DE2147624A1 - Verfahren zur Herstellung von rostfreien Stählen mit minimaler Riffelung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von rostfreien Stählen mit minimaler RiffelungInfo
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Description
PATENTANWÄLTE
PATENTANWÄLTE LICHT, HANSAWNN, HERRMANN MÖNCHEN 2 · TH E RES I ENSTRASS E 33
Dlpl.-Ing. MARTIN LICHT
D.·. REINHOLD SCHMIDT Dipl.-Wirtsch.-Ing. AXEL HANSMANN
Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN
München, den 22. September 1971
Ke/Lü
USS ENGINEEItS AND CONSULTANTS, INC. 600 Grant Street
Pittsburgh, Pennsylvania V. St. A.
"Verfahren zur Herstellung von rostfreien Stählen mit minimaler Riffelung"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von rostfreien Stählen der AISI-Type 1OO, die sich wie folgt
zusammensetzen:
max. 0,15 l/o Kohlenstoff
max. 1,0 l/o Mangan max. 1,0 fo Silicium
16-18 % Chrom liest Eisen.
209815/1016
Neben den angeführten Elementen kann die Legierung natürlich die üblichen bei der Stahlerzeugung auftretenden VerPatentanwälte
Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann
8 MÖNCHEN 2, TH ERESI ENSTRASS E 33 · Telefon: 2812 02 · Telegramm-Adrene: Lipatli/Mönchen
Bayer. Vereinibank MOnchtn, Zweigif. Oikar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882 495 ·. Poiticheck-Konfo 1 München Nr. 143397
2 -
unreinigungen in Mengen aufweisen, die zu gering sind, um
die Legierungseigenschaften zu beeinflussen.
Bekanntermassen bildet sich bei den 17 /ö Chrom enthaltenden,
ferritischen rostfreien Blechstählen, beispielsweise der
AISI-Type 430, gewöhnlich ein als "Riffelung" oder "Strang—
bildung" bekannter Oberflächenfehler aus, wenn das Material
einer zu starken Kaltverformung unterworfen wird, beispielsweise
zu stark tiefgezogen wird. Dieser Fehler hat das Aussehen schmaler, erhabener Flächen, die »/eilen gleichen,
welche parallel zur Kaitwalzriehturn, vorlaufen. Die
uiffeliuig schadet natürlich dem Aussehen des ezoi-enen
Teils, und es sind teure Schleif- oder Poliervorgänge erforderlieh,
um das Aussehen einigermassen zu verbessern.
Obgleich schon viele Prozesse und Verfahren entwickelt worden sind, uia die bei den rostfreien Stählen der AISI-Type
430 auftretenden Riffelungs- oder Wellenbildungs—
Probleme zu lösen, haben sich diese Verfahren im grossen und ganzen nicht zufriedenstellend erwiesen, und zwar zumindest
vom Wirtschaftlichkeitsstandpunkt aus. Gemäss einem Verfahren, das beispielsweise in der USA-Patentschrift
2 965 ^79 beschrieben ist, lässt sich die Riffelung durch
Zusatz kleiner Mengen an Columbium zu der Legierung beseitigen. Obgleich sich dieses Verfahren in geringem Umfang
eingeführt hat, bringt es eine starke Erhöhung der Produkt— kosten, und zwar nicht nur aufgrund der Kosten des Columbiunis
selbst, sondern auch deswegen, weil Columbium Verarbeitungsschwierigkeiten verursacht, die zu geringeren Leistungen
führen. Die meisten anderen Verfahren zur Verringerung der Riffelung beruhen auf der sorgfältigen Steuerung der
Prozessparameter, beispielsweise dem Walzen und Glühen, um besondere Feingefüge auszubilden, die sich angeblich als
nicht zur Riffelung neigend ausgewiesen haben. In dem hier
209815/1018 " 3 "
SAD ORiGtNAU
beschriebenen Zusammenhang ist ein in der USA-Patentschrift
2 bjl 3=1'* beschriebenes Verfahren von besonderer Bedeutung.
Nach dem letztgenannten Verfahren wird die Riffelung oder Vrel 1 enbi 1 dung dadurch auf ein Mindestmass beschränkt, dass
bei den V/armwal ζ tempera türen der Anteil an Austenit auf
über 3;> >
erhöht wird, und der Stahl daraufhin sorgfältig gesteuerter Wärmebehandlungen unierworfen wird, um die
Textur oder Orientierung der warmgewalzten Körner regellos zu machen. Der Austenitgehalt wird durch eine enge Steuerung;
des Kohlenstoffs, Stickstoffs, Siliciums, Nickels
und Mangans in eine-u rostfreien Stahl mit 12I-IS ',Ό Ghromanteil
gesteuert. Obgleich dieses und auch andere bekannte Verfahren in gewissen Maße die Riffelung bei den herkömmlichen
rostfreien Stählen der Type 430 verringern, so hat
sich jedoch keines dieser bekannten Verfahren bei dei' Beseitigung
des Problems der Riffelung oder WeI leiibil dung als
vollständig zufriedenstellend erwiesen. Ls sind deshalb
noch CrIiObIi(1IiO Verbesserungen erforderlich.
l)ie Aufgabe dei' Erfindung besteht daher darin, ein neuartiges
und verbessertes Vei'fahren zur Erzeugung von rostfreiem Stahlblech und Stahlband dei" AlSI-Type 430 zu schaffen, das
bei der Beschränkung der Riffelung auf ein Mindestmass wirksamer ist als die bisher bekannten Verfahren.
Der durch das erfindungsgemässe Verfahren erzeugte rostfreie
Stahl in Blech- und Bandforia soll äbo, wenn er einer
starken Kaltverformung ausgesetzt wird, in einem sehr viel geringeren MaBe zur Bildung von Riffelungen oder Wellen
neigen. Des weiteren soll er Zugfestigkeitseigenschaften
aufweisen, die denjenigen bekannter rostfreier Stahlbleche und Stahlbänder der Type 450 gleichwertig oder überlegen
sind. Insbesondere der beim Ziehen mit Spannung beaufschlagte Teil eines derartigen Stahlmaterials soll ein Minimum
an ßiffei bildung zeigen.
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-h-
Diese Aufgabe wird nun erfindungsgemäss dadurch gelöst,
dass alle Verfalirensparameter bei der Herstellung des SLahlbleehes
aus der Bramme sorgfältig gesteuert werden, wobei von wesentlicher Bedeutung die Warmwalztemperaturen, die
Kastenglühzeiten und Temperaturen nach dem Warmwalzen, die
Kaltreduktion und die auf die Kaltreduktion folgenden Tempera
türen für das kontinuierliche Glühen sind.
Im einzelnen heisst das, dass das bevorzugte Verfahren dernier
beschriebenen Art die folgenden Verfahreusscliri tte ur.ifasst:
1.) Warmwalzen einer Braimne aus rostfreiem Stahl der
Type kjO zwischen lulO und 1O66°G auf eine Dicke von 2,1Jk
bis 6,31>
mm; 2.) kastenglühen des warmgewalzten Produktes bei einer Temperatur zwischen 95^ und 1038 G über wenigstens
eine Stunde und dann Fortsetzung des Kastenglühens über wenigstens zwei Stunden bei einer vermindex~ten Temperatur
von 78b bis SJ.6 C und schliesslich Üfenkühlen des geglühten
Produkts; 3.) Beizen und Kaltwalzen des geglühten Produkts bei einer Kaltreduzierung zwischen 3y und 7~j >o;
und 4.) abschliessendes kontinuierliches Glühen des kaltgewalzten
Produkts bei einer Temperatur zwischen 76O und &l6 C und schliesslich Beizen des kaltgewalzten und geglühten
Blech- oder Bandprodukts. Die Verfahrensschritte 3.) und h.) lassen sich wiederholen, falls dies notwendig
ist, um ein dünneres Produkt zu erhalten, als dies sich mit einer Tj $igen Kaltreduzierung erreichen lässt.
Obgleich die Einzelheiten der Feingefügeentwicklung und die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Parametern nicht
vollständig herleitbar sind, wurde doch festgestellt, dass
jeder der obigen speziellen Parameter wichtig ist, wenn ein verbessertes Produkt mit einer minimalen Riffelung erhalten
werden soll.
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Bei der Herstellung von rostfreiem Stahlblech und Stahlband der Type 430 mit Hilfe der bekannten Verfahrensweisen
werden herkömmliche Brammenwarmwalztemperaturen
von etwa 1149 bis 12040G verwendet. Bei der erfindungsgemüssen
Verfahrensweise jedoch sind die unteren Brammenwarmwalz "temperaturen von 1010 bis 1066 C entsiieidend,
wenn der erheblich grössere Widerstand gegen Eiffeiung
oder Wellenbildung erreicht werden soll, der für die Erfindung kennzeichnend ist. Wenn dieser Walztemperaturbereich
benutzt wird, so ist die Endbearbeitungstemperatur des V/ariiiwalzvor^angs nicht kritisch, noch sind es die
einzelnen Wariureduzierungen. Wie bei den bekannten Verfahren
erfolgt deshalb das Warmwalzen in einem ausreichenden Maße, um ein Warmband mit einer Dicke zwischen 2,5^
und 6,3l> mm zu erzeugen.
In ähnlicher Weise erfordert das neuartige Verfahren im Vergleich zu den bekannten Verfahrensweisen tiefere kritische
Kastenglühtemperaturen. Während die Kastenglühtemperaturen gewöhnlicherweise in dem unterkritischen Bereich
liegen, d.h. zwischen 7S6 und 8l6 G, wird in Druckschriften
darauf hingewiesen, dass zur Erzielung einer minimalen Riffelung bei einem Stahl der Type 430 höhere Kastenglühtemperaturen
von etwa 1066 G notwendig sind. Im Gegensatz zu beiden bekannten Verfahrensweisen erfordert das erfindungsgeiüässe
Verfahren eine kritische Glühtemperatur, die nicht höher liegt als 1038°C und vorzugsweise in dem Bereich
zwischen 93^ und 1038°C, und zwar für wenigstens
eine Stunde, und dann eine noch tiefere kritische Temperatur
zwischen 788 und 816 G für wenigstens noch zwei Stunden. Während der ersten Stunde des Kastenglühens innerhalb des
Bereiches zwischen 954 und 10380G werden Temperaturen am
unteren Ende des Bereiches bevorzugt, um die Kornvergröberung auf ein Mindestmass zu beschränken. Eine der-
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artige Kornvergröberung bewirkt häufig einen sogenannten
"Orangenschaleneffekt" auf der Oberfläche von tiefgezogenen
Gegenständen, der ähnlich wie die itiffelling insofern
unerwünscht ist, als er das Aussehen beeinträchtigt. Ferner wird vorzugsweise das Kastenglühen in einer nicht
oxydierenden, nicht stickstoffhaltigen Atmosphäre vorgenommen,
beispielsweise in einer Wasserstoffatmosphäre, um
das Entstehen von "Glührändern", also stari: oxydierte
Aussenkanten an der geglühten Spule, auf ein !lindes tmass
zu beschränken.
Das oben beschriebene Ilerkmal dex- Doppel temperatur beim
Kastenglühen dient hauptsächlich dazu, eine unerwünschte "offene" Überfläche zu vermeiden. Das heisst, das auf das
Kastenglühen folgende Beizen zur Entfernung von über—
flächenzunder neigt zur Erzeugung einer offenen oder angefressenen
Oberfläche. Es wird angenommen, dass dies durch die Beizlösung verursacht wird, die das Oberflächenmetall
neben den ausgeschiedenen Karbiden an den Korngrenzen auflöst, die sich während des Kastenglühens bilden. Dieses
nachteilige Öffnen der Oberfläche kann merklich dadurch verringert werden, dass die Temperatur des Glühofens nach
wenigstens einer Stunde gesenkt wird, wie dies oben besehrieben wurde. Diese bei niedriger Temperatur erfolgende Behandlung
vermindert die Anfälligkeit der Korngrenzen gegenüber einen Angriff durch die Beizlösung. Falls verlangt, lässt
sich das Metall zwischen dem Glühen bei 95^ bis 1O38°C und
bei 788 und 8l6 G vollständig auf Umgebungstemperatur abkühlen, ohne dass dadurch eine nachteilige Wirkung auftritt.
Wie oben bereits erwähnt wurde, soll durch den Kaltwalz—
Vorgang, der sich an das Kastenglühen anschliesst, das geglühte Warmband zwischen etwa "35 und 75 $ reduziert werden.
Wenn das Warmband nach den herkömmlichen Verfahren herge—
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stellt wird, scheint die Kaitreduziorung nur eine geringe
oder jar Keine Auswirkung auf die Hiffeiung bzw. Wellen-Mlduiiii
zu haben. Bei dem erfindungsgemassen Verfahren jedoch,
bei dew die kritischen Warmwalztemperaturen eingehalten
werden und die kritischen Kastengliihparameter beibehalten
werden, wie dies oben beschrieben wurde, ist die
gesamte Kai (,reduzierung von 3 j bis 73 '/<
> zur Erreichung eines erheblieh grösseren Widerstandes gegen ilif f elbildung
wesentlich. In gleicher Weise wirken sich die Warmwalztemperaturen und die Kastenglühzeiten und -teniperaturen
einzeln nicht wesentlich auf das Hiffeiverhalten oder
wc 1lenbildungsverhalten des Stahls aus, wenn die beiden
anderen Arbeitsvorgänge innerhalb der kritischen Bereiche
stattfinden. Es existiert deshalb eine nicht vollständig zu erklärende Zwischenwirkung zwischen den Warinwalzteinpei'a—
türen, Glülizeiten und -temperaturen und dem Ausmass des
Kaltwalzens, die, wenn sie in der beschriebenen Weise kombiniert werden, zu einem rostfreien Stahlblech oder -band
der Type klu führen, die einen wesentlich grösseren rfiders
land gegen xiii'f elbildung aufweisen als er ni t den bekannten
Verfahren erreicht werden kann.
Wie bereits erwähnt wurde, sollte das abscliliessende Glühen
und irgendein beliebiges anderes Zwischenglühen während des Kaltwalzens ein kontinuierliches Glühen bei einer Temperatur
zwischen "/ύθ und 61b G sein. Dieses Glühen ist ein einfaches
Spannungsfreiglühen unterhalb der Umwandlungstempera-,
tin* und entspricht im wesentlichen dem Glühvorgang, wie er bei den bekannten Verfahren praktiziert wird, so dass hier
keine weitere Erläuterung erforderlich ist.
Die auf das Kastenglühen und das kontinuierliche Glühen folgenden Beizvorgänge dienen natürlich nur dazu, den Oberfläelienzunder
zu entfernen und können deshalb irgendeinem bekannten Beizverfahren entsprechen.
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Ö40
Die folgenden Beispiele von Versuchen und ihre Ergebnisse
werden angeführt, um die Y/iehtigkei t der oben diskutierten
Verfahrensparameter weiter zu verdeutlichen. Für diese Versuche wurden zwei Chargen rostfreien Stahls der AISI
Type 430 vorbereitet, deren Zusammensetzungen in der Tabelle I enthalten sind.
Chemische Zusammensetzungen der untersuchten Stähle (in
'/0)
Stahl A
C Mn P S Si Cr Ni Cu Mo N 0,077 0,63 0,030 0,016 0,62 16,40 0,30 0,078 0,06 0,051
Stahl B
0,081 0,39 0,024 0,007 0,32 16,65 0,28 0,10 0,05 0,051
Von diesen beiden Chargen wurden viele Versuchsproben entnommen und bei unterschiedlichen Parametern behandelt, um die
verschiedenartigen Wirkungen der unterschiedlichen Parameter festzustellen. Die im einzelnen untersuchten variablen Grossen
waren: 1.) Anfängliche Brammenwalztemperatur; 2.) Endtemperatur des Bramnenwarmwalzens ,· 3.) Kastenglühtemperatur;
4.) Kastenglühzeit; j. ) Kühl verfahren nach dem Kastenglüheii;
6.) Stärke der Kaltreduzierung.
Für Versuchszwecke wurden aus dem Fertigprodukt in Längsrichtung Proben von 3,8 cm Breite und 35»6 cm Länge ausgeschnitten
und dann hochglanzpoliert. Alle Proben wurden daraufhin bei Raumtemperatur unter Zugspannung um 15 1Jo gestreckt.
Die Proben wurden mit dem blossen Auge geprüft und bezüglich der Stärke der Riffelbildung entsprechend der
folgenden angenommenen Skala beurteilt: 0 — keine; 1 - sehr gering; 2 - leicht; 3 - massig; 4 - stark; 5 - sehr stark.
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2U7624
Obgleich d.i.ο einzelnen Jerto und alle ausgeführten Versuche
und die erhaltenen Ergebnisse zu viel Raum beanspruchen,
um hier wiedergegeben zu weiden, Kann gesagt werden, dass
diese Proben, die in den eriindunusgemass angegebenen
Grenzen behandelt worden sind, eine durchschnittliche Kiffclungss
tiirke oder Wellenstärke gemäss der obigen Skala
von 0,8 hatten. Andere Proben, bei denen einer oder mehrere der Verfahrensparameter ausserhalb des angegebenen Bereiches
lagen, hatten eine durchschnittliche iiif f eis tärke von etwa
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Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung eines rostfreien Stahlbbchs
der AISI-Type 430, mit dem das Stahlprodukt eine erheblich
geringere Riffelung erhält, wenn es gezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stahlbramme geformt wird, die
sich wie folgt zusammensetzt (in Gew./«): Bis zu 0,Iy >ό
Kohlenstoff, bis zu 1,0 L/o Mangan, bis zu 1,0 % Silicium,
l6 bis 16 l/o Chrom, Rest Eisen und die üblichen Verunreinigungen,
dass die Bramme bei einer Temperatur zwischen 1010 und 1O66°C auf eine Dicke zwischen 2,j4 und 6,3p mm
warmgewalzt wird, dass der warmgewalzte Stahl bei einer ersten Glühtemperatur zwischen 954 und 103b C wenigstens
eine Stunde lang und dann bei einer zweiten Glühtemperatur zwischen 788 und 8l6 C wenigstens eine Stunde lang kasten—
geglüht wird, dass der geglühte Stahl dann durch eine .Reduzierung
zwischen 35 und 75 /o auf Enddicke kaltgewalzt wird,
dass der kaltgewalzte Stahl daraufhin bei 76Ο bis 8io°C
kontinuierlich geglüht wird, und dass das Stahlprodukt schliesslich gekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte des Kaltwalzens und kontinuierlichen
Glühens wiederholt werden.
3» Rostfreies Stahlblech der Type 430, hergestellt gemäss
dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2 und gekennzeichnet durch eine wesentlich geringere Riffelbildung
beim Ziehen.
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