DE2602656A1

DE2602656A1 - Verfahren fuer die herstellung von walzstahlerzeugnissen

Info

Publication number: DE2602656A1
Application number: DE19762602656
Authority: DE
Inventors: Mario Economopoulos
Original assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Current assignee: Centre de Recherches Metallurgiques CRM ASBL
Priority date: 1975-01-29
Filing date: 1976-01-24
Publication date: 1976-08-05
Also published as: AT373627B; ATA51976A; MX154654A; ES444683A1; DE2602656C2

Description

Verfahren für die Herstellung vo Walzstahlerzeugnissen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Walzstahlerzeugnissen wie beispielsweise Rund- oder Bewehrungsstählen, nachfolgend "Rundstähle" genannt.
Wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren auf zahlreiche Profilarten beim Walzdraht und Stabs-tahl anwendbar ist, so bezieht sich die nachfolgende Beschreibung doch insbesondere auf "RundstCihle".
Weiterhin gilt das erfindungsgemäße Verfahren für beruhigte, halbberuhigte und unberuhigLe Stähle.
Bekanntlich zählen zu den Haupteigenschaften, die seitens der Verbraucher beispielsweise von Rundstählen vorausgesetzt werden, die für die jeweilige Stahlqualität höchste Streckgrenze bzw. -festigkeit sowie eine für den jeweiligen Verwendungszweck ausreichende Schweissbarkeit, Dauerfestigkeit und Verformbarkeit.
Andererseits ist bekannt, dass zur Verbesserung der Schweiss- und Verformbarkeit eines Stahls dessen Kohlenstoff- und Mangangehalt reduziert werden muss, was gleichzeitig zu einer Verringerung seiner Zugfestigkeit führt. Um diesen Nachteil auszuschalten,kann der Stahl einer entsprechenden Kühlbehandlung unterzogen werden, wodurch sich bis zu einem gewissen Grade die Streckfestigkeit des Rundstahl verbessern lässt.
Da bei der Kühlung von Rundstählen (insbesondere Bewehrungsstählen) durch Konvektion oder Strahlung die Gesetzmässigkeit des Kühlablaufs im Walzprodukt gewissermassen nur vom Durchmesser des jeweiligen Rundstahls abhängig ist, muss zur Beeinflussung der Streckgrenze eines Rundstahls mit gegebenem Durchmesser zu anderen Verfahren ergänzend zu der reinen und einfachen Kuhlbehandlun Zuflucht genommen werden.
Von diesen Verfahren wäre insbesondere der Zusatz von Dispergierungsmitteln (Nb, V) zu nennen, der zu einer Kornmeinung sowie einer Ferrithärtung durch Ausscheidung führt.
Um die Form des austenitischen Korns zu verfeinern, wurde bereits vorgeschlagen, die Rundstahle im Zuge des Walzprozesses einer Zwischenkühlung bis auf eine Temperatur unterhalb A 3 vor Eintritt in die Fertiggerüste zu unterziehen; nach Austritt aus den Fertiggerüsten wird der Rundstahl sodann in einer entsprechenden Kühlstrecke schnell auf eine Temperatur von 700 bis 8000C abgekühlt und sodann einer langsameren Abkühlung unterzogen.
Auch wurde bereits vorgeschlagen, den Rundstahl nach seinem Austritt aus dem Fertiggerüst des Walzwerks einer entsprechenden Abkühlbehandlung mittels eines Mediums in der Weise zu unterziehen, dass eine martensitische bzw. bainitische Härtung seiner Oberflächenschicht bewirkt wird. Diesem Vorschlag gemäss führt die nicht abgeschreckte Zone des Rundstahls bei Austritt aus der Flüssigkeitskühlzone eine Temperatur, die beim anschliessenden Verweilen an der Luft mit Hilfe der im Kern des Rund stahls vorhandenen Wärme eine Vergütung der martensitisehen bzw. bainitischen Oberflächenschicht ermöglicht, während diese progressiv ein ferritisches bzw. ferritisch-perlitisches Gefüge oder, je nach Gegebenheit, sogar ein perlitisch-bainitisches Gefüge annimmt. Man erhält auf diese Weise ein Produkt mit zusammengesetztem Gefüge.
Als Kühlflüssigkeit zur Durchführung dieses Verfahrens wird im allgemeinen Wasser mit oder ohne die üblichen Zusätze verwendet, doch ist auch der Einsatz von Gas wie beispielsweise von mit hoher Geschwindigkeit, gegebenenfalls mit Hilfe von Überschall, dem Rundstahl beaufschlagtem Wasserdampf möglich.
Das vorbeschriebene Abschreck- und Selbstvergütungsverfahren gewährleistet bereits eine Verbesserung der Festigkeitseigenschaften von Rundstählen in beachtlichen Grössenordnungen, speziell ihrer Streckfestigkeit.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit welchem sich die mit den vorbeschriebenen Verfahren erzielten Ergebnisse noch weiter stark verbessern lassen: die erfindungsgemässen Resultate sind sogar noch besser als die mit mehreren der vorbeschriebenen Verfahren erzielten.
Ausserdem wird erfindungsgemäss die Qualität des Rundstahls erhöht, ohne dass unter dem Aspekt der Schweissbarkeit die Kohlenstoff- und Mangangehalte des Stahls unannehmbare Werte erreichen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass die Rundstähle vor ihrem Anstich in die Fertiggerüste eines Walzwerks einer Kühlbehandlung mittels einer geeigneten Flüssigkeit oder eines geeigneten Mediums (beispielsweise mit Wasser) unterzogen werden, wobei auf die Kühlphase vorzugsweise eine Temperaturhomogenisierungsphase folgt, so dass die Rundstähle bei Eintritt in die Pertiggerüste eine weitgehend gleichmässige Temperatur im Bereich zwischen Ac3 und (Ac3 + 1500C), die jedoch vorzugsweise möglichst nahe oberhalb Ac3 liegen sollte, führen; dass die Rundstähle nach ihrem Austritt aus den Fertiggerüsten einer schnellen Abkühlung ausgesetzt werden, wodurch eine martensitische bzw. bainitische Abschreckung an der Oberfläche derselben bewirkt wird; und dass die Bedingungen, unter denen diese schnelle Abkühlung abläuft, so reguliert werden, dass am Ausgang der Kühlzone der Kern des jeweiligen Bundstahls eine Temperatur führt, um über die aus dem Kern austretende Wärme eine natürliche Nachwärmung der abgeschreckten Oberflächenschicht zu erreichen in der Weise, dass die letztere am Ende dieser natürlichen Nachwärmung eine Temperatur im Bereich zwischen 4500C und 7500C, vorzugsweise zwischen 5500C und 7000C, aufweist, wodurch sich eine Vergütung der abgeschreckten Oberflächenschicht erzielen lässt. Ausserdem ermöglicht die schnelle Abkühlung des Rundstahls am Ausgang aus dem letzten Fertiggerüst in Verbindung mit dem Walzen bei niedriger Temperatur infolge Kühlung vor Anstich in die Fertiggerüste, dass die Umwandlung von Austenit in Ferrit und feinkörnige Karbide im Kern des jeweiligen Rundstahls gewahrleistet ist.
Dank dem erfindungsgemässen Verfahren ist ein Rundstahl mit einem zusammengesetzten Gefüge herstellbar, dessen Oberflächen zone über eine Dicke, die relativ gross sein kann (beispielsweise 2 mni), aus Martensit bzw.
Bainit und dessen Kern aus sehr feinkörnigem Perlit bestehen; dieser Rundstahl weist eine besonders hohe Zug- und Streckfestigkeit sowie eine besonders gute Schweissbarkeit auf.
Nach bevorzugten Bedingungen in der praktischen Anwendung der vorliegenden Erfindung besteht die durch Abschreckung des Rundstahls erzielte Oberflächenschicht über einen Dickenbereich hinweg aus Martensit bzw. Bainit, der im Verhältnis der magnesitischen bzw. bainitischen Zone zum Gesamtquerschnitt des Rundstahls zwischen 10 % und 50 %> vorzugsweise zwischen 15 % und 35 %, beträgt.
Was die praktische Durchführung anbetrifft, so wird die jeweils gewünschte Abkühlung durch Auswahl entsprechender Kühlvorrichtungen von ausreichender Länge und in passender Anordnung, beispielsweise Kühlstrecken, erreicht, wobei die Pbschreckzonen speziell so nahe wie möglich am Austritt aus dem letzten Fertiggerüst liegen, während die Zwischenstrecke, die sich zwischen den unmittelbar vor den Fertiggerüsten liegenden Gerüsten befindet, ihre Kühlwirkung möglichst nahe bei den unmittelbar vor den Fertiggerüsten angeordneten Gerüsten zum Tragen bringt, damit genügend Raum für die Phase der Temperaturhomogenisierung in den Rundstählen bleibt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, sowohl die Abkühlung des Rundstahls am Austritt aus dem Walzwerk wie auch seine Abkühlbehandlung vor Anstich in die Fertiggerüste in mehreren Phasen ablaufen zu lassen. Auf diese Weise kann einerseits eine grössere Wassereinsparung am Austritt der Fertiggerüste erzielt und andererseits die Homogenität der Temperaturbedingungen im Rundstahl vor dessen Eintritt in die Fertiggerüste vergrössert werden.
Wenngleich unter welchen Abschreckbedingungen auch immer die Festigkeitseigenschaften eines einer Abschreck- oder Kühlbehandlung unterzogenen Rundstahls gegenüber denen eines nicht erfindungsgemäss behandelten verbessert sind, versteht es sich dennoch, dass bei einer gegebenen Verweilzeit in der Kühlstrecke diese Verbesserung mit der Wärmeübergangszahl der benutzten Kühl- oder Abschreckanlage noch zunimmt; bei gleicher übergangszahl erhöht sich diese Verbesserung mit der Dauer des Verweilens in der Kühlstrecke.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren lassen sich Rundstähle herstellen, deren verbesserte Eigenschaften, insbesondere deren Streckfestigkeit, höher zu bewerten sind als die Summe aller Verbesserungen, die getrennt durch jede einzelne der das Verfahren ausmachenden Phasen erzielt werden können.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen zahlenmässig das Ausmass dieser Verbesserungen, wodurch dem Verfahren das Merkmal einer Kombination zukommt, deren Ergebnisse nicht vorhersehbar waren und für die es bis zum heutigen Tage noch keine Erklärung gibt.
Beispiel 1 Ein Rundprofil aus halbberuhigtem Stahl, Durchmesser 20 mm, mit 0.30 % C, 1.06 % Mn sowie 0.08 ffi Si, das mit einer Geschwindigkeit von 11.3 m/s aus dem Walzwerk austritt, wird verschiedenen Behandlungen unterzogen.
Die nachfolgende Vergleichstabelle I zeigt die Eigenschaften dieses Rundstahls unter den nachstehend aufgeführten Bedingungen: - Spalte 1 Natürliche Abkühlung bei Austritt aus dem Walzwerk - Spalte 2 Abkühlung nur vor Anstich in die Fertiggerüste - Spalte 3 Oberflächenabschreckung und Vergütung nur bei Austritt aus dem Walzwerk - Spalte 4 Kombinierte Behandlung nach Spalte 2 und 3.
TABELLE I 1 2 3 4 Temperatur bei Austritt aus dem Walzwerk, c 1055 895 1055 895 Dehnung, % 25 24 23 19 Bruchlast, kg/mm2 56.4 55.7 61.5 69.8 Streckgrenze, kg/mm2 35.7 37.7 46.5 57.5 Verbesserung, kg/mm2 - 2 10.8 21.8 Ein Vergleich der Werte zeigt, dass die Verbesserungen gemäss Spalte 4 deutlich grösser sind als die Summe derwenigen aus den Spalten 2 und 3. Ausserdem wurde beobachtet, dass die Verbesserung mit der Länge der Kühlstrecke und mit der Abschreckwassermenge zunahm.
Beispiel 2 Die gleichen Behandlungen wie in Tabelle I aufgeführt werden an einem Rundstahl von 20 mm Durchmesser und mit 0018 C, 1.29 % Mn, 0.035 ffi Nb und 0.08 % Si durchgeführt.
Die erzielten Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle II zusammengefasst.
Hinsichtlich dieser Resultate gemäss Tabelle II gelten die gleichen Feststellungen wie für Tabelle I.
TABELLE II 1 2 3 4 Temperatur bei Austritt aus dem Walzwerk, c 1065 900 1065 900 Dehnung, % 28 27 19 18 Bruchlast, kg/mm2 52.3 54.6 63.4 67.3 Streckgrenze, kg/mm2 37.9 40 52 60.8 Verbesserung, kg/mm2 - 2.1 14.1 22.9 Beispiel 3 Das dritte Beispiel betrifft einen Rundstahl von 16 mm Durchmesser mit 0.20 410 C, 1.41 ffi Mn, 0.09 % Si, der mit einer Geschwindigkeit von 12.5 m/s aus dem Walzwerk austritt.
Die erzielten Resultate zeigt die Tabelle III.
TABELLE III 1 2 3 4 Temperatur bei Austritt aus dem Walzwerk, °C 1100 870 1100 870 Dehnung, % 25 26 22 16 Bruchlast, kg/mm2 56.9 56.9 60.3 69.5 Streckgrenze, kg/mm² 37.6 38.8 47 59.1 Verbesserung, kg/mm2 1.2 9.4 21.5 Mit anderen Worten gesagt lassen die vorstehend verzeichneten Ergebnisse folgende Schlussfolgerungen zu: a. Beschränkt man sich lediglich auf eine Kühlbehandlung des Rundstahls vor seinem Eintritt in die Fertiggerüste, so wird eine nur geringe Erhöhung der Streckgrenze (beispielsweise in der Grössenordnung von 3 k9/mm2 für eine Temperaturabnahme von 1150C am Austritt aus dem Walzwerk) erreicht.
b. Werden demgegenüber die beiden Kühlbehandlungen vor und hinter den Fertiggerüsten kombiniert, so erhält man eine wesentliche Erhöhung der Streckgrenze des jeweiligen Rundstahls. Ausserdem lassen sich durch Kühlung eines Rundstahls vor den Fertiggerüsten bei sonst gleichen Bedingungen und insbesondere Resultaten der Kühlwasserverbrauch sowie die Länge der Kühlstrecke (um 16 bzw. 44 % in den Fällen, wo die Temperatur des Rundstahls bei Austritt aus dem Walzwerk um 1150C gesenkt wird) beträchtlich reduzieren gegenüber derjenigen Wassermenge und Kühlstreckenlänge, welche eine Kühlung allein hinter den Fertiggerüsten erfordern würde.
PATENTANSPRÜ0HE

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zur Herstellung von Walzstahlerzeugnissen, insbesondere von gewalzten Rundstählen, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Walzstahlerzeugnisse vor ihrem Anstich in die Fertiggerüste eines Walzwerks auf einen Wert zwischen Ac3 und (Ac3 + 1500C) und vorzugsweise auf einen möglichst nahe oberhalb Ac3 liegenden Wert gesenkt wird, und daß die Walzstahlerzeugnisse nach Austritt aus den Fertiggerüsten eine schnelle Abkühlung erfahren, die für eine martensitische bzw. bainitische Oberflächenabschreckung ausreicht, und wobei die Abkühlungsbedingungen so reguliert werden, dass am Austritt aus der Kühlzone der Kern der Walzstahlerzeugnise noch eine Temperatur aufweist, welche für eine natürliche Nachwärmung der abgeschreckten Oberflächenschicht durch Zufuhr von Wärme aus den Kern ausreicht, wobei die Oberflächenschicht im Anschluss an die Nachwärmung Temperaturen zwischen 450°C und 7500C, vorzugsweise zwischen 550C und 7000C, aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung zur Verringerung der Temperatur der Rundstähle vor deren Anstich in die Fertiggerüste aufeinanderfolgend eine Kühl- und eine Temperaturhomogenisierungsphase umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlbedingungen für den Rund stahl am Austritt aus den Fertiggerüsten so reguliert werden, daß die Oberflächenschicht über einen Dickenbereich aus Martensit bzw. Bainit besteht, der im Verhältnis der martensitischen bzw. bainitischen Zone zum gesamten Rundstahlquerschnitt zwischen 10 % und 50 %, vorzugsweise zwischen 15 % und 35 %, beträgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Temperatursenkung in den Rundstählen während der einen bzw. anderen Behandlungsphase Wasser als Kühlmedium verwendet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatursenkung vor Anstich der Rundstähle in die Fertiggerüste in mehreren Stufen erfolgt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung am Austritt aus dem Walzwerk in mehreren Stufen abläuft.