DE2601443B2

DE2601443B2 - Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Kaltband

Info

Publication number: DE2601443B2
Application number: DE2601443A
Authority: DE
Inventors: Mario Economopoulos; Philippe Paulus
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1975-01-17
Filing date: 1976-01-16
Publication date: 1979-10-04
Also published as: GB1497502A; US4065329A; CA1072424A; NL176794B; DE2601443A1; FR2297920B1; NL176794C; LU71664A1; FR2297920A1; NL7600249A; IT1062805B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Kaltband, das zunächst auf eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur erhitzt und danach in einem wäßrigen Abschreckmittel abgekühlt wird.

Ein derartiges Verfahren wurde schon im Patentschrifttum beschrieben. Das auf Rekristallisationstemperatur erwärmte und bei dieser Temperatur für die Rekristallisation hinreichend lange gehaltene Kaltband erfährt eine sehr rasche Abkühlung durch Abschrekkung in einem kalten Wasserbad. Damit keine lokal unterschiedlichen Abkühlvorgänge auf der Blechoberfläche durch unkontrollierbares Aufbrechen der außerordentlich instabilen Filmsiede-Dampfschicht beim Eintauchen des erhitzten Bleches in das kalte Abschreckmittel auftreten, die zu lokal unterschiedlichen Eigenschaften des Bleches und damit zu starken Verwerfungserscheinungen führen würden, wird die Filmsiedephase soweit wie möglich unterdrückt indem das Abschreckmittel auf der Oberfläche des abzuschrekkenden Blechbandes über aufgesprühte Wasserstrahlen stark durchwirbelt wird, wie es beispielsweise in der DE-OS 15 08 364 für die Wärmebehandlung sehr dünnen, nämlich für die Büchsenherstellung bestimmten doppelt kaltgewalzten Bleches beschrieben ist

Wenn nach dem bekannten Verfahren Tiefziehblech gewonnen werden soll, also ein verformbares Kaltwalzprodukt, das weicher als das in jüngerer Zeit an Interesse gewinnende hochfeste verformbare Kaltwalzblech ist, ist es unumgänglich, dem Abschrecken im kalten wäßrigen Abschreckmittel eine Oberalterungsbehandlung folgen zu lassen. Diese besteht aus einer anschließenden Erwärmung auf eine Temperatur zwischen etwa 300⁰C u.id 500⁰C, um interstitiell gelösten Kohlenstoff auszuscheiden. Gemäß der DE-OS 20 56 313 soll es möglich sein, den extrem rasch verlaufenden Abschreckvorgang im kalten wäßrigen Abschreckmittel im Zuge der Abkühlung von Rekristallisationstemperatur so zu beeinflussen, daß bei Erreichen der Oberalterungstemperatur der Abkühlvorgang unterbrochen und unmittelbar (also ohne das Erfordernis eines erneuten Aufheizens nach Abkühlung auf die Temperatur des kalten Abschreckmittels) die Überalterungszeitspanne angeschlossen wird, ehe die endgültige Abkühlung des tiefziehfähigen Kaltbandes auf Umgebungstemperatur erfolgt.

Für das auf ganz andere metallurgische Kriterien abgestellte Patentieren von Warmwalzdraht, der nach dem Walzen gezogen und unmittelbar aus der Walzhitze heraus einer Abschreckbehandlung unter Einwirkung chemischer Reaktionspartner unterzogen wird, wobei die Art des Abschreck- oder Abkühlungsmittels aus dem ZTU-Schaubild für den gewünschten CJmwandlungsvorgang zur Perlitbildung entnommen werden kann, ist es aus der DE-OS 19 42 731 bekannt, als Abschreckmittel einen gleichmäßigen und auf dem Draht gut haftenden Dampffilm erzeugendes siedendes Wasser zu benutzen; und aus der DE-OS 20 40 506 ist es zur Wärmebehandlung von Metalldrähten bekannt, dem siedenden Abschreckmittel für das Patentieren von Stahldraht gemäß den Umwandlungsbedingungen, die sich aus dem ZTU-Schaubild ergeben, Mittel beizufügen, die die Wärmeübergangsbedingungen beeinflussen. Allerdings treten bei dem Patentieren von gezogenem Draht, also beim Abkühlen aus der Walzwärme heraus, aufgrund der im Verhältnis zur Länge des Walzgutes kleinen Oberfläche, kleinen Querschnittsfläche und kleinen Querabmessungen keinerlei Probleme der Homogenität der durch die Wärmebehandlung erzielten Eigenschaften über die Querschnittsfläche und auch keinerlei Probleme mechanischer Verformung im Zuge des Abkühlvorganges auf. So ist auch nicht bekannt, daß schon vorgeschlagen worden wäre, zur Lösung der Problematik, die bei der kontinuierlichen Wärmebehandlung von perlitfreiem Kaltband auftritt, auf Stahldraht-Patentierverfahren zurückzugreifen, bei denen die Drahtgeometrie bereits eine homogene Ablösung der Dampfhülle beibringt — im Gegensatz zur von den Rändern zur Mitte fortschreitend sich ablösenden Dampfschicht bei abgeschreckten Kaltband.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gattungsgemäßer Art dahingehend weiterzubilden, daß im Wege einer kontinuierlichen Wärmebehandlung von Kaltband bei wirtschaftlich vertretbaren Aufwendungen wahlweise verformbares Kaltband der

hochfesten Qualität wie auch verformbares Kaltband der weicheren Tiefziehqualität gewonnen werden kann, wobei das Endprodukt in seinen mechanischen Eigenschaften denjenigen Produkten nicht nachstehen soll, die mit herkömmlichen kontinuierlichen Wärmebehandlungsverfahren oder im herkömmlichen diskontinuierlichen Haubenglühverfahren gewinnbar sind.

Dabei liegt der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabenstellung die Erkenntnis zugrunde, daß im Zuge der aktuellen Bestrebungen zur Energieeinsparung und der daraus resultierenden Forderung nach leichteren Konstruktionen, insbesondere auf dem Gebiete des Automobilbaues, hochfestes verformbares Kaltband zunehmend an Interesse gewinnen wird, daß aber andererseits eine kontinuierlich arbeitende Kaltband-Wärmebehandlungsanlage zu ihrer vollständigen Auslastung auch in der Lage sein müßte, ohne wesentliche Umstellung nicht nur auch zur Gewinnung herkömmlichen Weißbleches, sondern insbesondere auch zur Gewinnung des gegenüber hochfestem verformbarem Kaltband weicheren, nämlich tiefziehfähigen, verformbaren Kaltbands verwendbar zu sein. Dabei ergibt sich für das der kontinuierlichen Wärmebehandlung unterworfene Kaltband die anwendungsorientierte Forderung nach möglichst gleichförmiger Verteilung der spezifischen Umformeigenschaften über die gesamte Breite des Kaltbandes, aus der zugleich eine ge^ringe Neigung zu Verwerfungen der Kaltbandoberfläch ·_■ im Zuge des Abkühlvorganges nach der Wärmebehandlung resultiert.

Die vorstehend genannte, diesen Erfordernissen der technologischen Praxis und der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung entspringende Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem kontinuierlichen Kaltband-Wärmebehandlungsverfahren der gattungsgemäßen Art dadurch r, gelöst, daß die Temperatur des Abschreckmittels ungefähr bei Siedetemperatur gehalten wird.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß dadurch mit einfachsten Mitteln, im Wege der Selbstregulierung während einer ersten Phase des Abkühlvorganges, eine stabile Dampfschicht auf der Oberfläche des zuvor aufgeheizten Kaltbandes auftritt, die keinerlei Neigung zu lokalen Unregelmäßigkeiten, insbesondere zu örtlichen Aufbrecherscheinungen mehr zeigt und dadurch eine außerordentlich und unerwartet große Homogenität der Eigenschaften des Kal-tbandes über seinen gesamten Querschnitt erbringt, mit der eine unerwartet gute Planheit des Kaltbandes auch nach Ende einer kürzeren zweiten Phase schnellerer Abkühlung, wenn die Dampfschicht aufgrund hinreichend abgesenkter Temperatur der Kaltband-Oberfläche sich ablösen darf, einhergeht.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Kaltband zeichnet sich aber nicht nur aufgrund der zunächst unter der abschirmenden Einwirkung einer stabilen Dampf-Filmschicht gebremst verlaufenden Abkühlphase, die erst zum Schluß in eine rascher verlaufende Abkühlphase übergeht, wenn die Dampfschicht nach Erreichen einer unkritisch niedrigen Temperatur des Kaltbandes sich von dessen Oberfläche e>o ablöst, durch eine überaus große gleichförmige Verteilung der mechanischen Eigenschaften über die gesamte Breite des Kaltbandes bei überaus geringen Verwerfungserscheinungen aus; sondern überraschenderweise weisen die mechanischen Eigenschaften, die als t>5 A(R)-Werte (prozentuale Bruchdehnun" über der Zugfestigkeit) aufgetragen werden, eine überaus geringe Streuung auf; und diese Werte liegen oberhalb der entsprechenden Werte, die sich bei herkömmlichem Abkühlen in kaltem Wasser einstellen und sogar unmittelbar in dem Bereich, den handelsübliche Haubenglüh-Qualitäten aufweisen, weshalb es für die Gewinnung verformbaren hochfesten Kaltbandes, entgegen den Erfordernissen bei extrem rascher Abkühlung in kaltem Wasser, keiner nachträglichen Überalterungs-Wärmebehandlung bedarf.

Nicht minder überraschend ist, daß sich beim erfindungsgemäßen Verfahren auf dem abgekühlten Kaltband nur eine extrem gleichförmige, sehr dünne Oxidbeschichtung einstellt, die hauptsächlich aus FeO besteht und deshalb überaus leicht und rasch wieder entfernbar ist, im Gegensatz zur dicken und unregelmäßigen Fe2O3— oder Fe}O4 — -Oxidschicht, die sich beim Abschrecken in kaltem Wasser auf dem sich dabei stark verwerfenden Blechband ausbildet

Somit stellt das erfindungsgemäße Verfahren ein überaus preiswertes und technologisch vorteilhaft anwendbares, da sehr leicht realisierbares und störunanfällig betreibbares Verfahren dar, mit dem, nach Rekristallisationsglühen des Kaltbandes, eine zumindest teilweise Rekristallisation der gestauchten Struktur des kaltgewalzten Bleches erzielbar ist und sowohl hochfeste als auch tief ziehfähige, verformbare Kaltband-Produkte erzielbar sind. Im Falle des tiefziehfähigen, einer Überalterungs-Wärmebehandlung unterzogenen Kaltbandes gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren in wünschenswerter Weise die angestrebte Kornvergrößerung sowie ein Ausscheiden von interstitiellem Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffverbindungen (Karbid).

Im Gegensatz zur Erzeugung von Kaltband mit vergleichsweise wenig Mangan und praktisch keinem Silizium als Legierungsbestandteilen, das Tiefzieheigenschaften erhalten soll, lediglich durch Erhitzen auf Rekristallisationstemperatur (noch unterhalb des ArUmwandlungspunktes im Zustandsschaubild) und dort hinreichend langes Halten für den Ablauf des Rekristallisationsmechanismus, wird Kaltband, das größere Mengen an Mangan und Silizium als Legierungsbestandteile aufweist und härter als Tiefziehblech ist, nämlich die verformbare hochfeste Qualität ergeben soll, noch um ca. 100° C stärker erhitzt, um den Ai-Umwandlungspunkt zu überschreiten, und dort hinreichend lange gehalten. Vorzugsweise wird das Kaltband wenigstens 10 Sek. auf diesen Temperaturen gehalten, indem diese Zeit einen typischen Wert darstellt, der bei extrem dünnem oder extrem dickem Kaltband entsprechende Änderungen erfahren kann.

Das sich selbst stabilisierende, da ungefähr auf Siedetemperatur gehaltene Abschreckmittel ermöglicht in besonders einfacher Weise eine Beeinflussung der Abschrecktemperatur durch Beeinflussung der Siedetemperatur des Abschreckmittels durch Einstellen des Druckes oberhalb des Abschreckmittels und/oder durch Zugabe suspendierter und/oder gelöster Substanzen.

Eine vorteilhafte weitere Maßnahme ermöglicht es, insbesondere die Abkühltemperatur in der zweiten Abkühlphase, nach Abreißen der zunächst homogenen Dampfschicht, zu beeinflussen, indem etwa als Abschreckmittel nicht reines Wasser Anwendung findet, sondern dem Wasser Salze, insbesondere ein Chlorid des Kalium oder Borax, zugefügt werden.

Eine andere weiterbildende Maßnahme kann etwa darin bestehen, Palmitate, Stearate, Oleate des Natriums oder des Kaliums dem siedenden Abschreckmittel zuzufügen. Diese oberflächenaktiven Zusätze erbringen

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eine Steigerung der stabilen Ausbildung der Dampfschicht zur gebremsten, über die gesamte Oberfläche des Kaltbandes homogenen Abkühlung während der ersten, längeren Abkühlphase, ehe die Dampfschicht aufreißt und die raschere, zweite Abkühlphase eintritt.

Da die sich beim Abkühlen aus der Rekristallisationswärmebehandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einstellende Oxidschicht auf der Kaltbandoberfläche, wie schon dargelegt, überaus gleichförmig und dünn sowie aufgrund ihrer chemischen Struktur leicht entfernbar ist, kann die Beseitigung der Oxidschicht, die beispielsweise ein Einbrennlackieren eines tiefgezogenen Produktes behindern würde, schon im Zuge des Abschreckvorganges (nämlich während der zweiten Abkühiphäse nach Ablösung der homogenen Dampfschicht) durchgeführt werden, was eine weitere Minderung des apparativen Aufwandes zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ergebnis hat.

Wie eingangs schon erwähnt, erfordert der überaus rasche Abkühlvorgang durch Abschrecken in kaltem Wasser nach dem Stande der Technik selbst bei der Gewinnung hochfester verformbarer Kaltbandqualitäten aufgrund überaus großer Härte und starker Streuung der mechanischen Eigenschaften, die sich darüber hinaus von Eigenschaften handelsüblicher Haubenglüh-Qualitäten unterscheiden, eine abschließende Wärmebehandlung als künstliche Alterung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zusätzlich vorgesehen sein muß. Es kann jedoch zweckmäßig sein, auch beim erfindungsgemäßen Verfahren diese abschließende Überalterung zur Herstellung hochfester Qualitäten vorzusehen. Wenn das erfindungsgemäße Verfahren nämlich auf Kaltblech mit geringen Mangangehalten und praktisch keinen Siliziumgehalten angewandt wird, dessen Rekristallisationswärmebehandlung unterhalb der Al-Umwandlungstemperatur bleibt und das weiche Bleche nämlicl: tiefziehfähige Kaltbandqualitäten erbringen soll, dann ist auch beim erfindungsgemäßen Verfahren zweckmäßig, die als solche bekannte abschließende Überalterungsbehandlung vorzusehen. Dennoch ist die Realisierung des Verfahrens überaus viel preiswerter, als eine Abkühlung aus Rekristallisationstemperatur an Luft, die sich über wesentlich größere Zeitspannen erstreckt und demzufolge für kontinuierliche Wärmebehandlung eines wesentlich größeren apparativen Aufwandes bedarf.

Um die gewünschten Verformbarkeitseigenschaften des Endproduktes zu erzielen, ist es zweckmäßig, die abschließende Alterungsbehandlung in geeigneter Weise zu bemessen, wobei sich Schwankungen im Zeitbedarf für den Alterungsvorgang nach Maßgabe der Kaltband-Materialstärke ergeben können.

Während das bekannte extrem langsame Abkühlen des auf Rekristallisationstemperatur erwärmten Kaltbandes an Luft wegen der langen Durchlaufzeit und des hohen apparativen Aufwandes für eine lange Behandlungsanlage kostspielig ist und das bekannte extrem rasche Abschrecken in kaltem Wasser kostspieliger und störanfälliger Vorrichtungen zur Vermeidung einer Dampfschicht auf der Kaltbandoberfläche sowie großen Energiebedarfes zum Kühlen des Abschreckmittels durch Abfuhr der Wärme über Wärmetauscher bedarf, zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch störunanfällige, apparativ einfache Realisierbarkeit ohne Erfordernis von Energiebedarf für den Abkühlvorgang, nachdem das Abschreckmittel einmal zu Beginn der kontinuierlichen Kaltbandbehandlung auf Siede-

temperatur gebracht wurde, aus. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren über Kondensierung des verdampfenden Abschreckmittels oberhalb des sich selbsttätig auf Siedetemperatur haltenden Abschreckbades eine Energierückgewinnung im Zuge der Rückführung des Kondensates in das Abschreckbad.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Realisierungsbeispieles zum erfindungsgemäßen kontinuierlichen Wärmebehandlungsverfahren von Kaltband unter Bezugnahme auf Diagramme hinsichtlich der mit Realisierungsbeispielen zum erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Ergebnisse. Es zeigt

F i g. 1 eine Behandlungseinrichtung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Diagramm zur Darstellung des Temperaturverlaufes in Abhängigkeit von der Zeit beim Durchlauf des Kaltbandes durch eine solche Behandlungseinrichtung,

Fig. 2 ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm (ZTU-Diagramm) zur Gegenüberstellung des Abkühlvorganges beim erfindungsgemäßen Verfahren und der Abkühlvorgänge bei Abkühlen in Luft oder in kaltem Wasser;

Fig. 3 die prozentualen Schwankungen der Elastizitätsgrenze über die Breite des Kaltbandes, die sich beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. beim Abkühlen in kaltem Wasser oder an Luft einstellen; und

Fig. 4 den Einfluß der Temperatur des Abschreckmittels auf die erforderliche Beizdauer zur Entfernung einer auf dei Oberfläche des Kaltbandes beim Abkühlen aus der Rekristallisationstemperatur entstehenden Oxidschicht.

Im in F i g. 1 enthaltenen Diagramm des Temperaturverlaufes über der Zeit sind die Temperaturen in ⁰C auf der Ordinate und der Zeitablauf in Minuten auf der Abszisse aufgetragen.

Das zu behandelnde Kaltband wird für die Wärmebehandlung auf eine Temperatur Ti aufgeheizt, bei dei es sich um eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Kaltbandes handelt. Das aufgeheizte Kaltband wird bei einer Temperatur zwischen diesem Wert Π und einem Wert Tl zwischen den Zeitpunkten M und ;2 gehalten. Im Zeitpunkt r2 setzt die Abschreckung ein, für die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das aufgeheizte Kaltband beispielsweise in einen Behälter mit kochendem Wasser als etwa auf Siedetemperatur gehaltenem Abschreckmittel eingetaucht wird. Dadurch sinkt die Temperatur des Kaltbandes rasch vom Wert T2 auf den Wert Γ3.

Wie aus dem Diagramm in F i g. 1 ersichtlich, vollzieh! sich dieser Abkühlvorgang in zwei Phasen. Während der ersten Phase, die sich bis zum Erreichen einei Abkühltemperatur von etwa 350⁰C erstreckt, verlauf ι der Abkühlvorgang gebremst, eine Erscheinung, die wahrscheinlich (wie sich unterdessen bestätigt hat) au! der Bildung eines stabilen Wasserdampffilmes auf dei Oberfläche des Kaltbandes beruht, der eine ununterbro chene, gleichmäßige thermische Abschirmung dei Kaltbandes bewirkt; daran schließt sich eine zweits Phase bis zum Erreichen der Endtemperatur Γ3 an während der aufgrund nun von der Oberflächf abgelöster Dampfschicht die Temperatur des dei kontinuierlichen Wärmebehandlung unterzogenei Kaltbandes praktisch schlagartig auf die Temperatu: des siedenden Abschreckmittels abgesenkt wird. Diese nach der Erfindung auftretende zweiphasige Abkühlver

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lauf hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen. Denn durch ihn wird einerseits die Ausbildung von Martensit während der ersten, gebremst verlaufenden Phase der Abkühlung vermieden; und andererseits kann zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens eine gegenüber herkömmlicherweise benutzten kontinuierlich betriebenen Wärmebehandlungseinrichtungen wesentlich kürzere Einrichtung angewandt werden.

Das abgekühlte Kaltband wird bis zum Zeitpunkt r3 bei dieser Temperatur TZ gehalten. Dann folgt — i< > jedenfalls in den Fällen, bei denen zur Erzielung eines weichen, tiefziehfähigen Kaltbandproduktes das Herausdiffundieren übersättigten Kohlenstoffes und Stickstoffes aus dem Kristallgitter erforderlich ist; unter gewissen Umständen aber auch für nicht tiefziehfähige aber dennoch gut verforrnbare höherfeste Bleche — als Nachbehandlung ein neuer Temperaturanstieg auf eine Temperatur 74, die im Zeitpunkt 14 erreicht wird. Nach hinreichender Haltezeit bis zum Zeitpunkt f 5 bei dieser sogenannten Nachalterungs- oder Überalterungstemperatur, wie sie auch bei homogener Abkühlung im herkömmlichen Geschwindigkeitsbereich (35°C bis 250°C/sek) erforderlich ist und z. B. beim Anlassen der Bleche zum Tiefziehen oder für verzinkte Bleche hoher Elastizitätsgrenze oder Weißblech gesteigerter Härte und Dehnbarkeit oder Bleche aus nicht-rostendem Stahl angewandt wird, unter der Voraussetzung, daß die Behandlungsbedingungen der Natur des zu behandelnden Metalles angepaßt werden, erfolgt eine Abkühlung auf eine Temperatur, die niedrig genug liegt, um ω Oxidation an Luft zu vermeiden und zum Zeitpunkt f 6 erreicht ist.

Dieser kontinuierliche Wärmebehandlungsablauf läßt sich mittels einer in Fig. 1 unter Beschränkung auf das Prinzipielle dargestellten Wärmebehandlungseinrich- r> tung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens gewährleisten, die im wesentlichen aus folgenden Vorrichtungsteilen besteht:

Eine Einlaufvorrichtung 1 enthält eine Abhaspelvorrichtung sowie eine Schweißanlage. Es kann zweckmäßig sein, im Anschluß daran eine elektrolytisch arbeitende Entfetlungskammer 2 vorzusehen, um ggf. vorhandenes Walzöl zu entfernen. Vor einer Aufheizkammer 4 zum Erreichen der Rekristallisationstemperatur oder einer oberhalb des Ai-Umwandlungspunktes 4"> liegenden Temperatur (je nach dem Ausgangsmaterial und dem demzufolge angestrebten Endprodukt) ist ein Schiingenspeicher 3 angeordnet. An die Aufheizkammer 4 schließt sich eine Haltekammer 5 an, in der das aufgeheizte Kaltband bei einer Temperatur gehalten ->o wird, die im Bereich der ausgewählten Anfangstemperatur für die Schnellabkühlung liegt. Die sich anschließende Abschreckzone 6 mit einem etwa siedenden Abschreckmittel enthält beispielsweise kochendes Wasser, und er ist mit einer Wasserdampf-Rückgewinnungseinrichtung 11 ausgestattet, die nach dem Kondensationsprinzip arbeitet und vorzugsweise direkt über dem Abschreckbad angeordnet ist Diese Abschreckzone 6 ist außerdem mit einer Vorerwärmungseinrichtung 12 für das Abschreckmittel zu Betriebsbeginn, mit einer t>o Speiseeinrichtung 13 für das Wasser, mit einer Eintrittsschleuse 14 von der Haltekammer 5 aus und mit einer Austrittsschleuse 15 ausgestattet Hinter der Austrittsschleuse 15 schließen sich eine Anlaßzone 7 für das Nachaltern mit Abkühlraum 8 für die Schlußabküh- b5 lung und Ausgangsspeicher 9 an. Eine Ausgangsvorrichtung 10 enthält eine Aufhaspelvorrichtung und eine Schneidvorrichtung sowie u. U. auch eine Berandungs-Schneideinrichtung, eine Planiervorrichtung, eine Vorrichtung für Skin-Passing und eine Konditionierstraße.

Aus der Darstellung in F i g. 2 ist deutlich ersichtlich, welcher Unterschied zwischen einerseits der Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und andererseits den herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren mit sehr langsamem Abkühlen an Luft bzw. mit sehr raschem Härten in kaltem Wasser besteht. Bei dem Diagramm gemäß F i g. 2 handelt es sich um ein sog. ZTU-Diagramm (Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm) für kontinuierliche Abkühlung bei Verhältnissen entsprechend dem Stahl nach Beispiel 2.

Das Diagramm (F i g. 2) weist auf der Ordinate die Temperaturen in ⁰C und auf der Abszisse logarithmisch aufgetragen die Zeiten in Sek. auf. Die Abkühlkurve 1 entspricht einer Wärmebehandlung des Kaltbandes nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Abkühlkurve 2 entspricht herkömmlicher Behandlung mit Luftkühlung. Die Abkühlkurve 3 entspricht herkömmlicher Behandlung in kaltem Wasser. Die Abkühlkurve 1, die sich beim erfindungsgemäßen Verfahren einstellt, liegt also zwischen den beiden Kurven, die die Verhältnisse bei den herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren im Anschluß an das Rekristallisationsglühen von Kaltband darstellen.

In F i g. 3 ist die Streuung der durch die Wärmebehandlungen erzielten Werte für die Elastizitätsgrenze über der Breite des Kaltbandes dargestellt. Dabei zeigt die Kurve 2 die Verhältnisse, die sich bei einem in kaltem Wasser abgeschrecktem Kaltband einstellen, während die Kurve 3 sich auf Abkühlung an Luft bezieht. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, hier in kochendem Wasser als siedendem Abschreckmittel, behandeltes Kaltband ergibt Ergebnisse entsprechend Kurve 1.

Im Diagramm gemäß F i g. 3 sind auf der Abszisse die Achsabstände (in mm) in Richtung der Kaltbandbreite und auf der Ordinate die bei diesen Abszissenwerten lokal gemessenen Werte der Elastizitätsgrenze, gemessen in Längsrichtung des Kaltbandes, aufgetragen, wobei die angegebenen prozentualen Werte für die jeweilige Elastizitätsgrenze auf die Werte am Orte der Längsachse des Kaltbandes bezogen sind.

Für das nach der Erfindung, hier in siedendem Wasser, wärmebehandelte Kaltband zeigt die Kurve 1 der Fig. 3 eine nur sehr geringe Schwankung der Eigenschaften, nämlich eine Schwankung der relativierten Elastizitätsgrenze, die mit etwa 1 % bis 2% nur in der Größenordnung des bei Kaltband hinzunehmenden Dickenmeßfehlers liegt. Im Gegensatz zu dieser überaus großen Homogenität der mechanischen Eigenschaften über die Breite des Kaltbandes nach Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahrens weisen die Kurven 2 und 3, die sich auf die eingangs erläuterten vorbekannten kontinuierlichen Kaltband-Wärmebehandlungsverfahren beziehen, deutlich stärkere Schwankungen auf, was auf Vorhandensein erheblicher Heterogenitäten im Walzprodukt über die Kaltbandbreite hinweist, mit denen die starken Verwerfungserscheinungen beim Abkühlen aus der Rekristallisationstemperatur erklärbar scheinen.

Wie dargelegt wird die Temperatur des Abschreckmittels beim erfindungsgemäßen Verfahren ungefähr bei Siedetemperatur gehalten, die je nach der Zusammensetzung des Abschreckbades zwischen etwa 8O⁰C und 150⁰C liegt. Aus Fig.4 geht hervor, daß die Anwendung eines oberhalb etwa 8O⁰C gehaltenen Abschreckmittels einen weiteren, völlig überraschenden

Vorteil in Hinblick auf den erforderlichen Aufwand zur Beseitigung der beim Abschrecken auf der Kaltband-Oberfläche sich ausbildenden Oxidbeschichtung erbringt. Denn ohne daß das voraussehbar war, nimmt oberhalb dieser Temperatur die für ein Abbeizen der Oxidschicht erforderliche Zeitspanne, die bei tieferen Temperaturen nahezu konstant ist, rapide ab.

Dem Diagramm nach F i g. 4 lag folgende Versuchsserie zugrunde:

Kaltgewalzte Bleche wurden, zur Vermeidung jeglicher Oxidation, in reduzierender Atmosphäre auf eine Temperatur von 800⁰C erhitzt und 2 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Diese Bleche wurden danach in Bäder aus destilliertem Wasser eingetaucht, in denen sich jeweils destilliertes Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen befand, wobei die unterschiedlichen Wasserbad-Temperaturen zwischen Umgebungs-Temperatur und Siede-Temperatur abgestuft waren. Diese mit unterschiedlichen Abschrecktemperaturen abgekühlten Bleche wurden danach mit stark verdünnter Salzsäure, deren Temperatur 20⁰C betrug, abgebeizt. Für diese Vergleichsversuche wurde ein außergewöhnlich stark verdünntes wäßriges Beizbad (lg/1) benutzt, um die Beizgeschwindigkeit herabzusetzen und dadurch die für die Behandlung der einzelnen Proben notwendigen Zeitspannen besser miteinander vergleichen zu können. In der Praxis wird beim Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens eine wesentlich konzentriertere Beizsäui e benutzt, wodurch die in F i g. 4 dargestellten Zeiten spürbar reduziert werden.

Wie sich aus der Darstellung in Fig.4 mit linearer Abszissenteilung für die Temperatur der unterschiedlichen Abschreckbäder und logarithmischer Ordinatenteilung für die erforderliche Abbeizzeit ergibt, bleibt die Abbeizzeit bei Abschrecktemperaturen unterhalb 80°C praktisch konstant, während sie sich bei Überschreiten der Abschrecktemperatur von 80⁰C unerwarteterweise stark verkleinert. Wohlgemerkt beruht diese Verringerung der erforderlichen Abbeizzeit nicht auf einer Temperaturerhöhung des Beizmiiteis, es wurden vielmehr die Vergleichsuntersuchungen stets bei einer Temperatur von 20° C der Beizsäure durchgeführt. Es konnte festgestellt werden, daß bei Abschreckbad-Temperaturen oberhalb 80°C die Menge der sich bildenden Oxide sich verringert und daß die Oxide vor allem aus FeO bestehen, das sehr viel einfacher als Fe₂O₃ "der Fe3O4 von der Kaltband-Oberfläche entfernbar ist, das sich bei unterhalb 8O⁰C liegenden Abschreck-Temperaturen bildet.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit ungefähr bei Siedetemperatur gehaltenem Abschreckmittel für Kaltbänder ermöglicht es also, im Anschluß an die Wärmebehandlung die Behandlungsdauer des abgeschreckten Kaltbandes spürbar zu verringern und damit die Produktivität von Einrichtungen zum Ausüben von Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Kaltband zu erhöhen.

Die nachfolgend beschriebenen Anwendungsbeispiele zum erfindungsgemäßen Verfahren stellen lediglich bevorzugte Realisierungsbeispiele nach der Erfindung dar, ohne den Umfang des Schutzes zu beschränken. Die Beispiele beziehen sich auf gut verformbares, für geringere Kraftaufnahme geeignetes Tiefziehblech einerseits und andererseits auf gut verformbares, zu großer Kraftaufnahme geeignetes aber nicht tiefziehfähiges, hochfestes Blech als Endprodukte nach der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung des Kaltbandes.

Beispiel 1
Tiefziehblech

In einem Stahlwerk wurde auf herkömmliche Weise ein Block von 17 Tonnen unberuhigten Stahles gegossen. Dieser Block wurde in einer Brammenstraße vorgewalzt und dann mit den nachfolgenden Charakteristiken warmgewalzt:

ίο - Endtemperatur des Warmwalzens: 885°C

- Haspeltemperatur: 620⁰C

- Enddicke: 2,5 mm.

Dieses Zwischenprodukt wies folgende Zusammen-Setzung auf:

Mn Si

0,028 0,240 0,004 0,009 0,011

Der aus dem Blech gehaspelte Bund wurde mittels Chlorwasserstoffsäure entzundert und danach bei einer Verformung von 60% bis auf eine Enddicke von 1 mm kaltgewalzt. Vom kaltgewalzten Blechband wurden Proben genommen und folgenden Behcndlungszyklen unterzogen:

Zyklus A

Glühen nach herkömmlichen Verfahren als Bund in einem Haubenofen unter Aufrechterhaltung einer Temperatur von 700⁰C über 12 Std. Dressieren mit einer Verformung von 1 °/o.

Zyklus B

jo Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich:

a) Aufheizen auf 800°C innerhalb 1 Min.,

b) Aufrechterhalten dieser Temperatur über 1 Min.,
> c) Eintauchen in kochendes Wasser 30 Sek. lang,

d) Anlassen bei 400° C 1 Min. lang,

e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur,

f) Dressieren mit einer Verformung von 1 %.

Zyklus C

a) Aufheizen auf 800° C innerhalb 1 Min.

b) Aufrechterhalten dieser Temperatur über 1 Min.,

c) langsames Abkühlen mit 20⁰C pro Sek. bis auf Umgebungstemperatur,

d) 1 Min. lang Erwärmen in einem Ofen bei 400° C,

e) Endabkühlung bis auf Umgebungstemperatur,

f) Dressieren mit einer Verformung von 1 %.

Die so behandelten Proben wurden für mechanische

Untersuchungen zerschnitten. Ein Teil dieser Proben wurde noch einer künstlichen Alterung unterworfen, indem sie 1 Std. lang bei 100° C gehalten wurden, ehe die

h5 Versuche an ihnen vorgenommen wurden.

Die gemäß vorstehend aufgeführten Behandlungsfolgen erzielten Eigenschaften sind in der nachfolgenden Tabelle wiedergegeben:

	Eigenschaften Erichsen- tiefe	11	Bruchlast	26 01 443	Koeffizient der normalen Anisotropie	12	Stufe¹)	Stufe nach Alterung¹)
Behandlung	(mm)	vor Alterung "(U	(kg/mnr)	Dehnung (Meßlänge 50 mm)	r	Kaltver- formungs- koeffizient	(%)	(%)
	11,6	(kg/mm²)	30,0	(%)	1,15	η	2,0	9,0
Zyklus A	11,4	20,0	32,3	45	1,43	0,220	0	0,4
ZyKlus B	10,9	21,7	34,6	42,2	1,35	0,205	1,5	4,0
Zvklus C	23,4	38,0	0,195

) Stufe in der Zugkurve.

Aus vorstehender Tabelle ist ersichtlich, daß eine \% erfindungsgemäße Behandlung entsprechend Zyklus B innerhalb sehr kurzer Zeit zu Eigenschaften führt, die vergleichbar sind mit den Eigenschaften, die nach herkömmlicher Behandlung erzielt sind — die sogar besser als die herkömmlichen sind, was den Koeffizien- 2» ten der normalen Ansiotropie r und die Eigenschaften nach Alterung betrifft.

Aus den Resultaten gemäß Zyklus C ist ersichtlich, daß sich bei zu geringer Abkühlgeschwindigkeit nicht zufriedenstellende Eigenschaften einstellen.

Beispiel 2
Blech mit hoher Elastizitätsgrenze

In einem Elektroofen wurden 500 kg Stahl folgender Zusammensetzung gewonnen:

Mn

Si

Al

0,060 1,070 0,265 0,012 0,015 0,035

Dieser Stahl wurde mit folgenden Werten warmgewalzt:

— Temperatur am Ende des Warmwalzens: 910⁰C,

— Haspeltemperatur 580° C,

— Enddicke: 2,7 rnm.

Der Bund wurde mit Chlorwasserstoffsäure entzundert und danach, mit einer Verformung von 63% bis auf 1 mm Dicke kaltgewalzt.

Von diesem Produkt wurden Proben genommen, die den folgenden Wärmebehandlungen unterzogen wurden:

Zyklus A

a) Aufheizen auf 900°C in 1 Min.

b) 1 Min. lang Halten bei 900°C,

c) 30 Sek. lang Eintauchen in kochendes Wasser, von denen 20 Sek. für das Abkühlen auf 100⁰C und 10 Sek. für ein Halten bei 100°C dienten, d) Endabkühiung bis auf Umgebungstemperatur.

Zyklus B

a) Aufheizen auf 920°C in 1 Min.,

b) Halten bei 920°C über 1 Min.,

c) 20 Sek. lang Eintauchen in kochendes Wasser, um eine Temperatur von 100° C zu erreichen,

d) 3 Min. lang Anlassen in einem Ofen bei 350⁰C,

e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.

Zyklus C

a) Aufheizen auf940°C in 90 Sek.,

b) 90 Sek. lang Halten bei einer Temperatur zwischen 940°Cund960°C,

c) bei einer Anfangstemperatur von 96O⁰C 40 Sek. lang Eintauchen in kochendes Wasser,

d) 2 Min. lang Anlassen in einem Ofen bei 400° C,

e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.

Zyklus D

a) Aufheizen auf 900°C in 1 Min,

b) 1 Min. lang Halten bei 900°C,

c) Abschrecken in kaltem Wasser mit einer Abkühlgeschwindigkeit in der Größenordnung von 500⁰C pro Sek.,

d) 3 Min. lang Anlassen bei 400°C,

e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.

Zyklus E

a) Aufheizen auf 900°C in 1 Min.,

b) 1 Min. Halten bei 900⁰C,

c) langsames Abkühlen (etwa 20⁰C je Sek.) bis auf Umgebungstemperatur,

d) 3 Min. lang Anlassen bei 400° C,

e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.

Die auf diese Weise erzielten Produkte wiesen die in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellten Eigenschaften auf:

Zyklus
A

σ_Οΐ2 (kg/mm²)
Bruchlast (kg/mm²)
Dehnung (Meßlänge 50 mm) (%)
Koeffizient η

Koeffizient der normalen Anisotropie r

Erichsen-Tiefe (mm)

44	42	40,7	46-53	37,4
50,2	48,1	47,5	59,3-70,8	45,6
30,0	32,2	32,9	11-18	28,4
0,197	0,198	0,197	-	0,206
1,12	1,14	1,05	-	1,05

10,4

10,5

9,5

10,3

Zum Vergleich sind in der nachfolgenden Tabelle die Eigenschaften zusammengestellt, die in der obenbezeichnete Stahl im warmgewalzten Zustand und nach herkömmlichem Bund-Glühen in einem Haubenofen 12 Std. lang bei 700⁰C, aufwies:

Nach dem Nach dem
Warmwalzen Kaltwalzen
(2,7 mm und üblichem Dicke) Anla3-Glühen '^ΰ

σ_ο,2 (kg/mm²) 38,0

Bruchlast (kg/mm²) 49,2

Dehnung (Meßlänge 50mm) 28,2 Fortschritt noch viel auffälliger, da die Elastizitätsgrenze von 28 auf 42 kg/mm² ansteigt, während die Dehnbarkeit nur um etwa 4% sinkt.

Beispiel 3 Stahl hoher Bruchlast und guter Dehnbarkeit

In gleicher Weise wie gemäß Beispiel 2 wurden zwei Stähle folgender Zusammensetzung hergestellt:

	Stahl	C	Mn	Si	P	S	Al

28,6
41,3	L	0,075	1,74	0,63	0,018	0,022	0,048
36,1	¹⁵ G	0,057	1,46	0,239	0,015	0,021	0,036

Koeffizient 7

0,147

0,202

Wie aus der Gegenüberstellung ersichtlich, führen die drei nach der Erfindung ausgeführten Behandlungs-Zyklen A, B und C zu homogenen Ergebnissen bei sowohl sehr günstigen Elastizitätsgrenzen als auch sehr günstigen Dehnungswerten. Im Gegensatz dazu streuen die nach Zyklus D erzielten Eigenschaften sehr stark, und die erzielbare Dehnung ist unzureichend, während der gemäß Zyklus E behandelte Stahl nicht nur eine geringere Dehnbarkeit als derjenige gemäß den Zyklen A, B und C, sondern auch geringere Elastizitätsgrenze aufweist.

Die Behandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren führt also zu einem Kaltwalzprodukt, das eine sogar gegenüber hochfesten Warmwalzblechen deutlich größere Festigkeit aufweist, dabei aber die Streckbarkeits- und Tiefzieheigenschaften, die für kaltgewalzten Stahl charakteristisch sind, in herkömmlicher Qualität beibehält. Im Vergleich zum herkömmlichen Anlaß-Glühen ist der durch die Erfindung erzielte Aus diesem Stahl wurden nach dem Kaltwalzen Proben genommen, die folgenden beiden Behandlungen unterzogen wurden:

Zyklus A

a) Aufheizen auf 900°C in 80 Sek.,

b) 40Sek.lanr Halten bei 900°C,

j c) 25 Sek. lang Behandeln in kochendem, destilliertem

Wasser,
d) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.

Zyklus B

so a) Aufheizen auf 900°C in 80 Sek.,

b) 40 Sek. lang Halten bei 900⁰C,

c) 25 Sek. lang Behandeln in kochendem, destilliertem Wasser,

d) 3 Min. lang Anlassen in einem Ofen bei 400°C, J) e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.

Die in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellten Resultate wurden erzielt:

Zyklus

(kg/mnr) Bruchlast

(kg/mm²)

Dehnung (Meßlänge Stufe in der 50 mm) Zugkurve

A	40,4	61,5	29,9	1,7
B	46,8	57,8	29,5	4,0
A	35,5	63,9	27,6	0,0
B	48,2	60,2	27,2	3,0

Wie aus vorstehender Tabelle ersichtlich, ist es möglich, sowohl die Analyse des Stahles zu beeinflussen, um einen deutlicheren Härtungseffekt und ein verringertes Verhältnis »Elastizitätsgrenze/Bruchlast« zu erzielen und dabei noch die Stufe in der Zugkurve zu verkürzen, als auch, auf die abschließende Wärmebehandlung einzuwirken, um diese Eigenschaften beizubehalten und sogar die Elastizitätsgrenze anzuheben.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Kaltband, das zunächst auf eine Temperatür oberhalb der Rekristallisationstemperatur erhitzt und danach in einem wäßrigen Abschreckmittel abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Abschreckmittels ungefähr bei Siedetemperatur gehalten wird. ι ο

2. Verfahren nach Anspruch 1, zur Herstellung eines Kaltbandes hoher Elastizitätsgrenze, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband bei 800° C bis 100O⁰C mindestens 30 Sekunden lang gehalten und anschließend wenigstens 10 Sekunden lang in das siedende Abschreckmittel eingetaucht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedetemperatur des Abschreckmittels durch Einstellen des Druckes oberhalb des Abschreckmittels und/oder durch Zugabe suspendierter und/oder gelöster Substanzen zwischen 80° C und 150° C eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschreckmittel die wäßrige Lösung oder Suspension eines den Wärmeübergangskoeffizienten von dem Kaltband zum Abschreckmittel bestimmenden Mittels verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abschreckmittel jo mindestens ein oberflächenaktives Mittel zugegeben wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abschreckmittel mindestens ein korrosionshemmendes Mittel züge- r> geben wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband nach der Abschreckung bei 300⁰C bis 500⁰C künstlich gealtert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Alterungszeit mindestens 15 Sekunden beträgt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —8, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Abschreckmittel Dampf abgezogen und als Kondensat rückgeführt wird.