DE2329459A1

DE2329459A1 - Verfahren zur herstellung von stahl mit hoher zugfestigkeit

Info

Publication number: DE2329459A1
Application number: DE2329459A
Authority: DE
Inventors: Alexander Buy; Marion Paul Hunt
Original assignee: Interlake Inc
Current assignee: Interlake Inc
Priority date: 1972-06-08
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1973-12-20
Also published as: BR7304305D0; CA973782A; LU67765A1; DE2329459B2; FR2187923B1; US3761323A; IT988232B; GB1421498A; NL7308088A; JPS5644131B2; NL158227B; BE800652A; SE420217B; JPS4951116A; FR2187923A1

Description

24 o22

INTERLAKE INC., Chicago, 111./USA

Verfahren zur Herstellung von Stahl mit hoher

Zugfestigkeit

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahl mit hoher Zugfestigkeit und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines duktilen Stahlbügels mit hoher Zugfestigkeit, ohne daß nach dem Kaltwalzen eine überschüssige Wärmebehandlung erfolgt. Stahlbügel mit hoher Zugfestigkeit sind bislang in der Weise hergestellt worden, daß man Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa o,45 bis etwa o,55 Gew.-% und einem Mangangehalt von etwa 0,60 bis 0,90 Gew.-% durdi eine kalte Verminderung des Stahls auf den gewünschten Wert behandelt hat, den kalt verminderten Stahl in Längsrichtung zu einer Vielzahl von Streifen der gewünschten Breite aufgespaltet hat, die kalt verminderten Streifen kontinuierlich in einen

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Ofen eingespeist hat, um die Streifen auf eine Temperatur oberhalb des kritischen Bereiches zu erhitzen und die Streifen in ein Bleibad eingeleitet hat, das auf einer vorgewählten Temperatur gehalten wurde, um die Entwicklung der angestrebten End-Kornstruktur und der physikalischen Eigenschaften als Ergebnis einer isothermischen Transformation zu beschleunigen.

Die Nachteile dieses Verfahrens sind die aufwendigen Einrichtungen, die erforderlich sind, um den Stahlbügel nach der Kaltverminderung wärmezubehandeln. Versuche, diese Nachteile zu beheben, werden z.B. in der US-PS 3 311 512 beschrieben. Die Nachteile des in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahrens liegen darin, daß ein Stahl mit hohem Mangangehalt verwendet wird, wobei der Mangangehalt etwa 1,35 bis etwa 1,65 Gew.-% beträgt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß es erforderlich ist, den kalt verminderten Stahl etwa 6 Stunden lang zu vergüten. Diese beiden Nachteile werden durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung beseitigt.

Es wurde nämlich gefunden, daß die Zugfestigkeits- und Duktilitätserfordernisse eines Stahlbügels mit hoher Festigkeit durch die vorliegende Erfindung, ausgehend von einem halb beruhigten Stahl, einem beruhigten Stahl oder einem unruhigen Stahl erfüllt werden können. Die Unterschiede zwischen den oben genannten Stählen werden z.B. in "Engineering Metals and Their Alloys" von Carl H. Samans, veröffentlicht von MacMillan Company, 1956, Seiten 219 bis 223 beschrieben.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Stahl mit hoher Zugfestigkeit, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Stahl aus der Gruppe halb beruhigter Stahl, beruhigter Stahl und unruhiger Stahl mit einem Mangangehalt im Bereich von etwa o,3 bis etwa l,o Gew.-^ und einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa o,l8 bis etwa o,34 % auf

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eine Temperatur oberhalb seiner kritischen Temperatur erhitzt, die Dicke des erhitzten Stahls durch Heißwalzen auf eine Dicke von etwa 25o bis etwa 4oo# größer als die angestrebte End-Kaltwalz· dicke vermindert, um einen heiß-gewalzten Stahl herzustellen, den heiß-gewalzten Stahl auf eine Temperatur im Bereich von etwa 288 bis 399°C (55o bis 75o°F) abschreckt, indem man den heiß-gewalzten Stahl mit einem laminaren Wasserstrom abkühlt, welcher bei Umgebungstemperatur über einen Zeitraum angewendet wird, der ausreichend ist, um die Temperaturverminderung des Stahls zu bewirken, den abgeschreckten Stahl auf Umgebungstemperatur abkühlt, um einen abgekühlten und abgeschreckten heißgewalzten Stahl zu erzeugen, die Dicke des abgekühlten und abgeschreckten heißgewalzten Stahls durch Kaltwalzen des Stahls auf eine vorgewählte Dicke vermindert, wobei die Dicke des kaltgewalzten Stahls im Bereich von etwa 4o bis etwa 25$ der Dicke des heißgewalzten Stahls liegt, um einen kaltgewalzten Stahl mit einem darauf befindlichen Schmiermittel zu erzeugen, den kaltgewalzten Stahl mit dem darauf befindlichen Schmiermittel gleichzeitig reinigt und spannungsmindert, indem man diesen in einer Schutzatmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von etwa 427 bis etwa 566⁰C (800 bis lo5o°F) über einen Zeitraum von etwa 5 Sekunden bis etwa 15 Sekunden erhitzt, um davon das Schmiermittel zu entfernen und die Spannungen zu mindern und daß man den Stahl auf Umgebungstemperatur abkühlt, um einen duktilen Stahl mit hoher Zugfestigkeit herzustellen.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Stahl mit hoher Zugfestigkeit, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Stahl aus der Gruppe halb beruhigter Stahl, beruhigter Stahl und unruhiger Stahl mit einem Mangangehalt im Bereich von etwa 0,3 bis etwa l,o Gew.-^ und einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa 0,18 bis etwa auf eine Temperatur oberhalb seiner kritischen Temperatur

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erhitzt, die Dicke des erhitzten Stahls durch Heißwalzen auf eine Dicke von etwa 25o bis etwa 4oo# seiner angestrebten End-Kaltwalzdicke vermindert, um einen heißgewalzten Stahl herzustellen, den heißgewalzten Stahl auf eine Temperatur im Bereich von etwa 288 bis 399⁰C (55o bis 75o°F) abschreckt, indem man den heißgewalzten Stahl mit einem laminaren Wasserstrom abkühlt, welcher bei Umgebungstemperatur über einen Zeitraum angewendet wird, der ausreichend ist, um die Temperaturverminderung des Stahls zu bewirken und daß man den abgeschreckten Stahl auf Umgebungstemperatur abschreckt, wodurch ein Stahl mit einer hohen Zugfestigkeit hergestellt wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines duktilen Stahlbügels mit hoher Zugfestigkeit, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man einen Stahl aus der Gruppe halb beruhigter Stahl, beruhigter Stahl und unruhiger Stahl mit einem Mangangehalt im Bereich von etwa o,J> bis etwa l,o Gew.-% und einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa o,l8 bis etwa o,34# auf eine Temperatur oberhalb seiner kritischen Temperatur erhitzt, die Dicke des erhitzten Stahls durch Heißwalzen auf eine Dicke von etwa 25o bis etwa 4oo# größer als die angestrebte End-Kaltwalzdicke vermindert, um einen heißgewalzten Stahl herzustellen, den heißgewalzten Stahl auf eine Temperatur im Bereich von etwa 288 bis 399°C (55o bis 75o°F) abschreckt, indem man den heißgewalzten Stahl mit einem laminaren Wasserstrom abkühlt, welcher bei Umgebungstemperatur über einen Zeitraum angewendet wird, der ausreichend ist, um die Temperaturverminderung des Stahls zu bewirken, den abgeschreckten Stahl auf Umgebungstemperatur abkühlt, um einen abgekühlten und abgeschreckten heißgewalzten Stahl zu erzeugen, die Dicke des abgekühlten und abgeschreckten heißgewalzten Stahls durch Kaltwalzen des Stahls auf eine vorgewählte Dicke vermindert, wobei die Dicke des kaltgewalzten Stahls im Bereich von etwa 4o bis

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etwa 25# der Dicke des heißgewalzten Stahls liegt, um einen kaltgewalzten Stahl mit einem darauf befindlichen Schmiermittel zu erzeugen, den kaltgewalzten Stahl mit dem darauf befindlichen Schmiermittel gleichzeitig reinigt und spannungsminder t, indem man diesen in einer Schutzatmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von etwa 427 bis etwa 566⁰C (800 bis lo5o°F) über einen Zeitraum von 5 Sekunden bis etwa I5 Sekunden erhitzt, um davon das Schmiermittel zu entfernen und die Spannungen zu mindern, um einen Stahlbügel herzustellen und daß man den Stahlbügel auf Umgebungstemperatur abkühlt, um einen duktilen Stahlbügel mit hoher Zugfestigkeit herzustellen.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Beispiel 1;

Ein halbberuhigter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von o,25 Gew.-% und einem Mangangehalt von o,45 Gew.-# wurde in einer Heißmühle erhitzt und bei einer Temperatur von 843°C fertigbearbeitet und zur Verminderung der Stärke heißgewalzt. Der Stahl wurde auf eine solche Dicke heißgewalzt, daß der kaltgewalzte Stahl um 66# der Heißwalzdicke vermindert worden wäre. Genauer gesagt, wurde der Stahl auf eine Dicke von 294$ größer als die angestrebte End-Kaltwalzdicke heißgewalzt. Der heißgewalzte Stahl wurde auf eine Dicke von etwa l,5o cm gewalzt.

Der heißgewalzte Stahl wurde sodann zu einer Wasserabschreckung mit laminarem Strom befördert, wo der heißgewalzte Stahl mit einem großen Volumen eines im wesentlichen laminaren Wasserstroms in Berührung gebracht wurde, der bei Umgebungstemperatur aufgebracht wurde, um den heißgewalzten Stahl auf eine Temperatur von 343^OC abzukühlen. Der heißgewalzte Stahl wurde mit dem laminaren Wasserabschreckungsstrom etwa Io Sekunden lang in Berührung gebracht, um die Temperaturverminderung zu bewirken.

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Nach dem Abschrecken des heißgewalzten Stahls wurde er auf Umgebungstemperatur luftgekühlt. Sodann wurde er in ein verdünntes Säurebad eingetaucht, um die Mühlenschuppen zu entfernen, die sich an der Oberfläche des Stahls während der Luftkühlung gebildet hatten. Das Säurebad war eine 12^-ige Schwefelsäurelösung, die eine Temperatur von etwa 65,6⁰C hat, wie es üblich ist.

Nach dem Abschrecken des Stahls und der Entfernung der Mühlenschuppen wurde eine Kaltwalzoperation durchgeführt, um die Dicke des Stahls zu vermindern. Auf den Stahl wurde ein KaItwalz-Schmiermittel aufgebracht. Sodann wurde der Stahl auf eine Dicke von o,51 cm kaltgewalzt. Die Kaitwalζverminderung der Dicke des Stahls betrug daher 66%', bzw. die Dicke des kaltgewalzten Stahls betrug >**# der Dicke des heißgewalzten Stahls. Nach dem Kaltwalzen des Stahls und während der Stahl darauf noch das Schmiermittel hatte, wurde er zu einer Vielzahl von Streifen oder Bügeln zerschnitten, wobei jeder der Vielzahl der Bügelstreifen eine Breite von o,95 cm hatte. Der Bügel wurde kantengewalzt, um Grate und dergleichen zu entfernen. Sodann wurde er etwa Io Sekunden in geschmolzenes Blei eingetaucht, das bei einer Temperatur von 524°C gehalten wurde. Der Bügel nach dem Herausnehmen aus dem Bleitrog war von dem Schmiermittel gereinigt worden und spannungsgemindert worden. Der Bügel wurde sodann mit Wasser auf eine Temperatur unterhalb des Flammpunkts der aufzubringenden Farbe bzw. des Anstriches abgekühlt. Nach dem Anstreichen und Trocknen des Bügels wurde dieser aufgewickelt und gelagert.

Nach dem Kaltwalzen und Zerschneiden des Bügels wurde dieser auf die Zugfestigkeit untersucht. Es wurde festgestellt, daß die Zugfestigkeit lo.loo kp/cm (ΐ43·7οο psi) betrug. Der gleiche Bügel wurde nach dem Anstreichen untersucht. Es wurde festgestellt, daß er dann eine Zugfestigkeit von 9.938 kp/cm

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(l4l.4oo psi) hatte. Die. Duktilität, gemessen als prozentuale Dehnung bei einem Muster mit 15,24 cm ging von 2,1$ für den kaltgewalzten Bügel bis 5,5$ für den bestrichenen Bügel.

Versuche ergaben, daß signifikante Zunahmen der Duktilität des Bügels ohne einen signifikanten Verlust der Zugfestigkeit des Bügels erzielt werden konnten. Das Eintauchen des Bügels in das geschmolzene Blei ergab sowohl eine Spannungsminderungsfunktion als auch eine Reinigungsfunktion, weil das zum Kaltwalzen verwendete Schmiermittel von dem Bügel entfernt wurde. Weiterhin wird aus den oben angegebenen Werten ersichtlich, daß die Duktilität des Bügels um über 25o# verbessert werden konnte, wobei nur eine sehr geringe Einbuße an der Zugfestigkeit des Bügels stattfand.

Beispiel 2:

Ein halbberuhigter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von o,l8 Gew.-# und einem Mangangehalt von 0,50 Gew.-^ wurde im Heißwalzwerk auf eine Temperatur von etwa 899°C erhitzt und zur Verminderung der Dicke heißgewalzt. Der Stahl wurde auf eine Dicke heißgewalzt, daß der kaltgewalzte Stahl um 60% der heißgewalzten Dicke vermindert worden wäre. Genauer gesagt, wurde der Stahl auf eine Dicke von 25o# größer als die Kaltwalzdicke heißgewalzt.

Der heißgewalzte Stahl wurde sodann zu einer Abschreckung mit einem laminaren Wasserstrom transportiert, wo der heißgewalzte Stahl mit einem großen Volumen eines im wesentlichen laminaren Wasserstroms in Berührung gebracht wurde, der mit Umgebungstemperatur aufgebracht wurde, um den heißgewalzten Streifen auf eine Temperatur von 288°C abzukühlen. Der heißgewalzte Stahl wurde mit dem laminaren Wasserstrom geringfügig mehr als Io Sekunden in Berührung gebracht, um die Temperaturverminderung

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zu bewirken. Nach dem Abschrecken des heißgewalzten Stahls wurde er auf Umgebungstemperatur luftgekühlt und sodann in ein verdünntes Säurebad eingetaucht, um die Walzwerkschuppen, die sich an der Oberfläche des Stahls während des Luftkühlens gebildet hatten, zu entfernen.

Nachdem der Stahl abgeschreckt worden war und die Walzschuppen davon entfernt worden waren, wurde der Stahl kaltgewalzt, um seine Dicke zu vermindern. Auf den Stahl wurde vor der KaItwalzoperätion ein Schmiermittel aufgebracht. Die Kaltwalzverminderung betrug 60% oder die Dicke des kaltgewalzten Stahls betrug 4o# der Dicke des heißgewalzten Stahls. Nach dem Kaltwalzen des Stahls, wobei sich auf dem Stahl noch das Schmiermittel befand, wurde er zu einer Vielzahl von Streifen zerschnitten. Die Streifen oder die Bügel wurden kantengewalzt und sodann etwa 15 Sekunden in geschmolzenes Blei eingetaucht, das bei einer Temperatur von 427 C gehalten wurde. Der Bügel war nach dem Herausgehen aus dem Bleitrog von dem Schmiermittel gereinigt und spannungsgemindert worden. Der Bügel wurde sodann mit Wasser auf eine Temperatur unterhalb des Flammpunktes des zu verwendenden Anstrichs abgekühlt. Nach dem Anstreichen des Bügels und dem Trocknen wurde er aufgespult und gelagert.

Im Anschluß an die Kaltwalzoperation wurde die Zugfestigkeit des Stahls untersucht. Es wurde eine Zugfestigkeit von mehr als

I0.500 kp/cm und eine Dehnung eines Probekörpers mit 15*24 von etwa 1,3$ festgestellt. Nach dem Eintauchen in den Bleitopf wurde der Bügel erneut auf die Zugfestigkeit untersucht. Es

wurde eine Zugfestigkeit von etwa Io.4o2 kp/cm und eine Dehnung bei einem Prüfkörper von 15,24 cm von 4,5# festgestellt. Die Versuche zeigten, daß eine signifikante Zunahme der Duktilität des Bügels ohne einen signifikanten Verlust der Zugfestigkeit erhalten werden konnte.

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Beispiel J>:

Ein halbberuhigter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von o Gew.-% und einem Mangangehalt von l,o Gew.-% wurde in dem Heißwalzwerk auf eine Temperatur von etwa 8l6°C erhitzt und zur Verminderung der Dicke heißgewalzt. Der Stahl wurde auf eine solche Dicke heißgewalzt, daß der kaltgewalzte Stahl um 25# der Heißwalzdicke vermindert worden wäre. Genauer gesagt, der Stahl wurde auf eine Dicke von 4oo# größer als die am Schluß gewünschte End-Kaltwalzdicke heißgewalzt.

Der heißgewalzte Stahl wurde sodann zu einem laminaren Wasserabschreckungsstrom transportiert, wo der heißgewalzte Stahl rnit einem großen Volumen eines im wesentlichen laminaren Wasserstroms in Berührung gebracht wurde, welcher mit Umgebungstemperatur aufgebracht wurde, um den heißgewalzten Stahl auf eine Temperatur von 399°C abzukühlen. Der heißgewalzte Stahl wurde mit dem laminaren Wasserstrom geringfügig weniger als Io Sekunden in Berührung gebracht, um die Temperaturverminderung zu bewirken. Nach dem Abschrecken des heißgewalzten Stahls wurde er auf Umgebungstemperatur an der Luft abgekühlt und sodann in das verdünnte Säurebad eingetaucht, um die Walzwerkschuppen zu entfernen, die sich während des Luftkühlens an der Oberfläche des Stahls gebildet hatten.

Nach dem Abschrecken des Stahls und der Entfernung der Walzwerkschuppen wurde weiterhin eine Kaltwalzoperation angewendet, um die Dicke des Stahls zu vermindern. Der Stahl wurde zuerst mit einem Schmiermittel versehen und sodann auf eine Dicke von 25# der Dicke des heißgewalzten Stahls kaltgewalzt. Nach dem Kaltwalzen des Stahls und während sich das Schmiermittel noch auf dem Stahl befand, wurde er zu einer Vielzahl von Streifen zerschnitten. Die Streifen oder der Bügel wurden kantengewalzt und etwa 5 Sekunden in ein geschmolzenes Bleibad ge-

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taucht, das bei einer Temperatur von etwa 566⁰C gehalten wurde. Der Bügel war nach dem Heraustreten aus dem Bleitrog von dem Schmiermittel gereinigt worden und spannungsgemindert worden. Der Bügel wurde sodann mit Wasser auf eine Temperatur unterhalb des Flammpunktes des aufzubringenden Anstrichs abgekühlt. Der Bügel wurde sodann angestrichen und getrocknet und vor dem Transport aufgewickelt.

Nach dem Kaltwalzen des Bügels und dem Schneiten Wurde die Zug- · festigkeit untersucht. Es wurde eine Zugfestigkeit von etwa II.600 kp/cm festgestellt. Der gleiche Bügel wurde nach dem Anstreichen untersucht. Dann wurde eine Zugfestigkeit von

II.II9 kp/cm gemessen. Die prozentuale Dehnung des kaltgewalzten Stahls betrug bei einem Prüfkörper mit 15,24 cm 1,6. Die prozentuale Dehnung des Prüfkörpers nach dem Anstreichen betrug 5,6. Es wird ersichtlich, daß eine signifikante Zunahme der Duktilität ohne eine starke Einbuße der Zugfestigkeit erhalten werden konnte.

Anstelle der in den Beispielen verwendeten halbberuhigten Stähle wurden vollkommen beruhigte Stähle und unruhige Stähle verwendet. Es zeigte sich, daß sowohl die vollkommen beruhigten als auch die unruhigen Stähle für das Verfahren der Erfindung geeignet waren. Silicium kann als Ergebnis des Beruhigungsprozesses in einem Bereich von etwa o,ol bis o,4 Gew.-% vorhanden sein, ohne daß es das erfindungsgemäß hergestellte Produkt nachteilig beeinflußt. Silicium in Mengen von mehr als etwa o,4 Gew.-% kann jedoch bewirken, daß der Stahl zu brüchig ist.

Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wurden Stähle mit verschiedenen Mangangehalten verwendet. Stähle mit Mangangehalten von etwa 0,3 Gew.-% haben.sich für die vorliegende Erfindung als zufriedenstellend erwiesen. Auch Stähle mit einem

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Mangangehalt von bis zu l,o Gew.-^ haben sich für die Erfindung als zufriedenstellend erwiesen. Wenn der Mangangehalt der Stähle über l,o Gew.-% hinausgeht, dann werden die Kosten für die Stähle zu groß und die Stähle werden nach dem Verfahren der Erfindung etwas träge. Andererseits ist es schwierig, Stähle mit einem Mangangehalt von weniger als etwa o£> Gew.-^ zu erhalten.

Der Kohlenstoffgehalt des Stahls kann im Bereich von etwa o,l8 Gew.-% bis etwa o,j3^ Gew.-% variieren, wobei sowohl Stähle des AISI-Grads Io2o als auch lo^o für das Verfahren der Erfindung geeignet sind. Die AISI-Nomenklatur des American Iron and Steel Institute wird auf Seite 327 von "Engineering Metals and Their Alloys" erläutert.

Der Stahl wird in dem Heißwalzwerk auf eine Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur erhitzt* Die Beziehung zwischen der kritischen Temperatur und dem Kohlenstoffgehalt des Stahls ist auf Seite 373 des Buches "Engineering Metals and Their Alloys" beschrieben. Vorzugsweise wird der Stahl auf eine Temperatur von etwa 899°C (1650⁰F) erhitzt. Es ist jedoch jede beliebige Temperatur oberhalb der kritischen Temperatur zufriedenstellend, vorausgesetzt, daß der Stahl oberhalb seiner kritischen Temperatur gehalten wird, wenn er heiß gewalzt wird. Es ist erforderlich, den Stahl auf eine Dicke von etwa 2F>o% bis etwa 4oo# größer als die am Schluß vorliegende kaltgewalzte Dicke heiß zu walzen. Das bedeutet, daß der heißgewalzte Stahl eine solche Dicke haben muß, daß der kaltgewalzte Stahl im Bereich von etwa 60% bis etwa 75$ vermindert worden ist. Daher hat der kaltgewalzte Stahl eine Dicke von etwa 4o# bis etwa 25% des heißgewalzten Stahls. Wenn der heißgewalzte Stahl zu dünn ist, dann ergibt dessen kalte Verminderung nicht die angestrebte Zugfestigkeit. Wenn der heißgewalzte Stahl zu dick ist, dann ergibt die zusätzliche Kaltverminderung, die erfor-

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derlich ist, um die am Schluß vorliegende Kaltwalzdicke zu erzielen, keine zusätzliche Zugfestigkeit. Weiterhin verliert der fertige Bügel die Duktilität und wird zu spröde.

Der laminare Wasserabschreckungsstrom wird dazu verwendet, um die Temperatur das heißgewalzten Stahls von oberhalb der kritischen Temperatur auf eine Temperatur im Bereich von etwa 288 bis etwa 399°C (55o bis 75o°F) in einer Zeit von etwa Io Sekunden zu vermindern. Große Wassermengen werden verwendet, um diese Temperaturverminderung zu bewirken, die für den Prozess kritisch ist. Wenn der Stahl auf eine Temperatur von weniger als etwa 288⁰C abgekühlt wird, dann wird der Stahl zu spröde und kann auch Wellen oder Krümmungen besitzen. Wenn der Stahl auf eine Temperatur oberhalb 399°C abgeschreckt wird, dann wird die angemessene Kornstruktur der gut dispergierten Carbide, die die erforderliche Zugfestigkeit liefert, nicht erhalten. Der Stahl wird vorzugsweise auf eine Temperatur von 3^3°C (650⁰F) abgekühlt.

Der laminare Abschreckungsstrom wird in "British Journal of the Iron and Steel Institute", November I962 in einem Artikel "The Laminar Jet System for Cooling Hot Steel Strip" von J.N. Adcock auf Seite 9o9 beschrieben. Dieser Artikel zeigt die Bedingungen, die erforderlich sind, um stabartige Wasserstrahlen zu erzielen, welche Strahlen mit im wesentlichen laminaren Fluß sind, die die laminaren Eigenschaften beibehalten werden, obgleich sie 1,2 bis 1,5 m oberhalb des Stahlstreifens angeordnet sind. Der Strahl mit dem laminaren Fluß prallt nicht von dem Stahlstreifen ab, wie die nach dem Stand der Technik verwendeten Strahlen mit hohem Druck, noch bildet der Strahl mit dem laminaren Fluß an der Oberfläche einen Wasserdampf-Puffer aus. Stattdessen berührt der Strahl mit dem laminaren Strom bzwο Fluß die Metalloberfläche und strömt in mäßiger Weise entlang der Oberfläche des Metalls nach außen, wodurch

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überlegene Abkiihlungseigenschaften erzielt werden als bei Verwendung von Hochdruck-Strahlen.

Die Abkühlung mit einem laminaren Strom bzw. Fluß ist auch in Iron and Steel Engineering Yearbook, 1967 in einem Artikel "Hot Strip Mill Runout Table Temperature Control" von P.M. Auman et al, Seite 678 und auch in Journal of Metals, August 1965 in einem Artikel "Improved Steels through Hot Strip Mill Controlled Cooling" von E.R. Morgan et al auf Seite 829 beschrieben.

Bei dem Verfahren der Erfindung tritt der Stahlstreifen aus dem Heißwalzwerk mit einer Temperatur von etwa 843 bis 87I⁰C (1550 bis l6oo°P) und einer Geschwindigkeit von etwa 426,7 bis etwa 457*2 m (l4oo bis I500 feet) pro Minute aus. Der Abstand von dem letzten Pertigbearbeitungsstand in dem heißen Streifenwalzwerk bis zu dem ersten Wasser-Kopfstück beträgt 16,46 m (54 feet). Die Anzahl der Wasser-Kopfstücke, die verwendet werden, variiert zwischen 6 und 12, je nach der Anfangstemperatur des Streifens und der gewünschten Endtemperatur des Streifens. Die Länge, die der Streifen unterhalb der Wasser-Kopfstücke sich bewegt, beträgt 16,5 m bis 27,4 m (54 bis I90 feet), wobei im Einzelfall die Länge von der Anzahl der verwendeten Wasserkopfstücke abhängt. Der Abstand von dem letzten Wasserkopfstück bis zu dem. Aufwickler beträgt 24,4 m (180 feet), welcher Abstand eine Luftkühlung des Streifens nach derWasserabschreckung ergibt. Die Pließgeschwindigkeit des für jedes Wasser-Kopfstück verwendeten Wassers beträgt 5·680 1 (I500 gallons) je Minute , um eine Aufwicklungs- bzw. Aufspulungstemperatur des Streifens im Bereich von etwa 316 bis etwa 427^eC (600 bis 800 F) zu erzielen, wobei die bevorzugte Aufwicklungstemperatur 343^OC (650⁰F) beträgt.

Der Stahl wird nach seinem Abschrecken an der Luft auf die

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oben angegebenen und/oder auf Umgebungstemperatur abgekühlt, bevor er aufgewickelt oder weiter verarbeitet wird. Diese Abkühlung an der Luft ergibt aber erhebliche Mengen von Walzwerkschuppen auf der Oberfläche des abgeschreckten Stahls. Diese Walzwerkschuppen werden gereinigt, indem der Stahl in eine milde Säurelösung, beispielsweise eine 12#-ige Schwefelsäure eingetaucht wird, die auf eine Temperatur von etwa 65,6⁰C erhitzt und dabei gehalten wird. Diese Reinigung-oder Abbeizungsstufe ist bekannt.

Nach dem Wegreinigen der Walzwerkschuppen wird der Stahl mit einem Schmiermittel versehen und kaltgewalzt. Eine Verminderung der Dicke von 60 bis 75$ ergibt die gewünschte Zugfestigkeit für den Bügel, wobei eine Kaltverminderung von 65$ bevorzugt wird. Wenn der Bügel auf eine Dicke von weniger als etwa 60% vermindert wird, dann wird ihm nicht die erforderliche Zugfestigkeit verliehen. Wenn andererseits' der Bügel in seiner Dicke um mehr als etwa 75$ vermindert wird, dann ergibt dieser zusätzliche Aufwand keine größere Zugfestigkeit.

Nach dem Kaltwalzen des Stahls und während sich darauf noch das Schmiermittel befindet, wird er zu Bügel der gewünschten Breite gespalten bzw. zerschnitten und kantengewalzt. Der noch mit dem Schmiermittel versehene Bügel wird gleichzeitig gereinigt und spannungsgemindert, um das Schmiermittel von der Oberfläche des Bügels zu entfernen und um zur gleichen Zeit die inneren Spannungen zu mindern bzw. aufzuheben, um zu einem duktileren Produkt zu kommen. Durch Erhitzen des Bügels auf eine Temperatur zwischen etwa 427°C und 566⁰C (800 bis lo5o°P) über eine Zeitspanne von etwa 5 Sekunden bis 15 Sekunden in einer Schutzatmosphäre wird der Bügel sowohl spannungsgemindert als auch gereinigt, ohne daß er zuviel Zugfestigkeit verliert. In den angegebenen Beispielen war die Schutzatmosphäre metallisches Blei, das den Bügel von Sauerstoff schützte, während

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sich der Bügel bei erhöhter Temperatur befand. Auf diese Weise wurde die Bildung von überschüssigen Mengen von Walzwerkschuppen verhindert.

Es können auch Flammerhitzer dazu verwendet werden, um den Bügel zu erhitzen, wobei die Flamme die verfügbare Sauerstoffmenge für die Reaktion mit dem erhitzten Metallbügel vermindert. Auch die Verwendung eines solchen Flammerhitzers soll in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen. Der Bügel wird vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 53Ö°C (looo°F) über einen Zeitraum von etwa Io Sekunder erhitzt. Hierdurch wird das Schmiermittel von der Oberfläche des Bügels weggereinigt und die Duktilität erhöht, indem die Innespannungen gemindert bzw. aufgehoben werden. Wenn der Bügel auf eine Temperatur oberhalb 566⁰C erhitzt wird, dann verliert er zu viel an Zugfestigkeit. Wenn der Bügel auf eine Temperatur von weniger als etwa 427°C erhöht wird, dann wird ihm nicht genügend Duktilität verliehen. Der Bügel wird über eine Zeitspanne von etwa 5 Sekunden bis etwa 15 Sekunden erhitzt, damit der Bügel auf die erforderliche Temperatur kommen kann. Ein Erhitzen über längere Zeitspannen ibt unnötig und kann für das Endprodukt von Nachteil sein. Ein Erhitzen über kürzere Zeitspannen führt dazu, daß der Bügel nicht auf die erforderliche Temperatur erhitzt wird, wodurch ein entsprechender Verlust der Duktilität bewirkt wird.

Ein weiterer signifikanter Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten duktilen Stahlbügel mit hoher Zugfestigkeit liegt in der verbesserten Biegeduktilität. · Die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Bügel mit hoher Zugfestigkeit können zwar im Hinblick auf die Dehnung eine angemessene Duktilität besitzen, haben jedoch keine angemessene Duktilität hinsichtlich der Biegung. Die erfindungsgemäß hergestellten Bügel können um l8o° über die Richtung des Kaltwalzens gebogen werden, ohne

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daß der Bügel gebrochen wird, vorausgesetzt, daß zwei Dicken des Bügels an der Biegung vorliegen. Diese verbesserte Duktilität bei der Biegung liegt bei dem bekannten Bügel nicht vor, die nur dann gebogen werden können, wenn 9 oder Io Dicken des Bügels an der Biegung vorgesehen sind. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ergibt daher einen Stahlbügel mit hoher Zugfestigkeit, der nicht nur eine Duktilität hinsichtlich der Dehnung, sondern auch hinsichtlich der Biegung besitzt. Diese Tatsache ist für viele Abpackungszwecke in der Industrie wichtig. Die nach bekannten Verfahren hergestellten Stahlbügel haben diese Eigenschaften nicht.

Nach dem Kühlen des Bügels und der Spannungsminderung wird der Bügel durch eine Wasserabschreckung auf eine Temperatur unterhalb des Flammpunkts der Farbe bzw. des Anstrichs abgekühlt, der dazu verwendet wird, um den Bügel zu schützen. Nach dem Abkühlen des Bügels wird er angestrichen und ist dazu bereit, um aufgewickelt bzw. aufgespult und sodann vertrieben zu werden.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Stahl mit hoher Zugfestigkeit, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Stahl aus der Gruppe halb beruhigter Stahl, beruhigter Stahl und unruhiger Stahl mit einem Mangangehalt im Bereich von etwa 0,3 bis etwa l,o Gew.-% und einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa 0,18 bis etwa ο,~$Κ% auf eine Temperatur oberhalb seiner kritischen Temperatur erhitzt, die Dicke des erhitzten Stahls durch Heißwalzen auf eine Dicke von etwa 250 bis etwa 4oo# größer als die angestrebte End-Kaltwalzdicke vermindert, um einen heißgewalzten Stahl herzustellen, den heißgewalzten Stahl auf eine Temperatur im Bereich von etwa 288 bis 399°C (55o bis 75o°F) abschreckt, indem man den heißgewalzten Stahl mit einem laminaren Wasserstrom abkühlt, welcher bei Umgebungstemperatur über einen Zeitraum angewendet wird, der ausreichend ist, um die Temperaturverminderung des Stahls zu bewirken und daß man den abgeschreckten Stahl auf Umgebungstemperatur abschreckt, wodurch ein Stahl mit einer hohen Zugfestigkeit hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen halbberuhigten Stahl verwendet.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Stahl einen Mangangehalt im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 0,68 Gew.-% hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis J5* dadurch gekennzeichnet , daß man den Stahl auf eine Tem-

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peratur oberhalb 87I⁰C (l6oo°P) erhitzt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß man die Dicke des erhitzten Stahls vermindert, indem man den Stahl auf eine Dicke im Bereich von etwa 25o bis etwa 333$ größer als die angestrebten End-Kaltwalzdicke heißwalzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß man den heißgewalzten Stahl auf eine Temperatur im Bereich von etwa 316 bis 371°C (600 bis 7oo°P) abkühlt.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß man den heißgewalzten Stahl etwa Io Sekunden mit dem laminaren Wasserstrom abschreckt.

8. Verfahren nach einem cfer vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß man den abgeschreckten heißgewalzten Stahl an der Luft kühlt.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß man den abgekühlten und abgeschreckten Stahl reinigt, indem man ihn zur Entfernung der Walzwerkschuppen mit einer milden Säure in Berührung bringt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man als milde Säurelösung eine verdünnte Schwefelsäure verwendet.

11. Verfahren nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß man als milde Säurelösung eine 12^-ige

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Schwefelsäurelösung verwendet, die bei erhöhter Temperatur gehalten wird.

12. Verfahren zur Herstellung eines duktilen Stahlbügels mit hoher Zugfestigkeit, dadurch gekennzei c h n e t , daß man einen Stahl aus der Gruppe halbberuhigter Stahl, beruhigter Stahl und unruhiger Stahl mit einem Mangangehalt im Bereich von etwa 0,3 bis etwa l,o Gew.-# und einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa 0,18 bis etwa o,3^$ auf eine Temperatur oberhalb seiner kritischen Temperatur erhitzt, die Dicke des erhitzten Stahls durch Heißwalzen auf eine Dicke von etwa 25o bis etwa 4oo$ größer als die angestrebte End-Kaltwalzdicke vermindert, den heißgewalzten Stahl auf eine Temperatur im Bereich von etwa 288 bis j599°C (55° Ms 75o°P) abschreckt, indem man den heißgewalzten Stahl mit einem laminaren Wasserstrom und danach den Stahl auf Umgebungstemperatur abkühlt, die Dicke des abgekühlten und abgeschreckten heißgewalzten Stahls durch Kaltwalzen des Stahls auf eine vorgewählte Dicke vermindert, wobei die Dicke des kaltgewalzten Stahls im Bereich von etwa 4o bis etwa 25$ der Dicke des heiS-gewalzten Stahls liegt, um einen kaltgewalzten Stahl mit einem darauf befindlichen Schmiermittel zu erzeugen, den kaltgewalzten Stahl mit dem darauf befindlichen Schmiermittel gleichzeitig reinigt und spannungsmindert, indem man diesen in einer Schutzatmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von etwa ^27 bis etwa 566⁰C (800 bis lo5o°F) über einen Zeitraum von 5 Sekunden bis etwa 15 Sekunden erhitzt, um davon das Schmiermittel zu entr fernen und die Spannungen zu mindern, um einen Stahlbügel herzustellen und daß man den Stahlbügel auf Umgebungstemperatur abkühlt, um einen duktilen Stahlbügel mit hoher Zugfestigkeit herzustellen.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch g e k e η η -

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zeichnet, daß man den kaltgewalzten Stahl gleichzeitig reinigt und spannungsmindert, indem man ihn in einer Schutzatmosphäre über einen Zeitraum von etwa 5 Sekunden bis etwa 15 Sekunden auf eine Temperatur im Bereich von etwa 482 bis etwa 538⁰C (900 bis looo°F) erhitzt.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzei chnet , daß man den kaltgewalzten Stahl gleichzeitig reinigt und spannungsmindert, indem man ihn in einer Schutzatmosphäre aus einem flüssigen Metall erhitzt.

15. Verfahren nach Anspruch 12, I3 oder 14, dadurch gekennzei chnet , daß man den gereinigten und spannungsgeminderten kaltgewalzten Stahl abkühlt, indem man ihn mit Wasser in Berührung bringt, das bei Raumtemperatur angewendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15* dadurch gekennzeichnet , daß man den heißgewalzten Stahl auf eine Temperatur im Bereichen etwa 316 bis etwa 371°C (600 bis 7oo P) abschreckt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis l6, dadurch gekennzeichnet , daß man den kaltgewalzten Stahl mit dem darauf befindlichen Schmiermittel zu einer Vielzahl von Streifen mit der gewünschten Breite zerschneidet und daß man diese kantenwalzt, um einen kaltgewalzten Stahlbügel mit darauf befindlichem Schmiermittel zu erzeugen.

18. Verfahren nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet , daß man den kaltgewalzten Stahl zu einem Bügel mit einer Breite im Bereich von etwa 0,95 cm bis etwa 2,54 cm (3/8 bis 1 inch) zerschneidet.

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19· Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet , daß man den Stahl mit dem darauf befindlichen Schmiermittel gleichzeitig reinigt und spannungsmindert, indem man diesen in geschmolzenes Blei eintaucht, das bei einer Temperatur im Bereich von etwa 482 bis 538°C (900 bis looo°F) gehalten wird.

2o. Verfahren zur Herstellung eines duktilen Stahlbügels mit hoher Zugfestigkeit, dadurch gekennzeichn e t , daß man einen Stahl aus der Gruppe halbberuhigter Stahl, beruhigter Stahl und unruhiger Stahl mit einem Mangangehalt im Bereich von etwa 0,3 bis etwa l,o Gew.-% und einem Kohlenstoffgehalt im Bereich von etwa 0,18 bis etwa o,3^ Gew. -% auf eine Temperatur oberhalb seiner kritischen Temperatur erhitzt, die Dicke des erhitzten Stahls durch Heißwalzen auf eine Dicke von etwa 25o bis etwa 4oo# größer als die angestrebte End-Kaltwalzdicke vermindert, um einen heii3gewalzten Stahl herzustellen, den heißgewalzten Stahl auf eine Temperatur im Bereich von etwa 288 bis 399°C (55o bis 75o°F) abschreckt, indem man den heißgewalzten Stahl mit einem laminaren Wasserstrom abkühlt, welcher bei Umgebungstemperatur über einen Zeitraum angewendet wird, der ausreichend ist, um die Temperaturverminderung des Stahls zu bewirken, den abgeschreckten Stahl auf Umgebungstemperatur abkühlt, um einen abgekühlten und abgeschreckten heißgewalzten Stahl zu erzeugen, die Dicke des ab- , gekühlten und abgeschreckten heißgewalzten Stahls durch Kaltwalzen auf eine vorgewählte Dicke vermindert, wobei die Dicke des kaltgewalzten Stahls im Bereich von etwa 4o bis etwa 25% der Dicke des heißgewalzten Stahls liegt, um einen kaltgewalzten Stahl mit einem darauf befindlichen Schmiermittel zu erzeugen, den kaltgewalzten Stahl mit dem darauf befindlichen Schmiermittel gleichzeitig reinigt und spannungsmindert, indem man diesen in einer Schutzatmosphäre auf eine Temperatur im Bereich

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von etwa 427 bis etwa 566⁰C (800 bis I050 P) über einen Zeitraum von etwa 5 Sekunden bis etwa 15 Sekunden erhitzt, um davon das Schmiermittel zu entfernen und die Spannungen zu mindern, um einen Stahlbügel herzustellen und daß man den Stahlbügel auf Umgebungstemperatur abkühlt, um einen duktilen Stahlbügel mit hoher Zugfestigkeit herzustellen.

21. Verfahren nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet , daß man als Stahl einen halbberuhigten Stahl verwendet.

22. Verfahren nach Anspruch 2o oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stahl verwendet, der einen Mangangehalt im Bereich von etwa 0,3 bis etwa 0,68 Gew.-% aufweist.

23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzei chnet , daß man einen Stahl auf eine Temperatur von etwa 87I⁰C (l6oo°P) erhitzt.

24. Verfahren nach'einem der Ansprüche 2o bis 23, dadurch gekennzeichnet , daß man die Dicke des erhitzten Stahls vermindert, indem man den Stahl auf eine Dicke im Bereich von etwa 25o bis 333$ größer als die angestrebte Enddicke des kaltgewalzten Stahls heißwalzt.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 2o bis 24, dadurch gekennzeichnet , daß man den heißgewalzten Stahl auf eine Temperatur im Bereich von etwa 316 bis etwa 371⁰C (600 bis 7oo°P) abschreckt.

26. Verfahren nach einem der Ansprüche 2o bis 25, dadurch gekennzeichnet , daß man den heißgewalzten Stahl mit dem laminaren Wasserstrom etwa Io Sekunden abschreckt.

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27· Verfahren nach einem der Ansprüche 2o bis 26, dadurch gekennzeichnet , daß man einen abgeschreckten heißgewalzten Stahl luftkühlt.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 2o bis 27, dadurch gekennzeichnet , daß man den kaltgewalzten Stahl gleichzeitig reinigt und spannungsmindert, indem man diesen in einer Schutzatmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von etwa 482 bis 538°C erhitzt.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 2o bis 28, dadurch gekennzeichnet , daß man einen kaltgewalzten Stahl gleichzeitig reinigt und spannungsmindert, indem man diesen in einer Schutzatmosphäre eines flüssigen Metalls erhitzt.

3>o. Verfahren nach einem der Ansprüche 2o bis 27 > dadurch gekennze i ohne t, daß man den kaltgewalzten Stahl gleichzeitig reinigt und spannungsmindert, indem man diesen in geschmolzenes Blei taucht, welches bei einer Temperatur im Bereich von etwa 482 bis etwa 538⁰C (9oo bis looo°F) gehalten wird. -

j51. Verfahren nach einem der Ansprüche 2o bis 30, dadurch gekennzei chne t , daß man den gereinigten und spannungsgeminderten kaltgewalzten Stahl kühlt, indem man diesen mit Wasser in Berührung bringt, welches bei Raumtemperatur angewendet wird.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 2o bis jU > dadurch gekennzeichnet , daß man den abgekühlt und abgeschreckten Stahl reinigt, indem man diesen mit einer

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milden Säurelösung zur Entfernung der Walzwerkschuppen davon in Berührung bringt.

33· Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß man als milde Säurelösung eine verdünnte Schwefelsäure verwendet.

3^. Verfahren nach Anspruch 32 und 33* dadurch gekennzeichnet, daß man alsAilde Säurelösung eine 12#-ige Schwefelsäurelösung verwendet,die bei erhöhter Temperatur gehalten wird.

35· Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet , daß man den kaltgewalzten Stahl mit dem darauf befindlichen Schmiermittel zu einer Vielzahl von Streifen mit der gewünschten Breite zerschneidet und daß man diese kantenwalzt, um einen kaltgewalzten Stahlbügel mit darauf befindlichem Schmiermittel zu erzeugen.

36. Verfahren nach Anspruch 35* dadurch gekennzeichnet, daß man den kaltgewalzten Stahl zu einem Bügel mit einer Breite im Bereich von etwa o,95 cm bis etwa 2,54 cm (3/8 bis 1 inch) zerschneidet.

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