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Verfahren zur Wärmebehandlung von Walzdraht und Feinstahl
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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.
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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.
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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.
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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.
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Danach werden die einzelnen Drahtwindungen vor der Bundbildung nichtkonzentrisch
ausgefächert und so beschleunigt an Luft weitergekühlt.
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Die Anwendung derartiger Verfahren ist lediglich Walzdrähten mit geringen
Durchmessern vorbehalten und erfordert einen relativ großen anlagentechnischen Aufwand.
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Es ist ein weiteres-Verfahren bekannt, bei dem der- Walzdraht nach
der Wasserkühlung auf 733 - 788 °C sofort gehaspelt wird.
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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.
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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.
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Zwischenstufenumwandlung auszuschließen, da hierdurch die Zieheigenschaften
des Drahtes stark beeinträchtigt werden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Hierdurch wird die Abkühlgeschwindigkeit in der zweiten Eühlsektion
gesteigert und die Anlaßtemperatur des sich bildenden Randmartensits und damit dessen
Plastizität erhöht.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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