DE4017989A1 - Verbessertes warmwalzverfahren an einem steckel-walzwerk - Google Patents

Description

GEGENSTAND DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf ein neues Verfahren zur Erzielung eines Warmwalzens eines rechteckigen Halbzeugs aus nichtrostendem Austenitstahl zur Herstellung einer warmgewalzten Spule, bei wel­ chem das Endprodukt Merkmale in der Art aufweist, daß der späte­ re Glühprozeß der warmgewalzten Spule, der bei herkömmlichen Sy­ stemen durchgeführt wird, wegfallen kann.

VORGESCHICHTE DER ERFINDUNG

Spulen aus röstfreiem Austenitstahl, die durch Warmwalzen in um­ kehrbaren Steckel-Walzwerken erhalten werden, erfördern eine wei­ tere Glühbehandlung, in welcher dem rostfreien Stahl bestimmte Eigenschaften verliehen werden, wie z. B. Umkristallisierung der Struktur. Dabei werden auch die in der Matrize vorhandenen Chrom­ karbide beseitigt, die sich im Verlaufe des herkömmlichen Warm­ walzprozesses, bei dem das Material kritische Temperaturen um 675°C erreicht, an der kristallinen Kornfuge niedergeschlagen ha­ ben.

Das bedeutet, daß mit herkömmlichen Warmwalzverfahren eine nicht umkristallisierte Struktur (ohne eine interne Umordnung der Struk­ tur) erhalten wird, die außerdem die erwähnten Chromkarbide auf­ weist, hauptsächlich in den Verformungsbereichen.

Bei dem vorstehend beschriebenen Stahl kann man nach dem Glühen eine Veränderung des Aussehens der sich ergebenden Struktur beob­ achten. Es sind Grenzen zwischen den kristallinen Körnern zu er­ kennen, ein Zeichen dafür, daß eine Umkristallisierung der Struk­ tur eingetreten ist, das heißt, daß auf Grund der Wiederherstel­ lung der internen Materialspannungen eine Gleichgewichtssituation erreicht wurde.

Eine weitere Wirkung des Strukturwechsels besteht darin, daß das Material an Dehnbarkeit gewinnt und daher für eine industrielle Anwendung , speziell in Kesselschmieden, geeignet ist, oder durch Kaltreduktionsprozesse (bei Raumtemperatur) in feineren Schicht­ dicken gewalzt werden kann.

Auch die intergranular niedergeschlagenen Chromkarbide treten nicht auf, was für die korrosionshindernden Eigenschaften der rost­ freien Stahle von ausserordentlicher Bedeutung ist. Das in Form von Karbid gebundene Chrom verringert den Gehalt dieses Elements in der Metallmatrize; es können lokal Gehalte unter 12 Gew.-% in der Matrize erzielt werden. Diese Bereiche sind nicht im wahr­ sten Sinne des Wortes rostfrei, da ihr Chromgehalt von 18% oder mehr auf die oben angegebenen Werte abgesunken ist.

Die Umkristallisierung des Materials wird z. Z. dadurch erreicht, daß das Material bei Temperaturen von ca. 1050 bis 1100° C ge­ halten und danach ganz plötzlich abgekühlt wird, was zur Umkristal­ lisierung führt. Die Chromkarbide lösen sich wieder in der Matrize, und man erhält ein geschmeidiges, korrosionsbeständiges Erzeugnis.

Im Vergleich zu dieser herkömmlichen Technik konnten durch Warm­ walzen Fortschritte erzielt werden. Es erfolgt eine Kontrolle des Verhältnisses zwischen den Stärkeverringerungen und der Bandtempe­ ratur im Walzwerk. Nach einer Abkühlzeit von 10-15 Sekunden wird das Material plötzlich mit Wasser abgekühlt, wodurch eine umkristal­ lisierte Struktur ohne bedeutenden Karbidniederschlag erzielt wer­ den kann.

Die Anwendung dieser Methoden ist allerdings aus folgenden Gründen äußerst kritisch:

• - Die Größenordnung der Arbeitstemperatur kann in der Regel nur mit Schwierigkeiten kontrolliert werden, um ein übermäßiges Absinken zu vermeiden. Deshalb ist sie in Fällen einer geringen programmierten Reduktion der Stärke unzureichend. Folglich kann in den vorerwähnten Abkühlzeiten an der Luft keine zuverlässige Umkristallisierung erreicht werden.
• - Zusätzlich kann die Temperatur während der Abkühlzeit absin­ ken, besonders in den Bereichen des höchsten Wärmeverlustes (Spulenenden, Ränder usw.), und zwar bis auf Temperaturen des Karbidniederschlages (ab Temperaturen unter 800°C). Wird einmal dieser ungünstige Bereich erreicht, übt eine plötzliche Abkühlung mit Wasser keine Wirkung aus.
• - Selbst wenn der Prozeß im Rahmen der geforderten idealen Voraussetzungen abläuft, kann im Material ein Isotropiemangel auftre­ ten, was auf die verschiedenen Wärmegradienten innerhalb des Bandes zurückzuführen ist.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren erhält man eine warmgewalzte Spule mit derartigen Eigenschaften, daß der herkömmliche Glühpro­ zeß der warmgewalzten Spule, der bei den üblichen Verfahren not­ wendig ist, wegfallen kann.

Nachstehend wird die Ausführungsform des den Gegenstand dieser Er­ findung bildenden Verfahrens in allen Einzelheiten beschrieben. Es beginnt damit, dass im Stahlwerk eine rostfreie austenitische Stahllegierung hergestellt wird, die sich aus Eisen, Chrom- und Nickelzusatzen zusammensetzt. Es können wahlweise andere Elemente wie z. B. Molybden, Titan usw., zugesetzt werden.

Der rostfreie Austenitstahl wird in einer Stranggußmaschine ge­ gossen, welche eine geometrische Form rechteckigen Querschnitts erzielt, die als Halbzeug bekannt ist. Der rechteckige Quer­ schnitt des Halbzeugs hat eine Breite, welche annähernd der der herzustellenden Spule entspricht. Die Werte der typischen Stärken liegen etwa zwischen 150 mm und 200 mm.

Dieses Halbzeug wird dann warmgewalzt.

Zu diesem Zweck wird das Halbzeug aus rostfreiem Austenitstahl in einem Ofen auf eine Temperatur zwischen 1150 und 1250°C er­ hitzt. Diese Erhitzung erfolgt während einer ausreichenden Zeitspan­ ne, um die Gleichmässigkeit der Temperatur an jedem Punkt des Mate­ rialquerschnitts zu gewährleisten.

Nach Durchlauf durch eine Entzunderungsanlage (zur Beseitigung der oberflächlichen Oxyde, die während der erwähnten Erhitzung im Ofen auf Grund der Oxydationsatmosphäre entstanden sind), wird das Ma­ terial durch eine Kantenhobelmaschine geführt, welche die Kanten des Halbzeugs bearbeitet, ehe dieses schließlich in die Vorwalz­ straße gelangt.

Diese Warmwalzvorrichtung reduziert die Dicke des Halbzeugs bis zu den typischen Werten zwischen 20 mm und 40 mm. Das geschieht üblicherweise in sechs bis neun Durchgängen.

Das Halbzeug verwandelt sich auf diese Art in ein 20 bis 30 mm starkes Werkstück, das in die nachgeschaltete Fertigstellungsstra­ ße eintritt, die eine typische Temperatur zwischen 1000 und 1100°C hat.

Diese Straße besteht hauptsächlich aus einer Abspulmaschine, einer Aufspulmaschine und einer Zahl von Kästen, welche die Dicke der rostfreien Stahlplatte reduzieren. Es stehen normalerweise sechs bis sieben Kästen zur Verfügung.

In der Aufspul- und Abspulmaschine gibt es eine Reihe von Brennern, die dem Material während des Prozesses Wärmeenergie zuführen, was eine Steuerung des Wärmezyklus des Materials zuläßt.

Die Arbeit an der Fertigstellungsstraße wird in umkehrbarer Weise durchgeführt. Die Reduktion der Stärke erfolgt in der Regel in vier bis sechs Durchläufen.

Die Bedingungen in der Fertigstellungsstraße werden so festgelegt, daß die Temperatur zwischen 1035 und 1100°C und die gesamte Materialreduktion über 40% beträgt. Die einzelnen Durchläufe wer­ den so programmiert, daß der letzte eine Reduktion von mindestens 20% bewirkt. Die genaue, festzulegende Mindestarbeitstemperatur erhält man, wenn man von 1105 den Prozentsatz der in der Fertig­ stellungsstraße vorzunehmenden Reduktion abzieht. Das Ergebnis wird in Grad Celsius angegeben.

Nach Reduktion der Stärke auf den vorgesehenen Endwert erfolgt ein letzter Durchlauf durch die Fertigstellungsstraße, wobei das Material von der Aufspulmaschine zur Abspulmaschine zurückgeführt wird. Dieser Durchlauf ohne Reduktion der Materialstärke dauert zwischen 25 und 150 Sekunden. Die Temperatur wird in der zuvor angegebenen Weise geregelt.

Nach diesem Arbeitsgang wird das Material plötzlich mit Wasser abgekühlt, bis die Temperatur auf einen Bereich zwischen 300 und 400°C absinkt. Bei dieser Temperatur wird das Band wieder aufge­ spult.

Dieses Material weist eine umkristallisierte Struktur auf und ist frei von niedergeschlagenen Chromkarbiden, weshalb keine weitere Wärmebehandlung zur Erhöhung der Härtung erforderlich ist.

Im Anschluß wird der beschriebene Prozeß an Hand eines reellen Beispiels erklärt.

Ein Halbzeug aus rostfreiem Austenitstahl der Type AISI 304 wird im Steckel-Walzwerk bis auf eine Stärke von 25 mm gewalzt. Die in der Fertigstellungsstraße zu erzielende Bandstärke beträgt 9 mm.

Die in der Fertigstellungsstraße vorzunehmende Gesamtreduktion des Materials liegt bei (25-9)/25×100 bzw. 64%.

Die Mindestarbeitstemperatur im genannten Walzwerk errechnet sich mit (1105-64) , d. h. 1051°C. Wir setzen die Arbeitstemperatur mit 1050°C fest.

Das Material wird dreimal durchgeführt. Im ersten Durchlauf redu­ ziert sich die Stärke bis auf 20 mm. Im zweiten Durchlauf redu­ ziert sich die Stärke bis auf 15 mm. Im dritten und letzten Durch­ lauf wird die vorgesehene Endstärke von 9 mm erreicht. Dabei wird festgestellt, daß die Reduktion im letzten Durchlauf über 20% (40%) beträgt.

Es erfolgt ein weiterer Durchlauf, bis das Material eine Temperatur von 1050°C annimmt. Bei dieser Temperatur verweilt das Material während eines Zeitraums von 100 Sekunden. In dieser Phase wird die Materialstärke nicht mehr reduziert.

Im Anschluß daran wird das Band mit Wasser auf eine Temperatur von 350°C abgekühlt und danach aufgerollt. Auf diese Weise erhält man die gewünschte 9 mm dicke Spule, die keine weitere Wärmebehand­ lung erfordert.

Angesichts der Tatsache, daß diverse Ab- und Veränderungen dieser Erfindung für den Fachmann offenkundig sind, sollen sie als im Umfang dieser Erfindung inbegriffen gelten, soweit sie nicht vom wesentlichen Sinn und den entsprechenden Anwendungszwecken abwei­ chen.

Claims (5)

1. Verbessertes Warmwalzverfahren an einem Steckel-Walzwerk, ausgehend von einem rechteckigen Halbzeug aus rostfreiem Austenit­ stahl, das zwischen 1150 und 1250°C warmgewalzt wird, um die Gleichmäßigkeit der Temperatur an jeder Stelle des Materialquer­ schnitts zu gewährleisten, und danach durch eine Entzünderungs­ und Randbearbeitungsanlage läuft, um schließlich in die Vorwalz­ straße einzutreten, wo das Material zwischen sechs und neun Durchläufe vornimmt, um die Stärke des Halbzeugs auf typische Werte zwischen 20 und 40 mm zu reduzieren, mit der Besonderheit, daß das Produkt in einer zweiten Phase zur jeweiligen Fertigstellungs­ straße geführt und einer Reduktion der Stärke bis zu Werten zwi­ schen 2 und 13 mm unterzogen wird.

2. Verbessertes Warmwalzverfahren an einem Steckel-Walzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion der Stärke in der Fertigstellungsstraße umkehrbar erfolgt, und zwar in vier bis sechs Durchläufen, mit der Besonderheit, daß die Temperatur in dieser Straße zwischen 1035 und 1100°C liegt und die Reduk­ tion der Stärke über 40%, in der letzten Phase über 20% beträgt.

3. Verbessertes Warmwalzverfahren an einem Steckel-Walzwerk, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die festzulegende kon­ krete Mindestarbeitstemperatur erhält, wenn man den in der Fertig­ stellungsstraße vorgesehenen Reduktionsprozentsatz von 1105°C abzieht.

4. Verbessertes Warmwalzverfahren an einem Steckel-Walzwerk nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Fertigungsstraße warmgewalzte Material einen letzten Rücklauf vornimmt, bei dem keine Reduktion der Stärke erfolgt, und zwar während eines Zeitraums von 25 bis 150 Sekunden.

5. Verbessertes Warmwalzverfahren an einem Steckel-Walzwerk nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das erhal­ tene Produkt in einer letzten Phase plötzlich bis auf eine Tempera­ tur zwischen 300 und 400°C abgekühlt und der Niederschlag von Chromkarbid in der Metallmatrize des Materials verhindert wird.