DE3027927A1

DE3027927A1 - Verfahren zur herstellung von walzstaeben und -draehten

Info

Publication number: DE3027927A1
Application number: DE19803027927
Authority: DE
Inventors: Koshiro Aoyagi; Matsuo Ataka; Koe Nakazima; Yukio Noguchi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1979-07-23
Filing date: 1980-07-23
Publication date: 1981-02-19
Also published as: GB2055650A; US4528834A; DE3027927C2; SE8005195L; JPS5617104A; GB2055650B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Walzstäben und -drahten aus Werkstücken (Blöcke oder Barren) mit vierkantigem oder rundem Querschnitt, das mit hoher Produktivität und sehr geringem Energieverbrauch im Hinblick

die die
auf/Heizung und/für die plastische Deformation erforderliche Kraft durchgeführt werden kann, und das gleichzeitig die Anforderungen an Abmessung und Qualität der Produkte erfüllt.

Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Walzstäben und Drähten aus Stahl wird die Stahlschmelze zu Walzblöcken stranggegossen, die danach zu Barren (Knüppel) vorgewalzt v/erden. Die Barren werden in ein Stab- oder WaIzdraht-Walzwerk geführt, wo sie mit 10 bis 30 kontinuierlichen Warmwalzgerüsten zu Stäben oder Drähten mit bestimmtem Durchmesser (Abmessung) gewalzt werden.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Walzstäben und -drahten aus Stahl werden die Walzblöcke direkt in das Stab- oder Walzdraht-Walzwerk geführt, wo sie mit 10 bis 30 kontinuierlichen Warmwalzgerüsten auf die be-

25 stimmte Abmessung gewalzt werden.

Nachstehend werden die bekannten Verfahren mit Bezug auf Figur 1 genauer erläutert, in der schematisch ein herkömmliches Verfahren zur Herstellung von Walzstäben und -drahten mit Hilfe eines Vierstrangwalzwerks dargestellt ist. Danach wird der aus dem Heizofen 1 kommende Stahlwerkstoff zunächst in die Vorwalzstrecke 2 geführt. In diesem Fall wird der Werkstoff gedehnt durch die abwechselnd in vertikaler und horizontaler Richtung wirkenden Reduktionskräfte, die durch Walzenkaliber ausgeübt werden, die beispielsweise einen Diamant- oder Vierkantquerschnitt aufweisen. Wenn zuerst ein

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Diamant-Kaliber verwendet wird, muß der Werkstoff danach vor dem Einlaß des Vierkantkalibers um 90° gedreht werden. Zu diesem Zweck sind Drehführungen an bestimmten Stellen vorgesehen, um den zu walzenden Werkstoff zu drehen.

Nach dem herkömmlichen Verfahren wird demnach unter Anwendung der genannten Drehung des Werkstoffes ein Mehrstrangwalzen mit 2 bis 4 Vorwalζstrecken durchgeführt, die sich aus mehreren horizontalen Walzgerüsten zusammensetzen.

Ein ähnliches Walzen mit Drehen wird auch in dem Mittelwalzwerk 3 durchgeführt. Nur in dem Fertigwalzwerk 4 erfolgt ein Einstrangwalzen (ohne Drehung) mit Hilfe eines sogenannten Blockwalzwerks. Dies ist eine Walzstrecke, in der horizontale und vertikale Walzen abwechselnd angeordnet sind, oder eine Walzstrecke, in der die Walzenachse in Bezug auf die vertikale Achse um +^ 45° geneigt ist. Danach wird der Werkstoff in den Kühlbereichen 5 und 6 kontrolliert abge-

20 kühlt und schließlich auf den Aufwickler 7 aufgewickelt.

Bei der vorstehend beschriebenen Mehrstrang-Walzanlage ist es von entscheidener Bedeutung, die Werkstoff-Zuführgeschwindigkeiten zwischen den vorangehenden und den folgenden Gerüsten sowohl im Vorwalzwerk als auch im Mittelwalzwerk und im Fertigwalzwerk vollständig aufeinander abzustimmen. Außerdem ist es wesentlich, daß die Werkstoffmenge, die von einer Strecke des Gerüstes Nr. 1 des Vorwalzwerks abgegeben wird, in Übereinstimmung mit der Werkstoffmenge ist, die von einer Strecke des letzten Gerüstes des Fertigwalzwerks ausgestoßen wird. Andernfalls erleidet der Werkstoff nämlich Störungen wie Schneidgrate oder Brüche zwischen den Walzgerüsten, was zu einem völligem Versagen des Walzverfahrens führen würde.

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Die Querschnittsdimension des Werkstoffs am Einlaß der Vorwalzstufe ist deshalb unvermeidlich durch diejenige des Endproduktes am Fertigwalzgerüst und die Walzgeschwindigkeit an dessen Auslaß festgelegt. Wenn beispielsweise ein Stahldraht mit einem Durchmesser von 5,5 mm mit einem gewöhnlichen Blockwalzwerk mit einer maximalen Endgeschwindigkeit von 60 m/Sekunde hergestellt werden soll, kann der Ausgangswerkstoff höchstens eine Querschnittsfläche von 12Ox 120 mm

im Hinblick auf die Lebensdauer der Walzen und die niedrigste einzuhaltende Temperatur des Werkstoffes während des Walzens (Ar₃-Punkt) aufweisen.

Nach dem vorstehend beschriebenen herkömmlichen Verfahren, bei dem die Querschnittsverminderung des Stahls durch eine mit mindestens 10 bis 30 Walzgerüsten ausgerüstete Walzstraße durchgeführt wird, ergibt sich normalerweise eine 500-bis 600-fache Dehnung des Werkstoffes vom Ausgangsmaterial bis zum Endprodukt. Das Verhältnis der Walzgeschwindigkeit am ersten Walzgerüst zu der am letzten Walzgerüst beträgt dem-

20 nach 1 : 500 bis 600.

Bei gewöhnlichen Walzdraht-Walzwerken kann die Walzgeschwindigkeit des letzten Walzgerüstes nicht über etwa 60 m/Sekunde erhöht werden. Die Walzgeschwindigkeit am ersten Walzgerüst muß daher im Vergleich zu der genannten Walzgeschwindigkeit den überraschend niedrigen Wert von 0,1 m/Sekunde annehmen.

Die Temperatur des Werkstoffes im Anfangsbereich der Walzstrecke sinkt deshalb sehr rasch auf eine so niedrige Temperatur ab, daß eine plastische Verformung nicht mehr möglich ist. Zum Ausgleich dieses Absinkens der Temperatur muß der Stahl deshalb auf eine Temperatur erhitzt werden, die hoch genug für den Temperaturausgleich ist.

Der Stahl kann jedoch nicht auf eine Temperatur über dan Schmelzpunkt erhitzt werden. Ein Ausgleich der Erniedrigung

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der Temperatur, der ein Erhitzen des Werkstoffes auf eine Temperatur über seinem Schmelzpunkt erfordern würde, ist deshalb praktisch unmöglich.

Aus all den genannten Gründen unterliegt das herkömmliche Verfahren gewissen Beschränkungen in seiner Anwendbarkeit im Hinblick auf das Dehnungsverhältnis, verglichen zwischen dem Ausgangswerkstoff und dem Endprodukt, das in der Walzstrecke erreichbar ist. Sogar in den Walzdraht-Walzstrecken mit der derzeit höchsten Leistungsfähigkeit beträgt die größte mögliche Querschnittsfläche des Ausgangswerkstoffes nur 120 bis 150 mm im Quadrat.

Im bekannten Verfahren muß deshalb ein Ausgangswerkstoff mit kleiner Querschnittsfläche eingesetzt werden, um den unterschied in der Walzgeschwindigkeit zwischen dem Anfangs- und dem Endbereich der Walzstrecke zu vermindern und dadurch die Notwendigkeit zu beseitigen, die Walzgeschwindigkeit zu erniedrigen, die entsprechend der Temperaturerniedrigung des Stahlwerkstoffes im Anfangsbereich der Walzstrecke erforderlich ist.

Hier liegt jedoch eine Schwierigkeit. Die Blöcke und Barren, die als Ausgangswerkstoff zur Herstellung'von Walzstäben und Drähten eingesetzt werden, wurden durch Vorwalzen von Gußblöcken hergestellt. Dieses herkömmliche Verfahren wird nun mehr und mehr durch direktes Stranggießen der Stahlschmelze zu Blöcken und Barren ersetzt.

Wenn beispielsweise ein Barren durch Stranggießen hergestellt wird, sollte seine Querschnittsfläche unter dem Gesichtspunkt der Produktivität des Verfahrens so groß wie möglich sein. Auch bei der Herstellung von Walzdraht hoher Qualität aus stranggegossenen Barren können solche Barren hoher Qualitat nur erhalten werden, wenn die Barren mit großer Querschnittsfläche stranggegossen werden.

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Wenn stranggegossene Barren Oberflächenfehler aufweisen,

müssen diese außerdem durch Schleifen beseitigt werden. Wenn nun der zu entfernende Oberflächenbereich durch einen bestimmten Teil der gesamten Barrenoberfläche bestimmt ist,

wird der zu entfernende Oberflächenbereich pro Gewichtseinheit des Barrens kleiner mit zunehmender Querschnittsfläche des stranggegossenen Barrens, da die Oberfläche pro Gewichtseinheit des Werkstoffes mit abnehmender Querschnittsfläche des Barrens zunimmt.
10

Wie vorstehend erläutert, kann bei der Verwendung von stranggegossenen Barren als Ausgangswerkstoff zur Herstellung von Walzstäben und -drähten die gewünschte Produktivität des
Stranggießens oder die erwünschte Wirksamkeit der Entfernung von Oberflächenfehlern nicht erreicht werden, ohne Vergrößerung der Querschnittsfläche des Ausgangswerkstoffes.

Der Vorteil von Barren mit großer Querschnittsfläche beim
Erzielen einer hohen Produktivität und einer wirksamen Beseitigung von Oberflächenfehlern kann auch in dem Verfahren zur Herstellung der Barren durch Vorwalzen von Stahlbrammen erzielt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Walζstäben und -drähten zu schaffen, das die Verwendung von Blöcken oder Barren mit großer Querschnittsfläche als Ausgangswerkstoff ermöglicht und bei vermindertem Energieverbrauch zu Stäben oder Drähten mit den gewünschten Eigenschaften führt. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.

Die Erfindung betrifft somit den in den Patentansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt einen ersten Walzschritt, einen zweiten Walζschritt und eine Wärmebehandlung.

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Die Temperatur des Stahls (Werkstoff) vor dem zweiten Walzschritt wird gesteuert durch Berechnung der infolge der Bearbeitung des Werkstoffs erzeugten Wärmeenergie, welche ihrerseits durch das gesamte Dehnungsverhältnis des Werkstoffs, die Anzahl der Stiche und die Walzgeschwindigkeit bestimmt wird, sowie durch Berechnung der Wärmeenergie, die vom Werkstoff im Verlauf des zweiten Walzschrittes abgegeben werden muß. Das Ziel der Steuerung besteht darin, daß die Werkstofftemperatur nach dem zweiten Walzschritt mit der gewünschten Ausgangstemperatur der anschließenden Wärmebehandlung übereinstimmt.

In Bezug auf die Parameterbereiche für die verschiedenen Walzbedingungen ist folgendes festzustellen: Eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung besteht darin, daß im ersten Walzschritt ein derartiger Temperaturbereich gewählt wird, bei dem die Summe der für die Erwärmung des Werkstoffes benötigten Energie und der Walzenergie ein Minimum erreicht, und daß das Walzen innerhalb dieses Temperaturbereichs erfolgt. Dieser Temperaturbereich wird durch den ersten Walzschritt konstant gehalten, indem die Massenflußgeschwindigkeit des Werkstoffes auf einem geeigneten Wert gehalten wird. Die Temperatur, bei der die Summe der zum Erwärmen des Werkstoffes benötigten Energie und der Walzenergie ein Minimum erreicht, ändert sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Stahls, insbesondere dem

25 Kohlenstoffgehalt, und der Belastungsgeschwindigkeit.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird jedoch in einem Bereich durchgeführt, in dem die Belastungsgeschwindigkeit keinen wesentlichen Einfluß hat. Deshalb braucht nur der Kohlenstoffgehalt berücksichtigt zu werden. Der Temperaturbereich wirddsshalb im erfindungsgemäßen Verfahren nur festgelegt, wenn die Zusammensetzung des Stahls auf einen konstanten Wert eingestellt ist. Die Massenflußgeschwindigkeit wird im erfindungsgemäßen Verfahren in Übereinstimmung mit der Zusammensetzung des Stahls, insbesondere seinem Kohlenstoffgehalt bestimmt. Der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte niedrig gekohlte Stahl enthält höchstens 0,12 # Kohlenstoff. Bei diesem Bereich des Kohlen-

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stoffgehalts tritt ein Minimum des Formänderungswiderstandes im Temperaturbereich von 800 bis 900°C auf; vgl. Fig. 3- Innerhalb dieses Temperaturbereichs kann der erste Walzschritt deshalb mit einem Minimum der Gesamtsumme von Heiz-

5 energie und Walzenergie durchgeführt werden.

Das Auftreten des Minimums des Formänderungswiderstandes ändert sich in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt. Bei Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt von mindestens 0,5 % tritt ein solches Minimum überhaupt nicht mehr auf. Bei der Verwendung von Stählen mit mittlerem und hohem Kohlenstoffgehalt, d.h. Stählen mit mehr als 0,12 % Kohlenstoff, wird deshalb die Temperatur, bei der die Summe aus Heizenergie und Walzenergie den niedrigsten Wert erreicht, aus Fig. 3 berechnet, um die Werkstofftemperatur für den ersten Walzschritt festzulegen. Der Bereich für die Massenflußgeschwindigkeit im ersten Walzschritt beginnt im erfindungsgemäßen Verfahren unabhängig vom Kohlenstoffgehalt bei mindestens 2000 cnr/Sekunde. £>^ie geeignete Massenflußgesehwindigkeit wird auf der Grundlage der Werk-

²⁰ stofftemperatur im ersten Walzschritt ausgewählt.

Die Werkstofftemperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Walzschritt wird durch die Zwischenkühlung und das Warmhalten gesteuert, so daß der Verlust durch Zunderbildung während des Warmhaltens möglichst gering gehalten und eine gute Oberflächenbeschaffenheit erhalten wird. Zu diesem Zweck wird der Werkstoff zwischen dem ersten und dem zweiten Walzschritt im Temperaturbereich von 600 bis 900⁰C gehalten.

Die Walzbedingungen für den zweiten Walzschritt werden auf die in Fig. 7 angegebene Weise bestimmt.

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Im ersten Walzschritt wird der Stahlwerkstoff mit einer derartigen Masseriflußgeschwindigkeit zu einem Zwischenerzeugnis gewalzt, daß das Walzen des Stahlwerkstoffes, der in einem Temperaturbereich gehalten wird, welcher einem bestimmten Formänderungswiderstand des Stahlwerkstoffs entspricht, ermöglicht wird. Diese Maßnahme hat den Zweck, den Stahlwerkstoff- bei einem vorher festgelegten Formänderungswiderstands-Niveau zu walzen, das unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung vorteilhaft ist. Das erhaltene Zwischenerzeugnis wird aufgewickelt. Sodann wird die Temperatur des Zwischenerzeugnisses zwischen der ersten Walzstufe und der zweiten Walzstufe derart kontrolliert, daß das Zwischenerzeugnis am Ausgangspunkt des zweiten Walzschrittes auf einer Temperatur gehalten wird, die auf eine vorher festgelegte Aus-

15 gangstemperatur.der der zweiten Walzstufe nachfolgenden

Wärmebehandlung abgestellt ist. Diese Wärmebehandlung wird in der Produktionsstrecke durchgeführt.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine herkömm-20 . liehe Walzstrecken-Anordnung.

Figur 2 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen der Massenflußgeschwindigkeit (V) des zu walzenden Werkstoffes und dem Verhältnis der Temperaturerniedrigung des Werkstoffes zur Ausgangstemperatur des Werkstoffes. ;

Figur 3 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen der Temperatur des Werkstoffes und dem Formänderungswiderstand des Werkstoffes bei verschiedenen Kohlenstoffgehalten.

Figur 4 zeigt in graphischer Darstellung die Wirkung der Belastungsgeschwindigkeit auf den Formänderungswider- ^ stand des Werkstoffes in der Nähe seines ümwandlungspunktes.

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Figuren 5 (A) und (B) zeigen jeweils den Aufbau eines

Walzwerks nach zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Figur 6 zeigt in graphischer Darstellung die Temperaturänderung des nach dem erfindungsgemäßen Verfah

ren gewalzten Werkstoffes im Vergleich zu derjenigen im herkömmlichen Verfahren.

Figur 7 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung der Walzbedingungen im zweiten Walzschritt.

Figuren 8 (A) und (B) zeigen in schematischer Darstellung die Einrichtung zur Handhabung des Werkstoffes nach dem ersten Walzschritt bis zur Zuführung des Werkstoffes in die zweite Walzstrecke.

Figur 9 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehung zwischen der Endwalzgeschwindigkeit im zweiten Walzschritt und dem Verhältnis von Endwalzgeschwindigkeit zur Ausgangstemperatur des zweiten

Walzschrittes.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der

Zeichnungen im einzelnen erläutert. 25

Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterteilt sich die Walzstrecke zur Herstellung von Walzstäben oder -drahten aus einem Block oder Barren in eine erste Walzstrecke und eine zweite Walzstrecke. Der Ausgangswerkstoff wird in der ersten Walzstrecke zu einem Zwischenerzeugnis mittlerer Abmessung gewalzt, das danach am Ende der ersten Walzstrecke aufgewickelt wird.

Das in der ersten Walzstrecke erhaltene Zwischenerzeugnis mittlerer Abmessungen wird vom Abwickler zu der zweiten Walzstrecke geführt, wo es auf die endgültige Abmessung ge-

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walzt wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden also die erste und die zweite Walzstufe getrennt in verschiedenen Walzstrecken durchgeführt. Dadurch wird eine Verminderung des Unterschiedes in der Walzgeschwindigkeit zwischen dem ersten Walzgerüst und dem letzten Walzgerüst in jeder der Walzstrecken ermöglicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt deshalb den Vorteil, daß das Walzen vom Ausgangswerkstoff zum Zwischenerzeugnis mit viel höherer Walzgeschwindigkeit durchgeführt werden kann als in den bekannten Verfahren.

Wenn die Walzstrecken im zweiten Walzschritt, in dem das Zwischenerzeugnis mittlerer Abmessung auf das Produkt mit der

Endabmessung gewalzt wird, in einer Zahl vorgesehen werden,

die der Walzkapazität der ersten Walzstrecke entspricht, dann wird die Produktionskapazität zwischen dem ersten und dem zweiten Walζschritt ausgeglichen, wodurch die Produktivität der Anlage als Ganzes erhöht wird. Dies bedeutet 20

nicht nur eine erhöhte Produktivität in der ersten Walzstufe vom Ausgangswerkstoff zum Zwischenerzeugnis mittlerer Abmessung, sondern auch einen ausgedehnteren Bereich des Massenflusses des Werkstoffes, der beim Walzen anwendbar

ist. 25

Durch die Anordnung der Walzstrecke, die in einen ersten Walzschritt und einen zweiten Walzschritt unterteilt ist, wird die Notwendigkeit einer 500- bis 600-fachen Dehnung des Werkstoffes im Vergleich zwischen dem Ausgangswerkstoff und dem Endprodukt in einem Walzschritt, die bei den bekannten Verfahren erforderlich war, ausgeschaltet. Im erfindungsgemäßen Verfahren können deshalb Endprodukte mit sehr feinem Kaliber, beispielsweise in einem Durchmesser von 2 bis 3 mm

im zweiten Walzschritt sehr leicht erhalten werden, und zwar 35

ausgehend von einem Werkstoff mit großer Querschnittsfläche

von beispielsweise etwa 200 mm im Quadrat. L -130008/0754 -J

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß der erste Walζschritt unter viel geringerem Energieverbrauch im Hinblick auf die Summe von Heizenergie und Antriebsenergie durchgeführt werden kann, da das Walzverfahren in einen ersten und einen zweiten Walzschritt unterteilt ist, so daß jeder Walzschritt getrennt bei einer ausgewählten Walzgeschwindigkeit durchgeführt werden kann.

Figur 2 zeigt, daß die Temperaturerniedrigung ₁ Tmin bedeutet die niedrigste Temperatur des Werkstoffes im ersten Walzschritt und To₁ bedeutet die Ausgangstemperatur des ersten WalζSchrittes) des zu walzenden Werkstoffes in der ersten Walzstrecke sehr stark von dem Ausmaß des Massenflusses des Werkstoffes beeinflußt wird. Beispielsweise erniedrigt sich die Temperatur des Werkstoffes beim üblichen Massenfluß-Niveau 1 von etwa 110O⁰C auf etwa 85O°C (TminZTo..= 0,75), wenn die Ausgangstemperatur des ersten Walzschrittes 1100⁰C beträgt.

Ebenfalls geht aus Figur 2 hervor, daß die Temperaturerniedrigung sogar in einem Hochgeschwindigkeits-Drahtwalzwerk mit einer Kapazität von 100 mZSekunde für einen Draht mit einem Durchmesser von 5,5 mm (siehe Punkt 2 in Figur 2) noch merklich ist. Wird jedoch das Ausmaß des Massenflusses auf ein entsprechendes Niveau erhöht (beispielsweise Punkt 3 in Figur 3 oder höher), dann geht die Temperaturerniedrigung des Werkstoffs allmählich zurück. Der erste Walzschritt kann dann unter Aufrechterhaltung der Temperatur des Werkstoffes in einem weitgehend konstanten Temperaturbereich durchgeführt

30 werden.

Da die Temperatur (Heiztemperatur) des Ausgangswerkstoffes erniedrigt werden kann,ist deshalb eine merkliche Einsparung der zum Erhitzen erforderlichen . Energie möglich. 35

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Das geeignete Maß des Massenflusses wird durch die Beziehung zwischen der Heizenergie und dem Formänderungswiderstandsbereich des Werkstoffes bestimmt, welche die gesamte für das Aufheizen und die plastische Verformung erforderliehe Energie auf den geringstmöglichen Wert bringt. Vorzugsweise wird das Ausmaß des Massenflusses auf mindestens etwa 0,90 bis 0,95 (Tmin/ToJ) des Temperaturerniedrigungsverhältnisses des Werkstoffes gehalten.

Andererseits besteht, wie aus Figur 3 hervorgeht, ein einer bestimmten Stahlsorte eigener Zusammenhang zwischen der Temperatur des Werkstoffs und seinem Formänderungswiderstand in einem Walzverfahren, beispielsweise beim Walzen von Stahlstäben und -drähten.

Beispielsweise zeigt ein Stahl mit einem Gehalt von etwa 0*04 % Kohlenstoff einen geringeren Formänderungswiderstand bei etwa 83O°C als bei 900°C. Diese Erscheinung wird, wie aus Figur 4 hervorgeht, auch von der Belastungsgeschwindxgkeit beeinflußt. Sie verschwindet jedoch bei einer besonders hohen Belastungsgeschwindxgkeit. Andererseits tritt diese Erscheinung im Fall eines Stahls, der eine allotrope Umwandlung bei geringer Belastungsgeschwindxgkeit zeigt, bis zu einer Belastungsgeschwindxgkeit von etwa 100 Sekunden deutlich auf.

Durch Kombination des Merkmals, daß der erste Walzschritt in einem gewissen konstanten Temperaturbereich durchgeführt werden kann, mit dem bestimmten Temperaturbereich, in welchem der Formänderungswiderstand des Werkstoffes erniedrigt ist, kann der erste Walζschritt mit geringerer Walzkraft durchgeführt werden.

Da der erste Walzschritt außerdem in einem niedrigeren Bereich des Formänderungswiderstandes durchgeführt wird, kann ³^ das Walzwerk kompakter gestaltet werden.

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Wie häufig beim Walzen von nicht-rostendem Stahl beobachtet wird, ändert sich auch der Grad der Ausfüllung des Kalibers (Breitenausdehnung) des zu walzenden Werkstoffes in Abhängigkeit von seiner Art. Da nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das Walzen in einem gewissen konstanten Temperaturbereich durchgeführt werden kann, ist es möglich, einen geeigneten Grad der Ausfüllung des Kalibers durch das gesamte Walzen beizubehalten. Dadurch kann eine Beschädigung des

Walzwerks durch den zu walzenden Werkstoff vermieden werden. 10

Da der erste Walzschritt, wie vorstehend beschrieben, bei einer niedrigen Heiztemperatur und mit geringer Walzkraft durchgeführt werden kann, wird der gesamte Energieverbrauch

stark vermindert. 15

Das durch den ersten Walzschritt unter geringerem Energieverbrauch erhaltene Zwischenerzeugnis mittlerer Abmessung wird sodann aufgewickelt. Hierauf wird das aufgewickelte Zwischenerzeugnis zum zweiten Walzschritt verbracht und dort auf die

endgültige Abmessung gewalzt.

Im erfindungsgemäßen Verfahren wird im zweiten Walzschritt die Temperatur des Werkstoffs am Ende des zweiten Walzschritts derart gesteuert, daß sie in dem Temperaturbereich

liegt, der für den Beginn der dem zweiten Walzschritt folgenden Wärmebehandlung vorgesehen ist.

Zu diesem Zweck wird zunächst festgelegt, welche Wärmebehandlung nach der Beendigung des zweiten Walzschrittes durchge-30

führt werden soll. Dies geschieht auf der Grundlage der endgültigen Abmessung des Walzdrahtes und der angestrebten Materialqualität .

Nach der Festlegung der Bedingungen der Wärmebehandlung wird 35

der Temperaturbereich, in dem sich der Werkstoff zu Beginn der Wärmebehandlung, d.h. nach Beendigung des zweiten WaIz-

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¹ Schrittes_Γ befinden darf, festgelegt. Die Temperatur des

Werkstoffes zu Beginn des zweiten Walzschrittes wird sodann auf der Grundlage der Walzbedingungen des zweiten Walzschrittes, wie der Anzahl der Stiche und der Kühlbedingungen, festgelegt, um sicherzustellen, daß die Temperatur des Werkstoffes in den erlaubten Temperaturbereich fallen wird.

Um das nach dem ersten Walzschritt erhaltene Zwischenerzeugnis am Ausgangspunkt des zweiten Walzschrittes auf einer Tempera-

10 tür innerhalb des bestimmten Bereiches zu halten, wird es

erwärmt oder durch geeignete Kühlung in einem in der Produktionsstrecke angeordneten Kühltrog unmittelbar nach der Beendigung des ersten Walzschrittes gekühlt. Ferner wird die Temperatur des aufgewickelten Zwischenerzeugnisses während

15 der Lagerung nach dem Aufwickeln eingestellt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Walzstäben und -drähten ist also in einen ersten und einen zweiten Walzschritt unterteilt, die beide unabhängig voneinander sind.

In beiden Walzschritten kann die Walzgeschwindigkeit und die Temperatur des Werkstoffes am Beginn des Walzens unabhängig festgelegt werden. Zwischen dem ersten und dem zweiten Walzschritt wird die Temperatur des Zwischenerzeugnisses mittlerer Abmessung derart eingestellt, daß sichergestellt ist, daß

*° die Werkstofftemperatur am Beginn des zweiten Walzschrittes einen derartigen Wert hat, daß seine Temperatur nach Beendigung des zweiten Walzschrittes innerhalb eines vorher bestimmten Temperaturbereiches liegt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also der erste Walzschritt unter Festlegung einer solchen Massenflußgeschwindigkeit durchgeführt, welche die für das Erwärmen und das Walzen insgesamt benötigte Energie auf einen Minimalwert senken kann. Im zweiten Walzschritt wird die Werkstofftemperatur

zu Beginn des zweiten Walzschrittes durch einen Rechner unter

Berücksichtigung der Walzbedingungen derart festgelegt, daß

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sichergestellt ist, daß die Werkstofftemperatur nach dem zweiten Walzschritt die für die Wärmebehandlung, die in der Produktionsstrecke durchgeführt wird, geeignete ist. Die Werkstofftemperatur zwischen dem ersten und dem zweiten Walzschritt wird so eingestellt, daß sie mit der vorher festgelegten Werkstofftemperatur am Beginn des zweiten Walzschrittes übereinstimmt. Deshalb kann eine wesentliche Energieeinsparung erzielt werden, wobei gleichzeitig die Anforderungen an Abmessung und Qualität des Produktes erfüllt werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Figuren 5 (A), 5 (B) und 6 weiter erläutert.

(A)
Figur 5/zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Danach wird ein heißer oder kalter Werkstoff 1 in einem Heizofen 2 auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und dann in einem Vorwalzwerk 3 und einem Mittelwalzwerk 4 gewalzt.

IP diesem Fall ist es vom Gesichtspunkt der Produktqualität her bevorzugt, daß das Vorwalzwerk 3 und das Mittelwalzwerk

4 jeweils mit horizontalen und vertikalen Walzen in absind

wechselnder Anordnung ausgerüstet und daß der Werkstoff durch diese Walzen ohne Drehung gewalzt wird. Natürlich kann das Walzen auch in einem Walzwerk vom H-H-Typ (mit Drehung) durchgeführt werden.

so daß

Das Werkstück besitzt vorzugsweise genug Masse, / mindestens eine Spule des Zwischenerzeugnisses bestimmter Masse erhalten wird. in diesem Fall wird der Werkstoff mit einer Schere 5 in bestimmte Längen geschnitten und abwechselnd auf die Aufwickler 11 und 12 verteilt. Die Verteilung erfolgt durch den Verteiler 7.

In der dargestellten Ausführungsform sind die Aufwickler mit dem zweiten Walzschritt in der Weise verbunden, daß auf den

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.j Aufwickler 11 das erste mit der Schere abgeschnittene Stück des Werkstoffes vollständig aufgewickelt wird, wobei diese Spule voll wird. Auf den Aufwickler 12 wird das zweite Stück des Werkstoffs aufgewickelt. Das dritte mit der Schere abge-

c schnittene Werkstoffstück wird wieder auf den Aufwickler 11 und das vierte Stück auf den Aufwickler 12 verteilt. Diese Art der Verteilung wird fortgesetzt. Das Ende des letzten Werkstoff Stückes wird nötigenfalls abgeschnitten.

Der auf diese Weise erhaltene aufgewickelte Werkstoff, der nachstehend als "Spule" bezeichnet wird, wird mit einem Förderband zu dem Ofen 8 verbracht und auf die Abwickler 21 bis 24 gesetzt.

In dieser Ausführungsform sind die Spulen so aufgewickelt, daß das vordere Ende für das Walzen an der Unterseite und das

der δρμίβ
hxntere Ende an der Oberseite/liegt. Vorzugsweise beginnt jedoch der zweite Walzschritt mit dem hinteren Ende an der Oberseite. Das Aufwickeln wird deshalb in der Weise durchgeführt, daß das hxntere Ende des Werkstoffes beim Aufwickeln etwa 100 mm gerade heraussteht,und die Aufwickelgeschwindigkeit wird kurz vor der Beendigung des Aufwxckelns gesteuert. Auf diese Weise wird das hxntere Ende automatisch in die Treibwalzen 31 bis 34 gebracht, die als Vorbehandlungseinrichtung wirken. Die Handhabung des Werkstoffes im Bereich vom ersten Walzschritt bis zum zweiten Walzschritt kann somit in einfacher und sehr billiger Weise durchgeführt werden.

Die Walzen 31 bis 3 4 wirken sowohl als Treibwalzen und Richtwalzen als auch als mechanische Entzunderungseinrichtung. Das vordere Ende des Werkstoffes wird durch die Treibwalzen ausgerichtet und entzundert und sodann in die Fertigwalzgerüste 51 bis 54 eingeführt. Nach dem Fertigwalzen wird das Walzprodukt einer vorgeschriebenen Wärmebehandlung 61 bis 64 und 71 bis 74 in der Produktionsstrecke unterworfen, um die gewünschte Qualität und Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten.

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Schließlich wird das Produkt auf die Aufwickler 81 bis 84 aufgewickelt.

Figur 5 (B) zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Dabei sind die Mittelwalzwerke 41 und 42 auf der Seite des zweiten Walzschrittes angeordnet. In dieser Ausführungsform werden mindestens zwei Mittelwalzwerksstrecken benötigt. Dies ist ein Nachteil gegenüber der in Figur 5 (A) gezeigten Ausführungsform im Hinblick auf den Investitionsbedarf. Dagegen eignet sich diese Ausführungsform besser zur Herstellung von Endprodukten, die hohen Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit, insbesondere im Hinblick auf Oberflächenzunder, genügen müssen. Dies beruht darauf, daß die Querschnittsfläche des Werkstoffes beim Zwischenaufwikkein größer gehalten werden kann als in der in Figur 5 (A) gezeigten Ausführungsform.

Die Walzstrecke im zweiten Walzschritt ist nicht auf die Ausführungsformen der Figuren 5 (A) und 5 (B) beschränkt. Es können auch andere Arten von Walzwerken, beispielsweise ein Mehrstrang-Walzwerk, verwendet werden.

Die Aufwickeltemperatur zwischen den Walzschritten wird derart festgelegt, daß eine Verminderung der Ausbeute infolge von Zunderbildung oder eine Verschlechterung der Qualität infolge von Entkohlung vermieden wird. Faktoren, wie der Widerstand des Werkstoffes gegen das Aufwickeln werden in Rechnung gestellt. Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte wird die Temperatur in einem Bereich von etwa 600 bis 900⁰C gehalten, und zwar für die beiden in Figur 5 (A) und (B) gezeigten Ausführungsformen. Dies geschieht erforderlichenfalls durch einen Zwangskühlschritt im ersten Walzschritt. Der Temperaturbereich wird beibehalten, bis der Werkstoff in den zweiten Walζschritt geführt wird.

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1 Der zweite Walzschritt wird gewöhnlich mit einer Walzgeschwindigkeit von mindestens 30 bis 50 m/Sekunde für ein Endprodukt mit einem Durchmesser von 5,5 mm durchgeführt. Dadurch wird es möglich, die Endtemperatur des Werkstoffes

5 auf einem Bereich zu halten, beispielsweise von 1000 bis

11OO°C, der für die metallurgische Steuerung des Werkstoffes in den gesteuerten Kühlstufen 61 bis 64 und 71 bis 74 nach Beendigung des zweiten Walzschrittes erforderlich ist.

10 Mit dem Anstieg der Walzgeschwindigkeit wird die durch die Bearbeitung erzeugte Wärme größer als die Wärmeabgabe des Werkstoffs, so daß die Temperatur des Werkstoffs ansteigt.

Wenn ein Werkstoff gewalzt werden soll, der beim Fertigwalzen in der zweiten Walzstufe eine niedrigere Temperatur erfordert, kann die zweite Walzstrecke in zwei Blöcke unterteilt und zwischen den beiden Blöcken eine Kühleinrichtung, beispielsweise ein Kühltrog, vorgesehen werden, um die festgelegte Fertigwalztemperatur trotz des Temperaturanstiegs infolge der Wärmeerzeugung in der zweiten Walζstufe zu erreichen .

Um die gewünschte Werkstoffquälität im Verlauf des Aufwickeins, der Beibehaltung der erhöhten Temperatur und des Abwickeins zwischen dem ersten und dem zweiten Walζschritt beizubehalten, kann auf die Oberfläche des/Temperaturbereich von 850 bis 1000⁰C zu walzenden Werkstoffes ein Mittel aufgebracht werden, das die Zunderbildung verhindert, beispielsweise Glaspulver. Ferner kann ein Strahlrohr-Glühofen zur Erhaltung der Wärme verwendet werden, oder es kann unter einer die Oxidation verhindernden Atmosphäre oder in reduzierender Atmosphäre unter Verwendung von Stickstoffgas in dem die Wärme haltenden Ofen gearbeitet werden. Auch eine kombinierte Anwendung dieser Maßnahmen zusätzlich zu der verhältnismäßig niedrigen Temperatur des Heißaufwickeins und des Warmhaltens kann angewendet werden. Nötigenfalls kann außerdem eine

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Induktionsheizung am Ausgang des Ofens vorgesehen werden, um eine zusätzliche Heizung vor der zweiten Walzstufe zu bewirken.

Die zusätzliche Heizung mit Hilfe eines Induktionsofens ist besonders wirksam zum Erhitzen des Oberflächenbereiches des Werkstoffes, der sonst leicht abkühlt.

In Figur 6 ist der charakteristische Verlauf der Temperaturkurve des Werkstoffs von der Entnahme des Barrens aus dem Heizofen in der Ausführungsform gemäß Figur 5 (A) graphisch dargestellt. Dabei bezeichnet 1 den Temperaturverlauf von der Entnahme aus dem Heizofen bis zum Abschluß des ersten Walzschritts, 2 bedeutet den Temperaturverlauf bei dem erzwungenen Abkühlen nach Beendigung des ersten Walzschritts und die Temperaturerniedrigung während des Aufwickeins und der überführung, 3 zeigt den Temperaturverlauf während des Warmhaltens und Abwickeins vor dem zweiten Walzschritt und 4 zeigt den Temperaturverlauf im zweiten Walzschritt, in welchem die Temperatur ansteigt, da die Wärmeerzeugung durch die Bearbeitung größer ist als die Wärmeabgabe des Werkstoffes.

Die Kurve 5 stellt einen typischen Temperaturverlauf bei einer herkömmlichen Walzanlage dar. Es ist klar zu sehen, daß die Erniedrigung der Werkstofftemperatur im erfindungsgemäßen Verfahren von der Entnahme des Barrens aus dem Ofen durch den Vorwalz- und Mittelwalζschritt beträchtlich ist.

im Hinblick auf die Wärmebehandlung des Werkstoffs kann im er
/findungsgemäßen Verfahren ebenfalls die Entnahmetemperatur aus dem Ofen deutlich niedriger gehalten werden als in den bekannten Verfahren, wobei die gleiche Endtemperatur erhalten wird und somit eine bedeutende Menge Energie eingespart wird.

L 130008/0754

Γ - 22 - ^Π

In Figur 7 wird eine Darstellung für das Verfahren zur Bestimmung der Walzbedingungen gegeben, beispielsweise der Anfangstemperatur To. des zweiten Walzschrittes, der Dimension do des Werkstoffes am Eingang der zweiten Walzstufe, d.h. des aufgewickelten Zwischenerzeugnisses nach der ersten Walzstufe, die es ermöglichen, den gewünschten Drahtdurchmesser dm bei der gewünschten Endtemperatur Tn zu erhalten.

Zur Berechnung des Ausmaßes des Temperaturanstiegs T infolge der Erzeugung von Wärme durch die Bearbeitung im zweiten Walzschritt werden der Querschnittsdurchmesser do des Werkstoffes, die Geschwindigkeit Vo des Werkstoffes am Einlaß der zweiten Walzstufe, die Temperatur To^ des Werkstoffes und die Dehnungen Λ 1 , Λ2 ... J^i... ^n des Werkstoffes an jedem Stich des zweiten Walzschrittes in einen Rechner eingespeist.

Ferner wird die Wärmeabgabe des Werkstoffes während des Walzens oder die Temperaturerniedrigung infolge der Wärmeabgabe des Werkstoffes während des Walzens oder infolge einer Kühlung berechnet, um die Endtemperatur Tn zu erhalten.

Wenn festgestellt wird, daß die Temperatur Tn mit der Anfangstemperatur der Wärmebehandlung übereinstimmt, die für

den Erhalt des gewünschten Walzproduktes erforderlich ist, wird das Walzen unter diesen Bedingungen durchgeführt. Wird dagegen festgestellt, daß die Temperatur Tn nicht mit der Anfangstemperatur in Übereinstimmung ist, dann wird die Berechnung mit einer Änderung der Parameter der variablen Ausgangsbedingungen, wie der Geschwindigkeit in der zweiten Walzstufe, erneut durchgeführt. Auf diesem Weg werden die Bedingungen, mit denen die Temperatur Tn erreicht wird, festgestellt, und das Walzen wird unter diesen Bedingungen durchgeführt .

Nach dem erläuterten Verfahren ist es möglich, die Werkstofftemperatur in der Stufe des Warmhaltens für den zweiten WaIz-

L 130008/0754 ^J

Γ Π

schritt derart festzulegen, daß der Erhalt eines qualitativ hochstehenden Produktes unter ökonomisch günstigen Bedingungen sichergestellt ist.

Nachstehend werden die Verfahrensmaßnahmen beim Übergang von der ersten zur zweiten Walzstufe im einzelnen erläutert.

In Figur 8 (A) (a) ist schematisch ein Aufwickler für Drahthaspeln dargestellt. 111 ist eine Aufwickelhaspel, die durch

1^3

10 1^3

ein Kegelradgetriebe/gedreht wird. 114 bezeichnet ein Lager und 112 eine Hubvorrichtung zum Anheben der Spule 101. Der Walzdraht wird durch eine Führung 115 zugeführt.

Figur 8 (A) (b) zeigt das Endstadium des Aufwickeins. 101 be-

deutet die Spule und 102 das hintere Ende des Walzdrahtes. Die Werkstoffgeschwindigkeit wird im Verhältnis zur Aufwickelgeschwindigkeit derart gesteuert, daß das hintere Ende des Drahtes in tangentialer Richtung hervorsteht und nach Beendigung des Aufwickeins leicht von dem Umfang der Spule abbeispielsweise

weicht. Danach wird die Spule/mit Hilfe einer Schubeinrichtung auf einen Abwickler 122 gebracht, der sich in einer Warmhalte-Atmosphäre befindet; vgl. Figur 8 (A) (c). Der Abwickler 122 dreht sich im Vergleich zum Aufwickler in entgegengesetzter

Richtung. Die Drehung ist am Anfang langsam und erfolgt mit 25

konstanter Geschwindigkeit, wenn das hintere Ende 102 des aufgewickelten Drahtes die Treibwalze 123 berührt. Der Abwickler wird kurz angehalten, um das Heranfahren der Treibwalze 124 an die Treibwalze 123 zu veranlassen, wodurch das Ende 102

des Drahtes von den beiden Walzen erfaßt wird. Die Treibwalzen 30

123 und 124 drehen sich mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit, sobald die Zuführung des zwischenihnen gehaltenen Spulendrahtes beginnt, d.h. wenn sich der Abwickler 122 wieder dreht. Vorzugsweise wird die Haltekraft zwischen den Walzen 123 und

124 derart eingestellt, daß der Werkstoff ohne Verformung 35

leicht gehalten wird.

130008/0754

Γ ■ Π

1 Auf diese Weise läuft der Werkstoff nun mit dem hinteren

Ende des Spulendrahtes voran, d.h. genau mit entgegengesetzter Richtung im Vergleich zum ersten Walzschritt, durch eine trompetenartige Führung 125, die in der Nähe der Treibwalze 123 angeordnet ist. Der Werkstoff tritt sodann in eine Vor— behandlungseinrichtung 126 des zweiten Walzschrittes ein, die zu seiner Ausrichtung und Entzunderung außerhalb der Anordnung zum Warmhalten vorgesehen ist.

Die Vorbehandlungseinrichtung 126 kann im wesentlichen eine mechanische Struktur aufweisen, d.h. beispielsweise mit Treibwalzen ausgerüstet sein und mindestens eine horizontale und eine vertikale Walze in geeigneter Anordnung enthalten. Sie kann auch eine leicht dickenverminderte Struktur besitzen und gegebenenfalls unter Verwendung von Preßluft, Dampf oder unter hohem Druck stehendem Wasser, eventuell in Kombination, betrieben werden.

Die erwähnte Vorbehandlung bewirkt eine vollständige Entfernung des Oberflächenzunders vom Werkstoff, der dann in die Einrichtung für den zweiten Walzschritt 127 verbracht wird. Dort wird der zweite Walzschritt durchgeführt, um das Endprodukt auf die beschriebene Weise zu erhalten.

Da der Werkstoff bei übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Walζschritt aufgewickelt wird, wird sehr viel Raum gespart und das gesamte Walzwerk ist einfach und kompakt aufgebaut. Außerdem werden die übergänge zwischen den einzelnen Stufen automatisch durchgeführt, so daß keine Schwierigkeiten

30 im Hinblick auf Arbeitskräfte auftreten.

Auch wenn der Werkstoff vorübergehend gelagert wird, wird er, wie erwähnt, auf verhältnismäßig niedriger Temperatur gehalten. Der Brennstoffverbrauch beträgt deshalb nur wenige Prozent des Verbrauchs eines gewöhnlichen Heizofens, so daß eine bedeutende Energieeinsparung durch Erniedrigung der Heiztem-

^L 130008/075 4 ^J

Γ _ 25 _ Π

1 peratur des Ausgangsmaterials erreicht werden kann.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist auch eine Erniedrigung der Fertigwalzgeschwindigkeit durch Erhöhung der Anzahl der Walzstrecken im zweiten Walzschritt grundsätzlich möglich. Die Endtemperatur kann damit in Kombination mit dem kontrollierten Abkühlen zur Verbesserung der metallurgischen Eigenschaften wie gewünscht gesteuert werden.

10 Das Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

In Tabelle I sind Beispiele für das erfindungsgemäße Verfahren aufgeführt, bei denen Walzdraht mit einem Durchmesser von 5,5 mm aus einem Ausgangswerkstoff mit einer Querschnittsfläche von 240 χ 24o mm über ein zwischengeschaltetes Aufwickeln eines Zwischenerzeugnisses mit einem Durchmesser von 20 mm unter Verwendung des in Figur 5 (A) dargestellten Walzwerks hergestellt wird, das für die Herstellung von Walzdraht der geringen Stärke von 5,5 bis 12 mm geeignet ist.

Der Ausgangswerkstoff ist ein niedrig gekohlter Stahl mit einem Gehalt von 0,06 % Kohlenstoff. Er wird bei einer Temperatur von etwa 900°C aus dem Heizofen entnommen und durch eine Entzunderungseinrichtung geführt. Das Walzen beginnt bei einer Temperatur von etwa 885⁰C im Durchschnitt. Es erfolgt eine Dickenverminderung auf 41 χ 4l mm,ausgehend von 24θ x/ wobei nur eine indirekte Kühlung durch das Walzenkühlwasser erfolgt. Der Werkstoff wird durch das Verfahren vorangetrieben. Das Walzen wird innerhalb eines sehr stabilen Temperaturbereichs von 855 _+ 15°C im Durchschnitt durchgeführt.

^ Die Massenflußgeschwindigkeit beträgt etwa 5700 cm³/Sekunde, wobei in Figur 2, Punkt 5 zu sehen ist, daß die Temperaturerniedrigung des Werkstoffes dabei sehr gering ist.

41 χ 41 mm
Die Dickenverminderung von / auf 20 mm Durchmesser wird

mit der gleichen Massenflußgeschwindigkeit durchgeführt. Die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstoffs nimmt jedoch nach und

^L 130008/0754 ^J

^Γ - 26 - »

nach zu, so daß die Wärmeentwicklung infolge der plastischen Verformung größer ist als die Wärmeabgabe. Die Durchschnittstemperatur des Werkstoffs steigt deshalb nach und nach an. Die Temperatur kann jedoch leicht auf 865 +_ 15⁰C genau wie am Beginn des Walzschrittes durch Anwendung einer geeigneten Wasserkühlung gehalten werden.

Auf diese Weise wird der erste Walzschritt abgeschlossen. Um die richtige Ausgangstemperatur für den zweiten Walzschritt sicherzustellen und den Verlust durch Zunderbildung während der Zwischenlagerung zu unterdrücken, wird der Werkstoff nach dem ersten Walzschritt in geeigneter Weise in der Produktionsstrecke gekühlt (in den Beispielen auf 8OO°C), beispielsweise in einem Kühltrog (nicht gezeigt) und danach

15 _ . , _
aufgewickelt.

Die Spulen werden sodann auf die Abwickler gebracht, die sich

Warmhalte,

in dem /ofen . befinden und auf etwa 800 C gehalten. Hierauf wird der zweite WaIzschritt durchgeführt. 20

Im Fall von niedrig gekohlten Stählen, wie sie in den Beispielen verwendet werden, ist eine Temperaturkontrolle während des zweiten Walzschrittes vom Gesichtspunkt der Qualitätskontrolle her nicht erforderlich. Das Kühlen vor und

während des Walzens kann deshalb unter üblichen Bedingungen

durchgeführt werden.

Da jedoch als zweites Walzwerk ein Blockwalzwerk ohne Drehung

mit einer normalen Kapazität von 60 m/Sekunde (Endgeschwin-30

digkeit für einen Durchmesser von 5,5 mm) verwendet wird,

ist der Abstand zwischen den einzelnen Walzgerüsten kurz. Die Wärmeerzeugung infolge der Bearbeitung übersteigt deshalb die Wärmeabgabe, so daß sich die Werkstofftemperatur merklich

erhöht und die Endtemperatur 1O5O°C oder höhere Werte er-35

reicht.

130008/0754

Nach dem zweiten Walzschritt wird der gewalzte Werkstoff in der Produktionsstrecke gekühlt. Dies erfolgt durch einen Kühltrog und gesteuertes Abkühlen in locker aufgewickeltem

Zustand. 5

Andererseits kann in dem Fall, in dem im zweiten Walzschritt ein gesteuertes Walzen erforderlich ist, beispielsweise beim Walzen von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, häufig kein besonderer Vorteil erreicht werden, auch wenn der erste '" Walzschritt bei Temperaturen um den Umwandlungspunkt des Werk·- stoffes durchgeführt wird. In diesen Fällen ist es häufig von Vorteil, das Walzen in einem Temperaturbereich von 900 bis 1000⁰C im Durchschnitt zu beginnen und es ist wichtig, eine merkliche Temperaturerniedrigung vor allem im ersten Walz32hritfc zu verhindern. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Massenflußgeschwindigkeit im ersten Walzschritt in der Größenordnung von 5700 cm³/Sekunde gehalten wird.

Die Temperatur des Zwischenaufwickelns wird auf der Grundla-

ge des Materialverlustes infolge von Zunderbildung in der Lagerungsstufe, der Endtemperatur des zweiten Walzschrittes usw. bestimmt, d.h. in Übereinstimmung mit dem Fließschema von Figur 7.

Wenn beispielsweise die gewünschte Endtemperatur der zweiten Walzstufe 85O°C im Durchschnitt beträgt, wird der Werkstoff in der Lagerstufe bei einer Temperatur von 800°C gehalten.

In Figur 9 ist die Beziehung zwischen der Endgeschwindigkeit

für ein Produkt mit einem Durchmesser von 5,5 mm und dem Temper aturerniedrlgungsverhalinis des Werkstoffes(T_f/To„; T_ = Temperatur des Werkstoffes unmittelbar nach Beendigung des zweiten Walzschrittes; To„ = Temperatur des Werkstoffes am Beginn des

zweiten Walzschrittes) in der zweiten Walzstufe für einen 35

Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt beim Walzen von einem Durchmesser von 20 mm auf 5,5 mm unter Verwendung des in

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Figur 5 (A) dargestellten Walzwerks gezeigt. In diesem Fall wird, um das Temperaturerniedrigungsverhältnis- T_/To-_ zu erreichen, die Ausgangstemperatur des zweiten Walzschrittes konstant bei 90O⁰C gehalten und die Wärmeleitfähigkeit α

5 wird durch zusätzliche Kühlung in der zweiten Walzstrecke verändert.

Wenn die Endgeschwindigkeit für ein Produkt mit einem Durchmesser von 5,5 mm 60 m/Sekunde beträgt und das Walzen bei einer Temperatur von 90O⁰C begonnen wird, muß die Wärmeleitfähigkeit α im Bereich von 5000 bis 10 000 Kcal/m²h°C gehalten werden, um das Walzen bei einer Temperatur von 900⁰C zu beenden. Aus der vorstehenden Darstellung kann deshalb abgeschätzt werden, daß das Walzen, das wie oben bei 800°C begonnen wird, bei 850⁰C beendet werden kann, wenn die Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 5000 bis 10 000 Kcal/m²h°C durch Zusatzkühlung in der Walzstrecke gehalten wird.

Anschließend wird der Werkstoff in geeigneter Weise in der Produktionsstrecke den Wärmebehandlungen unterzogen, die ein Kühlen in einem gewöhnlichen Kühltrog und ein gesteuertes Kühlen in locker gewickeltem Zustand einschließen, um die gewünschte Qualität zu erhalten. Die vorstehende Beschreibung wurde hauptsächlich in Verbindung mit der in Figur 5 (A) dargestellten Ausführungsform gemacht. Sie gilt aber analog auch in Verbindung mit der in Figur 5 (B) dargestellten Ausführung s form.

Bei einem Ausgangswerkstoff, dessen Abmessung 2lox2l0 mm beträgt, einem Aufwickeln zwischen den Walzstufen bei einem Durchmesser von 40 mm und einer Endgeschwindigkeit von 90 m/ Sekunde im zweiten Walzschritt bei einem Enddurchmesser von 5,5 mm, beträgt demnach die Massenflußgeschwindigkeit im ersten Walzschritt etwa 4300 cm³/Sekunde. Wie in Figur 2 bei Punkt 4 gezeigt wird, ist es möglich, die Temperatur abnähme im ersten Walzschritt merklich zu unterdrücken.

L 130008/0754 ^J

Γ Π

Der zweite Walzschritt ist in zwei getrennte Blöcke unterteilt, nämlich eine erste und eine zweite Walzstrecke. Diese Anordnung wird aufgrund der folgenden Überlegungen gewählt. Die Wärmeerzeugung während des Walzens ist sehr hoch infolge der hohen Endgeschwindigkeit beim Walzen von 90 m/Sekunde und die Endtemperatur kann infolge der Energie der plastischen Verformung nur durch Änderung der Kühlbedingungen innerhalb der Walzstrecke nicht.-in befriedigender Weise gesteuert werden. Deshalb wird eine Kühlung in einem Kühltrog zwischen dem ersten und dem zweiten Block durchgeführt, um den Temperaturanstieg während des Walzens im zweiten Block innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs zu begrenzen. Dadurch kann die erwünschte Endtemperatur im Fall einer 2,5 bis 3-fachen

Gesamtdehnung, d.h. mit höchstens 4 Stichen erreicht werden. 15

Kurz gesagt kann durch Steuerung der Ausgangstemperatur des zweiten Walzschritts, durch Kühlung innerhalb des ersten Blocks des zweiten Walzschrittes und durch Kühlung mit dem Kühltrog (nicht gezeigt) zwischen dem ersten und dem zweiten Block die Werkstofftemperatur am Einlaß des zweiten Blocks derart eingestellt werden, daß eine geeignete Kühlung innerhalb des zweiten Blocks erreicht und damit die gewünschte Endtemperatur verwirklicht werden kann.

Beispielsweise beträgt die Werkstofftemperatur beim Walzen eines Stahls mit mittlerem Kohlenstoffgehalt am Einlaß des ersten Walzschrittes etwa 1000°C. In diesem Fall beträgt die Werkstofftemperatur am Ausgang des ersten Walzschrittes ebenfalls etwa 1OOO°C. Der Werkstoff wird jedoch nach dem ersten Walzschritt im Kühltrog auf etwa 800°C abgekühlt, aufgewickelt und danach in den Warmhalteofen verbracht, wo er auf einer Temperatur von etwa 800⁰C gehalten wird.

In diesem Fall beginnt der zweite Walzschritt bei einer Tem-

peratur von etwa 800°C am Einlaß der ersten Walzstrecke des zweiten Walzschritts. Der Werkstoff verläßt diese erste '

^L 130008/075 4 ^J

ORIGINAL

■j Walzstrecke mit einer Temperatur von etwa 1OOO°C. Er wird sodann im Kühltrog, der zwischen der ersten und der zweiten Walzstrecke des zweiten Walzschrittes vorgesehen ist, auf etwa 850⁰C abgekühlt.

In der zweiten Walzstrecke des zweiten Walzschrittes beginnt das Walzen des Werkstoffs bei einer Temperatur von etwa 85O°C und endet ebenfalls bei einer Temperatur von etwa 85O°C . Beim Durchgang durch die zweite Walzstrecke des zweiten WaIz-Schrittes wird der Werkstoff zusätzlich mit einer Wärmeleitfähigkeit α von 10 000 bis 15 000 Kcal/m²ii°C gekühlt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vereinfachung des Aufbaues des ersten

Walzschrittes möglich. Dazu wird ein besonderes Walzwerk verwendet, das ein sehr hohes Dickenverminderungsverhältnis der Querschnittsdimension pro Stich im Vergleich zu herkömmlichen Dickenverminderungsverhältnissen ermöglicht. Ein Beispiel dafür ist ein Walzwerk mit hoher Dickenverminderung, in dem

20 eine Schubkraft ausgeübt wird, die bei dem Werkstoff eine

spezifische Druckbeanspruchung verursacht, die nicht kleiner als das 0,01-fache, jedoch kleiner als das 1,0-fache der Fließspannung des Werkstoffes ist, wenn es von den Walzen ergriffen wird. Der Werkstoff wird von den Walzen bei einem hohen Kontaktwinkel ergriffen, so daß das Walzen mit einem hohen Dickenverminderungsverhältnis durchgeführt wird. Der damit erzielte relative Anstieg der Walzgeschwindigkeit ist auch für die Lebensdauer der Walzen sehr vorteilhaft.

Ferner kann auch ein herkömmliches Dreiwalzen-Planetenwalzgerüst, ein schwenkbares Verformungswalzwerk oder eine ähnliche derartige Vorrichtung verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Walzstäben und-drähten ist in vorteilhafter Weise sowohl auf Stahl mit hohem als auch mit niedrigem Kohlenstoffgehalt anwendbar.

^L 130008/0754 ^J·

co

cn

Cn

cn

Tabelle I

CD CD O CO

Verfahre	nsschritt	Beginn	Größe (Durch messer ynm	Walzge schwindig keit, m/sec	Zahl der Stränge	niedrig gekohlter Stahl	Kühlen	Stahl mit mittlerem C-Gehalt	Kühlen
	Beginn	Ende	2AO X 24o liiin	0,10	1	Durch- schnitts- tempera- tur, ⁰C	leichtes Küh len nur in der letzten Hälfte des	Durch- schnitts- tempera·*- tür/ ⁰C	keine zu sätzliche Kühlung
Erster Walz schritt	Ende	20	18	1	885	warmhalten	980	warmhalten
zwischengeschal tetes Aufwickeln und Aufbewah ren	20	-	-	860	keine zu sätzliche Kühlung	990	zusätzliche Kühlung mit Wärmeleitfähig keit (of) von 15000 Kcal/m²h°C
Zweiter Walz schritt	20	4,5	4	800	800
5,5	60	4	780	780
1100	850

co CD

Leerseite

Claims

NIPPON STEEL CORPORATION
Tokio, Japan
10

" Verfahren zur Herstellung von Walzstäben und -drahten"

Priorität: 23. Juli 1979, Japan, Nr. 92635/79

.

Patentansprüche

aus Stahl 1.) Verfahren zur Herstellung von Walzstäben und -drähten/ aus vierkantigen oder runden Blöcken oder Barren mit großem Durchmesser durch Walzen der Blöcke oder Barren in zwei Walzschritten, dadurch gekennzeichnet, daß man den ersten und den zweiten Walzschritt unabhängig voneinander durchführt, wobei

der erste Walzschritt, der zu einem Zwischenerzeugnis führt, mit einer Massenflußgeschwindigkeit des Werkstoffs vorgenommen wird, die das Walzen des in einem einem bestimmten Formänderungswiderstand des Werkstoffs entsprechenden Temperaturbereich gehaltenen Stahl-Werkstoffs ermöglicht, so daß das Walzen bei dem vorbestimmten Wert des Formänderungswiderstandes durchgeführt wird,

das Zwischenerzeugnis aufgewickelt wird und die Temperatur des Zwischenerzeugnisses zwischen dem ersten und dem zweiten Walzschritt derart gesteuert wird, daß sich am Beginn des zweiten Walzschrittes eine Werkstofftemperatur ergibt, durch die sichergestellt ist, daß der Werkstoff nach

_L 130008/0754

der Beendigung des zweiten WalzSchrittes eine Temperatur aufweist, die in dem Bereich liegt, der vorher für den Beginn der dem zweiten Walzschritt folgenden Wärmebehandlung festgelegt wurde.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den zweiten Walzschritt durchführt, während der Werkstoff abgekühlt wird, und daß die folgende Wärmebehandlung in der Produktionsstrecke ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur am Beginn des zweiten WalzSchrittes im Bereich von 600 bis 900⁰C liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Block oder Barren auf etwa 900⁰C erwärmt, anschließend bei einer Temperatur von etwa 865⁰C +_ 15⁰C mit einer Massenf luß geschwindigkeit von etwa 5700 cm³/Sekunde die erste Walzstufe durchführt, das erhaltene Zwischenerzeugnis abkühlt und aufwickelt, die Temperatur des aufgewickelten Zwischenerzeugnisses auf einem Abv/ickler in einem Warmhalteofen auf etwa 800⁰C einstellt, das Zwischenerzeugnis von dem Abwickler abnimmt und zur zweiten Walzstufe führt, danach in der Produktionsstrecke eine Wärmebehandlung durchführt und den gewalzten

25 Werkstoff nach der zweiten Walzstufe wieder aufwickelt.

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