EP0132252A1

EP0132252A1 - Verfahren zur Herstellung von Walzdraht mit guter Kaltverformbarkeit

Info

Publication number: EP0132252A1
Application number: EP19840890127
Authority: EP
Inventors: Herbert Adolf Dipl.-Ing. Schifferl; Norbert Dipl.-Ing. Köck; Harald Dipl.-Ing. Brandl; Karl Dipl.-Ing. Eggerth
Original assignee: Voestalpine AG
Current assignee: Voestalpine Stahl Donawitz GmbH
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1984-07-10
Publication date: 1985-01-23
Also published as: FI842809A; FI74737B; DE3461833D1; ATA255883A; FI842809A0; EP0132252B1; ES8504263A1; AT377531B; ES533106A0

Abstract

Zur Verbesserung der Kaltverformbarkeit von Walzdraht wird ausgehend von einem Stahl der nachfolgenden Zusammensetzung 0,003 bis 0,75 Gew.-% C 0,001 bis 2,0 Gew.-% Si 0,15 bis 2,5 Gew.-% Mn 0,001 bis 0,10 Gew.-% Al 0,0001 bis 0,040 Gew.-% P 0,0001 bis 0,040 Gew.-% S und gegebenenfalls 0,001 bis 1,5 Gew.-% Cr 0,001 bis 2,0 Gew.-% Ni 0,001 bis 2,5 Gew.-% Mo 0,001 bis 0,5 Gew.-% V 0,001 bis 0,5 Gew.-% Ti 0,0001 bis 0,03 Gew.-% B 0,001 bis 0,5 Gew.-% Zr Rest Eisen und übliche Verunreinigungen vorgeschlagen, die Endwalztemperatur zwischen 450°C und 1100°C insbesondere 970°C bis 1100°C zu wählen. Anschließend wird zunächst eine Wasser- und Luftkühlung auf eine Temperatur zwischen 850-1050°C, insbesondere 870-1000°C, vorgenommen und hierauf ausgefächert weiter mit einer Abkühlgeschwindigkeit von weniger als 5°C/s, vorzugsweise 1,0 bis 3,5°C/s, auf Temperaturen zwischen 200°C und 350°C, insbesondere 250-300°C, abgekühlt. Die bei einem derartigen Stahl bei einer Ausfächerungstemperatur von 950°C unter Einhaltung einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit von 0,5-1,3°C/s erzielte Umwandlung ist als schraffierter Bereich in einem ZTU-Schaubild darstellbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Walzdraht mit guter Kaltverformbarkeit. Aus der DE-AS 27 17 780 ist bereits ein Verfahren zur Herstellung von Walzdraht bekannt geworden, bei welchem der Draht das letzte Walzengerüst mit einer mittleren Endwalztemperatur von 870 bis 970 °C verläßt, worauf anschließend mit Wasser rasch auf 700 bis 850 C gekühlt wird und danach der Draht mit ausgefächerten Zustand mit einer mittleren Abkühlungsgeschwindigkeit von weniger als 8 °C/s weiter abgekühlt wird. Dieses bekannte Verfahren wird auf eine Reihe von Stählen angewendet, wobei über den Querschnitt des Walzdrahtes ein homogenes Gefüge erzielt werden soll, das die gewünschten mechanischen Eigenschaften aufweist. Insbesondere soll durch die bekannte Verfahrensweise die Ausbildung von Bainit oder Martensit in der Drahtoberfläche vermieden werden, wobei die Maßnahmen nach dem Stand der Technik darauf abzielen, ein starkes Kornwachstum zu bremsen und die Umwandlungstemperaturen mit einer wesentlich geringeren Austenitkorngröße zu erreichen. Diese feinkörnige Gefügeausbildung ergibt eine höhere Walzdrahtfestigkeit, wobei allerdings auch eine geringere Kaltverfombarkeit des Walzdrahtes resultiert. Die bekannte Verfahrensweise führt weiters auf Grund der raschen Abkühlung auf eine relativ niedrige Ausfächertemperatur eine dünne, fest haftende Zunderschicht und eine glatte Walzdrahtoberfläche herbei. Die dünne, fest haftende Zunderschicht ist in der Folge relativ schwer mechanisch zu entfernen, und die glatte Walzdrahtoberfläche führt zu einer relativ geringen Schmiermittelaufnahme an der Oberfläche für nachfolgende Ziehvorgänge.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Kaltverformbarkeit bestimmter Stahlsorten weiter zu verbessern und insbesondere bei einer Kaltverformung eine geringere Verfestigung, eine Erleichterung der mechanischen Entzunderung und eine Verbesserung der Aufnahme von Schmiermitteln an der Oberfläche zu erzielen. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß ein Draht aus einem Stahl der nachfolgenden Zusammensetzung
und gegebenenfalls
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen ausgehend von einer Endwalztemperatur von 950 bis 1100°C, insbesondere 970 bis 1100°C, zunächst einer Wasser- und Luftkühlung bis zur Erzielung einer Temperatur von 850 bis 1050 C, insbesondere 870 bis 1000°C unterworfen wird und anschließend ausgefächert und langsam mit einer Geschwindigkeit von weniger als 5°C/s, vorzugsweise 1,0 bis 3,5°C/s, auf Temperaturen von 200 bis 350°C, insbesondere 250 bis 300°C, abgekühlt wird.
Durch die höheren Ausgangstemperaturen sowohl was die Endwalztemperatur als auch was die Ausfächertemperatur betrifft, wird eine relativ gröbere Gefügeausbildung mit größerer sekundärer Korngröße gegenüber dem Stand der Technik erzielt.
Das Gefüge wird durch die langsame Abkühlung der ausgefächerten Drahtwindung an ruhender Luft nahe dem Gleichgewichtszustand gehalten und es ergeben sich somit niedrigere Walzdrahtfestigkeiten.
Dies wiederum bringt aber auch eine niedrigere Verfestigung bei der Kaltverformung dieses Walzdrahtes mit sich, wodurch höhere Kalttverformungsgrade erreichbar sind. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise wird eine relativ grobe Zunderausbildung mit entsprechend dickerer Zunderschicht erzielt, welche zu einer wesentlichen Verbesserung bei der mechanischen Entzunderung führt. Schließlich wird ein Walzdraht mit größerer Oberflächenrauhigkeit erzielt, was eine bessere Haftung von Schmiermitteln für die Kaltverformung mit sich bringt, so daß wiederum der Kaltverformungsvorgang begünstigt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich im besonderen für die Anwendung auf einen Walzdraht mit einem Durchmesser von 5,5 - 14 mm.
Zur Erzielung besonders weicher Ziehgüten wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß ein . Draht der Zusammensetzung
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen bei Legetemperaturen von über 900 ⁰C im ausgefächerten Zustand mit einer Geschwindigkeit von weniger als 4 °C/s abgekühlt wird. Auf diese Weise lassen sich Korngrößen nach ASTM zwischen 5 und 7 erzielen, wohingegen nach dem bekannten Stand der Technik wesentlich feinkörnigere Korngrößen zwischen ASTM 7 und 8 erzielt werden. Derartiger Walzdraht kann ohne Zwischenglühen einer sehr hohen Kaltverformung unterworfen werden.
Für die Herstellung von Draht mit guten Kaltstaucheigenschaften wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise so vorgegangen, daß ein Draht der Zusammensetzung
Rest Eisen mit üblichen Verunreinigungen ausgehend von einer Legetemperatur von 850 - 950 °C mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 °C/s auf 300 °C abgekühlt wird. Bei dieser Verfahrensweise hat es sich gezeigt, daß beispielsweise Walzdraht mit einem Durchmesser von 8 mm ohne zusätzliche Wärmebehandlung zu Schraubenbolzen verarbeitet werden kann. Es wurde sogar gefunden, daß ohne Wärmebehandlung die Herstellung von Imbusschrauben auf Automaten möglich ist.
Schließlich wird für die Herstellung eines Vormaterials für Schweißdrähte vorzugsweise so vorgegangen, daß ein Walzdraht mit einer Zusammensetzung von
Rest wie in Anspruch 1, ausgehend von einer Legetemperatur von 850 - 1050 °C mit einer Geschwindigkeit von weniger als 2,5 °C/s, vorzugsweise 1 °C/s, abgekühlt wird. Bei derartigen Schweißdrähten wird in der Folge eine sehr starke Querschnittsabnahme angestrebt und es hat sich gezeigt, daß durch eine derartige Behandlung beispielsweise ein Walzdraht, der innerhalb dieser Zusammensetzung liegt, mit einem Durchmesser von 5,5 mm ohne Wärmebehandlung in 16 Zügen direkt auf einen Enddurchmesser von 0,8 mm gebracht werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen und an Hand der Zeichnungsfiguren näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 ein ZTU-Schaubild für einen Schutzgasschweißdraht, Fig. 2 ein Rauheitsprofil bei Anwendung des Verfahrens nach dem Stand der Technik, Fig. 3 ein Rauheitsprofil bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine weiche Ziehgüte entsprechend dem Ausführungsbeispiel 1, Fig. 4 ein Schliffbild, wie es entsprechend einem Verfahren nach dem Stand der Technik erzielt wird und aus welchem die Zunderschichtdicke und die Korngröße in 500facher Vergrößerung ersichtlich ist, und Fig. 5 eine analoge Darstellung wie Fig. 4 nach Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beispiel 1: Zur Erzielung einer weichen Ziehgüte wurde ein Stahl mit nachfolgender Zusammensetzung eingesetzt: 0,02 Gew.-% C, 0,003 Gew.-% Si, 0,25 Gew.-% Mn, 0,022 Gew.% P, 0,018 Gew.-% S, 0,004 Gew.-% Al. Ausgehend von einer Endwalztemperatur von 1030 C wurde zunächst auf eine Ausfächerungstemperatur von 950 °C abgekühlt und anschließend an Luft im ausgefächerten Zustand mit einer Geschwindigkeit von ca. 2,5 °C/s weitergekühlt. Der auf diese Weise erzielte Walzdraht wies eine Zugfestigkeit R_m von 330 N/mm2 und eine Streckgrenze R _eh von 220 N/mm² auf. Der auf diese Weise erzielte Walzdraht konnte ausgehend von einem Walzdrahtdurchmesser von 5,5 mm ohne Zwischenglühen auf einen Durchmesser von 0,5 mm gezogen werden, wobei eine Endfestigkeit von 1200 N/mm2 nicht überschritten wurde.
Zu Vergleichszwecken wurde ein dem Stahl nach Anspruch 1 im wesentlichen entsprechender Stahl mit einem Mn-Gehalt von 0,35 Gew.-% bei gleichem Walzdrahtdurchmesser von 5,5 mm und einem Windungsabstand am Transportband von f = 10 mm verschiedenen Behandlungsweisen nach dem Stand der Technik und entsprechend den Angaben in Beispiel 1 unterworfen. Die hiebei erzielten Korngrößen nach ASTM werden in der nachfolgenden Tabelle 1 einander gegenübergestellt, wobei lediglich der Versuch 3 in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Beispiel 1 und die Versuche 1 und 2 entsprechend dem bekannten Stand der Technik durchgeführt wurden.
Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäß höheren Ausfächerungstemperatur von 950 °C unter Einhaltung einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit von ₂,₅ °_C/s wesentlich größeres Korn sowohl am Rand als auch im Kern erzielt wird als dies nach dem Stand der Technik erzielt wurde. Aus dieser größeren Korngröße resultiert die geringere _Festigkeitszunahme bei der Kaltverformung und damit der bedeutend höhere erzielbare Kaltverformungsgrad.
Die erzielbare Rauheit nach dem Stand der Technik sowie nach der Verfahrensweise entsprechend dem Beispiel 1 ist in den Figuren 2 und 3 einander gegenübergestellt. Während das in Fig. ₂ wiedergegebene Rauheitsprofil entsprechend dem Stand der Technik eine maximale Rauhtiefe R_max von 4,01 µm ergibt, läßt sich, wie aus Fig. 3 ersichtlich, durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Beispiel 1 eine maximale _Rauhti_{efc Rmax} 8,77 µm erzielen. Aus dieser größeren Rauheit des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Walzdrahtes ergibt sich die bessere Aufnahme von Schmiermitteln an der Oberfläche und damit eine Begünstigung des Kaltverformungsprozesses. Mit R_z ist in den Figuren 2 und 3 die gemittelte Rauhtiefe nach DIN 4768 in um bezeichnet. Mit R p ist die Glättungstiefe in um und mit R _a der Mittenrauhwert in um angegeben. Das Oberflächenkurvenbild ergibt klar das unterschiedliche Rauheitsprofil beim Vergleich des Verfahrens nach dem Stand der Technik mit dem Verfahren nach Beispiel 1.
Beispiel 2: Zur Erzielung eines Drahtes mit guten Kaltstaucheigenschaften wurde von einem Stahl mit der nachfolgenden Zusammensetzung ausgegangen: 0,35 Gew.-% C, 0,25 Gew.-% Si, 0,70 Gew.-% Mn, 0,024 Gew.-% P, 0,022 Gew.-% S, 0,032 Gew.-% Al, 0,002 Gew.-% B. Es wurde eine Endwalztemperatur von 1050 C und eine Ausfächerungstemperatur von 870 °C gewählt. Im aufgefächerten Zustand wurde anschließend die Abkühlgeschwindigkeit an Luft auf dem Transportsystem mit ungefähr 4 °C/s gewählt. Durch diese Behandlung wurde eine Zugfestigkeit R_m von 570 N/mm2 und eine Streckgrenze R_eh von 300 N/mm² erzielt. Dieser Walzdraht konnte, ausgehend von einem Durchmesser von 8 mm, ohne zusätzliche Wärmebehandlung einwandfrei zu Schraubenbolzen verarbeitet werden. Durch die niederen Walzdrahtfestigkeiten wurde auch ein sehr niedriger Werkzeugverschleiß erreicht.
Beispiel 3: Zur Herstellung eines Schutzgasschweißdrahtes wurde von einem Stahl der nachfolgenden Zusammensetzung ausgegangen: 0,06 Gew.-% C, 0,9 Gew.-% Si, 1,5 Gew.-% Mn, 0,017 Gew.-% P, 0,020 Gew.-% S, 0,003 Gew.-% Al. Es wurde eine Endwalztemperatur von 1050 °C und eine Ausfächerungstemperatur von 950 °C eingestellt. Die Abkühlgeschwindigkeit wurde mit etwa 1,0 °C/s im aufgefächerten Zustand gewählt, und die sich bei dieser Verfahrensweise ergebenden Verhältnisse werden für einen Walzdraht mit einem Durchmesser von 5,5 mm durch den schraffierten Bereich in Fig. 1 erläutert. Das ZTU-Schaubild nach Fig. 1 geht von einer Ausfächerungstemperatur von 950 °C und einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit von 0,5 - 1,3 °C/s in ausgefSchertem Zustand aus, wofür ein Windungsabstand am Transportband von f = 5,2 mm eingehalten wurde. Die Art der Umwandlung für den in Fig. 1 angeführten und von der Zusammensetzung nach Beispiel 3 geringfügig abweichenden Stahl wird durch den schraffierten Bereich erläutert.
Mit dem Verfahren entsprechend dem Beispiel 3 konnte eine Zugfestigkeit R_m von 500 N/mm2 und eine Streckgrenze R_eh von 310 N/mm2 erzielt werden. Der Walzdraht konnte ausgehend von einem Durchmesser von 5,5 mm ohne Wärmebehandlung in 16 Zügen direkt auf einen Enddurchmesser von 0,8 mm verarbeitet werden.
In den Figuren 4 und 5 wird die Vorgangsweise nach Beispiel 3 dem Stand der Technik gegenübergestellt, wobei in Fig. 5 die Korngröße und die Zunderschichtdicke der Ausbildung von Walzdraht des Durchmessers von 5,5 mm für einen Schutzgasschweißdraht der Zusammensetzung nach Beispiel 3 unter Anwendung eines Verfahrens nach dem Stand der Technik gezeigt wird, wohingegen Fig. 4 die Anwendung des Verfahrens nach Beispiel 3 illustriert.
Bei der Darstellung nach Fig. 5, welche das Schliffbild ebenso wie Fig. 4 in 500facher Vergrößerung zeigt, wurde eine Ausfächerungstemperatur von etwa 800°C und eine mittlere Abkühlungsgeschwindigkeit am Transportband von der Ausfächerungstemperatur bis auf ca. 450 °C von ca. 2,5 °C/s gewählt. Bei dieser Verfahrensweise ist eine relativ dünne festhaftende Zunderschicht und eine sehr feinkörnige Gefügeausbildung zu beobachten.
Demgegenüber zeigt Fig. 4 die Ausbildung des Gefüges, ausgehend von einer Ausfächerungstemperatur von etwa 950 °C unter Einhaltung einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit am Transportband von der Ausfächerungstemperatur bis auf 300 °C von etwa 1 °C/s. Aus Fig. 4 ist die wesentlich dickere Zunderschicht zu erkennen, welche mechanisch leichter entfernt werden kann. Gleichzeitig läßt sich die gröbere Gefügeausbildung ersehen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Walzdraht mit guter Kaltverformbarkeit, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht aus einem Stahl der nachfolgenden Zusammensetzung

und gegebenenfalls

Rest Eisen und übliche Verunreinigungen ausgehend von einer Endwalztemperatur von 950 bis 1100°C, insbesondere 970 bis 1100°C, zunächst einer Wasser- und Luftkühlung bis zur Erzielung einer Temperatur von 850 bis 1050°C, insbesondere 870 bis 1000°C unterworfen wird und anschließend ausgefächert und langsam mit einer Geschwindigkeit von weniger als 5°C/s, vorzugsweise 1,0 bis 3,5 C/s, auf Temperaturen von 200 bis 350°C, insbesondere 250 bis 300°C, abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzdraht mit einem Durchmesser von 5,5 bis 14 mm dem Verfahren unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für weiche Ziehgüten ein Draht aus einem Stahl der Zusammensetzung

Fest Eisen und übliche Verunreinigungen bei Legetemperaturen von über 900°C im ausgefächerten Zustand mit einer Geschwindigkeit von weniger als 4°C/s abgekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung von Draht mit guten Kaltstaucheigenschaften ein Draht aus einem Stahl der Zusammensetzung

Rest Eisen mit üblichen Verunreinigungen ausgehend von einer Legetemperatur von 850 bis 950°C mit einer Geschwindigkeit von etwa 4°C/s auf ≤ 300°C abgekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung eines Vormaterials für Schweißdrähte ein Walzdraht aus einem Stahl mit einer Zusammensetzung von

Rest wie Anspruch 1, ausgehend von einer Legetemperatur von 850°C bis 1050°C mit einer Geschwindigkeit von weniger als 2,5°C/s, vorzugsweise 1°C/s, in ausgefächertem Zustand abgekühlt wird.