DE2824393A1 - Walzdraht oder -strangmaterial - Google Patents
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Description
- 3 - PATENTANWÄLTE
Fagersta Aktiebolag
773 01 Fagersta/Schweden
"Walzdraht oder -Strangmaterial"
Die Erfindung betrifft einen Walzdraht oder -strang mit feinkörnigem Aufbau aus rostfreiem Stahl für die Herstellung
von festem und dehnbarem Feder- und Seildraht. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Drahtes,.
Das Maß des Aushärtens von rostfreiem Stahl, wenn man diesen einer Kaltbearbeitung unterwirft, hängt teilweise von der
Zusammensetzung des Stahles und teilweise von seiner Korngröße ab. Bezüglich der Zusammensetzung bestimmen hauptsächlich
der Kohlenstoff-, Stickstoff- und Chrom-Gehalt des Stahles das Maß der Verfestigung durch Recken. Die
Standards für Federdraht und Seildraht, beispielsweie vom Typ SIS 2331 (AISI 302) liegen in weiten Analysegrenzen.
Dies bedeutet, daß die Eigenschaften des gezogenen Drahtes bei gleichem Maß der Kaltverformung beachtlich variieren
können, und zwar in Abhängigkeit davon, auf welchem Standard die Analyse beruht. Die am häufigsten angetroffene Analysekombination
ist jedoch diejenige, bei welcher der Stahl einen hohen Kohlenstoffgehalt und einen niedrigen Nickel-
und Chromgehalt hat, was zu einer raschen Verfestigung durch Recken bzw. Kaltverfestigung führt. Beispiele solcher
Zusammensetzungen des Stahles liegen bei 0,095% C, 17,8% Cr und 8,2% Ni oder 0,11% C, 18,3% Cr und 8,5% Ni. Da Stahl,
welcher rasch durch Recken verfestigt wurde, eine begrenzte Dehnbarkeit hat, d.h. der Draht nur einer begrenzten KaIt-
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_ 4 _ PATENTANWÄLTE
bearbeitung unterworfen werden kann, bevor er spröde wird, wird ein Draht mit solcher Zusammensetzung nachfolgend
ausgeglüht. Hierbei soll ein grobkörniger Stahl hergestellt werden, um die Dehnbarkeit zu verbessern. Die Korngröße
liegt im Bereich von 3 bis 6 ASTM. Trotz des groben Kornaufbaues kann mit solchem Stahl eine hohe mechanische Festigkeit
und eine gute Dehnbarkeit des gezogenen Drahtes nur schwer erreicht werden.
Der Draht wird normalerweise in Form eines Ringes ausgeglüht. Nach einer bestimmten Haltezeit, beispielsweise
30 Minuten, bei voller Temperatur, beispielsweise 1070° C, werden die Drahtringe in einem Wasserbad gekühlt. Dieses
rasche Abkühlen ist notwendig, um die Bildung von Karbiden an den Korngrenzen zu verhindern; solche Karbide werden
bei diesem Stahltyp ausgeschieden, wenn die Haltezeit innerhalb eines Temperaturbereiches von 600/900° C übermäßig
lang ist. Je höher der Kohlenstoffgehalt des Stahls ist, desto höher ist die notwendige Kühlungsrate zur Vermeidung
der Bildung von Karbiden an den Korngrenzen. Da die Drahtringe während des Glühprozesses zusammengepackt sind, ist
die KühlraLe der inneren Drahtringe wesentlich niedriger
als die der äußeren, welche in unmittelbarer Berührung mit dem Kühlwasser stehen. Somit ist die Kühlrate der inneren
Ringe so gering, daß die Bildung von Karbiden an den Korngrenzen nicht vermieden werden kann, auch wenn der Kohlenstoffgehalt
beispielsweise nur 0,08% beträgt.
Ein Verfahren zur Vermeidung der Bildung von Karbiden an den Korngrenzen beim Ausglühen von gewalztem Draht besteht
darin, den Ausglühprozeß bei geradem Draht auszuführen. Bei einem derartigen Ausglühprozeß wird der Drahtring aufgewunden
und der Draht durch einen länglichen rohrförmigen
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Ofen mit nachfolgenden wassergekühlten Bereichen geführt. Danach wird der Draht wieder zu einem Ring aufgewickelt.
Bei diesem Ausglühprozeß wird jeder Abschnitt des Drahtes der gleichen Zeit/Temperatur-Folge unterworfen und die
Kühlrate ist hoch genug, um die Bildung von Karbiden an den Korngrenzen zu verhindern, auch wenn der Kohlenstoffgehalt
relativ hoch ist, beispielsweise 0,15%. Der Nachteil des Ausglühens bei geradem Draht ist jedoch, daß die Produktionsrate niedrig und die Probleme mit der Handhabung des Drahtes
groß sind, wodurch die Produktionskosten steigen.
Ein Weg, das Problem der Bildung von Karbiden an den Korngrenzen zu vermeiden, würde in der Erniedrigung des Kohlenstoff
gehaltes auf unter 0,08% bestehen. Da jedoch das Ausglühen des gewalzten Drahtes zur Erhaltung gleichförmiger Korngröße
und damit gleichförmiger mechanischer Festigkeit längs des Drahtes zu erzielen notwendig ist, ist es schwierig,
mit grobkörnigem Material die gewünschten mechanischen Festigkeitseigenschaften des Draht- oder Strangmaterials
bei so niedrigem Kohlenstoffgehalt zu erzielen. Der Grund
hierfür ist, daß das Maß der Streckverfestigung des Stahles rasch bei Kohlenstoffgehalten unterhalb von 0,08% abnimmt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Lösung der zuvor beschriebenen Probleme und die Schaffung eines
Walzdraht oder -Strangmaterials aus rostfreiem Stahl, welches beim Ausziehen zu Federdraht und Seildraht hohe mechanische
Festigkeit und gute Dehnbarkeit aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zur Herstellung eines
solchen Walzdraht oder -Strangmaterials vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung mit den kennzeichnenden gegenständlichen Merkmalen des Anspruchs 1 und mit den
kennzeichnenden Verfahrensmaßnahmen des Anspruchs 2 gelöst.
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hlxh _
- 6 - PATENTANWÄLTE
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen die Ansprüche 3 bis 5.
Nachfolgend wird die Erfindung im einzelnen anhand der beiliegenden Diagramme (Fig. 1 bis 3) bezüglich besonderer
Ausführungsformen näher erläutert. Hierbei wird ein Vergleich zwischen den Eigenschaften von Walzdraht oder -strangmaterial,
welches in Übereinstimmung mit üblichen Methoden geglüht wurde, und einem Walzdraht oder -strang, der nach
der Erfindung hergestellt ist, vorgenommen.
Wenn ein üblicher Walzdraht oder -strang.aus rostfreiem
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt in einer Weise gekühlt wird, wie dies mit dem Draht- oder Strangmaterial nach
der Erfindung geschieht, wird ein Material mit sehr feiner Kornstruktur, beispielsweise einer Korngröße von 10 bis
12 ASTM erhalten. Somit stellt das rasche Kühlen sicher, daß die Körner nicht wachsen, das bedeutet, daß der Draht
oder Strang, verglichen mit üblichem geglühtem Draht- oder Strangmaterial, einen höheren Grad an mechanischer Festigkeit
und damit bedauerlicherweise auch eine begrenztere Dehnbarkeit erhält. Ein Vorteil ist jedoch, daß bei dem
raschen Kühlen des Drahtes oder Stranges jeder Abschnitt einer gleichen Temperaturfolge ausgesetzt wird, was zu
einer gleichförmigeren Korngrößenverteilung und daher einer über die Länge des Drahtes oder Stranges gleichförmigeren
mechanischen Festigkeit führt. Darüber hinaus verschwinden die Probleme der Karbidbildung an den Korngrenzen. Um diese
offensichtlichen Vorteile wirksam zu nutzen, ist es bei Walzdraht oder -Strangmaterial, welches zu Feder- oder
Seildraht ausgezogen werden soll, notwendig, das Problem der begrenzten Dehnbarkeit zu lösen. Nach der Erfindung
wird dieses Problem überraschenderweise durch den Vorschlag
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einer neuen Analyse beseitigt, nach welcher der Kohlenstoffgehalt auf 0,04 bis 0,07% abgesenkt und der Nickel- und
Chromgehalt an diesen Kohlenstoffgehalt in der in Fig. 1 veranschaulichten Weise angepaßt wird. Die Kombination
dieser Substanzen soll in dem Bereich liegen, der in Fig. veranschaulicht ist, wobei der Bereiche A, B, C, D, E die
Kombinationsmöglichkeiten für C und Ni mit einem minimalen Gehalt von Cr bei 18,0% veranschaulicht. Der Bereich A',
B1, C, D1, Averanschaulicht die Kombinationsmöglichkeiten
für C und Ni mit einem maximalen Gehalt von Cr bei 19,0%. Die Kombinationsmöglichkeiten für C und Ni mit einem Chromgehalt
zwischen 18 und 19% werden durch Interpolation zwischen den beiden" Bereichen erhalten. Der Grund für diese Begrenzung
der Ausgangsanalyse liegt in der Schaffung einer wohl ausgeglichenen Reckverfestigung· Der Kohlenstoffgehalt
ist im Vergleich zu üblichen Analysen für Federdraht und Seildraht aus rostfreiem Stahl wesentlich geringer. Gleichwohl
wird jedoch ein Draht mit den gewünschten hohen mechanischen Festigkeitseigenschaften und guter Dehbarkeit erhalten.
Die Zusammensetzung eines Walzdrahtes oder -stranges nach der Erfindung hat 0,04 bis 0,07 C, 18 bis 19% Cr und 8
bis 9,5% Ni, wobei der Gehalt der restlichen Legierungsund Verunreinigungselemente, wie Si, Nn, P und S so ausgewählt
sind, daß sie zusammen mit C, Cr und Ni eine Analyse ergeben, welche die Standards für SIS 2331 (AISI 302) und
SIS 2332 und teilweise SIS 2333 (AISI 304) erfüllt.
Ein Walzdraht oder -strang mit der gegebenen Analyse und welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gekühlt wurde,
hat eine höhere Dehnbarkeit als ein üblicher geglühter Walzdraht oder -strang mit hohem Kohlenstoffgehalt. Dies
bedeutet, daß größere Gesamtreduktionen beim Ausziehen des Drahtes vorgenommen werden können, d.h. daß geringere
Dimensionen bei höherer mechanischer Festigkeit und besserer Dehnbarkeit erzielt werden.
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- 8 - PATENTANWÄLTE
Der Unterschied in den Eigenschaften beim Ziehen eines üblichen ausgeglühten Walzdrahtes oder -stranges bei einem
schnellen Reckverfestigungsprozeß und einem Walzdraht oder -strang nach der Erfindung mit einer langsameren Reckverfestigung
ergibt sich jeweils aus den Fig. 2 und 3. Die Figuren veranschaulichen die Zugfestigkeit £? D, 0,2-Grenzen
fa« „, die Einschnürung Ψ und die Dehnung <J -„ als Funktion
der Flächenreduktion in Prozent beim Ziehen ausgehend von einem Walzdraht- oder Strangdurchmesser von 5,6 mm. Bei
einer Reduktion von 80 bis 85% fällt die Kontraktion im Falle des üblichen Walzdrahtes oder -stranges rasch ab
und liegt bei einer Reduktion von 85% bei 40%. Der Walzdraht oder -strang nach der Erfindung, der bis auf eine
Reduktion von 91,4% gezogen wurde, hat immer noch eine höhere mechanische Festigkeit und dieselbe Kontraktion
wie das übliche Material bei einer Reduktion von 76%.
Um beim Ziehen sehr geringe Durchmesser, beispielsweise 0,20 mm zu erhalten, ist eine Vielzahl von Zwischenausglühschritten
erforderlich, obgleich als Ergebnis der verbesserten Dehnbarkeit des Walzdrahtes oder -stranges mit niedrigem
Kohlenstoffgehalt nach der Erfindung die Anzahl der Ausglühschrit'je
Iw Vergleich zum üblichen Material verringert
werden kann. Bei einem Ausziehen von Walzdraht oder -strangmaterial
nach der Erfindung auf geringe Durchmesser wurde überraschenderweise gefunden, daß die Wirkung der Feinkörnigkeit
auf den Walzdraht oder -strang bleibt und sogar nach den zwischengeschalteten Ausglühvorgängen verstärkt
wird.
Zusammenfassend kann also gesagt werden, daß ein Walzdraht oder -strang nach der Erfindung das Risiko der Bildung
von Karbiden an den Korngrenzen wegen des niedrigen Kohlenstoffgehaltes
verringert, verbesserte Ermüdungswerte wegen
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- 9 - PATENTANWÄLTE
der feinkörnigen Struktur liefert, zu einer gleichförmigen mechanischen Festigkeit über die Draht- oder Stranglänge
wegen der langsamen Reckverfestigung führt, weniger empfindlich bezüglich der Ziehtemperatur auf die Reckverfestigung
ist, eine höhere Produktivität in einem Ofen mit geradem Draht wegen der größeren Dimensionen bei zwischengeschalteten
Glühprozessen ermöglicht und das Weglassen von Zieh- und Glühvorgängen bei bestimmten Dimensionsintervallen zuläßt.
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Claims (5)
1. Walzdraht oder -strangmaterial mit feinkörnigem Aufbau aus rostfreiem Stahl für die Herstellung von gezogenem
Federdraht und Seildraht hoher mechanischer Festigkeit und hoher Dehnbarkeit, gekennzeichnet durch einen Gehalt
von 0,04 bis 0,07% C, 18 bis 19% Cr und 8 bis 9,5% Ni,
wobei ein Cr-Anteil von 18% einem Ni-Anteil von 8,0 bis
8,8% entspricht, wenn der C-Anteil 0,04% beträgt, und einem Ni-Anteil von 8,8 bis 9,5%, wenn der C-Anteil 0,07% beträgt,
und wobei ein Cr-Anteil von 19% einem Ni-Anteil von unter 8,3% entspricht, wenn der C-Anteil 0,04% ist, und einem
Ni-Anteil von 8,4 bis 9,2%, wenn der C-Anteil 0,07% beträgt, wobei die Korngröße des Draht- oder Strangmaterials
bei 8 bis 13 ASTM, vorzugsweise 10 bis 12 ASTM ist.
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ORIGINAL INSPECTED
PATENTANWÄLTE
2. Verfahren zur Herstellung eines feinkörnigen Materials eines Walzdrahtes oder -Strangmaterials nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Draht oder Strang während eines Walzvorganges unmittelbar nach Verlassen des Fertigoder
Reckwalzenpaares des Walzwerkes mit Wasser und/oder
Luft so steuerbar gekühlt wird, daß ein Kornwachstum unterdrückt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Walzdraht oder -strang von dem Fertig- oder Streckwalzenpaar
des Walzwerkes mit Wasser in einer kontinuierlichen Kühlstrecke von einer Walzendtemperatur auf etwa
700 bis 7500C abgekühlt und dann durch eine Wickelmaschine
geführt wird, wonach die Draht- oder Strangrolle durch eine Luftkühlzone transportiert wird, in welcher die Struktur
des Drahtes oder Stranges geändert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Walzdraht oder -strang von einem Fertig- oder Reckwalzenpaar
des Walzwerks in Spiralform in einem Tank von kochendem Wasser mit einem Oberflächenbehandlungsmittel
als Zusatz gekühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung in der Luftkühlzone mittels Druckluftinjektion
erfolgt.
809881/0759 PAGINAL INSPECTED
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