EP0144694A2 - Method of making semi-finished products consisting of stainless austenitic or martensitic steel - Google Patents
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- EP0144694A2 EP0144694A2 EP84112965A EP84112965A EP0144694A2 EP 0144694 A2 EP0144694 A2 EP 0144694A2 EP 84112965 A EP84112965 A EP 84112965A EP 84112965 A EP84112965 A EP 84112965A EP 0144694 A2 EP0144694 A2 EP 0144694A2
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- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/005—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
Definitions
- the invention relates to a process for the production of semi-finished products from a stainless austenitic or martensitic steel according to the preamble of claim 1.
- Stainless austenitic and especially martensitic steels are preferably subjected to a heat treatment in order to improve their corrosion behavior or their mechanical properties, in particular their strength.
- the heat treatment generally consists of solution annealing the workpiece and then quenching it in water. For various reasons, this is done in a conventional manner for rolling stock by means of a separate heat treatment after the last hot rolling pass. The cooling rate would usually be too slow for direct quenching from the rolling heat.
- the invention is based on the object of specifying a method which enables the production of semi-finished products, in particular rolled material, from an austenitic or martensitic steel in a continuous, simple and inexpensive manner.
- 1 shows the structure of a device for carrying out a continuous process for rolling stock with a corresponding temperature diagram of the heat treatment.
- 1 is the workpiece (rolling stock) that moves from left to right according to the arrows.
- 2 are rollers of the roll stand arranged in pairs, it being possible for individual or all of the rollers 2 to be equipped with a roller heater 3. The direction of rotation of the rollers 2 is indicated by arrows.
- 4 are two-color pyrometers for recording the temperature at different locations in the rolling process, in particular for determining the final roll temperature.
- 5 is an inductive heater for the workpiece, which is made up of several individual coils.
- 6 represents a water tank and 7 the associated, suitably arranged quenching showers for the workpiece 1.
- the quenching showers 7 can be seen in cross-section in the form of a ring (for example for a round or square workpiece) or in pairs be arranged with water jets inclined to the feed direction (for example for a flat, band-shaped or plate-shaped workpiece 1).
- 8 is a controller for regulating the heating power (for each induction coil individually) of 5 and the water inflow and outflow of 6 and 7. In this controller 8, as parameters other than the
- the temperature profile T of the workpiece 1 as a function of its location (path) s is shown in the lower part of FIG. a is the lower limit of the quenching temperature required for the respective workpiece 1, which depends on the shape, dimension and material, b shows the temperature profile in the case of a high final roll temperature, at which no additional heating of the workpiece 1 is required.
- Curve c applies if the final roll temperature is too low for a direct quenching (as a rule) and the workpiece 1 also has to be heated again by means of heater 5.
- d represents the temperature profile which the workpiece 1 assumes when the roller heating 3 has the effect that premature cooling is largely prevented.
- the rolling temperature then assumes an average, approximately constant value over the entire course of the process, which is sufficiently high above a over the entire cross-section of the workpiece in order to ensure optimal microstructure formation after quenching.
- Curve e represents the temperature T ( ⁇ C) of the workpiece 1 as a function of the time t (sec).
- the final roll temperature after the last roll pass is 900 ° C, the quenching temperature 1070 ° C.
- Curve f represents the temperature T ( ⁇ C) of the workpiece 1 as a function of the time t (sec).
- the final roll temperature after the last roll pass is 900 ° C.
- the quenching temperature is 1000 ° C.
- a workpiece 1 with a rectangular end cross-section of 15 mm x 40 mm was hot-rolled in several passes from a stainless austenitic steel using the continuous process.
- the material had the following composition:
- the hot rolling and the further treatment were carried out in a device according to curve 1 shown schematically in FIG. 1.
- the rolling temperature gradually decreased from initially 1200 ° C to 900 ° C after the last stitch (approximately entry temperature into the furnace provided with inductive heating 5).
- the workpiece 1 was then heated to a temperature of 1070 ° C. within 20 seconds by means of inductive heating 5 and then immediately quenched with water using device 6/7 (cf. curve e in FIG. 2).
- the mean grain size of the finished rolled stock was 10 to 20 ⁇ m and its average Vickers hardness was 175 units (corresponding to a calculated tensile strength of approx. 560 MPa).
- the material values of the steel and the dimensions of the workpiece were entered into the control unit 9 and the temperatures were monitored by means of the pyrometer 4.
- the required power of the heater 5 was then automatically determined on the basis of calculated tables and functions and switched on by means of the controller 8 poses. The same applies to the operating parameters for the quenching (water tank 6 and quenching showers 7).
- a workpiece 1 with a rectangular end cross-section of 15 mm x 40 mm was hot-rolled in several passes from a stainless martensitic steel using the continuous process.
- the material had the following composition:
- This alloy was processed according to the device according to FIG. 1 and according to curve c of this figure.
- the final roll temperature at the end of the last pass was 900 ° C.
- the further processing was carried out according to curve f, FIG. 3.
- the workpiece 1 was then heated to a temperature of 1000 ° C. within 12 seconds by means of inductive heating 5 and then immediately quenched using water.
- the workpiece 1 was then heated again to 570 ° C. in a conventional manner for the purpose of tempering and then cooled in air.
- the finished treated steel had a tensile strength of approx. 990 MPa.
- the invention is not limited to the examples. According to the above procedure, most of the corro treat ion-resistant austenitic, martensitic and ferritic steels. This includes the following austenitic classes in particular:
- ferritic and martensitic steels also fall under the classes mentioned:
- the method can also be carried out in such a way that the last rolling passes are carried out at a temperature high enough to directly quench the workpiece 1 from the solution annealing temperature after the last pass without additional heating (curve b in FIG. 1).
- the inductive heating 5 can basically be accommodated in a continuous or holding furnace.
- the method can also be carried out using a roller heater 3 according to curve d (see FIG. 1) that is provided for at least the last phase of the rolling process.
- the roller heater 3 is also controlled by the devices 8 and 9 or separately supervised.
- the final roll temperature then corresponds approximately to the quenching temperature (in the present case approx. 1000 to 1100 ° C).
- the air cooling of the workpiece 1 carried out according to FIG. 3 after tempering can optionally also be replaced in a conventional manner by water cooling.
- the degree of deformation ⁇ should be at least 0.8.
- ⁇ is defined as follows:
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Abstract
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus einem rostfreien austenitischen oder martensitischen Stahl nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a process for the production of semi-finished products from a stainless austenitic or martensitic steel according to the preamble of claim 1.
Rostfreie austenitische und vor allem martensitische Stähle werden zwecks Verbesserung ihres Korrosionsverhaltens bzw. ihrer mechanischen Eigenschaften, insbesondere der Festigkeit bevorzugt einer Wärmebehandlung unterzogen. Dies gilt vor allem für Halbzeug und insbesondere für Walzmaterial. Die Wärmebehandlung besteht im allgemeinen in einem Lösungsglühen des Werkstücks und in einem anschliessenden Abschrecken in Wasser. Dies geschieht aus verschiedenen Gründen bei Walzmaterial in herkömmlicher Weise durch eine separate Wärmebehandlung nach dem letzten Warmwalzstich. Für ein direktes Abschrecken aus der Walzhitze wäre meistens die Abkühlungsgeschwindigkeit zu niedrig.Stainless austenitic and especially martensitic steels are preferably subjected to a heat treatment in order to improve their corrosion behavior or their mechanical properties, in particular their strength. This applies above all to semi-finished products and in particular to rolled material. The heat treatment generally consists of solution annealing the workpiece and then quenching it in water. For various reasons, this is done in a conventional manner for rolling stock by means of a separate heat treatment after the last hot rolling pass. The cooling rate would usually be too slow for direct quenching from the rolling heat.
Für die wirtschaftliche Herstellung von gewissem Halbzeug in grösseren Mengen kommt vornehmlich die Fliessfertigung in Frage. Zu diesem Zweck sind entsprechende Durchlaufverfahren und die zugehörigen Anlagen entwickelt worden (siehe z.B. Georg Mesbert, "Die Abschreckung von Rohren und Stäben im Durchlauf bei der Wärmebehandlung von Stahl", Stahl und Eisen 101, 16. November 1981, S. 1419-1425).For the economical production of certain semi-finished products in large quantities, flow production is the main thing Question. Corresponding continuous processes and the associated systems have been developed for this purpose (see, for example, Georg Mesbert, "The quenching of pipes and rods in the continuous process in the heat treatment of steel", Stahl und Eisen 101, November 16, 1981, pp. 1419-1425) .
Die bekannten herkömmlichen Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften von austenitischen und martensitischen Stählen sind vergleichsweise zeitraubend und umständlich und erfordern umfangreiche Anlagen. Es besteht daher ein Bedürfnis zur Weiterentwicklung und Vereinfachung dieser Verfahren.The known conventional methods for improving the properties of austenitic and martensitic steels are comparatively time-consuming and cumbersome and require extensive systems. There is therefore a need to further develop and simplify these processes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung von Halbzeug, insbesondere Walzmaterial aus einem austenitischen oder martensitischen Stahl in kontinuierlicher, einfacher und kostengünstiger Weise ermöglicht.The invention is based on the object of specifying a method which enables the production of semi-finished products, in particular rolled material, from an austenitic or martensitic steel in a continuous, simple and inexpensive manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.The invention is described on the basis of the following exemplary embodiments explained by figures.
Dabei zeigt:
- Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit dem entsprechenden Temperaturschaubild der Wärmebehandlung,
- Fig. 2 ein Diagramm des Temperaturverlaufs des Verfahrens in Funktion der Zeit für einen austenitischen Stahl,
- Fig. 3 ein Diagramm des Temperaturverlaufs des Verfahrens in Funktion der Zeit für einen martensitischen Stahl.
- 1 shows the schematic structure of a device for carrying out the method with the corresponding temperature diagram of the heat treatment,
- 2 shows a diagram of the temperature profile of the method as a function of time for an austenitic steel,
- Fig. 3 is a diagram of the temperature profile of the process as a function of time for a martensitic steel.
In Fig. 1 ist der Aufbau einer Vorrichtung zur Durchführung eines Durchlaufverfahrens für Walzgut mit entsprechendem Temperaturschaubild der Warmbehandlung dargestellt. 1 ist das Werkstück (Walzgut), das sich den Pfeilen gemäss von links nach rechts bewegt. 2 sind jeweils paarweise angeordnete Walzen des Walzgerüstes, wobei einzelne oder alle Walzen 2 mit einer Walzenheizung 3 ausgerüstet sein können. Die Umdrehungsrichtung der Walzen 2 ist durch Pfeile angedeutet. 4 sind Zweifarben-Pyrometer zur Erfassung der Temperatur an verschiedenen Orten des Walzprozesses, insbesondere zur Bestimmung der Walzendtemperatur. 5 ist eine aus mehreren Einzelspulen aufgebaute induktive Heizung für das Werkstück. 6 stellt einen Wasserbehälter und 7 die dazugehörigen, in geeigneter Weise angeordneten Abschreckbrausen für das Werkstück 1 dar. Je nach Querschnittsform und Profil des Werkstücks 1 können die Abschreckbrausen 7 im Querschnitt gesehen in Form eines Ringes (z.B. für ein rundes oder quadratisches Werkstück) oder paarweise mit zur Vorschubrichtung geneigten Wasserstrahlen (z.B. für ein flaches, band- oder plattenförmiges Werkstück 1) angeordnet sein. 8 ist ein Regler zur Regulierung der Heizleistung (für jede Induktionsspule individuell) von 5 und des Wasserzu- bzw. Abflusses von 6 und 7. In diesem Regler 8 werden als Kenngrössen ausser der über1 shows the structure of a device for carrying out a continuous process for rolling stock with a corresponding temperature diagram of the heat treatment. 1 is the workpiece (rolling stock) that moves from left to right according to the arrows. 2 are rollers of the roll stand arranged in pairs, it being possible for individual or all of the
4 gemessenen Temperaturen T1 ... T die Dimensionen des Werkstücks 1 und die Endwalzgeschwindigkeit sowie ein zuvor ausgewähltes, vom zu behandelnden Werkstoff abhängiges zuvor aufgrund von Tabellen errechnetes Programm mittels Steuergerät 9 eingegeben.4 measured temperatures T 1 ... T, the dimensions of the workpiece 1 and the final rolling speed, and a previously selected program, which is dependent on the material to be treated and previously calculated on the basis of tables, are entered by means of control unit 9.
Der Temperaturverlauf T des Werkstücks 1 in Funktion seines Ortes (Weges) s ist im unteren Teil der Figur l dargestellt. a ist die untere Grenze der erforderlichen Abschrecktemperatur für das jeweilige Werkstück 1, die sich nach Form, Dimension und Werkstoff richtet, b zeigt den Temperaturverlauf für den Fall hoher Walzendtemperatur, bei der keine zusätzliche Aufheizung des Werkstücks 1 erforderlich ist. Kurve c gilt, wenn die Walzendtemperatur für ein unmittelbares Abschrecken zu tief liegt (Regelfall) und das Werkstück 1 mittels Heizung 5 zusätzlich wieder aufgeheizt werden muss. d stellt den Temperaturverlauf dar, den das Werkstück l annimmt, wenn durch die Walzenheizung 3 bewirkt wird, dass eine vorzeitige Abkühlung weitgehend unterbunden wird. Die Walztemperatur nimmt dann über den ganzen Verlauf des Prozesses einen mittleren, annähernd konstanten Wert an, welcher über den ganzen Querschnitt des Werkstücks genügend hoch oberhalb a liegt, um eine optimale Gefügeausbildung nach dem Abschrecken zu gewährleisten.The temperature profile T of the workpiece 1 as a function of its location (path) s is shown in the lower part of FIG. a is the lower limit of the quenching temperature required for the respective workpiece 1, which depends on the shape, dimension and material, b shows the temperature profile in the case of a high final roll temperature, at which no additional heating of the workpiece 1 is required. Curve c applies if the final roll temperature is too low for a direct quenching (as a rule) and the workpiece 1 also has to be heated again by means of
In Fig. 2 ist ein Diagramm des Temperaturverlaufs des Verfahrens in Funktion der Zeit für ein Werkstück 1 aus einem austenitischen Stahl dargestellt. Kurve e stellt die Temperatur T (οC) des Werkstückes 1 in Funktion der Zeit t (sec) dar. Die Walzendtemperatur nach dem letzten Walzstich beträgt 900°C, die Abschrecktemperatur 1070°C.2 shows a diagram of the temperature profile of the method as a function of time for a workpiece 1 made of an austenitic steel. Curve e represents the temperature T (οC) of the workpiece 1 as a function of the time t (sec). The final roll temperature after the last roll pass is 900 ° C, the quenching temperature 1070 ° C.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm des Temperaturverlaufs des Verfahrens in Funktion der Zeit für ein Werkstück 1 aus einem martensitischen Stahl. Kurve f stellt die Temperatur T (οC) des Werkstückes 1 in Funktion der Zeit t (sec) dar. Die Walzendtemperatur nach dem letzten Walzstich beträgt 900 C, die Abschrecktemperatur 1000°C.3 shows a diagram of the temperature profile of the method as a function of time for a workpiece 1 made of a martensitic steel. Curve f represents the temperature T (οC) of the workpiece 1 as a function of the time t (sec). The final roll temperature after the last roll pass is 900 ° C., the quenching temperature is 1000 ° C.
Siehe Fig. 1 und Fig. 2:See Figures 1 and 2:
Aus einem rostfreien austenitischen Stahl wurde in mehreren Stichen nach dem Durchlaufverfahren ein Werkstück 1 mit einem rechteckigen Endquerschnitt von 15 mm x 40 mm warmgewalzt. Der Werkstoff hatte die nachfolgende Zusammensetzung:
Das Warmwalzen sowie die Weiterbehandlung erfolgte in einer gemäss Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung entsprechend Kurve c. Die Walztemperatur fiel sukzessive von anfangs 1200°C auf 900°C nach dem letzten Stich ab (ungefähr Eintrittstemperatur in den mit induktiver Heizung 5 versehenen Ofen). Das Werkstück 1 wurde nun mittels induktiver Heizung 5 innert 20 sec auf eine Temperatur von 1070°C aufgeheizt und anschliessend sofort mittels Vorrichtung 6/7 mit Wasser abgeschreckt (Vergl. Kurve e in Fig. 2). Die mittlere Korngrösse des fertig behandelten Walzgutes betrug 10 bis 20 µm und seine durchschnittliche Vickershärte 175 Einheiten (entsprechend einer errechneten Zugfestigkeit von ca. 560 MPa).The hot rolling and the further treatment were carried out in a device according to curve 1 shown schematically in FIG. 1. The rolling temperature gradually decreased from initially 1200 ° C to 900 ° C after the last stitch (approximately entry temperature into the furnace provided with inductive heating 5). The workpiece 1 was then heated to a temperature of 1070 ° C. within 20 seconds by means of
Bei der Durchführung des Verfahrens wurden die Werkstoffwerte des Stahles sowie die Dimensionen des Werkstückes in das Steuergerät 9 eingegeben und die Temperaturen mittels Pyrometer 4 überwacht. Aufgrund von berechneten Tabellen und Funktionen wurde dann die erforderliche Leistung der Heizung 5 automatisch bestimmt und mittels Regler 8 eingestellt. Desgleichen die Betriebsparameter für das Abschrecken (Wasserbehälter 6 und Abschreckbrausen 7).When carrying out the method, the material values of the steel and the dimensions of the workpiece were entered into the control unit 9 and the temperatures were monitored by means of the pyrometer 4. The required power of the
Siehe Fig. 1 und Fig. 3:See Figures 1 and 3:
Aus einem rostfreien martensitischen Stahl wurde in mehreren Stichen nach dem Durchlaufverfahren ein Werkstück 1 mit einem rechteckigen Endquerschnitt von 15 mm x 40 mm warmgewalzt. Der Werkstoff hatte die nachfolgende Zusammensetzung:
Die Verarbeitung dieser Legierung erfolgte gemäss Vorrichtung nach Fig. 1 und entsprechend Kurve c dieser Figur. Dabei betrug die Walzendtemperatur am Schluss des letzten Stiches 900°C. Die Weiterverarbeitung wurde gemäss Kurve f, Fig. 3 vorgenommen. Danach wurde das Werkstück 1 mittels induktiver Heizung 5 innert 12 sec. auf eine Temperatur von 1000°C erwärmt und dann sofort mittels Wasser abgeschreckt. Daraufhin wurde das Werkstück 1 zwecks Anlassen in konventioneller Weise nochmals auf 570°C erwärmt und dann an Luft abgekühlt. Der fertig behandelte Stahl wies eine Zugfestigkeit von ca. 990 MPa auf.This alloy was processed according to the device according to FIG. 1 and according to curve c of this figure. The final roll temperature at the end of the last pass was 900 ° C. The further processing was carried out according to curve f, FIG. 3. The workpiece 1 was then heated to a temperature of 1000 ° C. within 12 seconds by means of
Alle detaillierten Verfahrensschritte wurden nach dem gleichen, unter Beispiel I geschildeten Prinzip durchgeführt.All detailed process steps were carried out according to the same principle as described in Example I.
Die Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt. Nach dem vorgenannten Verfahren lassen sich die meisten korrosionsbeständigen austenitischen, martensitischen und ferritischen Stähle behandeln. Darunter fallen insbesondere folgende austenitische Klassen:
Ferner fallen u.a. folgende ferritischen bzw. martensitischen Stähle unter die genannten Klassen:
Unter gewissen Umständen lässt sich das Verfahren auch derart durchführen, dass die letzten Walzstiche bei einer Temperatur erfolgen, welche genügend hoch liegt, um das Werkstück 1 nach dem letzten Stich ohne zusätzliche Erwärmung aus der Lösungsglühtemperatur direkt abzuschrecken (Kurve b in Fig. 1).Under certain circumstances, the method can also be carried out in such a way that the last rolling passes are carried out at a temperature high enough to directly quench the workpiece 1 from the solution annealing temperature after the last pass without additional heating (curve b in FIG. 1).
Die induktive Heizung 5 kann grundsätzlich in einem Durchlauf- oder Halteofen untergebracht sein.The
Das Verfahren lässt sich prinzipiell auch unter Ausnutzung einer mindestens für die letzte Phase des Walzprozesses vorgesehenen Walzenheizung 3 gemäss Kurve d (siehe Fig. 1) durchführen. In diesem Falle wird die Walzenheizung 3 ebenfalls durch die Geräte 8 und 9 gesteuert oder separat überwacht. Die Walzendtemperatur entspricht dann ungefähr der Abschrecktemperatur (im vorliegenden Fall ca. 1000 bis 1100°C).In principle, the method can also be carried out using a roller heater 3 according to curve d (see FIG. 1) that is provided for at least the last phase of the rolling process. In this case, the roller heater 3 is also controlled by the devices 8 and 9 or separately supervised. The final roll temperature then corresponds approximately to the quenching temperature (in the present case approx. 1000 to 1100 ° C).
Die gemäss Fig. 3 nach dem Anlassen durchgeführte Luftabkühlung des Werkstückes 1 kann gegebenenfalls in herkömmlicher Weise auch durch eine Wasserabkühlung ersetzt werden.The air cooling of the workpiece 1 carried out according to FIG. 3 after tempering can optionally also be replaced in a conventional manner by water cooling.
Es ist darauf zu achten, dass die Verformung während des Walzprozesses genügend hoch ist, damit eine vollständige Rekristallisation des Walzgutes gewährleistet wird. Im allgemeinen soll der Verformungsgrad ε mindestens 0,8 betragen. Dabei ist ε wie folgt definiert:
Das neue Verfahren zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:
- - Keine zusätzliche Wärmebehandlung.
- - Keine zusätzliche Handhabung mit den entsprechenden Umtrieben wie Transport, Lagerung etc.
- - Geringerer Verzug des Walzgutes.
- - Kürzere Durchlaufzeit in der Produktion.
- - Vereinfachter, automatischer Ablauf des Verfahrens.
- - No additional heat treatment.
- - No additional handling with the corresponding activities like transport, storage etc.
- - Less warpage of the rolling stock.
- - Shorter lead times in production.
- - Simplified, automatic procedure.
Claims (4)
Applications Claiming Priority (2)
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EP0144694A3 (en) | 1987-10-21 |
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Inventor name: RYDSTAD, HANS, DR. |