DE2804087A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von walzdraht durch kontinuierliches giessen und walzen - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum herstellen von walzdraht durch kontinuierliches giessen und walzenInfo
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Description
DR. ING. F. WUESTHOFF SOOO MÜNCHEN OO
DR-E. ν. PECHMANN SCH WEIUEIISTH ASSE 2
DR. ING. I). BEHRENS *"MFON ( °80 >
C0 20 51
5 24 070
TELEGItAMME :
PATENTANWÄLTE FHOTECTI'ATENT MÜNCHEN
PATENTANWÄLTE FHOTECTI'ATENT MÜNCHEN
TELEX 5 24 070 ,. , . , ,-, n η
DIPI.. ING. R. GOETZ / H Il 4 L) O /
TELEGItAMME : ί» VV V ^ W W *
PHOTECTl'ATKNT Λ1
1A-50 237
Anmelderin: Societe de Vente de 1'Aluminium Pechiney,
bis, rue Balzac, Paris, Frankreich
Titel; Verfahren und Vorrichtung zum Her
stellen von Walzdraht durch kontinuierliches Gießen und Walzen
/ 0 QRi-
ORIGINAL INSPECTED
8OOO MÜNCHEN 9O SCHWEIGERSTRASSE 2 TELEFON (089) 68 20 01
TELEX B 24 070
::::„; 280^037
1A-50 237
Verfahren und Vorrichtung
zum Herstellen von Walzdraht durch kontinuierliches
Gießen und Walzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Walzen und Warmbehandeln für die Herstellung von Walzdraht
aus ausscheidungshärtbarer Aluminiumlegierung, insbesondere aus elektrisch leitender Al-Mg-Si-Legierung.
Die nachstehend als A-GS/L oder Almelec bezeichnete Al-Mg-Si-Legierung
für elektrische Leiter hat als hauptsächliche Zusatzelemente
Eisen Magnesium
0,15 bis 0,30 $ 0,30 bis 0,85 $>
Silicium Kupfer
0,30 bis 0,70 0,20 #.
Walzdraht aus A-GS/L wird entweder durch Fließpressen von Rundknüppeln auf einer Fließpresse, durch Warmwaisen von
Viereckknüppeln oder nach einem Verfahren hergestellt, das die beiden anderen praktisch ersetzt hat: durch kontinuierliches
Gießen mit anschließendem Warmwalzen. Dieses Verfahren besteht darin, zwischen der Kinne eines gekühlten
Gießrades und einem gekühlten Band einen Rohling von ungefähr Trapezform zu gießen, der danach in Kalibrierwalzwerken
oder in Walzgerüsten gewalzt wird, die von drei im Winkelabstand von 120 angeordneten Walzen gebildet sind.
Beim Austreten aus dem Walzwerk wird der Walzdraht aufgehaspelt. Dieses VeDJfah^eia-jh^g ^§^ wirtschaftlichen Gründen
/2
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eine beträchtliche Entwicklung mitgemacht. Die Investition erfordert tatsächlich verhältnismäßig geringe Mittel und
gestattet ein kontinuierliches Herstellen von Drahtringen von hohem Einheitsgewicht.
Jedoch hat,der nach dem an letzter Stelle beschriebenen Verfahren
hergestellte Walzdraht etwas weniger gute Eigenschaften als der nach den beiden zuerst genannten Verfahren
hergestellte Draht, da es die sehr niedrige Warmverformung nicht erlaubt, die Gießstruktur völlig zu beseitigen.
Dies ist nicht immer von beträchtlicher Bedeutung, da Almelec eine warmbehandelbare Legierung ist, und um die mechanischen
Eigenschaften zu erhalten, die von den Kabeln gefordert
werden, zu deren Herstellung der Draht bestimmt ist, muß er durch Lösungsvergliten behandelt werden.
Eine Art der Durchführung dieser Wärmebehandlung besteht darin, die Drahtringe oder -bunde in einem Ofen zum Lösungsglühen
einer Temperatur zwischen 500 und 580 0C auszusetzen
und sie mit kaltem Wasser abzusehrecken. Der Draht wird danach gezogen und mit dem Enddurchmesser angelassen.
Bei diesem Verfahren erfährt der Draht im Verlaufe des Lösungsglühens eine für die spätere Ziehfähigkeit sehr
günstige vollständige Rekristallisation, und diese Behandlung gewährleistet, daß Paarungen zwischen mechanischer
Festigkeit und elektrischer Leitfähigkeit auf einem Niveau erhalten werden, das ausreichend hoch ist, damit Freileitungskabel
hergestellt werden können, die die Norm NF C 34 125 (R> 32,4 kg/mm2 und f>4- 3f28 μΩ.οπι für die
Drähte mit einem Durchmesser unter 3,6 mm vor dem Verseilen) erfüllen.
Dieses Verfahren hat jedoch gewisse Nachteile: Es handelt sich um einen Arbeitsvorgang, der an den Drahtringen diskontinuierlich
durchgeführt wird und somit den kontinuierlichen Herstellungsgang von der Metallschmelze zum Draht
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unterbricht. Außerdem ist es schwierig, an allen Windungen eines Drahtringes einen gleichen metallurgischen Zustand
zu erhalten, da die Haltezeiten und die Abschreckungsgeschwindigkeiten zwischen einer äußeren und einer inneren
Windung ziemlich verschieden sind.
Aus diesen Gründen ist es vorteilhafter, am Ausgang des Walzwerkes die in der PR-PS 2 261 816 beschriebene Vorrichtung
zu verwenden, die es erlaubt, den Draht am Ausgang des Wal:
kühlen.
des Walzwerkes rasch auf eine Temperatur unter 150 0C zu
Um jedoch das Abschrecken ausreichend wirksam zu gestalten, damit für den angelassenen gezogenen Draht hochwertige
mechanische und elektrische Eigenschaften gewährleistet sind, muß während des Transportes des erstarrten Rohlings
bis zum Walzwerk und während des Walzens vermieden werden, daß zu viele Härtebildner, in diesem Falle MgpSi, ausgeschieden
werden. Wenn zwischen dem Gießrad und dem Walzwerk keine Erwärmung vorgenommen wird, erfordert dies eine
hohe Rohlingstemperatur am Ausgang des Gießrades, somit strenge Gießbedingungen für das Werkzeug. Selbst bei diesen
hohen Temperaturen hat der Walzdraht außerdem eine faserige und nicht-rekristallisierte Struktur.
Die Anmelderin hat ein Verfahren entwickelt, das es gestattet, diese Schwierigkeiten zu überwinden, und dessen
Prinzip darin besteht, den Rohling nach einem ersten Walzvorgang kontinuierlich bzw. im Durchlauf zu erwärmen, wodurch
es möglich ist, in ihm vor dem späteren Walzen eine teilweise oder vorzugsweise vollständige Rekristallisation
hervorzurufen und zugleich die Härtebildner, die sich im Verlaufe des Transportes des Rohlings oder während dessen
Durchlaufs durch das erste Walzwerk ausgeschieden haben, erneut in Lösung zu bringen.
Die in der einzigen schematischen Zeichnung dargestellte Vorrichtung zum Durchführen der Erfindung hat somit
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a) eine beim gezeigten Beispiel als Gießrad ausgebildete Gießvorrichtung 1, die mit Metallschmelze gespeist wird
und an der ein Rohling 2 mit trapezförmigem Querschnitt
2 zwischen beispielsweise 900 und 5000 mm erstarrt;
b) eine beim gezeigten Beispiel als Grob- oder Vorwalzwerk ausgebildete Grob-Walzenstraße 3 aus im wesentlichen
mehreren hintereinander geschalteten Walzengeriisten entweder des Typs Kalibrierwalzwerk oder des Walzwerk-Typs
mit drei Rollen. Die Gesamtstichabnahme (So-S)/So dieser Walzenstraße 3 beträgt zwischen 20 und 85#>
vorzugsweise zwischen 30 und 70%, wobei So = der Querschnitt
des Rohlings 2 beim Einlaufen in die Walzenstraße 3» S = der Querschnitt des Rohlings 2 beim Austreten aus der
Walzenstraße 3· Die Einlauftemperatur des Rohlings 2 liegt über 440 0C;
c) einen beim gezeigten Beispiel als Schnellwärmevorrichtung ausgebildeten Wärmeofen 4, der unmittelbar am Ausgang
der ersten Walzenstraße 3 angeordnet ist und es gestattet, die Temperatur des Rohlings 2 um 30 bis 150 0C zu erhöhen
und zwischen 450 und 550 0O, vorzugsweise zwischen 480 und 530 0C zu halten, d.h. in einem Temperaturbereich,
in dem das Magnesium und das Silicium innerhalb der weiter oben angegebenen Grenzen der Zusammensetzung
vollständig in im Gleichgewicht befindlicher fester Lösung vorliegen. Dieses kontinuierliche Erwärmen kann
in einer oder in mehreren Zonen und nach jedem beliebigen bekannten Verfahren - durch Stromwärme, mit einem Induktionsofen,
mit einem mit Brennstoffen oder über elektrische Widerstandselemente beheizten Ofen - vorgenommen werden,
wobei die Heizleistung vorzugsweise über die Temperatur des Rohlings 2 beim Austreten aus dem Wärmeofen 4 gesteuert
wird;
d) eine beim gezeigten Beispiel als Pertig-Walzwerk ausgebildete
Fertig-Walzenstraße 5 mit ebenfalls mehreren
hintereinander geschalteten Walzengerüsten zum Verkleinern des Querschnitts des Rohlings 2 auf den endgültigen
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Querschnitt des Drahtes. Diese zweite Walzenstraße 5 ist in einem Abstand von 4 bis 15m zum vorgeschalteten Wärmeofen
4 angeordnet;
e) eine Durchlauf-Abschreckanlage 6, die es gestattet, den
Draht auf eine Temperatur unter 200 0C, vorzugsweise
unter 150 0C zu kühlen, d.h. auf eine Temperatur, über
der eine bedeutende Ausscheidung von Mg2Si stattfindet}
f) eine Haspel 7.
Im Vergleich zu einer herkömmlichen Anlage zum kontinuierlichen Gießen und Walzen bedeutet dies, daß die Walzstraße
nach einer Stichabnahme von 20 bis 85$ unterbrochen ist, und
daß zwischen den vorgeschalteten und den nachgeschalteten Teil der Walzstraße ein Wärmeofen zwischengeschaltet ist,
der es gestattet, die Temperatur des Rohlings 2 wieder zu erhöhen. Gegenüber den derzeitigen Walzdrähten haben der
nach diesem Verfahren hergestellte Walzdraht aus Almelec, der gewöhnlich einen Durchmesser von 9»5 mm aufweist, und
ganz allgemein die Drähte aus ausscheidungshärtbarer Aluminiumlegierung für beispielsweise mechanische Zwecke die folgenden
Eigenschaft en:
- eine verbesserte Textur, d.h. eine Verringerung der Korngröße durch vollständige oder teilweise Rekristallisation
während des Warmwalzens;
- erhöhte Dehnungswerte und einen vergrößerten plastischen Bereich (zwischen der Streckgrenze und der Bruchlast)
dank der Verringerung der Restkaltreckung;
- verminderte Seigerungen in der Randzone;
- vollständigeres Lösen der an der Ausscheidungs- oder Aushärtung teilnehmenden Zusatzelemente während des
späteren Anlassens, dadurch bei gleichem spezifischem Widerstand erhöhte Bruchfestigkeit des angelassenen
gezogenen Drahtes;
- mögliche Erniedrigung der Gießtemperatur mit, als Folge davon, einer Milderung der Erfordernisse beim Gießen,
eine· Verringerung der inneren Erstarrungsfehler und einer
erhöhten Standzeit der Gießwerkzeuge.
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Die ersten drei der vorstehend genannten Faktoren führen zu einer besseren Ziehfähigkeit des Walzdrahtes.
Die nachstehend beschriebenen Beispiele veranschaulichen die mit dem Verfahren nach der Erfindung erhaltenen Vorteile
.
Behandlung gemäß dem Stand der Technik. Ausgangsmetallschmelze mit folgenden Anteilen:
Fe = 0,25$
Si » 0,57$
Mg = 0,54/°
Rest ss Aluminium.
Auf einem Gießrad wurde bei einer Temperatur von 720 0C
2
ein Rohling von 2400 mm Querschnitt gegossen, der mit einer Temperatur von 470 0C und einer Geschwindigkeit von ungefähr 10 m/min austrat.
ein Rohling von 2400 mm Querschnitt gegossen, der mit einer Temperatur von 470 0C und einer Geschwindigkeit von ungefähr 10 m/min austrat.
Der Rohling wurde dann in eine Walzenstraße eingeführt, die 17 hintereinander geschaltete Walzengerüste mit je drei
im Winkelabstand von 120° angeordneten Rollen aufwies. Der Rohling wurde auf diese Weise allmählich zu einem ungefähr
runden Draht von 9»5 mm Durchmesser umgeformt.
Nach dem Auslaufen aus dem letzten Walzengerüst wurde der Draht mit einer Vorrichtung gemäß der FR-PS 2 261 816
rasch auf 80 0C gekühlt und aufgehaspelt.
Der auf diese Weise erhaltene Walzdraht wurde danach ohne Zwischenwarmbehandlung auf einen Enddurchmesser von 3 mm
gezogen und dann während 3 h bei einer Temperatur von 165 0C angelassen.
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- 7 - 50
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Behandlung gemäß der Erfindung.
Aus einer Metallschmelze mit derselben Zusammensetzung
wurde auf einem Gießrad in derselben Weise wie beim Beispiel 1 bei einer Temperatur von 720 0C ein trapez-
ρ
förmiger Rohling von 2400 mm Querschnitt gegossen, der ebenfalls mit einer Temperatur von 4-70 0C und einer Geschwindigkeit von ungefähr 10 m/min austrat.
förmiger Rohling von 2400 mm Querschnitt gegossen, der ebenfalls mit einer Temperatur von 4-70 0C und einer Geschwindigkeit von ungefähr 10 m/min austrat.
Der Rohling wurde sodann in eine erste Walzenstraße mit 4 Walzengerüsten eingeleitet, die eine Stichabnahme
von etwa 70$ erzeugten, und aus denen der Rohling mit einer
Geschwindigkeit von etwa 0,5 m/s austrat.
Der Rohling gelangte dann in einen Induktionsofen, in dem seine Temperatur um 80° von 410 auf 490 0C erhöht wurde.
Nach einer Haltezeit von 5 Sekunden wurde er in einer Walzenstraße mit 13 hintereinander geschalteten Walzengerüsten
fertiggewalzt, wobei der Durchmesser des Drahtes auf 9,5 mm gebracht wurde.
Beim Auslaufen aus der Walzenstraße und vor dem Aufhaspeln
wurde der Draht kontinuierlich auf eine Temperatur von 80 0C abgeschreckt.
Der Walzdraht wurde dann wie beim Beispiel 1 auf seinen Enddurchmesser
von 3 mm gezogen und während 3 h bei einer Temperatur von 165 0C angelassen.
Behandlung gemäß der Erfindung.
Aus einer Metallschmelze mit derselben Zusammense tzung
wurde auf einem Gießrad in derselben Weise wie beim zuvor beschriebenen Beispiel bei einer Temperatur von 720 C ein
ρ trapezförmiger Rohling von 2400 mm Querschnitt gegossen, der ebenfalls mit einer Temperatur von 470 0C und einer
Geschwindigkeit von ungefähr 10 m/min austrat.
/8 809831/0961
- β - 50
Der Rohling wurde sodann in eine erste Walzenstraße mit 4 Walzengerüsten eingeleitet, die eine Stichabnahme
von etwa 70$ erzeugten, und aus denen der Rohling mit
einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 m/s austrat.
Der Rohling gelangte dann in einen Induktionsofen, in dem seine Temperatur um 110 ° von 410 auf 520 0C erhöht wurde.
Nach einer Haltezeit von 5 Sekunden wurde er dann in einer Walzenstraße mit 13 hintereinander geschalteten Walzengerüsten
fertiggewalzt, wobei der Durchmesser des Drahtes auf 9»5 mm gebracht wurde.
Beim Auslaufen aus der Walzenstraße und vor dem Aufhaspeln wurde der Draht kontinuierlich auf eine Temperatur von
80 0C abgeschreckt.
Der Walzdraht wurde dann wie im vorhergehenden Fall auf seinen Enddurchmesser von 3 mm gezogen und während 3 h
bei einer Temperatur von 165 0C angelassen.
Die mechanischen Eigenschaften wurden am Walzdraht und am gezogenen Draht der Beispiele 1, 2 und 3 ermittelt. Die
Ergebnisse sind in den nachstehenden Tabellen aufgeführt. Darin bedeuten
R die Bruchbelastung in kg/mm , A die Bruchdehnung in $,
ρ den spezifischen Widerstand in uO..em,
C die Leitfähigkeit in ^IACS (International annealed
copper Standard).
R9 A P
kg/mmf 200_^ b£1jl£5
(Stand der Technik) 19,1 13,3 3,350
(nach der Erfindung,
geglüht bei 490 °C) 18,5 18,6 3,440
(nach der Erfindung,
geglüht bei 520 O0J 80 §%>$1 / 0 96 119'1 3'450
-S- 50 237
W 28Ü4Ü87
R9A G
(Stand der Technik) 32,2 7,5 3»184 54,1
(nach der Erfindung,
geglüht bei 490 0C) 35,2 6,0 3,195 54,0
(nach der Erfindung,
geglüht bei 520 UC) 35,8 6,1 3,207 53,8
Es ist festzustellen, daß im Walzdraht-Zustand die etwas
geringere Bruchbelastung und die deutlich höheren Dehnungswerte die Folge der Zwischenrekristallisation des Drahtes
sind. Der höhere spezifische Widerstand des Drahtes nach der Erfindung verrät die bessere Lösung der Härtebildner
(MgpSi): es ist tatsächlich bekannt, daß die in fester Lösung oder als Mischkristalle vorliegenden Härtebildner
den spezifischen Widerstand des Aluminiums erhöhen.
Dagegen sind beim angelassenen gezogenen Draht (Zustand T8)
alle mechanischen und elektrischen Eigenschaften des Drahtes gemäß der Erfindung besser, und zwar in umso stärkerem Maße,
je höher die Zwischenglühtemperatur ist.
Wenngleich die vorstehende Beschreibung und die angegebenen Beispiele auf Almelec (Al-Mg-Si-Legierung) gerichtet sind,
ist das Verfahren gemäß der Erfindung auf alle ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierungen anwendbar, insbesondere auf
diejenigen der Reihen 2000 (Aluminium-Kupfer-Magnesium), 7000 (Aluminium-Zink-Magnesium-Kupfer) und 4000 (Aluminium-Magnesium-Silicium).
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Claims (4)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen, Warmbehandeln
und Walzen von ausscheidungshärtbaren Aluminiumlegierungen zur Herstellung von Walzdraht, dadurch g e k e η η zeichnet
, daß der aus der Gießvorrichtung (1) kontinuierlich austretende Rohling (2) folgenden Arbeitsvorgängen
unterworfen wird:
- einem ersten Warmwalzen bei einer Einlauftemperatur von über 440 0C, wobei der Ausgangsquerschnitt (So) des
Rohlings (2) auf einen Querschnitt (S) so verkleinert
wird, daß
So-S
zwischen 20 und 85$ beträgt,
- einer an den ersten Walzvorgang sich anschließenden Erhöhung seiner Temperatur um zwischen 30 und 150 0C
auf eine Temperatur zwischen 450 und 550 0C, vorzugsweise
zwischen 480 und 530 C, um die Lösung der Härtebildner der Legierung und die Rekristallisation hervorzurufen,
bevor der Rohling (2) in eine zweite Walzenstraße (5) eintritt,
- einem zweiten Warmwalzen, bei dem der Querschnitt (S) des aus einem Wärmeofen (4) austretenden Rohlings (2)
auf den endgültigen Querschnitt des Walzdrahtes verkleinert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet
, daß der Walzdraht nach dem zweiten Walzvorgang kontinuierlich rasch gekühlt oder abgeschreckt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η
zeichnet , daß die ausscheidungshärtbare Aluminiumlegierung eine Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierung für
elektrische Leiter ist, die als Hauptelemente Eisen mit
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0,15 bis 0,30$, Magnesium mit 0,30 bis 0,80$, Silicium mit
0,30 bis 0,705ε und eventuell Kupfer mit bis zu 0,2$
enthält.
4. Vorrichtung zum kontinuierlichen Gießen, Warmbehandeln und Walzen von Walzdraht, bei der hintereinander geschaltet
sind
- eine Gießvorrichtung (1),
- eine erste Walzenstraße (3)» die eine Gesamtstichabnahme
' von zwischen 20 und 85$ erzeugt,
- ein Wärmeofen (4), dessen leistung so ausgelegt ist,
daß die Erhöhung der Temperatur des Rohlings (2) zwischen 30 und 150 0C und die Temperatur des Rohlings (2) am
Ende des Wärmevorgangs zwischen 450 und 550 0C, vorzugsweise
zwischen 480 und 530 0C beträgt,
- eine zweite Walzenstraße (5), die den Querschnitt des Rohlings (2) auf den endgültigen Querschnitt des Walzdrahtes
bringt,
- und eine Durchlauf-Abschreckanlage (6) zum kontinuierlichen
Abschrecken des Drahtes vor dem Aufhaspeln.
809831/09Θ*
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