DE2449449A1 - Verfahren zur beschleunigung der abkuehlung heissgewalzter stahlrohlinge - Google Patents

Description

British Steel Corporation, 23 Grosvenor Place, London S.W.1.(England)

Verfahren zur Beschleunigung der Abkühlung heißgewalzter Stahlrohlinge

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschleunigung der Abkühlung heißgewalzter Stahlrohlinge, z.B. von Stangen insbesondere aufgewickelten Stangen und Stäben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen solchen Rohling in der Weise abzukühlen, daß gewährleistet wird, daß die auf der Oberfläche abgelagerte Zunder leicht entfernt werden kann.

Bei einem bestimmten Zunder ist eine Oberflächenoxydschicht, die bei Heißwalztemperaturen von z.B. 1100⁰C erzeugt wird, aus drei stabilen Oxyden, nämlich aus. Wustit (PeO), Magnetit (Fe,0^) und Hematit (Fe₂O,) zusammengesetzt. Bei ungefähr 700⁰C (darunter sinkt die Oxydätionsrate merklich ab) bildet Wustit ungefähr 95$ des Zunders und letzterer wird unter ungefähr 570°C unstabil und wird mit Eisen angereichert und zerfällt schließlich in Magnetit und Eisen (Fe), wenn eine langsame Abkühlung erfolgt.

Magnetit ist sehr hart und sehr schwierig vom Stahlkörper zu entfernen, d.h. die Entzunderung ist schwierig und zeitaufwendig, unabhängig davon, ob diese Entzunderung durch chemisch/elektrochemische

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Einrichtungen oder mechanische Mittel erfolgt. Infolgedessen wird der Zunder häufig nur unvollkommen entfernt und dies führt zu einer erhöhten Abnutzung der Form während des anschließenden Ziehvorganges und es ergibt sich eine schlechte Oberflächenqualität*

Wenn eine sehr schnelle Abkühlung, z.B. eine Wasserabkühlung unmittelbar aus der Walztemperatur auf eine Temperatur bewirkt wird, die unterhalb der Zundertransformation liegt, dann kann sich natürlich nur eine minimale Zundermasse absetzen und diese besteht vorherrschend aus nicht-transformierten Wustit. Eine solche Abschreckkühlung ist aber natürlich unzweckmäßig, weil Abschreckrisse entstehen können und weil außerdem der Stahl rohling bis zu einem gewissen Grad gehärtet wird, was eine Störung des Gefüges zur Folge hat und Schwierigkeiten in der weiteren Behandlung ergibt.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Abkühlung heiß gewalzter Stahlrohlinge in der Weise durchgeführt, daß der Rohling unmittelbar nach dem Walzvorgang schnell auf eine Temperatur Ct₁) abgekühlt wird, die nicht höher ist als die Temperatur, bei der eine Transformation des Rohlingkörpers aus dem austenitischen Zustand einsetzt, daß dann eine freie Luftkühlung bis zu einer Temperatur (tg) erfolgt, die nicht niedriger ist als die, bei der die Zundertransformation aus dem wusti ti schein Zustand einsetzt, und daß der Rohling dann zum Zwecke einer Abschreckung wassergekühlt wird, um die Transformation des Zunders in Magnetit zu unterdrücken.

Die anfängliche schnelle Abkühlung kann durch eine Wasserkühlung gefolgt von einer Zwangsluftkühlung bewirkt werden. Vorzugsweise ist der Stahlblock als Stangenmaterial ausgebildete das nach der anfänglichen Masserkühlung aufgewickelt wird, wobei die

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Wasserkühlung bei einer Temperatur Ct₁t) beendet wird, bei der eine genügende Dehnbarkeit zu einem leichten Aufspulen erhalten ist, und dann wird die aufgewickelte Stange auf die Temperatur Ct₁) durch Luft abgekühlt. Diese schnellen Abkühlungsstufen werden mit einer solchen Geschwindigkeit durchgeführt, daß keine unerwünschten mechanischen Eigenschaften zu- · staade kommen, wobei die für einen speziellen Stahl benutzte Rate aus den bekannten Transformationscharakteristiken Jenes Stahles bestimmt werden können.

Typische Temperaturbereiche für Flußstahl mit niedrigem/hohem Kohlenstoffgehalt (bis zu 1% Kohlenstoff), niedrig legierten Stählen und Semi-ZSchnellschneidstählen sind die folgenden: tj^i 830⁰C - 900⁰C (d.h. für Stangendurchmesser von 12,5 mm bzw. 40-ram Durchmesser) t_± 700⁰C - 75O⁰C und t₂ 48O°C - 55O°C. Die Wichtigkeit der letztgenannten Temperatur beruht darauf, daß es erwünscht ist, daß der Stahlkörper vollständig transformiert wird, bevor eine Abschreckung eintritt, weil sonst eine unerwünschte Härtung erfolgen kann.

Die Wasserkühlung nach dem Walzen kann durch Wasserstrahlen bewirkt werden, die auf die Oberfläche der Stange gerichtet werden, wenn sie durch einen WasserkUhlmantel in Gestalt eines langgestreckten Rohres hindurchgefUhrt wird. Dann wird die Stange auf eine Haspel aufgespult und eine Zwangsluftkühlung erfolgt von innen her. Die abschließende Wasserkühlung kann durch Eintauchen in einen Härtungstank erfolgen. Der Tank enthält dabei heißes Wasser, so daß die darauffolgende Rostbildung vermindert wird.

Die Behandlung aufgewickelter Stangen gemäß der Erfindung ergibt eine wesentlich verminderte Zunderdicke und der Zunder besteht vorherrschend aus Wustit und ist gleichförmiger infolge der beschleunigten Abkühlung, während bisher bei der freien Abkühlung

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die nach innen gerichteten Stellen sehr viel länger benötigten als die äußeren Stellen« was zu einem dicken transformierten Zunder führte. Zugleich wird der Mikroaufbau des Stahles gleichförmiger und die Oberflächenbeschaffenheit wird verbessert.

Die Verbesserung der Entzunderungselgenschaften führen zu einer verbesserten Beizzeit, die unter Umständen weniger als 50$ betragen kann.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß infolge der beschleunigten Abkühlung die Länge der zur Kühlung erforderlichen Fördereinrichtung sehr viel geringer als bisher gehalten werden kann.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung Anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild des Verfahrensverlaufs einer aufgewickelten Stange;

Fig. 2 ein Diagramm der isothermischen Transformation von Flußstahl und Wustit;

Fig. 3 ein Diagramm, das die Wirkung der Kühlgeschwindigkeit auf die Beizung und Zusammensetzung des Zunders erkennen läßt·

Figur 1 zeigt den Verfahieisverlauf für eine Flußstahlstange von etwa 38 mm Durchmesser. Es 1st Jedoch darauf hinzuweisen, daß dieser Verfahrensverlauf allen anderen Stahlarten gemein sam ist, für die die Erfindung anwendbar ist« wobei lediglich die individuellen Behandlungeperioden und Temperaturen unterschiedlich sind.

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Die Flußstahlstange tritt aus dem Heißwalzstuhl und einer Temperatur von ungefähr 105O⁰C aus und wird unmittelbar darauf durch Wassermäntel geführt, wo eine Abkühlung auf 850⁰C innerhalb etwa einer Sekunde erfolgt. Die gekühlte Stange wird dann horizontal zu einem Bündel aufgespult, welches etwa 1820 kg wiegt. Danach werden folgende Stangenlängen auf getrennte Spulen aufgewickelt, die das gleiche Gewicht besitzen. Die aufgewickelte Stange wird dann aus der Spulvorrichtung herausgenommen und einer Zwangsluftkühlung von innen her ausgesetzt, bis die Oberflächentemperatur etwa 700⁰C beträgt. Diese Periode der Abkühlung kann im typischen Fall etwa 4 Minuten betragen, je nach dem Volumen und der Temperatur der Blasluft.

Die aufgespulte Stange wird dann längs eines Plattenbandes in der freien Atmosphäre transportiert und dann von einem Hubbalkenförderer aufgenommen und an einem über der Erde laufenden endlosen Hakenförderer abgegeben, wo die Stangen dann vertikal getragen werden. Bisher erfolgte der Transport längs der Fördereinrichtung in der horizontalen "Augen auf" Weise, um ein mögliches Einsacken der Spule zu verhindern, wenn diese bei 700⁰C vertikal abgelegt wird.

Diese Freiluftkühlstufe setzt sich 30 Minuten lang fort, oder so lange, bis die Temperatur des heißesten Teils der abgekühlten Stange, d.h. die inneren Stellen etwa 55O⁰C betragen· Der Stangenkörper ist nunmehr vollständig von dem austenitischen Zustand in dn. ferrit/pearlitisohen Zustand übergegangen. Dann wird die Spule in ein Wasserbad eingetaucht, um im Zunder auf der Oberfläche einer Abschreckung zu bewirken^, wobei die Wassertemperatur auf etwa 70⁰C gehalten wird«

Wie oben erwähnt* besteht der auf der Oberfläche erzeugte Zun-

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der hauptsächlich aus Wustit mit etwas Magnetit an der Zwischenfläche und die Transformation zu Magnetit wird durch diese Abschreckstufe unterdrückt, wobei die Dicke der Zunderschicht zusätzlich durch das Verfahren so gering als möglich gehalten wird.

Abschließend wird die aufgewickelte Stange zu einer "banding" Station überführt, wo ein Abgraten und eine Überprüfung erfolgt. Die Spulen befinden sich jetzt auf einer für eine Weiter verarbeitung geeigneten Temperatur.

Die iransformationsphasen während dieses Verfahrens, und zwar sowohl die des Stahles als auch die des Zunders sind schematisch in Figur 2 veranschaulicht, wo die beschleunigte kontinuierliche Kühlspur gemäß der Erfindung einem isothermischem Transformationsdiagramm überlagert wurde, welches für diese Körper geeignet ist. Hierdurch ergibt sieh eine Anzeige der Bedingungen, die zu «jeder Zeit erhalten werden.

Figur 3 Seigt die Wirkung der Kühlgeschwindigkeit auf die Beizung und Zusammensetzung des Zunders. Je schneller die Abkühlungsgeschwindigkeit (unter 75O°C) desto größer ist der Anteil an Wustit (FeO) im Zunder und umgekehrt wird die Beizzeit umso kurzer, Je größer dieser Anteil ist.

Dies stellt natürlich eine Idealisierung dar* und tatsächlich wird eine konstante Abkühlungsgesehwindigkeit von der erwähnten Temperatur nicht erreichbar BQIn₁₁ da eine Absoteeckkühlung bei 55O⁰C bei dem angegebenen Beispiel erfolgt. Diese Abschreckkühlung vermindert weiterbin die Beizperipde, dLh. die Entzunderungszeit wie schematisch In der Zeichnung dargestellt. Je höher diese AbschreektemperatiiP* desto größer ist die Verminderung der Entzus&derungszeit* je größer ist jedoeti mofa die Gefahr der Härtung des Rohlings^ weil der In der ©z^gtarrten Lösung

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enthaltene Kohlenstoff sonst als Karbid ausgefällt würde.

Am höheren Ende der Temperatur, d.h. wo die Wasserkühlung und Zwangsluftkühlung aufeinanderfolgend bewirkt werden, wird eine Verminderung der Zundermenge an der Innenseite der Spule von 95$ unter gewissen Umständen im Vergleich mit einer Freiluftkühlung bei diesem Temperaturbereich erreicht.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß bei einer Flußstahlspule von etwa 1820 kg die gemäfi der Erfindung behandelt wurde, die maximale Zunderdicke der Spule um etwa 80# im Vergleich mit einer Freiluftkühlung vermindert wurde, woraus sich eine Verminderung der Entzunderungszeit von etwa 50# ergibt. So wird eine bessere Ausnutzung der Abschreckflüssigkeit erlangt und außerdem wird die Oberfläche allgemein verbessert, weil der Zunder vollständiger entfernt wird.

Die Erfindung wurde vorstehend unter Bezugnahme auf ein spezielles Ausführungsbeispiel beschrieben. Es ist jedoch klar, daß verschiedene Abwandlungen getroffen werden können, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. So können beispielsweise die Temperaturen und Zeiten, die oben angegeben wurden, gemäß der Stangengröße bzw. des Stangendurchmessers und der Zusammensetzung sowie in Abhängigkeit von dem Gewicht der Spule geändert werden. Die Frage des Abschrecktankes und insbesondere die Geschwindigkeit des Hakenförderers können natürlich geändert werden, um eine Anpassung an die erforderlichen Bedingungen zu erreichen.

Außerdem können beispielsweise die Sprühstrahlkühlung durch eine Zwangsluftkühlstufe ersetzt werden, wobei die letztere zu bevorzugen ist, weil sie mehr flexibel ist und sich leichter steuern läßt.

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Außerdem könnte die Erfindung in gleicher Weise für gerade Stangen oder Stäbe angewandt werden, und in diesem Falle braucht die Zwangsluftkühlung nicht benutzt zu werden, weil die der anfänglichen Wasserkühlunngsstufe eigene Beschränkung, d.h. die Energie zur Aufstufung der gehärteten Stange nicht relevant ist.

Patentansprüche: 509818/0817

Claims (8)

- .9 Patentansprüche

1. Verfahren zur Abkühlung eines heißgewalzten Stahlrohlings,

dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling schnell unmittelbar nach dem Walzvorgang auf eine Temperatur (t,) abgekühlt wird, die nicht höher ist als die Temperatur, bei der die Transformation des Rohlingskörpers aus dem austenitischen Zustand beginnt, daß dann eine Fr eiluftkühlung erfolgt auf eine Temperatur (tp)> die nicht höher ist als jene Temperatur, bei der die Zundertransformation von Wustit beginnt, und daß der Rohling dann Wassergekühlt wird, um ihn abzuschrecken und die Transformation des Zunders in Magnetit zu unterdrücken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche schnelle Kühlung eine Wasserkühlung umfasst, der eine Zwangsluftkühlung folgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling nach Vollendung der Wasserkühlung aufgespult wird, wobei der Rohling sich auf der Temperatur (t-^i) befindet.

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4. Verfahren nach Anspruch J5#
dadurch gekennzeichnet, daß für Flußstahl/ Niedrig/Hochkohlenstoffstähle (bis zu 1#C), niedrig legierte Stähle und Semi/ Schnellschneidstähle, die Temperaturbereiche wie folgt sind:

tji zwischen 8j5O C und 900⁰C; t± zwischen 700⁰C und 750⁰C und t₂ zwischen 48o°C und 550°c.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 5 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling horizontal aufgespult und von der Innenseite Zangsluft-gekühlt wird, und daß der Rohling von der Aufspuleinrichtung hinweggeführt wird, um eine Frischluftkühlung im "Augen auf" Zustand einzuleiten.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturen t^ und tg an den inneren Teilen des aufgespulten Rohlings gemessen werden und räpresentativ hierfür sind.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Walzvorgang folgende schnelle Wasserkühlung durch Wasserstrahlen bewirkt wird, die auf den Rohling gerichtet werden, wenn er durch einen Wassermantel in Gestalt eines langgestreckten Rohres hindurchgeführt wird.

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8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7* dadurch gekennzeichnet, daß die abschließende Wasserkühlung durch Eintauchen des Rohlings in einen Wassertank bewirkt wird.

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L e e r s e i t e