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Verfahren zur Herstellung eines ferritischen rostfreien Stahlbleches
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines ferritischen
rostfreien Stahlbleches, welches insbesondere zu Tiefziehzwecken verwendet werden
soll.
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Insbesondere ein rostfreier Stahl, welcher klassifiziert ist nach.AISI,
Typ 430, kann zu Tiefziehzwecken verwendet werden. Unschöne Fehler, welche beim
Tiefziehen entstehen können, sind gratähnliche, strangähnliche Fehler bzw. waschbrettähnliche
Oberflächen auf den tiefgezogenen Teilen. Derartige Fehler sind im englischen Sprachgebrauch
bekannt
als ttridgingtt, ttropingt' oder !washboard??. Derartige Fehler treten insbesondere
dann auf, wenn die Metalle in einer Richtung zu einem Blech, einem Band oder einem
Wickel gewalzt werden und anschließend einer Kaltverformung, wie beispielsweise
einem Tiefziehprozeß, unterworfen werden. Gratähnliche Fehler werden durch abwechselnde
Grate und Riefen in der Oberfläche gebildet. Es handelt sich hierbei im wesentlichen
um Eindrücke oder Ausbrüche in der Oberfläche in Walzrichtung des Metalls. Diese
Oberflächendefekte beeinträchtigen das Aussehen des geformten Gegenstandes. Um ein
gefälliges Aussehen des Gegenstandes zu erzielen, ist es daher notwendig, die Oberfläche
zu schleifen und zu polieren, was einen zusätzlichen Aufwand bedeutet. Die Verwendung
von ferritischem rostfreien Stahl bei Verformungen ist wegen der schlechten Verformbarkeit,
insbesondere wegen der schlechten Tiefziehfähigkeit dieses Stahl problematisch.
In erster Linie treten die im vorstehenden erwähnten Oberflächenfehler, insbesondere
G ratbildungen, auf. Außerdem bereitet, wie schon erwähnt, die Verformbarkeit ebenfalls
Schwierigkeiten. Um eine Bearbeitung bzw. Verarbeitung von ferritischem rostfreien
Stahl in größerem Umfang zu ermöglichen, müssen daher diese Nachteile beseitigt
werden.
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Zur Beseitigung der vorstehend erwähnten Oberflächenfehler, insbesondere
der Gratbildung, werden seit langer Zeit schon Anstrengungen unternommen. Man geht
dabei davon aus, daß die Gratbildung in ferritischem rostfreien Stahl durch das
anisotrope Formänderungsvermögen des Walzgutes bzw. der gewalzten Bänder hervorgerufen
wird. Dieses anisotrope Formänderungsvermögen entsteht hauptsächlich während des
Warmwalzens. Es sind verschiedene Verfahren bekannt, um bis zu einem gewissen Ausmaß
die Gratbildung zu beseitigen. Beispielsweise ist aus der US-Patentschrift 3 128.
211 ein Verfahren zur Verringerung der Gratbildung bekannt, bei welchem die Eigenschaften
der Körnung gesteuert werden durch
den chemischen Aufbau des Stahls,durch
bestimmte Hilfsmittel zur Herstellung von gleichachsigen feinen Kornblöcken,durch
ein Warmwalzen bei niedriger Temperatur und durch ein Kaltwalzen in wenigstens zwei
Walzstufen, wobei zwischen die Stufen ein Glühverfahren geschaltet ist.
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Dieses Verfahren kommt in großem Maße bei Walzwerken zur Anwendung.
Es ergeben sich jedoch Schwierigkeiten bezüglich der niedrigen Temperatur beim Warmwalzen,
da hierbei das harte Metall in einem Zustand eines hohen Deformationswiderstandes
gewalzt wird. Man benötigt daher ein Walzwerk mit hoher Leistung, was einen beträchtlichen
Aufwand bedeutet. Außerdem resultieren hieraus Oberflächenfehler. Die niedrige Temperatur
beim Warmwalzen erzielt man dadurch, daß man das Warmwalzen unterdrückt und das
Material dabei in der Warmwalzstrecke liegen läßt. Auf diese Weise wird jedoch die
Produktivität des Warmwalzwerkes erheblich verringert. Um die Tendenz zur Gratbildung
zu verringern, ist es notwendig, daß man ein Kaltwalzverfahren in wenigstens zwei
Stufen folgen läßt. Dies steht im Gegensatz zu dem einstufigen Kaltwalzen bei der
Herstellung von Blechen aus Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, welche für das
Tiefziehen bestimmt sind. Andererseits ist es bekannt, daß die Tiefziehfähigkeit
von Stahlblechen von ihrer bleibenden Formänderungsfähigkeit abhängen. Die plastische
bzw. bleibende Formänderung r ist definiert durch die Begriffe der Dehnung bzw.
Bruchdehnung oder Querdehnung oder Einschnürung bzw. Brucheinschatirung und Schiebung.
Diese werden ermittelt beim Zugversuch an einem Blechmaterial, wobei der Widerstand
gegen eine Verdünnung während des Kaltverformens des Blechmaterials gemessen wird.
Außerdem hängt das plastische Formänderungsvermögen von der kristallographischen
Struktur welche parallel zur Walzebene des Materials ausgerichtet ist, ab. Die ebene
Anisotropie des Formänderungsvermögens, d. h. der r-Werte in einem Blech, insbesondere
die Unterschiede der r-Werte in Richtungen längs, diagonal und quer zur Walzrichtung,
ist bestimmt durch die Ausrichtung der kristallographischen Struktur bezüglich der
Walzrichtung des Materials. Wenn die r-Werte in verschiedenen Richtungen eines
Bleches
stark voneinander abweichen, ergeben sich beispielsweise beim Ziehen von Bechern
Oberflächenfehler in Form von Ansätzen. Dem -zufolge ist es notwendig, daß man bei
der Verbesserung der Tiefziehfähigkeit von ferritischem rostfreien Stahl nicht nur
eine hohe Güte bezüglich des r-Wertes (Formänderungsvermögen) erzielt, sondern auch
Bleche gewinnt mit ebener Isotropie. Zur Verbesserung bzw. Erhöhung des r-Wertes
ist es aus der US -Patentschrift 3 713 813 bekannt, die chemische Zusammensetzung
des Stahles entsprechend einzustellen bzw.
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zu steuern. Dies will man durch eine niedrige Temperatur beim Warmwalzen
und durch ein zweistufiges Kaltwalzen erzielen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend geschilderten Nachteile
zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung von ferritischem rostfreien Stahl
zu zeigen, welcher hervorragende Tiefzieheigenschaften aufweist und bei dessen-
Herstellung die notwendigen Verfahrensschritte verringert sind und Schwierigkeiten
beim Walzen beseitigt sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe zeigt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines gratfreien ferritischen, zum Tiefziehen geeigneten rostfreien Stahls, bei
welchem ein Halbzeug oder ein Block aus ferritischem rostfreien Stahl warmgewalzt
wird, das warmgewalzte Material bei einer Temperatur von 7500 C bis 4500 C aufgewickelt
wird, das sich hieraus ergebende Material ohne Abkühlung eines Temperaturbereiches
von 700° und 450°C gewalzt wird, eine Verringerung von wenigstens 15 % durch ein
Walzwerk hervorgerufen wird, welches getrennt von der Warmwalzstraße angeordnet
ist, bei dem ferner das Material einem fortlaufenden Glühen unterworfen und dann
kaltgewalzt wird und schließlich einem abschließenden.Glühen unterworfen wird.
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Gemäß der Erfindung wird daher ein Halbzeug oder ein Block aus ferritischem
rostfreien Stahl, welcher tiefziehbar sein soll, warmgewalzt und bei einer Temperatur
von 4500C bis 7500 C aufgewickelt. Das aufgewickelte Material wird ohne Abkühlung
mit Hilfe eines Walzwerkes in warmem Zustand gewalzt, welches getrennt vom Bandstahlwarmwalzwerk
angeordnet ist. Hieran schließt sich ein fortlaufendes Glühen an.
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Dann wird kaltgewalzt und am Ende noch einmal geglüht.
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Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß man einen ferritischen
rostfreien Stahl mit den gleichen Walzverfahren behandeln kann wie Stahl mit niedrigem
Kohlenstoffgehalt (niedrig gekohlter Stahl). Man kann ein normales Warmwalzen anstelle
des Warmwalzens bei niedriger Temperatur anwenden sowie ein einstufiges Kaltwalzen.
Man benötigt lediglich einen ergänzenden Bearbeitungsschritt, welcher ohne weiteres
außerhalb der Walzstrecke durchgeführt werden kann, ohne daß die Walzstrecke irgendwie
nachteilig beeinflußt wird.
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Darüber hinaus kann die Tiefziehfähigkeit des Stahls verbessert werden
unabhängig von dem chemischen Aufbau des Metalls.
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Die Erfindung soll anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert
werden. Es zeigen: Fig. la, lb, 1c Darstellungen der t1003 Zonen von Glühtexturen
eines ferritischen rostfreien Stahles, welcher bei 850°C, 550°C und 20°C gewalzt
ist.Die Textur des Stahls, welcher bei 550°C in warmem Zustand gewalzt ist, ist
charakterisiert durch eine breit gestreute Orientierung;
Fig. 2a,
2b, 2c metallographische Aufnahme in mikroskopischem Maßstab, welche Änderungen
des Rekristallisationsverhaltens beim Glühen von ferritischem rostfreien Stahl bei
einem Walzen in warmem Zustand bei 7000 C bei einer Heizgeschwindigkeit von 0, 0,1°C/s,
10 C/s und 100 C/s. Man erhält eine feine Kornstruktur mit gleicher Achse bei Erhöhung
der Heizgeschwindigkeit, während des Glühens beim Walzen des ferritischen rostfreien
Stahls in warmem Zustand; Fig. 3a, 3b, 3c verschiedene Ansichten von Gegenständen
aus Stählen, welche hergestellt sind a) unter Anwendung eines Walzverfahrens in
warmem Zustand mit anschließendem einstufigen Kaltwalzen, b) unter Anwendung eines
herkömmlichen Warmwalzens, welchem sich ein Kaltwalzen in zwei Stufen mit zwischengeschaltetem
Glühen angeschlossen hat und c) durch ein Warmwalzverfahren, welchem sich ein einstufiges
Kaltwalzen angeschlossen hat, wobei ein titanstabilisierter ferritischer rostfreier
Stahl verwendet wurde.
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Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
erläutert.
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Zur Herstellung von ferritischem rostfreien Stahl mit minimaler Gratbildungseigenschaft
und hervorragender Tiefziehfähigkeit ist es notwendig, daß man die kristallographische
Textur bzw. das kristallographische Gefüge steuert. Wie schon erwähnt, hängt dieTiefziehfähigkeit
hauptsächlich von der Textur ab. Das Auftreten von Gratbildung und ähnlichen Fehlern
gründet sich auf das anisotropische Formänderungsvermögen sich gegenüberstehender
Texturen. Ein neuartiges Gratbildungsverhalten ist bei einem titanstabilisierten
ferritischem rostfreien Stahl mit äußerst niedrigem Kohlenstoffgehalt gefunden worden.
Dieser Stahl wurde mit Hilfe eines herkömmlichen Verfahrens erzeugt, wobei eine
scharf {554 (255) orientierte kristallographische Textur, welche für die Tiefziehfähigkeit
von Vorteil ist, entwickelt wurde. Die neuartige Gratbildung ergab sich deutlich
sichtbar bei der Verformung durch Dehnung diagonal zur Walzrichtung im Gegensatz
zum Auftreten der herkömmlichen Gratbildung in Längsrichtung zur Verformung durch
Dehnung. Es hat sich herausgestellt, daß diese Gratbildung durch das anisotrope
Formänderungsvermögen des Stahlbandes in entgegengesetzten Richtungen, insbesondere
in (554), C2253 und (554), C225J hervorgerufen wird. Diese Richtungen liegen diagonal
zur Dehnverformung. Um die Gratbildungstendenz in den Griff zu bekommen und um die
Ziehfähigkeit zu verbessern, schlägt daher die Erfindung vor, die Textur in der
Weise zu steuern, daß eine Dispersion der Ausrichtung der Textur in Walzrichtung
in Erscheinung tritt, wobei eine bevorzugte Orientierung für die Ziehfähigkeit parallel
zur Walzebene beibehalten wird.
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Bei der Untersuchung der Texturbildung in ferritischem rostfreien
Stahl hat sich herausgestellt, daß drei Arten von Texturen auftreten, welche durch
die Walztemperatur klassifiziert werden können. Bei dem Warmwalzverfahren,
welches
die Niedrigtemperaturbearbeitung enthält, treten unterschiedliche Textur änderungen
über die Dicke des gewalzten Bandes in Erscheinung. Diese sind eie Folge der Glühbeharldlung
beim Warmwalzen. Insbesondere im mittleren Teil tritt eine ziemlich starke Textur,
welche in {1003 (01t ausgerichtet ist, in Erscheinung.
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Diese Textur bleibt beibehalten auch nach dem Kaltwalzen und Glühen.
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Diese Textur beeinträchtigt die Tiefziehfähigkeit,und es ist notwendig,
sie in einem wenigstens zweistufigen Kaltwalzverfahren zu verringern.
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Diese Textur beeinträchtigt nämlich die Tiefziehfähigkeit am meisten.
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Beim Kaltwalzen haben die Kristalle das Bestreben, ihre <011>
-Kristallachsen in Walzrichtung auszurichten und diese nach dem Glühen wieder in
{554} (225) -Richtungen umzuorientieren. Eine Wiederholung des Kaltwalzens und des
Glühens bringt jedoch ein Anwachsen des ebenen Anisotropiegrades der r -Werte.
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Eine andere Art der Textur, welche beim Walzen in warmem Zustand sich
ausbildet, wurde gefunden. Das "Walzen in warmem Zustand" bedeutet ein Walzen, während
welchenn keine Rekristallisation in Erscheinung tritt im Gegensatz zum Warmwalzen,
bei welchem wenigstens zum Teile eine Rekristallisation auftritt.
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Beim Walzen des ferritischen rostfreien Stahles innerhalb eines Temperaturbereiches
von 7500C und 4500C entwickelt sich eine stumpfe Textur, welche durch eine schwache
Ausrichttendenz charakterisiert ist. Diese bleibt nach dem Kaltwalzen und Glühen
beibehalte. Diese Textur trägt zur Verringerung der GratbilduTIgstendenz bei. Außerdem
verringert diese Textur die ebene Anisotropie der r-Werte bei hohem Durchschnittswert.
Auf diese Weise läßt sich eine beträchtliche Verbesserung der Tiefziehfahigkeit
des ferritischen rostfreien Stahles erzielen. Durch das sogenannte Walzen in warmem
Zustand wird ein anderer metallurgischer Aspekt bei der Verbesserung der Tiefziehfähigkeit
gewonnen.
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Wie schon erwähnt, hat die Gratbildung ihren Grund in der anisotropischen
Formfähigkeitder Bänder, so daß man solche Bänder, welche eine in der Warmwalzstufe
gebildete längliche Körnung aufweisen, möglichst verringert werden müssen.
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Im Temperaturbereich von 5000 C bis 7000 C ist der Unterschied des
Formänderungswiderstandes zwischen Fe rrit und Austenit sehr groß.
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Wenn der Stahl vor dem Umsetzen des Austenits innerhalb dieses Temperaturbereiches
gewalzt wird, wandelt sich weiches Ferrit bevorzugt in hartes Austenit um, so daß
Schiebungen auftreten, welche durch die länglichen Körner verlaufen, so daß Bänder
aufgebrochen werden.
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Demgegenüber bringt das Walzen in warmem Zustand einen erheblichen
Fortschritt. Dieser Fortschritt besteht auch gegenüber dem herkömmlichen Warmwalzen
und ist darin zu sehen, daß sich Ferrit und Austenit gleichmäßig in längliche Körner
umwandeln und auf diese Weise aus -gedehnte Bänder gebildet werden können. Die länglichen
Austenitkörner geben Kohlenstoff bzw. Karbide ab, welche nach der Umwandlung in
Walzrichtung ausgerichtet werden. Auf diese Weise wird ein Aufbrechen der Bänder
in den darauffolgenden Bearbeitungsschritten urtterbunden. Man gewinnt daher durch
das sogenannte Walzen in warmem Zustand, bei welchem keine Rekristallisation stattfindet,
sowohl bezüglich der Gratbildung als auch der Ziefähigkeit des ferritischen rostfreien
Stahl erhebliche Verbesserungen.
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Darüber hinaus hat sich herausgestellt, daß bei Anwendung des Walzens
in warmem Zustand folgende Behandlungsschritte vereinfacht werden können. Bei herkömmlichen
Verfahren wird das warmgewalzte Material einer Kastenglühung unterworfen, da sich
herausgestellt hat, daß ein offenes oder fortlaufendes Glühen des warmgewalzten
Materials innerhalb kurzer Zeit sich als nicht so wirksam erwiesen hat wB das Kastenglühen.
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Ein fortlaufendes kurzzeitiges Glühen erweist sich jedoch bei dem
Material, welches in warmem Zustand gewalzt worden ist, als wirkungsvoll, da eine
vollständige Rekristallisation des in warmem Zustand gewalzten Materials stattfindet
und auf diese Weise Bänder beseitigt werden. Es ist bekannt, daß die Rekristallisation
durch Restspannungen, welche im Material noch vorhanden sind, vorangetrieben wird.
Da derartige Spannungen im warmgewalzten Stahlband jedoch während des Walzens und
des Aufwickelns beseitigt worden sind, ist die Kraft, welche die Rekristallisation
zum Fortschreiten bringt, relativ schwach. Beim Walzen in warmem Zustand werden
jedoch in vorteilhafter Weise die Spannungen beibehalten bzw. gespeichert. Dies
beruht darauf, daß beim Walzen im warmen Zustand keine Rekristallisation in Erscheinung
tritt.
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Auch beim Warmwalzen mit niedriger Temperatur kann man Spannungen
im Material beibehalten bzw. speichern. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die
Bänder in weiterem Umfang bei einem kontinuierlichen kurzzeitigen Glühen aufgebrochen
werden als beim Kastenglühen. Wie sich herausgestellt hat, können nach einer Walzbehandlung
in warmem Zustand die Spannungen in ausreichendem Maß beibehalten werden, so daß
während einer kurzzeitigen Erhitzung des Materials eine ausreichende Rekristallisation
hervorgerufen werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, ein kontinuierliches
Glühen bzw. fortlaufendes Glühen durchzuführen. Es ergibt sich hierbei nicht nur
eine Steigerung der Produktivität, sondern auch eine Qualitätsverbesserung des ferritischen
rostfreien Stahls.
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Das geglühte Produkt wird entzundert und-dann kaltgewalzt. Beim herkömmllchen
Verfahren geschieht das Kaltwalzen in wenigstens zwei Stufen, wobei zwischen die
Stufen ein Glühen geschaltet ist. Auf diese Weise erll(5ht sich der Produktionsaufwind.
Bei Anwendung des Walzens in warmem Zustand wird dieser Aufwand eingespart. Bei
Anwendung
des Walzens in warmem Zustand reicht es aus, ein einstufiges
Kaltwalzen durchzuführen, und man erhält trotzdem eine hervorragende Tiefziehfähigkeit
im Hinblick auf Gratbildung und plastische Anisotropie. Ein zweistufiges Kaltwalzen
nach dem Walzen in warmem Zustand bringt keine Vorteile, da das Kaltwalzen das Bestreben
hat, die erwünschte Textur, welche während des Walzens in warmem Zustand gebildet
worden ist, zu zerstören. Insofern erweist sich das Walzen in warmem Zustand als
am meisten wirkungsvoll für die Verbesserung der Tiefziehfähigkeit, wobei die Gratbildung
beträchtlich verringert wird und eine hohe Produktionsrate des ferritischen rostfreien
Stahles möglich ist.
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Die Erfindung zeigt darüber hinaus eine Durchführung des Walzens in
warmem Zustand in einem Warmwalzwerk. Ein modernes Warmwalzwerk besitzt Walzen,
die mit hoher Geschwindigkeit umlaufen. Bei hoher Walzgeschwindigkeit besitzt der
ferritische rostfreie Stahl einen hohen Formände rungswiderstand selbst beim Warmwalzen.
Demzufolge treten häufig Oberflächenfehler auf, insbesondere während der Endbearbeitung
bei niedriger Temperatur. Beim Verfahren gemäß der Erfindung kann das Material ohne
Unterbrechuung warmgewalzt werden, Wobei die En behandlungstemperatur bei etwa 900°C
liegt. Der ferritische rostfreie Stahl ist dabei so weich wie unlegierter Stahl
mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Daraufhin wird das warmgewalzte Material innerhalb
eines Temperaturbereiches von 7500 C bis 4500 aufgewickelt. Das aufgewickelte Material
wird in ein Walzwerk gebracht, in welchem es in warmem Zustand gewalzt wird. In
bevorzugter Weise wird ein Temperaturabfall des aufgewickelten Materials verhindert.
Hierzu kann beispielsweise eine entsprechende Abdeckung dienen. Das aufgewickelte
Material strahlt jedoch seine Wärme nur langsam ab. Das Walzen in warmem Zustand
kann bei einer Temperatur durchgeführt werden, welche etwa 500 C niedriger liegt
als die Aufwickeltemperatur. Es kann hierbei eine Zeit von etwa einer halben Stunde,
gerechnet von der Aufwickelzeit, vergehen.
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Das Walzen in warmem Zustand kann in bevorzugter Weise so durchgeführt
werden, daß eine Dickenverminderung von bis zu 60 % in einem Walzwerk mit einem
oder zwei Gerüsten durchgeführt werden. In einem Walzwerk mit einem Gerüst wird
die Dickenverringerung des Materials in der Weise erzielt, daß es zweimal durch
das Walzwerk geführt wird, wobei beim zweiten Mal die Transportrichtung des Materials
umgekehrt ist. Während dieses Walzens kann das Material auf der gewünschten Temperaturgehalten
werden, da während des Walzens ausreichend Wärme erzeugt wird und die Wärmeemission
aus dem aufgewickelten Material niedrig ist. Das Walzen kann bei relativ niedriger
Geschwindigkeit in einem getrennten Walzwerk durchgeführt werden. Man erhält dabei
eine Verformung bei niedriger Walzgeschwindigkeit. Die Errichtung eines Walzwerkes,
welches in warmem Zustand das Walzen durchführt, kann daher ohne weiteres installiert
werden, ohne daß hierzu eine besondere Technik notwendig ist.
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Um einen Wärmeverlust während des Walzens in warmem Zustand zu verringern,
können die Walzen des Walzwerkes, in welchem das Walzen in warmem Zustand durchgeführt
wird, mit einem Gemisch aus einem Gas hoher Temperatur und einem Kühlmittel versorgt
werden. Indem man den Anteil des Gases mit hoher Temp-eratur oder des Kühlmittels
ändert, können die Walzen und damit auch das gewalzte Material auf der gewünschten
Temperatur gehalten werden.
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Durch Anwendung des Walzens in warmem Zustand als zusätzliches Hilfsmittel
läßt sich ferritischer rostfreier Stahl in der gleichen Weise herstellen wie unlegierter
Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Man erhält ein Erzeugnis, das frei von der
Neigung zur Gratbildung ist, und daß eine ausgezeichnete Tiefziehfähigkeit besitzt.
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Im folgenden werden die Bedingungen noch einmal zusammengetragen,
um das Verfahren so durchführen zu können, daß die Gefahr der Gratbildung auf ein
Minimum reduziert ist und die Tiefziehfähigkeit verbessert wird.
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Der chemische Aufbau des Metalles selbst spielt keine Rolle, da, wie
im vor stehenden aufgrund phys ika lis ch-metallurgis cher Basis der ferriti -sche
rostfreie Stahl einer Textursteuerung unterworfenwird. Demzufolge ist die Art des
Stahls bzw. seine Zusammensetzung, bei welcher vorliegende Erfindung angewendet
werden soll, allein durch seine spätere Verwendung bzw. Anwendung bestimmt. Die
Stahlarten, welche beim Tiefziehen verwendet werden, sind in der AISI-Klassifikation
die Typen SUS 430, SUS 429 oder SUS 405. Die Bereichsgrenzen dieser Stahltypen sind
gemäß der AISI-Klassifikation folgende: Cr: 11, 50 - 18,00 C: maximal 0,10 Si: maximal
1,0 P: maximal 0, 04 S: minimal 0,03 Mangan kann bis zu einem Gehalt von etwa 2
% zur Verbesserung der Schweißfähigkeit auch, über die maximale Grenze der AISI-Klassifikation
zugegeben werden, ohne daß die Ergebnisse, welche durch vorliegende Erfindung erzielt
werden sollen, beeinträchtigt werden. Die Zugabe von karbid- bzw. kohlenstoffbildenden
Elementen wie beispielsweise Titan oder Niob, welche zur Verbesserung der Tiefziehfähigkeit
von unlegiertem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und von ferritischem rostfreien
Stahl bekannt sind, ist möglich. Insbesondere besitzt ein Stahl vom Typ 430, welcher
0, 1 - 0, 5 % Titan bis zu 0, 02 t36 Kohlenstoff und bis zu 2 % Mangan enthält,
gute Tiefzieheigenschaften sowie einen
hohen Bruchwiderstand nach
Schweißen. Dieser Stahl ist jedoch nicht frei von Gratbildung, insbesondere von
der im vorstehenden beschriebenen neuen Art der Gratbildung. Dieser Stahl kann gemäß
der Erfindung bearbeitet werden, wobei eine weitere Verbesserung der Tiefziehfähigkeit
und eine Beseitigung der Gratbildung möglich ist, wie aus dem folgenden Beispiel
zu ersehen ist.
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Das Walzen in war me III Zustand wird unter Ausnutzung der zugrundeliegenden
metallurgischen Prinzipien durchgeführt.
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Die Textureigenschaften, welche durch das Walzen in warmem Zustand
erzielt werden sollen, werden in einem Temperaturbereich von 7000 C bis 4500 C und
insbesondere in einem Temperaturbereich von 6500 C bis 5000 C erreicht. Der Unterschied
des Formänderungswiderstandes zwischen Ferrit und Austenit ist in diesem Temperaturbereich
groß, so daß ein Aufbrechen von Bändern in Erscheinung tritt. Um die Bildung der
erwünschten Textur zu erzielen, ist es notwendig, daß das Material mit einer Dickenverringerung
von mindestens etwa 15 % und bevorzugt 40 - 60 % gewalzt wird. Im Hinblick auf den
Formänderungswiderstand des Stahl wird die untere Temperaturgrenze der Walztemperatur
auf 4500 C gelegt, während die obere Grenze der Dickenverringerung bei etwa 60 %
liegt.
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Als vorbereitender Schritt für das Kaltwalzen erweist sich ein kurzzeitiges
kontinuierliches Glühen bei der Beseitigung der Gratbildung als wirkungsvoller als
ein Kastenglühen. Diese verbesserte Wirkung des fortlaufenden Glühens erklärt sich
aufgrund eines verbreiteten Auftretens des Aufbrechens von Bändern bei beschleunigter
Rekristallisation bei rascher Erhitzung. Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, schreitet
die Rekristallisation umfangreich fort, wenn die Erhitzungsgeschwindigkeit
10
C/s überschreitet und wenn die Erhitzungsgeschwindigkeit insbesondere innerhalb
des Bereiches von 5 C/s bis 1000 C/s gewählt wird.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im einzelnen
beschrieben.
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Beispiel 1 Es wird ein Block vom Stahltyp SUS 430 verwendet. Dieser
Stahl enthält 16, 50 % Chrom, 0, 01 % Kohlenstoff, 0, 30 % Silizium, 1,29 % Mangan,
0, 02 % Phosphcr, 0,007 % Schwefel, 0, 24 % Titan, 0,15 % Aluminium und 0,01 % Stickstoff.
Aus dem Block werden zwei Halbzeuge hergestellt.
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Eines der Halbzeuge wird bei einer niedrigen Temperatur in herkömmlicher
Weise warmgewalt und das warmgewalzte Produkt wird einem Kastenglühen unterworfen.
Das kastengeglühte Produkt wird in zwei Teile aufgeteilt und mit 84 % Dickenverringerung
in einem einstufigen Verfahren kaltgewalzt und in einem zweistufigen Verfahren mit
einer Dickenverringerung von 60 % pro Stufe kaltgewalzt. Das andere Halbzeug wird
bei einer Endtemperatur von 9000 C warmgewalzt und bei 6500 C aufgewickeilt. Das
Material wird dann mit 50 % Fickenverringerung in zwei Durchgängen bei etwa 600°C
in warmem Zustand gewalzt, entzundert und während drei Minuten in einer neutralen
Atmosphäre bei 900 C geglüht. Das geglühte Material wird mit einer Dickenverringerung
von 70 % kaltgewalzt, so daß die gleiche Dicke des Endproduktes erzielt wird, wie
bei den in herkömmlicher Weise hergestellten Stahlblechen. Das Glühen, welches sich
an das Kaltwalzen anschließt, wird bei 850°C während drei Minuten, unabhängig von
den vorausgegangenen Bearbeitung ss c hritten ,durchgeführt. Die drei Produktarten
wurden beim Ziehen eines Behälters bzw. Bechers und im Zugversuch geprüft.
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Die Ergebnisse sind in der Fig. 3 wiedergegeben. Das Produkt, welches
nach dem herkömmlichen Warmwalzen in einem einstufigen Verfahren
kaltgewalzt
worden ist, zeigt Grat bildung auf der gesamten Oberfläche des gezogenen Behälters,
wobei sein r-Wert am niedrigsten ist. Das Produkt, welches in einem zweistufigen
Verfahren nach dem herkömmlichen Warmwalzen kaltgewalzt worden ist, zeigt in den
Bereichen, welche mit Pfeilen bezeichnet sind, scharfe Grat bildung. Der r-Wert
ist etwas höher, jedoch zeigt sich eine ebene Anisotropie des r-Wertes.
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Insbesondere zeigen sich Unterschiede der r-Werte in Längs-, Diagonal-und
Querrichtung. Hier sind die Unterschiede am größten. Dies zeigt sich auch in dem
elliptischen Aussehen des gezogenen Gefäßes, was zu einer charakteristischen, etwa
ohrähnlichen Ausbildung des Gegenstandes führt.
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Bei dem Produkt, welches aus einem Stahl, der nach der Erfindung behandelt
worden ist, hergestellt ist, ist keinerlei Gratbildung auf der Oberfläche vorhanden.
Der gezogene Behälter besitzt einen r-Wert, welcher höher ist als bei den anderen
beiden Behältern. Er besitzt die geringste ebene Anisotropie und zeigt ein kreisrundes
Aussehen.
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Beispiel 2 Zur Demonstration optimaler Bedingungen beim Walzen im
warmen Zustand für ferritische rostfreie Stahlarten nach AISI vom Typ SUS 430 und
einem modifizierten Typ SUS 430 wird auf die Tabelle 1 verwiesen.
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In dieser Tabelle sind die Zusammensetzungen der beiden Stahlarten
dargestellt. Diese Stahlarten werden warmgewalzt. Nach der Endbehandhung beim Warmwalzen
bei 900°C werden die Stahlbänder bei einer Temperatur aufgewickelt, welche 500 C
höher ist als die vorbestimmte Temperatur, welche beim Walzen im warmen Zustand
zur Anwendung kommen soll. Das Walzen im warmen Zustand wird in einem Umkehrwalzwerk,
insbesondere einem Vierfachumkehrwalzwerk, in zwei Durchgängen mit vorbestimmter
Dickenverringerung durchgeführt. Die gewalzten
aufgewickelten Stahlbänder,
welche im warmen Zustand gewalzt worden sind, werden auf Raumtemperatur luftgekühlt
und entzundert. Daran schließt sich ein kurzzeitiges kontinuierliches Glühen während
3 Minuten bei 9000 C an, wobei die Aufheizgeschwindigkeit 100 C/s in einer reduzierenden
Atmosphäre beträgt.
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Das geglühte Material wird in Luft gekühlt und bis auf eine Dicke
von 0,7 mm kaltgewalzt und während 2 Minuten bei 830°C gekült. Es werden für den
Zugversuch Proben ausgeschnitten, wobei die Zugachsen der Proben zu der Walzrichtung
Winkel von 00, 450 und 900 aufweisen.
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Die Proben werden einer Zugbeanspruchung mit einer Verlängerung von
15 % unterworfen. Anschließend werden die verformten Proben einer Oberflächenprüfung
mit Hilfe eines Profilprüfers unterworfen. Die Proben werden dabei quer zur Walzrichtung
abgetastet, d. h. sie werden senkrecht zur Richtung von Rauhigkeiten, die aufgrund
von Gratbildung entstanden sind, abgetastet. Der Grat der Gratbildung ist in Tabelle
2 wiedergegeben. Im Ti-stabilisierten Stahl besteht das Bestreben der Gratbidung
in der verlängerten Probe bevorzugt in einer Richtung, welche im Winkel von 45°C
zur Walzrichtung verläuft, wie im vorstehenden schon erläutert worden ist. Im Hinblick
auf die Tiefziehfähigkeit erhält man einen r-Wert von r (rO + 2 r45+r90)/4.
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Hierbei sind den Indizes 0, 45 und 90 die Werte für die entsprechenden
zugeordnet.
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Winkel der Zugachsen gegenüber der Walzrichtung,Die Ergebnisse sind
in der Tabelle 3 wiedergegeben. Hieraus ist ersichtlich, daß bei Anwendung eines
Walzens im warmen Zustand bei den Bedingungen, welche durch die Erfindung angegeben
sind, vor dem fortlaufenden Glühen man eine hervorragende Tiefziehfähigkeit und
die Beseitigung von Gratbildung erzielen kann.
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Tabelle 1 C Si Mn P S Cr Ti Al N Stahlhalbzeug (1) 0,06 0,59 0,58
0,02 0,008 16,55 - - -Stahlhalbzeug (2) 0,01 0,30 1,29 0,02 0,007 18,50 0,24 0,15
0,010 Tabelle 2 h Gratbildung 0-10µ A 10-20µ A 20-30µ B 30µ und mehr C
Tabelle
3 Beziehung zwischen außerhalb der Walzstrecke durchgeführten Walzen im warmen Zustand
und der Widerstandsfähigkeit gegenüber Gratbildung am fertigen Produkt Bedingungen
beim Walzen Grat O-Stahl Art Behandlung im warmen Zustand bildung r-Wert gemäß Temperatur
Reduktion bildung Erfindung la 7500 C 53 % C 1,00 1b 650 11 B 0,00 1c 650 31 A 1,19
Halbzeug ld 650 45 1,22 1 le 550 12 B 1,05 1f 550 25 A 1,17 0 1g 550 50 A 1,31 1h
400 40 A-A 1,25 2a 750 55 C 1,70 2b 650 13 B-C 1,61 2c 650 32 A 1,77 0 Halb- 0A
2,00 0 zeug 2 20 650 40 2e 550 10 B 1,55 2f 550 23 A 1,87 0 2g 550 50 2,15 0 2h
400 40 A 1,79
L e e r s e i t e