DE2406252A1

DE2406252A1 - Verfahren zum kontinuierlichen giessen von metall

Info

Publication number: DE2406252A1
Application number: DE19742406252
Authority: DE
Inventors: Erik Allan Olsson
Original assignee: Olsson International Inc
Current assignee: Olsson International Inc
Priority date: 1973-03-05
Filing date: 1974-02-09
Publication date: 1974-09-12
Also published as: SE7704333L; CH602228A5; FR2220331B1; NL7402824A; BE811812A; ZA741205B; DK147967B; DE2406252C3; DD112615A5; GB1426314A; FI57545C; CS216668B2; ATA113074A; NO140411C; SE444777B; FR2220331A1; ES423948A1; DE2406252B2; AT344343B; AU476696B2

Description

One Oliver Plaza, Pittsburgh, Pa. 155222/USA

betreffend:

"Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metall"

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Metall. Dabei ist der Ausdruck "Gießen" nicht im Wortsinne zu verstehen, sondern als Umschreibung für die Technologie beim Herstellen irgendeiner gewünschten Form von erstarrtem Metall, ausgehend von einer Schmelze. Entsprechendes gilt für den Ausdruck fGußstück" etc. Die Erfindung bezieht sich insbesondere, wenn auch nicht ausschließlich auf Erzeugnisse auf Eisenbasis und auf der Basis von Stahllegierungen, wobei die Schmelze in ein Halbfertigprodukt oder ein Endprodukt überführt wird.

Wenn geschmolzenes Metall in eine Form gegossen wird, so schreitet die Erstarrung - ausgehend von der erstarrten Grenzschicht, die sich beinahe sofort an der Kontaktstelle zwischen Metall und Form bildet - in Sichtung des Zentrums fort. Die Rate, mit der die Erstarrung fortschreitet, hängt von drei Faktoren ab, nämlich: .

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(1) dem Wärmeübergangskoeffizienten durch die Fonnwandungen,

(2) dem Wärmeüberschuß in der Schmelze oberhalb des Schmelzpunktes, der abzuführen ist, um den Erstarrungspunkt zu erreichen, und

(3) dem Wärmeübergang durch die schon erstarrten Metallschichten in der Form zu den Formwandungen.

Zur Bestimmung der Erstarrungsgeschwindigkeit wird in der Gießtechnik häufig eine vereinfachte Formel verwendet, welche auch zur Erläuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung herangezogen werden mag. Sie lautet:

s = k (T) ^1/2

In dieser Gleichung bedeutet s die Mantelstärke in mm und T die seit dem Beginn der Erstarrung verstrichene Zeitspanne in minpr. Der Faktor k für Stahl liegt zwischen 22 und

1/2

33 mm/min und kann aus verschiedenen in praktischen Untersuchungen gewonnenen Daten berechnet werden; der Exponent ^Nl/2" bedeutet natürlich "Quadratwurzel". Der Einfluß der überhitzung ist in dieser Formel nicht berücksichtigt, braucht aber für die Zwecke der Erfindung auch nicht berücksichtigt zu werden.

Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß die Geschwindigkeit des Mantelwachsturas, d.h. der Erstarrung von außen nach innen, schnell ab dem Beginn der Mantelbildung und mit Zunahme der Man^elstärke abnimmt. Beispielsweise beträgt die Erstarrungszeit für die ersten 5 mm nur etwa o,o28 min. bei einem Faktor k = 3o, aber um nach 4 min. bei einer Mantelstärke

von 6o mm eine weitere Zunahme der Mantelstärke um 5 mm | zu erreichen, benötigt man etwa 4,7 min.

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Die Erstanongsgeschwindigkeit hat einen erheblichen Einfluß auf die Struktur und Zusammensetzung des Metalls. Die sich schnell verfestigende Metallschicht nahe der Wandung des Gußstückes, die Randzone, hat kleine, zufällig ausgerichtete Kristalle, welche eine Abschreckzone bilden. Die Dicke dieser Schicht schwankt - je nach der Zusammensetzung des Stahls oder anderen Metalls - zwischen etwa 5 mm bis etwa Io mm oder sogar 12 mm. Beruhigter Stahl bildet im allgemeinen eine Abschreckzone mit einer Stärke von etwa Io mm. In der Abschreckzone entspricht die chemische Zusammensetzung weitgehend derjenigen der Stahlschmelze, und ihre mechanischen Eigenschaften sind auch denjenigen des Metalls überlegen, welches später erstarrt; dies gilt wenigstens für die meisten Stähle. Da sich die Abkühlgeschwindigkeit von der Abschreckzone aus nach innen schnell verlangsamt, entstehen große Kristalle - Dendriten -, die zu einer Struktur führen, welche bei Walztemperatur brüchig ist und leicht zu inneren Rissen führen kann, es sei denn, daß sehr kleine Querschnittsverminderungen bei den ersten Walzarbeitsgängen verwendet werden. Zur Mitte des Gußstückes hin ändert sich die Primärstruktur im allgemeinen wieder mit mehr zufällig orientierten Kristallen verhältnismäßig großer Abmessung.

Darüberhinaus ändert sich neben der Zunahme in der Größe und Orientierung der dendritischen Kristalle in dem Block auch die chemische Zusammensetzung. In der Abschreckzone entspricht, wie oben erwähnt, die Zusammensetzung des Metalls weitgehend derjenigen der Schmelze, wogegen Bestandteile, die bei der Bildung der ersten Kristalle ausgeschieden wurden, zunehmend zum Zentrum hin angereichert werden. Dementsprechend enthält das sich zuletzt verfestigende Ma-. terial die größte Konzentration an denjenigen Elementen, welche in dem Kristallisationsprozeß dauernd ausgeschieden wurden. Diese TEndenz zur Abscheidung nimmt sat zunehmender

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Erstarrungszeit zu, so daß größere Blöcke eine stärkere Entmischung oder Ausseigerung als kleine aufweisen. Ferner ist die chemische Zusammensetzung des Metalles bei in Kokillen gegossenen Blöcken säten gleichförmig in den Querschnittsbereichen, welche an verschiedenen Stellen über die gesamte Länge des Gußstückes entnommen werden. Ein kontinuierlicher Gießvorgang vermeidet weitgehend diese Veränderung in der chemischen Zusammensetzung an verschiedenen Abschnitten längs des Gußstückes, aber der Unterschied in der chemischen Zusammensetzung und Stnktur von der Außenseite zum Zentrum hin wird, insbesondere bei größeren Querschnitten, nicht vermieden.

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Um diesen Schwankfeffekt zu vermeiden und die

gewünschten mechanischen Eigenschaften herbeizuführen, muß das Gußstück im Querschnitt vermindert werden, indem es gewalzt oder geschmiedet wird. Die ursprüngliche großkristalline Gußstruktur muß durch den Walz- oder Schmiedevorgang umgeformt werden, was je nach der Größe und der Zusammensetzung des Blockes einer Querschnittsverringerung von 1 : 5 bis 1 : 3o entspricht. Auch kann es erforderlich oder wünschenswert sein, daß die Zusammensetzung durch Diffusion mittels Wärmebehandlung homogenisiert wird.

Diese Verfahren bei der Umwandlung der Metallschmelze in eine vernünftige jährliche Tonnage von fertigen oder Halbzeug-Walzprodukten erfordern hohe Investitionskosten in den Gießereien, Walzwerken, Glühofen, hohe Personalkosten und bei vielen Arbeitsgängen hohe Brennstoff kos ten. Wenn auch das kontinuierliche Gießverfahren die Kosten in einem beträchtlichen Ausmaß vermindert hat, nicht nur hinsichtlich der Personalkosten bei erhöhtem Durchsatz, sondern auch dank der Tatsache, daß Gußguer-

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schnitte init kleinerer Querschnitts fläche wirtschaftlich hergestellt werden können und damit das Walzen von dicken Blöcken bis auf Knüppelabmessungen eliminiert wird, sind doch die Investitionskosten und die Personalkosten pro Tonne des fertiggestellten Produktes immer noch hoch«

Die Erfindung löst in erster Linie die Aufgabe, Metallteile mit verbesserten Eigenschaften in wirtschaftlicher Weise herzustellen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze als kontinuierliche Schicht auf einer kalten Oberfläche zur Erstarrung gebracht wird und dann einander, zugekehrte Oberflächen von wenigstens zwei derart gebildeten Schichten oder von eingefalteten oder -gerollten Abschnitten einer derart gebildeten Schicht bei einer Temperatur und mit einem Druck zusammengepreßt werden, bei denen das Metall in den einander zugekehrten Flächenabschnitten zu einem einstückigen Produkt preßverschweißt. Es wird also durch Verschmelzen und/oder Verschweißen ein Metallschicht-Laminat gebildet, welches schnell verfestigtes Metall in der Stärke der Abschreckzone enthält, um. so ein Halbzeug zum Walzen oder Schmieden zu schaffen, anstatt einen halbfertigen Körper mit großen Querschnitts£abmessungen zu gLeßen, bei dem gute mechanische Eigenschaften erst durch Verformung erreicht werden können. Mit anderen Worten wird die Metallschmelze in dünne Querschnitte überfuhrt, deren Oberflächenbereiche.miteinander in einen verdichteten einstückigen Körper verschmölzen oder verschweißt werden, welcher durchweg gute mechanische und chemische Eigenschaften aufweist.

Beispielsweise kann die Metallschmelze im Kontakt mit einer kalten Oberfläche zu einem dünnen Blech er-

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starren und mit einem oder mehreren ähnlich gebildeten Blechen oder Bändern bei einer Temperatur und einem Druck in einer vorzugsweise nicht-oxydierenden Atmosphäre verbunden werden, bei denen sie verschmelzen und zu einem einzigen dickeren Band oder Blech integriert werden, dessen Stärke geringfügig unter der Summe der Stärken der einzelnen Bänder oder Bleche liegt, wobei die mechanische Stabilität und chemische Gleichförmigkeit der einzelnen Bleche jedoch erhalten bleibt. Eine desrt integrierte Einheit kann dann mit relativ leichten Walzwerken und wenigen Walzschritten zu dem Fertigprodukt, beispielsweise einem Metallblech mit einer ausgewählten Stärke ausgewalzt werden. Es braucht nicht mehr ein Gußstück mit einem dicken Querschnitt hergestellt, dieses bis zur Erstarrung abgekühlt und dann in schweren Walzwerken und zahlreichen Walzschritten auf das Endmaß heruntergewalzt zu werden. Es können auch andere Verfahren der Schichtenbildung zum Aufbau der erwünschten zusammengesetzten Stärke verwendet werden, indem beispielsweise ein Blech übereinandergefaltet oder entweder längsseitig oder quer spiralförmig ausgewalzt oder längsseitig oder quer dicht übereinander gebündelt oder mit anderen einzeln durch Abschreckung gegossenen, flachen Schichten in eine Knüppelform gebracht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die recht schematischen Zeichnungen näher erläutert; es stellen dar:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach der Erfindung,

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Fig. 2 eine perspektivische Illustration einer anderen Verfahrensvariante, wobei die Vorrichtung nur schematisch angedeutet ist;

Fig. 3 bis 6 schematisch im Querschnitt den Aufbau des verstärkten Querschnittes durch übereinanderfalten eines flachen Blechs; Fig. 3 zeigt das dünne Gußblech, Fig. 4 und 5 zeigen die nächsten Stufen des Faltvorganges und Fig. 6 zeigt, wie die Schichten schließlich übereinander liegen, bevor sie endgültig verschmolzen werden, und

Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht, aus

welcher hervorgeht, wie ein .Abschnitt aus einer kontinuierlich gebildeten dünnen Gußschicht in eine vorbestimmte Länge geschnitten und eng zusammengerollt wird,

um in ein Halbzeug mit kreisförmigem. Queries
schnitt verschmolzen oder verschweißt zu

werden. * mittels Rohrwalzen

Fig. 1 stellt ein mit feuerfestem Material ausgekleidetes Schmelzegefäß 2 dar. Eine Gießpfanne 3 enthält einen gesteuerten Auslaß 4 zum Einsetzen der Metallschmelze in das Gefäß 2, so daß die Metallschmelze in diesem Gefäß auf einem.gleichmäßigen Pegel gehalten wird. Mehrere hohle mit Wasser gekühlte Walzen 5, von denen hier drei dargestellt sind, erstrecken sich quer zu dem Gefäß 2. Jede Walze ist derart angeordnet, daß ihre nur durch Kreise 6 bzw. 7 dargestellten Wellen bzw. Lager über dem Pegel der Metallschmelze 8 in dem Gefäß 2 gehalten werden. Der un-

- 8. 409837/02 7 1

tere Abschnitt des Umfangs jeder Walze 5 taucht in die Metallschmelze bis unter deren Spiegel ein.

Die Walzen werden durch eine nicht dargestellte bekannte Einrichtung mit gleicher Drehzahl angetrieben, über dem Gefäß 2 befindet sich eine Haube 9, durch welche eine nicht-oxydierende Atmosphäre aus Inertgas oder ein Vakuum über dem Gefäß aufrechterhalten wird. Bei Umlauf der Walzen bildet sich auf deren Oberfläche eine Metallschicht, deren Stärke typischerweise zwischen 5 mm und etwa Io oder 12 mm oder sogar mehr liegt und die Zusammensetzung dieser Schicht entspricht im allgemeinen derjenigen des Metalles* Die Stärke der auf diese Weise gebildeten Schicht hängt von der Länge der gekrümmten Oberfläche der Walze ab, welche in die Metallschmelze eingetaucht ist, sowie vender Stärke der Walzen, deren Umlaufgeschwindigkeit und dem Zustand des Metalles. Dieses gilt erstens für den Grad der überhitzung und zweitens die Art und Sorte des Metalles.

Wenn die Walze auf der linken Seite umläuft, wird die erstarrte, auf diese Weise gebildete Schicht Io nach oben aus der in dem Gefäß befindlichen Metallschmelzemasse getragen. Ein Abstreifer 11 stellt sicher, daß diese Schicht an der Oberseite der Walze entfernt wird und stützt die Belastungen noch nicht gewachsene Gußschicht bei deren Bewegung zur Oberseite der mittleren Walze, wo diese Schicht auf einer ähnlichen Schicht 12 zum Aufliegen kommt, welche die mittlere Walze verläßt. Die kühlere und festere untere Seite der Schicht Io liegt dabei auf der heißeren, gerade gebildeten Oberseite der Schicht 12 auf, während eine Druckwalze 13 einen geringen gleichförmigen Druck ausübt und eine Verschweißung oder Verschmelzung der beiden Schichten zu einem einzigen dickeren Strang be-

in der oben erläuterten Abschreckzone

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wirkt. Dieser dickere Strang bewegt sich über den mittleren Abstreifer und Träger 14 und dann auf die erstarrte Schicht 15 an der Oberseite der rechten oder, in dieser Ausführungsform, letzten Walze, Wieder steht die kühlere Unterseite der nun verbundenen ersten beiden Schichten im Kontakt mit der gerade gebildeten Fläche der Schicht 15. Die Verschmelzung findet wieder unter gleichmäßigem Druck mittels der Druckwalze 16 statt. Die Druckwalzen 13 und 16 können durch einen Motor angetrieben werden oder allein durch Reibungsschluß mit der Oberseite der Gußschicht rotieren. Das Gußstück 17 umfaßt jetzt drei getrennt gebildete Schichten, welche oberhalb oder nach dem Verlassen der Metallschmelzemasse miteinander verbunden wurden, aus der sie entnommen wurden. Dieses Gußstück läuft über den Abstreifer 18 und durch eine Führung 19 am Auslaß der Vorrichtung, wobei die Führung einen Fortsatz der Haube bildet. Die Führung mit dem durchlaufenden Gußstück dient dazu, das Einströmen von Luft ν in den Raum unter der Haube oder das Ausströmen von Inertgas oder nicht-oxydierendem Gas einzuschränken. Auf der Haube ist ein Kanal 2ο vorgesehen, durch welchen Luft unter der Haube abgezogen oder Inertgas zugeführt werden kann. Jede Druckwalze 13 und 16 hat eine nur schematisch angedeutete Einrichtung 13* bzw. 16* zum Einstellen des Druckes.

Jede Gießwalze kann eine Einrichtung 21 zum Aufbringen einer Anti-Haft-Schicht auf der Fläche der Gießwalze aufweisen,entlang welcher die Einrichtung sich auf der ablaufenden Walzenfläche erstreckt. Das frische Metall tritt in das Gefäß 2 ein und steigt durch Öffnungen 22 in einem Zwischenboden 23 unter den Walzen, wo feuerfeste Einsätze 24 dazu dienen, die Schlacke oder Oberflächenverunreinigung von der Stelle fernzuhalten, wo

- Io -

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- Io -

einlaufen.

die entsprechenden Walzen in die Metallschmelze

Wenn das Gußstück aus der Führung 19 austritt und so weit von der Gießvorrichtung entfernt ist, daß das Metall sich auf eine normale Walζtemperatur abgekühlt hat, kann es - und das ist sogar wünschenswert - durch eine Walzgerüst 25 zur Querschnittsverminderung laufen. Von diesem Walzarbeitsgang kann das Gußstück als Halbzeug gekühlt oder direkt als Fertigprodukt ausgewalzt werden.

Zwar wurden drei Walzen dargestellt, doch können auch noch mehr vorhanden sein und es können viele schmalze Stränge getrennt nebeneinander auf einer oder mehreren Walzen gebildet und zur Herstellung von Stangen oder Knüppeln vers^xlc&zen werden. Ferner wurden speziell Walzen beschrieben, da sie ein einfaches Beispiel für eine Vorrichtung mit einer sich kontinuierlich bewegenden Abschreckfläche darstellen, aber je nach dem Produkt könnten endlose Bänder oder eine kontinuierliche Folge von Formeleioenten ähnlich einer Traktorkette vewrwendet werden. Wie angedeutet, werden jedoch die Folien oder Gußstücke getrennt gebildet und dann zusammengebracht und oberhalb des Pegels der Metallschmelze in dem Gefäß vereinigt, oder nachdem sie in anderer Weise außer Kontakt mit der Masse

ge

der Metallschmelze gebracht wurden, aus der sie herstellt wurden. Es wurde angegeben, daß die Abschreckzone zwischen 5 und 12 ma bei verschiedenen Stählen schwanken kann, aber es scheint optimal zu sein, Schichten oder Stränge mit weniger als 5 mm Stärke zu bilden und zu Strängen von selbst mehr als 12 mm Dicke zu vereinigen.

Wenn eine Stärke von maxiamal 12 mm überschritten wird, so können zwar einige Vorteile bezüglich der Qualität des Produktes verlorengehen, aber da es unpraktisch ist, kontinuierlich Stränge unter loo mm Stärke zu g^ießen.

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kann dennoch ein verbessertes Produkt hergestellt und können Mehrkosten vermieden werden, die sich ergeben, wenn man mit einem viel stärkeren Gußstück, beispielsweise einem in konventioneller Technik kontinuierlich gegossenen Strang beginnt, der bis zu dem Fertigprodukt ausgewalzt wird. Mit anderen Worten kann es wirtschaftlicher sein und zu einem überlegenen Produkt führen, selbst dann, wenn ein einstückiger Strang aus Schichten gebildet wird, welche die Stärke einer Abschreckzone übersteigen, statt in herkömmlicher Weise ursprünglich einen starken Querschnitt zu gießen und diesen zu einem Produkt mit dünnem Querschnitt auszuwalzen oder -schmieden.

Fig. 2 illustriert ein Verfahren zur Umwandlung der Metallschmelze in einen Knüppelabschnitt. Es ist eine einzige mit Wasser gekühlte Walze 3o vorgesehen, die sich in einem mit feuerfesten Material ausgekleideten Gefäß dreht, in welchem die Metallschmelze in einer konstanten Tiefe enthalten ist. Eine (nicht dargestellte) Einsetzeinrichtung kann beispielsweise der Bodenabstich-Gießpfanne 3 aus Fig. 1 gleichen. Der untere Teil des Umfangs der Walze ist in die Metallschmelze eingetaucht. Wie in Fig. 1 wird die Walze durch eine nicht dargestellte Einrichtung mit an. sich bekannten Mittel*angetrieben, und zur Verdeutlichung der Darstellung wurde die Haube fortgelassen, welche eine gesteuerte Inertgasatmosphäre oder ein Vakuum über der Metallschmelze aufrechterhält.

Die Oberfläche der Walze ^o enthält eine Reihe von Rippen und Nuten, so daß bei der Verfestigung des Metalles auf der Walze ein Gußstück 32 mit einer Reihe von äneinandergrenzenden ebenen Flächen 33 gebildet wird, die miteinander an den Rippen und Vertiefungen des Gußstückes verbunden sind. Mit anderen Worten, anstatt gemäß Fig. 1 jede Schicht

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vollständig getrennt von den anderen Schichten zu bilden, enthält das Gußstück mehrere teilweise getrennte Schichten, die in der beschriebenen Weise an den Rippen und Vertiefungen verbunden sind. Nach Verlassen der Gießwalze gelangt das Gußstück zu einer Verdichtungsstelle, die zwischen vertikalen Walzen 34 ausgebildet ist, wo die verschiedenen ebenen Oberflächen 33 unter Ausbildung eines Knüppelabschnittes 35 zwangsweise gegeneinander gepreßt und verschmolzen werden; der Knüppel kann zu einem Fertigprodukt ausgewalzt werden oder als Halbzeug für nachfolgende Weiterverarbeitung zu einem Fertigprodukt dienen. Ein (nicht dargestellter) Abstreifer ähnlich den Abstreifern in Fig. 1 kann dazu dienen, daß das Gußstück beim Abstreifen von der Verformungswalze unterstützt wird. Auch kann wie in Fig. 1 der Walze in der gleichen Weise ein Anti-Haft-Fluid zugeführt werden. Bei beiden Verfahren wird das Gußstück kontinuierlich gebildet.

In Fig. 3 bis 6 ist ein änderest Verfahren dargestellt, bei welchem wie in Fig. 2 miteinander verbundene Abschnitte eines einzigen Gußstückes zusammengebracht werden. Bei dieser Ausführungsform wird wie in Fig. 1 oder 2 ein flaches Gußstück hergestellt, indem dieses auf einer mit Wasser gekühlten Walze oder einem anderen mit Wasser gekühlten bewegten Element ausgebildet und dann von der Walze abgestreift wird. In Fig. 3 ist ein derartiges Gußstück 4o dargestellt. Ge-mäß Fig. 4 wird das Mittelstück

41 des Gußstückes flach gehalten, während Seitenabschnitte

42 in gleicher Breite wie das Mittelstück an jeder Seite aufgebjrfogen werden. Dann wird eine Seite über den Mittelabschnitt gefaltet und dann gemäß Fig. 6 die andere Seite über die erste gefaltet und gleichmäßig unter Druck gesetzt, so daß eine Verschmelzung der miteinander in Berührung stehenden Flächen erreicht wird. Dieses Verfahren kann an kontinuierlichen Gußstücken oder an gelängten Teilen der kontinuierlich gebildeten Gußstücke ausge-

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führt werden. Wenn das auf diese Welse verbundene Gußstück 43 gebildet worden 1st und auf normale Walztemperatur abgekühlt 1st, kann es durch ein Walzgerüst wie In Flg. 1 ausgewalzt werden.

Gemäß Flg. 7 wird ein -f.l aches Gußstück (Flg. 6) entweder quer oder längsseitig auf die gewünschte Abmessung geschnitten und dann dicht aufeinander zu einem runden Körper 5o aufgerollt. Dieser gelangt durch Walzen 51 mit ümfangsnuten, um einen ausreichenden Druck auszuüben, während das Metall noch so heiß 1st, daß die Windungen miteinander zu einem massiven oder rohrförmigen Querschnitt verschweißt werden, der nach dem Abkühlen weiter ausgewalzt oder bearbeitet werden kann.

Der Fachmann kann die Parameter für das Verfahren (Abmessungen, Temperaturen, Drücke) durch Versuche ermitteln. In einigen Fällen kann es erforderlich sein, beim Verdichten, Falten oder spiralförmigen Aufwickeln sogar zusätzliche Erwärmung vorzusehen, um das Verschmelzen der getrennten Gußstücke oder Schichten, Streifen oder Windungen zu einem einheitlichen Gußstück zu erreichen. In allen Fällen ist in den Zeichnungen.das Verbundprodukt zum Zwecke der Veranschaulichung mit den Linien dargestellt, an denen die in Berührung stehenden Oberflächen zusammenstießen; in der Praxis wird jedoch eine laminatartiges Aussehen nicht auftreten.

Es ist darauf hinzuweisen, daß bei Übergang des Metalls vom flüssigen zum festen Zustand sich bei einigen Metallen die Warmverformbarkeit oder Plastizität bereits bei nur wenigen Grad unterhalb des Erstarrungspunktes einstellt, wahrend bei anderen Metallen 1qo°C oder sogar 2oo°C oder mehr zwischen dem Erstarrungspunkt und der Entwicklung guter Plastizität liegen. Das Verschweißen oder Verschmelzen

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oder die Vei>indung der Schichten der Gußstücke kann beim oder nahezu beim Erstarrungspunkt liegen, d.h. wenn erstmals der Solidus vorliegt, obgleich es wegen der geringfügigen Plastizität den Anscheinhat,daß noch etwas flüssiges Metall zwischen den Dendritgrenzen vorhanden ist. Mit ' anderen Worten, das Verschweißen oder das Verschmelzen oder die Verfestigung erfolgt üblicherweise oberhalb der Temperatur, bei welcher das Metall eine ausreichende Plastizität für das normale Auswalzen hat. Als allgemeine Regel sollte der durch die Verdichtungswalzen ausgeübte Druck, der die Schichten zunächst zusammendrückt, eine Verminderung der Stärke des Verbundgußstückes aus den beiden oder mehreren Schichten in einem Bereich von o,2% bis 2% bewirken. Kohlenstoff armer Stahl mit etwa o,lo%C entwickelt schnell gute Plastizität unterhalb des Erstarrungspunktes und kann in vielen Fällen bei der Verbindung des Metalles zu einem einstückigen Körper einem Druck ausgesetzt werden, bei dem eine 2o%ige Querschnittsverminderung erreicht wird. Dagegen hat Stahl mit hohen Verunreinigungen, beispielsweise S, P, Cu, Sn und dergl. eine geringe Warmverformbarkeit noch bei I5o C unterhalb des Erstarrungspunktes und kann einer Verminderung der Querschnittsfläche um mehr als o,3% nicht standhalten. Allgemein sollte deshalb der Verschmelzungsdruck derart bemessen werden, daß die Verminderung der Stärke niemals größer als für eine gute Verbindung erforderlich ist, d.h. etwa in der Größenordnung von +2% entsprechend der Toleranz des Metalls. Falls der Druck derartige kritische Grenzwer^te übersteigt, hat das verdichtete Produkt verschiedene Schwächungsstellen oder verborgene Fehler. Nachdem die normale Auswalztemperatur erreicht ist, kann dann in einem einzigen Walzdurchgang die Stärke des verfestigten Gußstückes um 2o« vermfnaert werden.

Falls beispielsweise drei Schichten mit einer Abschreckstärke von Io mm jeweils zu einem einzigen Körper

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von 3o mm verbunden und um 2o% zu einem Halbzeug heruntergewalzt werden, so 1st offensichtlich sehr viel weniger Arbelt erforderlich, um dieses Halbzeug beispielsweise zu einem Blech mit o,25 oder o,5 nun auszuwalzen, als wenn eine Platine mit mehreren cm Stärke auf Blech der gleichen Dicke ausgewalzt werden muß, wobei auch keine intensive Wärmebehandlung bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erforderlich ist, da das Metall vollständig aus Schichten der Abschreckzone und der entsprechenden Kristallstruktur und Zusammensetzung dieser Zone besteht.

(Patentansprüche)

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zum kontinuierlichen Umformen einer Metallschmelze in ein Gußstück, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze als kontinuierliche Schicht auf einer kalten Oberfläche zur Erstarrung gebracht wird und dann einander zugekehrte Oberflächen von wenigstens zwei derart gebildeten Schichten oder von eingefalteten oder -gerollten Abschnitten einer derart gebildeten Schicht bei einer Temperatur und mit einem Druck zusammengepreßt werden, bei denen das Metall in den einander zugekehrten Flächenabschnitten zu einem einstückigen Produkt preßverschweißt.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen von mehr als zwei Schichten zu einem einstückigen Produkt verschmolzen werden.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf diese Weise zu einem einstückigen Produkt verschmolsnen Schichten eine Stärke im Bereich bis zu einem Maximum von 5 mm bis 12 mm aufweisen.

4) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck durch einen Walzarbeitsgang ausgeübt wird, bei dem die Stärke des einstückigen Produktes unter die Summe der Stärken der auf diese Weise verbundenen Schichten um nicht mehr als ca. 2% vermindert wird, bis das Metall sich auf Warmverformbarkeitstemperatur abgekühlt hat.

5) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Metallschmelze aus Stahl oder einer Stahllegierung verarbeitet wird.

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6) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten Teilabschnitte des gleichen kontinuierlichen Gußstückes sind, die überlappend zusammengefügt sind.

7) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß getrennt ausgebildete Gußschichten flächig zusammengefügt und die verbundenen Schichten verdichtet und verschmolzen werden.

8) Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Schichten in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre erfolgt.

9) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen wassergekühlten, kontinuierlich durch ein die Metallschmelze enthaltendes Gefäß bewegten Körper (5, 30), der zu einer solchen Geschwindigkeit angetrieben ist, daß sich auf seiner Oberfläche eine Metallschicht etwa in der Dicke der Abschreckschicht erstarrt, in der das verfestigte Metall eine Feinkornstruktur und im wesentlichen die chemische Zusammensetzung der Schmelze aufweist, durch eine Abstreifeinrichtung (11, 14, 15) zum Abtragen der erstarrten Schicht von der Oberfläche des Körpers (5, 30), und durch eine Kompaktierungsvorrichtung (13, 16, 34, 51) für das Verpressen der so gebildeten ersten Schicht mit mindestens einer weiteren, im wesentlichen gleichzeitig hergestellten Schicht.

10) Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Ausbildung der Kompaktierungsvorrichtung derart, daß der gewonnene Verbund-Gußkörper die Dicke bzw. den Querschnitt eines handelsüblichen Halbzeugs oder Fertigprodukts hat.

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11) Vorrichtung nach Anspruch 9, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein der Kompaktierungsvorrichtung nachgeschaltetes Walzgerüst (25) für das weitere Auswalzen des Verbundgußstücks nach dessen Abkühlung auf Warmverformungstemperatur.

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