DE2746961A1 - Vorrichtung und verfahren zur verguetung von warmgewalzten stahlstangen - Google Patents
Vorrichtung und verfahren zur verguetung von warmgewalzten stahlstangenInfo
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Description
Gebrauchsmusterhilfsanmeldung
ASHLOW STEEL & ENGINEERING COMPANY LIMITED
Charlotte Road,
Vorrichtung und Verfahren zur Vergütung von warmgewalzten Stahlstangen.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Vergütung von warmgewalzten Stahlstangen, insbesondere wenn auch
nicht ausschließlich von derartigen Stangenmaterial mit mittlerem bis hohem Kohlenstoffgehalt, um demselben ein Mikrogefüge
zu erteilen, wie es sich zum anschließenden Kaltziehen zu Drähten am besten eignet. Derartiges Stangenmaterial verläßt das
letzte Kaliber einer Stabmühle mit hoher Temperatur, und zwar
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gewöhnlich zwischen 1000 C und 1100 C. Bei diesen Temperaturen
befindet sich das Eisen in einer als Austhenit bekannten Phase, wobei Stahl eine feste Lösung von Kohlenstoff in Austhenit ist.
Anschließend wird das Stangenmaterial auf Grifftemperatür abgekühlt.
Wenn bei diesem Verfahren die Stangentemperatur auf einen bestimmten Wert zwischen etwa 7000C und 9000C je nach der
Zusammensetzung abgesunken ist, beginnt das Austhenit, sich in Ferrit umzuwandeln, dessen Fähigkeit, den Kohlenstoff in Lösung
zu halten, wesentlich geringer ist. Wenn die Abkühlung nicht zu schnell erfolgt, wird Kohlenstoff aus der Lösung während der
Umwandlung ausgestoßen und verbindet sich mit Eisen zu einem Karbid Fe,C, welches als Zementit bekannt ist. Der entstehende
Stahl besteht aus Perlitbereichen, welche in einer Masse von Ferrit oder Zementit eingebettet sind, je nachdem ob der Kohlenstoffgehalt
unter oder über dem eutektoiden Wert von 0,80 %
liegt. Perlit besteht aus einander abwechselnden Schichten von Ferrit und Zementit.
Bei sehr hoher Abkühlungsgeschwindigkeit wird der Kohlenstoff bei der Umwandlung nicht aus der Lösung ausgeschieden, und das
entstehende Material ist als Martensit bekannt. Marteneit ist hart und brüchig und hat ohne nachfolgende Wärmebehandlung nur
geringen Wert, sodaß dieses Gefüge im allgemeinen in der Stabwalzindustrie
vermieden wird.
Eine dritte Möglichkeit ist Bainit oder Troostit, bei dem es sich um eine andere Anordnung von Ferrit und einem Karbid handelt.
Einfache Abkühlungsverfahren erzeugen kein reines Bainit, wenn auch Zwischen-Äbkühlgeschwindigkeiten Oefüge hervorbringen
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können, welche etwas Bainit enthalten. Diese Teil-Bainitgefüge
werden jedoch in der Industrie ebenfalls vermieden.
Die Abkühlgeschwindigkeit ist jedoch nicht der einzige Paktor,
welcher das Ergebnis der vorbeschriebenen allotropischen Umwandlung beeinflußt. Von größerer Bedeutung ist auch die Kornabmessung
des Austhenits im Stangenmaterial, wenn dessen Abkühlung
beginnt. Dies zeigt Fig.l der beiliegenden Figuren, bei der es sich um ein Diagramm der isothermischen Umwandlung bei
unlegiertem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von O,8o Gew.-% handelt. Dieses Diagramm zeigt für jeden Temperaturwert die erforderliche Zeit für die Umwandlung bis auf 50 % und
auch das Produkt einer derartigen Umwandlung. Jede Kurve entspricht einer festgelegten Korngröße von Austhenit, wie sie
durch eine ASTM-Nummer in an sich bekannter Weise in der Industrie
spezifiziert ist. Höhere Zahlen entsprechen feinerer Körnung. Wenn auch die tatsächliche Umwandlung nicht isothermisch
erfolgt, dient dieses Diagramm doch zur Illustrierung der allgemeinen Merkmale. Es ist klar, daß feinkörniges Austhenit
sich wesentlich schneller umwandelt als grobkörniges Material, was bei dem hier zu beschreibenden Verfahren besonders wichtig
ist. Die Umwandlungszeiten werden auch durch die Zusammensetzung beeinflußt und sie sind für niedrigere Kohlenstoffgehalte
kurzer.
In der Drahtzieherei ist es bekannt, daß das kalte Stangenmaterial
feinkörniges Perlit enthalten muß, welches durch Umwandlung am unteren Ende des Perlit-bildenden Temperaturbereiches
wie beispielsweise bei 600°C entsteht, und zwar eher als
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grobkörniges Perlit, welches bei höheren Temperaturen von beispielsweise
70O0C entsteht. Außerdem müssen die Kolonien dieses feinen Perlits klein sein entsprechend der Umwandlung von feinkörnigem
Austhenit. Bei einem als Bleihärten oder Patentieren bekannten Verfahren, bei welchem Stahlstangen hergestellt werden,
welche im allgemeinen als die qualitativ besten in diesem Zusammenhang angesehen werden, wird das abgekühlte Stangenmaterial
wieder erwärmt und auf einer geeigneten Temperatur gehalten, welche über der liegt, bei welcher die Rückbildung
zu Austhenit beginnt. Die bei einer derartigen Umwandlung erzielte Körnung hängt von der Austhenisierungs-Temperatur ab,
wie Fig.2 der beiliegenden Zeichnungen zeigt. Eine niedrigere
Austhenisierungs-Temperatur wie beispielsweise 9000C wird angewendet,
um feinkörniges Austhenit mit einer ASTM-Nummer 8 bis 5 zu erzeugen. Das Stangenmaterial wird dann schnell auf eine
geeignete Perlit-bildende Temperatur abgekühlt, indem es in ein Bad aus geschmolzenem Blei mit einer Temperatur von 55O°C eingetaucht
wird, aus welchem es herausgenommen wird, wenn die Umwandlung abgeschlossen ist. Typische AbkUhlwege zeigt Pig.l.
Im Prinzip könnte diese Bleihärtung auch direkt im Anschluß an die Walzstraße erfolgen, wodurch die Kosten und der Zeitverlust
für die erneute Erwärmung entfallen würden. Konstruktionsprobleme haben jedoch bisher einen derartigen Einsatz verhindert.
Austhenitsche Körnungen im ASTM-Bereich 8 bis 1 werden im allgemeinen
als normal angesehen, da Austhenit, welches auf irgendeiner Temperatur über dem Punkt allotropischer Umwandlung von
Stahl gehalten wird, eine derartige Körnung annimmt. Im überfeinen
Bereich der ASTM-Nummern 12 bis 10 ergeben sich jedoch
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zeitweise wesentlich feiner Körnungen im Austhenit, welches warm bearbeitet wurde, wie beispielsweise beim Warmwalzen. Das
Kornwachstum beginnt unmittelbar nach dem letzten Walzdurchgang und schreitet bei den für das Walzen charakteristischen hohen
Temperaturen sehr schnell fort. Diese Erscheinung wird noch sehr intensiv untersucht. Es ist bekannt, daß das Kornwachstum vom
überfeinen Zustand zu einem feinen Zustand innerhalb von wenigen Sekunden erfolgt, wenn auch ein tatsächlich grobkörniger Zustand
wahrscheinlich mehrere Minuten bis zur Entwicklung benötigt. Fig.2 der beiliegenden Zeichnungen zeigt eine typische austhenitische
Korn-Wachstumkurve eines "grobkörnigen" Stahls (nicht mit Aluminium reduziert) und eines "feinkörnigen" Stahls (mit
Aluminium reduziert).
Bekanntlich wird das heiße Stangenmaterial nach dem Walzen zu Coils aufgerollt und die Doils werden dann durch natürliche
Luftumwälzung abgekühlt. Die sich daraus ergebende geringe Abkühlungsgeschwindigkeit erlaubt im wesentlichen ein Kornwachstum
oberhalb des Punktes allotropischer Umwandlung und erlaubt
die anschließende Umwandlung in Perlit bei einer zu hohen Temperatur. Das sich ergebende Mikrogefüge besteht aus großen Kolonien
grobkörnigen Perlites, was zum Drahtziehen äußerst ungeeignet ist. Die verschiedenen Teile einer Drahtrolle kühlen
sich unterschiedlich schnell ab, sodaß beträchtliche Schwankungen im Mikrogefüge einer derartigen Drahtrolle vorliegen,
was wiederum durchaus unerwünscht ist.
Bei der üblichen Abkühlung von heißem Stangenmaterial nach dem
Walzen wird üblicherweise bis kurz vor den Beginn der Umwandlung
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abgekühlt, indem kaltes Wasser auf das Stangenmaterial gespritzt wird, um das Kornwachstum zu verlangsamen, wobei das Stangenmaterial
auf einem sich fortbewegenden Fördermittel in einer Reihe von glatten nicht konzentrischen Ringen angeordnet ist.
Alsdann wird durch diese nicht konzentrischen Ringe Luft hindurchgeblasen, um die Abkühlung weiter zu führen, wobei diese
Ringe dann zu einer vollständigen Rolle zusammengefaßt werden, wenn ihre Temperatur auf den Griffwert abgesunken ist. Infolgedessen
ist die Gesamt-Abkühlgeschwindigkeit schneller und gleichmäßiger als bei natürlicher Luftumwälzung, welches auf
eine fertige Rolle einwirkt, und es ergibt sich ein wesentlich besseres Produkt. Der Nachteil dieser Methode liegt einmal in
dem übergroßen Platzbedarf und in den Kosten und schließlich in der Umweltbelastung. Die beiden bei dieser Methode verwendeten
Kühlstufen ergeben eine Gesamtlänge für die Kühlbehandlung von gewöhnlich etwa 76 m (250 ft) mit sehr kräftigen
Gebläsen zur Erzeugung der Kühlluft, welche in der Anschaffung und im Betrieb sehr kostenaufwendig sind und außerdem Übermäßig
viel Lärm verursachen.
Die Erfindung hat sich nunmehr die Aufgabe gestellt, ein Verfahren
zu verwirklichen, sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung zu schaffen, wodurch das überaus feine Korngefüge voll
ausnutzbar ist, welches in heißem Stangenmaterial während und unmittelbar nach dem Walzvorgang vorhanden ist.
In verfahrensmäßiger Hinsicht sieht die Erfindung dabei vor, daß das Stangenmaterial unmittelbar nach Verlassen des letzten
Kalibers einer Walzehstraße schnell und in einer einzigen Stufe abgekühlt wird.
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Ein Vorteil, die überaus feine Körnung auf diese Weise zu fixieren, besteht darin, daß die Zeitspanne verringert wird,
welche erforderlich ist, damit das Austhenit sich in Perlit umwandeln kann (siehe Fig.l), wodurch die hohe Abkühlgeschwindigkeit
während der gesamten Umwandlung aufrecht erhalten werden kann und infolgedessen die Konstruktlonslänge einer hierfür
benötigten Vorrichtung verringert werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das
sich ergebende Gefüge aus superkleinen Kolonien von feinkörnigem Perlit besteht, welches ausgezeichnete Kaltzieh-Eigenschaften
besitzt. Vorteilhaft ist weiterhin, daß die auf diese Weise mögliche hohe Abkühlgeschwindigkeit die Verwendung von
jederzeit zur Verfügung stehenden flüssigen Abschreckmitteln erlaubt, insbesondere von heißen Flüssigkeiten, welche unter
normaleren Umständen Martensit erzeugen würden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum schnellen Abkühlen von warmgewalzten Stahlstangen in einer einzigen Stufe ist im
wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar im Anschluß an das letzte Kaliber einer Walzenstraße ein Legekonus
angeordnet ist, durch welchen das heiße Stangenmaterial in einer Reihe von im wesentlichen ebenen, nicht konzentrischen
Schlingen auf einem in ein Heißwasserbad eingetrauchten Förderer ablegbar ist, und daß der Förderer vom Legekonus aus schräg
aufwärts aus dem Wasserbad herausläuft. Dadurch werden die Schlingen aus dem Wasser herausgeführt, wenn die Umwandlung
von Austhenit in Perlit abgeschlossen ist.
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Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen
Die Temperatur des Stangenmaterials kann bei Verlassen des Wasserbades
über dem Siedepunkt des Wassers liegen, da die Verformbarkeit
oder Streckbarkeit des Stangenmaterials, insbesondere bei weichem oder kohlenstoffarmem Stahl, verbessert wird, wenn
man die letzten Stufen der Abkühlung unter etwa 400°C langsam ablaufen läßt. Die Temperatur des Wasserbades kann praktisch
auf dem Siedepunkt gehalten werden, da das heiße Stangenmaterial fortlaufend darin untergetaucht wird, wobei vorzugsweise außerdem
über dem Wasserbad eine Kondensationshaube angeordnet wird, in v/elcher durch die Hitze des Stangenmaterials erzeugter Dampf
Kondensiert und in das Wasserbad zurückgeleitet wird. Nach Verlassen des Wasserbades können die Schlingen des Stangenmaterials
zu Coils zusammengefaßt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Figuren 3
und 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im einzelnen erläutert; es zeigt
Fig.3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur schnellen
Abkühlung von warmgewalztem Stangenmaterial in einer einzigen Stufe in schematischer Darstellung von der
Seite gesehen; und
Fig.4 einen Schnitt durch Fig.3 längs der Linie 4-4.
Wie Fig.3 zeigt, ist so nahe wie irgend möglich am letzten Kaliber
2 einer Warmwalzenstraße ein standardmäßiger Legekonus 1
angeordnet, welcher das heiße Stangenmaterial 3 in einer Reihe von im wesentlichen ebenen, nicht konzentrischen Schlingen auf
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einem Förderer ablegt, welcher aus Rollen 4 besteht, die in einem Heißwasserbad 5 in einem Behälter 6 untergetaucht sind.
Der Wasserbehälter 6 ist 18 m (60 ft) lang, d.h. wesentlich kärzer als irgendeine Luftkühlstraße. Der Förderer läuft vom
Legekonus 1 aus schräg nach oben und seine Rollen werden über Kettenräder 7 angetrieben, sodaß sie die Schlingen aus dem
Wasser heraustragen, wenn die Umwandlung von Austhenit in Perlit abgeschlossen ist. Eine Haube 8 mit Kondensationsrohren 9, durch
welche Kaltwasser hindurchläuft, kondensiert den durch die Hitze des Stangenmaterials erzeugten Wasserdampf, sodaß das kondensierte
Wasser in den Wasserbehälter 6 zudrückläuft. Zweckmäßigerweise werden die Schlingen des Stangenmaterials 3 nach Verlassen
des Wasserbades 5 zu nicht dargestellten Coils zusammengefaßt.
Auf diese Weise wurde Stangenmaterial aus unlegiertem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt bis zu 0,85 % bei einem Durchmesser von
5,5 bis 12,5 nun mit einem reproduzierbaren Perlitgefüge hergestellt,
welches sich ausgezeichnet zum Kaltziehen eignet. Gleichartiges Stangenmaterial mit einem Durchmesser in der
unteren Hälfte des angegebenen Durchmesserbereiches wurde zum Vergleich in einem Ofen auf Walζtemperatur erhitzt und ergab
beim Abschrecken mit kochendem Wasser Martensit-gefüge.
Das Mikrogefüge von 8 mm-Stahlstangen mit 0,86 Gew.-% Kohlenstoff
an der Oberfläche bzw. 0,73 Gew.-# Mangan in der Mitte nach der Behandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
zeigen die Figuren 5 und 6 in 500-facher Vergrößerung.
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eerseite
Claims (5)
1. Vorrichtung zum schnellen Abkühlen von warmgewalzten Stahlstangen
in einer einzigen Stufe, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar im Anschluß an das letzte
Kaliber (2) einer Walzenstraße ein Legekonus (1) angeordnet ist, durch welchen das heiße Stangenmaterial (3) in einer Reihe von
im wesentlichen ebenen, nichtkonzentrischen Schlingen auf einem in ein Heißwasserbad (5, 6) eingetrauchten Förderer (4) ablegbar
ist, und daß der Förderer vom Legekonus aus schräg aufwärts aus dem Wasserbad herausläuft.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Wasserbad (5, 6) eine Kondensationshaube (8, 9) angeordnet
ist, durch welche der durch das Stangenmaterial erzeugte Wasserdampf kondensierbar und in das Bad rUckführbar ist.
3. Verfahren zum schnellen einstufigen Abkühlen von warmgewalzten
Stahlstangen unter Verwendung der Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stangenmaterial (3) unmittelbar
nach Verlassen des letzten Kalibers (2) durch einen Legekonus (1) geführt und von diesem in fortlaufenden Schlingen auf
einen auf einen darunter befindlichen, in ein Heißwasserbad (5» 6) eingetauchten Förderer (4) aufgelegt wird und mittels
dieses Förderers mit einer über der Kochtemperatur des Wassers liegenden Temperatur aus dem Bad herausgeführt wird.
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ORIGINAL INSPECTED
Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen
4. Verfahren nach Anspruch 3 unter Verwendung der Vorrichtung
gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Wasserbades durch das fortlaufend in darin untergetauchte
Stangenmaterial praktisch auf dem Siedepunkt gehalten wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das in Schlingen auf den Förderer (4) aufgelegte Stangenmaterial
(j5) nach Verlassen des Wasserbades (5, 6) zu Coils
zusammengefaßt wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ASHLOW LTD., DONCASTER, SOUTH YORKSHIRE, GB |
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8131 | Rejection |