DE2261878A1

DE2261878A1 - Verfahren zur erzeugung von hochgekohlten stabstahlabschnitten zur herstellung von stahlfeilen

Info

Publication number: DE2261878A1
Application number: DE19722261878
Authority: DE
Inventors: John Gilbert Cutton
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1971-12-22
Filing date: 1972-12-18
Publication date: 1973-06-28
Also published as: AU4970472A; JPS4870615A; SE381287B; AU460981B2; US3820372A; BE793276A; CA971776A; GB1412601A

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.

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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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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

Patentansprüche

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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