DE2345738B1

DE2345738B1 - Stahldraht und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2345738B1
Application number: DE19732345738
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Stahlwerke Pein Salzgitter AG
Current assignee: MDS Mannesmann Demag Sack GmbH
Priority date: 1973-09-11
Filing date: 1973-09-11
Publication date: 1974-07-11
Also published as: GB1452419A; BE819463A; AT368774B; IT1021640B; FR2243260B1; FR2243260A1; ATA671374A

Description

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Perlit von einer die Drahtoberfläche bildenden, vollständig angelassenen Martensitschicht umgeben ist, die am Drahtquerschnitt einen Flächenanteil von maximal 33 % aufweist.

Dieses Ergebnis ist überraschend. Die Fachwelt war, wie die umfangreichen Veröffentlichungen auf dem einschlägigen Gebiet zeigen, bisher einhellig der Meinung, daß eine Martensitbildung unter allen Umständen verhindert werden müsse, wenn ein Draht mit guten Zieheigenschaften erhalten werden soll. Unter Überwindung dieses allgemeinen Vorurteils wurde der neue Stahldraht entwickelt, der ausgezeichnete Zieheigenschaften aufweist und überraschend eine höhere Festigkeit als vergleichbare bekannte Stahldrähte besitzt. Dadurch lassen sich hohe Ziehkräfte übertragen. Angelassener Martensit von gleicher Härte wie feinstreifiger Perlit weist ein ebenso gutes Ziehverhalten auf wie letzterer, jedoch darf die Martensitschicht einen Flächenanteil von 33% nicht überschreiten.

Der neue Stahldraht weist im Kern einen Ferritanteil von vorzugsweise nur noch maximal einem Prozent auf. Durch diese Senkung des Ferritanteils wird eine Erhöhung der Gesamtquerschnittsabnahme erreicht, obwohl angelassener Martensit in der Oberfläche des Drahtes vorhanden ist. Der neue Stahldraht weist eine Gesamtquerschnittsabnahme beim Kaltziehen von vorzugsweise mindestens 85% auf.

Bei dem neuen Verfahren zur Herstellung dieses Stahldrahtes aus der Walzhitze geht man aus von dem oben beschriebenen und durch die USA.-Patentschrift 2 756 169 bekanntgewordenen Verfahren. Danach wird der Stahldraht nach Verlassen der Fertigstaffel der Drahtstraße einer mehrstufigen Wasserkühlung unterworfen und kühlt sich nach dem anschließenden Haspeln im Bund an freier Luft auf Raumtemperatur ab. Gemäß der Erfindung soll nun der Stahldraht vor der mehrstufigen Wasserkühlung auf eine Temperatur von 850 bis 910⁰C gebracht und anschließend mehrstufig durch Wasser in etwa 0,2 see an seiner Oberfläche bis unter die Martensit-Start-Temperatur abgekühlt werden.

Durch das neue Verfahren wird also der oberflächennahe Bereich des Drahtes, der beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 40 m/sec durch eine Wasserstrecke von etwa 8 m Länge läuft, bewußt kurzzeitig knapp unter die Martensit-Start-Temperatur abgekühlt, um anschließend die im Kern verbliebene Wärme zum Anlassen des Martensits zu benutzen, der sich in den Oberflächenschichten des Drahtes während der Wasserkühlung gebildet hat. Da sich der Kühlvorgang der Oberfläche des Drahtes in einem Zeitintervall von etwa 0,2 see abspielt, besteht der Draht zum Zeitpunkt seines Eintritts in den Haspel aus einer unvollständig angelassenen Martensitschicht an der Oberfläche und einem Kern, der sich aus unterkühltem Austenit mit Kohlenstoff in Zwangslösung zusammensetzt.

Nach Durchlaufen der genannten Kühlstrecke soll der Stahldraht möglichst umgehend in den Haspelkorb abgelegt werden. Bei Durchführung dieses Verfahrens soll die Walzendtemperatur immer so gewählt werden, daß in dem Haspel eine Umwandlungstemperatur von etwa 500⁰C erreicht wird. Bei diesen Voraussetzungen erfährt der unterkühlte Austenit im Drahtkern während des Haspeins und im Haspelkorb selbst eine Umwandlung zu feinstreifigem Perlit. Durch die freiwerdende Umwandlungswärme werden die Wärmeverluste durch Abkühlung nicht nur für kurze Zeit ausgeglichen, sondern zusätzlich wird der Draht um etwa 50° C über die Haspeleintrittstemperatur erwärmt, so daß der Kern des Drahtes eine annähernd isotherme Umwandlung in der Perlitstufe erfährt. Gleichzeitig wird der in der Drahtoberfläche vorhandene Martensit vollständig angelassen.

Ein auf diese Weise hergestellter Draht weist somit in der Oberfläche eine angelassene Martensitschicht auf. Im Kern des Drahtes wird ein Ferritanteil von weniger als einem Prozent erreicht. Vorteilhaft ist weiterhin, daß der so hergestellte Stahldraht eine geringere Zunderauflage aufweist als herkömmlich hergestellte Stahldrähte.

Schließlich ist es hinsichtlich der Kapitalinvestitionen sowie der für die Anlagen benötigten Grundfläche von wesentlicher Bedeutung, daß der Walzdraht nicht mehr wie bei den zur Zeit angewendeten Verfahren zu Einzelwindungen ausgefächert werden muß, um abzukühlen. Da außerdem die mehrstufige Wasserkühlung nur noch etwa 0,2 see betragen darf, kommt die Fertigungsanlage mit erheblich kürzeren Kühlstrecken aus als sonst üblich.

An Hand eines Beispiels werden nachfolgend die erreichbaren Daten erläutert:

Ein 83-mm²-Knüppel aus der Stahlsorte D 45-2 wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einen Durchmesser von 5,5 mm ausgewalzt. Der Knüppel weist folgende chemische Zusammensetzung auf (Angaben in %):

C = 0,48
P = 0,008

Mn = 0,50
S = 0,024

Si = 0,29
N = 0,0050

Nach Verlassen der Fertigstaffel der Drahtstraße und direkt vor Eintritt in die mehrstufige Wasserkühlung weist der Draht eine Oberflächentemperatur von 860°C auf. Die Kühlstrecke wird mit einer Wassermenge von 110 m³/h gefahren. Die Umwandlungstemperatur des Drahtes in dem Haspel beträgt dann etwa 500⁰C. Es erfolgt kein Nachblasen in dem Haspel. Es hat sich gezeigt, daß bei der Herstellung von Draht nach dem neuen Verfahren durch Verzicht auf nachträgliche Kühlung des Ringes im Haspelkorb durch Einblasen von Luft eine weitere Verbesserung der Zieheigenschaften erreicht werden kann.

Der so hergestellte Draht, der die Kühlstrecke in 0,2 see durchlaufen hat, weist folgende Eigenschaften auf:

Technologische Eigenschaften über Ringlänge:
Streckgrenze = 61 bis 71 kp/mm²;
Zugfestigkeit = 87 bis 96 kp/mm²;
Einschnürung = 57 bis 65 %
Gesamtquerschnittsabnahme beim Ziehen ohne Drahtabrisse: 85,4%.

Gefüge: Im Rand vollständig angelassener Martensit von 0,40 bis 0,45 mm Dicke;
im Kern feinstreifiger Perlit und etwa 1 % Ferrit.

Claims

1 2 geringen Leistung von 1,8 bis 3 t/h im Vergleich mit Patentansprüche: der Leistung der kontinuierlichen Drahtstraße von über 40 t/h mit dem Walzvorgang koppeln.

1. Stahldraht mit feinstreifigem Perlit im Kern, Für eine Direktpatentierung von Stahldraht aus der dadurch gekennzeichnet, daß der 5 Walzhitze wurden schon vor vielen Jahren in den Perlit von einer die Drahtoberfläche bildenden, USA.-Patentschriften 1232 014 und 1295 139 Vorvollständig angelassenen Martensitschicht umgeben schlage gemacht und Anregungen gegeben, aber erst ist, die am Drahtquerschnitt einen Flächenanteil in jüngster Zeit konnten drei Anlagen zur Betriebsreife von maximal 33 % aufweist. entwickelt und in die Praxis eingeführt werden.

2. Stahldraht nach Anspruch 1, gekennzeichnet io Allen diesen drei Anlagen ist gemeinsam, daß der durch einen Ferritanteil im Kern von maximal Walzdraht nach dem Austritt aus dem letzten Gerüst einem Prozent. der Drahtstraße in einer Wasserkühlstrecke vorgekühlt

3. Stahldraht nach Anspruch 1 oder 2, gekenn- wird und anschließend nicht wie herkömmlich im zeichnet durch eine Gesamtquerschnittsabnahme gewickelten Bund, sondern ausgefächert bis auf beim Kaltziehen von mindestens 85 %. 15 Temperaturen unterhalb des Umwandlungspunktes für

4. Verfahren zur Herstellung eines Stahldrahtes feinstreifigen Perlit abkühlt. Erst anschließend werden nach Anspruch 1,2 oder 3 aus der Walzhitze, wobei die einzelnen Windungen in einer Bundsammeistation der Stahldraht nach Verlassen der Fertigstaffel der zu Ringen gesammelt und gepreßt. Mit allen drei Drahtstraße einer mehrstufigen Wasserkühlung Anlagen wird im Draht die Ausbildung eines feinunterworfen wird und sich nach dem anschließen- 20 streifigen Perlits erreicht. Nachteilig sind jedoch die den Haspeln im Bund an freier Luft auf Raum- hohen Kapitalinvestitionen für die hierzu notwendigen temperatur abkühlt, dadurch gekennzeichnet, daß Anlagen.

der Stahldraht vor der mehrstufigen Wasserküh- Für die Drahterzeugung, bei denen der Draht im

lung auf eine Temperatur von 850 bis 91O⁰C ge- Bund gewickelt und abgekühlt wird, schlägt das USA.-

bracht und anschließend mehrstufig durch Wasser 25 Patent 2 756 169 ein Verfahren vor, nach welchem der

in etwa 0,2 see an seiner Oberfläche bis unter die Draht, der mit einer Temperatur von 982° C das letzte

Martensit-Start-Temperatur abgekühlt wird. Walzgerüst verläßt und in einer mehrstufigen Wasserkühlstrecke in 1,5 see auf eine Temperatur zwischen 482 und 750⁰C abgekühlt wird. Nach dem anschlie-

30 ßenden Haspeln kühlt sich der Draht im Bund an

freier Luft auf Raumtemperatur ab. Bei der Abkühlung im Bund wird durch die freiwerdende Umwandlungs-

Die Erfindung betrifft einen Stahldraht mit fein- wärme der Wärmeverlust durch Abkühlung für kurze streifigem Perlit im Kern sowie ein Verfahren zu seiner Zeit ausgeglichen, so daß der Draht eine fast isotherme Herstellung. 35 Umwandlung in der Perlitstufe erfährt. Dieses Verfah-Zur Herstellung hochfester Seildrähte werden koh- ren, das sich stark an das Bleibadpatentieren anlehnt, lenstoff reiche Stahldrähte durch eine Folge immer empfiehlt jedoch, die Wasserkühlung des Drahtes nicht kleiner werdender Matrizen kaltgezogen. Dabei ist es unter 482° C zu treiben, da sonst mit einer Zwischenüblich, als Ausgangswerkstoff einen Draht zu benutzen, stufen- bzw. Martensitumwandlung zu rechnen ist und der außer einer hohen Festigkeit auch eine gute Kalt- 40 dadurch wiederum die Zieheigenschaften des Drahtes verformbarkeit besitzt. beträchtlich verschlechtert werden. Allerdings führt Die hohe Festigkeit ist zur Übertragung der Zieh- die mehrstufige Kühlung des Drahtes im gradlinigen kraft notwendig, während die gute Kaltverformbarkeit Strang gemäß dem USA.-Patent 2 756 169 bei den Abrisse beim Ziehvorgang verhindern soll. Diese ge- üblichen und insbesondere den für die Zukunft angeforderten Eigenschaften sind nur erreichbar, wenn der 45 strebten Walzgeschwindigkeiten zu untragbar langen Gefügeaufbau des Stahldrahtes aus einem feinstrei- Kühlstrecken.

figen Perlit mit nur geringen Ferritausscheidungen Für die herkömmlichen kontinuierlichen Drahtbesteht. Dieses Gefüge konnte nur dann erzeugt wer- straßen, die Wasserkühlstrecken geringerer Länge aufden, wenn der warmgewalzte Draht nach Abkühlung weisen, schlägt das USA.-Patent 3 011 928 vor, zuauf Raumtemperatur einer zusätzlichen Wärmebe- 50 nächst den Draht von 982° C mit Wasser zwischen handlung, der sogenannten Patentierung unterworfen 733 und 788° C abzukühlen und anschließend zu wurde, da der warmgewalzte Draht für eine direkte haspeln. Die weitere Kühlung des Drahtes auf eine anschließende Kaltverformung wenig geeignet war Temperatur zwischen 482 und 705⁰C insbesondere und nur verhältnismäßig geringe Querschnittsabnah- zwischen 538 und 663° C wird in etwa einer Minute men von 35 bis 50 % zuließ. 55 durch Wasser-Luft-Nebel während des Ablegens des Das Patentierungsverfahren besteht meistens darin, Drahtes in den Haspelkorb bzw. im Haspelkorb selbst daß Drähte mit Abmessungen kleiner als 13 mm zu- bewirkt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, nächst wieder bis ins Austenitgebiet aufgeheizt, danach daß die einzelnen Windungen des Drahtes im Drahtschnell in einem Blei- bzw. Salzbadofen auf Tempe- ring ungleichmäßig abkühlen, wodurch ein konstantes • raturen knapp unterhalb 500⁰C abgekühlt und dann 60 Gefüge über die Drahtlänge nicht gewährleistet ist.
bei dieser Temperatur mindestens 10 see gehalten wer- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen den. Dabei entsteht durch isotherme Umwandung des Stahldraht zu entwickeln, der gegenüber den nach Austenits, der sämtlichen Kohlenstoff in Zwangslösung den bisher bekannten Verfahren hergestellten Drähten enthält, bei der oben genannten Temperatur ein fein- bei zumindest gleich guten Zieheigenschaften eine streifiger Perlit mit ausgezeichneten Zieheigenschaften. 65 höhere Festigkeit aufweist, der gleichzeitig aber auf Obwohl die Patentierung eine Verbesserung der Anlagen herstellbar ist, die geringere Kapitalinvesti-Zieheigenschaften des Drahtes herbeiführt, lassen sich tionen verlangen und mit kürzeren Kühlstrecken Blei- bzw. Salzbad-Patentierungsanlagen wegen ihrer auskommen.