DE2454163A1

DE2454163A1 - Verfahren zur steuerung der temperatur von stahl waehrend des heisswalzens auf einer kontinuierlichen heisswalzvorrichtung

Info

Publication number: DE2454163A1
Application number: DE19742454163
Authority: DE
Inventors: Jun Richard S Hostetter; Helmut Kranenberg
Original assignee: Bethlehem Steel Corp
Current assignee: Bethlehem Steel Corp
Priority date: 1973-11-15
Filing date: 1974-11-15
Publication date: 1975-05-22
Also published as: CA1028535A; LU71286A1; US3981752A; JPS5080255A; BE822244A; JPS5713364B2; NL7414955A; GB1485634A; FR2251384A1; SE7414292L; FR2251384B1

Description

Verfahren zur Steuerung der Temperatur von Stahl während des Heißwalzens auf einer kontinuierlichen Heißwalzvorrichtung

Beim herkömmlichen Erzeugen von Stahlprodukten, wie beispielsweise geraden oder aufgewundenen Stäben, aufgewundenen Stangen, Draht und dgl., werden Kohlenstoff- und Legierungsstähle auf eine Temperatur zwischen etwa 1066 und 1177 ⁰C (1950 bis 2150 ⁰F) erhitzt, wobei von Metallrohlingen von mindestens Knüppelgröße ausgegangen wird und die Rohlinge kontinuierlich auf einer kontinuierlichen Heißwalzstraße, wie beispielsweise einer Knüppelstraße, Stangenstraße, Stabstraße und dgl·,, gewalzt werden. Gewöhnlich haben die unmittelbar von der Straße kommenden Walzprodukte eine Oberflächentemperatur von etwa 1010 bis etwa 1149 ⁰C (1850 bis 2100 ⁰F). Stahlerzeugnisse, die nach dem herkömmlichen Verfahren auf einer kontinuierlichen Heißwalzstraße heißgewalzt worden sind, besitzen

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jedoch keine gleichmäßigen metallurgischen Eigenschaften, und außerdem bildet sich auf der Oberfläche der Stahlerzeugnisse während des Abkühlens mit Luft auf Umgebungstemperatur eine ungleichmäßige, dicke, rauhe und zuweilen blasige Zunderschicht. Die Zunderschicht läßt sich nur schwierig durch Abbeizen in sauren Beizlösungen, beispielsweise wässerigen Salzsäurelösungen und dgl·, entfernen, und die Stähle können durch die Beizlösungen an .den Stellen, wo die blasige Zunderschicht auftritt, "gebrannt" werden.

Es bestand daher in der Industrie ein ständiges Bedürfnis, Stahlerzeugnisse herzustellen, die gleichmäßigere metallurgische Eigenschaften aufweisen, als sie mit herkömmlichen Walzverfahren erzielt werden können, und die eine möglichst geringe Zunderschicht auf der Oberfläche der luftgekühlten Endprodukte besitzen. Um dieses Ziel zu erreichen, hat man schon verschiedene Verfahren zur Behandlung von Stählen nach dem Heißwalzen ausprobiert. Ein Verfahren, das zur Verhinderung der unerwünschten Zunderbildung vorgeschlagen wurde, besteht darin, daß man den frischgewalzten Stahl in einer inerten Atmosphäre unmittelbar nach Verlassen der Walzenstraße kühlt. Dieses Verfahren ist jedoch kompliziert und war nicht besonders erfolgreich. Verfahren zur Behandlung von Stahl nach dem Heißwalzen sind aus den USA-Patentschriften 2 673 820 und 2 516 248 bekannt; bei ihnen werden Stahlknüppel kontinuierlich zu einer gewundenen Form heißgewalzt und das gewundene Material behandelt, um die MikroStruktur des Materials und die auf der Oberfläche während des Abkühlens gebildete Zunderschicht zu steuern. Dabei wird gemäß der US-PS 2 673 820 ein Luftgebläse angewandt, um den Stahl, während er auf eine Haspel aufgewunden wird, zu kühlen, während gemäß der US-PS 2 516 248 der aufgewundene Stahl nach der Entfernung von der Haspel gekühlt wird. In jedem der beiden Fälle erfolgt das Kühlen des Stahlerzeugnisses zu

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spät, als daß die oben erwähnten Schwierigkeiten, Steuerung der MikroStruktur oder Bildung einer Zunderschicht auf der Oberfläche, erfolgreich überwunden werden könnten.

Ein anderes bekanntes Verfahren ist das gemäß der US-PS 2 756 169, bei dem heißgewalzte Stahlstäbe rasch auf einen Temperaturbereich von 482 bis 704 ⁰C (900 - 1300 ⁰F) abgekühlt werden, nachdem sie zu ihrem endgültigen Format ausgewalzt worden sind* Die Stahlstäbe werden in dem angegebenen Temperaturbereich während einer Zeitdauer belassen, die ausreicht, um den Kohlenstoff sich aus der Lösung abscheiden zu lassen. Nach dem Kühlen werden die Stangen aufgewunden. Das Kühlen besteht darin, daß man die Stangen nacheinander in Wasser und in Luft abschreckt, nachdem sie aus dem letzten Walzenstand des Endwalzenzuges herausgekommen sind, damit sie die erwünschte Temperatur erhalten. Aus der US-PS 3 011 928 ist das Abschrecken von Stahlstangen in einer Wasserkühlkammer bekannt, nachdem die Stangen ihre letzte Walzstufe durchschritten haben und aus dem letzten Walzenstand des letzten Walzenzuges hervortreten. Die Stangen werden auf einer Haspel aufgewunden und während des Aufwindens einem zweiten Kühlgang unterzogen. Aus der US-PS 3 645 805 ist ein Verfahren bekannt, bei dem frischgewalzte Stahlstangen oder Stahldraht in überlappenden Windungen oder Bündeln auf ein Förderband abgesetzt werden, wobei die Temperatur des Stahles so gehalten wird, daß eine gleichmäßige Korngröße von nicht über 5 erhalten wird, und man anschließend das Abkühlen des Stahls derart steuert, daß eine Mikrostruktur aus Ferrit und Perlit erhalten wird. Weiter ist es aus der US-PS 3 389 021 bekannt, die Stahlstäbe, so wie sie aus dem letzten Walzenstand einer Endstraße heraustreten, mit Wasser abzuschrecken. Dabei werden die Stahlstäbe auf eine Temperatur von 788 ⁰C (1450 ⁰F) abgekühlt und die aufgewundenen Erzeugnisse in

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überlappender Anordnung auf einem Förderband abgesetzt und mit Luft auf 371 ⁰C (700 ⁰F) abgeschreckt. Die Stäbe werden anschließend aufgewunden. Aus den USA-Patentschriften 2 747 587 und 2 880 739 ist die Behandlung von Stahlstäben nach dem letzten Walzengang bekannt. Dabei werden die Stahlstangen durch eine Reihe von Ausgaberohren geführt, in denen sie nach dem letzten Walzengang im letzten Walzenstand einer kontinuierlichen Heißwalzstraße, jedoch vor dem Aufwickeln auf eine Haspel mit Wasser abgeschreckt werden. Die US-PS 3 604 691 betrifft das Aufwinden von Stahlstangen, wie sie aus der Walzenstraße kommen, auf eine Haspel sowie das Abschrecken der aufgewundenen Stäbe in kontinuierlicher Weise mit Wasser-, während die Stangen aufgewunden werden. Das Abschrecken mit Wasser wird durch Absenken der Haspel und der auf ihr befindlichen aufgewundenen Stange in einen Wasser enthaltenden Tank durchgeführt. Schließlich betrifft die US-PS 3 735 966 das alternierende Abschrecken und Kühlen mit Luft von Stahlstangen, wie sie aus der Walzenstraße kommen, und bevor sie aufgewunden werden. Das abwechselnde Abschrecken und Kühlen verhindert die Bildung von Martensit im Stahl.

Während die beschriebenen Verfahren des Standes der Technik ein gewisses Maß an Erfolg mit sich brachten, so ist doch die Gleichmäßigkeit der metallurgischen Eigenschaften nicht vollständig erzielt worden, und das Problem der Zunderbildung wurde nicht zufriedenstellend gelöst. Die bisherigen Einrichtungen und Temperatursteuerungssysteme, wie sie zur Durchführung der einzelnen Behandlungsschritte erforderlich sind, sind häufig empfindlich, kompliziert und aufwendig und können im allgemeinen wegen räumlicher Schwierigkeiten nicht in bereits bestehende Walzenstraßen eingebaut werden. Versuche, die Temperatur des heißgewalzten Stahls vor dem Kühlen mit Luft zu steuern, bestanden darin, den Stahl anfangs auf eine niedrigere als die normale Walztemperatur zu erhitzen und außerdem die Geschwindig-

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keit des Heißwalzens zu vermindern. Während einige günstige Wirkungen daraus resultierten, hat es sich nicht als praktisch oder wirtschaftlich erwiesen, Stahl auf diese Weise heißzuwalzen· Bisherige Versuche, die Endtemperatur der Stähle in Verfahren zu steuern, bei denen die Stähle anfangs auf verhältnismäßig niedrige Temperaturen von etwa 816 bis 982 ⁰C (1500 - 1800 ⁰F) zum Heißwalzen erhitzt werden, waren nur wenig erfolgreich, weil die Elektromotore, die die Walzenstände im Vorwalz- und Zwischenzug antreiben, zufolge der Beanspruchung beim Walzen "kalter" Stähle überlastet wurden. Das Überlasten kann gewöhnlich verhindert werden, indem man den Walzenzug bei niedrigen Geschwindigkeiten betreibt, jedoch geht dies zu Lasten der erzeugten Stahlmenge, so daß diese Maßnahme wirtschaftlich nicht vertretbar ist.

Während des Heißwalzens erhält der Stahl eine große Geschwindigkeit, beispielsweise eine Endgeschwindigkeit von 1219 m (4000 feet) Je Minute in einer Stabstraße und 3048 m (10000 feet) je Minute in einer Stangenstraße· Die hohe Geschwindigkeit, mit der die Stähle heißgewalzt werden, ist einer der Gründe, weswegen es unzweckmäßig, wenn nicht unmöglich erscheint, den Stahl während des Heißwalzens zu behandeln. Daher waren die bisherigen Verfahren zur Erreichung der oben genannten Ziele im allgemeinen auf die Behandlung der frischgewalzten Stähle außerhalb der Walzenstraße gerichtet.

Eine Doppelkornstruktur in dem frischgewalzten aufgespulten Stahl tritt nahe der Oberfläche des Stahls auf, weil der Stahl für eine hinreichend lange Zeit Wärme zurückhält, daß einige Körner auf Kosten der anderen wachsen können. Die überlappenden Schlingen des Stahls kommen miteinander in Berührung, und es bilden sich Bereiche, in denen die Wärme für lange Zeit zurückgehalten wird, wodurch in diesen Bereichen ebenfalls ein Kornwachstum und Doppelkornbildung verursacht werden.

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Die Gesamtkornstruktur des gewalzten Stahls ist zufolge der hohen Endtemperaturen außerordentlich grob. Außerordentlich grobes Korn läßt sich ähnlich wie Doppelkorn nur schlecht auf kugeligen Zementit glühen oder kaltverformen. Die Verteilung der Sphäroide, die sich während des Temperas bilden, ist außerdem ungleichmäßig. Nadeiförmiger Bainit bildet sich in Legierungsstählen bei Normaltemperaturen während des Luftkühlens nach dem Heißwalzen. Nadeiförmiger Bainit macht den Legierungsstahl hart und spröde und schwer zu bearbeiten.

Außerdem bildet sich auf dem frischgewalzten Stahl während des Luftkühlens auf Raumtemperatur eine schwere. Zunderschicht. Die Bildung schwerer, ungleichmäßiger Zunderschichten mit rauher Oberfläche ist bedingt durch die Zeit, die zum Kühlen der Stähle von den hohen Endtemperaturen auf Umgebungstemperatur erforderlich ist. Aufgespulter Stahl hält die Wärme langer als Stahl, der an sämtlichen Oberflächen einem Kühlmittel ausgesetzt ist. Daher ist die Zunderbildung bei aufgespultem Stahl besonders ausgeprägt. Selbstverständlich verursachen hohe Endtemperaturen gerader Stäbe ebenfalls die Bildung einer schweren Zunderschicht.

Die oben erwähnten bekannten Verfahren haben ebenfalls nicht zur vollständigen Lösung der Schwierigkeiten geführt, die mit der groben Kornstruktur, der Doppelkornbildung, der Bildung von nadeiförmigem Bainit sowie der Zunderbildung auf frischgewalzten Stangen und Stäben einhergehen.

Es ist allgemein bekannt, daß grobe Kornstruktur, Doppelkornstruktur und Zunderbildung die Folge der erhöhten Endtemperaturen des gewalzten Stahles sind. Wie oben erläutert, waren die bisherigen Versuche, diese Schwierig-

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keiten zu beseitigen, darauf gerichtet, den Stahl außerhalb der Walzstraße zu kühlen oder alternativ niedrigere als normale Anfangsheißwalztemperaturen anzuwenden, um den Stahl bei niedrigeren als normalen Endtemperaturen in den letzten Walzschritten auszuwalzen. Die Behandlung des Stahls nach dem letzten Walzgang ist jedoch nicht vollständig erfolgreich gewesen. Das Erhitzen auf niedrigere als normale Walztemperaturen ist ebenfalls unpraktisch, weil entweder die Walzstraßenmotore überlastet werden, was zu ausgebrannten Motoren führt, oder der Stahl mit sehr geringer Geschwindigkeit gewalzt werden muß, was ebenfalls unzweckmäßig ist.

Es wurde nun gefunden, daß die erhöhten Endtemperaturen außerhalb der Walzenstraße durch überschüssige Wärme hervorgerufen werden, die in dem Stahl erzeugt wird, wenn er durch den Zwischen- und Endzug gewalzt wird. Die grobe Kornstruktur wird auf diese Weise schon initiiert, bevor das Metall die Walzstraße verläßt.

Es wurde weiter gefunden, daß es möglich ist, Stahl bei normalen Vorwalztemperaturen mit derselben oder mit größeren Geschwindigkeiten zu walzen, wobei ein Produkt außerhalb der Walzstraße erhalten wird, das frei von Doppel- und Grobkornstrukturen ist und eine dünne, gleichmäßige Zunderschicht an seiner Oberfläche aufweist·

Die beschriebenen Schwierigkeiten, die aufgrund der Doppel- und Grobkornstruktur sowie der starken Zunderbildung, wie sie bei modernen Hochgeschwindigkeitswalzverfahren beispielsweise in Stab- oder Stangenwalzenstraßen auftreten, können nun überwunden werden, wenn man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.

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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Stahlprodukten in einer kontinuierlichen Heißwalzstraße, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den Stahl während des Heißwalzens und bevor man den Stahl auf sein Endformat heißwalzt, kühlt, wobei die integrierte Durchschnittstemperatur des frischgewalzten Stahlproduktes außerhalb des Walzenstuhles nicht über 954 ⁰C (1750 ⁰F) beträgt.

Wenn der Stahl also an ausgewählten Stellen zwischen den einzelnen Walzstufen gekühlt wird, indem er kräftig mit flüssigen Kühlmitteln besprüht wird, so daß die integrierte Durchschnittstemperatur, d.h. die maximale Temperatur, auf die der Stahl nach Abkühlen der Oberfläche durch die Restwärme erneut erhitzt werden kann, nicht größer als 954 ⁰C (1750 ⁰F) und die Oberflächentemperatur vorzugsweise nicht größer als etwa 927 ⁰C (1700 ⁰F) ist, können Doppelkorn- und Grobkornstrukturen sowie die unerwünschte starke Zunderbildung vermieden werden. Das flüssige Kühlmittel, das vorzugsweise hauptsächlich oder allein aus Wasser besteht, da Wasser eine sehr hohe spezifische Wärme oder Wärmeabführkapazität besitzt, wird auf den Stahl gerichtet, und von der Oberfläche des Stahls in einer Weise und in solcher Menge abgeführt, daß die Bildung eines Kühlmittelbades vermieden wird und das Kühlmittel nicht so hoch erhitzt wird, daß es verdampft. Durch Steuerung der Temperatur des Stahles aufgrund des Sprühkühlens während des Walζvorganges, insbesondere zwischen den Walzschritten in den späteren Walzstufen, d.h. anschließend auf das Vorwalzen und während des Zwischenwalzens und bzw. oder des Endwalzens, wo normalerweise die hauptsächliche Wärmebildung erfolgt, wird die Temperatur des Stahles unterhalb eines Punktes in dem Bereich gehalten, in dem ein merkliches isoliertes Kornwachstum sowie die Bildung einer schädlichen schweren Zunderschicht während des Abkühlens nach dem Walzen verhindert werden.

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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von heißgewalztem Kohlenstoff- und Legierungsstahl während des Walzens ist einfach, erfordert verhältnismäßig wenig aufwendige Einrichtungen, die in bereits bestehende Walzenstraßen eingebaut werden können, und beseitigt die oben erwähnten Schwierigkeiten.

Das Besprühen der Oberfläche der heißgewalzten Stähle mit Wasser erfolgt in Form von Strahlen mit hohem Druck während des Durchgangs durch eine kontinuierliche Heißwalzstraße und vor dem Endwalzen.

Die erhaltenen Produkte aus luftgekühltem Kohlenstoff- und Legierungsstahl besitzen eine gleichmäßige, weiche, feintexturierte, verhältnismäßig dünne Zunderschicht, die sich auf der Oberfläche während des Luftkühlens nach dem Heißwalzen bildet und die durch Abbeizen -in einer sauren Beizlösung leicht entfernt werden kann. Außerdem besitzen die Erzeugnisse gleichmäßige metallurgische Eigenschaften. Sie besitzen schließlich eine praktisch gleichmäßige Mikrostruktur aus Perlit in einer ferritischen Matrix, eine gleichmäßige Ausdehnung der Körner in der Walzrichtung, eine gleichmäßige Korngröße sowie eine gegenüber den bisherigen Erzeugnissen verbesserte Duktilität und Zähigkeit.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert werden, worin

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer kontinuierlichen Heißwalzstraße, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird,

Fig. 2 die grafische Darstellung eines Vergleichs der Temperaturen, wie sie auf der Oberfläche von Kohlenstoff- und Legierungs stählen entstehen, die einmal nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und zum anderen nach herkömmlichen Verfahren heißgewalzt wurden,

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Fig. 3 eine grafische Darstellung, die die Beziehung zwischen der integrierten Durchschnittstemperatur und der Oberflächentemperatur von Stahl außerhalb der Walzenstraße sowie zwischen der integrierten Durchschnittstemperatur des Stahls und der Menge und dem Druck des auf die Oberfläche des Stahls aufgespritzten Wassers und der Walzgeschwindigkeit veranschaulicht,

Fig. 4 eine Fotografie, auf der die Zunderschicht, die auf der Oberfläche eines luftgekühlten frischgewalzten Produktes (AISI 1040 Stahl in Form von Stangen mit einem Durchmesser von 1,9 ca (3/4 Zoll)), die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden sind, gebildet wurde, mit einer Zunderschicht auf einem frischgewalztem luftgekühlten Produkt aus ebenfalls 1040 Stahl der gleichen Stangenform, der nach einem herkömmlichen Heißwalzverfahren hergestellt wurde, verglichen werden kann,

Fig. 5 eine vergrößerte Fotografie, auf der in Makrostruktur eines frischgewalzten luftgekühlten gewundenen Stabes aus AISI 1040 Stahl und von einem Durchmesser von 1,9 cm (3/4 Zoll), hergestellt einmal nach einem herkömmlichen Heißwalzverfahren und ein anderes Mal nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, dargestellt ist,

Fig. 6 eine Mikrofotografie mit hundertfacher Vergrößerung der Mikrostruktur in einer Längsebene in der Nähe des Mittelpunktes einer Probe, die aus einem frischgewalzten luftgekühlten Stab von einem Durchmesser von 1,9 cm (3/4 Zoll) von AISI 1040 Stahl, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde,

Fig. 7 eine Mikrofotografie wie in Fig. 6, jedoch von Kohlenstoffstahl, der nach einem herkömmlichen Verfahren heißgewalzt war,

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Fig. 8 eine Mikrofotografie mit hundertfacher Vergrößerung der Mikrostruktur in einer Querebene in der Nähe des Mittelpunktes einer Probe, die aus einem frischgewalzten luftgekühlten gewundenen Stab von AISI 1040 Stahl von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heißgewalzt worden⁴ ist,

Fig, 9 eine Mikrofotografie analog Fig. 8, jedoch von einem Stahl, der nach einem herkömmlichen Heißwalzverfahren gewalzt worden ist,

Fig. 10 eine Mikrofotografie mit hundertfacher Vergrößerung der Mikrostruktur in einer Querebene nahe der Oberfläche desselben gewundenen Stabes, wie er im Zusammenhang mit Fig. 9 beschrieben ist,

Fig. 11 eine Mikrofotografie mit hundertfacher Vergrößerung der Mikrostruktur in einer Längsebene nahe der Mitte eines frischgewalzten, luftgekühlten, gewundenen Stabes von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser aus AISI 8615 Stahl, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden ist,

Fig. 12 eine Mikrofotografie mit hundertfacher Vergrößerung aus der Mitte eines Längsschnittes eines Legierungsstahlstabes vom Grad AISI 8615 und einem Durchmesser von 1,9 cm (3/4 inch), der nach einem herkömmlichen Heißwalzverfahren heißgewalzt worden ist,

Fig. 13 eine Mikrofotografie in hundertfacher Vergrößerung der Mikrostruktur in einer Querebene nahe der Mitte einer Probe, die aus einem frischgewalzten, luftgekühlten, gewundenen Stab von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser eines AISI 8615 Stahles, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heißgewalzt worden ist, und

Figuren 14 und 15 Mikrofotografien in hundertfacher Vergrößerung der Mikrostruktur in einer Querebene, die in der Mitte bzw. nahe der Oberfläche einer Probe aufgenommen wurden, die aus einem frischgewalzten, luftgekühlten, gewundenen Stab von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser

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aus AISI 8615 Stahl, der kontinuierlich nach einem herkömmlichen Heißwalzverfahren heißgewalzt worden ist, herausgeschnitten wurde,

Kohlenstoff- und Legierungsstähle, im weiteren als Stähle bezeichnet, werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer kontinuierlichen Heißwalzanlage, wie beispielsweise einer Stabstraße, Stangenstraße oder dgl., heißgewalzt, wobei Stahlstäbe und -stangen erhalten werden, die gleichmäßige metallurgische Eigenschaften besitzen, praktisch frei von Doppelkorsi- und Grobkornstrukturen sind und die eine praktisch gleichmäßige feinkörnige Struktur von Perlit in einer feinkörnigen Ferritmatrix aufweisen. Die Zunderschicht auf der Oberfläche der Stahlstangen und -stäbe, die während des Luftkühlens auf Umgebungstemperatur gebildet wird, ist gleichmäßig, glatt, feintexturiert und verhältnismäßig dünn. Während des Heißwalzens wird die Stahloberfläche an bestimmten Stellen zwischen den Walzenständen in der Heißwalzstraße mit Wasser bespritzt, um die Temperatur des Stahls zu steuern.

Gemäß Fig. 1, die eine schematische Darstellung einer kontinuierlichen Heißwalzanlage sowie von dazugehörigen Hilfseinrichtungen ist, wird Stahl auf eine Walztemperatur innerhalb des Bereiches von etwa 1066 bis etwa 1177 ⁰C (1950 bis 2150 ⁰F) in einem allgemein für diesen Zweck verwendeten Ofen 10 erhitzt. Der Stahl verläßt den Ofen 10 und wird in der Walzenstraße 11 auf sein Endformat heißgewalzt; die Walzenstraße 11 besteht aus einem Vorwalzzug 12 mit Walzenständen 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und 20, einem Zwischenwalzzug 21 mit Walzenständen 22, 23, 24, 25, 26 und 27, einem Endwalzzug 28 mit Walzenständen 29, 30, 31, und 32 sowie einem Auslauft!sch 33, einer Aufwindestation 34 mit Haspeln 35, 36, 37 und 38 und einem Kühlbett

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Zwischen dem Vorwalzzug 12 und dem Zwischenwalzzug 21 ist eine fliegende Schere 40 angeordnet. In dem Zwischenwalzzug 21 sind Umlaufführungen 41 und 42 und zwischen dem Zwischenwalzzug 21 und dem Endwalzzug 28 ist eine weitere ümlaufführung 43 angeordnet, um die Bewegungsrichtung des Stahls während des Heißwalzens um 180° zu ändern. In dem Zwischenwalzzug 21 sind Muldenbänder 44, 45, 46 und 47 und zwischen der ümlaufführung 43 und dem Endzug 28 ist das Muldenband 48 angeordnet, um die Stahlerzeugnisse während ihres Hindurchlaufens durch die Walzenstraße 11 zu unterstützen. Eine fliegende Schere 49 in dem Endwalzzug 28 entfernt die Enden der Stahlerzeugnisse vor dem Endwalzen und schneidet außerdem den Stahl auf die erforderliche Länge. Spritzeinheiten 50 und 51 in dem Zwischenwalzizug 21 und Spritzeinheiten 52 und 53 zwischen dem Zwischenwalzzug 21 und dem Endwalzzug 28 werden dazu verwendet, um Wasser auf die Oberfläche des Stahls während des Heißwalzens zu spritzen, um seine Temperatur zu steuern.

Im Betrieb wird der Stahl aus dem Ofen 10 der Walzenstraße 11 zugeführt und durchläuft nacheinander kontinuierlich die Walzenstände 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und 20 im Vorwalzzug 12. Die Temperatur der Stahlerzeugnisse wird mit Hilfe eines Strahlungspyrometers RP-1 zwischen den Walzenständen 13 und 14 gemessen. Ein kleiner Anteil des Vorderendes der Stahlerzeugnisse wird von der fliegenden Schere 40 abgeschnitten, während sich der Stahl zwischen dem Walzenstand 20 und dem ersten Walzenstand 22 des Zwischenwalzzuges 21 entlangbewegt. Der Stahl läuft weiter durch die Walzenstände 22, 23, 24, 25, 26 und 27 des Zwischenwalzzuges 21. Die Walzenstände 24 und 25 erscheinen in Fig. 1 als Attrappen, d.h. sie besitzen keine Walzen und der Stahl, der durch sie hindurchbewegt wird, wird in seinem Querschnitt nicht vermindert. Jedoch können diese Walzenstände je nach der Größe des gewalzten Stahlerzeugnisses und der erforderlichen Endgröße mit ineinandergreifenden Walzen ausgerüstet

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werden, um auch während des Durchganges durch diese Walzenstände den Querschnitt des Stahls zu verringern. Die Temperatur des Stahls wird weiter mit Hilfe eines Strahlungspyrometers RP-2 an der Stelle gemessen, wo er zwischen den Walzenständen 24 und 25 hindurchtritt. Während der Passage durch den Zwischenwalzzug 21 wird der Stahl durch die Umlaufführungen 01 und £2 um 180° gedreht. Natürlich kann der Stahl auch in einer geradlinigen kontinuierlichen Heißwalzstraße heißgewalzt werden, in der keine Umlaufführungen erforderlich sind. Während seines Durchtretens durch den Zwischenwalzzug 21 passiert der Stahl die Spritzeinheiten 50 und 51, die zwischen den Walzenständen 25 und 26 angeordnet sind. Bei diesem Durchgang wird Wasser auf die Oberfläche des Stahls gespritzt. Die Wasserführung in ^eder Spritzeinheit in der Walzenstraße wird derart gesteuert, daß das Spritzen beginnt, nachdem das führende Ende des Stahlerzeugnisses die Spritzeinheit bereits durchlaufen hat, um eine Verhärtung des führenden Endes des Stahls und damit ein Verkratzen oder Absplittern oder Reißen der Oberfläche der Arbeitswalzen in den Walzenständen zu verhüten, was beim Eintritt des Stahls in den Walzenstand auftreten könnte. Während seiner Beförderung von der ersten Spritzeinheit 50 zur zweiten 51 wird der Stahl durch das Muldenband 44 unterstützt. Der Stahl wird dann in der Umlaufführung 41 um 180° gedreht und durch das Muldenband 45 unterstützt, während er sich dem Walzenstand 26 zubewegt. Das Muldenband 46 unterstützt den Stahl auf seinem Weg zur Umlaufführung 42, wo er erneut um 180° gedreht und dem Walzenstand 27 zugeführt wird, der der letzte Walzenstand im Zwischenwalzzug 21 ist. Die Temperatur des Stahls wird erneut durch ein drittes Strahlungspyrometer RP-3 gemessen, bevor er im Walzenstand 27 gewalzt wird. Nach Hindurchtreten durch den Zwischenwalzzug 21 passiert der Stahl die Spritzeinheiten 52 und 53, die nacheinander angeordnet sind. Der Stahl wird dann erneut in der Umlaufführung 43 um 180° gedreht, wird über das Muldenband 48 bewegt und

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in den Walzenständen 29, 30, 31 und 32 des Endwalzzuges 28 zu der gewünschten Endgröße gewalzt. Eine fliegende Schere 49 hinter dem Walzenstand 32 schneidet den Stahl zu der gewünschten Länge. Die Temperatur des Stahls wird dann wiederum mit Hilfe eines Strahlungspyrometers RP-4 gemessen, wenn er den letzten Wälzenstand 32 im Endwalzzug 28 verläßt. Soll der Stahl aufgewunden werden, wird er einer der Haspeln 35, 36, 37 oder 38 in der Aufwindestation 34 zugeführt. Wenn jedoch gerade Stäbe erzeugt werden sollen, wird der Stahl dem Auslauf ti sch 33 und anschließend dem Kühlbett 39 zugeführt. In jedem Falle wird der Stahl nach dem Endwalzen auf Umgebungstemperatur luftgekühlt.

Es wurde gefunden, daß durch Heißwalzen des Stahles in der beschriebenen Weise die Temperatur der Oberfläche des Stahls, so wie er die Walzenstraße verläßt, 949 ⁰C (1740 ⁰F) betragen kann, beispielsweise in Form von Stäben oder Stangen, die einen Enddurchmesser von 12,7 mm (1/2 Zoll) aufweisen, während die integrierte Durchschnittstemperatur des Stahles, so wie er die Walzenstraße verläßt, nicht höher als etwa 954 ⁰C (1750 ⁰F) ist. Stahl, der in herkömmlicher Weise heißgewalzt wurde, d.h. nicht während des Walzens mit Wasser bespritzt worden ist, besitzt eine Oberflächentemperatur zwischen etwa 1038 und 1149 ⁰C (1900 - 2100 ⁰F) und eine integrierte Durchschnittstemperatur zwischen etwa .1038 und 1149 ⁰C (1900 - 2100 ⁰F).

Doppelkorn- und unerwünschte Grobkornstrukturen in dem gewalzten Stahl treten entweder dann auf, wenn der gewalzte Stahl übermäßig hohen Temperaturen oder übermäßig lange erhöhten Temperaturen ausgesetzt worden ist. Die Idee bei den meisten bisher unternommenen Versuchen, um die mit übermäßig hohen Temperaturen auftretenden Schwierigkeiten zu lösen, bestand darin, die Temperaturen des gewalzten Stahles rasch anschließend an das beendete Walzen auf einen unschädlichen Wert herabzusetzen. Beschleu-

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nigtes Kühlen des gewalzten Stahles sollte auch die unerwünschte starke Zunderbildung beseitigen, die auf der Oberfläche des gewalzten Stahles während des Walzens und insbesondere unmittelbar daran anschließend auftritt. Wie oben erläutert, waren diese bisherigen Versuche zur Beseitigung der genannten Schwierigkeiten nicht besonders erfolgreich.

Es wurde gefunden, daß das Wärmeproblem und das damit verbundene Kornwachstum und die Doppelkornstrukturbildung, d.h. die Bildung einer Struktur, bei der große Körner mit kleinen Körnern verbunden sind, nicht nur durch eine verhältnismäßig hohe anfängliche Walztemperatur verursacht wird, die, wie oben erläutert, zur Verhinderung von Schäden an der Walzenstraße und zur Vermeidung des Bedarfs an übermäßigen Kräften für das Walzen erforderlich ist, sondern im Gegenteil viel unmittelbarer auf die Bildung von Wärme in dem gewalzten Stück aufgrund des Walzverfahrens selbst zurückzuführen ist. Diese Wärmebildung aufgrund der Bearbeitung des Stückes während des Walzens verhindert, daß die Temperatur des Stückes sinkt und verursacht gewöhnlich sogar einen Anstieg der Temperatur des Stückes während des Walzvorganges. Es wurde tatsächlich gefunden, daß, $e niedriger die anfängliche Walztemperatur und je größer der Abfall der Temperatur während der ersten Stadien des Walzens, d.h. während des Vor- und des ersten Abschnittes des Zwischenwalzens sind, um so größer der Temperaturanstieg während des Endwalzens ist. Diese Wirkung wird von der Energie verursacht, die dazu aufgewandt wird, den steiferen Stahl in seinem Querschnitt zu vermindern, und führt selbst bei niedrigeren Anfangstemperaturen zu hohen Temperaturen während der späteren Walzstufen. Es wird angenommen, daß diese Wärmebildung schädlicher ist als die anfängliche Wärme des Stahls, da während des Fortsehreitens des Walzvorganges und der fortlaufenden Wärmebildung

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auch fortschreitend weniger weitere Walzschritte da sind, in denen der Querschnitt vermindert wird, um vergrößerte Körner in dem Stahl zu zerschlagen. Die Endstufen des Walzens können dazu dienen, ein übermäßiges und ungleichmäßiges Kornwachstum zu initiieren und zu beschleunigen, nachdem das Metall die Walzenstraße verlassen hat. Da das schädlichste Kornwachstum aufgrund de3 während des Walzens erfolgenden Wärmezuwachses auftritt, ist es möglich, diese Schwierigkeit durch Walzen bei verminderter Geschwindigkeit zu vermeiden. Auf diese Weise wird der Stahl zwischen den einzelnen Schritten hinreichend gekühlt, so daß die durch das Walzen eingebrachte Wärme mehr als kompensiert wird. Jedoch wird selbstverständlich durch eine Verminderung der Walzgeschwindigkeit auch die Erzeugungsgeschwindigkeit verringert, so daß dies keine hinreichende Lösung für die Schwierigkeiten ist, ausgenommen unter besonderen Umständen, wenn es absolut erforderlich ist, grobes und Doppelkorn weitgehend zu beseitigen. Es wurden auch Versuche durchgeführt, bei denen zur Erniedrigung der Temperatur des Stahls während des Walzens bei hoher Geschwindigkeit der Stahl durch Wasserbäder geführt wurde, die zwischen mehreren Walzendurchgängen angeordnet waren. Diese Versuche haben jedoch nicht die Schwierigkeit der Bildung von grobem und Doppelkorn oder von Zunder behoben, weil, wie man annimmt, sich offenbar eine Wasserdampfhülle um das Metallstück herum bildet, die die Abkühlgeschwindigkeit des Metalls verringert. Wie oben erwähnt, ist man ganz allgemein der Auffassung gewesen, daß es wegen der äußerst hohen Geschwindigkeiten bei modernen Walzvorgängen in jedem Falle undurchführbar sein würde, einen Stahlabschnitt zwischen einzelnen Walzschritten wirksam zu kühlen.

Das Kühlen des Stahls anschließend an das gesamte Walzverfahren kann wegen der übermäßigen Wärmebildung während der späteren Stufen des Walzens zwar das Grobkornproblem bei Hochgeschwindigkeitswalzenstraßen lindern, jedoch

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nicht beseitigen, weil sich die Kornstruktur bereits vergröbert hat, bevor der Stahl die Walzenstraße verläßt. Die Doppelkornbildung, die offenbar im wesentlichen erst nach Verlassen der Walzenstraße und während des Aufwindens auftritt, könnte andererseits möglicherweise durch drastisches Kühlen nach dem Verlassen der Walzenstraße beseitigt werden, jedoch würden die Oberflächenschichten des Stahles in diesem Falle außerordentlich stark gekühlt werden müssen.

Unerwarteterweise wurde nun gefunden, daß die MikroStruktur von Legierungsstäben und -stangen, beispielsweise von AISI 8615 Stahlstäben und -stangen, die erfindungsgemäß gewalzt und durch Bespritzen gekühlt worden waren, aus feinem Perlit bestand, der gleichförmig in einer feinkörnigen ferritischen Matrix verteilt war, wobei sich kein Anzeichen dafür ergab, daß grober, nadeiförmiger Bainit vorhanden war, der normalerweise bei derartigen Legierungsstählen mit vorhanden ist, wenn sie gemäß herkömmlichen Heißwalzverfahren gewalzt worden sind.

Fig. 2 ist eine grafische Darstellung, in der die Oberflächentemperaturprofile von Stahl, der auf herkömmliche Weise heißgewalzt worden ist, als Kurve A bezeichnet, und von Stahl, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heißgewalzt worden ist. (Kurve B) verglichen werden. In beiden Fällen wird der Stahl auf eine Walztemperatur innerhalb des Bereiches von etwa 1Ö66 bis etwa 1177 ⁰C (1950 bis etwa 2150 ⁰F) erhitzt. Die Temperatur des Stahles nimmt ab, während er in dem Vorwalzzug und dem ersten Abschnitt des Zwischenwalzzuges gewalzt wird. Wie durch Kurve A veranschaulicht, beginnt die Temperatur während des Heißwalzens in dem Zwischenwalzzug anzusteigen und steigt während des Walzens in dem Endzug weiter an. Die Temperatur des Stahls, wie er die Walzen-

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straße verläßt, kann so hoch wie die anfängliche Walztemperatur sein. Wie jedoch durch Kurve B dargestellt, steigt die Temperatur des Stahls, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heißgewalzt wird, nicht an, sondern sinkt je nach dem Ausmaß des Spritzkühlens. Der Stahl, wie er die Walzenstraße verläßt, besitzt eine integrierte Durchschnittstemperatur von nicht über etwa 954 ⁰C (1750 ⁰F) sowie eine Oberflächentemperatur von 949 ⁰C (1740 ⁰F) in Form von Stäben oder Stangen, die einen Durchmesser von 12,7 mm (1/2 Zoll) besitzen. Vorzugsweise beträgt die Temperatur jedoch nicht mehr als 927 ⁰C (1700 ⁰F) in derartigen Stäben und Stangen.

Es wurde gefunden, daß die integrierte Durchschnittstemperatur von heißgewalztem Stahl, wie er die Walzenstraße verläßt, mit der Menge an Wasser in Beziehung steht, die auf die Oberfläche des Stahls gespritzt worden ist, sowie mit dem Überdruck des Wassers, das auf die Oberfläche des Stahls gespritzt wurde und der Walzgeschwindigkeit· Diese Beziehung wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

worin T die integrierte Durchschnittstemperatür des Stahls in ⁰F,

q die Wassermenge, die auf die Oberfläche des Stahls gespritzt wird, in Gallonen je Minute,

ρ der Überdruck des Wassers, mit dem es den Druckdüsen zugeführt wird, in psi und

bedeuten.

die Walzgeschwindigkeit des Stahls in Tonnen je Stunde

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2 f^R

Tm = -=2 V r T(r) dr,

worin Tm die integrierte Durchschnittstemperatur,

R der Radius des frischgewalzten Produktes, wie es aus der Walzenstraße herauskommt,

T(r) die Temperaturverteilung in dem Querschnitt an einem Punkt in der Zeit und

r die radiale Raumkoordinate sind.

Wenn im folgenden von die Walzenstraße verlassenhabendem Stahl die Rede ist, ist Stahl gemeint, wie er in der kontinuierlichen Heißwalzstraße aus dem letzten Walzenpaar im letzten Walzenstand des Endwalzzuges heraustritt. Unter der Bezeichnung frischgewalztem Stahl wird ein Stahl verstanden, der nach dem Walzen noch nicht wärmebehandelt, beispielsweise angelassen, normalisiert und dgl» worden ist» Stahl, der aufgewunden oder nach dem Walzen in ein Kühlbett geleitet und auf Umgebungstemperatur luftgekühlt worden ist, befindet sich in frischgewalztem, luftgekühltem Zustand. Daher ist ein frischgewalztes, luftgekühltes, die Walzenstraße verlassenhabendes Produkt ein Stahlprodukt, das aus dem letzten Walzenstand in dem Endwalzzug der kontinuierlichen Walzenstraße herausgetreten und noch nicht irgendeiner Nachbehandlung unterzogen worden ist, ausgenommen, daß es aufgewunden und in ruhender Luft abgekühlt worden ist.

Die Zeit, während der der Stahl den Wasserstrahlen von hohem Druck ausgesetzt ist, stellt einen Faktor für die Steuerung der Oberflächentemperatur des die Walzenstraße verlassenden Stahles dar. Weil der Stahl mit hohen Geschwindigkeiten von beispielsweise einer Geschwindigkeit beim Verlassen der Walzenstraße von etwa 762 bis etwa

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1371 m (2500 - 4500 Fuß) je Minute in Stabwalzenstraßen bis 3048 m (10000 Fuß) je Minute in Stangenwalzenstraßen, heißgewalzt wird, ist die Zeit, während der die Oberfläche des Stahls den Wasserstrahlen von hohem Druck ausgesetzt ist, auf ein Minimum beschränkt. Es ist daher erforderlich, eine große Wassermenge mit verhältnismäßig hohem Druck während einer geringen Zeit auf den Stahl aufzubringen. Die Menge an verbrauchtem Wasser und der Druck des Wassers sind miteinander verknüpft.

Wenn das Wasser bei hohen Temperaturen mit dem Stahl in Berührung tritt, bildet sich um den Stahl herum eine Wasserdampfumhüllung. Diese Wasserdampfumhüllung isoliert den Stahl wirksam und verzögert das Abkühlen durch den Wasserkontakt, wenn es dieses nicht sogar vollständig verhindert. Es ist deshalb erforderlich, entweder die Dampf umhüllung mit dem Wasser durch Verwendung von Wasser von hohem Druck zu durchdringen oder die Bildung einer Dampfumhüllung zu verhindern. Es wurde gefunden, daß die Bildung einer Dampfumhüllung verhindert werden kann, wenn man eine hinreichende Menge Wasser bei hinreichend hohem Druck auf die der Walzung unterzogenen Stahlprodukte aufspritzt. Drücke von etwa 1,75 atü (25 psig) können hierfür angewandt werden, -wenn eine hinreichende Wassermenge je Zeiteinheit verwendet wird. Jedoch muß dabei eine außerordentlich große Wassermenge eingesetzt werden. Deshalb wird vorzugsweise ein Überdruck von etwa 2,45 atü (35 psig) angewandt, um Wasser zu sparen. Es können auch tiberdrücke von 4,2 atü (60 psig) angewandt werden, jedoch wurde gefunden, daß Drücke über 4,2 atü (60 psig) die erfindungsgemäß erzielten Ergebnisse nicht wesentlich verbessern. Deshalb beträgt der bevorzugte Druckbereich 2,45 bis 4,2 atü (35-60 psig). Selbstverständlich muß auch die Größe des gewalzten Stahlerzeugnisses berücksichtigt werden, damit man die gewünschten Ergebnisse erzielt. Unter normalen Walzbedingungen erfordern kleine Produkte, wie beispielsweise solche mit einem Durchmesser

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von 12,7 mm (1/2 Zoll) bei einem bestimmten Überdruck nicht so viel Wasser wie größerformatige Stahlerzeugnisse, beispielsweise solche mit einem Durchmesser von 25, 4 mm (1 Zoll), die mit höheren Ausstoßgeschwindigkeiten erzeugt werden. Wie in dem in Fig. 3 dargestellten Nomogramm gezeigt wird, kann ein Stahlstab oder eine Stahlstange mit einem Durchmesser von 12,7 mm (1/2 Zoll), die mit einer Geschwindigkeit von 45,36 t (50 tons) je Stunde gewalzt werden, so bis zu Ende gewalzt werden, daß sie eine integrierte Durchschnittstemperatur von nicht mehr als etwa 954 ⁰C (1750 ⁰F) besitzen, indem man 2177 1 (575 Gallonen) Wasser je Minute bei einem Überdruck von 2,45 atü (35 psig) auf die Oberfläche des Stahls aufspritzt. Die Oberflächentemperatur des Stahls wird bei etwa 949 ⁰C (1740 ⁰F) liegen. Die Menge an Wasser kann in eine Anzahl von Strömen aufgeteilt werden und kann an erwünschten Stellen in der kontinuierlichen Walzenstraße verspritzt werden. Gemäß einem anderen Beispiel kann ein Stahlstab oder eine Stahlstange, die auf einen Enddurchmesser von 25,4 mm (1 Zoll) mit einer Geschwindigkeit von 136,08 t (150 tons) je Stunde heißgewalzt wird, auf eine integrierte Durchschnittstemperatur von nicht über 954 ⁰C (1750 ⁰F) endgewalzt werden, indem man 6550 1 (1730 Gallonen) Wasser je Minute mit einem überdruck von 2,45 atü (35 psig) auf die Oberfläche des Stahls sprüht. Die Oberflächentemperatur des die Walzenstraße verlassenden fertigen Stahlstücks beträgt etwa 930 ⁰C (1705 ⁰F). Die Wassermenge kann auf die Stahloberfläche mit Hilfe mehrerer Sprüheinheiten aufgespritzt werden. Wie oben erwähnt, bildet sich, wenn das Wasser mit dem Stahl bei den in Rede stehenden Temperaturen während des Heißwalzens in Berührung tritt, möglicherweise um das Stahlstück herum eine Wasserdampfumhüllung, die den Stahl hinreichend isoliert und das Abkühlen der Oberfläche verhindert. Es ist daher erforderlich, die Bildung eines Wasserbades in den Spritzeinheiten zu verhindern, um die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zu beeinträchtigen. Die Spritzeinheiten, die

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bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, bestehen aus Mitteln zum Aufspritzen des Wassers auf die Oberfläche des Stahls mit hohem Druck, Mitteln zum axialen Ausrichten des Stahls in den Spritzeinheiten und Mitteln zum Sammeln und Ableiten des Spritzwassers unterhalb der Spritzeinheiten und unterhalb der Linie, entlang der die Stahlstücke durch die Einheiten wandern, um eine Wasserbadbildung in den Spritzeinheiten und damit eine Hindurchführung der Stahlerzeugnisse durch dieses Wasserbad zu verhindern.

Das Steuern der Temperatur des Stahls durch Aufspritzen von Kühlwasser auf die Oberfläche des Stahls während des Heißwalzens in der kontinuierlichen Heißwalzstraße führt zu einem frischgewalzten Produkt, das nach dem Verlassen der Walzenstraße eine integrierte Durchschnittstemperatur von nicht über 954 ⁰C (1750 ⁰F) besitzt und eine Oberflächentemperatur von etwa 927 ⁰C (1700 ⁰F) aufweisen kann. Die Oberflächentemperatur des Stahls kann 954 ⁰C (1750 ⁰F) erreichen und beispielsweise etwa 949 ⁰C (1740 ⁰F) betragen, jedoch überschreitet sie niemals den Wert von 954 ⁰C (1750 ⁰F). Das frischgewalzte Produkt, wie es aus der Walzenstraße kommt, besitzt gleichmäßige metallurgische Eigenschaften, eine praktisch gleichförmige Mikr ο struktur, die an der Oberfläche keine Doppelkornbildung und im Inneren des Stahlstücks keine Grobkombildungen aufweist, sowie eine feinkörnige perlitisch/ferritische Mikrostruktur, eine gute Duktilität und Zähigkeit sowie eine gleichförmige, feintexturierte, glatte, verhältnismäßig dünne Zunderschicht, die sich an der Oberfläche während des Luftkühlens auf Umgebungstemperatur bildet. Unerwarteterweise trägt das erfindungsgemäße Verfahren dazu bei, daß die Stäbe oder Stangen kompakter aufgewunden werden können als bei den bisherigen Verfahren, bei denen heißgewalzt und aufgespult wurde. Eine kompaktere Spule bedeutet eine erhöhte Stahlmenge, die auf einer einzigen Haspel aufgespult werden kann. Es wurde auch

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gefunden, daß die Walzenstraßengeschwindigkeit beibehalten und sogar erhöht werden kann, wenn man die Temperatur des Stahls durch Bespritzen mit Wasser während des Heißwalzens steuert. Damit ergibt sich eine Produktionserhöhung. Während bisher die Verwendung von Wasser als Kühlmittel beschrieben wurde, ist es auch möglich, andere Kühlmittel, wie Druckluft, zu verwenden. Natürlich sind die Wärmeübertragungseigenschaften von Luft gering, weshalb Luft nicht so wirksam wie Wasser als Kühlmittel ist. Andere handelsübliche Kühlmittel oder Löschmittel, wie schwer entflammbare Öle und dgl., können ebenfalls eingesetzt werden.

In den bisherigen Erläuterungen wurde gezeigt, daß die kontinuierliche Heißwalzstraße 11 acht Walzenstände im Vorwalzzug 12, sechs Walzenstände im Zwischenwalzzug 21 und vier Walzenstände im Endwalzzug 28 besitzt, jedoch ist es selbstverständlich, daß die Walzenstraße auch mehrere Vorwalz-, Zwischenwalz- und Endwalzzüge enthalten könnte, wobei jeder Walzenzug eine beliebige Anzahl von Walzenständen je nach der Größe des Stahlerzeugnisses, das gewalzt wird, und der Größe des erwünschten Produktes enthalten kann. Während eine kontinuierliche Heißwalzstraße eine vorgeschriebene Zahl von Walzenständen in jedem Walzenzug enthalten kann, müssen nicht sämtliche Walzenstände dazu verwendet werden, sämtliche Größen von Stahl zu walzen. In diesem letztgenannten Fall werden die Walzenstände, die gerade nicht verwendet werden, als Leerstände bezeichnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, vor den Vorwalzzug einen weiteren Vorwalzzug (blooming mill) oder eine Kntippelwalze einzuschalten, so daß Material von großen Abmessungen auf eine Größe zerkleinert werden kann, die sich zum Heißwalzen in dem Vorwalzzug eignet.

Obwohl es allgemein üblich ist, Knüppel in der kontinuierlichen Heißwalzstraße zu walzen, sollen unter diesem Ausdruck Knüppel im vorliegenden Falle auch Vorblöcke,

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Barren und bzw. oder andere Arten von Rohstücken verstanden werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden verschiedene Stahlsorten (Grade) auf einen erwünschten Enddurchmesser heißgewalzt. Die Ergebnisse des Walzens verschiedener Stahlgrade sind, in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt. Die chemischen Zusammensetzungen der in Tabelle I aufgeführten Stahlsorten sind in Tabelle II angegeben.

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	AISI	Vergleich	der Eigenschaften	^-rf	kg/en	(psi χ	Sämtliche	von Stahlstücken, die	² (psixiO³)	Dehnung	Tabelle	I	nicht spritzgekühlt wurden	. R.T. (Charpy)	(Lb-Ft)	bildung	Dicke	der	52,1	(HiIs)	Beiz	Brinoll-	IM I—<	C O)	I
	-Grad			(1675)	2009	(28,7)		AusgangsstOcke waren	(47,5)	*	während		χ 11,4 ca (4-1/2 χ 4-1/2 inch) Größe '	Dkg	(99,5)	Zunderschicht	35,6	(2,05)	dauer	Härtezahl	gewä	£	ro
				(1675)	2002	(28,6)			(46,7)	36,3	des Heißwalzens spritzgekühlt bzw.	Querschn. Kerbschlagzähigkeit Bruch-	13,93	(97,7)	{% Granulat) ,u	95,3	(1,40)	(min)		■Ξ	α.
	1010		Oberflächentemp. Streckgrenze	(1935)	2170	(31,0)		Zerreißfestigkeit	(52,0)	37,2	Knüppel von 11,4	Veraindg.	13,68	(88,8)	26,7	1,5	(3,75)	6	78,5	•H		I f
			⁰C	(1695)	3199	(45,7)	1O³) kg/cB	(86,8)	29,0		*	12,43	(37,3)	25,0	105,4	(1,05)	4	77	;*	ι—1 «3 ac	I
		913	(1965)	2975	(42,5)	3325	(84,9)	25,5		77,2	5,22	(22,6)	28,3	21,6	(4,15)	12	89	CV.	αϊ cn CQ
	1040	913	(1640)	4305	(61,5)	3269	(134,3)	23,8		77,5	3,16	( 2,8)	43,3	31,8	(0,85)	8	161	m m	•Η QJ •JC
		•1057	(1700)	4158	(59,4)	3640	(135,5)	9,3		69,9	0,39	( 2,0)	65,0	105,4	(1,25)	>15	154,5	LTV	c:
	1090	924	(1930)	5376	(76,8)	6076	(146,6)	8,5	50,8	0,28	( 2,8)	100,0	26,7	(4,15)	8	262	ΟΛ τ—
		•1074	(1695)	3934	(56,2)	5943	(107,5)	8,5	45,0	0,39	(35,7)	100,0	74,9	(1,05)	8	265,5	C O	i
		893	(1940)	4039	(57,7)	9401	(106,9)	20,8	12,8	5,00	(26,2)	100,0	35,6	(2,95)	15	281	*
	11L44	927	(1680)	4550	(65,0)	9485	(117,4)	19,2	10,4	3,67	(27,0)	0,0	101,6	(1,40)	6	207	Vl cn	C a» «·■
cn		•1054	(1970)	4487	(64,1).	10262	(117,7)	21,5	10,2	3,78	(19,2)	11,7	12,7	(4,00)	10	216	O) S f~*	υ
O	1541	924	(1635)	4648	(66,4)	7525	(120,4)	19,7	44,0	2,69	(46,3)	68,3	170,2	(0,50)	6	232	O L.	% ¹^
CD		•1060	(1955)	4669	(66,7)	7483	(121,0)	22,5	40,f	6,48	(14,8)	80,0	24,1	(6,70)	10	241	~°	IO J^** fc on
CX)	3140	916	(1695)	3815	(54,5)	8218	(103,1)	17,0	55,6	2,07	(48,0)	85,0	25,4	(0,95)	6	229	ro ■+·* cn	Q9 V^f I
-^		•1077	(1695)	3843	(54,9)	8239	(108,4)	24,3	50,0	6,72	(35,7)	100,0	127,0	(1,00)	15	241	a	O . n> —*
	4137	891	(1970)	46*8	(66,4)	8428	(115,5)	24,3	62,1	5,00	(7,0)	36,7	22,9	(5,00)	6	201	C •e-l Q)
O		•1069	(1655)	3794	(54,2)	8470	( 83,5)	19,7	42,7	0,98	(«08,3)	33,3	102,9	(0,90)	6	201	H-	• co
		924	(1970)	404δ	(57,8)	7217	( 81,9)	27,2	58,6	15,16	(43,5)	100,0	41,9	(4,05)	15	209	IQ
σ>	4615	924	(1685)	4998	(71,4)	7588	(136,6)	25,5	57,6	6,09	( 7,0)	0,0	158,8	(1,65)	6	163	β)
—*		•1077	(1960)	5243	(74,9)	8085	(139,2)	12,8	49,0	0,98	(5,0)	63,3	29,2 ·	(6,25)	16	170	3c
	5160	902	(1670)	3318	(47,4)	5845	( 76,0)	12,5	60,7	0,70	(120,4)	100,0	54,6	(1,15)	6	269	i—I β,
		•1077	(1940)	2829	(41,4)	5733	( 76,9)	33,5	57,7	16,86	(118,3)	100,0	15,2	(2,15)	>15	262	O. O.
	8115	918	(1655)	3437	(49,1)	9562	( 81,7)	32,2	26,8	16,56	(113,7)	0,0	105,4	(0,60)	6	144,5	C
		•1071	(1940)	3171	(45,3)	9744	( 79,9)	30,5	26,2	15,91	(50,2)	5,0	12,7	(4,15)	10	138,5	JZ
	8615	910	(1665)	5971	(85,3)	5320	(122,0)	27,7	68,2	7,03	(21,0)	0,0	106,7	(0,50)	6	163	O •i-l I—I
		•1060	(1950)	6377	(91,1)	5383	(125,3)	18,3	65,6	2,94	(10,3)	50,0	50,8	(4,20)	15	163	α ICO
	8640	902	(1695)	4984	(71,2)	5719	(137,6)	15,7	75,7	1,44	(6,3)	73,3	94,0	(2,00)	6	241	co
		♦1060	(1970)	5663	(80,9)	5593	(146,7)	16,8	58,7	0,88	(5,3)	100,0	(3,70)	15	262	*
	9260	902	8540		14,8	50,8	0,74	100,0		2	255
		•1O66	8771	41,8	100,0	15	289
		902	9632	30,9
		•1077	10269	26,5

cn O CO OO

Tabelle II
Chemische Zusammensetzung der in Tabelle I aufgeführten heißgewalzten Stahlproben

AISI-Grad C Mn P S Si Ni Cr Mo Pb

1010	0,047	0,41	0,005	• 0,017	0,01	——	—	—-·
1040	0,40	0,75	0,008	0,033	0,21	—
1090	0,94	0,66	0,003	0,029	0,24			—
11L44	0,47	1,63	0,012	0,30	0,26	^m mm	—	—
1541	0,43	1,74	0,013	0,020	0,22	—.	--	—
3140	0,44	0,82	0,007	0,016	0,26	1,18	0,57	mm mm
4137	0,37	0,72	0,007	0,023	0,26	0,04	0,89	0,18
4615	0,22	0,44	0,008	0,013	0,21	1,78	0,07	0,19
5160	0,64	0,80	0,007	0,007	0,23	—	0,74	—
8115	0,18	0,88	0,007	0,007	0,31	0,29	0,34	0,09
8615	0,22	0,83	0,010	0,010	0,24	0,49	0,49	0,13
8640	0,43	0,80	0,007	0,007	0,27	0,50	0,49	0,14
9260	0,59	0,89	0,005	0,005	1,96			*m.mm*

0,20

cn

-fr-CD CO

Die in Tabelle I aufgeführten Proben, die nach herkömmlichen Verfahren hergestellt wurden, verließen die Walzenstraße mit Oberflächentemperaturen oberhalb 1038 ⁰C (1900 ⁰F), was einer integrierten Durchschnittstemperatur von über 1038 ⁰C (1900 ⁰F) entspricht, während sämtliche Stahlprodukte, die während des Heißwalzens mit Wasser bespritzt worden waren, eine Oberflächentemperatur von nicht über 927 ⁰C (1700 ⁰F) beim Verlassen der Walzenstraße aufwiesen, was einer integrierten Durchschnittstemperatur von nicht über 954 ⁰C (1750 ⁰F) entspricht. Die mechanischen Eigenschaften, d.h. Streckgrenze und Zerreißfestigkeit sowie Dehnupg sämtlicher Proben waren vergleichbar. Im allgemeinen besaßen die Proben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heißgewalzt worden waren, eine bessere Duktilität, wie durch die verbesserte prozentuale Querschnittsverminderung belegt wird, und außerdem eine verbesserte Zähigkeit bei Raumtemperatur, wie durch die Zunahme der Kerbschlagzähigkeitswerte, gemessen an standardisierten V-Kerben-Stangen nach Charpy gemäß ASTM E23-72, belegt wird. Die Zunderschicht, die sich auf der Oberfläche der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewalzten Produkte bildete, war gleichförmig, glatter, feintexturiert, dünner und ließ sich leichter durch Beizen in einer 12%igen wäßrigen Schwefelsäurelösung entfernen als bei auf herkömmliche Weise heißgewalzten Produkten. Die kürzere Zeit, die erforderlich war, um die Zunderschicht auf den frischgewalzten, luftgekühlten, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stangen im Vergleich zu der Zeit, die zur Entfernung der Zunderschicht auf nach herkömmlichen Verfahren heißgewalzten Stangen nötig war, verdient ebenfalls Beachtung.

Im vorliegenden Falle werden Spritzeinheiten in der kontinuierlichen Heißwalzstraße nach den ersten beiden Walzenständen und vor den letzten beiden Walzenständen in dem Zwischenwalζzug sowie nacheinander angeordnete Spritz-

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einheiten vor dem ersten Walzenstand im Endwalzzug eingesetzt; jedoch können entsprechende Ergebnisse erzielt werden, wenn man beliebige Kombinationen von Spritzeinheiten zwischen Walzenständen in dem Zwischenwalzzug und im Endwalzzug einsetzt· Je nach der Größe des Stahlproduktes, das gewalzt wird, kann eine unterschiedliche Anzahl von Spritzeinheiten derselben Größe eingesetzt werden. Alles was zur Erzeugung eines Stahlerzeugnisses, das nach Verlassen der Walzenstraße eine integrierte Durchschnittstemperatur von nicht über 954 ⁰C (1750 ⁰F) aufweist, erforderlich ist, ist, daß das Stahlerzeugnis durch mindestens eine und vorzugsweise mehrere Spritzeinheiten vor der Endauswalzung im letzten Walzenstand des Endwalzzuges hindurchgeführt wird. Das Spritzkühlen sollte jedoch so früh wie möglich in dem Zwischen- oder Endwalzzug vorgenommen werden, so daß sich die Temperatur des Stahls vor dem Walzen auf Endgröße stabilisieren kann. Während das Spritzkühlen von Vorteil ist, muß darauf geachtet werden, daß ein Abkühlen des Stahles auf solche Temperaturen, die den Stahl nicht mehr gut heißwalzen lassen, vermieden wird.

Selbstverständlich können auch Querschnittsformen, wie Rundungen, Quadrate, Sechsecke, Achtecke und dgl., nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.

Wie bereits oben erwähnt, ist die Zunderschicht, die sich auf der Oberfläche des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten, nach dem Heißwalzen auf Umgebungstemperatur luftgekühlten Stahlproduktes bildet, gleichmäßig, feintexturiert, glatt und verhältnismäßig dünn, wobei die Dicke im allgemeinen zwischen 0,0254 und 0,051 mm (1-2 mils) beträgt. Auf der anderen Seite ist die Zunderschicht, die sich auf der Oberfläche von nach herkömmlichen Verfahren heißgewalzten, luftgekühlten Produkten bildet, ungleichmäßig, grob, uneben und weist im allgemeinen eine Dicke von etwa 0,102 mm (4 mils) auf, kann jedoch auch nur

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0,076 mm (3 mils) und andererseits bis zu 0,165 mm (6,5 mils) betragen. Ein Vergleich der Zunderschichten, die sich an der Oberfläche von luftgekühlten Stäben nach dem Heißwalzen gemäß der Erfindung sowie der Zunderschichten, die sich auf der Oberfläche von nach herkömmlicher Weise heißgewalzten, luftgekühlten Stäben bildet, ist in Fig. 4 dargestellt. Die mit A bezeichnete Probe ist ein Teil eines frischgewalzten, aufgewundenen Stabes von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser, der aus einem 12,2 m (40 Fuß) langen Knüppel von einem Querschnitt von 11,4 χ 11,4 cm (4,5 x 4,5 inch) stammte. Der AISI-Grad beträgt 1040. Der Stab war nach dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren heißgewalzt worden. Die mit B bezeichnete Probe ist ein Teil eines ebenfalls aufgewundenen Stabes von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser, der von einem ebenfalls 12,2 m (40 Fuß) langen Knüppel mit einem Querschnitt von 11,4 χ 11,4 cm (4,5 x 4,5 inch) stammte, dessen AISI-Grad 1040 betrug. Der Stab war auf herkömmliche Weise heißgewalzt worden, d.h. vor dem Auswalzen zur Endgröße nicht gekühlt worden. Man beachte, daß die Zunderschicht auf der Oberfläche des als Probe A bezeichneten Stabes gleichmäßig, glatt, feintexturiert und verhältnismäßig dünn ist (Dicke etwa 0,038 mm (1,5 mils)), während die Zunderschicht auf der Oberfläche des mit B bezeichneten Stabes ungleichmäßig, grob, rauh und verhältnismäßig dick ist (Dicke etwa 0,14 mm (5,5 mils)).

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Stahlprodukt besaß eine gleichförmige Makrostruktur im frischgewalzten Zustand, während das nach einem herkömmlichen Heißwalzverfahren hergestellte Stahlprodukt eine Doppelkornstruktur in zwei um 180° entfernten Bereichen nahe der Oberfläche aufwies. Eine Probe, die aus einem AISI 1040 Stahlstab von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt

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war, sowie eine Probe aus einem AISI 1040 Grad Stahlstab von ebenfalls 1.9 cm (3/4 inch) Durchmesser, der nach einem herkömmlichen Verfahren hergestellt war, herausgeschnitten wurde, zeigten die in Fig. 5 dargestellten geätzten Querflächen. Fig. 5 ist eine Fotografie in zweifacher Vergrößerung der geätzten Querfläche jeder der beiden Proben. Der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Stab, d.h. der während des Heißwalzens spritzgekühlte, ist mit C und der während des Heißwalzens nicht spritzgekühlte, auf herkömmliche Weise hergestellte mit' D bezeichnet, Probe C besitzt eine gleichmäßige Makrostruktur, während Probe D eine ungleichmäßige Makrostruktur aufweist. Doppelkornstruktur kann nahe der Oberfläche der Probe um 180° entfernt festgestellt werden.

Die Mikrostruktur, die sich in frischgewalztem, luftgekühltem AISI 1040-Grad Stahl, der während des kontinuierlichen Heißwalzens wassergekühlt wurde, entwickelte, ist in Fig. 6 dargestellt. Die MikroStruktur ist auf einer Längsebene einer Probe dargestellt, die aus einem frischgewalzten, luftgekühlten, aufgewundenen Stab mit 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser herausgeschnitten worden ist. Die Mikrostruktur besteht aus feinzerteiltem, gleichmäßig verteiltem Perlit in einer feinkörnigen ferritischen Matrix. Die Mikrostruktur läßt ein gleichförmiges Verankern "banding" zwischen Perlit und Ferrit erkennen. Zum Vergleich ist in Fig. 7 die Mikrostruktur in einer Längsebene einer Probe dargestellt, die aus einem frischgewalzten, luftgekühlten, aufgewundenen Stab von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser aus AISI 1040 Grad Stahl herausgeschnitten ist, der nach einem herkömmlichen Verfahren, bei dem während des Heißwalzens keine Spritzkühlung erfolgte, hergestellt worden ist. Diese Mikrostruktur besteht aus grobkörnigem Perlit in einer grobkörnigen ferritischen Matrix. Für irgendeine Verankerung ergibt sich keinerlei Anzeichen. Die Mikrostruktur ist in 100-facher Vergrößerung dargestellt. Die

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in Fig. 6 dargestellte MikroStruktur von frischgewalzten, luftgekühlten Proben ist ebenso für die Mikrostrukturen repräsentativ, die in Stahlproben der Grade 1010, 1090, 11LM, 1524, 1541 und 8115 gefunden wurden, die ebenfalls während des Heißwalzens spritzgekühlt worden waren.

Fig. 8 ist eine Mikrofotografie in 100-fächer Vergrößerung der MikroStruktur aus der Mitte des Stabes auf einer Querflache eines aufgewundenen Stabes von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser vom AISI-Grad 1040, der während des kontinuierlichen Heißwalzens mit Wasser spritzgekühlt worden war. Die Mikrostruktur ist repräsentativ für die in dem Stab gefundene Mikrostruktur. Sie besteht aus feinzerteiltem, gleichmäßig verteiltem Perlit in einer feinkörnigen ferritischen Matrix.

Die Figuren 9 und 10 sind Mikrofotografien in 100-facher Vergrößerung der Mikrostruktur in der Mitte des Stabes bzw. am Ende des Stabes auf einer Querfläche einer Probe, die aus einem aufgewundenen Stab von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser von AISI 1040 Grad Stahl herausgeschnitten ist, der kontinuierlich in herkömmlicher Weise, d.h. ohne Wasserkühlung der Oberfläche heißgewalzt worden ist. Die Mikrostruktur gemäß Fig. 9 besteht aus verhältnismäßig grobem, ungleichmäßig verteiltem Perlit in einer ferritischen Matrix. Die Mikrostruktur gemäß Fig. 10 weist Doppelkornstruktur von Perlit in ferritischer Matrix auf. Es ist klar, daß die in Fig. 8 dargestellte, in dem während des Heißwalzens mit Wasser gekühlten aufgewundenen Stab gebildete Mikrostruktur erwünscht ist, während die in den Figuren 9 und 10 dargestellte, in den aufgewundenen Stäben, die während des kontinuierlichen Heißwalzens nicht spritzgekühlt waren, gebildete Mikrostruktur unerwünscht ist.

Die Figuren 11 und 12 sind Mikrofotografien in 100-facher Vergrößerung auf Längsebenen (Stabmitte) der

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Mikrostruktur einer Probe, die aus einem frischgewalzten, luftgekühlten, aufgewundenen Stab von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser von AISI 8615 Grad Stahl herausgeschnitten ist, der während des kontinuierlichen Heißwalzens wassergekühlt wurde bzw. einer Probe, die aus einem frischgewalzten, luftgekühlten, aufgewundenen Stab von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser von AISI 8615 Grad Stahl herausgeschnitten worden ist, der in herkömmlicher Weise heißgewalzt worden ist. Die in Fig. 11 dargestellte Mikrostruktur ist repräsentativ für die Mikrostrukturen in Stählen der AISI-Grade 3140, 4137, 4615, 8615, und 8640, die während des Heißwalzens spritzgekühlt worden sind. Die Mikrostruktur besteht aus feinzerteiltem, gleichmäßig verteiltem Perlit in einer feinkörnigen ferritischen Matrix. Es gibt einige Verzahnungsstellen (banding),■wie in der Längsebene gezeigt ist, jedoch ist diese Verzahnung für den Stahl nicht schädlich. Die Mikrostruktur, die in Fig. 12 dargestellt ist, besteht aus grobem Perlit und nadeiförmigem Bainit in einer grobkörnigen ferritischen Matrix. Diese Mikrostruktur ist unerwünscht.

Fig. 13 ist eine Mikrofotografie in 100-fächer Vergrößerung der Mikrostruktur auf einer Querebene in der Nähe der Mitte einer Probe, die aus einem aufgewundenen Stab von 25,4 mm (1 Zoll) Durchmesser von 8615 AISI-Grad Stahl, der während des Heißwalzens spritzgekühlt worden war, herausgeschnitten worden ist. Die Mikrostruktur besteht aus feinzerteiltem, gleichmäßig verteiltem Perlit in einer feinkörnigen ferritischen Matrix und ist repräsentativ für die Mikrostruktur, die im Querschnitt dargestellt ist.

Figuren 14 und 15 sind ebenfalls Mikrofotografien in 100-facher Vergrößerung der Mikrostruktur in der Nähe der Mitte bzw. am Rand eines aufgewundenen Stabes von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser aus AISI 8615 Grad Stahl, der nach einem herkömmlichen Verfahren heißgewalzt worden war. Die

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Mikrostruktur besteht aus verhältnismäßig grobem, ungleichmäßigem nadeiförmigem Bainit und kleinen Bereichen aus Perlit in einer ferritischen Matrix in der Mitte des Stabes, wie in Fig. 14 dargestellt, sowie großen Bereichen aus nadeiförmigem Bainit sowie kleinen Bereichen aus Perlit in einer ferritischen MatriK nahe dem Rande oder der Oberfläche des Stabes, wie aus Fig. 15 zu ersehen.

Aus den obigen Mikrofotografiereproduktionen kann ersehen werden, daß die Mikrostrukturen der gewundenen Stäbe, die unter Spritzkühlen des Stahles während des Heißwalzens erzeugt worden sind, aus feinzerteiltem Perlit, der gleichmäßig in einer feinkörnigen ferritischen Matrix sowohl in Längs- als auch in Querrichtung verteilt ist, bestehen und den groben, ungleichmäßigen Mikrostrukturen der gewundenen Stäbe vorzuziehen sind, die nach herkömmlichen Heißwalzverfahren erzeugt wurden.

Untersuchungen, die auf die Wirkung des Beizens von frischgewalzten Stangen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden waren, in einer Beizlösung gerichtet waren, hatten Proben zum Gegenstand, die 50,8 mm (2 Zoll) lang waren und aus frischgewalzten Stangen herausgeschnitten waren. Die Proben wurden in eine saure Beizlösung mit einem Gehalt von 12 Vol.-% Schwefelsäure, Rest Wasser, gelegt, wo sie eine Zeitlang verblieben_o

Es wurde gefunden, daß die Art von Zunder schicht, die sich auf der Oberfläche von frischgewalzten Produkten während des Abkühlens auf Umgebungstemperatur bildet, unmittelbar von der integrierten Durchschnittstemperatur des heißgewalzten Produktes, wie es von der Walzenstraße kommt, abhängig ist. Bei einer integrierten Durchschnittstemperatur von nicht über 954 ⁰C (1750 ⁰F) bildet sich während des Luftkühlens auf Umgebungstemperatur auf der Oberfläche des Stahls eine gleichmäßige, feintexturierte, glatte und verhältnismäßig dünne

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Zunderschicht. Wenn die integrierte Durchschnittstemperatur und die Oberflächentemperatur des frischgewalzten Produktes, wie es von der Walzenstraße kommt, gesenkt werden, nimmt die Dicke der Zunderschicht ab und verbessert sich die Gleichmäßigkeit. Wenn die integrierte^ Durchschnittstemperatur über 95A- ⁰C (1750 ⁰F) ansteigt, wird die Zunderschicht gröber, ungleichmäßig und dicker. Bei der üblichen Oberflächentemperatur von 1010 bis 1149 ⁰C (1850 bis 2100 ⁰F) beim Verlassen der Walzenstraße ist die Zunderschicht, die sich auf der Oberfläche des frischgewalzten Produktes bildet, ungleichmäßig, grob, uneben und verhältnismäßig dick. Es ist bisher im allgemeinen angenommen worden, daß spritzgekühlter gewalzter Stahl wegen seiner erhöhten Steifheit als frischgewalztes Produkt Schwierigkeiten bereiten würde, insbesondere im Falle von Stäben, weil die Stäbe dann nicht aufwindbar sein würden. Im Gegensatz zu dieser populären Annahme wurde gefunden, durch Steuerung der Stellen, an denen der Stahl während seines Durchgangs durch die kontinuierliche Heißwalzstraße spritzgekühlt wird, bevor er auf seine Endabmessungen gewalzt wird, der Stahl ohne Schwierigkeit auf dem Endwalzzug auf seine endgültigen Abmessungen gewalzt werden kann. Die erhöhte Steifheit, die in dem Stahl auftritt, hat sich vielmehr als ein Vorteil statt als ein Nachteil in den Fällen von aufgewundenen Stäben und Stangen erwiesen, weil beim Aufwickeln der Stäbe und Stangen die erhöhte Steifheit es ermöglicht, eine dichtere Spule herzustellen. Es ist daher möglich, die Menge an Stahl zu erhöhen, die auf einer vorgegebenen Haspel aufgewunden werden kann, oder dieselbe Menge an Stahlstäben in einer kleineren Haspel aufzuwinden.

Gemäß einem besonderen Beispiel wurden 1090 kg (2400 pounds) von AISI 1040 Grad Kohlenstoffstahl-Knüppeln, jeweils 12,2 m (40 Fuß) lang und von einem Querschnitt von 11,4 χ ^11,4 cm (4-1/2 χ 4-1/2 inch), in einem ölgefeuerten Doppelzonenofen auf eine Heißwalztemperatur von 1149 ®C (2100 ⁰F) erhitzt. Der Stahl wurde mit einer Geschwindigkeit

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-36- 2Λ54 1 B3

von 101,4 t (112 tons) je Stunde zu einem Stab von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser gewalzt, der aufgewunden wurde. Der Stahl besaß folgende chemische Zusammensetzung; 0,40% Kohlenstoff, 6,75% Mangan, 0,008% Phosphor, 0,33% Schwefel und 0,21% Silicium. Die Knüppel wurden in einer kontinuierlichen 27,9 cm (11 inch) Heißwalzstraße mit acht Walzenständen im Vorwalzzug (zwei Walzenstände waren leer), sechs Walzenständen im Zwischenwalzzug (mit zwei leeren Walzenständen) und vier Walzenständen in dem Endwalzenzug, wie in Fig. 1 dargestellt, gewalzt. Mehrere Knüppel wurden in der folgenden Sequenz gewalzt, die den Walzenzug, die Walzenstandnummer, die Querschnittsfläche des in dem Walzenstand gebildeten Stahlproduktes und die Geschwindigkeit der Knüppel sowie die Temperatur der Knüppel an verschiedenen Punkten bei ihrem Durchlauf durch die Walzenstraße angibtι

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Verminderung · Knüppelged. Querschnitts- schwindig-Stand- fläche (Inches)² keit (Ft/Min)

^Nr# cm² m/min

Oberflächentemperatur

⁰C (° F)

Vorwalzzug

13-20

bis 20
(19,97 - 3,1)

16,8 bis 108,5

(55 - 356) 1149 (2100)

Knüppelende

Zwi schenwalzzug

13,36
(2,07)

22

23

9,74
(1,51)

163
(535)

233.1 (732)

24

25

leer

1077 (1970)

26	7,48 (1,16)
27	5,92 (0,918)
Endwalzzug
29	4,74 (0,734)
30	3,95 (0,612)
31	3,26 (0,505)
32	2,85 (0,442)

Spritzeinheiten 50 und

290,5 (953)

367,2 (1205)

Spritzeinheiten 52 und 53

457,2 (1500)

550,1 (1805)

667,6 (2190)

762 (2500) 935 (1715)

924 (1695)

Fliegende Schere

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Die integrierte Durchschnittstemperatur des frischgewalzten Stahls, wie er von der Walzenstraße kommt, betrug 938 ⁰C (1720 ⁰F). Mehrere andere Knüppel wurden in derselben Walzsequenz heißgewalzt, jedoch während des Heißwalzens nicht bei gesteuerter Geschwindigkeit spritzgekühlt, d.h. die Knüppel wurden in einer herkömmlichen Heißwalzsequenz gewalzt.

Die Stäbe, von 1,9 cm (3/4 inch) Durchmesser, die nach den oben beschriebenen Heißwalzverfahren hergestellt worden waren,, wurden auf herkömmlichen Haspeleinrichtungen aufgewunden und in aufgerollter Form auf Umgebungstemperatur luftgekühlte

Ein Vergleich der Zunderbildung, die während des Luftkühlens auf den aufgewundenen Stäben eingetreten war, zeigte, daß die Zunderschicht auf den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heißgewalzten Stäben gleichmäßig, feintexturiert, glatt und etwa 0,025 mm (1,0 mil) dick war, während die Zunderschicht auf den nach herkömmlichen Verfahren heißgewalzten Stäben ungleichmäßig, grob, uneben und etwa 0,1 mm (4,0 mil) dick war.

Aus Stäben geschnittene Proben, die nach jeder der oben beschriebenen Verfahren gewalzt worden waren, wurden gebeizt, um die Zunderschicht von der Oberfläche zu entfernen. Die Proben wurden in 12%ige wäßrige Schwefelsäure gelegt. Die Proben, die aus Stäben geschnitten waren, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heißgewalzt worden waren, zeigten die vollständige Entfernung der Zunderschicht von ihren Oberflächen innerhalb von acht Minuten, während bei Proben aus Stäben, die nach herkömmlicher Methode heißgewalzt worden waren, selbst nach 15-minütigem Beizen noch Zunderschicht an den Oberflächen vorhanden war.

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- ³⁹ - 245A163

Die Mikrostrukturen der Stäbe wurden untersucht und bei einer Vergrößerung von hundert Durchmessern verglichen. Die MikroStruktur der Stäbe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heißgewalzt worden waren, bestand aus Perlit, der gleichmäßig in einer ferritischeh Matrix verteilt war und eine gleichförmige Korngröße besaß, während die Stäbe, die nach herkömmlicher Weise heißgewalzt waren, einen ungleichmäßigen, groben Perlit in einer ferritischen Matrix in der Mitte und eine doppelte große Konstruktur sowie Perlit in einer ferritischen Matrix am Rande aufwiesen.

Die Makrostruktur der Stäbe ließ eine gleichmäßige Kornstruktur in den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren heißgewalzten Stäben sowie eine ungleichmäßige Kornstruktur von groben Körnern im Randbereich und feineren Körnern in der Nähe der Mitte der Stäbe, die nach herkömmlichen Verfahren heißgewalzt worden waren, erkennen

Eine ausgezeichnete gleichmäßige Dehnung in der Kornstruktur wurde in Längsrichtung in Stäben gefunden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewalzt worden waren, während eine schwache, ungleichmäßige, grobe Kornstruktur in den Stäben gefunden wurde, die nach herkömmlichen Verfahren gewalzt worden waren.

: Die mechanischen Eigenschaften der Stäbe wurden durch Untersuchen von genormten runden 1,28 cm (0,505 inch)-Zugfestigkeitsproben gemäß ASTM E23-72 bestimmt. Die mechanischen Eigenschaften der Stäbe waren ähnlich, jedoch war die Düktilität, gemessen aufgrund der prozentualen Querschnitts-. verringerung der Versuchsproben, bei Stäben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewalzt worden waren 50,18%, während sie für Stäbe, die nach herkömmlichen Verfahren gewalzt worden waren 45,O#betrüge Die Zähigkeit der Stäbe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewalzt worden waren, bestimmt durch Versuche mit genormten V-gekerbten Charpy-

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Stäben gemäß ASTM E23-72 betrug bei Stäben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewalzt worden waren, bei Raumtemperatur 5,16 mkg (37,3 foot-pounds).

Gemäß einem, weiteren Beispiel der Erfindung wurden 1090 kg (2400 pounds) AISI 4137 Grad Stahlknüppel von 12,2 m (40 Fuß) Länge und einem Querschnitt von 11,4 χ 11,4 cm (4-1/2 χ 4-1/2 inch) mit einer Geschwindigkeit von 108,8 t (120 tons)/h in der gleichen Weise bearbeitet, wie in dem ersten Beispiel beschrieben. Die integrierte Durchschnittstemperatur des Stahls betrug 924 ⁰C (1695 ⁰F). Die Knüppel hatten folgende chemische Zusammensetzung: 0,37% Kohlenstoff, 0,72% Mangan, 0,00770% Phosphor, 0,023% Schwefel, 0,26% Silicium, 0,89% Chrom und 0,18% Molybdän. Die Versuchsergebnisse waren wie folgt:

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Gesteuerte Abkühlung während Heißwalzen

Keine Abkühlung während Heißwalzen

Zunderschicht

gleichförmig, fein, glatt, 0,024 mm (0,95 mils) dick

Entfernung der Zunderschicht

in 6 min

ungleichmäßig, grob, uneben, 0,127 mm (5,0 mils) dick

15 min

Mikrο struktur

gleichmäßig, Perlit in ferritischer Matrix

Makrostruktur

gleichmäßige Korngröße

etwas Verzahnung (banding)

Duktilität

58,16$ Querschnittsverminderung

Zähigkeit

6.63 mkg

(48,0 fooi-pounds) bei Umgebungstempera tür

ungleichmäßig, nadeiförmiger Bainit

ungleichmäßiges Korn, grob an der Oberfläche, feiner im Inneren

keine Verzahnung

49,0% Querschnittsverminderung

0,97 mkg (7,0 foot-pounds) bei Umgebungstemperatur

In einem dritten Beispiel gemäß der Erfindung wurden 1090 kg (2400 pounds) AIS;t 8615 Grad Legierungsstahl mit einer Geschwindigkeit von 108,8 t (120 tons)/h in derselben Weise, wie bei dem ersten Seispiel beschrieben, bearbeitet. Die integrierte Durchschnittstemperatur des Stahls betrug 902 ⁰C (1655 ⁰F). Die Verauchsergebnisse waren wie folgt:

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Gesteuerte Abkühlung während Heißwalzen Keine Abkühlung
während Heißwalzen

Zunderschicht

gleichmäßig, fein, eben, 0,013 mm (0,5 mils) dick

Zunderschichtentfernung 6 min

Mikrοstruktur

gleichförmiger Perlit in ferritischer Matrix ungleichmäßig, grob, uneben, 0,107 mm (4,20 mils5 dick

15 min

ungleichförmiger, grober, nadeiförmiger Bainit und etwas Perlit in ferritischer Matrix

Makrostruktur

gleichförmige Korngröße und etwas Verzahnung (banding)

Duktilität

50,8% OAierschnittsverminderung

Zähigkeit

2,90 mkg (21,0 foot-pounds) bei Umgebungstemperatur ungleichmäßige Korngröße ohne Verzahnung

41,8% Querschnittsverminderung

1,4o mkg (10,13 foot-pounds) bei Umgebungstemperatur

In der vorliegenden Beschreibung besitzen erwähnte Kohlenstoffstähle eine chemische Zusammensetzung innerhalb der folgenden Bereiches

Kohlenstoff 0,06 bis 1,20%

Mangan 0,30 bis 1,60%

Phosphor max. 0,05%

Schwefel max. 0,05%

Es kann sich dabei beispielsweise um Kohlenstoffstahlgrade C1006, C1040, C1060, C1090, B1006, D1059 und dgl. handeln.

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Rückgeschwefelte Kohlenstoffstahlgrade, wie beispielsweise C1006, C1126, B1111, B1113 und dgl., können ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden.

Desgleichen können Legierungsstahlgrade, beispielsweise die AISI-Grade 1300, 2300, 3100, 4000, 4100, 4300, 4600, 4800, 5000, 5100, 6100, 8600, 8700, 9200, 9400, 9700 und dgl., nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewalzt werden.

Sämtliche Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, sofern nicht anders angegeben.

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Claims

Patentansprüche

ι 1•' Verfahren zur Herstellung von Stahlprodukten in einer kontinuierlichen Heißwalzstraße,
dadurch gekennzeichnet, daß man den Stahl während des Heißwalzens und vor dem Heißwalzen zu der endgültigen Größe kühlt, wobei die integrierte Durchschnittstemperatur des frischgewalzten, die Walzenstraße verlassenden Stahles nicht über 954 ⁰C (1750 ⁰F) beträgt.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß man als Ausgangsmaterial Kohlenstoffstahlknüppel mit einem Gehalt von etwa 1,10 bis etwa 0,95^ Kohlenstoff und für Kohlenstoffstahl üblichen Mengen an weiteren Elementen verwendet und die Kohlenstoffstahlknüppel auf eine Temperatur im Bereich von etwa 1066 bis etwa 1149 ⁰C (1950 bis etwa 2100 ⁰F) vor dem Heißwalzen erhitzt, sie in der kontinuierlichen Heißwalzstraße auf ein erwünschtes Endformat heißwalzt und sie während des Heißwalzens und vor dem Auswalzen zum Endformat kühlt.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß man die Kohlenstoffstahlknüppel nacheinander in ihrem Querschnitt in einem Vorwalzzug, einem Zwischenwalzzug und einem Endwalzzug der kontinuierlichen Heißwalzstraße verringert und daß man die Kohlenstoffstahlknüppel mit gesteuerter Geschwindigkeit während des Heißwalzens auf dem Zwischenwalzzug und vor dem Walzen auf die endgültige Größe in dem Endwalzzug kühlt.

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4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

daß man die Stahlknüppel spritzkühlt.
5. Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4,

da durch gekennzeichnet, daß man Walzzüge verwendet, von denen jeder eine Anzahl von Walzenständen umfaßt, und daß man die Kohlenstoffstahlknüppel zum erstenmal während des Heißwalzens in dem Zwischenwalzzug und ein zweitesmal vor dem Heißwalzen auf das Endformat in dem Endwalzzug spritzkühlt.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2, 3, 4 oder 5 zur Herstellung von Stahlstäben, -stangen und -draht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohlenstoffstahlknüppel auf eine Temperatur von etwa 1066 bis 1149 ⁰C (1950-2100 ⁰F) erhitzt, die erhitzten Kohlenstoffstahlknüppel in dem Vorwalzzug und Zwischenwalzzug der kontinuierlichen Heißwalzstraße heißwalzt, sie mit gesteuerter Geschwindigkeit während des Heißwalzens in dem Zwischenwalzzug kühlt, sie mit gesteuerter Geschwindigkeit nach dem Heißwalzen in dem Zwischenwalzzug weiterkühlt und schließlich im Endwalzzug der kontinuierlichen Heißwalzstrafle zum endgültigen Format auswalzt.
7» Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur

Herstellung von LegierungsStahlprodukten, dadurch gekennzeichnet,

daß man den Stahl während des Heißwalzens mit gesteuerter Geschwindigkeit vor dem endgültigen Auswalzen kühlt.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung von gewalzten Kohlenstoff- und Legierungsstahlprodukten aus Kohlenstoff- und Legierungsstahlknüppeln, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Heißwalzstraße verwendet, die einen Vorwalzzug und einen Zwischenwalzzug enthält, wobei jeder Walzenzug

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eine Anzahl von Walzständen umfaßt, in denen die Knüppel kontinuierlich und nacheinander teilweise in ihrem Querschnitt verringert werden, daß die Stahlknüppel in einem Ofen auf eine Temperatur innerhalb des Bereichs von etwa 1066 bis 1149 ⁰C (1950-2100 ⁰F) erhitzt werden, daß die erhitzten Stahlknüppel in den ersten Walzenstand des Vorwalzzuges eingebracht und nacheinander und aufeinanderfolgend kontinuierlich durch die restlichen Stände des Vorwalzzuges und durch eine Anzahl von Walzehständen in dem Zwischenwalzzug geführt werden, um ihren Querschnitt teilweise zu vermindern, daß die teilweise in ihrem Querschnitt verminderten Stahlknüppel durch mindestens eine Sprühkühleinheit geführt werden, worin die Oberfläche der teilweise in ihrem Querschnitt verminderten Stahlknüppel eine bestimmte Zeitlang mit einem Kühlmedium bespritzt wird, um die Temperatur der Oberfläche auf einen Wert unterhalb der Temperatur der Oberfläche der fertiggewalzten Produkte zu senken, daß man die gekühlten, teilweise in ihrem Querschnitt verminderten Stahlknüppel in den letzten Walzenständen des Zwischenwalzzuges weiter walzt und sie durch die Endwalzstände der kontinuierlichen Heißwalzstraße führt, um gewalzte Erzeugnisse mit einer integrierten Durchschnittstemperatur von nicht über 954 ⁰C (1750 ⁰F) beim Verlassen der Walzenstraße zu erzeugen.
9. Verfahren gemäß Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß man die teilweise in ihrem Querschnitt verringerten Kohlenstoff- und Legierungsstahlknüppel nach dem Durchgang durch den Zwischenwalzzug, jedoch vor dem Eintreten in den Endwalzzug durch eine zweite Spritzkühleinheit hindurchtreten läßt.

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10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,

daß man die Temperatur der teilweise in ihrem Querschnitt verringerten Kohlenstoff- und Legierungsstahlknüppel auf einen Wert unterhalb der Temperatur des frischgewalzten Produktes verringert, indem man die teilweise in ihrem Querschnitt verminderten Kohlenstoff- und Legierungsstahlknüppel nach dem Durchgang durch den ersten Stand des Endwalzzuges und vor dem Passieren des zweiten Standes im Endwalzzug durch eine zweite Spritzkühleinheit hindurchtreten läßt.
11. Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Herstellung von Stahlprodukten mit gleichförmiger Korngröße und dünner Zunderschicht,

dadurch gekennzeichnet, daß man einen Stahlrohling auf einer Walztemperatur von über etwa 1038 ⁰C (1900 ⁰F) erhitzt, das Stahlstück in einer Reihe von Walζschritten in seinem Querschnitt vermindert, das teilweise gewalzte Stück vor dem Walzen zu den Endabmessungen spritzkühlt, wobei das Spritzkühlen mit einer solchen Geschwindigkeit durchgeführt wird, daß die integrierte Durchschnittstemperatur des Stahls beim Verlassen der Walzenstraße nicht über etwa 954 ⁰C (1750 ⁰F) liegt.
12. Verfahren gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß man das Walzen in einer Walzensteaße mit einer Reihe von Vorwalz-, Zwischenwalz- und Endwalzständen durchführt, in denen zwischen den einzelnen Walzschritten und vor dem Endwalzen Spritzkühlung erfolgt.

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13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß man das Spritzkühlen des gewalzten Metalls kurz nach dem Hindurchtreten des führenden Endes des Metalls dirch die Spritzzone beginnt, so daß das führende Ende des Metallstückes nicht gehärtet wir-ά und ein Zerkratzen der Walzenoberflächen der in den nachfolgenden Walzenständen gelagerten Walzen vermieden wird, wenn das Ende des Metallstückes durch diese Walzen hindurchgeführt wird.
14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet,

daß man die Stahlstücke auf eine Heißwalztemperatur innerhalb des Bereiches von 1066 bis 1149 ⁰C (1950-2100 ⁰F) erhitzt, daß die Stahlstücke in eine kontinuierliche Heißwalzstraße eingebracht werden, daß eine vorherbestimmte Wassermenge, die erforderlich ist, um auf die Oberfläche der Stahlstücke gespritzt zu werden, vorgesehen wird, um ein Stahlprodukt zu erzeugen, das nach Verlassen der Walzenstraße eine niedrigere Durchschnittstemperatur von nicht über etwa 954 ⁰C (1750 ⁰F) besitzt, wobei die Wassermenge gemäß folgender Gleichung bestimmt wird:

^Tm -

worin T die integrierte Durchschnittstemperatur des Stahls

in ⁰F,
q die Wassermenge, die auf die Oberfläche des Stahls

gespritzt wird, in Gallonen je Minute, ρ der Überdruck des Wassers, mit dem es den Druckdüsen zugeführt wird, in psi und W die Walzgeschwindigkeit des Stahls in Tonnen je

Stunde

bedeuten, daß die vorbestimmte Wassermenge auf die Stahlstücke an vorherbestimmten Stellen zwischen den Walzenständen der kontinuierlichen Heißwalzstraße gespritzt wird und daß die Stahlstücke auf ihre Endabmessungen ausgewalzt werden.

Wa/Gu

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