DE2922879A1 - Verfahren zur waermebehandlung von walzdraht und feinstahl - Google Patents

Verfahren zur waermebehandlung von walzdraht und feinstahl

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DE2922879A1
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cooling
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Wolfgang Dipl Ing Schmitt
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FLORIN STAHL WALZWERK
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FLORIN STAHL WALZWERK
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/525Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length for wire, for rods

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Description

  • Verfahren zur Wärmebehandlung von Walzdraht und Feinstahl
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Walzdraht und Feinstahl mit Kohlenstoffgehalten von mindestens 0,4 X, wobei der Stahl aus der Verformungswärme derart in den Bereich maximaler Perlitumwandlungsgeschvjindigkeit abgeschreckt wird, daß er eine gute Ealtverformbarkeit erhält.
  • Zur Verbesserung der Xaltumformbarkeit wird warmgewalzter Draht in der Regel einer zusätzlichen Wärmebehandlung, dem Patentieren, unterworfen, d. h. der Draht wird in kontinuierlich arbeitenden Anlagen erneut austenitisiert und anschließend zur Erzeugung eines feinstreifigen perlitischen Gefüges mit Hilfe von Blei- oder Salzbädern bzw. an Luft in der Perlitstufe umgewandelt.
  • Zur Vermeidung dieses zusätzlichen, aufwendigen Verfahrensschritt es wurden in der Vergangenheit eine Reihe von Verfahren entwickelt, die eine Patentierung des Walzdrahtes unmittelbar aus der Malzhitze zum Ziel haben.
  • Bereits seit Jahren werden hierzu 3 Verfahren in der Praxis angewendet, bei denen der Walzdraht einleitend, mehrstufig in einer Wasserkühlstrecke auf verschiedene Temperaturen vorgekühlt wird, wobei man die Kühlintensität derart steuert, daß auch der Rand die Es Ms-2emperatur mit Sicherheit nicht unterschreitet, um die Bildung von Martensit zu vermeiden.
  • Danach werden die einzelnen Drahtwindungen vor der Bundbildung nichtkonzentrisch ausgefächert und so beschleunigt an Luft weitergekühlt.
  • Die Anwendung derartiger Verfahren ist lediglich Walzdrähten mit geringen Durchmessern vorbehalten und erfordert einen relativ großen anlagentechnischen Aufwand.
  • Es ist ein weiteres-Verfahren bekannt, bei dem der- Walzdraht nach der Wasserkühlung auf 733 - 788 °C sofort gehaspelt wird.
  • Die zur Perlitumwandlung notwendige Abkühlung auf 538 bis 663 °C erfolgt dann mittels Wasser-Ltift-Nebel während des Ablegens des Drahtes in den Haspelkorb. Infolge ungleichmäßiger Kühlung der einzelnen Winungen, ist hierdurch jedoch keine Konstanz hinsichtlich Gefüge und Eigenschaften zu erreichen.
  • Ein gemäß USA Patent 27 56 169 beschriebenes Verfahren, sieht vor der in herkömmlicher Weise durchgeführten Bundbildung das Durchlaufen einer mehrstufigen Wasserkühlstrecke vor, in der der Draht in 1,5 sec. von Endwalztemperatur bis auf eine Temperatur zwischen 482 und 750 °C abgekühlt wird. Dabei sollen jedoch auch die oberflächennahen Bereiche des Drahtes nicht unter 482 0C abgeschreckt werden, um Martensit- bzw.
  • Zwischenstufenumwandlung auszuschließen, da hierdurch die Zieheigenschaften des Drahtes stark beeinträchtigt werden.
  • Bei der weiteren Abkühlung an freier Luft wird infolge der freiwerdenden Umwandlungswärme der Wärmeverlust durch die Umgebung zeitweilig ausgeglichen, so daß der Draht eine quasiisotherme Umwandlung. in der Perlitstufe-erfährt. Dieses Verfahren muß- allerdings auf relativ geringe Drahtabmessungen begrenzt bleiben und erfordert selbst für diese, bei den in der Zukunft angestrebten Walzgeschwindigkeiten, erhebliche Eühlstreckenlängen.
  • Ausgehend vonXdiesem Verfahren wurde ein Verfahren gemaß BED-AS 23 45 738 entwickelt, bei dem der Walzdraht in etwa 0,2 sec. mehrstufigdurch Wasser bis kurz unter die Ms-Demperatur oberflächlich gekühlt und anschließend gehaspelt wird, wobei in der Oberflächenschicht angelassener Martensit bis zu maximal 33 % zugelassen werden kann. Dieses Verfahren ist ebenfalls lediglich zur Produktion von Walzdrähten mit geringen Drahtdurchmessern geeignet, aus denen Seildrähte gefertigt werden. Das für die Herstellung zu Feder- bzw.
  • Siebstabmaterial erforderliche Ziehereivormaterial der Abmessung > 6 mm kann mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens beispielsweise nicht produiert werden. Die notwendige Senkung der mittleren Materialtemperatur um ca, 400 cc ist einerseits in der angegebenen Zeit von 0,2 sec. für stärkere Abmessungen prinzipiell nicht moglich, da z. B. beim Übergang von 5,5 mm auf 12 mm dicken Draht die fünffache wärmemenge abzuführen ist; andererseits ist hierzu selbst die durch das Unwandlungsverhalten derartiger Stähle zur Verfügung stehende Zeit von 1,5 - 2 sec. für die Abkühlung nicht ausreichend, da infolge der begrenzten Wärmeleitfähigkeit des Materials und der daraus resultierenden Unterkühlung der Randschicht höhere !&artensitgehalte in diesem Bereich auftreten.
  • Alle bisher bekannten Verfahren zur Patentierung, d. h. zur Erzeugung eines feinstreifigen, perlitischen Grundgefüges mit guter Kaltverformbarkeit sind demnach hinsichtlich der Abkühlgeschwindigkeit über den gesamten Temperaturbereich durch die Martensitbildung begrenzt.
  • Die Erfindung bezweckt die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden, den Anwendungsbereich für die Patentierung aus der Walzhitz@ zu stärkeren NValzdraht- bzw. Feinstahlabmessungen zu erweitern sowie gleichzeitig den anlagentechnischen Aufwand zu reduzieren und die notwendige Kühlstreckenlänge zu verringern.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zulässige Abkühlgeschwindigkeit des Stahles insgesamt zu erhöhen, daß die Patentierung aus der Walzhitze von Walzdrähten und Feinstahl mit Sohlenstoffgehalten > 0,4 % bis zu Abmessungen von max. 2C mm erweitert werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die mehrstufige Wasserabschreckung des Walzstahles von der Endwalztemperatur bis in den Bereich der maximalen Perlitumwandlungsgeschwindigkeit vor dem Haspelvorgang in zwei Sektionen durchgeführt wird, wobei in der ersten Sektion eine intensive Abschreckung bis auf kurz oberhalb des Ac3-Punktes liegende Ausgleichstemperaturen derart erfolgt, daß in der Randschicht Martensit entsteht, der vor der Fortsetzung des gesteuerten Abkühlvorganges erneut vollständig in AusteEnit umwandelt, bevor in der zweiten Sektion die weitere gesteuerte, vornehmlich mehrstufige Abkühlung mit gebremster Sühlintensität fortgesetzt wird.
  • DesweiXren sieht die Erfindung vor, daß die Abschreckung des Walzstahles in der ersten Kühlsektion bis auf Ausgleichstemperaturen kurz oberhalb des Ac3-Punktes, bevorzugt mit derart hohen Wärmeübergangszahlen erfolgt, daß die Abkühlgeschwindigkeit des Materials durch dessen Wärmeleitung bestimmt wird.
  • Es ist weiterhin ein Eennzeichen der Erfindung, daß bei der Abkühlung in der zweiten Sektion die einzelnen Kühlstufen derart zeitlich gestaffelt werden, daß das Material an der Oberfläche die Ms-Temperatur des Stahles nicht unterschreitet. Anderenfalls ist jedoch auch ein Verfahrensablauf möglich, bei dem die minimale Randtemperatur definiert unter den Ms-Punkt des Stahles absinkt und anschließend- ein Temperaturausgleich zwischen Oberfläche und Eern des Materials erfolgt, wobei im Verlauf der aufeinanderfolgenden Kühlstufen mit dem Abfall des Ausgleichstemperaturniveaus, die minimale Randtemperatur eine steigende Tendenz aufweist.
  • Hierdurch wird die Abkühlgeschwindigkeit in der zweiten Eühlsektion gesteigert und die Anlaßtemperatur des sich bildenden Randmartensits und damit dessen Plastizität erhöht.
  • Die Erfindung ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß der in der zweiten Sektion gebildete Oberflächenmartensit infolge des AnlaBvorganges nach dem Temperaturausgleich mit dem 5Kern die Kaltverformbarkeit des Materials nicht negativ beeinflußt.
  • Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Värmebehandlung von Walzdraht und Feinstahl ist am Beispiel eines Stahles mit 0,5 %0 Kohlenstoff und der Abmessung von 14 mm in Fig. 1 und 2 dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt den Abschreckvorgang in der ersten Eühlsektion in einer Stufe mit dem Temperaturausgleich kurz oberhalb Ac3 Fig. 2 zeigt den gesteuerten Abschreckvorgang in der zweiten Kühlsektion der sich hier aus zwei Rühlstufen zusammensetzt.
  • An dem dargestellten Beispiel wird deutlich, daß dem Walzdraht in Abhängigkeit von der Endwalztemperatur und der Lage der Umwandlungspunkte durch das erfindungsgemäße Verfahren in der ersten Kühlsektion mehr als 50 % der notwendigen gesamten Wärmemenge problemlos entzogen werden kann.
  • Der in der ersten Kühlstufe der zweiten Kühlsektion gebildete Oberflächenmartensit wird im Beispiel Fig. 2 auf ca. 650 oC angelassen und ist damit relativ plastisch.
  • leerseite

Claims (4)

  1. Erf indungsanspruch 1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Walzdraht und Feinstahl mit Eohlenstoffgehalten von mindestens 0,4 % wobei der Stahl aus der Verf ormungswärme derart in den Bereich der maximalen Perlitumwandlungsgeschwindigkeit abgeschreckt wird, daß er eine gute Ealtverformbarkeit erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die mehrstufige Wasserabschreckung des Walzstahles von der Endwalztemperatur bis in den Bereich der maximalen Perlitumwandlungsgeschwindigkeit vor dem Haspelvorgang in zwei Sektionen durchgeführt wird, wobei in der ersten Sektion eine intensive Abschreckung bis auf kurz oberhalb des Ac3-Punktes liegende Ausgleichstemperaturen derart erfolgt, daß in der Randschicht Martensit entsteht, der vor der Fortsetzung des gesteuerten Abkühlvorganges erneut vollständig in Austenit umwandelt, bevor in der zweiten Sektion die weitere gesteuerte, vornehmlich mehrstufige Abkühlung mit gebremste Kühlintensität fortgesetzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschreckung in der ersten Sektion bevorzugt mit derart hohen Wärmeübergangszahlen erfolgt, daß die Abkühlgeschwindigkeit des Materials durch dessen Wärmeleitung bestimmt wird.
  3. 3. Verfahren gemäß Pkt. 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abkühlung in der zweiten Sektion die einzelnen Kühlstufen derart zeitlich gestaffelt werden, daß das Material an der Oberfläche die Ms-Uemperatur des Stahles nicht unterschreitet.
  4. 4. Verfahren gemäß Pkt. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Sektion die minimale Randtemperatur den Ms-Punkt des Stahles erneut definiert unterschreitet und anschließend ein Temperaturausgleich zwischen Oberfläche und Kern des Materials erfolgt, wobei im Verlauf der folgenden Iühlstufen mit dem Abfall des Ausgleichstemperaturniveaus, die minimale Randtemperatur eine steigende Tendenz aufweist.
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