DE2242388B1 - Verfahren zur Behandlung von Stabstahl aus der Walzhitze - Google Patents

Description

• In weiteren Veröffentlichungen, vgl. »Stahl und
• Eisen«, 63 (1943), S. 399/402 und deutsche Patentschrift 938 128, wird über Ergebnisse von Versuchen berichtet, bei denen Kugellager- und Vergütungsstähle aus der Walzhitze bei Temperaturen um 7000 C weichgeglüht werden. In diesem Fall soll, unabhängig von dem Gefügezustand, eine für eine spanabhebende Bearbeitung ausreichend niedrige Festigkeit erzielt werden. Einsatzstähle können nach diesem Verfahren nicht behandelt werden, da sie zu weich anfallen und »schmieren«. Sie werden deshalb in der erwähnten Arbeit ausdrücklich ausgeklammert.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorteile einer Behandlung aus der Walzhitze auf den besonderen Fall des in schneller Walzfolge anfallenden Stabstahles zu übertragen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die für eine BG-Behandlung übliche und notwendige Zeittemperaturfolge des Stahles in mehrere Teilschritte aufgeteilt und in verschiedenen Vorrichtungen durchgeführt wird: 1. Die Walzader wird bei Walzendtemperatur auf Gebrauchslänge unterteilt.
• 2. Die einzelnen Stäbe werden beschleunigt, aber geregelt an Luft auf definierte Temperaturen unter Aci abgekühlt.
• 3. Die Stahlstäbe werden gesammelt und in mehrlagigen Stapeln von mindestens 100 mm Gesamthöhe zusammengefaßt.
• 4. Der Stabstahl wird als Stapel nach einer Verweilzeit im Ofen bis zu 180 Minuten zur beliebigen Abkühlung aus dem Ofen entladen.
• Das Verfahren zur Wärmebehandlung von Einsatzstählen in Form von warmgewalztem Stabstahl zwecks Erzielung eines zeilenfreien ferritisch-perlitischen Gefüges bester Zerspanbarkeit, wobei die aus dem Fertigstich kommende Walzader bei oder kurz unterhalb der Walzendtemperaturen auf Gebrauchslängen unterteilt wird und der Stabstahl geregelt auf Temperaturen im Bereich der Perlitumwandlung abgekühlt wird, wird somit erfindungsgemäß so durchgeführt, daß die Stäbe mit einer Temperatur im Bereich der Perlitumwandlung in einen Durchlaufofen quer zur Längsachse eingebracht und in mehrlagigen Stapeln von mindestens 100 mm Gesamthöhe gesammelt bei konstanter Temperatur durch den Ofen gefördert werden, und daß die Stapel nach Vollzug der Umwandlung oder später aus dem Ofen zur beliebigen Abkühlung entladen werden.
• Es ergeben sich die folgenden Vorteile, die zusammen erst die Behandlung von Stabstahl aus der Walzhitze in schneller Walzfolge ermöglichen: Zu 1: Die Behandlung aus der Walzhitze nach dem Schneiden auf Gebrauchslänge begrenzt die räumliche Ausdehnung der folgenden Behandlungsanlagen erheblich. Während eine Behandlungsanlage für die volle Walzlänge von z. B. 25 m und länger ausgelegt sein müßte, kommt man bei Behandlung des zerteilten Stabstahls mit einer Anlagenlänge von unter 6 m aus.
• Zu 2.: Die geregelte Abkühlung der einzelnen Stäbe durch geregelte Durchfahrgeschwindigkeit durch eine Luftkühlstrecke ermöglicht einen Ausgleich unterschiedlicher Stabtemperaturen auf gleiche Umwandlungstemperatur, mit der der Stab in den Ofen gelangt. Die beschleunigte Abkühlung aus der Walzhitze verhindert darüber hinaus eine Umwandlung in Temperaturbereichen, in denen mit Zeilenausbildung gerechnet werden muß.
• Zu 3.: Während bei den üblichen Verfahren für BG-Behandlung von Stabstählen verschiedene Temperaturbereiche in einem Wärmebehandlungsaggregat durchlaufen werden müssen, wird nach der erfindungsgemäßen Anordnung der isotherme Behandlungsteil in ein getrenntes Behandlungsaggregat verlegt. Daraus ergibt sich, daß die mit 6500 C einlaufenden Stäbe keine Temperaturänderung zu erfahren brauchen, sondern lediglich die Einwurftemperatur über die gesamte Umwandlungszeit beibehalten muß. Die notwendige Temperaturänderung des Stabstahls führt bei den üblichen Behandlungsverfahren notwendigerweise dazu, daß der Stabstahl nur einlagig oder zweilagig den Ofen durchlaufen kann, vgl. »Stahl und Eisen«, 80 (1960) S. 1049/60.
• Bei der außerordentlich schnellen Walzfolge (z. B.
• 3 bis 5 Sekunden) und bei einer notwendigen Behandlungszeit von z. B. 2 Stunden würde die Ofen fläche bei einer Einzel- oder Doppellage des Stabstahls so groß werden müssen, daß der Ofen technisch nicht realisierbar und wirtschaftlich nicht sinnvoll wäre. Nach dem erfindungsgemäßen Vorgehen muß der Stabstahl im Ofen keine Temperaturänderung erfahren, so daß die Notwendigkeit einer begrenzten Lagenzahl fortfällt. Erfindungsgemäß wird der Stabstahl in einer Vielzahl von Stäben zusammengefaßt, z. B. in einen Stapel, der etwa 5 t Stabstahl beinhaltet. Auf diese Weise wird die schnelle Stabfolge von wenigen Sekunden in eine Bundfolge von mehreren Minuten übertragen.
• Zu 4.: In zusammengefaßter Form lassen sich große Mengen Stabstahl auf relativ begrenztem Ofenraum durch den Ofen transportieren, so daß auf kleiner Ofenfläche große Mengen Stabstahl sehr lange Zeit isotherm behandelt werden können.
• Die Zeichnung zeigt als Beispiel eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei 1 werden die bereits auf Länge geschnittenen Stäbe zugeführt. Sie sind mit Hilfe einer nicht dargestellten Trennvorrichtung unterteilt. 2 kennzeichnet Luftdüsen zu beschleunigter Abkühlung; 3 ein Zufuhrkettenband, das die Stäbe quer zu ihrer Längsachse befördert. 10 bezeichnet den Durchlaufofen mit dem Einwurfende 11 und dem Austragende 13. 15 bezeichnet ein mit Trenneinrichtungen (Rungen) versehenes Transportband, das an den Wendepunkten 16 und 17 umgelenkt wird; dabei ist bei 17 eine nicht dargestellte Antriebsvorrichtung. 18 kennzeichnet eine dem Fachmann im einzelnen geläufige Beheizungseinrichtung, durch die der Ofeninnenraum auf konstanter Temperatur gehalten wird.
• Durch eine langsame absatzweise Bewegung des Transportbandes 15 werden die Stapel innerhalb von bis zu 3 Stunden durch den Ofen befördert und nach beendigter Behandlung zur weiteren Abkühlung am Austragende 13 ausgeworfen.
• Für die betriebliche Behandlung eines Einsatzstahles oder Güte 20Mo Cr4 gelten beispielsweise die nachstehenden Betriebsdaten: Eine Duo-Straße mit einer Leistung von 54t/h bringt mit einer Folgezeit von etwa 34 Sekunden Walzadern dieses Einsatzstahles, 50 mm Durchmesser, bei einer Walzendtemperatur von 9500 C. Die Walzader hat ein Gewicht von 600 kg und eine Durchlaufzeit beim letzten Gerüst von 30 Sekunden.
• Diese Ader wird in einer Trennvorrichtung (in der Zeichnung nicht dargestellt) zu 6 m langen Einzelstäben unterteilt. Diese werden mit Hilfe der Luftdüsen 2 angeblasen und dadurch beschleunigt auf 6500 C (d. h. deutlich unter Ac) abgekühlt. Mit dieser Temperatur fallen die Stäbe unverzüglich in den auf 6500 C befindlichen Ofen, und zwar in die erste der sich durch den Ofen bewegenden Taschen.
• Nach Füllung dieser Tasche wird das Band durch den bei 17 angreifenden Antrieb satzweise um eine Stapelteilung vorwärts bewegt. Da bei einer Breite dieser Stapel (Rungenabstand) von 0,5 m eine Tasche 60 Stäbe aufnehmen kann (d. h. ein Stapelgewicht von etwa 6t), wird das Band alle 6 Minuten um eine Tasche vorwärts bewegt.
• Es durchläuft somit den 10 m langen Ofen innerhalb von 2 Stunden. Während dieses Durchlaufes wandelt der Stahl isotherm um und bildet Schwarzweißgefüge.
• Bei Umstellung auf eine andere Abmessung oder auf eine andere Stahlgüte wird das Zellenband so gesteuert, daß in einem Stapel keine unterschiedlichen Güten bzw. Abmessungen vereinigt sind; vielmehr wird der Ofen so gesteuert, daß die einzelnen Walzlose getrennt durchgeführt und ausgeworfen werden.
• Die Sammlung und Aufstapelung des Stabstahles kann auch anders als im Vorderteil des Durchlaufofens erfolgen, z. B. in Containerähnlichen, einzelnen Transporteinrichtungen, die, vorzugsweise angewärmt, außerhalb des Ofens mit den Stahlstäben beladen werden, bis die gewünschte Höhe des aufgestapelten Gutes erreicht ist, worauf der Einschub des »Containers« in den Durchlaufofen erfolgt.
• Der durch die Erfindung bewirkte Fortschritt ist auch daran zu ermessen, daß in einem Stabstahldurchlaufofen herkömmlicher Bauart, der die Beschickung nur in einer Lage aufnimmt, bei einer Breite von 6 m eine Ofenlänge von 60 m erforderlich wäre. Abgesehen davon, daß ein derartiger Ofen wegen der hohen Investitions- und Betriebskosten nicht wirtschaftlich arbeiten würde, wäre die exakte Temperaturbeherrschung in einem derart großen Ofenraum mit erheblichen Schwierigkeiten verbunden.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Einsatzstählen in Form von warmgewalztem Stabstahl zwecks Erzielung eines zeilenfreien ferritisch-perlitischen Gefüges bester Zerspanbarkeit, wobei die aus dem Fertigstich kommende Walzader bei oder kurz unterhalb der Walzendtemperaturen auf Gebrauchslängen unterteilt wird und der Stabstahl geregelt auf Temperaturen im Bereich der Perlitumwandlung abgekühlt wird, d a -durch gekennzeichnet, daß die Stäbe mit einer Temperatur im Bereich der Perlitumwandlung in einen Durchlaufofen quer zur Längsachse eingebracht und in mehrlagigen Stapeln mit einer Gesamthöhe von mindestens 100 mm gesammelt bei konstanter Temperatur durch den Ofen gefördert werden und daß die Stapel nach Vollzug der Umwandlung oder später aus dem Ofen zur beliebigen Abkühlung entladen werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Verweilzeit der Stapel im Ofen bis 180 Min. beträgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapel mindestens 200 mm hoch sind.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapel mindestens 400 mm hoch sind.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapel taktweise durch den Ofen gefördert werden.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Aufstapeln der Stäbe im Vorderteil am Einwurfende des Durchlaufofens vornimint.
7. 7. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Kombination einer Trennvorrichtung zum Ablängen von Stäben, mit einer Kühlstrecke (2) hinter dem Fertiggerüst der Warmwalzstraße, mit einem Durchlaufofen (10) und mit Einrichtungen zum Stapeln des Stabstahis quer zur Walzrichtung bzw. stapelweisen Fördern des Glühgutes durch den Ofen.
8. 8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Durchlaufofen ein mit Trenneinrichtungen, wie Rungen, versehenes endloses Förderband (15) vorgesehen ist.

   Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Wärmebehandlung von Stabstahl auf beste Verarbeitbarkeit (Zustand BG nach DIN 17210 s. Tabelle 2 und Abschnitt 3.4) unmittelbar aus der Walzhitze, wobei das Verfahren eine Anpassung der zum Teil langen (bis über 2 h dauernden) Umwandlungszeiten an den üblichen schnellen Walzrhythmus bei der Walzung von Stabstahl ermöglicht. Zur Erzielung bester und möglichst gleichbleibender Bear- beitbarkeit von Einsatzstahl, wird die Einstellung eines Gefüges entsprechend dem Zustand BG angestrebt. Das Gefüge soll möglichst zeilenfrei und frei von Zwischenstufe sein. Es ist heute üblich, den BG-Zustand durch eine Behandlung des Stabstahls in einem Rollendurchlauf ofen zu erzeugen, in dem der aus der Walzhitze auf Raumtemperatur erkaltete Stabstahl in Einzel- oder Doppellage durch den Ofen geschickt, dort zunächst austenitisiert und anschließend nach einem Temperatursturz auf 6500 C umgewandelt wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß vor allem gegen Zeiligkeit anfällige Güten nach dem beschriebenen Verfahren nicht zeilenfrei hergestellt werden können.

   Diese Zeiligkeit kann jedoch erheblich vermindert oder ganz beseitigt werden, wenn eine Behandlung auf Schwarz-Weiß-Gefüge aus der Umformhitze erfolgt. Es ist bereits bekannt, daß ein solches zeilenfreies BG-Gefüge durch eine direkte Behandlung aus der Walzhitze erzielt werden kann und daß sich dabei diese Vorteile hinsichtlich einer geringerenZeiligkeit des BG-Gefüges ergeben, vgl. »Stahl und Eisen« 85 (1965) Nr. 22, S. 1458/9. So wird die Behandlung von Schmiedestücken auf beste Zerspanbarkeit in vielen Fällen auch in der Praxis aus der Walzhitze durchgeführt, vgl. »Stahl und Eisen« 83 (1963) S. 1477/84. Eine Behandlung von Stabstahl aus der Walzhitze konnte bisher in der Praxis jedoch noch nicht zur Anwendung kommen, da es bisher nicht möglich war, die zum Teil langen Behandlungszeiten (bis über 2 Stunden) der schnellen Walzfolge beim Walzen von Stabstahl anzupassen.

   In der Literatur werden verschiedentlich Verfahren zur Behandlung von Vergütungs- und Einsatzstählen aus der Walzhitze beschrieben. Hierbei handelt es sich um eine Härtung bzw. Vergütung oder eine Weichglühung aus der Walzhitze. Zur Vergütung wird der Stahl nach der Walzung in Gebrauchslängen unterteilt und anschließend an Luft, in Öl, Wasser oder in einem Salzbad abgeschreckt. Es folgt eine anschließende Anlaßbehandlung. Bei der Beschreibung dieser Verfahren wird zum Teil auf die Vorteile und auf die Notwendigkeit eines Wärmeausgleichofens hingewiesen, vgl. »Stahl und Eisen« 63 (1943), S. 312/22. Dieser Ofen nimmt die auf Gebrauchslänge unterteilten Stäbe mit Walzendtemperatur auf und ermöglicht einen Temperaturausgleich über Stablänge und -querschnitt und von Stab zu Stab. Dieser Ofen hat den Sinn, bei der anschließenden Härtung Härterisse zu vermeiden und die technologischen Eigenschaften des vergüteten Stahls zu vereinheitlichen. Solche Ausgleichöfen wurden zum Teil als Schrägrollenöfen ausgelegt, wodurch naturgemäß nur eine geringe Verweilzeit zum Temperaturausgleich und das nur bei sehr langsamer Walzfolge möglich ist. In einem solchen oder ähnlich ausgeführten Ofen wurden Durchsatzleistungen von 2 bis 6 t/h im Stabstahlabmessungsbereich zwischen 50 und 90mm ¢ erzielt, bei Verweilzeiten von nur wenigen Minuten, vgl. »Stahl und Eisen«, 62 (1942), S. 1002/5. In den heutigen, weitgehend automatisierten Stabstahlstraßen wird demgegenüber mit Walzleistungen von 50 t/h und mehr gewalzt. Zur isothermen Umwandlung von Stählen auf lamellarperlitisches-ferritisches Schwarz-Weiß-Gefüge sind bei einigen Stahlzusammensetzungen Umwandlungszeiten von 2 Stunden und länger notwendig.