DK154305B - Fremgangsmaade til bearbejdning af et langstrakt element af kulstofstaal - Google Patents

Description

DK 154305 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til fremstilling af et langstrakt element af hårdt eller halvhårdt stål ved processer til reduktion af tværsnittet.

Den angår deformeringsprocesser, såsom valsning, trækning 5 og især, men ikke udelukkende, trækning af tråde til forstærkning af dæk.

Def ormering af stål kan gennemføres varmt eller koldt. Varmdeformering gennemføres ved en temperatur, ved hvilken stålet rekrystalliserer. Herved er detr muligt at foretage 10 en betydelig def ormering, men der fås stål med en ringere mekanisk styrke end, når deformeringen gennemføres ved omgivelsestemperatur .

Den foreliggende opfindelse, hvis formål er at tilvejebringe tråde med gode mekaniske egenskaber, vedrører 15 kolddeformation.

Ligevægtsstrukturen af hårdt og halvhårdt stål (kulstofindhold over 0,4%) udgøres i det væsentlige dels af perl it, og dels af undereutektoid ferrit i variabel mngde afhængigt af stålets varmebehandling og sammensætning (kul-20 stofindhold). Den til trækning bedst egnede struktur er en ekstremt fin perl it struktur. Man kommer meget tæt på denne struktur ved den såkaldte patentering.

Patenteringen består i at opvarme stålet til en temperatur (900-1000"C), ved hvilken kulstoffet er fuldstæn-25 dig opløseligt. Denne stålfase kaldes austenit. Derefter overføres stålet til et blybad med en temperatur på 500-600°C. Cementitten udfælder da i form af meget fine lameller med en så lille indbyrdes afstand, at strukturen ikke kan opløses i et lysmikroskop. Stålet kan derefter kolddeforme-30 res, f.eks. ved valsning eller trækning.

Imidlertid kan man, hvor gode egenskaber udgangsstrukturen end har, ikke reducere tværsnittet i det uendelige.

For deformeringen er der sat en i nogen grad af smøringen afhængig grænse, over hvilken trækningen bliver umulig.

35 F.eks. er det nødvendigt at foretage to patenteringer for at reducere diameteren af 0,7%'s kulstofstål fra 5,5 til 2

DK 154305B

0,25 mm.

Deformationshærdningen kan på simpel måde forklares ved, at der under deformeringen skabes lineære defekter (dislokationer), der modvirker en yderligere deformering.

5 Cementitten deltager i deformeringen, idet den knuses og lægger sig i deformationsretningen.

Det vil forstås, at deformationer ikke mere kan sprede sig i materialet, når der nås en vis tæthed af defekter, og der opstår da revnedannelse og brud.

10 For at reducere diameteren af en ståltråd fra 5,5 mm (maskintråd) til 0,25 mm (fintråd til anvendelse i f.eks. dæk) er det altså nødvendigt at foretage to patenteringer, dvs. to opvarmninger af tråden til 900-1000°C og to overføringer til blybad med en temperatur på 500-600°C. Dette 15 er en temmelig langvarig proces. Det er derfor blevet foreslået at erstatte kolddeformering + patentering med en mere simpel fremgangsmåde.

I fransk offentliggørelsesskrift nr. 2 078 026 beskrives en fremgangsmåde til fremstilling af en ståltråd 20 med lille diameter og høj styrke, såsom en tråd til forstærkning af dæk, hvorved patenteringen kan undgås. Til dette formål erstattes det hårde kulstofstål med et legeret stål med lavt kulstofindhold. Forarbejdningsprocessen omfatter følgende trin: kolddeformation ved passage gennem flere 25 mundstykker, varmebehandling ved genopvarmning til 400-650°C og trækning ved denne temperatur, eventuelt i løbet af flere trækningscycler med flere trin, indtil den ønskede diameter nås. Ved denne fremgangsmåde undgås patenteringen, men på den bekostning, at der skal anvendes en anden ståltype. Der 30 er tale om et specialstål, der derfor er kostbart. Desuden gennemføres trækningen ikke i kulden, men under moderat opvarmning, hvilket medfører en risiko for ændring af trådens overflade, idet denne bliver for ru. Desuden skal påføringen af messing, der er nødvendig for vedhæftningén af kautsjuk 35 til ståltråden, gennemføres på en glat overflade. Der kan opstå problemer i denne henseende, men der gås ikke nærmere

DK 154305 B

3 ind herpå i den nævnte franske ansøgning. Endvidere er der ved de anvendte behandlingstemperaturer risiko for nedbrydning af træknings-smøremidlerne.

I fransk patentskrift nr. 1 495 846 beskrives en 5 fremgangsmåde til deformering af især tråd af kulstofstål.

Ved forarbejdningen til færdig tråd erstattes den kombinerede patentering og kolddeformering med en deformering under moderat opvarmning, hvor temperaturen er mellem omgivelsestemperatur og rekrystallisationstemperaturen. Ifølge et eksempel 10 gås der ud fra en patenteret tråd, der koldtrækkes i flere trin, indtil trækningsgrænsen nås. Derefter induktionsopvarmes tråden til en temperatur mellem 100 og 500°C, valses ved denne temperatur og afkøles derefter. Eventuelt kan tråden derefter underkastes en koldtrækning. Denne fremis gangsmåde er et kompromis mellem koldtrækning og varmtrækning, men den udviser visse ulemper. Dels formindskes viskositeten af træknings-smøremidlerne ved behandlingstemperaturerne, og der er risiko for nedbrydning af smøremidlerne, og dels forringes trådens overflade og bliver ru 20 under trækningen ved disse temperaturer, hvilket gør tråden uegnet til påføring af messing og udelukker dens anvendelse som forstrækningstråd til dæk. Desuden fører denne fremgangsmåde til tråde eller langstrakte elementer, der kan anvendes til fremstilling af fjedre eller armering til for-25 spændt beton, altså ikke til tråde til forstærkning af dæk.

I fransk patentskrift nr. 2 053 414 beskrives en fremgangsmåde til fremstilling af ståltråd med høj styrke, og denne fremgangsmåde er ejendommelig ved, at den valsede tråd successivt underkastes en række koldtrækninger, genop-30 varmes til sfæroidisering, afkøles til en temperatur, der er egnet til gennemførelse af den sidste trækning og derefter koldtrækkes endnu en gang. Sfæroidiseringsopvarmningen fører til dannelse af kugleformet cementit. Det er imidlertid kendt inden for metallurgies at en stålstruktur med kugle-35 formet cementit har én meget dårlig indflydelse på de mekaniske egenskaber. Denne struktur egner sig meget dårligt

DK 154305 B

4 til den sluttelige trækning. Der må derfor forventes store vanskeligheder ved gennemførelsen af den anden række træk-ninger.

Den foreliggende opfindelse angår en hidtil ukendt 5 fremgangsmåde til fremstilling af et langstrakt element af kulstofstål med høj styrke ved deformering, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved, at man først underkaster det langstrakte element en operation til formindskelse af tværsnittet ved omgivelsestemperatur, i det væsentlige indtil 10 trækningsgrænsen nås, og derefter underkaster det en varmebehandling ved en temperatur under cementittems sfæroidi-seringstemperatur i et tidsrum fra en brødel af et sekund til nogle minutter, således at elementet igen bliver strækkel igt, hvorefter det afkøles til omgivelsestemperatur og 15 underkastes en anden operation til formindskelse af tværsnittet ved omgivelsestemperatur. Fortrinsvis gennemføres varmebehandlingen, afkølingen og den anden operation til formindskelse af tværsnittet kontinuerligt. Ddssa operationer forløber med høje hastigheder på indtil 10ΘΘ m/min. og mere.

20 Temperaturen ved varmebehandlingen - der ligger under temperaturen for sfæroidisering af cementitten = er mellem 400 og 600°C.

Varmebehandlingens varighed bør vær© tilstrækkelig til, at det indre af det langstrakte element bringes op på 25 den ønskede temperatur mellem 400 og 600°C. Varigheden afhænger af opvarmningsanordningens effekt, det langstrakte elements fremføringshastighed og størrelsen af dets tværsnit. Sædvanligvis har varmebehandlingen en varighed mellem en brøkdel af et skund og nogle minutter. Selv om det ikke er 30 nødvendigt, er det ikke skadeligt at holde elementet ved den ønskede temperatur i flere halve snese sekunder.

Afkølingen gennemføres på simpel måde i fri luft. I det tilfælde, hvor operationerne følger kontinuerligt efter varmebehandlingen, bør den være tilstrækkelig hurtig til, 35 at det langstrakte element, når det træder ind i det første trækningsmundstylsis®, er afkølet til omgivelsestemperatur.

DK 154305B

s

Den anden operation til formindskelse af tværsnittet, der gennemføres ved omgivelsestemperatur, kan fordelagtigt efterfølges af en patentering, en afkøling, en overfladebehandling (f.eks. påføring af messing) og en operation ti 5 formindskelse af tværsnittet ved omgivelsestemperatur med det formål at opnå det ønskede tværsnit og de ønskede mekaniske egenskaber.

Hen den anden operation til formindskelse af tværsnittet ved omgivelsestemperatur kan ligeledes følges af en 10 varmebehandling ved en temperatur mellem 400 og 600*C, en afkøling til omgivelsestemperatur og en tredie operation til formindskelse af tværsnittet ved omgivelsestemperatur.

Det anvendte stål er en stålsort indeholdende 0,4-0,8% kulstof med eventuel tilsætning af grundstoffer, der 15 sædvanligvis indgår i denne type stål, såsom mangan og silicium.

Den her omhandlede fremgangsmåde anvendes især til fremstilling af tråde til forstærkning af dæk. I dette tilfælde er udgangstråden en såkaldt maskintråd, en tråd, der 20 er egnet til trækning og fås fra stålværker. Ifølge den sædvanlige fremstillingsmetode er den blevet underkastet en rensning, en bejdsning og en skylning og er forsynet med et overtræk af kalk, boraks eller phosphat for at fremme trækningen.

25 Den mekanisk-termiske behandling ifølge den forelig gende opfindelse gør det muligt ved relativt lav temperatur at fjerne en del af dislokationerne og gengive metallet en evne til deformering.

Ved denne varmebehandling er det muligt at undgå 30 diffusion af jernatomer, der medfører en sammenvoksning af cementitten, hvilket har en meget uheldig indflydelse på de mekaniske egenskaber (sfæroidiseret cementit deltager ikke mere i def ormeringen, og de mekaniske egenskaber er da egenskaberne af den ferritiske matrix og derfor ringe).

35 Ved behandlingen ifølge opfindelsen opnås en udstrakt fjernelse af defekter samtidig med, at cementittens sammen- 6

DK 154305B

voksning undgås.

Efter varmebehandling ved 400-600* C kan det langstrakte element eventuelt underkastes en bejdsning i syre. Ligeledes kan det før hver operation til formindskelse af tvær-5 snittet forsynes med et egnet overtræk (sæber, phosphater, borax). Imidlertid er det ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen muligt at overspringe bejdsnings- og overtræknings-operationerne efter varmebehandlingen, idet varmebehandlingen ved en temperatur mellem 400 og 600*C hverken nedbryder 10 overfladen eller overtrækkene. Dette er en betydelig fordel, eftersom bejdsnings-overtræknings-linien kan undværes, hvilket medfører en stor forenkling.

En fordelagtig udførelsesform for behandlingen består i at opvarme det langstrakte element til en temperatur på 15 400-600"C i nogle sekunder ved hjælp af f.eks. et højfre kvensinduktionsapparat, et Jouleefekt-apparat eller gasbrændere.

Ved fremstilling af tråde ved den her omhandlede fremgangsmåde har disse betydelig bedre mekaniske egenskaber 20 end tråde fremstillet ved den klassiske metode linder anvendelse af patentering, idet trækstyrken er betydelig højere ligesom hårdheden. De fremstillede tråde er et interessant produkt, der kan anvendes til fremstilling af undersøiske kabler, fjedre, bæretove, lasttove osv. Imidlertid er trådene 25 efter en efterfølgende patentering og trækning særdeles velegnede som forstærkningstråde i dæk. De har da de samme mekaniske egenskaber som tråde fremstillet ved den klassiske fremgangsmåde omfattende to patenteringer og har desuden en bedre udmattelsesstyrke.

30 Opfindelsen illustreres nærmere i det følgende med fremstillingen af tråde til forstærkning af dæk som eksempel.

DK 154305 B

7

Eksempel.

Der gås ud fra en valset ståltråd med 0,7% kulstof og en diameter på 5,5 mm, der fås fra stålværker og er un-derkastet en kontrolleret afkøling. Denne tråd, der er egnet 5 til trækning, underkastes først en rensning, en bejdsning og en skylning og forsynes med et overtræk af phosphat eller borax. Tråden koldtrækkes derefter i 7 trin til en diameter på 3 mm. Tråden underkastes derefter ifølge opfindelsen en varmebehandling ved 400°C i nogle sekunder ved hjælp af et 10 højfrekvensinduktionsapparat, der er styret af et IR-pyro-meter, med det formål at gøre tråden strækkelig igen. Kontinuerligt i forbindelse med varmebehandlingen afkøles tråden til omgivelsestemperatur og underkastes derefter - stadig kontinuerligt - en ny trækning ved omgivelsestemperatur.

15 Tråden trækkes fra en diameter på 3 mm til en diameter på 1,25 mm i 9 trin. Tråden modtages på en understøtning. Tråden med en diameter på 1,25 mm underkastes en klassisk patentering for at gøre den strækkelig igen og bejdses derefter kontinuerligt i et syrebad, skylles i vand og påføres et 20 overtræk af messing ved en elektrolytisk proces. Tråden med en diameter på 1,25 mm, der er forsynet med et overtræk af messing og er skyllet og tørret, underkastes derefter en .sidste trækningsoperation, hvorved der i løbet af 19 trin fås en færdig tråd med en diameter på 0,25 mm. Denne tråd 25 kan derefter anvendes til færdiggørelsesoperationer, såsom kordel- eller kabelslagning.

I den følgende tabel sammenlignes egenskaberne på forskellige forarbejdningsstadier af en tråd fremstillet ved den klassiske fremgangsmåde og en tråd fremstillet ved 30 fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

8

DK 154305B

Standardtråd, Tråd behandlet

Tråddiameter i mm Egenskaber patenthærdet ifølge opfindelsen 5 Tråd 5,5 TS 1040

Forl. 10

Kontr. 40 10 Tråd 3, for-trukket TS 1510

Forl. 3,4

Tråd 3 + varmebe- TS 1180 1345 handling Fori. 12,7 15

Kontr. 55 43

Tråd 1,25, trukket TS 1785 2273

Forl. 3 3,2 20 _

Tråd 1,25, patent- TS 1205 1200 hærdet, messing- overtrukket Forλ. y,5 9,10 25 Fintråd 0,25 TS 2760 2780

Forl. 2,10 2,05 TS = trækstyrke i megapascal 30 Forl. = Brudforlængelse i % målt på 50 cm

Kontr. = Kontraktion .

Det iagttages, at den færdige tråd (diameter 0,25 35 mm) fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen og den færdige tråd fremstillet ved den klassiske fremgangsmåde

DK 154305 B

9 har ækvivalent© Mekaniske egenskaber (trækstyrke, brudfor- længels®)„ De andre egenskaber, torsionsstyrken og høje-styrken, ®r ligeledes identiske, og kordeludmattelsesstyrksn er større.

5 Men med hensyn, til mellemproduktet (tråd 1,25 mm, trukket) har tråden fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen klart overlegne mekaniske egenskaber i forhold til tråden fremstillet ved den klassiske metode. Disse egenskaber ©r enestående for en tråd med en diameter på 1,25 mm 10 og med 0,7% kulstof, der er fremstillet ud fra ståltråd med en diameter på 5,5 mm, der er kontrolleret afkølet og kommer fra et stålværk. Denne tråd kan anvendes til f.eks. undersøiske kabler, fjedre osv. Kun ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen opnås dette resultat direkte.

15 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen har adskillelige fordeles - patenteringen erstattes méd en mere simpel metode, der er let at anvende, og hvis mere simple materiel altså er mindre kostbart, 20 - der foregår ingen nedbrydning af overfladen, - der foregår ingen nedbrydning af overtræk, og derfor kan bejdsnings- og overtrækningsoperationer efter varmebehandlingen og før den anden trækning undgås, hvoraf følger en besparelse af materiel, udgangsmaterialer og energi, 25 = det er muligt at arbejde kontinuerligt fra var mebehandlingen og med store hastigheder på indtil 1000 m/min. og mere, = der fås et produkt, der har bedre mekaniske egenskaber end produkterne fremstillet ved den klassiske metode, 30 - produktet kan betragtes som et færdigt produkt og kan anvendes som det foreligger eller som mellemprodukt. I det sidstnævnte tilfælde fås der et færdigt produkt (f.eks. tråd til dæk), der har de samme egenskaber so® produktat fremstillet ved den klassiske metode, 35 = resultaterne opnås ved anvendelse af den sædvanligt anvendte kulstofståltype.

Claims (6)

1. Fremgangsmåde til bearbejdning af et langstrakt element af kulstofstål med høj styrke ved tværsnitsreduktion, kendetegnet ved, at man først underkaster det 5 langstrakte element en første operation til formindskelse af tværsnittet ved omgivelsestemperatur og i det væsentlige indtil strækningsgrænsen og derefter en varmebehandling ved en temperatur udner temperaturen for sfæroidisering af ce-mentitten i et tidsrum fra en brøkdel af et sekund til nogle 10 minutter, således at elementet gengives evnen til stræk-kelighed, hvorefter det afkøles til omgivelsestemperatur og underkastes en anden operation til formindskelse af tværsnittet ved omgivelsestemperatur.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendeteg- 15 net ved, at temperaturen ved varmebehandlingen er mellem 400 og 600®C.

3. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1-2, kendetegnet ved, at varmebehandlingen, afkølingen og den anden operation til formindskelse af tværsnittet gen- 20 nemføres kontinuerligt.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 3, kendetegnet ved, at varmebehandlingen, afkølingen og den anden operation til formindskelse af tværsnittet gennemføres ved hastigheder på 1000 m/min. og mere.

5. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1-4, ken detegnet ved, at den anden operation til formindskelse af tværsnittet efterfølges.af en patentering og derefter af en tredie operation til formindskelse ved omgivelsestemperatur .

6. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 1-4, ken detegnet ved, at den anden operation til formindskelse af tværsnittet efterfølges af en anden varmebehandling ved en temperatur mellem 400 og 600°C og af en tredie operation til formindskelse af tværsnittet ved omgivelsestem- 35 peratur.