HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum
kontinuierlichen Glühen von kaltgewalzten Stahlbändern bzw. Blechen und
insbesondere eine Anlage zum kontinuierlichen Glühen mit
Karburier- und Nitrierofen, welchen zwischen einem Heizofen oder
einem Wärmeofen und einem Kühlofen angeordnet sind, und welche
kaltgewalzte Stahlbleche bzw. Bänder kontinuierliche
karbonisieren, nitrieren oder karbonitrieren.
Beschreibung des Standes der Technik
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In letzter Zeit wurde das kontinuierliche Glühverfahren
beliebt, um den Forderungen Energie zu sparen und die
Verfahrensdauer wesentlich zu verkürzen, nachzukommen.
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Es ist bekannt, um ein kaltgewalztes Stahlblech mit
ausgezeichneter Formbarkeit durch Pressen zu erhalten, vorzugsweise
einen kohlenstoffarmen Stahl oder einen äußerst
kohlenstoffarmen Stahl mit einem C-Gehalt von nicht mehr als 0,01 % zu
verwenden und einen Karbidbildner wie Ti, Nb und Zr und einen
Nitridbildner wie Al und B zuzufügen, um Karbide und Nitride zu
bilden und dadurch festes C und N, welches in dem Stahl gelöst
ist, zu fixieren sofern notwendig.
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Kaltgewalzte Stahlbleche bzw. Bänder, die gemäß solch eines
Verfahrens hergestellt wurden, weisen jedoch ein Problem auf
wenn solche Bleche bzw. Bänder einem Zink-Phosphatierverfahren
unterworfen werden, welches als eine Grundbeschichtung
durchgeführt wird, daß die Kristallkörner des Phosphatfilmes grob
werden oder die Ausfällung der Phosphatkristallkörner lokal
gestört ist, mit dem Resultat, daß die Korrisionsbeständigkeit
nach dem Anstreichen auf solch ein Maß reduziert wird, daß es
kaum akzeptiert werden kann, wenn die Bleche bzw. Bänder für
Kraftfahrzeuge verwendet werden sollen.
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Es wurde des weiteren festgestellt, daß äußerst
kohlenstoffarmen Stahl dazu tendiert eine grobe Struktur in einer durch
Schweißen wärmebeeinflußten Zone aufzuweisen, mit dem
Ergebnis, daß die Festigkeit in solch einer Zone niedriger ist, als
in dem Schweißbereich oder der Matrix. Daher ist der äußerst
kohlenstoffarme Stahl schlechter als kohlenstoffarme
Al-beruhigte Stähle, im Hinblick auf die Festigkeit und
Ermüdungseigenschaften in dem geschweißten Bereich.
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Des weiteren tendiert äußerst kohlenstoffarme Stahl, welcher
eine hohe Duktilität und daher eine hohe Klebrigkeit zeigt,
dazu Schnittgrate an Kanten zu zeigen, die durch Schneiden
oder Stanzen gebildet werden, wenn das Schneiden oder Stanzen
unter den gleichen Bedinungen durchgeführt wird, wie für
kohlenstoffarinen Al-beruhigten Stahl. Die Schnittgrate, welche
während des nachfolgenden Preßschrittes auftreten, tendieren
dazu, Fehler, wie sternförmige Defekte zu bewirken. Es ist
daher eine Forderung die Stanzeigenschaften von äußerst
kohlenstoffarmen Stahl zu verbessern.
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Die Verbesserung der Bearbeitbarkeit wird im wesentlichen von
einer Verringerung der Menge der Verunreinigungselemente in
den Oberf lächenbereichen begleitet. Das Verdichten der
Elemente in dem Stahl während des Glühens wird reduziert, um die
Härte an der Oberfläche des Stahlblechs bzw. -bogens zu
verringern. Wird solch ein Stahlblech mit einer Presse
bearbeitet, werden viele in der Oberfläche des Stahlbleches bzw. -
bandes aufgrund des Beißens der Preßform in die Oberfläche des
Stahlbleches bzw. -bandes erzeugt und im schlimmsten Fall kann
das Stahlblech bzw. -band reißen, sofern die Oberflächen des
Stahlblechs bzw. -bandes nicht ausreichend geschmiert sind.
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Als wirksames Maß um diese Probleme zu verhindern, wurden in
der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 1-42331 und in den
offengelegten japanischen Patenten Nr. 63-38556 und 2-133561
Verfahren vorgeschlagen, bei denen die Eigenschaften der
Oberflächenbereiche der Stahlstreifen durch das Karburieren und
Nitrieren ausschließlich der Oberflächenbereiche der
Stahlstreifen verändert werden.
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Diese Druckschriften zeigen jedoch kein Gerät, welches
kontinuierlich kaltgewalzte Stahlbleche bzw. -bänder für das
Preßbearbeiten herstellt und welche aufgelöstes C und N in der
Oberflächenregion enthalten.
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Ferner offenbart das offengelegte japanische Patent Nr. 47-
29230 eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Karbuieren oder
Nitrieren von Stahlelementen. Diese Vorrichtung dient jedoch
zur Behandlung von nichtflachen Elementen und kann nicht auf
die kontinuierliche Behandlung von Stahlbändern angewendet
werden.
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Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 55-26708, welche dem
US-Patent 3,950,192 entspricht, offenbart ein Verfahren für
das kontinuierliche Karburieren eines kohlenstoffarmen
Stahlbleches bzw. -streifens. Die in diesem Verfahren verwendete
kontinuierliche Anlage weist einen Vorwärmofen, einen
Karburierofen, einen Wärmeofen und einen Kühlofen auf, welche in
der genannten Reihenfolge angeordnet sind, im Gegensatz zu der
vorliegenden Erfindung. Daher wird in dem Verfahren, welches
in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 55-26708
offenbart ist, das karburierte Stahlblech bzw. -band in dem
Wärmeofen auf eine Temperatur erwärmt, die in den
Austenisiertemperaturbereich fällt, wodurch der Kohlenstoff gleichförmig im
gesamten Stahlblech bzw. -band verteilt wird.
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Um eine kontinuierliche Karburierung der Oberfläche eines
Stahlbleches zu bewirken, so daß eine gewünschte Menge an
gelöstem Kohlenstoff nur in dem Oberflächenbereich mit einer
vorbestimmten Tiefe von der Oberfläche auftritt, ist es
notwendig, daß das Stahlblech bzw. -band nach dem Glühen in einem
kurzen Zeitraum karburiert wird, d.h. innerhalb einiger
Zehntelsekunden, gefolgt von einem Abschrecken um die Diffusion
des Kohlenstoffs zu verhindern.
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In der Praxis wird das Karburieren und Nitrieren von
kaltgewalzten Stahlblechen bzw. -bändern in einem industriellen
Maßstab vorzugsweise in einem
Karburier-/Nitrierofen durchgeführt, welcher mit einem Meizofen und einem
Kühlofen in einer kontinuierlichen Glühanlage ausgerüstet ist
und in einem geeigneten Temperaturbereich gehalten wird. In
diesem Fall wird die Geschwindigkeit, mit welcher das
Stahlblech bzw. -band die Anlage zum kontinuierlichen Glühen
durchläuft, durch die Wärmebehandlung bestimmt, welche die Qualität
des Stahlblechs bzw. -bandes selbst bestimmt. Daher müssen die
Karburier-/Nitrierbedinungen gemäß der vorgegebenen
Geschwindigkeit der Glühanlage bestimmt werden. Die Karburier-
/Nitrierbedingungen müssen sich ferner geeignet ändern lassen,
um an jede Änderung der Merkmale des Stahlbleches bzw.
-bandes, wie Materialstandards und Abmessungen angepaßt zu werden.
Des weiteren müssen das Karburieren und Nitrieren für
verschiedene Kenndaten der Produktion geeignet sein.
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Beim Karburieren, welches innerhalb eines kurzen Zeitraumes
durchgeführt wird, wird die Reaktionsrate der festen Lösung
von Kohlenstoff in dem Stahl durch die Reaktion an der
Oberfläche des Stahlbleches bzw. -bandes bestimmt, so daß eine
Änderung der Karburierzeit, welche durch eine Änderung der
Geschwindigkeit des Durchgangs des Stahlbleches in der Anlage
zum kontinuierlichen Glühen bewirkt wird, die Konzentration
und Tiefe der Karbuierung wesentlich beeinflußt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anlage zum
kontinuierlichen Glühen zur Verfügung zu stellen, welche
kontinuierlich Stahlstreifen, insbesondere Streifen aus äußerst
kohlenstoffarmen Stahl während des Glühens karburieren
und/oder nitrieren kann und welche die Karburier- und
Nitrieratmosphären als Reaktion auf jede Änderung der
Geschwindigkeit mit welcher das Stahlblech bzw. -band durch die
Glühanlage durchgeführt wird, schnell und mit höchster Genauigkeit
ändern kann, so daß die oben beschriebenen Probleme des
Standes der Technik überwunden werden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Anlage zum
kontinuierlichen Glühen bereitgestellt, der einen Heizofen aufweist
mit dem ein Wärmeofen verbunden sein kann oder nicht, um ein
kaltgewalztes Stahlblech bzw. -band, welches diesem
kontinuierlich zugeführt wird, zu erwärmen bzw. zu erhitzen, und mit
einem Kühlofen zum Abkühlen des erwärmten Stahlbleches bzw. -
bandes, wobei die Anlage dadurch gekennzeichnet ist, daß sie
einen Karburier-/Nitrierofen umfaßt, welcher zwischen dem
Heizofen oder dem Wärmeofen und dem Kühlofen bereitgestellt
ist und das Stahlblech bzw. -band kontinuierlich karburiert
und/oder nitriert.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der
Karburier-/Nitrierofen in eine Vielzahl von Zonen unterteilt
und Steuereinrichtungen sind zum Steuern der Karburier-
und/oder Nitrieratmosphäre oder der Karburier- und/oder
Nitriertemperatur in jeder dieser Zonen bereitgestellt.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
umfaßt die Anlage des weiteren eine Vielzahl von Karburier-
/Nitrierofen, die jeweils zum Karburieren/Nitrieren und
Abkühlen geeignet sind, um ein Umschalten zwischen einem Modus in
welchem die Karburier-/Nitrieröfen für das
Karburieren/Nitrieren des Stahlblechs bzw. -bandes verwendet werden und
einen
Modus, in welchem die Karburier-/Nitieröfen zum Abkühlen
des Stahlblechs bzw. -bandes verwendet werden, durchzuführen.
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Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen
4 und 5 definiert.
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Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen deutlich, wenn diese in
Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt einer
vertikalen Anlage zum kontinuierlichen Glühen gemäß der
vorliegenden Erfindung;
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Fig.2A zeigt einen schematischen Querschnitt eines
Karburier-/Nitrierofens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Fig.2B zeigt einen vorderen Schnitt in Richtung der Pfeile
A-A aus Fig. 2A;
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Fig.3 zeigt eine Kurve, die den Wärmezyklus eines
Stahlblechs bzw. -bandes darstellt, welches in der Anlage
zum kontinuierlichen Glühen gemäß der vorliegenden
Erfindung kontinierlich geglüht wird;
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Fig.4 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Vielzahl
von Karburier-/Nitrierzonen;
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Fig.5 zeigt einen Querschnitt einer Vielzahl von
Karburier-/Nitrieröfen, welche zum Karburieren/Nitrieren
und Abkühlen dienen; und
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Fig.6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des
in Fig. 5 dargestellten Ofens.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im
folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichungen
beschrieben.
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Zunächst wird auf Fig. 1 bezug genommen, welche einen
schematischen Querschnitt einer vertikalen Anlage zum
kontinuierlichen Glühen darstellt. Die Anlage ist an der Einlaßseite mit
einer Reihe von Geräten, wie einer Abwickel-, einer
Schweißund einer Spülvorrichtung verbunden, die nicht dargestellt
sind. Die vertikale Anlage zum kontinuierlichen Glühen weist
einen Vorwärmofen 1, einen Heizofen 2, einen Wärmeofen 3,
einen Karburierofen 4, einen ersten Kühlofen 5 und einen zweiten
Kühlofen 6 auf. Die vertikale Anlage zum kontinuierlichen
Glühen ist an der Auslaßseite mit einer Reihe von Geräten wie
einer Schere, einer Wickelvorrichtung usw. verbunden, die nicht
dargestellt sind.
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Die obenbeschriebene Anordnung der Ofen stellt ein kritisches
Merkmal der Erfindung bereit.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, daß die
Rekristallisierung in dem Heizofen bewirkt wird oder in der
Kombination des Heizofens und des Wärmeofens und das
anschließend das Karburieren und/oder Nitrieren durchgeführt wird,
während die Temperatur des Stahlbleches bzw. -bandes, die
Atmosphäre, die Blechbewegungsgeschwindigkeit (Verweilzeit im
Ofen) und die Abkühlbedingungen gesteuert werden, um die
gewünschte Konzentration und Tiefe der Karburierung und/oder
Nitrierung bereitzustellen.
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Die Erfindung wird vollständig in bezug auf Fig. 2
beschrieben.
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Fig. 2 zeigt einen Karburierofen 4 der gemäß der Erfindung
zwischen einem bekannten Wärmeofen 3 und einem Kühlofen 5
angeordnet ist.
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Der Karburierofen 4 weist ein Gehäuse 10 auf, welches aus
feuerfesten Steinen hergestellt ist und mit einer Zuführöffnung
11 für eine Gasatmosphäre versehen ist, die in einer der Wände
ausgebildet ist. Ein Zuführrohr 14 für die Gasatmosphäre mit
einem Durchflußsteuerventil 12 und einem Gasdurchflußmesser 13
ist mit der Gaszuführöffnung 11 verbunden.
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Das Gasatmosphärenzufuhrrohr 14 verzweigt in einzelne
Gasrohre, welche zu den Quellen der Gasbestandteile wie CO, CO&sub2;,
H&sub2; und N&sub2; führen. Ein Durchflußsteuerventil 15 für die
Gasbestandteile und ein Durchflußmesser 16 für die Gasbestandteile
sind an dem Auslaß jedes der Gasquellen vorgesehen.
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Der Karburierofen 4 ist geeignet mit einem Karburiergas
versorgt zu werden, welches z.B. eine Zusammensetzung aufweist,
enthaltend 5 bis 10 Vol.-% CO, 2 bis 4 Vol.-% H&sub2;, wobei das
Verhältnis CO/CO&sub2; zwischen 15 und 20 liegt, und der Rest N&sub2;
ist. Das Karbriergas wird in den Karburierofen mit einer
Geschwindigkeit von nicht weniger als 1000 Nm³/Stunde zugeführt.
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Eine Gasauslaßöffnung 17 befindet sich in einem unteren
Bereich des Ofens.
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Um eine vorgegebene Temperatur in dem Karburierofen aufzubauen
und beizubehalten, ist ein Strahlungsrohr oder ein Heizer,
bezeichnet mit 18 in dem Ofen angeordnet. Ein Steuerventil 19
oder eine ähnliche Einrichtung ist bereitgestellt, um die
Zuführrate eines Brenngases zu dem Strahlungsrohr oder dem
Heizer zugeführten elektrischen Strom zu steuern.
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Die Temperatur in dem Karburierofen wird z.B. durch ein
Pyrometer, wie ein Thermoelement 20, gemessen.
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In der dargestellten Ausführungsform umfaßt die Steuerung der
Karburieratmosphäre in dem Karburierofen 4 die Steuerung der
Atmosphärentemperatur durch das zuvorgenannte Strahlungsrohr
oder den Heizer 18, der Durchflußgeschwindigkeit des
Atmosphärengases und die Steuerung der Zusammensetzung des
Atmosphärengases.
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Im Betrieb wird die Geschwindigkeit der Bewegung des
Stahlstreifens 7 kontinuierlich durch einen
Geschwindigkeitssensor 9 aufgezeichnet und die Temperatur,
Durchflußgeschwindigkeit und die Zusammensetzung des Atmosphärengases werden
automatisch durch eine Regelung mit Rückführung auf der Basis
der in einem Speicher eines Computers 21 gespeicherten Daten,
gemäß der aufgezeichneten Bewegungsgeschwindigkeit des
Stahlstreifens durchgeführt.
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Ofenrollen 8 auf denen der Stahlstreifen 7 zugeführt wird,
sind in dem Karburierofen angeordnet. Abdichtvorrichtungen 22
sind an dem Eingang und dem Ausgang des Karburierofens
bereitgestellt, so daß die Karburieratmosphäre nicht nach außen
dringen kann.
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Im folgenden wird eine Beschreibung eines praktischen
Beispieles angeführt.
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Ein Stahl, enthaltend 0,0027 Gew.-% C, 0,01 Gew.-% Si, 0,10
Gew.-% Mn, 0,011 Gew.-% P, 0,008 Gew.-% S, 0,041 Gew.-% A,
0,006 Gew.-% Nb, Rest Eisen und unvermeidbare Einschlüsse,
wurde in einem Konverter hergestellt. Der Stahl wurde
anschließend in einer RH-Gasatmosphäre kontinuierlich gegossen,
wodurch eine kontinuierliche Stahlbramme erhalten wurde. Die
Bramme wurde auf 1200º C erwärmt und bei einer Endtemperatur
von 890º C heiß gewalzt. Die Bramme wurde anschließend auf 540
ºC abgekühlt, wodurch ein heißgewalzter Stahlstreifen erhalten
wurde. Der so erhaltene heißgewalzte Stahlstreifen wurde
gebeizt und bei einer Walzverringerung von 75% kalt gewalzt,
wodurch ein kaltgewaltzter Stahlstreifen mit 0,8 mm Dicke
erhalten wurde.
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Der so erhaltene kaltgewalzte Stahlstreifen wurde
kontinuierlich in der Anlage zum kontinuierlichen Glühen wie in Fig. 1
dargestellt, geglüht gemäß des in Fig. 3 dargestellten
Wärmezyklus geglüht. In Fig. 3 entsprechen die Temperaturbereiche
(a), (b), (c) und (d) jeweils den Punkten (a), (b), (c) und
(d) in der in Fig. 1 dargestellten Anlage zum kontinuierlichen
Glühen. Das heißt in Fig. 3 ist der Temperaturbereich (a) der
Bereich der Temperatur des kaltgewalzten Stahlstreifens in dem
Karburierofen, der Temperaturbereich (b) ist der
Temperaturbereich des kaltgewalzten Stahlstreifens an dem Auslaß des
Karburierofens, der Temperaturbereich (c) ist der
Temperaturbereich des kaltgewalzten Stahlstreifens in dem ersten Kühlofen,
und der Temperaturbereich (d) ist der Temperaturbereich des
kaltgewalzten Streifens an dem Auslaß des ersten Kühlofens.
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In dem in diesem Beispiel durchgeführten kontinierlichen
Glühen wurde das Kaburieren in dem Karburierofen 4 bewirkt,
während ein Karburieratmosphärengas enthaltend 9,5 Vol.-% CO, 3,0
Vol.-% H&sub2;, Rest N&sub2; mit einer Geschwindigkeitvon 1000 Nm³/Stunde
beibehalten wurde. Die Karburiertemperatur und die
Karburierdauer betrugen 780º C und 20 Sekunden. Der karburierte
Stahlstreifen wurde anschließend in dem ersten Kühlofen mit
einer Kühlrate von 20º C je Sekunde abgekühlt, bis die
Stahltemperatur an dem Auslaß des ersten Kühlofens 500º C betrug.
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Der gleiche Stahlstreifen, der in diesem Beispiel verwendet
wurde, wurde zu Vergleichszwecken kontinuierlich ohne
Karburieren geglüht.
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Die so geglühten Stahlstreifen wurden anschließend überprüft
und getestet, um die Tiefe der Karburierung, der
Kohlenstoffkonzentration in der kondensierten Oberflächenschicht,
die Anzahl der chemischen Umwandlungskristallkeime, die
Querzugfestigkeit, die Höhe der Schnittgrate, die durch Stanzen
erzeugt werden und den Reibungskoeffizient zu bestimmen. Die
Resultate sind in Tabelle 1 dargestellt.
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Aus Tabelle 1 wird deutlich, daß die Anlage zum
kontinuierlichen Glühen gemäß der vorliegenden Erfindung kontinuierlich
kaltgewalzte Stahlbleche bereitstellen kann, die eine
überlegene Preßbearbeitbarkeit und chemische
Umwandlungsbehandlungseigenschaften aufweisen.
An dem Oberteil der Bramme
An dem Unterteil der Bramme
An dem Unterteil der Bramme ohne Karburierung
Karburiertiefe (um)
C-Konzentration der kondensierten Oberflächenschicht (Gew.-%)
Anzahl an chemischen Umwandlungskristallkeimen (N/4 x 10&supmin;&sup6; cm²)
Querzugfestigkeit (Vgf)
Höhe der durch Stanzen gebildeten Schnittgrate (um)
Reibungskoeffizient (u)
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Obwohl die Ausführungsform mit einem Karburierofen beschrieben
wurde, ist dies nicht unbedingt notwendig und die Anlage zum
kontinuierlichen Glühen der vorliegenden Erfindung kann auch
einen Nitrierofen anstelle des Karburierofens einsetzen.
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Der gleiche Ofen kann ferner sowohl als Karburierofen und als
Nitrierofen verwendet werden, indem die Behandlungsatmosphäre
geändert wird. Zum Beispiel kann ein (N&sub2; + H&sub2;) Gas enthaltend
NH&sub3; oder andere Gasmischungen als Nitrieratmosphäre verwendet
werden. Der Karburierofen in der Anlage zum kontinuierlichen
Glühen der vorliegenden Erfindung kann auch als ein Karburier-
/Nitrierofen angeordnet sein, in dem der Stahlstreifen nicht
nur karburiert, sondern auch nitriert wird.
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Im praktischen Einsatz der Anlage zum kontinuierlichen Glühen
der vorliegenden Erfindung treten Änderungen der
Geschwindigkeit des Stahlstreifens, welcher durch den Ofen durchgeführt
wird, aufgrund Änderungen von Faktoren wie der
Wärmebehandlungsbedingung, des Materialstandards und der Größe des
Stahlstreifens der Karburier- und Nitrierbedingungen, die von
den Kenndaten erfordert werden, usw. manchmal auf. Die Anlage
zum kontinuierlichen Glühen muß daher den häufigen Änderungen
der Geschwindigkeit des Stahlstreifens gerecht werden.
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Fig. 4, 5 und 6 zeigen Beispiele von Anordnungen, mit denen
solch eine Forderung erfüllt werden kann.
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Zunächst wird auf Fig. 4 bezug genommen, der Karburierofen 4
ist in eine Vielzahl von Zonen aufgeteilt, von denen
wenigstens eine gesteuert wird, so daß kein Karburiergas und kein
Nitriergas in solch eine Zone eingeführt wird, und so die
wirksame Länge des Karburier- und Nitrierofens bestimmt wird.
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Gemäß der Erfindung ist es möglich, eine übermäßige
Karburierung und/oder Nitrierung des Stahlstreifens zu vermeiden, wie
auch eine unzureichende Karburierung und/oder Nitrierung
ungeachtet einer Verringerung oder einer Erhöhung der
Geschwindigkeit des durch die Anlage zum kontinuierlichen Glühen
durchgeführten Stahlstreifens.
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In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist der
Karburierofen durch wärmeisolierte Scheidewände 31 in vier Zonen
aufgeteilt: Das heißt, erste bis vierte Zonen 32 bis 35.
Abdichteinrichtungen 36 sind an dem Eingang und Ausgang jeder
Zone bereitgestellt, durch welche sich der Stahlstreifen 7 in
eine Zone hinein und aus dieser heraus bewegt, um so zu
verhindern, daß sich die Behandlungsatmosphären in benachbarten
Zonen miteinander vermischen und um zu verhindern, daß die
Temperatur der Behandlungsatmosphäre in jeder Zone von den
Temperaturen der benachbarten Zonen beieinflußt werden. Andere
Bereiche entsprechen im wesenlichen den in Fig. 2
dargestellten.
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In der Anlage zum kontinuierlichen Glühen mit dem in Fig. 4
dargestellten Karburierofen, wird die Zusammensetzung und/oder
die Temperatur der Karburieratmosphäe gemäß der
Geschwindigkeit des durch die Anlage durchgeführten Stahlstreifens 7
gesteuert.
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Eine Verringerung der Geschwindigkeit des durch die Anlage
durchgeführten Stahlstreifens nimmt z.B. Einfluß auf die
Verweildauer des Stahlstreifens in dem Karburierofen. Wird die
Karburierbedingung ohne Änderung beibehalten, ist die bewirkte
Karburierung zu stark und führt zu verschiedenen Problemen,
wie die Zerstörung der Preßverarbeitbarkeit. Um eine
übermäßige Karburierung zu verhindern, ist es daher notwendig die
folgende Steuerung durchzuführen.
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Das Atmosphärengasdurchflußsteuerungsventil 12 für eine der
Zonen ist vollständig geschlossen, um die Zufuhr des
Atmosphärengases in dieser Zone zu beenden, um die wirksame Länge der
Anlage zu reduzieren. Dadurch wird der Zeitraum bei welchem
der Stahlstreifen dem Karburieren unterworfen wird, verkürzt,
um übermäßiges Karburieren zu vermeiden. Alternativ werden die
Atmosphärengasdurchflußsteuerventile 12 für eine, zwei oder
mehrere der Zonen in Schließrichtung betrieben, um die
Zufuhrgeschwindigkeit des Atmosphärengases zu reduzieren,
übermäßiges Glühen zu unterdrücken. Es ist des weiteren möglich, ein
übermäßiges Karburieren zu verhindern, indem das C-Potential
des Atmosphärengases, welches in eine, zwei oder mehrere Zonen
zugeführt wird, durch Änderung der Zusammensetzung des
Atmosphärengases durch Betreiben der Durchflußsteuerventile für
die jeweiligen Bestandteile des Gases zu verhindern.
Übermäßiges Karburieren kann auch durch Verringern der Temperatur oder
der Temperaturen in einer, zwei oder mehreren Zonen durch
geeignete Steuerung der Zufuhrgeschwindigkeiten des Brenngases
oder des elektrischen Stroms zu den Strahlungsröhren oder
Heizern in diesen Zonen vermieden werden. Es wird deutlich, daß
das Karburieren unabhängig von einer Änderung der
Bewegungsgeschwindigkeit des Stahlstreifens in der Anlage, durch Einsatz,
einer, zweier oder mehrer der oben beschriebenen Steuerungen
durchgeführt werden kann, um das erforderte Maß an
Kohlenstoffkonzentration und die Dicke der karburierten Schicht
beizubehalten. Natürlich kann die beschriebene Steuerung oder die
Steuerungen auch in bezug auf Änderungen anderer Bedingungen
des kontinuierlichen Glühens wie Änderungen der Dicke, Breite
und des Materials des Stahlstreifens bewirkt werden.
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Fig. 5 zeigt eine Teilansicht eines Karburier-/Nitrierofens,
welcher in einer Ausführungsform der Anlage zum
kontinuierlichen Glühen der vorliegenden Erfindung eingesetzt ist, während
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Karburier-/Kühlofens
ist.
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Aus Fig. 5 wird deutlich, daß der Karburier-/Kühlofen eine
Vielzahl von Ofen 4A bis 4C aufweist. In jedem dieser Ofen
sind eine Vielzahl von Kühldüsen 37 und eine Vielzahl von
Strahlrohren 18 abwechselnd an beiden Seiten des
Stahlstreifens 7 angeordnet. Die Kühldüsen 37 sind so angeordnet, daß
ein Kühlgas auf die Oberflächen des Stahlstreifens im
wesentlichen in einem rechten Winkel zu diesem auftrifft. Die
Kühldüsen 37 sind geeignet mit einem Kühlgas durch ein Rohr
versorgt zu werden, welches ein Kühlgasdurchflußsteuerventil 38
und einen Kühlgasdurchflußmesser 39 auweist. Andere Bereiche
entsprechen im wesentlichen denen in Fig. 2 gezeigten.
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Ein Geschwindigkeitssensor 9 zeichnet kontinuierlich die
Durchtrittsgeschwindigkeit des Stahlstreifens 7 auf. Ein
Computer 21 dient als Steuereinrichtung, welche bestimmt, ob der
Ofen 4 als ein Karburierofen oder als ein Kühlofen verwendet
wird, auf der Basis des Inhalts eines Speichers und gemäß der
Durchtrittsgeschwindigkeit des Stahlstreifens, welche von dem
Geschwindigkeitssensor 9 aufgezeichnet wird. Die von der
Steuereinrichtung durchgeführte Steuerung wird mit einer hohen
Ansprechgeschwindigkeit durchgeführt und mit einer guten
Steuerbarkeit durch Änderung der Zusammensetzung des
Atmosphärengases in jedem Ofen, in solch einer Weise, daß ein übermäßiges
Karburieren oder unzureichendes Karburieren vermieden werden
kann, was sonst durch eine Änderung der Geschwindigkeit des
durch die Anlage durchgeführten Stahlstreifens bewirkt werden
könnte.
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Die Änderung des Karburier-/Kühlofens zwischen dem
Karburiermodus und dem Kühlmodus wird durch Steuern der Temperatur
durch die Strahlrohre 18 bewirkt und durch Betreiben des
Atmosphärengasdurchflußsteuerventils 12 und des
Kühlgasdurchflußsteuerventils 38. Wird der Karburier-/Kühlofen 4 z.B. von dem
Karburiermodus in dem Kühlmodus umgeschaltet, wird das
Atmosphärengasdurchflußsteuerventil 12 geschlossen und die Zufuhr
von Brenngas zu dem Strahlrohr 18 wird unterbrochen, während
das Kühlgasdurchflußsteuerventil 38 geöffnet wird, um das
Kühlgas in den Ofen 4 einzuführen, durch die Temperatur in dem
Ofen 4 verringert wird, so daß der Ofen 4 als ein Kühlofen
dienen kann.
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Das Umschalten zwischen dem Karburiermodus und dem Kühlmodus
wird für jeden der Ofen unabhängig voneinander bewirkt, so daß
eine sehr genaue Steuerung mit einer hohen Ansprechzeit auf
jede Änderung der Geschwindigkeit mit der der Stahlstreifen
durch die Anlage geleitet wird, erzielt werden kann.
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Vorzugsweise ist der Karburier-/Kühlofen 4 so konzipiert, daß
der Stahlstreifen 7 vertikal durch diesen hindurchgeführt
wird, um der Forderung zur Verringerung der
Installationsfläche gerecht zu werden. Daher wird in dem Karburier-/Kühlofen 4
das Umschalten des Karburier-/Kühlofens 4 zwischen dem
Karburiermodus und dem Kühlmodus gemäß der Geschwindigkeit des
Stahlstreifens mit welchem dieser durch den Ofen 4 geleitet
wird, durchgeführt.
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Ist die Geschwindigkeit des Stahlstreifens 7 zum Beispiel
unterhalb einer normalen Geschwindigkeit, wird die Verweildauer
des Stahlstreifens in dem Karburier-/Kühlofen entsprechend
erhöht, so daß der Stahlstreifen 7 übermäßig karburiert wird, es
sei denn, ein geeignetes Maß wird gefunden. Um solch ein
übermäßiges Karburieren zu verhindern, ist es notwendig, die
effektive Länge des Karburierofens in der Anlage zu verringern,
um so die Karburierdauer zu verkürzen. Solch eine Verringerung
der effektiven Länge des Karburierofens kann durch Umschalten
wenigstens eines der Ofen des Karburier-/Kühlofens 4 in den
Kühlofen bewirkt werden. Es ist daher möglich, eine
karburierte Schicht mit einer konstanten Dicke zu bilden,
unabhängig von einer Änderung der Geschwindigkeit mit der der
Stahlstreifen durch die Anlage geführt wird. Natürlich kann
das Umschalten des Karburier-/Kühlofens zwischen dem
Karburiermodus und dem Kühlmodus gemäß der Änderungen anderer
Bedinungen beim kontinuierlichen Glühen, wie Änderungen der
Dicke, Breite und des Materials des Stahlstreifens bewirkt
werden.
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Zum Bilden einer karburierte Schicht mit einem C-Gehalt von
nicht weniger als 0,01 Gew.-% in einem extrem dünnen
Oberflächenbereich zwischen 0,5 und 100 um oder weniger wird die
Atmosphäre des Stahlstreifens in dem Karburier-/Kühlofens 4,
welcher als Karburierofen verwendet wird, so gesteuert, daß
dieser in einen Bereich zwischen 650 und 900º C fällt. Jede
Stahlstreifentemperatur unter 650º C reduziert die
Wärmebehandlungswirksamkeit aufgrund einer zu geringen Karburierrate.
Überschreitet auf der anderen Seite die
Stahlstreifentemperatur 900º C, wird aufgelöstes C diffundiert, ohne in dem
Oberflächenbereich fixiert zu werden.
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Um ein Verrußen der Oberfläche des Stahlstreifens zu
verhindern, wird die Temperaturverteilung in dem Karburierofen
vorzugsweise so bestimmt, daß die Unterschiede zwischen der
höchsten und der niedrigesten Temperatur in dem Ofen nicht größer
als 50º C ist. Die Ablagerung von freiem Kohlenstoff and der
Oberfläche des Stahlstreifens führt zu verschiedenen
Problemen, wie der Zerstörung der chemischen
Umwandlungsbehandlungseigenschaft und Verringerung der Produktqualität und
beeinträchtigt die nachfolgenden Verfahrensschritte.
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Der Karburier-/Kühlofen 4, welcher als Kühlofen verwendet
wird, wird als ein Bereich des nachfolgenden ersten Kühlofens
5 gesteuert, unter Zufuhr der gleichen Atmosphäre wie in dem
ersten Kühlofen 5. Das heißt, der Stahlstreifen 7 wird nach
der Karburierung schnell durch den Karburier-/Kühlofen 4
abgekühlt, welcher als Kühlofen dient, und durch den ersten
Kühlofen 5 mit einer Kühlrate von nicht weniger als 20º C je
Sekunde, bis die Temperatur auf 600º C oder weniger verringert
wurde, vorzugsweise auf 500 bis 400º C. In dem Karburier-
/Kühlofen 4 und dem ersten Kühlofen 5 werden die Rate des auf
den Stahlstreifen 7 geblasenen Kühlgases, die Geschwindigkeit
des Kühlgases, die Temperatur der Kühlwalzen und der
Aufwikkelwinkel geeinget gesteuert, um den oben beschriebenen
Kühleffekt zu realisieren.
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Natürlich kann das Kühlen nur in dem ersten Kühlofen
durchgeführt werden, wenn der ganze Karburier-/Kühlofen in dem
Karburiermodus verwendet wird.
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Wie beschrieben wurde, ist gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Karburier-/Nitrierofen zum Karburieren und/oder Nitrieren
eines kaltgewalzten Stahlstreifens zwischen dem Heizofen und
dem Kühlofen der Anlage zum kontinuierlichen Glühen
angeordnet. Der Karburier-/Nitrierofen ist in eine Vielzahl von Ofen
aufgeteilt oder so angeordnet, daß er als Kühlofen verwendet
werden kann. Es ist daher möglich, schnell und genau die
Karburier-/Nitrieratmosphäre und/oder die Karburier-
/Nitriertemperatur zu ändern, um eine gewünschte effektive
Länge des Karburier-/Nitrierofens zu erzielen.
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Wird die Anlage zum kontinuierlichen Glühen der vorliegenden
Erfindung eingesetzt, ist es daher möglich, einen extrem
kohlenstoffarmen Stahlstreifen kontinuierlich und effektiv zu
erhalten, welcher eine überlegene Preßverarbeitbarkeit,
chemische Umwandlungseigenschaften, Schweißbarkeit und
Stanzeigenschaften aufweist.