DE3625430C2

DE3625430C2 -

Info

Publication number: DE3625430C2
Application number: DE3625430A
Authority: DE
Inventors: Giovanni Turin/Torino It Baralis; Fabio Rom/Roma It Guglielmi; Giovanni Turin/Torino It Lanfranco
Original assignee: Centro Sviluppo Materiali SpA
Current assignee: Centro Sviluppo Materiali SpA
Priority date: 1985-08-01
Filing date: 1986-07-28
Publication date: 1989-07-20
Also published as: LU86530A1; FR2585726A1; ES2000066A6; IT8548439A0; DE3625430A1; GB8617788D0; NL8601968A; BE905204A; US4755233A; GB2179575A; IT1200101B; FR2585726B1; GB2179575B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung austenitischer und ferritischer nichtrostender Walzstahl drähte.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Anwendung des Verfahrens auf austenitischen rostfreien Walzstahldraht für die Her stellung von Federn.

Ein solches Verfahren ist bekannt durch die japanische Patentanmeldung 56-166335. Beschrieben ist dort die Behandlung eines ferritischen rostfreien Walzstahldrahtes nach dem Walzen. Das Material wird gewalzt und wenigstens 5 Minuten lang bei 740-820°C gehalten. Es schließt sich eine Wasser kühlung an. Es wird ausgeführt, daß ein Halten von 8 bis 10 Minuten bzw. eine längere Zeitdauer unbedingt vermieden werden müssen. Zweck der Behandlung ist es, eine vollständige Bildung von Carbiden einschließlich des Chroms vom M₂₃C₆-Typ zu ermöglichen, um die dIffusion des Chroms gegen die ver armten Stellen zu ermöglichen und ein Ausscheiden der Carbide des M₇C₃-Typs zu verhindern, die sich um 600°C bilden, einer Temperatur, bei der die Diffusion des Chroms beginnt, unzu reichend schnell abzulaufen.

Andererseits betrifft die DE-OS 28 24 393 einen austenitischen nichtrostenden Walzstahl draht, der fertiggewalzt und auf 700-750°C gekühlt und dann in sofort gesteuerter Kühlung in Luft und/oder Wasser ausge setzt wird, so daß ein Kornwachstum verhindert wird, welches die mechanische Festigkeit des Drahtes vermindern würde. Luftkühlung wird angewandt, wenn man wünscht, daß eine übermäßige Härtung des Drahtes vermieden wird.

Die nicht geprüfte japanische Patentanmeldung 80-164036 betrifft austenitischen nicht rostenden Walzstahldraht. Die Fertigwalztemperatur sollte oberhalb 1000°C liegen. Anschließend wird das Material zwangsgekühlt bis unter 500°C, um Kornwachstum zu verhindern.

Im praktischen üblichen Behandlungsverfahren nach dem Walzen wird rostfreier Stahldraht einer ungesteuerten Kühlung in Luft bis auf Zimmertemperatur ausgesetzt; dann wird auf hohe Temperatur erwärmt, 30-120 Minuten bei maximaler Ausgleichs temperatur gehalten und dann wird Wasser gekühlt. Hierbei ist die Beobachtung interessant, daß, während diese Behandlung ein Hochqualitätsprodukt sicherstellt, sie sehr langwierig ist und große Energiemengen verbraucht und darüber hinaus zu einem Produkt führt, dessen Qualität beachtlich höher ist als das, was tatsächlich für die nachfolgenden Behandlungen oder das gewünschte Endprodukt überhaupt notwendig ist. Die oben diskutierten vereinfachenden Maßnahmen berücksichtigen nur eine Anforderung an das Endprodukt, sie sind sämtlich unterschiedlich zueinander.

Aus der vorstehenden sorgfältigen Betrachtung des Standes der Technik ergibt sich, daß die Endanforderungen recht unter schiedlich sind und unterschiedliche Temperaturbehandlungen und -zeiten erfordern. Da tatsächliche keine dieser Anlagen anlagemäßig die Möglichkeiten bietet, merkliche Änderungen in den Arbeitsparametern zuzulassen, ergibt sich ohne weiteres, daß bei der Notwendigkeit einer Diversifizierung der Wahlzstahl drahtherstellungsbedingungen Schwierigkeiten bei den bekannten Maßnahmen sich einstellen, wenn sämtliche Behandlungen mit ein und der gleichen Anlage durchgeführt werden. Auch ist es schwierig bzw. unmöglich, unterschiedliche Produkte herzu stellen, da nicht kontinuierliche übermäßige Einstellvorgänge bei den Prozeßbedingungen erforderlich werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Produktionsan forderungen mit metallurgischen Anforderungen in Einklang zu bringen, um die beste Qualität unterschiedlichster Produkte, wie dies austenitische und ferritische Stähle sind, bei maximaler Produktionskapazität zu erreichen. Solche Aufgaben stellen sich vor allen Dingen in Entwicklungsländern, aber auch in den Industrieländern, wo nahe beim Verbraucher auste nitische Stähle und auch ferritische Stähle mit dem gleichen kleinen Walzwerk hergestellt werden müssen. Der vorgegebene Temperaturbereich ist gering; aus anlagetechni schen Gründen kann die Fertigwalztemperatur nicht über 1000°C liegen, was besondere Begrenzungen für den Arbeitsbereich be deutet. Im allgemeinen ist hierbei ein einziger Durchlauf ofen in Reihe direkt hinter dem Walzwerk vorgesehen. Auch ist die Produktivität der gesamten Anlage eng mit der Walz geschwindigkeit in Zusammenhang gebracht.

Auch sol das Verfahren so weitergebildet werden, daß es einfach ist, jedoch bei geringen Einstellvorgängen in der Lage ist, Eigenschaften des Produkts hervorzurufen, die für die nachfolgenden Prozeßanforderungen geeignet sind.

Erreicht wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten Art überraschend dadurch, daß der Walzdraht mit einer Fertig walztemperatur (FRT) zwischen 850°C und 1050°C gewalzt, bei einer Temperatur zwischen FRT-50°C und FRT+100°c bis zu 30 Minuten gehalten und dann mit Wasser gekühlt wird.

Die obengenannte Anwendung des Verfahrens auf austenitischen rostfreien Walzstahldraht für die Herstellung von Federn zeichnet sich dadurch aus, daß dieser Walzstahldraht bei einer Fertigwalztemperatur zwischen 1000° und 1050°C gewalzt und unmittelbar anschließend mit Wasser gekühlt wird.

Zusammengefaßt werden also präzise Temperatur- und Zeit bereiche für die Wärmebehandlung rostfreien Walzstahl drahtes angegeben sowie technische und metallurgische Anforderungen für weitere Behandlungen des Walzstahl drahtes. Dies führt zur Identifikation eines Behandlungs verfahrens, welches, trotz ziemlich breiter Temperatur grenzen, die austauschbare Behandlung - in einer einzigen Anlage - austenitischer und ferritischer rostfreier Walz stahldrähte ermöglicht und hierbei besonders das Erreichen von Charakteristiken sicherstellt, die in der anschließenden Benutzung besonders gewollt werden und die für Walzstahl draht besonders geeignet sind, während andererseits erheb liche Energieeinsparungen sich ergeben.

Die Grenzwerte des Bereichs, nämlich 850°C sind mehr für ferritische Stähle, 1050°C mehr für austenitische Stähle reserviert. Ein begrenzter Temperaturbereich um 950°C kann jedoch als geeignet für das Fertigwalzen sowohl von auste nitischen wie von ferritischen Stählen bei besonders guten Ergebnissen angesehen werden.

Wichtig ist, daß die Fertigbehandlung in allen Fällen die gleiche, nämlich die Wasserkühlung ist. Es hat sich nämlich überraschend herausgestellt, daß mit ferritischen Stählen der Behandlungsprozeß derart ist, daß die Haltezeiten von früher 1 bis 2 Stunden auf zwischen 15 bis 30 Minuten vermindert werden konnten, nämlich den Bereich, der für austenitische Stähle sich als geignet erwies.

Der Zeitraum, für den Walzstahldraht bei hohen Temperaturen zwischen Fertigwalzen und Wasserkühlung gehalten wird, ist nämlich ein extrem wichtiges Merkmal beim Verfahren. Bei den meisten ferritischen Stählen dient dieses Ausgleichen oder Durchwärmen im wesentlichen dazu, eine vollständige Abschei dung und Kugelbildung der Chromcarbide zu ermöglichen und eine Rediffusion des Chroms gegen die den Carbiden benach barten Zonen zuzulassen, wodurch die Korrosionsbeständig keitseigenschaften beibehalten werden, die sonst durch die lokale Verarmung an Chrom auf Grund von Ausfällung der Car bide beeinträchtigt werden.

Darüber hinaus ist die Behandlung, insbesondere bei Stahl gemäß AISI-430 auch so getroffen, daß die Umwandlung des allgemein bei der Fertigwalztemperatur vorhandenen Austenits in Ferrit be günstigt wird, wodurch auf diese Weise die gewünschten mechanischen Eigenschaften sichergestellt werden.

Im Falle von austenitischen Stählen dient das Ausgleichen oder Durchwärmen im wesentlichen dazu, ein gewisses Korn wachstum zu ermöglichen, welches notwendig ist, um eine günstige Kaltverformbarkeit (für das schwere Ziehen, Bolzenherstellung etc.) sicherzustellen.

Indem man die Haltezeit auf nicht mehr als 30 min begrenzt, lassen sich austenitische und ferritische Stähle in einem einzigen Durchlaufofen, der in einer Linie mit dem Walzwerk steht, behandeln.

Was bis jetzt nicht erwähnt wurde, war die minimale Behand lungszeit. Dies ist ganz bewußt geschehen. Für austenitische Stähle kann diese Zeit beachtlich geringer als 30 min sein und selbst so niedrig wie 2 bis 3 min sein, während noch das gewünschte Kornwachstum sichergestellt wird, wenn die Fertigwalztemperatur gegen das obere Ende des genannten Be reichs gehalten wird.

Es ist auch möglich, daß das Kornwachstum austenitisch uner wünscht ist, beispielsweise bei austenitischem Stahl für Federn und/oder für nicht übermäßig gezogenen Draht. In diesem Fall beendigt man das gesteuerte Walzen zwischen 1000 und 1050°C; der Walzdraht wird wassergekühlt, bevor er sich um einen Betrag von 50 bis 100°C abgekühlt hat.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Ein Walzstahldraht mit einem Durchmesser von 5,5 mm aus Stahl gemäß AISI-304 (C 0,055%, Cr 18,6%, Ni 8,8%) wurde mit einer Fertigwalztemperatur von 980°C warmgewalzt. Er wurde dann wie folgt behandelt:

A) luftgekühlt,
B) luftgekühlt; erwärmt auf 1080°C und 60 min gehalten; wassergekühlt,
C) unmittelbar in den Ofen bei 1050°C eingesetzt und 30 min lang gehalten; wassergekühlt.

Die Eigenschaften des erhaltenen Endprodukts sind in Tafel 1 angegeben.

Tafel 1

In dieser Tabelle und den folgenden ist mit R die Zugfestig keit, mit R _S die Streckgrenze, mit A die Dehnung und Z die Einschnürung beim Zugversuch bezeichnet. Die Kornmessung erfolgt nach ASTM-Nr.

Wie aus dem Versuch C nach der Erfindung hervorgeht, lassen sich Ergebnisse erreichen, die absolut mit denen üblicher Praxis (B) vergleichbar sind, jedoch mit beachtlicher Energieeinsparung.

Die Korrosionsrate wurde nach ASTM A-262, Versuch C (Practice C) gemessen. Weniger als 0,6 mm/Jahr wird als gute Korrosionsfestigkeit angesehen.

Die Ziehbarkeit wurde durch Querschnittsverminderung während des Ziehens gemessen. Werte über 90% werden als ausgezeich net angesehen.

Beispiel 2

Ein Walzdraht mit 9,5 mm Durchmesser aus Stahl gemäß AISI-304 (C 0,040%, Cr 18,4%, Ni 10,3%) wurde bei einer Fertig walztemperatur von 1000°C warmgewalzt. Er wurde dann nach den Versuchen (Practices) A, B und C des Beispiels 1 behan delt. Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte ergaben sich wie folgt:

Tafel 2

Die Stauchung ist das Verhältnis der ursprünglichen Größe des Testkörpers (ho) zu der, die er reicht wird, wenn der erste Riß auftritt (hi).

Beispiel 3

Ein Stahl gemäß AISI-316 (C 0,036%, Cr 16,9%, Ni 11,9%, Mo 2,37%) wurde auf 11 mm Durchmesser Walzstahldraht bei einer Fertigwalztemperatur von 1035°C warmgewalzt. Der Walzstahldraht wurde dann in der folgenden Weise behandelt:

D) wassergekühlt von Fertigwalztemperatur,
E) wie nach B),
F) in den Ofen bei 1050°C eingesetzt und 15 min lang gehalten; wassergekühlt.

Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte sind in Tafel 3 dargestellt.

Tafel 3

Die Korrosionsrate wurde nach ASTM A-262, Practice D, gemessen. Eine Korrosionsrate von R1 wird als gut angesehen.

Beispiel 4

Ein ferritischer Stahl gemäß AISI-430 (C 0,025%, Cr 17,2%) wurde auf 6 mm Walzstahldraht warmgewalzt, bei einer Fertigwalz temperatur von 860°C und dann wie folgt behandelt:

G) luftgekühlt,
H) luftgekühlt; im Ofen auf 800°C erwärmt und 120 min gehalten; wassergekühlt,
I) in den Ofen bei 840°C eingesetzt und 30 min gehalten; wassergekühlt.

Die Eigenschaften der erhaltenen Produkte wurden in Tafel 4 dargestellt.

Tafel 4

In diesem Fall wurde die Korrosionsrate nach ASTM 763, Practice X gemessen; hierfür wurde eine Rate von weniger als 10 mm/Jahr als brauchbar angesehen.

Ersichtlich sichert die Erfindung Ergebnisse, die absolut vergleichbar mit solchen sind, die nach üblichen Behand lungsmethoden erhältlich sind, jedoch bei erheblich niedri gerem Energieverbrauch.

Claims

1. Verfahren zur Wärmebehandlung austenitischer und ferritischer nichtrostender Walzstahldrähte, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzdraht mit einer Fertigwalztemperatur (FRT) zwischen 850°C und 1050°C gewalzt, bei einer Tempe ratur zwischen FRT-50°C und FRT+100°C bis zu 30 Minuten gehalten und dann mit Wasser gekühlt wird.

2. Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 auf austenitischen rostfreien Walzstahldraht für die Herstellung von Federn, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Walzstahldraht bei einer Fertigwalztemperatur zwischen 1000° und 1050°C gewalzt und unmittelbar anschließend mit Wasser gekühlt wird.