EP1371737A1 - Verfahren zur Herstellung von Draht- oder Stabstahl und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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EP1371737A1
EP1371737A1 EP03012209A EP03012209A EP1371737A1 EP 1371737 A1 EP1371737 A1 EP 1371737A1 EP 03012209 A EP03012209 A EP 03012209A EP 03012209 A EP03012209 A EP 03012209A EP 1371737 A1 EP1371737 A1 EP 1371737A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
phase
rolling stock
rolling
conversion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03012209A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Dr.-Ing. Heldt
Martin Kühnemund
Georg Dr.-Ing. Nussbaum
Ulrich Dr.-Ing. Urlau
Rudolf Prof. Dr.-Ing. Kawalla
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Von Moos Stahl AG
Original Assignee
Von Moos Stahl AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Von Moos Stahl AG filed Critical Von Moos Stahl AG
Publication of EP1371737A1 publication Critical patent/EP1371737A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/06—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of rods or wires

Definitions

  • the invention relates to a method for producing wire or bar steel, a Device for performing the method and one with the inventive Process manufactured wire rod or bar steel.
  • WO86 / 01231 describes an improved process for the production of steels of various shapes, in which a steel is first heated to complete austenitization and then subjected to a first hot working. The hot-formed steel is then cooled to a temperature just below Ar 3 , which forms an austenite-ferrite mixed structure, which is then subjected to a second hot-working. Finally, the steel is quenched, whereby a mixed structure of martensite or bainite is formed in a ductile ferrite matrix.
  • US 4,604,145 and CN 1 088 265 A describe further processes for the production of wire or bar steel, in which, after an austenitic rolling, hot forming is also carried out in the austenite-ferrite mixed phase area.
  • none of the publications mentioned above contains any information as to what residual proportion of austenite phase should be selected for hot working in the mixed phase area.
  • the object of the invention is an improved method and an improved device to specify the manufacture of bar or wire steel, which is a better one Allow control of the properties of the process products.
  • Another job the invention is wire rod or steel bars with improved properties provide.
  • the remaining portion of the austenite phase is a key factor to influence the properties of the rolling stock produced.
  • inventive Processes can therefore change the properties of the process products in advantageously by choosing the remaining portion of the austenite phase, but also by the temperature during the second hot forming and by means of the aftertreatment of the rolling stock are checked.
  • rod or Wire steel can be produced, which on the one hand has high toughness and good forming properties and on the other hand one on the intended use of the product has coordinated strength.
  • the first hot forming comprises a first rolling process at a temperature above 950 ° C and a second rolling process at a temperature in the range between Ar 3 and Ar 3 + 150 ° C.
  • the residual proportion of austenite phase present at the start of the second hot deformation depends on the desired properties of the process products pretend. According to the preferred embodiment defined in claim 3
  • the remaining proportion of austenite phase in the process is 30 to 80%.
  • the method according to claim 4 includes controlled cooling with at least one cooling phase associated downstream conversion phase.
  • water is applied to the rolling stock during the conversion phase essentially includes a waiting phase, during which the partial conversion the austenite phase into the ferrite phase or further into the ferrite / pearlite phase takes place.
  • Either the cooling effect of the cooling phase or the Duration of the conversion phase or both set so that the predetermined Remaining part of the austenite phase is reached.
  • the setting of the cooling effect can in particular based on the cooling capacity and the cooling time. If desired, can the second cooling from a plurality of cooling phases with each associated conversion phases.
  • the properties of the rolling stock used to cool down the properties of process products further influence.
  • a comparative according to claim 5 slow cooling rate of 0.01 to 0.5 ° C / s, preferably selected around 0.1 ° C / s, this leads to products with a comparative low strength and a comparatively high cold formability.
  • a comparatively fast cooling rate of chosen at least 1 ° C / s, preferably about 8 ° C / s this leads to products with a comparatively high strength and a comparatively low Cold formability.
  • the After-treatment a cooling of the rolling stock with a variable cooling rate.
  • a step-like cooling program can run through be, for example, first a comparatively fast and then includes a comparatively slow cooling rate.
  • the cooling section is provided with means equipped to set a predefined cooling intensity.
  • the waiting device is designed as a continuous path for the rolling stock, wherein this has an adjustable length according to claim 11.
  • the propulsion means with an adjustable propulsion speed operated. This allows the for a continuous distance of a predetermined length Set the lead time for the rolling stock.
  • the aim of the process is therefore the setting of a structure with small grain sizes after the rolling stock has cooled to room temperature.
  • the structure of the steels specified here is a structure with proportions of Ferrite, pearlite and sometimes also with parts of bainite and martensite.
  • the grain size this structure after the transformation of the austenite phase becomes the same degree of deformation essentially influenced by the austenite grain size before transformation.
  • the finer the austenite grain the smaller the grain of the converted one Structure.
  • the austenite grain size after recrystallization in turn depends mainly on the forming temperature.
  • the austenite recrystallizes after being deformed due to a too low temperature is no longer due to the remaining solidification the structure after the ⁇ / ⁇ conversion is finer than that of the recrystallized one Austenites with the same grain size.
  • a final forming step in the temperature range of ferrite and austenite leads to a further grain refinement of the transformation structure out.
  • the options mentioned are Combined used for grain refinement in the process described here.
  • the initial austenitization becomes a recrystallization in the first stage of the process caused to grain refinement.
  • the temperature further lowered and awaiting transformation of the austenite, with this Temperature on the one hand the recrystallization in austenite no longer takes place and on the other hand, ferrite (and / or pearlite) already forms before a second hot deformation has formed another through the deformation and subsequent recrystallization Grain refinement experienced.
  • the steel becomes cooled very slowly in the third process stage, this leads to grain growth of the ferrite and thus to a loss of strength.
  • This loss Strength is used to achieve good cold formability for steels after a Cold forming can be compensated, desired.
  • the device shown in Figure 1 has propulsion means, not shown for the wire rod or steel bar 2, which this in a direction of advance V convey through the device.
  • propulsion means not shown for the wire rod or steel bar 2 which this in a direction of advance V convey through the device.
  • the Steel to a first thermoforming device 6 then passes through a device 8 for the controlled transformation of austenitic phase, then goes through a second thermoforming device 10 and finally reaches an aftertreatment device 12.
  • the first thermoforming device 6 contains - in the direction of advance V arranged one after the other - a Vorstrasse and Eisenstrasse 14, an Cooling device 16, a temperature compensation section 18 and a finishing train 20th
  • the device 8 for the controlled transformation of austenitic phase - below Called “conversion device” - includes a cooling section 22 and one subsequently arranged waiting device 24.
  • the cooling section is advantageous 22 equipped with air or water jet pressurizing means in order to continuous rolling stock to set a predefined cooling intensity.
  • the waiting device 24 is more predetermined as a loop-like passage Length.
  • the length of the throughput is in one certain length range adjustable. From the foregoing it becomes clear that the extent of the austenitic phase transformation, which is affected by both the cooling intensity in the cooling section as well as that for passing through the through section depends on the time required, by suitable selection of the cooling intensity and / or the length of the passage is adjustable. In principle, this can be done the speed of advance of the rolled stock is another control parameter use.
  • the aftertreatment device 12 which cools the rolling stock 2 to serves for the complete transformation of the austenite phase, expediently allows the setting of different cooling rates.
  • a furnace chamber can be provided, into which the rolled material after leaving of the second thermoforming device 10 is stored at a very slow rate Cooling down.
  • there is a rapid cooling of the rolling stock reachable for example by compressed air or cooling water blowers.
  • a first hot working is then carried out by rolling at a temperature above Ar 3 by means of the first hot working device 6. In the example shown, the first hot deformation is carried out in several stages.
  • the cross section of the rolling stock is gradually reduced in the roughing and intermediate line 14 at temperatures around 950 ° C.
  • the rough austenite structure is refined by recrystallization processes during and after the individual roll passes.
  • the rolling stock is cooled in the cooling device 16 by exposure to water. This creates a significant temperature gradient between the cooled surface and the core of the rolling stock.
  • this temperature gradient is reduced by heat conduction within the rolling stock.
  • the length of the temperature compensation section 18 is constant and the residence time of the rolling stock is dependent on the speed of the rolling stock.
  • the mean temperature of the rolling stock after leaving the temperature compensation section can be set via the cooling intensity of the cooling device 16, a temperature in the range from 750 to 900 ° C.
  • the rolling stock is then thermoformed again at a controlled temperature in the finishing train 20, the total degree of forming at the end of the first process stage, ie after passing through the finishing train 20, to be at least 30%.
  • the aim of this deformation at reduced temperature is to further refine the austenite structure and thus to accelerate the phase transformations in the ferrite, pearlite and bainite stage in the subsequent second process stage.
  • the result is much finer and more homogeneous structures after the conversion. Associated with this can be a reduction in strength and an improvement in formability.
  • the rolled stock is cooled in a controlled manner and then a second hot working is carried out at a temperature in the range from Ar 1 to Ar 3 .
  • the rolling stock is further cooled in the cooling section 22 and passes through the subsequently arranged waiting device 24, the microstructure of the ⁇ phase (austenite) being converted into the ⁇ phase (ferrite) in the rolling stock.
  • the second hot-forming device 10 also called a multi-phase rolling stage, a further reduction in cross-section is carried out by rolling, the degree of deformation being 15 to 35%.
  • the temperature during rolling in the multi-phase area is between 625 and 725 ° C.
  • the rolling of the rolling stock is carried out in a controlled manner in such a way that the austenite phase in the rolling stock before the second hot deformation is only partially converted into the ferrite phase or further into the ferrite / pearlite phase and thereby takes place Mixed structure is formed, which has a predetermined residual proportion of austenite phase at the start of the second hot deformation.
  • the degree of conversion is a function of time.
  • the transformation time required for ferrite formation be so long that the rolling stock cools down too much in the conversion section.
  • the rolling stock is reheated, for example with induction heating required. This can be like direct within the conversion route before the multi-phase rolling stage.
  • controlled cooling included the second stage of the process cooling the rolling stock in air.
  • the rest of the austenite phase at the beginning The second hot deformation was based on the waiting time between the first and second hot working set.
  • Bar steel samples of the steel grade 8MnSi7 with the composition according to Table 1 were austenitized at 1050 ° C for 10 min, cooled in air to 900 ° C and then subjected to a first hot working with a cross-section reduction of 41%.
  • Bar steel samples from Example 1 (% by weight) C Mn Si N al Cr B Fe 0.10% 1.69% 1.03% 0.0066% 0.010% 0.03% 0.0000% rest
  • sample A The samples were then cooled further in air for a predetermined waiting time and then subjected to a second hot deformation with a cross-sectional reduction of 31% at the processing temperature T B that was then reached.
  • T B the processing temperature
  • two different cooling times were used and thus a residual proportion of austenite phase of 75% (sample A) or 30% (sample B) was set.
  • the tensile strength is significantly lower at around 600 MPa.
  • the gain in strength without loss in the contraction of the fracture by the new processes can be up to 100 MPa.
  • Bar steel samples of the steel grade 32CrB4 with the composition according to Table 3 were austenitized at 1200 ° C for 60 min, cooled in air to 800 ° C and then subjected to a first hot working with a cross-section reduction of 41%.
  • Bar steel samples from Example 2 (% by weight) C Mn Si N al Cr B Fe 0.34% 0.81% 0.08% 0.0094% 0.025% 1.08% 0.0033% rest
  • samples C, D, E and F were then further cooled in air during different waiting times (samples C, D, E and F) with an average cooling rate of 2.8 ° C / s and then at the processing temperature T B then reached, a second hot deformation with a cross-sectional reduction of Subjected to 31%.
  • Bar steel samples of the same steel grade 32CrB4 as in Example 2 were at 1050 ° C austenitized for 10 min, cooled in air to 800 ° C and then a first Hot deformation with a cross-section reduction of 41%.
  • the method described can be applied to steels, their composition due to weight proportions of 0.01 to 0.65% carbon and up to 1.50% Silicon, up to 2% manganese, up to 1.5% chromium, up to 0.5% molybdenum, up to 1.5% Nickel, up to 0.2% vanadium, up to 0.1% niobium, up to 0.01% boron, up to 0.1% titanium and is characterized up to 0.06% aluminum.
  • Other elements such as copper, tin, Arsenic, antimony, etc. can also be used as standard steel elements his.
  • the chemical composition to be selected depends on the one after generation of the wire rod or steel bars provided processing steps.
  • the single ones Elements such as carbon, silicon and manganese are used to adjust the Strength in steels that are not subjected to heat treatment.
  • steels, which are finally tempered after cold working becomes the necessary skill for hardening depending on the cross section of the part by adding of carbon, manganese, chromium, molybdenum, nickel, vanadium and boron.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung von Draht- oder Stabstahl wird in einer ersten Verfahrensstufe ein Stahl mit einem Gewichtsanteil von 0,01 bis 0,65% auf 1000 bis 1300°C erhitzt. Anschliessend wird eine erste Warmverformung durch Walzen bei einer Temperatur oberhalb Ar3 durchgeführt, wobei der Gesamtumformgrad bei der ersten Warmverformung mindestens 30% beträgt. In einer zweiten Verfahrensstufe wird eine kontrollierte Abkühlung des Walzgutes und danach eine zweite Warmverformung bei einer Temperatur im Bereich von Ar1 bis Ar3 durchgeführt. Die kontrollierte Abkühlung wird derart durchgeführt, dass im Walzgut vor der zweiten Warmverformung eine nur teilweise Umwandlung der Austenit-Phase in die Ferrit-Phase oder weitergehend in die Ferrit/Perlit-Phase stattfindet und dabei ein Mischgefüge gebildet wird, welches bei Beginn der zweiten Warmverformung einen vorgegebenen Restanteil (x) an Austenit-Phase aufweist, und wobei der Gesamtumformgrad bei der zweiten Warmverformung 15 bis 35% beträgt. In einer dritten Verfahrensstufe wird eine Nachbehandlung des Walzgutes bis zur vollständigen Umwandlung der Austenit-Phase vorgenommen. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Draht- oder Stabstahl, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie einen mit dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Walzdraht oder Stabstahl.
Stand der Technik
Die US 5,252,153 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Draht- oder Stabstahl, welches die folgenden Verfahrensstufen beinhaltet:
  • a) in einer ersten Verfahrensstufe wird ein Stahl mit einem Gewichtsanteil von 0,1 bis 1,5% Kohlenstoff, 0,25 bis zu 2% Mangan, 0,03 bis 1,0% Silizium, 0,015 bis 0,05% Aluminium, bis zu 2,0% Chrom, bis zu 1,0% Molybdän, bis zu 3,5% Nickel, bis zu 0,1% Niob, bis zu 0,3% Vanadium, bis zu 0,04% Titan, bis zu 0,02% Stickstoff und bis zu 0,15% Schwefel sowie weiteren stahlüblichen Beimengungen auf 900 bis 1250°C erhitzt, anschliessend wird eine erste Warmverformung durch Walzen bei einer Temperatur im Bereich von Ar3 bis Ar3 + 200°C durchgeführt, wobei der Gesamtumformgrad bei der ersten Warmverformung mindestens 30% beträgt;
  • b) in einer weiteren Verfahrensstufe wird eine Abkühlung des Walzgutes vorgenommen derart, dass eine komplette Umwandlung der Austenit-Phase in die Ferrit/Perlit-Phase stattfindet, und danach wird eine abschliessende Warmverformung bei einer Temperatur im Bereich von Ac1 - 400°C bis Ac1 durchgeführt,
    • wobei der Gesamtumformgrad bei der abschliessenden Warmverformung 10 bis 70% beträgt.
    Im Gegensatz zur sonst üblichen Warmverformung des austenitischen Walzgutes wird beim obigen Verfahren die abschliessende Warmverformung nach der kompletten Umwandlung der Austenit-Phase in die Ferrit/Perlit-Phase durchgeführt. Auf diese Weise lässt sich ein Zerbrechen der Perlitlamellen bewirken, womit sich im Ergebnis die Kaltverformungseigenschaften der Verfahrenserzeugnisse nach dem Glühen verbessern lassen.
    Die WO86/01231 beschreibt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Stählen verschiedener Formen, bei welchem ein Stahl zunächst bis zur vollständigen Austenitisierung aufgeheizt und danach einer ersten Warmverformung unterzogen wird. Anschliessend wird der warmverformte Stahl auf eine Temperatur knapp unterhalb Ar3 gekühlt, wodurch ein Austenit-Ferrit-Mischgefüge gebildet wird, das anschliessend einer zweiten Warmverformung unterzogen wird. Schliesslich wird eine Abschreckung des Stahls vorgenommen, wobei ein Mischgefüge aus Martensit oder Bainit in einer duktilen Ferritmatrix gebildet wird. Die US 4,604,145 und die CN 1 088 265 A beschreiben weitere Verfahren zur Herstellung von Draht- oder Stabstahl, in welchen nach einem austenitischen Walzen ebenfalls eine Warmverformung im Austenit-Ferrit-Mischphasengebiet durchgeführt wird. Keine der oben genannten Veröffentlichungen enthält jedoch irgendwelche Angaben darüber, welcher Restanteil an Austenitphase für die Warmverformung im Mischphasengebiet zu wählen ist.
    Darstellung der Erfindung
    Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Herstellung von Stab- oder Drahtstahl anzugeben, welche eine bessere Kontrolle der Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse erlauben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Walzdraht oder Stabstahl mit verbesserten Eigenschaften bereitzustellen.
    Gelöst werden diese Aufgaben durch das im Anspruch 1 definierte Verfahren, die im Anspruch 8 definierte Vorrichtung sowie das im Anspruch 13 definierte Erzeugnis.
    Das erfindungsgemässe Verfahren beinhaltet gemäss Anspruch 1 die folgenden Verfahrensstufen:
  • a) in einer ersten Verfahrensstufe wird ein Stahl mit einem Gewichtsanteil von 0,01 bis 0,65% Kohlenstoff und bis zu 1,50% Silizium, bis zu 2% Mangan, bis zu 1,5% Chrom, bis zu 0,5% Molybdän, bis zu 1,5% Nickel, bis zu 0,2% Vanadium, bis zu 0,1% Niob, bis zu 0,01% Bor, bis zu 0,1% Titan und bis zu 0,06% Aluminium sowie weiteren stahlüblichen Beimengungen auf 1000 bis 1300°C erhitzt, anschliessend wird eine erste Warmverformung durch Walzen bei einer Temperatur oberhalb Ar3 durchgeführt, wobei der Gesamtumformgrad bei der ersten Warmverformung mindestens 30% beträgt;
  • b) in einer zweiten Verfahrensstufe wird eine kontrollierte Abkühlung des Walzgutes und danach eine zweite Warmverformung bei einer Temperatur im Bereich von Ar1 bis Ar3 durchgeführt, wobei die kontrollierte Abkühlung derart durchgeführt wird, dass im Walzgut vor der zweiten Warmverformung eine nur teilweise Umwandlung der Austenit-Phase in die Ferrit-Phase oder weitergehend in die Ferrit/Perlit-Phase stattfindet und dabei ein Mischgefüge gebildet wird, wobei der Gesamtumformgrad bei der zweiten Warmverformung 15 bis 35% beträgt; und
  • c) in einer dritten Verfahrensstufe wird eine Nachbehandlung des Walzgutes bis zur vollständigen Umwandlung der Austenit-Phase vorgenommen;
    • wobei die kontrollierte Abkühlung so durchgeführt wird, dass im Mischgefüge bei Beginn der zweiten Warmverformung ein vorgegebener Restanteil an Austenit-Phase vorhanden ist.
    Überraschenderweise wurde gefunden, dass der bei Beginn der zweiten Warmverformung vorliegende Restanteil an Austenit-Phase eine Schlüsselgrösse darstellt, um die Eigenschaften des erzeugten Walzgutes zu beeinflussen. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können demnach die Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse in vorteilhafter Weise durch die Wahl des Restanteils an Austenit-Phase, aber auch durch die Temperatur bei der zweiten Warmverformung sowie anhand der Nachbehandlung des Walzgutes kontrolliert werden. Insbesondere ist damit Stab- oder Drahtstahl herstellbar, der einerseits eine hohe Zähigkeit und gute Umformeigenschaften aufweist und andererseits eine auf den Verwendungszweck des Erzeugnisses abgestimmte Festigkeit aufweist.
    Die erfindungsgemässe Vorrichtung gemäss Anspruch 8 weist Vortriebsmittel für den Walzdraht oder Stabstahl sowie folgende, in Vortriebsrichtung nacheinander angeordnete Bestandteile auf:
  • Ofen;
  • erste Warmverformungsvorrichtung;
  • Vorrichtung zur kontrollierten Umwandlung von austenitischer Phase im Walzgut;
  • zweite Warmverformungsvorrichtung; und
  • Nachbehandlungsvorrichtung;
    • wobei die Umwandlungsvorrichtung mindestens eine Kühlstrecke mit nachfolgend angeordneter Wartevorrichtung beinhaltet.
    Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 7, vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung in den Ansprüchen 9 bis 12 definiert.
    Besonders gute Ergebnisse lassen sich mit dem Verfahren nach Anspruch 2 erreichen, bei welchem die erste Warmverformung einen ersten Walzvorgang bei einer Temperatur oberhalb 950°C sowie einen zweiten Walzvorgang bei einer Temperatur im Bereich zwischen Ar3 und Ar3 + 150°C umfasst.
    Der bei Beginn der zweiten Warmverformung vorliegende Restanteil an Austenit-Phase ist in Abhängigkeit der gewünschten Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse vorzugeben. Gemäss der im Anspruch 3 definierten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens beträgt der Restanteil an Austenit-Phase 30 bis 80%.
    Gemäss der besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 4 beinhaltet die kontrollierte Abkühlung mindestens eine Kühlungsphase mit zugehöriger nachgeschalteter Umwandlungsphase. Beispielsweise wird in der Kühlungsphase das Walzgut mit Wasser beaufschlagt, während die Umwandlungsphase im wesentlichen eine Wartephase beinhaltet, in deren Verlauf die teilweise Umwandlung der Austenit-Phase in die Ferrit-Phase oder weitergehend in die Ferrit/Perlit-Phase stattfindet. Dabei wird entweder die Kühlwirkung der Kühlungsphase oder die Dauer der Umwandlungsphase oder beides so eingestellt, dass der vorgegebene Restanteil an Austenit-Phase erreicht wird. Die Einstellung der Kühlwirkung kann insbesondere anhand der Kühlleistung und der Kühldauer erfolgen. Gewünschtenfalls kann die zweite Abkühlung aus einer Mehrzahl von Kühlungsphasen mit jeweils zugehörigen Umwandlungsphasen ausgestaltet sein.
    Durch geeignete Wahl der in der dritten Verfahrensstufe bei der Nachbehandlung des Walzgutes verwendeten Abkühlgeschwindigkeit lassen sich die Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse weiter beeinflussen. Wird gemäss Anspruch 5 eine vergleichsweise langsame Abkühlgeschwindigkeit von 0,01 bis 0,5°C/s, vorzugsweise ungefähr 0,1°C/s gewählt, so führt dies zu Erzeugnissen mit einer vergleichsweise geringen Festigkeit und einer vergleichsweise hohen Kaltumformbarkeit. Wird hingegen gemäss Anspruch 6 eine vergleichsweise schnelle Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 1°C/s, vorzugsweise ungefähr 8°C/s gewählt, so führt dies zu Erzeugnissen mit einer vergleichsweise hohen Festigkeit und einer vergleichsweise geringen Kaltumformbarkeit. Bei der im Anspruch 7 definierten Ausführungsform umfasst die Nachbehandlung ein Auskühlen des Walzgutes mit einer variablen Abkühlgeschwindigkeit. Insbesondere kann dabei ein stufenartiges Abkühlprogramm durchlaufen werden, welches beispielsweise zunächst eine vergleichsweise schnelle und danach eine vergleichsweise langsame Abkühlgeschwindigkeit umfasst.
    Gemäss der bevorzugten Ausgestaltung nach Anspruch 9 ist die Kühlstrecke mit Mitteln zur Einstellung einer vordefinierten Kühlintensität ausgestattet. Gemäss Anspruch 10 ist die Wartevorrichtung als Durchlaufstrecke für das Walzgut ausgestaltet, wobei diese gemäss Anspruch 11 eine einstellbare Länge aufweist. Gemäss Anspruch 12 sind die Vortriebsmittel mit einer einstellbaren Vortriebsgeschwindigkeit betreibbar. Dies erlaubt es, für eine Durchlaufstrecke vorgegebener Länge die Durchlaufzeit für das Walzgut einzustellen.
    Für eine gute Zähigkeit ist gemäss der Hall-Petch-Gleichung ein Gefüge mit kleinen Korngrössen erforderlich. Ziel des Verfahrens ist deshalb das Einstellen eines Gefüges mit kleinen Korngrössen nach dem Abkühlen des Walzgutes auf Raumtemperatur. Als Gefüge der hier angegebenen Stähle stellt sich ein Gefüge mit Anteilen von Ferrit, Perlit und teils auch mit Anteilen von Bainit und Martensit ein. Die Korngrösse dieses Gefüges nach der Umwandlung der Austenit-Phase wird bei gleichem Umformgrad im wesentlichen von der Austenit-Korngrösse vor der Umwandlung beeinflusst. Je feiner das Austenit-Korn ist, desto kleiner sind die Körner des umgewandelten Gefüges. Die Austenit-Korngrösse nach der Rekristallisation wiederum hängt hauptsächlich von der Umformtemperatur ab. Je niedriger die Umformtemperatur ist, desto feiner ist das rekristallisierte Austenit-Gefüge und desto feiner ist das Gefüge nach der Umwandlung. Rekristallisiert der Austenit nach einer Verformung aufgrund einer zu niedrigen Temperatur nicht mehr, so ist aufgrund der verbliebenen Verfestigung das Gefüge nach der γ/α-Umwandlung feiner als dasjenige des rekristallisierten Austenits mit gleicher Korngrösse. Eine abschliessende Umformstufe im Temperaturbereich des Ferrits und Austenits führt zu einer weiteren Kornfeinung des Umwandlungsgefüges hin.
    Zum Erreichen eines sehr feinkörnigen Gefüges werden die genannten Möglichkeiten zur Kornfeinung in dem hier beschrieben Verfahren kombiniert eingesetzt. Nach der anfänglichen Austenitisierung wird in der ersten Verfahrensstufe eine Rekristallisation zur Kornfeinung veranlasst. In der zweiten Verfahrensstufe wird die Temperatur weiter abgesenkt und eine Umwandlung des Austenits abgewartet, wobei bei dieser Temperatur einerseits die Rekristallisation im Austenit nicht mehr stattfindet und andererseits sich vor einer zweiten Warmverformung bereits Ferrit (und/oder Perlit) gebildet hat, der durch die Verformung und anschliessende Rekristallisation eine weitere Kornverfeinerung erfährt. Wird nach der zweiten Warmverformung der Stahl in der dritten Verfahrensstufe sehr langsam abgekühlt, so kommt es zu einem Kornwachstum des Ferrits und damit zu einem Verlust an Festigkeit. Dieser Verlust an Festigkeit ist zum Erreichen einer guten Kaltumformbarkeit bei Stählen, die nach einer Kaltverformung vergütet werden, erwünscht.
    Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:
    Figur 1
    eine Vorrichtung zur Herstellung von Draht- oder Stabstahl, in schematischer Darstellung;
    Figur 2
    Bruchdehnung A, Brucheinschnürung Z, Zugfestigkeit RM und Dehngrenze Rpo,2 der Verfahrenserzeugnisse des Ausführungsbeispiels 1 als Funktion des Restanteils an Austenitphase X, in diagrammatischer Darstellung;
    Figur 3
    Bruchdehnung A, Brucheinschnürung Z, Zugfestigkeit RM und Dehngrenze Rpo,2 der Verfahrenserzeugnisse des Ausführungsbeispiels 2 als Funktion des Restanteils an Austenitphase X, in diagrammatischer Darstellung; und
    Figur 4
    Bruchdehnung A, Brucheinschnürung Z, Zugfestigkeit RM und Dehngrenze Rpo,2 der Verfahrenserzeugnisse des Ausführungsbeispiels 3 als Funktion der Abkühlgeschwindigkeit dT/dt in der dritten Verfahrensstufe, in diagrammatischer Darstellung.
    Wege zur Ausführung der Erfindung
    Die in der Figur 1 gezeigte Vorrichtung weist nicht näher dargestellte Vortriebsmittel für den Walzdraht oder Stabstahl 2 auf, welche diesen in einer Vortriebsrichtung V durch die Vorrichtung hindurch befördern. Ausgehend von einem Ofen 4 gelangt der Stahl zu einer ersten Warmverformungsvorrichtung 6, passiert danach eine Vorrrichtung 8 zur kontrollierten Umwandlung von austenitischer Phase, durchläuft anschliessend eine zweite Warmverformungsvorrichtung 10 und erreicht schliesslich eine Nachbehandlungsvorrichtung 12.
    Im gezeigten Beispiel beinhaltet die erste Warmverformungsvorrichtung 6 - in Vortriebsrichtung V nacheinander angeordnet - eine Vor- und Zwischenstrasse 14, eine Kühlvorrichtung 16, eine Temperaturausgleichsstrecke 18 sowie eine Fertigstrasse 20.
    Die Vorrrichtung 8 zur kontrollierten Umwandlung von austenitischer Phase - nachfolgend "Umwandlungsvorrichtung" genannt - beinhaltet eine Kühlstrecke 22 und eine nachfolgend angeordnete Wartevorrichtung 24. Vorteilhafterweise ist die Kühlstrecke 22 mit Luft- oder Wasserstrahl-Beaufschlagungsmitteln ausgestattet, um am durchlaufenden Walzgut eine vordefinierte Kühlintensität einzustellen. Im gezeigten Beispiel ist die Wartevorrichtung 24 als schlaufenartige Durchlaufstrecke vorgegebener Länge ausgestaltet. Gewünschtenfalls ist die Länge der Durchlaufstrecke in einem gewissen Längenbereich einstellbar. Aus dem Vorangehenden wird ersichtlich, dass das Ausmass der Umwandlung von austenitischer Phase, welches sowohl von der Kühlintensität in der Kühlstrecke sowie von der zum Passieren der Durchlaufstrecke benötigten Zeit abhängig ist, durch geeignete Wahl der Kühlintensität und/oder der Länge der Durchlaufstrecke einstellbar ist. Im Prinzip lässt sich hierfür auch die Vortriebsgeschwindigkeit des Walzgutes als weiterer Steuerungsparameter heranziehen.
    Die Nachbehandlungsvorrichtung 12, welche dem Auskühlen des Walzgutes 2 bis zur vollständigen Umwandlung der Austenit-Phase dient, erlaubt zweckmässigerweise die Einstellung unterschiedlicher Abkühlgeschwindigkeiten. Beispielsweise kann hierfür eine Ofenkammer vorgesehen sein, in welche das Walzgut nach Verlassen der zweiten Warmverformungsvorrichtung 10 eingelagert wird, um eine sehr langsame Abkühlung vorzunehmen. Demgegenüber ist eine schnelle Abkühlung des Walzgutes beispielsweise mittels Pressluft- oder Kühlwassergebläsen erreichbar.
    Bei der Hersellung von Draht- oder Stabstahl werden mittels der beschriebenen Vorrichtung die folgenden Verfahrensstufen durchgeführt.
    In einer ersten Verfahrensstufe wird ein Stahl mit einem Gewichtsanteil von 0,01 bis 0,65% Kohlenstoff und bis zu 1,50% Silizium, bis zu 2% Mangan, bis zu 1,5% Chrom, bis zu 0,5% Molybdän, bis zu 1,5% Nickel, bis zu 0,2% Vanadium, bis zu 0,1% Niob, bis zu 0,01% Bor, bis zu 0,1% Titan und bis zu 0,06% Aluminium sowie weiteren stahlüblichen Beimengungen im Ofen 2 auf 1000 bis 1300°C erhitzt. Anschliessend wird mittels der ersten Warmverformungsvorrichtung 6 eine erste Warmverformung durch Walzen bei einer Temperatur oberhalb Ar3 durchgeführt. Die erste Warmverformung wird im gezeigten Beispiel mehrstufig vorgenommen. Zuerst wird in der Vor- und Zwischenstrasse 14 bei Temperaturen um 950°C der Querschnitt des Walzgutes schrittweise reduziert. Durch Rekristallisationsvorgänge während und nach den einzelnen Walzenstichen wird das grobe Austenit-Ausgangsgefüge gefeint. Danach wird in der Kühlvorrichtung 16 das Walzgut durch Beaufschlagung mit Wasser gekühlt. Dabei stellt sich ein erheblicher Temperaturgradient zwischen der gekühlten Oberfläche und dem Kern des Walzgutes ein. In der anschliessenden Temperaturausgleichsstrecke 18 wird dieser Temperaturgradient durch Wärmeleitung innerhalb des Walzgutes abgebaut. Die Länge der Temperaturausgleichsstrecke 18 ist konstant und die Aufenthaltszeit des Walzgutes ist von der Geschwindigkeit des Walzgutes abhängig. Die mittlere Temperatur des Walzgutes nach dem Verlassen der Temperaturausgleichsstrecke ist über die Kühlintensität der Kühlvorrichtung 16 einstellbar, wobei abhängig von der verwendeten Stahlsorte und den gewünschten Eigenschaften eine Temperatur im Bereich von 750 bis 900°C gewählt wird. In der Fertigstrasse 20 wird anschliessend das Walzgut bei kontrollierter Temperatur nochmals warmverformt, wobei der Gesamtumformgrad am Ende der ersten Verfahrensstufe, d.h. nach Durchlaufen der Fertigstrasse 20, mindestens 30% betragen muss. Ziel dieser Verformung bei abgesenkter Temperatur ist eine weitere Feinung des Austenitgefüges und damit eine Beschleunigung der Phasenumwandlungen in der Ferrit-, Perlit und Bainitstufe in der nachfolgenden zweiten Verfahrensstufe. Das Ergebnis sind wesentlich feinere und homogenere Gefüge nach der Umwandlung. Verbunden damit kann eine Reduktion der Festigkeiten und eine Verbesserung der Umformbarkeit sein.
    In einer zweiten Verfahrensstufe wird eine kontrollierte Abkühlung des Walzgutes und danach eine zweite Warmverformung bei einer Temperatur im Bereich von Ar1 bis Ar3 durchgeführt. Nach dem Verlassen der Fertigstrasse 20 wird das Walzgut in der Kühlstrecke 22 weiter abgekühlt und durchläuft die nachfolgend angeordnete Wartevorrichtung 24, wobei es im Walzgut zu einer Gefügeumwandlung der γ-Phase (Austenit) in die α-Phase (Ferrit) kommt. In der zweiten Warmverformungsvorrichtung 10, auch Mehrphasen-Walzstufe genannt, wird durch Walzen eine weitere Querschnittreduktion vorgenommen, wobei der Umformgrad 15 bis 35% beträgt. Die Temperatur beim Walzen im Mehrphasengebiet liegt zwischen 625 und 725°C. Wesentlich in der zweiten Verfahrensstufe ist, dass die Abkühlung des Walzgutes kontrolliert durchgeführt wird derart, dass im Walzgut vor der zweiten Warmverformung eine nur teilweise Umwandlung der Austenit-Phase in die Ferrit-Phase oder weitergehend in die Ferrit/Perlit-Phase stattfindet und dabei ein Mischgefüge gebildet wird, welches bei Beginn der zweiten Warmverformung einen vorgegebenen Restanteil an Austenit-Phase aufweist.
    Die Eigenschaften des Stahls werden über die Walztemperatur und besonders den Umwandlungsgrad von y nach α eingestellt. Der Umwandlungsgrad selbst ist abhängig vom Beginn der Umwandlung und der Umwandlungsgeschwindigkeit, welche ihrerseits abhängen von:
    • der chemischen Zusammensetzung: durch Legierungselemente wie C, Mn, Cr, Mo, B, Nb wird die Umwandlung verzögert;
    • dem Umformungsgrad und der Umformtemperatur in der Fertigstrasse: ein grösserer Umformgrad und eine tiefere Umformtemperatur beschleunigen den Beginn der Umwandlung;
    • der Kühlung in der Kühlstrecke: ein Kühlen des Walzgutes auf tiefere Temperaturen führt zuerst zu einer Verschiebung der Ar3-Temperatur, aber kann dennoch bei ausreichend hohen Umwandlungstemperaturen die Umwandlungsgeschwindigkeit merklich beschleunigen.
    Sind diese Faktoren festgelegt, so ist der Umwandlungsgrad eine Funktion der Zeit.
    Ein zentraler Punkt ist die Kontrolle des Umwandlungsgrads zum Zeitpunkt des Walzens in der Mehrphasen-Walzstufe. Anlagentechnisch bestehen hierfür drei Möglichkeiten:
  • 1. Die Umwandlungsstrecke hat eine feste Länge. Der Umwandlungsgrad beim Walzen in der Mehrphasen-Walzstufe wird allein durch die Temperatur des Walzgutes nach dem Verlassen der Fertigstrasse und der Kühlung in der Kühlstrecke 22 so eingestellt, dass der Umwandlungsgrad beim Walzen in der Mehrphasen-Walzstufe den für die gewünschte Gefügeeinstellung optimalen Wert aufweist. Umwandlungsfreudige Stähle werden für eine langsamere Umwandlung mit hohen Temperaturen in der Fertigstrasse gewalzt, umwandlungsträge Stähle werden zur Beschleunigung der Umwandlung mit niedrigen Temperaturen gewalzt.
  • 2. Die Umwandlungsstrecke hat eine feste Länge mit mehreren Kühlstrecken dazwischen. Durch eine geeignete Kühlstrategie wird die Temperatur des Walzgutes und damit der Beginn und die Geschwindigkeit der Umwandlung so gesteuert, dass der Umwandlungsgrad beim Walzen in der Mehrphasen-Walzstufe den für die gewünschte Gefügeeinstellung optimalen Wert aufweist.
  • 3. Die Umwandlungsstrecke hat eine variable Länge. Die Länge wird im Zusammenspiel mit der Kühlung in der Kühlstrecke 22 so abgestimmt, dass der Umwandlungsgrad des Walzgutes beim Eintritt in die Mehrphasen-Walzstufe den für die gewünschte Gefügeeinstellung optimalen Wert aufweist.
    • Werden Stähle mit hohen Gehalten an umwandlungshemmenden Elementen wie zum Beispiel C, Mo, Cr, B gewalzt, kann die zur Ferritbildung nötige Umwandlungszeit so lang sein, dass das Walzgut in der Umwandlungsstrecke zu stark abkühlt. In diesen Fällen ist das Wiederaufheizen des Walzgutes zum Beispiel mit einer Induktionsheizung erforderlich. Diese kann sich innerhalb der Umwandlungsstrecke wie direkt vor der Mehrphasen-Walzstufe befinden.
    In einer dritten Verfahrensstufe wird eine Nachbehandlung des Walzgutes bis zur vollständigen Umwandlung der Austenit-Phase vorgenommen. Nach der Endverformung kann das Walzgut unterschiedlich schnell abgekühlt werden. Durch geeignete anlagetechnische Massnahmen sind Abkühlgeschwindigkeiten von 0,01 bis 20°C/s einstellbar. Durch eine gezielte Abkühlung kann der resultierende Gefügezustand des Walzgutes massgeblich beeinflusst werden.
    • Bei langsamer bzw. verzögerter Abkühlung mit Abkühlgeschwindigkeiten bis 0,5°C/s kommt es zu einer weiteren Einformung des Perlits und zu einem Ferritkornwachstum. Die Festigkeit wird dadurch gesenkt und die Kaltumformbarkeit des Materials wesentlich erhöht.
    • Bei schneller Abkühlung mit mindestens 1°C/s lassen sich neben dem Ferrit bestimmte festigkeitssteigernde Gefügezustände, wie etwa Bainit oder Martensit, einstellen.
    Beispiele
    In allen Beispielen beinhaltete die kontrollierte Abkühlung der zweiten Verfahrensstufe ein Abkühlen des Walzgutes an Luft. Der Restanteil an Austenit-Phase bei Beginn der zweiten Warmverformung wurde dabei anhand der Wartezeit zwischen der ersten und zweiten Warmverformung eingestellt.
    Zur Bestimmung des Restanteils an Austenit-Phase wurden in an sich bekannter Weise Abschreckproben verwendet, bei welchen anstelle der zweiten Warmverformung einer Abschreckung in Wasser vorgenommen wurde. Durch eine metallografische Untersuchung wurde anhand des Martensitanteils der Restanteil des Austenits zum Zeitpunkt des Abschreckens ermittelt.
    Beispiel 1
    Stabstahlproben der Stahlsorte 8MnSi7 mit der Zusammensetzung gemäss Tabelle 1 wurden bei 1050°C während 10 min austenitisiert, an Luft bis auf 900°C abgekühlt und danach einer ersten Warmverformung mit einer Querschnittsreduktion von 41% unterzogen.
    Stabstahlproben von Beispiel 1 (Gewichts-%)
    C Mn Si N Al Cr B Fe
    0,10% 1,69% 1,03% 0,0066% 0,010% 0,03% 0,0000% Rest
    Anschliessend wurden die Proben an Luft während einer vorgegebenen Wartezeit weiter abgekühlt und daraufhin bei der dannzumal erreichten Bearbeitungstemperatur TB einer zweiten Warmverformung mit einer Querschnittsreduktion von 31% unterzogen. Im vorliegenden Beispiel wurden zwei unterschiedliche Abkühlzeiten verwendet und damit ein Restanteil an Austenitphase von 75% (Probe A) beziehungsweise 30% (Probe B) eingestellt.
    Schliesslich wurden die Proben an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Abkühlgeschwindigkeit bis zur vollständigen Umwandlung der Austenit-Phase betrug ungefähr 2°C/s. Die Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse sind in der Tabelle 2 angegeben und in der Figur 2 grafisch dargestellt.
    Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse von Beispiel 1
    Symbol Probe A Probe B
    Restanteil an Austenit-Phase [%] x 75 30
    Umwandlungsgrad [%] 100-x 25 70
    Bearbeitungstemperatur [°C] TB 740 655
    Zugfestigkeit [MPa] RM 665 707
    Dehngrenze [MPa] Rpo,2 568 630
    Bruchdehnung [%] A 29,7 24,2
    Brucheinschnürung [%] Z 73,2 73,5
    Mit zunehmendem Umwandlungsgrad, d.h. mit abnehmendem Restanteil an Austenit-Phase, nahm die Festigkeit von 665 MPa auf 707 MPa zu, ebenso die Dehngrenze von 568 MPa auf 630 MPa. Demgegenüber blieb die Brucheinschnürung mit einem Wert von ungefähr 73% im wesentlichen unbeeinflusst, während die Bruchdehnung von 29,7% auf 24,2% abnahm.
    Wird Stahl derselben Sorte gemäss einem Verfahren nach dem Stand der Technik bei 850°C austenitisch, d.h. ohne ferritische Gefügeanteile umgeformt, so ist bei ungefähr gleicher Brucheinschnürung die Zugfestigkeit mit rund 600 MPa deutlich geringer. Der Gewinn an Festigkeit ohne Verluste bei der Brucheinschnürung durch das neue Verfahren kann bis zu 100 MPa betragen.
    Beispiel 2
    Stabstahlproben der Stahlsorte 32CrB4 mit der Zusammensetzung gemäss Tabelle 3 wurden bei 1200°C während 60 min austenitisiert, an Luft bis auf 800°C abgekühlt und danach einer ersten Warmverformung mit einer Querschnittsreduktion von 41% unterzogen.
    Stabstahlproben von Beispiel 2 (Gewichts-%)
    C Mn Si N Al Cr B Fe
    0,34 % 0,81 % 0,08% 0,0094% 0,025% 1,08% 0,0033% Rest
    Anschliessend wurden die Proben an Luft während unterschiedlichen Wartezeiten (Proben C, D, E bzw. F) mit einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit von 2,8°C/s weiter abgekühlt und daraufhin bei der dannzumal erreichten Bearbeitungstemperatur TB einer zweiten Warmverformung mit einer Querschnittsreduktion von 31% unterzogen.
    Schliesslich wurden die Proben an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Abkühlgeschwindigkeit bis zur vollständigen Umwandlung der Austenit-Phase betrug ungefähr 0,5°C/s. Die Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse sind in der Tabelle 4 angegeben und in der Figur 3 grafisch dargestellt.
    Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse von Beispiel 2
    Symbol Probe C Probe D Probe E Probe F
    Restanteil an [%] Austenit-Phase [%] x 80 60 40 30
    Umwandlungsgrad [%] 100-x 20 40 60 70
    Bearbeitungstemperatur [°C] TB B 670 685 700 682
    Zugfestigkeit [MPa] RM 725 741 764 781
    Dehngrenze [MPa] Rpo,2 607 604 620 641
    Bruchdehnung [%] A 21,7 22,7 21,3 19,4
    Brucheinschnürung [%] Z 68,3 67,6 68,2 66,7
    Wie aus der Tabelle 4 zu entnehmen ist, nahm mit zunehmender Wartezeit und abnehmendem Restanteil an Austenit-Phase die Temperatur TB nicht etwa monoton ab, sondern diese stieg zunächst von 670°C bis auf 700°C an und sank erst bei noch weiterergehender Umwandlung wieder ab auf 682°C. Dieses Verhalten ist darauf zurückzuführen, dass die Phasenumwandlung exotherm ist.
    Die Festigkeit nahm mit zunehmendem Umwandlungsgrad von 725 MPa auf 781 MPa zu, wobei die Brucheinschnürung mit einem Wert von rund 67% nahezu konstant blieb. Die Bruchdehnung blieb zunächst annähernd konstant bei rund 22% und sank erst bei einem Umwandlungsgrad von 70% auf 19,4% ab.
    Beispiel 3
    Stabstahlproben derselben Stahlsorte 32CrB4 wie im Beispiel 2 wurden bei 1050°C während 10 min austenitisiert, an Luft bis auf 800°C abgekühlt und danach einer ersten Warmverformung mit einer Querschnittsreduktion von 41% unterzogen.
    Anschliessend wurden die Proben an Luft während einer vorgegebenen Wartezeit mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 3,4°C/s auf eine Bearbeitungstemperatur TB = 650°C abgekühlt. Zu diesem Zeitpunkt waren 20% des Austenits umgewandelt. Es wurde dann eine zweite Warmverformung mit einer Querschnittsreduktion von 31% durchgeführt. Schliesslich wurden die Proben unterschiedlichen Arten von Nachbehandlung unterzogen.
    • Probe G wurde während 45 min in einem Ofen bei 670°C gelagert und dann mit einer Abkühlgeschwindigkeit dT/dt von ungefähr 0,01 °C/s auf Raumtemperatur abgekühlt.
    • Probe H wurde mit einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit dT/dt von rund 0,5°C/s (im Temperaturbereich zwischen TB und 500°C) bis auf Raumtemperatur abgekühlt.
    • Probe J wurde mit einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit dT/dt von rund 2°C/s (im Temperaturbereich zwischen TB und 500°C) bis auf Raumtemperatur abgekühlt.
    Die Eigenschaften der so erhaltenen Verfahrenserzeugnisse sind in der Tabelle 5 angegeben und in der Figur 4 grafisch dargestellt.
    Eigenschaften der Verfahrenserzeugnisse von Beispiel 3
    Symbol Probe G Probe H Probe J
    Restanteil an Austenit-Phase [%] x 80 80 80
    Umwandlungsgrad [%] 100-x 20 20 20
    Bearbeitungstemperatur [°C] TB 650 650 650
    Kühlgeschwindigkeit bei der Nachbehandlung dT/dt zuerst isotherm dann 0,5 C/s angsam 0,5 C/s schnell 2 C/s
    Zugfestigkeit [MPa] RM 665 714 730
    Dehngrenze [MPa] Rpo,2 555 548 614
    Bruchdehnung [%] A 25,0 23,1 22,7
    Brucheinschnürung [%] Z 64,4 66,8 67,6
    Die Festigkeit nahm in Abhängigkeit von der Temperaturführung bei der Nachbehandlung von 665 MPa auf 730 MPa zu, ebenso die Dehngrenze von 555 MPa auf 614 MPa. Die Brucheinschnürung verbesserte sich von 64,4% auf über 67% und die Bruchdehnung sank von 25% bei den ausgelagerten Proben auf rund 23% bei den kontinuierlich abgekühlten Proben.
    Schlussbemerkungen
    Das beschriebene Verfahren kann auf Stähle angewendet werden, deren Zusammensetzung durch Gewichtsanteile von 0,01 bis 0,65% Kohlenstoff und bis zu 1,50% Silizium, bis zu 2% Mangan, bis zu 1,5% Chrom, bis zu 0,5% Molybdän, bis zu 1,5% Nickel, bis zu 0,2% Vanadium, bis zu 0,1% Niob, bis zu 0,01% Bor, bis zu 0,1% Titan und bis zu 0,06% Aluminium charakterisiert ist. Andere Elemente wie Kupfer, Zinn, Arsen, Antimon etc. können als stahlübliche Begleitelemente zusätzlich enthalten sein.
    Die zu wählende chemische Zusammensetzung hängt von den nach der Erzeugung des Walzdrahtes oder Stabstahls vorgesehenen Verarbeitungsschritten ab. Die einzelnen Elemente wie Kohlenstoff, Silizium und Mangan dienen zur Einstellung der Festigkeit bei Stählen, die keiner Wärmebehandlung unterworfen werden. Bei Stählen, die nach der Kaltverformung schlussvergütet werden, wird die dafür nötige Fähigkeit zum Durchhärten in Abhängigkeit vom Querschnitt des Teiles durch Zugabe von Kohlenstoff, Mangan, Chrom, Molybdän, Nickel, Vanadium und Bor eingestellt.
    Bezugszeichenliste
    2
    Walzgut
    4
    Ofen
    6
    erste Warmverformungsvorrichtung
    8
    Umwandlungsvorrichtung
    10
    zweite Warmverformungsvorrichtung
    12
    Nachbehandlungsvorrichtung
    14
    Vorstrasse
    16
    Kühlvorrichtung
    18
    Temperaturausgleichsstrecke
    20
    Zwischenstrasse
    22
    Kühlstrecke
    24
    Wartevorrichtung
    V
    Vortriebsrichtung für 2

    Claims (13)

    1. Verfahren zur Herstellung von Draht- oder Stabstahl, welches die folgenden Verfahrensstufen beinhaltet:
      a) in einer ersten Verfahrensstufe wird ein Stahl mit einem Gewichtsanteil von 0,01 bis 0,65% Kohlenstoff und bis zu 1,50% Silizium, bis zu 2% Mangan, bis zu 1,5% Chrom, bis zu 0,5% Molybdän, bis zu 1,5% Nickel, bis zu 0,2% Vanadium, bis zu 0,1% Niob, bis zu 0,01% Bor, bis zu 0,1% Titan und bis zu 0,06% Aluminium sowie weiteren stahlüblichen Beimengungen auf 1000 bis 1300°C erhitzt, anschliessend wird eine erste Warmverformung durch Walzen bei einer Temperatur oberhalb Ar3 durchgeführt, wobei der Gesamtumformgrad bei der ersten Warmverformung mindestens 30% beträgt;
      b) in einer zweiten Verfahrensstufe wird eine kontrollierte Abkühlung des Walzgutes und danach eine zweite Warmverformung bei einer Temperatur im Bereich von Ar1 bis Ar3 durchgeführt, wobei die kontrollierte Abkühlung derart durchgeführt wird, dass im Walzgut vor der zweiten Warmverformung eine nur teilweise Umwandlung der Austenit-Phase in die Ferrit-Phase oder weitergehend in die Ferrit/Perlit-Phase stattfindet und dabei ein Mischgefüge gebildet wird, wobei der Gesamtumformgrad bei der zweiten Warmverformung 15 bis 35% beträgt; und
      c) in einer dritten Verfahrensstufe wird eine Nachbehandlung des Walzgutes bis zur vollständigen Umwandlung der Austenit-Phase vorgenommen;
      dadurch gekennzeichnet, dass die kontrollierte Abkühlung so durchgeführt wird, dass im Mischgefüge bei Beginn der zweiten Warmverformung ein vorgegebener Restanteil (x) an Austenit-Phase vorhanden ist.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Warmverformung einen ersten Walzvorgang bei einer Temperatur oberhalb 950°C sowie einen zweiten Walzvorgang bei einer Temperatur im Bereich zwischen Ar3 und Ar3 + 150°C umfasst.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Restanteil (x) an Austenit-Phase 30 bis 80% beträgt.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die kontrollierte Abkühlung mindestens eine Kühlungsphase mit zugehöriger nachgeschalteter Umwandlungsphase beinhaltet, wobei man die Kühlwirkung der Kühlungsphase und/ oder die Dauer der Umwandlungsphase so einstellt, dass der vorgegebene Restanteil (x) an Austenit-Phase erreicht wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Verfahrensstufe die Nachbehandlung ein Auskühlen des Walzgutes mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 0,01 bis 0,5°C/s, vorzugsweise ungefähr 0,1°C/s beinhaltet.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Verfahrensstufe die Nachbehandlung ein Auskühlen des Walzgutes mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 1°C/s, vorzugsweise ungefähr 8°C/s beinhaltet.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Verfahrensstufe die Nachbehandlung ein Auskühlen des Walzgutes mit einer variablen Abkühlgeschwindigkeit beinhaltet.
    8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit Vortriebsmitteln für den Walzdraht oder Stabstahl (2) sowie mit folgenden, in Vortriebsrichtung (V) nacheinander angeordneten Bestandteilen:
      Ofen (4);
      erste Warmverformungsvorrichtung (6);
      Vorrichtung (8) zur kontrollierten Umwandlung von austenitischer Phase im Walzgut;
      zweite Warmverformungsvorrichtung (10); und
      Nachbehandlungsvorrichtung (12);
      wobei die Umwandlungsvorrichtung (8) mindestens eine Kühlstrecke (22) mit nachfolgend angeordneter Wartevorrichtung (24) beinhaltet.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlstrecke (22) mit Mitteln zur Einstellung einer vordefinierten Kühlintensität ausgestattet ist.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartevorrichtung (24) als Durchlaufstrecke für das Walzgut (2) ausgestaltet ist.
    11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlaufstrecke eine einstellbare Länge aufweist.
    12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortriebsmittel mit einer einstellbaren Vortriebsgeschwindigkeit betreibbar sind.
    13. Walzdraht oder Stabstahl, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
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