DE3339593A1

DE3339593A1 - Verfahren zur herstellung von halbzeug aus einem rostfreien austenitischen oder martensitischen stahl

Info

Publication number: DE3339593A1
Application number: DE19833339593
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. Birmenstorf Rydstad
Original assignee: Brown Boveri und Cie AG Germany; BBC Brown Boveri AG Germany
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 1983-11-02
Filing date: 1983-11-02
Publication date: 1985-05-15
Also published as: EP0144694A2; EP0144694A3

Description

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31.10.83

Br/dh

Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus einem rostfreien austenitischen oder martensitischen Stahl

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus einem rostfreien austenitischen oder martensitischen Stahl nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Rostfreie austenitische und vor allem martensitische Stähle werden zwecks Verbesserung ihres Korrosionsverhaltens bzw. ihrer mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Festigkeit bevorzugt einer Wärmebehandlung unterzogen. Dies gilt vor allem für Halbzeug und insbesondere für Walzmaterial.

Die Wärmebehandlung besteht im allgemeinen in einem Lösungsglühen des Werkstücks und in einem anschliessenden Abschrecken in Wasser. Dies geschieht aus verschiedenen Gründen bei Walzmaterial in herkömmlicher Weise durch eine separate Wärmebehandlung nach dem letzten Warmwalzstich.

Für ein direktes Abschrecken aus der Walzhitze wäre meistens die Abkühlungsgeschwindigkeit zu niedrig.

Für die wirtschaftliche Herstellung von gewissem Halbzeug in grösseren Mengen kommt vornehmlich die Fliessfertigung in

-je- H

Frage. Zu diesem Zweck sind entsprechende Durchlaufverfahren und die zugehörigen Anlagen entwickelt worden (siehe z.B. Georg Mesbert, "Die Abschreckung von Rohren und Stäben im Durchlauf bei der Wärmebehandlung von Stahl", Stahl und Eisen 101, 16. November 1981, S. 1419-1425).

Die bekannten herkömmlichen Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von austenitischen und martensitischen Stählen sind vergleichsweise zeitraubend und umständlich und erfordern umfangreiche Anlagen. Es besteht daher ein Bedürfnis zur Weiterentwicklung und Vereinfachung dieser Verfahren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung von Halbzeug, insbesondere Walzmaterial aus einem austenitischen oder martensitischen Stahl in kontinuierlicher, einfacher und kostengünstiger Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur

Durchführung des Verfahrens mit dem entsprechenden Temperaturschaubild der Wärmebehandlung,

Fig. 2 ein Diagramm des Temperaturverlaufs des Verfahrens in Funktion der Zeit für einen austenitischen Stahl,

Fig. 3 ein Diagramm des Temperaturverlaufs des Verfahrens in Funktion der Zeit für einen martensitischen Stahl.

In Fig. 1 ist der Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung eines Durchlaufverfahrens für Walzgut mit entsprechendem TemperaturechaubiId der Warmbehandlung dargestellt. 1 ist das Werkstück (Walzgut), das sich den Pfeilen gemäss von links nach rechts bewegt. 2 sind jeweils paarweise angeordnete Walzen des Walzgerüstes, wobei einzelne oder alle Walzen 2 mit einer Walzenheizung 3 ausgerüstet sein können. Die Umdrehungsrichtung der Walzen 2 ist durch Pfeile angedeutet. 4 sind Zweifarben-Pyrometer zur Erfassung der Temperatur an verschiedenen Orten des Walzprozesses , insbesondere zur Bestimmung der Walzendtemperatur. 5 ist eine aus mehreren Einzelspulen aufgebaute induktive Heizung für das Werkstück. 6 stellt einen Wasserbehälter und 7 die dazugehörigen, in geeigneter Weise angeordneten Abschreckbrausen für das Werkstück 1 dar. Je nach Querschnittsform und Profil des Werkstücks 1 können die Abschreckbrausen 7 im Querschnitt gesehen in Form eines Ringes (z.B. für ein rundes oder quadratisches Werkstück) oder paarweise mit zur Vorsehubrichtung geneigten Wasserstrahlen (z.B. für ein flaches, band- oder plattenförmiges Werkstück 1) angeordnet sein. 8 ist ein Regler zur Regulierung der Heizleistung (für jede Induktionsspule individuell) von 5 und des Wasserzu- bzw. Abflusses von 6 und 7, In diesem Regler 8 werden als Kenngrössen ausser der über 4 gemessenen Temperaturen T, ... T die Dimensionen des Werkstücks 1 und die Endwalzgeschwindigkeit sowie ein zuvor ausgewähltes, vom zu behandelnden Werkstoff abhängiges zuvor aufgrund von Tabellen errechnetes Programm mittels Steuergerät 9 eingegeben.

- If -C 130/85

Der Temperaturverlauf T des Werkstücks 1 in Funktion seines Ortes (Weges) s ist im unteren Teil der Figur 1 dargestellt, a ist die untere Grenze der erforderlichen Abschrecktemperatur für das jeweilige Werkstück 1, die sich nach Form, Dimension und Werkstoff richtet, b zeigt den Temperaturverlauf für den Fall hoher Walzendtemperatur, bei der keine zusätzliche Aufheizung des Werkstücks 1 erforderlich ist. Kurve c gilt, wenn die Walzendtemperatur für ein unmittelbares Abschrecken zu tief liegt (Regelfall) und das Werkstück 1 mittels Heizung 5 zusätzlich wieder aufgeheizt werden muss, d stellt den Temperaturverlauf dar, den das Werkstück 1 annimmt, wenn durch die Walzenheizung 3 bewirkt wird, dass eine vorzeitige Abkühlung weitgehend unterbunden wird. Die Walztemperatur nimmt dann über den ganzen Verlauf des Prozesses einen mittleren, annähernd konstanten Wert an, welcher über den ganzen Querschnitt des Werkstücks genügend hoch oberhalb a liegt, um eine optimale Gefügeausbildung nach dem Abschrecken zu gewährleisten.

In Fig. 2 ist ein Diagramm des Temperaturverlaufs des Verfahrens in Funktion der Zeit für ein Werkstück 1 aus einem austenitischen Stahl dargestellt. Kurve e stellt die Temperatur T ( C) des Werkstückes 1 in Funktion der Zeit t (see) dar. Die Walzendtemperatur nach dem letzten Walzstich beträgt 900°C, die Abschrecktemperatur 1070°C.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm des Temperaturverlaufs des Verfahrens in Funktion der Zeit für ein Werkstück 1 aus einem martensitischen Stahl. Kurve f stellt die Temperatur T (⁰C) des Werkstückes 1 in Funktion der Zeit t (see) dar. Die Walzendtemperatur nach dem letzten Walzstich beträgt 900 C, die Abschrecktemperatur 1000⁰C.

-JtT-ψ 130/83

Siehe Fig. 1 und Fig. 2!

Aus einem rostfreien austenitischen Stahl wurde in mehreren Stichen nach dem Durchlaufverfahren ein Werkstück 1 mit einem rechteckigen Endquerschnitt von 15 mm χ 40 mm warmgewalzt. Der Werkstoff hatte die nachfolgende Zusammensetzung:

C = 0,05 Gew.-%

Cr = 17,2 Gew.-%

Ni = 11,1 Gew.-%

Mo = 2,7 Gew.-%

Fe = Rest

Das Warmwalzen sowie die Weiterbehandlung erfolgte in einer gemäss Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung entsprechend Kurve c. Die Walztemperatur fiel sukzessive von anfangs 1200⁰C auf 900⁰C nach dem letzten Stich ab (ungefähr Eintrittstemperatur in den mit induktiver Heizung 5 versehenen Ofen). Das Werkstück 1 wurde nun mittels induktiver Heizung 5 innert 20 see auf eine Temperatur von 1070 C aufgeheizt und anschliessend sofort mittels Vorrichtung 6/7 mit Wasser abgeschreckt (Vergl. Kurve e in Fig. 2) , Die mittlere Korngrösse des fertig behandelten Walzgutes betrug 10 bis 20 um und seine durchschnittliche Vickershärte 175 Einheiten (entsprechend einer errechneten Zugfestigkeit von ca. 560 MPa).

Bei der Durchführung des Verfahrens wurden die Werkstoffwerte des Stahles sowie die Dimensionen des Werkstückes in das Steuergerät 9 eingegeben und die Temperaturen mittels Pyrometer 4 überwacht. Aufgrund von berechneten Tabellen ^O und Funktionen wurde dann die erforderliche Leistung der Heizung 5 automatisch bestimmt und mittels Regler 8 einge-

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stellt. Desgleichen die Betriebsparameter für das Abschrecken (Wasserbehälter 6 und Abschreckbrausen 7).

Ausführungsbeisßiel_Il£

Siehe Fig. 1 und Fig. 3!

Aus einem rostfreien martensitischen Stahl wurde in mehreren Stichen nach dem Durchlaufverfahren ein Werkstück 1 mit einem rechteckigen Endquerschnitt von 15 mm χ 40 mm warmgewalzt. Der Werkstoff hatte die nachfolgende Zusammensetzung:

C	0,20	Gew
Cr	13	Gew
Ni	0,5	Gew
Fe	Rest

Die Verarbeitung dieser Legierung erfolgte gemäss Vorrichtung nach Fig. 1 und entsprechend Kurve c dieser Figur. Dabei betrug die Walzendtemperatur am Schluss des letzten Stiches 900 C. Die Weiterverarbeitung wurde gemäss Kurve f, Fig. 3 vorgenommen. Danach wurde das Werkstück 1 mittels induktiver Heizung 5 innert 12 see. auf eine Temperatur von 1000 C erwärmt und dann sofort mittels Wasser abgeschreckt. Daraufhin wurde das Werkstück 1 zwecks Anlassen in konventioneller Weise nochmals auf 570 C erwärmt und dann an Luft abgekühlt. Der fertig behandelte Stahl wies eine Zugfestigkeit von ca. 990 MPa auf.

Alle detaillierten Verfahrensschritte wurden nach dem gleichen, unter Beispiel I geschildeten Prinzip durchgeführt.

Die Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt. Nach dem vorgenannten Verfahren lassen sich die meisten korro-

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sionsbeständigen austenitischen, martensitischen und ferritischen Stähle behandeln. Darunter fallen insbeson dere folgende austenitische Klassen:

C ^ 0,1 Gew.-%

Cr = 16 bis 25 Gew.-%

Ni = 8 bis 26 Gew.-%

Mo = 0 bis 6 Gew.-%

Fe = Rest

Ferner fallen u.a. folgende ferritischen bzw. martensitisehen Stähle unter die genannten Klassen:

C=O bis 1 Gew.-% Cr = 13 bis 17 Gew.-% Mo = 0 bis 1 Gew.-% Ni = 0 bis 5 Gew.-% Fe = Rest

Unter gewissen Umständen lässt sich das Verfahren auch derart durchführen, dass die letzten Walzstiche bei einer Temperatur erfolgen, welche genügend hoch liegt, um das Werkstück 1 nach dem letzten Stich ohne zusätzliche Erwärmung aus der Lösungsglühtemperatur direkt abzuschrecken (Kurve b in Fig. 1).

Die induktive Heizung 5 kann grundsätzlich in einem Durchlaufe oder Halteofen untergebracht sein.

Das Verfahren lässt sich prinzipiell auch unter Ausnutzung einer mindestens für die letzte Phase des Walzprozesses vorgesehenen Walzenheizung 3 gemäss Kurve d (siehe Fig. 1) durchführen. In diesem Falle wird die Walzenheizung 3 ebenfalls durch die Geräte 8 und 9 gesteuert oder separat

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überwacht. Die Walzendtemperatur entspricht dann ungefähr der Abschrecktemperatur (im vorliegenden Fall ca. 1000 bis HOO⁰C) .

Die gemäss Fig. 3 nach dem Anlassen durchgeführte Luftabkühlung des Werkstückes 1 kann gegebenenfalls in herkömmlicher Weise auch durch eine Wasserabkühlung ersetzt werden.

Es ist darauf zu achten, dass die Verformung während des Walzprozesses genügend hoch ist, damit eine vollständige Rekristallisation des Walzgutes gewährleistet wird. Im allgemeinen soll der Verformungsgrad B mindestens 0,8 betragen. Dabei ist β wie folgt definiert:

A
^Af

A = Querschnittsfläche des Werkstücks ο

vor der Umformung

A_f = Querschnittsflache des Werkstücks

nach der Umformung.

Das neue Verfahren zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

Keine zusätzliche Wärmebehandlung. ~ Keine zusätzliche Handhabung mit den

entsprechenden Umtrieben wie Transport,

Lagerung etc.

Geringerer Verzug des Walzgutes. - Kürzere Durchlaufzeit in der Produktion. - Vereinfachter, automatischer Ablauf des

Verfahrens.

AA - Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus einem rostfreien austenitischen oder martensitischen Stahl, ausgehend von gewalztem Vormaterial, wobei das Werkstück (1) einem weiteren Walzprozess sowie einer eine Lösungsglühung und anschliessende Wasserabschreckung beinhaltenden Wärmebehandlung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die letzten in einer Hitze durchgeführten Walzstiche einen Verformungsgrad B von mindestens 0,8 aufweisen, dass die Lösungsglühung in einer Hitze nach dem letzten Walzstich durchgeführt und das Werkstück (1) ohne weitere Zusatzbehandlung von der Lösungsglühtemperatur direkt in Wasser abgeschreckt wird, wobei die Temperatur T₁ ... T des Werkstücks (1) mit Pyrometern (4) überwacht und alle massgebenden Betriebsgrössen von einem Steuergerät (9) über einen Regler (8) beeinflusst werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die letzten Walzstiche bei einer Temperatur durchgeführt werden, welche genügend hoch liegt, um das Werkstück (1) nach dem letzten Stich ohne zusätzliche Erwärmung aus der Lösungsglühtemperatur direkt abzuschrecken, wobei die Geschwindigkeit der Walzen (2) und die Wirkung der von einem Wasserbehälter (6) gespeisten Abschreckbrausen (7) aufeinander abgestimmt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) nach dem letzten Stich in einem Durch-.lauf- oder Halteofen mit induktiver Heizung (5) auf eine über den Querschnitt konstante Lösungsglühtemperatur gebracht und danach in Wasser abgeschreckt wird.

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Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) mittels einer Walzenheizung (3) mindestens während der letzten Phase des Walzprozesses auf annähernd konstanter, der Losungsglühung entsprechenden Temperatur gehalten und von hier aus direkt mit Wasser abgeschreckt wird.