DE3033500A1

DE3033500A1 - Verfahren zur direkten waermebehandlung von warmgewalztem stahldraht

Info

Publication number: DE3033500A1
Application number: DE19803033500
Authority: DE
Inventors: Jiro Hikari Yamaguchi Tominaga
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1979-09-06
Filing date: 1980-09-05
Publication date: 1981-04-09
Also published as: US4314860A; DE3033500C2; SE448742B; GB2064593B; GB2064593A; SE8006201L

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Wärmebehandlung eines. Stabdrahtes aus Stahl, insbesondere ein Verfahren zur direkten Wärmebehandlung eines warmgewalzten Stahldrahtes unmittelbar im Anschluß an das letzte Walzgerüst eines Warmwalzwerkes unter Ausnutzung der in dem warmgewalzten Draht gespeicherten Wärme.

Bisher werden in Warmwalzwerken hergestellte Stahldrähte aus kohlenstoffreichem Stahl luftpatentiert (nachstehend als LP-Verfahren bezeichnet) oder bleipatentiert (nachstehend als 3P-Verfahren bezeichnet) vor dem Drahtziehen, um die Ziehbarkeit, die Zugfestigkeit und die Zähigkeit zu erhöhen.

Seit kurzem wird eine direkte Wärmebehandlung des warmgewalzten Drahtes vorgenommen, wobei die in dem Draht gespeicherte Wärme, wenn dieser aus dem letzten Walzgerüst des Warmwalzwerkes austritt, vollständig ausgenutzt wird; diese direkte Wärmebehandlung wird nachstehend als DP-Verfahren bezeichnet. Bekanntlich weist der nach dem 3P-Verfahren hergestellte Draht eine hohe Festigkeit sowie eine hohe Zähigkeit auf, und seine Metallstruktur ist vollständig in eine Sorbitstruktur überführt worden; ferner ist die Gleichmäßigkeit des Drahtes über seine Gesamtlänge wesentlich verbessert. Die Qualität der bisher nach dem DP-Verfahren hergestellten Drähte ist gleich der von nach dem LP-Verfahren hergestellten Drähten. Die Drahtqualität von nach dem BP-Verfahren hergestellten Drähten ist jedoch bisher noch nicht erreicht worden.

Um die Festigkeit und die Zähigkeit von nach dem BP-Verfahren hergestellten Drähten mit dem DP-Verfahren zu erreichen,

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Γ . ■ Ί

ist die .Kühlgeschwindigkeit nacn dem Warmwalzen, insbesondere die Kühlung unterhalb Ar₁ besonders wichtig, und eine gesteuerte Kühlung auf eine geeignete Temperatur sollte mit einer geeigneten Kühlgeschwindigkeit von 10 bis 1QO°C/Sekunden in Abhängigkeit von der Güte, der Art und der Größe des Stahlstabes oder Stahldrahtes erfolgen.

Wenn die vorstehend beschriebene, gesteuerte Kühlung unmittelbar nach dem letzten Fertiggerüst des Warmwalzwerkes oder kurz nach dem Kühl führungsrohr erfolgt, hat sich jedoch gezeigt, daß man mit dem bekannten DP-Verfahren nicht die gleiche Drahtqualität wie beim BP-Verfahren erzielt, da die MikroStruktur des Drahtes nach der gesteuerten Kühlung aufgrund der Temperaturdifferenz nicht gleichförmig ist; wie nachstehend näher erläutert, beruht dies auf der Richtung sowohl des Querschnitts als auch der Länge des Drahtes vor dem gesteuerten Abkühlen.

Um die unterschiedliche Struktur des Drahtes nach dem ge-

steuerten Abkühlen zu vermeiden, sollte die Temperatur des Drahtes über seine gesamte Länge gleichförmig sein, wenn .lie gesteuerte Abkühlung bei einer Temperatur „oberhalb Ar. be-

· \ag£_3^EeratU£_oesl_^

ginnt. Maßnahmen zur AufrechterhaltungYDrahtes über saine Länge oberhalb Ar₁ sind beschrieben etwa in der JP-PS 23 215/70,

25 '

der-JP-PS 19 767/71 sowie in der JP-OS 1*»9 8II/78. Die JP-PS 23 215/70 beschreibt die Aufrechterhaltung einer möglichst gleichförmigen .Draht; temperatur durch mehrstufiges Sprühkühlen nach dem Warmwalzen des Drahtes auf einem Richtwalzwerk. Die

Temperaturdifferenz des Drahtes vor dem Richten oder Auf-30

spulen ist Jedoch relativ groß und beträgt bis zu 10 %_f so daß es schwierig ist, eine gleichförmige Temperatur aufrecht zu¹ erhalten, insbesondere da in der jüngsten Vergangenheit Hochgeschwindigkeitswalzwerke vorherrschen.

Obgleich die gleichförmige Temperatur des Drahtes vor dem Richten erreicht werden kann, wird befürchtet, daß die Tempe-

L -I

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r . -..■■..·■ π

raturdlfferenz nach dem Richten am Beginn der gesteuerten Abkühlung auftreten kann. Die JP-PS 19 767/71 sowie die JP-OS 1^9 811/78 beschreiben Versuche zur Förderung des Wachstums von AustenitkriStallkörnern durch Beibehalten oder Erhltzen des Drahtes in der Austenit-Zone, und bei der JP-PS 19 767/71 ist es erforderlich, den Draht auf eine wesentlich höhere Temperatur als Ar^ und insbesondere auf über A,+50⁰C zu erhitzen; dies verursacht übermäßigen Zunder und daher Nachteile beim Entzundern und darüberhinaus eine verschlechterte Oberfläche des Drahtes.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum direkten Wärmebehandeln eines warmgewalzten Stabdrahts (d.h. ein DP-Verfahren) zu schaffen, mit dem eine Drahtqualität erreicht werden kann, die mindestens gleich der ist, die mit dem BP-Verfahren (Bleipatentier-Verfahren) erreicht werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen DP-Verfahren wird ein warmgewalzter Stahldraht bei hoher Temperatur, der aus dem letzten Fertiggerüst des Wa rmw al ζ Werkes austritt, einer gesteuerten Abkühlung unterworfen, wobei die im Draht gespeicherte Wärme ausgenutzt wird. Bei dem erfindungsgemäßen DP-Verfahren erhält man für den warmgewalzten Draht einen Wärmezyklus, bei dem der noch mit hoher Temperatur aus dem Warmwalzwerk, austretende Draht einer gesteuerten Abkühlung unterworfen und dabei die gespeicherte Wärme ausgenutzt und danach der Draht wiedererwärmt wird. Die erhaltene Drahtqualität ist dabei mindestens gleich der von nach dem BP-Verfahren hergestellten Drähten (BP-Drähte). Bei dem Wärmezyklus des erfindungsgemäßen DP-Ve rf ahrens ΐ/ird der noch heiße warmgewalzte Draht auf einer Temperatur unmittelbar oberhalb Ar₁ unter Ausnutzung der gespeicherten Wärme gehalten, danach der gesteuerten Abkühlung unterworfen und danach wieder erwärmt,

so daß man die gleiche Drahtqualität wie beim BP-Verfahren

erhält.

L .·■■■ J

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^Γ π

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Trans formations-Kühlungs-Diagramme, Fig. 2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 ein Diagramm zum Vergleich der Kühlgeschwindigkeit beim erfindungsgemäßen DP-Verfahren sowie beim BPi-Verfahren und

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Wärmezyklus beim erfindungsgemäßen DP-Verfahren.

Bei' dem erfindungsgemäßen DP-Verfahren wird ein noch heißer, warmgewalzter Draht nach dem Warmwalzen einer gesteuerten Abkühlung mit einer Kühlgeschwindigkeit bis zu einer Temperatur von mindestens M unterworfen, um die Sorbitstruktur • zu erhaltenj danach erfolgt eine erneute Erwärmung auf eine Temperatur gleich der Kopftemperatur des ZTT-Diagramms (ZeIt-Temperatur-Transformationsdiagramm) des Drahtes, um diesen zur Gewährleistung der vollständigen Transformation der un~ transformierten Austenit-Struktur in die Sorbitstruktur auf einer Temperatur für einen ausreichend langen Zeitraum zu halten.
25

. In Fig. 1 ist das Transformationsdiagramm von SWRH (harter Stabstahldraht) 82B zusammen mit Kühlkurven dargestellt. Um einen Draht von der gleichen Qualität wie der beim BP-Verfahren zu erhalten, ist es außerordentlich wichtig, den Draht

einer gesteuerten Abkühlung bis zu einer Temperatur unterhalb At^ zu unterwerfen. Beispielsweise sollte der Draht entlang der Linie L abgekühlt und der Kopf des KKT-Diagramms (Transformations diagramm für kontinuierliche Kühlung) gekreuzt werden. Wenn jedoch Fluktuationen oder Variationen beim Ab-

kühlen bis auf Ar₁ auftreten, tritt bei einigen Abschnitten des Drahtes eine erhebliche Zeitdifferenz vor dem Kreuzen des

L J

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Kopfes des KKT-Diagramms auf. Versucht man daher, mit jedem Abschnitt des Drahtes den genannten Kopf zu kreuzen, so tritt am kühlen Teil des Drahtes eine Art "Unterkühlung" auf. Derart unterkühlte Drähte erreichen jedoch nicht die

5 Qualität von BP-Drähten.

Versucht man diese Unterkühlung zu vermeiden, so wird der Abschnitt des Drahtes mit hoher Temperatur, beispielsweise am Punkt C, nicht den genannten Kopf queren, was zur Bildung to einer groben Pearlit-Struktur, die bei hoher Temperatur transformiert wird, führt. Daher erhält man nicht die Festigkeit wie beim BP-Verfahren.

Bei dem erfindungsgemäßen DP-Verfahren wird die umtransformierte Austenit-Struktur in eine feine Sorbitstruktur bei der Kopftemperatur des ZTT-Diagramms (vgl. Kurve A) während eines relativ kurzen Zeitraums transformiert, obwohl der Draht in der vorherigen Bearbeitungsstufe nicht einer relativ starken, gesteuerten Abkühlung unterworfen wird.

Bei der gesteuerten Abkühlung in der ersten Stufe des Diagramms in Fig. 1 von SWRH82B-Draht kann trotz sehr sorgfältiger Abkühlung und Beendigung der Abkühlung oberhalb M_ keine Drahtqualität gleich der beim BP-Verfahren wegen .der Martensit-BiIdung erhalten werden. Wenn beispielsweise die Abkühlung am Punkt b (400⁰C) aufhört, kann der Draht nicht mehr so abgekühlt werden, daß die P»-Linie des ZTT-Diagramms gekreuzt wird, und zwar trotz Luftkühlung (C) oder Beibehalten bel(BJl Wird die Abkühlung am Punkt a (500⁰C) beendet und der Draht unter dieser Temperatur gehalten, so sind nach Ar₁ etwa 20 Sekunden zum Queren der P .,-Linie des ZTT-Diagramms erforderlich, und bei Luftkühlung wird P-. nicht erreicht.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß beim erfindungsgemäßen DP-Verfahren die Wärmebehandlung des Drahtes derart erfolgt, daß er über seinem gesamten Querschnitt und über seine ge-

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samte Länge den Kopf des KKT-Diagramms schneidet, und danach wird der Draht wieder erwärmt, um die P„-Linie des ZTT-Diagramrns zu schneiden; schließlich wird der Draht bei einer bestimmten Temperatur (57O°C in Fig. 1) gehalten, der der Kopftemperatur des ZTT-Diagramms entspricht, um eine vollständige Transformation des untransformierten Austenits in Sorbit zu erreichen.

Wenn gemäß Fig. 1 der heißeste Teil des Drahtes den Kopf des KKT-Diagramms schneidet und den Punkt a erreicht, so hört die gesteuerte Abkühlung auf, und obwohl zu diesem Zeitpunkt der kühlste Teil des Drahtes unterkühlt ist und den Punkt b erreicht, schneiden beide Teile durch Wiedererwärmen gemäß Kurve A gemeinsam die P-.-Linie des ZTT-Dia- · gramms, was die vollständige Transformation in Sorbit bewirkt.

Die gesteuerte Abkühlungsgeschwindigkeit hängt von der Güte und dem Durchmesser des Drahtes ab und beträgt vorzugsweise 45°C/Sekunden für Drähte mit 5,5 mm Durchmesser, 30°C/Sekunden für Drähte mit 9 mm Durchmesser und 20 C/Sekunden für Drähte mit 13 mm Durchmesser bei SWRH82B-Stahldrähten.

Die gesteuerte Abkühlung kann in einem Zeltraum aufhören, der länger ist als die Zeit, während der der heißeste Teil des Drahtes den Kopf des KKT-Diagramms schneidet, und der kürzer ist als die Zeit, bei der der kühlste Teil des Drah- · tes M_ erreicht. Da dies von der chemischen Zusammensetzung des Drahtes sowie dessen Größe abhängt, ist eine vorherige Festlegung möglich. Bei SWRH823-Draht beträgt die Zeit nach Ar^ · 5 bis 12 Sekunden für einen Draht von 5,5 mm Durchmesser, 7 bis 19 Sekunden für 9 mm Durchmesser-Draht und 9. bis 29 Sekunden für 13 mm Durchmesser-Draht. Vorzugsweise sollte jedoch diese Zeit kürzer sein, da relativ viel

Zeit zum Wiedererwärmen erforderlich ist, wenn der Draht

unterkühlt ist. Die Warmhaltezeit für den Draht bei einer

L .J

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Γ Π

Temperatur gleich der Kopftemperatur des ZTT-Diagramms hängt von den Drahtabmessungen ab, wobei meist mehr als 10 Sekunden ausreichend sind.

Man erhält somit die Sorbitstruktur wie bei dem BP-Verfahren durch Wiedererwärmen des Drahtes auf eine Temperatur entsprechend der Kopftemperatur des ZTT-Diagramms. Es muß jedoch befürchtet werden, daß dann, wenn der heißeste Teil des Drahtes die Kopftemperatur des KKT-Diagramms schneidet, sich der kühlste Teil des Drahtes auf unter M„ abkühlt, und zwar in Abhängigkeit von der Güte und der chemischen Zusammensetzung des Drahtes, dessen Abmessungen oder von den Reduzierschritten beim Warmwalzen.

Ein derartiges Beispiel ergibt sich bei Erreichen von Ar., da hier die Variation oder die Fluktuation innerhalb des Drahtes groß oder der Kopf des KKT-Diagramms ziemlich breit ist. Im Rahmen der Erfindung ist dabei herausgefunden worden, daß beim Erreichen von Ar₁, wenn die Temperaturvariation in-

nerhalb des Drahtes mehr als 200⁰C beträgt, der Draht auf einer Temperatur unmittelbar oberhalb Ar. gehalten werden muß. In diesen Fällen ist es besonders vorteilhaft für praktische Anwendungen, die Drahttemperatur in Richtung sowohl des Querschnitts als auch der Länge dadurch gleichförmig zu halten, daß man die Temperatur auf unmittelbar oberhalb Ar,, hält. Es ist jedoch nicht erforderlich, den Draht auf dieser Temperatur zu halten, wenn die Temperaturvariation innerhalb des Drahtes unterhalb 200⁰C oder vorzugsweise unterhalb 100⁰C liegt, wenn die Temperatur des Drahtes Ar₁ er-

³⁰ reicht.

Die vorstehende Warmhaltebehandlung erfolgt in der nachstehenden Weise: Entlang einer Fördereinrichtung, auf der ein endloser Drahtring in nichtkonzentrischer, überlappen-

35

der Form fortschreitet, ist eine Warmhaltezone vorgesehen, in der der Ring auf einer gesteuerten Temperatur gehalten

^L 13001 S/0788 ^J

wird. Wenn sich die Warmhaltetemperatur auf unter Ar. verringert, schreitet während dieses Zeitraums die Transformation des Austenits zu Ferrit + Pearlit fort, so daß sich die gewünschte Sorbit-Struktur nicht bildet. Wenn ferner die Warmhalte temperatur auf über Ar\, steigt, so tritt wiederum ein Temperaturunterschied innerhalb des Drahtes auf,bis die Temperatur Ar₁ erreicht ist, so daß das erfindungsgemäße Ziel nicht erreicht werden kann. Daher ist Ar₁ +50⁰C als oberer Grenzwert bevorzugt.
10

. Die Warmhaltedauer hängt von dem Wärmeübergang oder der Leitfähigkeit des Drahtes ab und wird entsprechend dem Drahtdur chmes se r in der nachstehenden Weise vorzugsweise festgelegt: über 3 Sekunden für einen Draht von 5,5 mm Durchmesser,, über 5 Sekunden für einen Draht von 9 nun Durchmesser und über 7 Sekunden für einen Draht von 13 mm Durchmesser.

Das erfindungsgemäße· Verfahren wird nachstehend mit Bezug auf die in Fig. 2 dargestellte schematische Anordnung näher erläutert.

Ein Stabdraht 12 mit einer Temperatur von etwa 100O⁰C, der aus dem letzten Fertiggerüst 11 eines Warmwalzwerkes austritt, wird auf eine Temperatur oberhalb Ar₁ während mehrerer Sekunden in einem Küh!führungsrohr 13 wassergekühlt und wird auf einer Fördereinrichtung 16 in Form aufeinanderfolgender, nicht konzentrischer, überlappender, loser und kreisförmiger Windungen 17 über eine Treibwalze Ik und eine Ablagehaspel oder Konus 15 abgelegt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Draht

^w 12 für eine so kurze Zeit abgeschreckt, daß die Temperaturvariationen oder -fluktuationen in Richtung des Querschnitts und der Länge des Drahtes zu Temperaturdifferenzen von etwa 100 bis 300⁰C führen. Da ferner überlappende und nichtüberlappende Abschnitte der nichtkonzentrischen Drahtringe auf

der Fördereinrichtung sind, treten auch Temperaturdifferen-

zen zwischen diesen Ringen auf.

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r ■ π

Die obige Temperaturdifferenz auf der Fördereinrichtung ergibt sich dann, wenn der Draht in dem Kühlungsführungsrohr nicht wassergekühlt wird. Wenn in diesem Zustand mit der Temperaturdifferenz die gesteuerte Abkühlung begonnen wird, so kann das Ziel, nämlich die gleiche Drahtqualität wie beim BP-Verfahren zu erzielen, nicht erreicht werden, da die fortschreitende Strukturtransformation in einigen Teilen des Drahtes abweicht und auch eine Strukturvariation auftritt.

Während daher die lose, nichtkonzentrische Drahtspule 17 auf der Fördereinrichtung 16 transportiert wird, wird der Draht 17 durch den Warmhalteofen 18 geführt, um über den gesamten Draht einschließlich Querschnitt und Länge eine gleichförmige Temperatur zu erhalten, die gleich einer Temperatur unmittelbar oberhalb Ar₁ ist. Es kann ein beliebiger Warmhalte ofen l8 verwendet werden, beispielsweise ein Ofen mit einer Haube und einer Heizvorrichtung auf der Fördereinrichtung 16 oder mit einem Salzbad. Wesentlich ist nur, daß der Ofen den Draht auf einer bestimmten Temperatur halten kann. Falls jedoch die Warmhaltetemperatur auf unter Ar₁ fällt, schreitet die Transformation von Austenit zu Ferrit + Pearlit fort, so daß die gewünschte Sorbit-Struktur nicht erhalten werden kann.

Wenn die Temperatur den Wert Ar₁ sehr stark übersteigt, so tritt in dem nachfolgenden, gesteuerten Kühlschritt wieder eine Temperaturdifferenz auf bis der Draht Ar₃ durchläuft, so daß das gewünschte Ziel nicht erreicht werden kann und sich in größerem Umfang Zunder bildet. Dies beeinflußt beim

nächsten Verfahrens schritt die Entzunderung, und die Drahtoberfläche wird ebenfalls verschlechtert; daher ist es bevorzugt, die Drahttemperatur auf einer Temperatur von Ar₁ bis Ar₁ +50⁰C zu halten. Die bevorzugte Warmhaltedauer ist

vorstehend erwähnt. 35

Nachdem die Drahttemperatur auf einen Wert unmittelbar ober-

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Γ "- ■ Π

halb Ar₁ eingestellt worden ist, wird der Draht in ein Salzbad 19 mit geringer Temperatur eingetaucht, um die gesteuerte Abkühlung mit einer Kühigeschwind.igkeit durchzuführen, die durch die Güte und die Abmessungen des Stahldrahtes bestimmt

5 wird.

Folgende Gründe sind für die Verwendung des Salzbades maßgebend: Da die Temperatur des Salzbades auf über M_ gehalten wird, kann sich kein Martensit bilden (das beim Queren von M_ auftritt), und zwar selbst dann nicht, wenn die Kühlungsdauer zu lange sein sollte. Durch Eintauchen in ein Bad mit einer Temperatur über M_ erhält man eine Kühlgeschwindigkeit gleich der bei dem BP-Verfahren.

Beim Abschrecken mittels Druckluft und versprühtem Wasser oder nur mittels versprühtem Wasser und falls die Abkühlung des Drahtes mit einer Geschwindigkeit gleich der beim BP-Verfahren erfolgt, ist es schwierig, die Kühlung oberhalb M_a, bei der Martensit gebildet wird, sicher zu beenden.

Die gewünschte Kühlgeschwindigkeit zur Erzielung der Sorbit-Struktur entsprechend der bei dem BP-Verfahren hängt von der Güte und den Abmessungen des Drahtes ab und ist vorstehend erläutert. Um die obige Kühigeschwindigkeit in dem Salzbad 19 zu erreichen, wird vorzugsweise ein Salz mit relativ großer Wärmeleitfähigkeit, wie Nitrate, verwendet, und der Draht wird in ein Salz mit wesentlich geringerer Temperatur als der des Bleibades bei dem BP-Verfahren eingetaucht. Die Temperatur des Salzes liegt vorzugsweise über M , jedoch vorzugsweise unterhalb 550°C. Wenn der Draht in das Salzbad mit einer Temperatur unterhalb M eingetaucht wird, kann sich Martensit bilden. Wenn jedoch im Gegensatz hierzu die Temperatur über 55O⁰C liegt» kann die gewünschte Sorbit-Struktur nicht erhalten werden, da die Kühlgeschwindigkeit bei der Güte und den Abmessungen des verwendeten Drahtes r« lativ gering ist. Wenn ferner das Salz in dem Salzbad mit

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niedriger Temperatur umgerührt wird, kann die gewünschte Kühlgeschwindigkeit leichter erreicht werden.

10

15

Fig. 3 zeigt beispielhaft das Kühldiagranun eines SWRH62B-Drahtes von 5,5 mm Durchmesser bei 75O°C, der in ein Schmelz· bad aus Natriumnitrat im Vergleich zu einem Blei (Pb)-Bad eingetaucht wird. In Fig. 3 bezieht sich die Kurve a auf das Salz mit 55O°C, b auf das Blei-Bad von 55O°C und c bis e auf das Salz mit 45O⁰C, 400⁰C bzw. 35O⁰C.

Tabelle I zeigt die mittlere Kühlgeschwindigkeit unmittelbar vor Beginn der Pearlit-Transformation in Verbindung mit Drähten von 5»5 und 13 mm Durchmesser aus einem Stahl gleicher Güte.

Tabelle I

20 25

	Badtemperatur	⁰C	5,5 mn 0(°C/sec)	1,3 ram 0{°C/sec)
	550		46	16
	450		60	22
Salz	400		73	25
	350		80	32
Pb	550		80	28

Aus Tabelle I und Fig. 3 ergibt sich, daß die Kühlgeschwindigkeit gleich der bei dem BP-Verfahren durch Eintauchen des Drahtes in das Salzbad erreicht werden kann. Nach dem Eintauchen des Drahtes in das Salzbad 19 mit niedriger Temperatur wird der Draht erneut in ein Salzbad 20 mit hoher Temperatur eingetaucht. Wie vorstehend ausgeführt, wird in der Verfahrensstufe, in der die Sorbit-Struktur durch Eintauchen des Drahtes in das Salzbad 19 mit niedriger Tempera-

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_j

r ■ ■ ι

tür und durch Abkühlen mit einer gewünschten Kühlgeschwindigkeit gebildet wird, das untransformierte Austenit noch beibehalten. Der Draht wird so in das Salzbad mit niedriger Temperatur während'eines längeren Zeitraums eingetaucht, um eine vollständige Transformation zu gewährleisten, jedoch wird kein Martensit gebildet; dagegen wird in diesem Teil die Bainit-Struktur gebildet, so daß ein Draht mit der gleichen Güte wie beim BP-Verfahren nicht erhalten werden kann.
10

Obwohl jedoch ein Draht mit einer Qualität etwa gleich der beim BP-Verfahren erhalten werden kann, würde jedoch'die Gesamtlänge der Produktionsstrecke in wirtschaftlich nachteiliger Weise sehr groß werden, da für den Tauchvorgang ein sehr langer Zeitraum erforderlich wäre. Daher wird der Draht in das Salzbad 19 mit niedriger Temperatur eingetaucht, um mit einer gewünschten Kühlgeschwindigkeit zu kühlen, so daß die Kopftemperatur des KKT-Diagramms gekreuzt wird; danach erfolgt erneut ein Eintauchen in das Salzbad mit hoher Temperatur, um den Draht wieder auf eine Temperatur gleich der Kopftemperatur des ZTT-Diagramms zu erwärmen, um in kurzer Zeit eine vollständige Umwandlung des un-' transformierten Austenits zu erzielen und damit die gesamte Sorbit-Struktur zu erhalten. Die Temperatur des Salzbades 20 (mit hoher Temperatur) liegt vorzugsweise auf einem Wert gleich der Kopftemperatur des ZTT-Diagramms und liegt im Bereich von 500 bis 6OQ⁰C in Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung des Drahtstahls. Die Warmhaltedauer hängt von der Wärmeleitfähigkeit des Drahtes ab und damit auch

von dessen Durchmesser. Die Warmhaltedauer beträgt vorzugsweise über 10 Sekunden. Bei dieser Behandlung ist es vorteilhaft, den Draht in ein Salzschmelzbad einzutauchen, da er zum Kreuzen der P--Linie im ZTT-Diagramm in einem kurzen Zeitraum auf eine hohe Temperatur erhitzt werden muß

aber dabei nicht überhitzt werden darf. Wenn beispielsweise ein gasbefeuerter Ofen oder ein Ofen mit Widerstandsheizung

L-

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verwendet wird, so ist zur Erhöhung der Temperatur eine relativ lange Zeit erforderlich oder es besteht die Gefahr der Überhitzung des Drahtes, so daß die gewünschte Struktur nicht erreicht werden kann. Derartige öfen sind daher weniger ef-

⁵ wünscht.

Nach dem Verlassen des Salzbades 20 wird der Draht in einen Waschbehälter 21 eingetaucht, um das anhaftende Salz abzuwaschen und zu entfernen. Nach Sicherstellung der vollständlgen Transformation in dem Salzbad 20 mit hoher Temperatur kann der Draht im Freien abgekühlt werden, da nicht die Gefahr der Bildung von Martensit besteht. Wenn jedoch anhaftendes Salz verblieben ist, so führt dies zu Rost und Korrosion. Daher wird der Draht gewaschen und das Salz zurückge-

wonnen. Das Waschen und Reinigen erfolgt durch Besprühen des Drahtes mit Wasser von oben und unten auf den Transportwalzen und gegebenenfalls durch die kombinierte Verwendung eines Waschbehälters 21 sowie durch Besprühen mit Wasser zusätzlich zum Eintauchen des Drahtes in den Waschbehälter

21 gemäß Fig. 2. Der so gewaschene und gereinigte Draht wird

in einem Sammelbehälter 22 aufgesammelt.

Ausführungsbeispiele sind nachstehend näher erläutert. Beispiele für verschiedene Wärmebehandlungen gemäß Tabelle III 25

mit hartem Stahl draht SWRH62B, 72B und 82B mit der chemischen Zusammensetzung gemäß Tabelle II und 5,5 bis 12,7 mm Durchmesser sind in den Tabellen IV und V aufgeführt. Eine erfindungsgemäße Wärmebehandlung D ist in Fig. 4 dargestellt: Der

schraffierte Teil ist der Bereich der Variationen oder Fluk-30

tuationen zwischen lokalen Drahtabschnitten; 1 bedeutet Warmhalten unmittelbar oberhalb Ar₁, 2 = gesteuerte Abkühlung und 3 = Warmhalten bei der Kopftemperatur des ZTT-Diagramms.

L _]

1 30015/0788

10

25 30 35

- 17 Tabelle II

ο,

C

ο,

Si

Probe

O

(Gew.

"%

)

P

0

S

Stahl

ο,

63

ο,

25

O

VSn

,015

0

,009

SWRH62B

ο,

72

ο,

28

O

,48

O

,018

0

,012

SWRH72B

81

29

,81

O

,013

,008

SWRH82B

,79

O

' Tabelle III (Wärmebehandlung)

Wärmebehandlung	Warmhalten oberhalb Ar₁ durchgeführt?	Gesteuerte Abkühlung durchgeführt?	Isotherme Transforma tion, durch geführt?
A (DP nach Stand der Technik)	nein	Ja	nein
B (Vergleichs- be!spiel)	Ja	Ja	nein
C (Vergleichs- beispiel)	nein (Temperatur differenz 200⁰C)	Ja	Ja ·
D₁ (Erfin- dung)	nein (Temperatur differenz 100⁰C)	Ja	Ja
D₂ (Erfin dung)	Ja	Ja	Ja

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ω cn

Tabelle IV

Stahl Draht-Durch messer (mm)	Abkühlung unterer Grenz wert (⁰C)	Isotherme Transformation	Größte Zug festigkeit (kg/mm^)	Flächen- reduktion *i%)*	An merkung
SWR 5,5 0 H62A	400	Temp. Zeit (⁰C) (Sek.)	1O7~115	50^59	+
SWR 5,5 0 H82B	400	550 15	100^117	35-50	+1
SWR 13 0 H82B	LP	-	1O8~113	51 — 58
400		126^134	42/^47	+
400	550 15	1OO~129	0/^4 3	+1
500	-	124~135	35^47	+ 2
LP	-	125^133	42/^49
400		12O~127	36^45	+
400	550 20	115~13O	25^40	+ 2
-	119-<L25	37^45
BP-Vergleichsdraht

Anmerkungen: + +1 +2

Erfindungsgemäße Sorbit-Struktur

Gemischte Martensit-Struktur vorhanden

Etwas gemischte Martensit-Struktur vorhanden,

CO

CO cn O O

to cn

IO

cn ο

Tabelle V — Mechanische Eigenschaften und Struktur

cn

ω ο ο

ο ~j co

Stahl (SWR)	Drahtdurch messer (mm)	Muster	Höchste Zug festigkeit (k.g/mnr)	R	•Flächen reduktion	R	Struktur
H62A	5,5	A	X	33	X	35	Variation für jede Probe, wie Pearlit, Sorbit und Martensit
H72B	5,5	B	105	12	30	15	Hauptsächlich Sorbit, beigemischtes Mikro- martensit und Bainit
C	113		5¹I	18	Variation für jede Probe, wie getempertes Martensit, Pearlit und Sorbit
^Dl	109	9	50	10	Hauptsächlich Sorbit, etwas Variation
^D2	in	7	52	6	Hauptsächlich Sorbit
LP	111	5	54	7	Hauptsächlich Sorbit
A	109	32	55	45	Variation, wie Pearlit, Sorbit und Martensit
B	109	15	31	20	Hauptsächlich Sorbit, relativ viel Mikro- martensit
C	118	15	50	17	Variation, wie Pearlit, Sorbit und getemper tes Martensit
^Dl	121	8	48	11	Hauptsächlich Sorbit, etwas Variation
^D2	122	5	51	7	Hauptsächlich Sorbit
LP	123	6	53	7	Hauptsächlich Sorbit
122	52

cn

ro ο

Tabelle V - Fortsetzung

CD O

OT -ν. O ■^3 OO OO

Stahl (SWR)	Drahtdurch messer (mm)	Muster	Höchste Zug festigkeit (kg/mm²)	R	Flächen reduktion	R	Struktur
H82B	13	A	X	38	1	40	Variation, wie Pearlit, Sorbit und Martensit
B	103	21	25	28	Hauptsächlich Sorbit, einschließlich Mikro- martensit
C	124	23	35	22	Variation, wie Pearlit, Sorbit und getemper tes Martensit
^Dl	120	9	34	10	Hauptsächlich Sorbit, etwas Variation
• ^D2	122	7	39	9	Hauptsächlich Sorbit
LP	123	6	41	7	Hauptsächlich Sorbit
122	39

„ I

CD CO

CO

cn ο

Wie sich aus den Tabellen IV und V ergibt, kann ein Draht der ' gleichen Qualität wie der nach dem bekannten BP -Verfahren hergestellte Draht insbesondere mit den Ausführungsformen D^ und D₂ gemäß der Erfindung hergestellt werden. Bei Anwendung des Verfahrens B, bei dem die Kopftemperatur im ZTT-Diagramm nicht beibehalten wird, erhält man einen Draht mit beigemischtem Martensit, d.h. man erhält nicht die Drahtqualität wie bei dem BP-Verfahren. Bei Anwendung des A-Verfahrens, bei dem die Kopftemperatur des ZTT-Diagramms nicht beibehalten wird, besteht die Struktur des Drahtes aus einem Gemisch von Pearllt, . Sorbit und Martensit, und darüberhinaus bestehen in vielen Abschnitten des.Drahtes starke Fluktuationen und Variationen.

L ■ '

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Claims

VOSSIUS ■ VOSSlUS TAUCHNER :· H.fcUNtMANH:· RAUH

PAT ε NTA N WA LT-K

SIEB ERTSTR ASSE 4. · 8OOO MÜNCHEN 86 · PHONE: (Ο8Θ) 47+O7f CAELE: BENZOLRATENT MÖNCHEN · TELEX B-ESS 453 VOPAT

5 u.Z.: P 787 (He/ko) 5. September 1980

Case; 104-N

NIPPON STEEL CORPORATION

Tokio, Japan
10

" Verfahren zur direkten Wärmebehandlung von warmgewalztem Stahldraht "

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Priorität: 6. September 1979, Japan, Nr. 113562/79

7, September 1979, Japan, Nr. 114894/79 10. September 1979, Japan, Nr. 115938/79

Patentansprüche

25 1. Verfahren zur direkten Wärmebehandlung von warmgewalztem Stahldraht unmittelbar nach dem letzten Fertiggerüst eines Warmwalzwerkes für Stabdraht, gekenn ζ ei chne t durch die folgenden Verfahrensschritte:

30 a) Kontrolliertes Abkühlen des Stabdrahts auf eine Temperatur nicht unterhalb M„ mit einer solchen Kühigeschwindigkeit, daß in dem Stabdraht· eine Sorbitstruktur aus gebt 1-·. ■ det wird, wobei die in dem Stabdraht beim Austritt aus dem letzten Fertiggerüst des Warmwalzwerkes verbliebene Wärme

35 verwendet wird,

b) erneutes Erhitzen des Drahtes auf eine Temperatur im we-

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* sentlichen gleich der Kopftemperatur Im Zeit-Temperatur-

Trans formations diagramm des Drahtes und

c) Beibehalten dieser Temperatur des Drahtes für einen ausreichenden Zeitraum, um eine im wesentlichen vollständige Transformation der untransformierten Austenit-Struktur in

die Sorbitstruktur sicherzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Verfahrensschritt a) die gesteuerte Abkühlung auf eine Temperatur von M. bis 55O°C erfolgt und daß danach der Draht

auf 500 bis 600 C wiedererhitzt wird.
3» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Abkühlung in einem Temperaturbereich während eines Zeitraums erfolgt, der über dem Zeitraum liegt, während dem der heißeste Teil des warmgewalzten Drahtes den Kopf des Transformationsdiagramms für kontinuierliche Kühlung (KKT-Diagramm) quert, und der geringer ist als der Zeitraum, in dem der kühlste Teil des warmgewalzten Drahtes M_ erreicht ^s
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen der höchsten und der niedrigsten Temperatur des warmgewalzten Drahtes beim gesteuerten Abkühlen unter 200⁰C liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des warmgewalzten Drahtes durch Ausnutzung von dessen gespeicherter Wärme im Bereich

von Ar₄ bis Ar₄+ 50⁰C gehalten wird. 30 11

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:

a) Einführen des warmgewalzten Drahtes in einen Warmhalteofen, um den Draht bei einer Temperatur im Bereich von Ar.,

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bis Ar₁+ 50 C zu halten,
b) Einführen des Drahtes in ein Salzbad zum kontrollierten

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1 Abkühlen, dessen Temperatur im Bereich von M_g bis550⁰C ge

halten wird,

c) Einführen des Drahtes in ein Salzbad zum Wiedererwärmen,
dessen Temperatur im Bereich von 500 bis 60O⁰C gehalten

5 wird, und

d) Abwaschen des so behandelten Drahtes.

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