DE2261878A1 - Verfahren zur erzeugung von hochgekohlten stabstahlabschnitten zur herstellung von stahlfeilen - Google Patents
Verfahren zur erzeugung von hochgekohlten stabstahlabschnitten zur herstellung von stahlfeilenInfo
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Description
18. Dezember 1972
USS ENGINEERS AND CONSULTANTS, INC.
600 Grant Street, Pittsburgh, Pennsylvania, USA
Verfahren zur Erzeugung von hochgekohlten Stabstahlabschnitten sur Herstellung von
Stahlfeilen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von · hochgekohlten Stabstahlabschnxtten zur Herstellung von
Stahlfeilen. Dabei bezieht sich die Erfindung insbesondere auf Flachstahlfeilen, die aus flachen Stabstahlabschnitten
hergestellt sind.
«S3**·
Stahlfeilen werden üblicherweise aus warmgewalzten, hochgekohlten
Stahlstäben hergestellt. Die Sialilstäbe werden in der Wärme auf Stab stahl straßen aus Stahlknüppeln, auf
die Endquerschnitte ausgewalzt, die üblicherweise eine Querschnittsfläche von weniger als 25 χ 25 mm besitzen,
und werden nachfolgend auf Abschnitte untersolixedlicher
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Länge zugeschnitten. Der Feilenhersteller erwirbt dann diese StabBtahlabschnitte und stellt daraus Feilen her.
Dabei werden dann die Stabstahlabschnitte zu Feilenrohlingen der angestrebten Gestalt zugeschnitten und diese
Rohlinge werden nachfolgend geglüht und zwecks Entfernung des Walzzunders geschliffen. Dann werden die"
Feilenzähne oder-kerben in die Rohlinge hineingeschnitten.
Abschließend werden die Feilen mit Hilfe einer geeigneten Wärmebehandlung zu gebrauchsfertigen Feilen gehärtet, wobei
die Wärmbehandlung die Anwendung von Bleibädern und SaIzlösungs-Abschreckbehältern
umschließt·
Wegen der relativ geringen Größen der verwendeten Stahlstäbe ist das oben beschriebene Warmwalzverfahren umständlich
und kostspielig. Der Grund dafür ist nicht nur darin zu sehen, daß zum Erreichen derart kleiner Abmessungen große
Stichabnahmen erforderlich sind, sondern liegt auch darin, daß das Warmwalzen von derart schmalen Stäben zu der Erzeugung
eines beträchtlichen Anteils von Ausschuß auf Grund von Walzfehlern und mangelnder Maßgenauigkeit führt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiger
arbeitendes Verfahren zur Erzeugung von hochgekohlten Stabstahlabschnitten zu schaffen, welches insbesondere
die Verringerung der beim Feilenhersteller im letzten Produktionsabschnitt bei der Herstellung von ötahlfeilen anfallenden
Kosten gestattet.
Dieee Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß hochgekohlter
Stahl warm zu Halbzeug ausgewalzt wird, daß das Halbzeug in einem Temperaturbereich zwischen 871 und 1204°C
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V-V ·
auf einer Breitbandstraße warm zu Bandstahl ausgewalzt wird, wobei die Dicke des Bandstahls im wesentlichen der "
Dicke der Stabstahlabschnitte entspricht, während die
Breiten- und Längenabmessungen des Bandstahls jeweils ein Vielfaches der entsprechenden Abmessungen der Stabstahlabschnitte
betragen, daß der Bandstahl bei einer Temperatur von mehr als 538 °C aufgehaspelt und das Bund wenigstens
zwei Stunden lang bei einer reduzierenden Temperatur oberhalb der A^-Temperatur im Ofen geglüht und das Bund
zur Ausbildung von kugeligen Karbidausscheidungen bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 11 bis 22 °C/h auf
eine Temperatur um 677 °C abgekühlt wird, daß das Bund
im Ofen auf eine unterhalb von 204 0C liegende Temperatur
abgekühlt wird, daß der abgehaspelte Bandstahl in Stabstahl mit der Breite der angestrebten Stabstahlabschnitte
aufgeteilt wird und daß die Stabstahlabschnitte auf die Längen der angestrebten Stabstahlabschnitte oder Feilenrohlinge
zugeschnitten werden.
Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte geglühte
und in Abschnitte unterteilte Stabctahl besitzt einen rechteckigen Querschnitt, welcher zur Herstellung
von Feilen andersartiger Gestalt in abgewandelter Form erzeugbar ist. Die Stabstahlabschnitte sind jedoch insbesondere
zur Herstellung von flachen Stahlfeilen geeignet und die nachfolgende Beschreibung einer Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf flache Feilen abgestellt.
Obgleich zur Herstellung von· Stahlfeilen unterschiedliche
Stabstahlgrößen und -formen verwendet werden, wie beispielsweise dreieckige, rund6, flache, ovale, halbovale Quer-
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schriitte usw. , nehmen die flachen Stahlfeilen innerhalb
der gesamten Stahlfeilenproduktion den größten Anteil ein. Allein bei den flachen Stahlfeilen besteht eine Vielzahl
von hergestellten Abmessungen, welche viele Größen unterechiedlicher
warmgewalzter Ausgangsmaterialien erfordern.
Die am meisten verbreiteten Größen besitzen Querschnitte von 15,8 χ 2,95 mm, 18,25 x 3,4 mm, 24,2 χ 2,9 mm und
15,8 χ 3,9 mm.
Wie auch die bekannten Arbeitsweisen, geht das Verfahren
nach der Erfindung von einem in der Wärme, auszuwalzenden, hochgekohlten Stahl mit 1,05 bis 1,50% Kohlenstoff aus,
der eine zur Herstellung von Feilenstählen geeignete chemische Zusammensetzung besitzt. Die typische chemische Zusammensetzung
eines derartigen Feilenstahls enthält 1,20 bis 1,30% Kohlenstoff, o,30 bis 0,40% Mangen, 0,10 -bit*
0,30% Silizium und 0,12 bis 0,1?% Chrom. Im Gegensatz
zu den aus dem Stand der Technik bekannten Arbeitsweisen wird jedoch gemäß der Erfindung der Stahl ?.icht zu Knüppeln
ausgewalzt und anschließend mit Hilfe einer Stabstahlstraße zu Stabmaterial verarbeitet, sondern zunächst warm zu Halbzeug
ausgewalzt und dann in der Wärme auf einer Breitbandstraße
auf Abmessungen von 2,03 bis 4,06mm heruntergewalzt und im warmen Zustand aufgehaspelt. Das Warmwalzen des
Flachstahls sollte bei einer hinreichenden Temperatur, üblicherweise von mehr als 1149 0O begonnen werden, so
daß der Walzvorgang bei einer Temperatur von ötwa 87I G
vollendet ist. Anschließend v/ird das Stahlband bei einer bevorzugten Temperatur zwischen 649 und 704 0C zu Bunden
aufgehaspelt, wobei jedoch in jedem Fall zu verhindern ist,
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daß sich das Band auf eine Temperatur von weniger als 593 0C abkühlt, bevor das Aufhaspeln stattfindet. Nach
dem Aufhaspeln kann das Band auf die Außentemperaturen abgekühlt werden.
Wegen seines hohen Kohlenstoffgehaltes ist .das abgekühlte
Bund aus warmgewalztem Bandmaterial hart und spröde, was auf das karbidhaltige perlitische Peingefüge zurückzuführen ist.
Das Band ist derart spröde, daß es sich nicht ohne Ausbildung von Rissen abwickeln läßt. Aus diesem Grunde wird
das Band im aufgewickelten Zustand einer zur Ausbildung kugeliger Karbidausscheidungen geeingeten Weichglühung unterzogen.
Insbesondere wird das Bund einer Kastenglühung in reduzierender Atmosphäre bei einer eben oberhalb der A^-Temperatur, d.h.
eben oberhalb von 721 0C liegende Temperaturen geglüht, um
den Perlit zu austenitisieren. Dabei werden den Glühtemperaturen innerhalb des Temperaturbereiches von 732 bis
74-9 0C bei Glühzeiten von wenigstens zwei Stunden bevorzugt.
Anschließend muß das Bund langsam in der reduzierenden Atmosphäre auf eine beträchtlich unterhalb der A,,-Temperatur
liegende Temperatur abgekühlt werden, um die Abscheidung von kugeligen Karbiden zu fördern. Zu diesem Zweck wird
das Bund mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 22 °C/h auf die A,,-Temperatur von 721 0C abgekühlt. Die anschließende
Abkühlung erfolgt mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von etwa 11 C/h durch den kritischen Temperaturbereich
auf etwa 677 °C, wobei sich in dieser Zeit die kugelgraphitischen
Karbide ausscheiden.
Nach der Ausscheidung der Karbide spielt zwar die Abkühlungsgeschwindigkeit
keine große Rolle, jedoch sollte das Bund in der reduzierenden Atmosphäre so lange wie
nötig verbleiben, um eine Oberflächenoxydation zu vermei-
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den. Das bedeutet, daß das Bund bis zu einer Abkühlung auf unter 204- 0G im Ofen verbleiben kann.
Die Ubervmchung der OfenatmoSphäre während des obengenannten
Glühvorganges ist wichtig, um ein zufriedenstellendes Ergebnis zu erzielen. Die Glühatmosphäre muß ihrer Natur
nach reduzierend sein, um den bei der Warmwalzung gebildeten Walzzunder zu entfernen. In dieser reduzierenden Atmospähre
wird der in erster Linie aus Eisenoxyden bestehende
Walzzunder zu einem metallischen Eisen reduziert, welches sich wie ein Film auf der Bandoberfläche erstreckt. Zusätzlich
ist es selbstverständlich wichtig, daß der Kohlenstoffgehalt den Stahles aufrechterhalten wird und daß demzufolge
entkohlende Bedingungen während der Glühbehandlung zu vermeiden sind. Aus diesem Grunde soll der Glühvorgang
deshalb so schnell wie möglich durchgeführt werden, um die Entkohlung co gering wie möglich zu halten und trotzdem
einen gut ausgebildeten kugeligen Gefügeaufbau zu erhalten. Wichtiger ist jedoch der bedeutsame Umstand, daß die Glühatmosphäre
einen Taupunkt von weniger als -9*4- C besitzt,
um die Entkohlung so gering wie möglich zu halten. Wegen der Anwesenheit des Walzzunders ist es jedoch schwierig,
einen .Taupunkt von weniger als 9*4- °G zu erzielen, da
der mit Wasserstoff reduzierte Walzzunder V/asser erzeugt. Um dieses Problem zu umgehen, wird das Glühen ohne Einstellung
des Taupunktes begonnen und das Bund in einer reduzierenden Atmosphäre aufgeheizt, bis eine Temperatur
von 593 0C erreicht ist. lot die Temperatur von 593 1G
erreicht, so ist der gesamte Walzzunder zu Eisen reduziert worden, wobei nur eine ganz geringe Oberflächenentkohlung
in der Größenordnung von O1025'I- bis 0,0508 mm aufgetreten
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ist. Bei dieser oberhalb von 593 0C liegenden Temperatur
wird der Taupunkt auf einen Wert von weniger als -9*4- °C
eingestellt und dann das Aufheizen des Bundes fortgesetzt. Da der Qberflächen-Walzzunder bei 593 C vollständig reduziert
ist, sind keine weiteren Taupunkt-Einstellungen erforderlich. Zum möglichst raschen Erreichen des Taupunktes
ist es außerdem vorteilhaft, daß das Bandmaterial frei von Wasser, Rost, öl ubw. ist.
Besonders gute Ergebnisse v/erden erzielt, wenn die Glühtemperatur nach der Einstellung des Taupunktes 5 Stunden
lang innerhalb eines Temperaturbereiches zwischen 732 und
74-9 0C gehalten wird. '
Nachdem das Stahlband der oben beschriebenen Glühung auf kugeligen Zementit unterworfen worden und abgekühlt ist,
wird das Bund abgehaspelt und in die angestrebten Breitenabmessungen aufgeteilt und' auf die Längenabmessungen der
angestrebten Stabstahlabschnitte zugeschnitten. Vor dem
Zerteilen kann das Band einer leichten Walzung unterzogen werden, um, falls dieses gewünscht, die Auswirkungen des
vorherigen Wickelzustandes zum Verschwinden zu bringen.
Es sei unterstrichen, daß das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung der Stababschnitte mehr Verfahrensschritte
benötigt, als das im Stand der Technik bekannte Verfahren. Insbesondere erfordert das erfindungsgemäße Verfahren die
Schritte des Aufhaspeins, Glühens und Zerteilens, welche bei den bekannten Verfahren nicht ausgeführt v/erden. Diese
zusätzlichen Verfahrensschritte führen selbstverständlich
zu zusätzlichen Kosten bei der Herstellung der Stabstahlabschnitte. Andererseits bringt die Verwendung einer herkömmlichen
Breitbandstraße zum Warmwalzen im Vergleich mit
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dem Warmwalzen der einzelnen schiaalen Stäbe auf einer Stabstahlstraße eine beträchtliche Kostenersparnis,
welche mehr als ausreichend ist, um die Kosten der zusätzlichen Verfahrensschritbe aufzuwiegen. Aus diesem
Grunde kann das Hüttenwerk dem Feilenhersteller die geglühten Stabstahlabschnitte zu einem wesentlich geringeren
Preis anbieten als das ungeglühte Stabstahlmaterial, welches nach dem bekannten Verfahren hergestellt wurde.
Die Kostenersparnis liegt jedoch nicht allein bei dem
Hüttenwerk, da die beim Feilenhersteller erforderlichen Maßnähmen durch den Kauf eines bereits geglühten Stahls
vereinfacht werden. Nach dem Empfang der geglühten Stabstahlabschnitte
schneidet der Feilenhersteller die Stabstahlabschnitte zu geeigneten Feilenrohlingen, was er
auch früher zu tun hatte. Im Gegensatz zu seiner früheren Arbeitsweise braucht er jedoch die Feilenrohlinge nichi
mehr zu glühen, sondern kann direkt die Bearbeitung der Oberflächen der Feilenrohlinge in Angriff nehmen. Bei
den auf bekannte Weise hergestellten Stabsiahlabschnitten war eine solche Oberflächenbearbeitung, insbesondere ein
Schleifen, erforderlich, um den Walzzunder zu entfernen, der während des Warmwalzens aufgetreten war. Demgegenüber
ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Oberflächenbearbeitung erforderlich, um die dünne Außenschicht
aus reinem Eisen zu entfernen, die während des Glühens auf kugeligem Zementit entstanden ist und um
die dünne äußere entkohlte Stahlschicht zu entfernen.
Nachdem die Feilenrohlinge geschliffen sind, um das unter
der Oberfläche liegende hochgekohlte Material frei-
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zulegen, werden die Feilenzähne oder -kerben geschnitten
und wird das Metall gemäß bekannter Arbeitsweisen wieder gehärtet* Gemäß dieser bekannten Arbeitsweisen werden die
einzelnen Feilen in ein schmelzflüssiges Bleibad von 788 C
getaucht und in demselben etwa drei oder vier Minuten gehalten. Anschließend werden sie in"einer gesättigten Salzlösung
bis zur Abkühlung abgeschreckt.
Wie bereits erwähnt, ist das Verfahren nach der Erfindung insbesondere für den Feilenhersteller attraktiv, da es ihm
auf mancherlei Art Kostenersparnisse bringt. In erster Linie sind die Stahlstäbe selber wegen der Kostenersparnis
billiger, die beim,Warmwal7,en auf der Breitbandstraße
gegenüber dem Walzen auf der Stabstahlstraße auftritt.
Ferner kann der Feilenhersteller, wie bereits erwähnt, den kostspieligen Verfahrensschritt des Glühens der Stäbe
vor dem Schleifen und Schneiden der Zähne oder Kerben vermeiden, lieben den beiden obengenannten Kostenersparungen
gestattet das Verfahren nach der Erfindung dem Feilenhersteller noch weitere Möglichkeiten, seine Arbeitsv/eise
zwecks Erzielung größerer Fostenvorteile abzuändern. So
kann der Feilenhersteller beispielsweise, falls er dieses wünscht, den Stahl in Bundform beziehen und das Glühen und
nachfolgende Aufteilen selbst durchführen. Wegen der technologischen Schwierigkeiten und äußerst kostspieligen
Einrichtungen zum Warmwalzen von kleinen Stababmessungen auf Stabstahlstraßen gemäß der im Stand der Technik bekannten
Arbeitsweisen konnte warmgewalzter Stahl lediglich in Form von zugeschnittenen Stabstahllängen angehoben werden
a Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch mögljch geworden, Feilenstähle in Form von ungeglühben
oder' geglühten Bunden aus dem Hüttenwerk zu ver-
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senden. Dieses vereinfacht nicht nur die Handhabe der Stahlabschnitte, sondern durch das Kaufen von Stahl in
Bundform braucht der Hersteller nicht eine große Vielfalt von Stabgrößen auf Lager zu halten. So lassen sich
insbesondere Feilenrohlinge jeder beliebigen Breite und Länge durch Aufteilen und Zuschneiden aus einem einzigen
Bund erzeugen. Ein zusätzlicher Vorteil liegt noch darin,
daß das Verfügbarsein von geglühtem Stahl dem Feilenherst-eller
die Möglichkeit einräumt, Feilen von anderer als flacher Gestalt herzustellen. So können beispielsweise
halbrunde oder halbovale Feilen mit Hilfe einer geeigneten Schmiedebehandlung aus dem geglühten Stabmaterial
hergestellt werden.
Zur Erläuterung der Erfindung mit Hilfe eines Beispiels wurde eine Versuchscharge hergestellt und nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren weiter verarbeitet. So wurde in einem Herdofen eine Charge mit der folgenden Fertig-Analyse
erschmolzen: Kohlenstoff 1,33%» Mangan 0,29%,
Phosphor 0,011%, Schwefel 0,034%, Silizium 0,19%, Nickel 0,01%,
Chrom 0,14% .
Die Gußblöcke wurden zerteilt und nachfolgend zu vier Knüppeln von 425»4 x 146 mm ausgewalzt. Die Knüppel wurden
auf 1149 0C erhitzt und auf einer 1111,2 mm-Bandßtraße in
der Wärme auf 435 x 2,95 nim he runt er gewalzt und aufgehaspelt.
Die Walz-Endtemperatur betrug 888 C und die
Bänder wurden bei 6'/1 0G aufgehaspelt. Nach dem Abkühlen
zeigte der Bandstahl ein kai'bidhaltiges, perlitisches Feingefüge
mit einer Rockwell "C"-Härte von 26 bis 27. Nachfolgend
wurden die Bunde in einer reduzierenden Atmosphäre auf 593 °C erhitzt, worauf die Atmosphäre auf einen Taupunkt
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von weniger als -9,4- °C eingestellt vrurde. Anschließend
wurden die Bunde acht Stunden lang bei 74-0,5 0G geglüht.
Nach dem Glühen wurden die Bunde, bei einer Abkühlungsgeschwindigkeit
von 22 °C/h-auf 721 0C abgekühlt und anschließend
bei einer Abkühlungsgesclwindigkeit von 11 °C/h
auf 677 0C abgekühlt. Von 677 °C auf 204 0C wurde das
Bund im Ofen in einer Schutzatmospare abgekühlt, während
unterhalb von 204- 0C die Abkühlung der Bunde an Luft erfolgte.
Die Untersuchung des geglühten Feingefüges zeigte, daß die Karbide zu 100% in Kugelgestalt vorlagen und daß ■
die Entkohlungstiefe 0,058 bis 0,0762 mm betrug. Die Bunde wurden bei 93 0C auf einer herkömmlichen Zerteileinrichtung
ohne Schwierigkeiten aufgeteilt und auf Längen von 182,9 cm zugeschnitten. Der zugeschnittene Stabstahlabschnitt
besaß eine Rockwell MB"-Härte von 85-87.
Die in der beschriebenen Weise hergestellten Stabstahlabschnitfce
wurden zu einem Feilenhersteller versandt, welcher daraus entsprechend der oben beschriebenen Arbeitsweise
Feilen herstellte. Bei dieser Arbeitsweise wurden die Stabstahlabschnitte zu Feilenrohlingen zerschnitten und.
wurden die Oberflächen geschliffen, um die nicht-enbkohlten
Oberflächenschichten freizulegen. Anschließend wurden Kerben hineingeschnitten und die Werkstücke abschließend
mit Hilfe eines geeigneten Bleibades und einer Abschreckung in einer Salzlösung gehärtet. Der Feilenhersteller berichtete,
daß. die Feilen zur größten Zufriedenheit ausgefallen Waren.
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Claims (6)
1. Verfahren zur Erzeugung von hochgekohlten Stabstahlabschnitten
zur Herstellung von Stahlfeiler., dadurch gekennzeichnet , daß hochgekohlter Stahl
warm zu Halbzeug ausgewalzt wird, daß das Halbzeug in einem Temperaturbereich zwi sehen 87"I und 1204- C auf
einer Breitbandstraße warm zu Bandstahl ausgewalzt wird, wobei die Dicke des Bandstahls im wesentlichen der Dicke
der Stabstahlabschnitte entspricht, während die Breiten- und Längenabmessuhgen des Bandstahls jeweils ein Vielfaches
der entsprechenden Abmessungen der Stabstahlabschnitte betragen, daß der Bandstahl bei einer Temperatur
von mehr als 538 C aufgehaspelt und das Band wenigstens
zwei Stunden lang bei einer reduzierenden Temperatur oberhalb der Al-Temperatur im Ofen geglüht und das Bund zur
Ausbildung von kugeligen Karbidausscheidiingen bei einer Abkühlgeschwindigkeit von 11 bis 22 °G/h auf eine Tempera
uur um 677 C abgekühlt wird, daß das Bund im Ofen auf
eine unterhalb von 204 C liegende Temperatur abgekühlt
wird, daß der abgehaspelte Bandstahl in Stabstahl mit der Breite der angestrebten Stabstahlabschnitte aufgeteilt
wird und daß die Stabstahlabschnitte auf die Längen der angestrebten Stabstahlabschnitte oder Feilenrohlinge
zugeschnitten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ofenglühung eine Kastenglühung
bei einer Temperatur zwischen 732 und 7^-9 0C darstellt.
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3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet
, daß der Taupunkt der reduzierenden Atmosphäre zwecks Verringerung der Entkohlung auf einen
Wert von weniger als -9,4- 0G eingestellt wird, nachdem
eine Glühtemperatur von 593 °C erreicht ist und der Walzzunder
zu einer dünnen Schicht aus metallischem Eisen reduziert wurde.
4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Stabstahlabschnitte oder
Feilenrohlinge zur Entfernung der dünnen Eisenschicht geschliffen werden.
5« Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abkühlungsgeschwindn gkeit
bis zu einer Temperatur von 721 0C 22°C/h und anschließend
bis zu einer Temperatur von 677 0C 11°C/h beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet t daß die Glühtemperatur nach
Einstellung des Taupunktes fünf Stünden lang auf einer Temperatur zwischen 732 und 74-9 0C gehalten wird.
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