungseigenschaften anwendbar zu machen.
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Wenn die Wassertemperatur verhältnismäßig niedrig ist, dann verschwindet
dio Dampfhaut auf der Staboberfläche sehr schnell. Der Stab wird sehr schnell abgekühlt
und es bildet sich Martensit. Je höher
die Wasserteiperatur ansteigt,
desto länger bleibt die Dumpthaut stabil. Der Grund dafür, weshalb nach dor Erfindung
die untere Grenze der Wassertemperatur auf 80 °C festgelegt wird, ist, daß oberhalb
von 80 0C die Dampfhaut lange genug stabil bleibt, um ellen Austenit in feinstreifigen
Perlit zu verwandeln und die Bildung von Martensit zu verhindern.
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Um die Dauer der stabilen Dampfhaut zu verlängern bzw.
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den Beginn des Zustandes des Brodelns zu zerzögern, darf die lebhalfte
Blasenbildung nicht schon zu Beginn des Entstehens der Dampfhaut hervorgerufen werden.
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Bedingungen um die Bildung on Blasen während des Bestehend der Dampfhaut
hervorzurufen werden anschließend näher beschrieben.
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Die Dicke der Dampfhaut auf der Staboberfläche wird dünner und unstabil
itt der Verringerung der Temperatur des Drahtes. Derüber hinaus rufen blanke Stollen'
auf der Drahtoberfläche, die nicht itt einer Dampfhaut bedeckt sind und ein direkter
Kontakt zwischen don blanken Stellen und dei Wasser sofort eine Blasenbildung nervor.
Diese Erscheinung wird nur beobachtet, wenn die Staboberfläche von rauhen Zunder
bedeckt ist.
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D r Stahlstab zieht sich während der Abkühlungszeit infolge der Verringerung
seiner Temperatur zusammen.
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Da der Wärmeausdchungskoefizient des Zunders ein enderer ist als derjenige
des Stahles, wird er bei der Abkühlung vom Stab abblättern.
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Wenn eine verhältnismäßig große Oberfläche des Stahl drahtes freigelegt
ist, dann bricht die, diese Stellen einhüllende Dampfhaut infolge der blanken Stellen
zusammen.
Wenn auf der anderen Seite nur ein sehr kleiner Dereich der Staboberfläche freigelcgt
wird, dann bilden sich kleine Teilchen, die als Kerne für die Blasenbildung dienen;
die Blasen verlassen die Dampfhaut und es wird die lebhafte Blasenbildung hervorgerufen.
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Da die Existenz des Zunders auf der Staboberfläche Kerne fUr die Blassenbikldung
hervorruft und eine stabile Dampfhaut auf der Staboberfläche nicht erhalten bleiben
kenn, führt der Zustand des lebhaften Brodolns zwangsläufig zu einer Härtung des
Stabes und zur Bildung von Martensit.
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Fig. 3 zeigt eine Zeit-Temperaturkurve für einen Stohlstab von 10
mm Durchmesser, der zunächst auf 900 0C erhitzt und sodenn in ein Wasserbad von
95 °C getaucht wurde. Die Temperatur des Stahlstabes wurde durch Thermoelemente
gemessen. die in den Kern des Stabes eingeführt wurden. Beim Vergleich der Abkühlungsgeschwindigkeit
eines Stahlstabes 1, der in einer Atmosphäre von Stickstoffgas erhitzt wurde und
eine sehr feine und dünne Zunderschicht besitzt mit einem anderen StaIll-Stab 2,
der in atmosphärischer Luft erhitzt wurde und eine dicke und leicht abblätternde
Zunderschicht besitzt, ergibt sich, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit des letzteren
wesentlich schneller ist als diejenige des ersten und demzufolge eine martensitische
Struktur hervorruft. Auf der anderen Seite erzeugt die erstere Abkühlungsgeschwindigkeit
die feine perlitische Struktur durch den ganzen Stabquerschnitt hindurch mit den
günstigen Verarbeitungseigenschaften.
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Obgleich der Stahldraht unmittelbar nachdem er voll der letzten Walze
kommt, praktisch keine rauhe Zunderoberfläche besitzt, ist die Staboberfläche doc
der Livft
ausgesetzt, so daß die Zunderschicht während des Transports
des Drohtos von der letzten Walze ziir IInspel über eine Entfernung von einigen
10 Metern dicker und rauher wird. Wenn diesor Stahldraht dann ohne eine vorherige
Oberflächenbehandlung in warmes Wasser eingetaucht und darin abgekühlt wird, dann
erzeugt der Zustand des lobhaften Brodelns die Bildung einer martensitischen Struktur.
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Daraus ergibt sich, daß die rauhe Zunderschicht, welche Kerne zur
Blasenbildung bietet, sich dann nicht bilden dort, wenn man de Zustand dos brodelnden
Kochens vermeiden will. Da diese rauhe Zunderschicht vor allem.
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dann entsteht, wenn die Endtomperatur ansteigt, ist die Unterdrüchkung
der Zunderbildung beim letzten Walzprozeß mit einer Endtemperatur von über 850 0C
von besondern Bedeutung.
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Die Unterdrückung der Zunderbildung kann man durch folgende Maßnahmen
erreichen : 1. Zwischen der letzten Salze und der Raspel wird der Stahldraht durch
eine im wesentlichen durchgehende Waswerröhre geführt. Wenn der Stahldraht dauernd
von Wasser umschlossen bleibt, erreicht er die Haspel, ohne zuvor der Luft ausgesetzt
gewesen zu sein; es bildet sich nur eine sehr dünne und feste Zunderschicht, die
eine Blasenbildung hervorruft. Darüber hinaus ist diese Führung dcs Stahldrahtes
in Wasser, bei der die Möglichkeit der Stenerung der Temperatur des Stahldrah tes
besteht, bevor er in das Wasserbad eingetaucht. wird, schr wirksam, um die Qualität
des Stahldrahtes zu vergleichmäßigen. Eine Vorrichtung, um die Temperotur des Stahldrahtes
auf einer gleichmäßigen Höhe zu halten, bevor er der Aufwickelvorrichtung zugeführt
wird, ist nicht Gegenstand der Erfindung und wird den zu folge sich nicht weiter
beschrieben.
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2. Die leicht abblätternde Zunderschicht, die sich bildert, während
der Stahldraht von der letzten Walze ziir Haspel geführt wird, wird vor der Haspel
durch einen Druckwasserstrahl abgeblasen, um eine von Kernen freie jind glatte Oberfläche
zu erhalten, bevor der Stahldraht in das Warmwasserbad eingetaucht wird.
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Wie oben bereits ausgeführt, bilden sich Dlasen nicht ohue Blasenkerne,
so daß die Dampfhaut dem Draht sicher anhaftet, ncnn er danach in das Warmwasserbad
eingetniicht wird. Diese Mothode der Entzunderung ist notwendig, Im ilur den leicht
abzublätternden Zunder zu entfernen; der erforderliche Wasserdruck muß 2 mehr als
5 kg pro cm2 betragen.
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Ein Beispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die
Fig. 4 und 5 näher beschrieben.
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Der vom letzten Walzenpaar 1 kommende Draht W wird über eine Reihe
von rohrförmigen Abschnitten 2 iind eine Anzahl von Kühlwasserbehältern 9 zu einem
Transportrollenpaar 3 geführt.
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Jeder der Kühlwasserbehälter 9 besitzt eine Diese, die Druckwasser
in Transportrichtung des Drahtes sprüht.
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Das Wasser bildet eine Wasserführung, die jeweils bis zu dem nächsten
Kühlwasserbchälter reicht. Der Draht W wird von dem letzten Walzenpaar zu der Ilaspel
gefii1Irt, ohne der freien Luft ausgesetzt zii sein. Die Bildung einer rauben Zunderschicht
durch Oxydation der Oberfläche ist so verhindert. Die Düsen können belicbig ausgebildet
sein. Wenn es als notwendig angesehen wird, dann könnon Druck- und Fließgeschwindigkeit
des Wassers automatisch gesteuert werden, um eine konstante Temperatur des Stahldrahtes
am Eingang ziir llaspel zu erreichen.
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Bei 30 ist eine Entzunderungsvorrichtung angebracht die mit hohom
Wasserdruck arbeitet. Obgloich der Stahldraht W durch die Wasserleitung geführt
wird, ist es unmöglich, ihn vollständig von der freien Luft fernzuhalten. Wenn sich
also doch eine Zunderschicht auf der Staboberfläche gebildet haben sollte, so muß
sie abgewaschen werden, damit keine Blasen gebildet werden. Zu diese Zweck ist eine
mit hohem Wasserdruck arbeitende EntzunderungsvorrichtIlng kurz vor dem Eingang
zur Haspel angeordnet.
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Die Transportrollen 3, die oben am Maschinenständer 10 angeordnet
sind, werden von einem Motor ii angetrieben.
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Unterhalb der Transportrollen 3 ist eine an sich bekannte Haspel,
vorzugsweise eine Edenborne-IIaspel angeordnet.
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Die flaspel ist mit dem Ausgang der Transportrollen 3 durch eine Rührung
25 verbunden. Unterhalb der Haspel befindet sich ein Wermwasserbad 5. Etwa auf der
gleichen Höhe wie die Oberkante des Wasserbadbehälters 5.
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befindet sich eine Transportbahn 8 für die Bundc. Aijf der gegenüberliegenden
Seite der Transportbahn 8 befindet sich eine Transportvorrichtung 7, die aus einem
hydraulischen Zylinder 12 a und einem Kolben 12 b besteht, der Uber die Oberfläche
des Wasserbades .5 hinüberreicht, nm einen Bund über die Oberfläche des Wasserbades
5 auf die Transportbahn zu schieben. Im Wasserbad 5 ist als Grundplatte für die
Ilaspel eine Auflagerplatte B angeordnet, die durch einen entsprechenden Antrieb
6 bis auf die Höhe der Transportbahn e angehoben werden kann. Wie insbesondere aus
Figur 5 zu entnehmen ist, tritt das warme Wasser, das aus eine. inneren Behälter
5" aus dem Wasserbad bzw. durch Überlauf ausgeflossen ist, in einem Raum zwischen
dem letzteren und einem äußeren Behälter 5', von wo es über eine Bohrung im Boden
in den Wassertank 9 zurückgeführt wird. In den Tank 9 sind oin Wassereinlaufrohr
13
und ein Rohr 14 für die Zufuhr von Dampf ein gebaut. Außen am Tank befindet sich
ein mit einem Anzeigeinstrument 16 verbundener Temperaturfühler 15.
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Schließlich besitzt der Tank 9 noch den Wasserauslauf über eine Pumpe
17 und eine Zuführungsleitung 18 in den Wasserbehälter 5".
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Mit dem inneren Behälter 5t des Wasserbades ist ebenfalls ein Temperaturfühler
20 verbunden, der zu einem Anzeigeinstrument 21 führt.
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Beim Betrieb der Vorrichtung wird zunächst der Vorratstank 9 Uber
die Zuführungsleitung 13 gefüllt und die Wasserfüllung sodenn mittels heißen Dampfes
über die Dempfleitung 14 aufgeheizt. Das warme Wasser wird sodann über die Puwpe
17 und die Zuführungsleitung 18 in das Warmwasserbad in dem inneren Behälter 5 gedrückt.
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Die Temperatur im Wassertank 9 wird über das Anzeigeinstrument 16
beobachtet, um die Temperatur aufrecht zu erhalten, unter der Qine direkte Einspeisung
des im Tank 9 befindlichen Wassers in des Warmwasserbad 5 möglich ist.
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Sobald die Temperatur des Warmwasserbades in dem inneren Behälter
5" unter einen vorbestimmten Wert sinkt, spricht ein Anzeigeinstrument 22 an, das
direkt oder indirekt Uber die Pumpe 17 das Warmwasserbad im inneren Behälter wieder
auffüllt. Steigt die Temperatur des Wermwasserbades iX inneren Behälter 5" über
einen vorbestimmten Wert an, so bewirkt das Anzeigeinstrument 21 ebenfalls direkt
oder indirekt die Zufuhr von kaltem Wasser über die Leitung 19 in das Warmwasserbad.
Zur Steuerung der Temperatur des Warmwasserbades kann auch eine Kühlvorrichtung
eingebaut werden.
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Von besonderer Bedeutung ist die Wassermenge in dem erwähnten Warmwasserbad,
die auf die verschiedenen Durchmesser des zu behnndelnden Stahldrahtes, die Geschwindigkeit
des Aufwickelns abgestimmt sein muß, um optimale Bedingungen fUr die Bildung eines
gleichmäßigen feinen perlitischen Gefüges durch den ganzen Bund hindurch zu erzielen.
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Wenn der warme Walzdraht in ein Warmasserbad einer Temperatur von
mehr als 950C eingetaucht wird; dann entsteht einegroUe Menge Dampf. Wenn ein bestimmtes
Verhältnis zwischen der Wassermenge und der zugeführten Wärmemenge besteht und wenn
der Querschnitt des Wasserbades kreisförmig ist mit einem Durchmesser, der nur um
ein geringes größer ist als derjenige des Bundes, dann entwickelt sich innerhalb
des Wasserbades eine große Menge Dampf.
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Während der Dampf, der infolge der durch den Stahldraht zugeführten
Wärmemenge gebildet wird, innerhalb des Wasserbades ansteigt, wird die Wärme durch
das Wasser aufgenommen und der Dampf kondensiert. In der Praxis bildet sich eine
große Dampfmenge am Grunde des Wasserbehalters und nur eine geringe Menge von Dampf
in dessen oberen Bereich. Eine schematische Darstellung dieser Erscheinung findet
sich in Fig. 6.
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Wenn der warme Walzdraht aus der Walzhitze heraus in das Wasserbad
eingetaucht wird, dann wird der Abk2hlungsprozeß wie folgt ablaufen: Zunächst wird
der Draht durch die Spritzwasserdüsen schnell abgekühlt, während er von dem letzten
Walzenpaar zu der Ilaspel transportiert wird. Die Oberflächentemperatur des Drahtes
wird sehr schnell abfallen. Da der Abfall der Temperatur im Korn des Drahtes sehr
viel langsamer erfplgt, besteht eine grobe Temperaturdifferenz zwischen der Oberfläche
und dem Kern des
Drahtes. Sobald der Draht aber in die mit Dampf
angefüllten Bereiche im Warmwasserbad eintaucht, wird die Wärmeleitfähigkeit an
seiner Oberfläche zu einem gro-Ben Teil reduziert. Da die Wärme, die vom Kern des
Drahtes an seine Oberfläche abgegeben wird, größer sit, als die Wärmemenge, die
von der Oberfläche des Stabes abgefIihrt wurde, entsteht die Erscheinung des Nachwärmens
aitf der Staboberfläche und die Temperatur des Kerns des Drahtes nähert sich langsam
derjenigen der Staboberfläche an.
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Diese Erscheinung ist in Fig. 7 dargestellt. Schließlich, nach einer
bestimmten Zeit, ist der Temperaturunterschied zwischen dem Kern und der Oberfläche
sehr klein geworden.
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Auf diese Weise entsteht eine sehr gleichmäßige perlitische Struktur
über den ganzen Querschnitt des Drahtes.
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Wenn, wie oben bereits erwähnt, die Wassermenge groß im Verhältnis
zur Verdampfung durch die zugeführte Wärme ist, wird der Wärmeinhalt des gebildeten
Dampfes durch das umgebende Wasser abgeführt, sodaß der Dampf kondensiert und sich
keine dampireiche Zone bilden kann. Um eine große, von Dampf angereicherte Zone
zu bilden, muß die maximale Wassermenge sich nach der durch den Draht zugeführten
Wärmemenge richten; in anderen Worten: die maximale Wassermenge wird bestimmt durch
den Anteil der Staboberfläche, der in der Zeiteinheit in das Wasser eintaucht. Der
Grund hierfür ist darin zu sehen, daß, wenn die gleiche Stahlmasse von gleicher
Temperatur in das Wasser eintaucht, ein Stab von 5,5 mm Durchmesser in einer bestimmten
Zeit eine größere Menge von Dampf entstehen läßt als ein Stab von 15 mm Durchmesser.
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Durch Versuche wurde festgestellt, daß zwischen der eingetauchten
Staboborfläche und der maximalen Wassermenge
bei einer Wassertemperatur
von mehr als 95°C folgende Beziehung besteht : v = oC @ s Hierin bedeuten : V: Maximale
Wassermenge (1) S: Anteil der Staboberfläche der in einer Sekunde in das Wasser
eintaucht (cm2/sec.) α von der Stahltemperatur abhängigeger Beiwert folgender
Größenordneung : mehr als 900°C : α = 0,55, 800°C bis 900°C : α = 0,53,
unter 800°C : α = 0,50.
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Wenn diese Bedingung erfüllt ist, dann liegt die Grenzlinie zwischen
der Dampfzone und dem Bereich flüssigen Wassers oberhalb des Bundes, sodaß eine
einwandfreie Abkühlung ermöglicht wird und Stablkdrähte von gleichmäßigen, feinperlitischer
Struktur erhalten werden.
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Der Draht W, der mit einer Temperatur von etwa 700 bia 1 2000C von
dem letzten Walzenpaar 1 kommt, wird durch die Führungstrichter 2 und die Kühlwasserbehälter
9 zu der Transportrolle 3 geführt, wie aus den Fig. 4 und 5 im oinzelnen zu eiitnehmen
ist.
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Während dieser Zeit kann die Temperatur des Drahtes verringert oder
der Draht nur durch die Transportrollen 3 geführt werden, während er sodann in die
Haspel einläuft.
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Die Umdrchungszahl der Stollen 3 und die Drehung des Austrittsrohres
sowie der Haspel müssen auf die Walzgeschwindigkeit der letzten Walzen 1 abgestimmt
werden, um den Draht nicht zu stark zu spannen oder locker hängen zu lassen. Der
in dielIaspel eingeführte Draht wird schrittweise in das Warmwasserbad eingetaucht
und darin aufgcwickelt. Die selbstätige Steuerung der Wassertemperatur und des Wasserstandes
im Warmwasserbad 5 ist nicht Gegenstand der Erfindung, sodaß hier nicht im einzelnen
dargestellte, an sich bekannte Einrichtungen verwendet werden können.
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Nach Abschluß der gesteuerten Kühlungsbehandlung des flundes im Wasserbad
wird das Bund auf dor Bodenplatte 11 mit Ililfe von Seilen 29, die durch einen Ilotor
6 angetriebcii worden, auf die Höhe der Transportbahn 8 gehoben und durch eine Horizontalbewegung
des Kolbens 12b auf die Transportbahn 8 geschoben.
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Fig. 8 zeigt noch die mechanischen Eigenschaften eines nach der Erfindung
behandelten Stahldrahtes. Diese allsgezeichneten mechanischen Eigenschaften machen
die gute Vcrarbeltbarkeit des Produktes aus.
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Beispielsweise kann ein Draht von 9 mm Durchmesser der nach der Erfindung
wärmebehandelt wurde, ohne Schwierigkeiten in einem Draht von 3,5 mm Durchmesser
gezogen werden, ohne irgendwelche weitere Wärmebehandlung, während derselbe Draht
von 9 mm nach einem herkömmlichen Verfahren aufgewickelt, auf nicht weniger als
7 mm heruntergezogen werden kann.
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Das Vrrfahron nach der Erfindung ermöglicht die Herstellung von Stahldraht
mit ausgezeichneten Verarbeitilngscigenschaften ohne ein übliches Lutt- eder Bleibadpatentieren,
sodaß viel Zeit und Kosten bei der Herstellung von Staiildraht für die Weiterverarbeitung
durch Zichen eingespart werden.