DE2601443B2 - Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Kaltband - Google Patents
Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von KaltbandInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Kaltband, das zunächst auf
eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur erhitzt und danach in einem wäßrigen Abschreckmittel
abgekühlt wird.
Ein derartiges Verfahren wurde schon im Patentschrifttum beschrieben. Das auf Rekristallisationstemperatur
erwärmte und bei dieser Temperatur für die Rekristallisation hinreichend lange gehaltene Kaltband
erfährt eine sehr rasche Abkühlung durch Abschrekkung in einem kalten Wasserbad. Damit keine lokal
unterschiedlichen Abkühlvorgänge auf der Blechoberfläche durch unkontrollierbares Aufbrechen der außerordentlich
instabilen Filmsiede-Dampfschicht beim Eintauchen des erhitzten Bleches in das kalte Abschreckmittel
auftreten, die zu lokal unterschiedlichen Eigenschaften des Bleches und damit zu starken
Verwerfungserscheinungen führen würden, wird die Filmsiedephase soweit wie möglich unterdrückt indem
das Abschreckmittel auf der Oberfläche des abzuschrekkenden Blechbandes über aufgesprühte Wasserstrahlen
stark durchwirbelt wird, wie es beispielsweise in der DE-OS 15 08 364 für die Wärmebehandlung sehr
dünnen, nämlich für die Büchsenherstellung bestimmten doppelt kaltgewalzten Bleches beschrieben ist
Wenn nach dem bekannten Verfahren Tiefziehblech gewonnen werden soll, also ein verformbares Kaltwalzprodukt,
das weicher als das in jüngerer Zeit an Interesse gewinnende hochfeste verformbare Kaltwalzblech
ist, ist es unumgänglich, dem Abschrecken im kalten wäßrigen Abschreckmittel eine Oberalterungsbehandlung
folgen zu lassen. Diese besteht aus einer anschließenden Erwärmung auf eine Temperatur
zwischen etwa 3000C u.id 5000C, um interstitiell
gelösten Kohlenstoff auszuscheiden. Gemäß der DE-OS 20 56 313 soll es möglich sein, den extrem rasch
verlaufenden Abschreckvorgang im kalten wäßrigen Abschreckmittel im Zuge der Abkühlung von Rekristallisationstemperatur
so zu beeinflussen, daß bei Erreichen der Oberalterungstemperatur der Abkühlvorgang
unterbrochen und unmittelbar (also ohne das Erfordernis eines erneuten Aufheizens nach Abkühlung auf die
Temperatur des kalten Abschreckmittels) die Überalterungszeitspanne angeschlossen wird, ehe die endgültige
Abkühlung des tiefziehfähigen Kaltbandes auf Umgebungstemperatur erfolgt.
Für das auf ganz andere metallurgische Kriterien abgestellte Patentieren von Warmwalzdraht, der nach
dem Walzen gezogen und unmittelbar aus der Walzhitze heraus einer Abschreckbehandlung unter
Einwirkung chemischer Reaktionspartner unterzogen wird, wobei die Art des Abschreck- oder Abkühlungsmittels aus dem ZTU-Schaubild für den gewünschten
CJmwandlungsvorgang zur Perlitbildung entnommen werden kann, ist es aus der DE-OS 19 42 731 bekannt,
als Abschreckmittel einen gleichmäßigen und auf dem Draht gut haftenden Dampffilm erzeugendes siedendes
Wasser zu benutzen; und aus der DE-OS 20 40 506 ist es zur Wärmebehandlung von Metalldrähten bekannt, dem
siedenden Abschreckmittel für das Patentieren von Stahldraht gemäß den Umwandlungsbedingungen, die
sich aus dem ZTU-Schaubild ergeben, Mittel beizufügen, die die Wärmeübergangsbedingungen beeinflussen.
Allerdings treten bei dem Patentieren von gezogenem Draht, also beim Abkühlen aus der Walzwärme heraus,
aufgrund der im Verhältnis zur Länge des Walzgutes kleinen Oberfläche, kleinen Querschnittsfläche und
kleinen Querabmessungen keinerlei Probleme der Homogenität der durch die Wärmebehandlung erzielten
Eigenschaften über die Querschnittsfläche und auch keinerlei Probleme mechanischer Verformung im Zuge
des Abkühlvorganges auf. So ist auch nicht bekannt, daß schon vorgeschlagen worden wäre, zur Lösung der
Problematik, die bei der kontinuierlichen Wärmebehandlung von perlitfreiem Kaltband auftritt, auf
Stahldraht-Patentierverfahren zurückzugreifen, bei denen die Drahtgeometrie bereits eine homogene
Ablösung der Dampfhülle beibringt — im Gegensatz zur von den Rändern zur Mitte fortschreitend sich
ablösenden Dampfschicht bei abgeschreckten Kaltband.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gattungsgemäßer Art dahingehend weiterzubilden,
daß im Wege einer kontinuierlichen Wärmebehandlung von Kaltband bei wirtschaftlich vertretbaren
Aufwendungen wahlweise verformbares Kaltband der
hochfesten Qualität wie auch verformbares Kaltband der weicheren Tiefziehqualität gewonnen werden kann,
wobei das Endprodukt in seinen mechanischen Eigenschaften denjenigen Produkten nicht nachstehen soll,
die mit herkömmlichen kontinuierlichen Wärmebehandlungsverfahren oder im herkömmlichen diskontinuierlichen
Haubenglühverfahren gewinnbar sind.
Dabei liegt der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabenstellung die Erkenntnis zugrunde, daß im Zuge
der aktuellen Bestrebungen zur Energieeinsparung und der daraus resultierenden Forderung nach leichteren
Konstruktionen, insbesondere auf dem Gebiete des Automobilbaues, hochfestes verformbares Kaltband
zunehmend an Interesse gewinnen wird, daß aber andererseits eine kontinuierlich arbeitende Kaltband-Wärmebehandlungsanlage
zu ihrer vollständigen Auslastung auch in der Lage sein müßte, ohne wesentliche Umstellung nicht nur auch zur Gewinnung herkömmlichen
Weißbleches, sondern insbesondere auch zur Gewinnung des gegenüber hochfestem verformbarem
Kaltband weicheren, nämlich tiefziehfähigen, verformbaren Kaltbands verwendbar zu sein. Dabei ergibt sich
für das der kontinuierlichen Wärmebehandlung unterworfene Kaltband die anwendungsorientierte Forderung
nach möglichst gleichförmiger Verteilung der spezifischen Umformeigenschaften über die gesamte
Breite des Kaltbandes, aus der zugleich eine geringe
Neigung zu Verwerfungen der Kaltbandoberfläch ·_■ im
Zuge des Abkühlvorganges nach der Wärmebehandlung resultiert.
Die vorstehend genannte, diesen Erfordernissen der technologischen Praxis und der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
entspringende Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem kontinuierlichen Kaltband-Wärmebehandlungsverfahren
der gattungsgemäßen Art dadurch r, gelöst, daß die Temperatur des Abschreckmittels
ungefähr bei Siedetemperatur gehalten wird.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß dadurch mit einfachsten Mitteln, im Wege der
Selbstregulierung während einer ersten Phase des Abkühlvorganges, eine stabile Dampfschicht auf der
Oberfläche des zuvor aufgeheizten Kaltbandes auftritt, die keinerlei Neigung zu lokalen Unregelmäßigkeiten,
insbesondere zu örtlichen Aufbrecherscheinungen mehr zeigt und dadurch eine außerordentlich und unerwartet
große Homogenität der Eigenschaften des Kal-tbandes über seinen gesamten Querschnitt erbringt, mit der eine
unerwartet gute Planheit des Kaltbandes auch nach Ende einer kürzeren zweiten Phase schnellerer
Abkühlung, wenn die Dampfschicht aufgrund hinreichend abgesenkter Temperatur der Kaltband-Oberfläche
sich ablösen darf, einhergeht.
Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene Kaltband zeichnet sich aber nicht nur aufgrund der
zunächst unter der abschirmenden Einwirkung einer stabilen Dampf-Filmschicht gebremst verlaufenden
Abkühlphase, die erst zum Schluß in eine rascher verlaufende Abkühlphase übergeht, wenn die Dampfschicht
nach Erreichen einer unkritisch niedrigen Temperatur des Kaltbandes sich von dessen Oberfläche e>o
ablöst, durch eine überaus große gleichförmige Verteilung der mechanischen Eigenschaften über die gesamte
Breite des Kaltbandes bei überaus geringen Verwerfungserscheinungen aus; sondern überraschenderweise
weisen die mechanischen Eigenschaften, die als t>5
A(R)-Werte (prozentuale Bruchdehnun" über der Zugfestigkeit) aufgetragen werden, eine überaus geringe
Streuung auf; und diese Werte liegen oberhalb der entsprechenden Werte, die sich bei herkömmlichem
Abkühlen in kaltem Wasser einstellen und sogar unmittelbar in dem Bereich, den handelsübliche
Haubenglüh-Qualitäten aufweisen, weshalb es für die Gewinnung verformbaren hochfesten Kaltbandes, entgegen
den Erfordernissen bei extrem rascher Abkühlung in kaltem Wasser, keiner nachträglichen Überalterungs-Wärmebehandlung
bedarf.
Nicht minder überraschend ist, daß sich beim erfindungsgemäßen Verfahren auf dem abgekühlten
Kaltband nur eine extrem gleichförmige, sehr dünne Oxidbeschichtung einstellt, die hauptsächlich aus FeO
besteht und deshalb überaus leicht und rasch wieder entfernbar ist, im Gegensatz zur dicken und unregelmäßigen
Fe2O3— oder Fe}O4 — -Oxidschicht, die sich beim
Abschrecken in kaltem Wasser auf dem sich dabei stark verwerfenden Blechband ausbildet
Somit stellt das erfindungsgemäße Verfahren ein überaus preiswertes und technologisch vorteilhaft
anwendbares, da sehr leicht realisierbares und störunanfällig betreibbares Verfahren dar, mit dem, nach
Rekristallisationsglühen des Kaltbandes, eine zumindest teilweise Rekristallisation der gestauchten Struktur des
kaltgewalzten Bleches erzielbar ist und sowohl hochfeste als auch tief ziehfähige, verformbare Kaltband-Produkte
erzielbar sind. Im Falle des tiefziehfähigen, einer Überalterungs-Wärmebehandlung unterzogenen Kaltbandes
gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren in wünschenswerter Weise die angestrebte Kornvergrößerung
sowie ein Ausscheiden von interstitiellem Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffverbindungen
(Karbid).
Im Gegensatz zur Erzeugung von Kaltband mit vergleichsweise wenig Mangan und praktisch keinem
Silizium als Legierungsbestandteilen, das Tiefzieheigenschaften erhalten soll, lediglich durch Erhitzen auf
Rekristallisationstemperatur (noch unterhalb des ArUmwandlungspunktes im Zustandsschaubild) und
dort hinreichend langes Halten für den Ablauf des Rekristallisationsmechanismus, wird Kaltband, das größere
Mengen an Mangan und Silizium als Legierungsbestandteile aufweist und härter als Tiefziehblech ist,
nämlich die verformbare hochfeste Qualität ergeben soll, noch um ca. 100° C stärker erhitzt, um den
Ai-Umwandlungspunkt zu überschreiten, und dort hinreichend lange gehalten. Vorzugsweise wird das
Kaltband wenigstens 10 Sek. auf diesen Temperaturen gehalten, indem diese Zeit einen typischen Wert
darstellt, der bei extrem dünnem oder extrem dickem Kaltband entsprechende Änderungen erfahren kann.
Das sich selbst stabilisierende, da ungefähr auf Siedetemperatur gehaltene Abschreckmittel ermöglicht
in besonders einfacher Weise eine Beeinflussung der Abschrecktemperatur durch Beeinflussung der Siedetemperatur
des Abschreckmittels durch Einstellen des Druckes oberhalb des Abschreckmittels und/oder durch
Zugabe suspendierter und/oder gelöster Substanzen.
Eine vorteilhafte weitere Maßnahme ermöglicht es, insbesondere die Abkühltemperatur in der zweiten
Abkühlphase, nach Abreißen der zunächst homogenen Dampfschicht, zu beeinflussen, indem etwa als Abschreckmittel
nicht reines Wasser Anwendung findet, sondern dem Wasser Salze, insbesondere ein Chlorid
des Kalium oder Borax, zugefügt werden.
Eine andere weiterbildende Maßnahme kann etwa darin bestehen, Palmitate, Stearate, Oleate des Natriums
oder des Kaliums dem siedenden Abschreckmittel zuzufügen. Diese oberflächenaktiven Zusätze erbringen
26 Ol 443
eine Steigerung der stabilen Ausbildung der Dampfschicht zur gebremsten, über die gesamte Oberfläche
des Kaltbandes homogenen Abkühlung während der ersten, längeren Abkühlphase, ehe die Dampfschicht
aufreißt und die raschere, zweite Abkühlphase eintritt.
Da die sich beim Abkühlen aus der Rekristallisationswärmebehandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
einstellende Oxidschicht auf der Kaltbandoberfläche, wie schon dargelegt, überaus gleichförmig und
dünn sowie aufgrund ihrer chemischen Struktur leicht entfernbar ist, kann die Beseitigung der Oxidschicht, die
beispielsweise ein Einbrennlackieren eines tiefgezogenen Produktes behindern würde, schon im Zuge des
Abschreckvorganges (nämlich während der zweiten Abkühiphäse nach Ablösung der homogenen Dampfschicht)
durchgeführt werden, was eine weitere Minderung des apparativen Aufwandes zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ergebnis hat.
Wie eingangs schon erwähnt, erfordert der überaus rasche Abkühlvorgang durch Abschrecken in kaltem
Wasser nach dem Stande der Technik selbst bei der Gewinnung hochfester verformbarer Kaltbandqualitäten
aufgrund überaus großer Härte und starker Streuung der mechanischen Eigenschaften, die sich
darüber hinaus von Eigenschaften handelsüblicher Haubenglüh-Qualitäten unterscheiden, eine abschließende
Wärmebehandlung als künstliche Alterung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zusätzlich
vorgesehen sein muß. Es kann jedoch zweckmäßig sein, auch beim erfindungsgemäßen Verfahren diese
abschließende Überalterung zur Herstellung hochfester Qualitäten vorzusehen. Wenn das erfindungsgemäße
Verfahren nämlich auf Kaltblech mit geringen Mangangehalten und praktisch keinen Siliziumgehalten angewandt
wird, dessen Rekristallisationswärmebehandlung unterhalb der Al-Umwandlungstemperatur bleibt und
das weiche Bleche nämlicl: tiefziehfähige Kaltbandqualitäten erbringen soll, dann ist auch beim erfindungsgemäßen
Verfahren zweckmäßig, die als solche bekannte abschließende Überalterungsbehandlung vorzusehen.
Dennoch ist die Realisierung des Verfahrens überaus viel preiswerter, als eine Abkühlung aus Rekristallisationstemperatur
an Luft, die sich über wesentlich größere Zeitspannen erstreckt und demzufolge für
kontinuierliche Wärmebehandlung eines wesentlich größeren apparativen Aufwandes bedarf.
Um die gewünschten Verformbarkeitseigenschaften des Endproduktes zu erzielen, ist es zweckmäßig, die
abschließende Alterungsbehandlung in geeigneter Weise zu bemessen, wobei sich Schwankungen im
Zeitbedarf für den Alterungsvorgang nach Maßgabe der Kaltband-Materialstärke ergeben können.
Während das bekannte extrem langsame Abkühlen des auf Rekristallisationstemperatur erwärmten Kaltbandes
an Luft wegen der langen Durchlaufzeit und des hohen apparativen Aufwandes für eine lange Behandlungsanlage
kostspielig ist und das bekannte extrem rasche Abschrecken in kaltem Wasser kostspieliger und
störanfälliger Vorrichtungen zur Vermeidung einer Dampfschicht auf der Kaltbandoberfläche sowie großen
Energiebedarfes zum Kühlen des Abschreckmittels durch Abfuhr der Wärme über Wärmetauscher bedarf,
zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch störunanfällige, apparativ einfache Realisierbarkeit
ohne Erfordernis von Energiebedarf für den Abkühlvorgang, nachdem das Abschreckmittel einmal zu Beginn
der kontinuierlichen Kaltbandbehandlung auf Siede-
temperatur gebracht wurde, aus. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren über
Kondensierung des verdampfenden Abschreckmittels oberhalb des sich selbsttätig auf Siedetemperatur
haltenden Abschreckbades eine Energierückgewinnung im Zuge der Rückführung des Kondensates in das
Abschreckbad.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in
der Zeichnung dargestellten Realisierungsbeispieles zum erfindungsgemäßen kontinuierlichen Wärmebehandlungsverfahren
von Kaltband unter Bezugnahme auf Diagramme hinsichtlich der mit Realisierungsbeispielen
zum erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Ergebnisse. Es zeigt
F i g. 1 eine Behandlungseinrichtung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie ein Diagramm
zur Darstellung des Temperaturverlaufes in Abhängigkeit von der Zeit beim Durchlauf des
Kaltbandes durch eine solche Behandlungseinrichtung,
Fig. 2 ein Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm
(ZTU-Diagramm) zur Gegenüberstellung des Abkühlvorganges beim erfindungsgemäßen Verfahren und der
Abkühlvorgänge bei Abkühlen in Luft oder in kaltem Wasser;
Fig. 3 die prozentualen Schwankungen der Elastizitätsgrenze
über die Breite des Kaltbandes, die sich beim erfindungsgemäßen Verfahren bzw. beim Abkühlen in
kaltem Wasser oder an Luft einstellen; und
Fig. 4 den Einfluß der Temperatur des Abschreckmittels
auf die erforderliche Beizdauer zur Entfernung einer auf dei Oberfläche des Kaltbandes beim Abkühlen
aus der Rekristallisationstemperatur entstehenden Oxidschicht.
Im in F i g. 1 enthaltenen Diagramm des Temperaturverlaufes über der Zeit sind die Temperaturen in 0C auf
der Ordinate und der Zeitablauf in Minuten auf der Abszisse aufgetragen.
Das zu behandelnde Kaltband wird für die Wärmebehandlung auf eine Temperatur Ti aufgeheizt, bei dei es
sich um eine Temperatur oberhalb der Rekristallisationstemperatur des Kaltbandes handelt. Das aufgeheizte
Kaltband wird bei einer Temperatur zwischen diesem Wert Π und einem Wert Tl zwischen den Zeitpunkten
M und ;2 gehalten. Im Zeitpunkt r2 setzt die
Abschreckung ein, für die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren das aufgeheizte Kaltband beispielsweise in
einen Behälter mit kochendem Wasser als etwa auf Siedetemperatur gehaltenem Abschreckmittel eingetaucht
wird. Dadurch sinkt die Temperatur des Kaltbandes rasch vom Wert T2 auf den Wert Γ3.
Wie aus dem Diagramm in F i g. 1 ersichtlich, vollzieh! sich dieser Abkühlvorgang in zwei Phasen. Während der
ersten Phase, die sich bis zum Erreichen einei Abkühltemperatur von etwa 3500C erstreckt, verlauf ι
der Abkühlvorgang gebremst, eine Erscheinung, die wahrscheinlich (wie sich unterdessen bestätigt hat) au!
der Bildung eines stabilen Wasserdampffilmes auf dei Oberfläche des Kaltbandes beruht, der eine ununterbro
chene, gleichmäßige thermische Abschirmung dei Kaltbandes bewirkt; daran schließt sich eine zweits
Phase bis zum Erreichen der Endtemperatur Γ3 an während der aufgrund nun von der Oberflächf
abgelöster Dampfschicht die Temperatur des dei kontinuierlichen Wärmebehandlung unterzogenei
Kaltbandes praktisch schlagartig auf die Temperatu: des siedenden Abschreckmittels abgesenkt wird. Diese
nach der Erfindung auftretende zweiphasige Abkühlver
26 Ol
lauf hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen. Denn durch ihn wird einerseits die Ausbildung von Martensit
während der ersten, gebremst verlaufenden Phase der Abkühlung vermieden; und andererseits kann zum
Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens eine gegenüber herkömmlicherweise benutzten kontinuierlich
betriebenen Wärmebehandlungseinrichtungen wesentlich kürzere Einrichtung angewandt werden.
Das abgekühlte Kaltband wird bis zum Zeitpunkt r3
bei dieser Temperatur TZ gehalten. Dann folgt — i<
> jedenfalls in den Fällen, bei denen zur Erzielung eines weichen, tiefziehfähigen Kaltbandproduktes das Herausdiffundieren
übersättigten Kohlenstoffes und Stickstoffes aus dem Kristallgitter erforderlich ist; unter
gewissen Umständen aber auch für nicht tiefziehfähige aber dennoch gut verforrnbare höherfeste Bleche — als
Nachbehandlung ein neuer Temperaturanstieg auf eine Temperatur 74, die im Zeitpunkt 14 erreicht wird. Nach
hinreichender Haltezeit bis zum Zeitpunkt f 5 bei dieser sogenannten Nachalterungs- oder Überalterungstemperatur,
wie sie auch bei homogener Abkühlung im herkömmlichen Geschwindigkeitsbereich (35°C bis
250°C/sek) erforderlich ist und z. B. beim Anlassen der Bleche zum Tiefziehen oder für verzinkte Bleche hoher
Elastizitätsgrenze oder Weißblech gesteigerter Härte und Dehnbarkeit oder Bleche aus nicht-rostendem Stahl
angewandt wird, unter der Voraussetzung, daß die Behandlungsbedingungen der Natur des zu behandelnden
Metalles angepaßt werden, erfolgt eine Abkühlung auf eine Temperatur, die niedrig genug liegt, um ω
Oxidation an Luft zu vermeiden und zum Zeitpunkt f 6 erreicht ist.
Dieser kontinuierliche Wärmebehandlungsablauf läßt sich mittels einer in Fig. 1 unter Beschränkung auf das
Prinzipielle dargestellten Wärmebehandlungseinrich- r> tung zum Ausüben des erfindungsgemäßen Verfahrens
gewährleisten, die im wesentlichen aus folgenden Vorrichtungsteilen besteht:
Eine Einlaufvorrichtung 1 enthält eine Abhaspelvorrichtung sowie eine Schweißanlage. Es kann zweckmäßig
sein, im Anschluß daran eine elektrolytisch arbeitende Entfetlungskammer 2 vorzusehen, um ggf.
vorhandenes Walzöl zu entfernen. Vor einer Aufheizkammer 4 zum Erreichen der Rekristallisationstemperatur
oder einer oberhalb des Ai-Umwandlungspunktes 4">
liegenden Temperatur (je nach dem Ausgangsmaterial und dem demzufolge angestrebten Endprodukt) ist ein
Schiingenspeicher 3 angeordnet. An die Aufheizkammer 4 schließt sich eine Haltekammer 5 an, in der das
aufgeheizte Kaltband bei einer Temperatur gehalten ->o
wird, die im Bereich der ausgewählten Anfangstemperatur für die Schnellabkühlung liegt. Die sich anschließende
Abschreckzone 6 mit einem etwa siedenden Abschreckmittel enthält beispielsweise kochendes Wasser,
und er ist mit einer Wasserdampf-Rückgewinnungseinrichtung
11 ausgestattet, die nach dem Kondensationsprinzip arbeitet und vorzugsweise direkt über dem
Abschreckbad angeordnet ist Diese Abschreckzone 6 ist außerdem mit einer Vorerwärmungseinrichtung 12
für das Abschreckmittel zu Betriebsbeginn, mit einer t>o Speiseeinrichtung 13 für das Wasser, mit einer
Eintrittsschleuse 14 von der Haltekammer 5 aus und mit einer Austrittsschleuse 15 ausgestattet Hinter der
Austrittsschleuse 15 schließen sich eine Anlaßzone 7 für das Nachaltern mit Abkühlraum 8 für die Schlußabküh- b5
lung und Ausgangsspeicher 9 an. Eine Ausgangsvorrichtung 10 enthält eine Aufhaspelvorrichtung und eine
Schneidvorrichtung sowie u. U. auch eine Berandungs-Schneideinrichtung,
eine Planiervorrichtung, eine Vorrichtung für Skin-Passing und eine Konditionierstraße.
Aus der Darstellung in F i g. 2 ist deutlich ersichtlich, welcher Unterschied zwischen einerseits der Behandlung
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und andererseits den herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren
mit sehr langsamem Abkühlen an Luft bzw. mit sehr raschem Härten in kaltem Wasser besteht. Bei
dem Diagramm gemäß F i g. 2 handelt es sich um ein sog. ZTU-Diagramm (Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm)
für kontinuierliche Abkühlung bei Verhältnissen entsprechend dem Stahl nach Beispiel 2.
Das Diagramm (F i g. 2) weist auf der Ordinate die Temperaturen in 0C und auf der Abszisse logarithmisch
aufgetragen die Zeiten in Sek. auf. Die Abkühlkurve 1 entspricht einer Wärmebehandlung des Kaltbandes
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Die Abkühlkurve 2 entspricht herkömmlicher Behandlung mit
Luftkühlung. Die Abkühlkurve 3 entspricht herkömmlicher Behandlung in kaltem Wasser. Die Abkühlkurve 1,
die sich beim erfindungsgemäßen Verfahren einstellt, liegt also zwischen den beiden Kurven, die die
Verhältnisse bei den herkömmlichen Wärmebehandlungsverfahren im Anschluß an das Rekristallisationsglühen
von Kaltband darstellen.
In F i g. 3 ist die Streuung der durch die Wärmebehandlungen
erzielten Werte für die Elastizitätsgrenze über der Breite des Kaltbandes dargestellt. Dabei zeigt
die Kurve 2 die Verhältnisse, die sich bei einem in kaltem Wasser abgeschrecktem Kaltband einstellen,
während die Kurve 3 sich auf Abkühlung an Luft bezieht. Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
hier in kochendem Wasser als siedendem Abschreckmittel, behandeltes Kaltband ergibt Ergebnisse entsprechend
Kurve 1.
Im Diagramm gemäß F i g. 3 sind auf der Abszisse die
Achsabstände (in mm) in Richtung der Kaltbandbreite und auf der Ordinate die bei diesen Abszissenwerten
lokal gemessenen Werte der Elastizitätsgrenze, gemessen in Längsrichtung des Kaltbandes, aufgetragen,
wobei die angegebenen prozentualen Werte für die jeweilige Elastizitätsgrenze auf die Werte am Orte der
Längsachse des Kaltbandes bezogen sind.
Für das nach der Erfindung, hier in siedendem Wasser, wärmebehandelte Kaltband zeigt die Kurve 1
der Fig. 3 eine nur sehr geringe Schwankung der Eigenschaften, nämlich eine Schwankung der relativierten
Elastizitätsgrenze, die mit etwa 1 % bis 2% nur in der Größenordnung des bei Kaltband hinzunehmenden
Dickenmeßfehlers liegt. Im Gegensatz zu dieser überaus großen Homogenität der mechanischen Eigenschaften
über die Breite des Kaltbandes nach Anwendung des erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahrens
weisen die Kurven 2 und 3, die sich auf die eingangs erläuterten vorbekannten kontinuierlichen Kaltband-Wärmebehandlungsverfahren
beziehen, deutlich stärkere Schwankungen auf, was auf Vorhandensein erheblicher Heterogenitäten im Walzprodukt über die
Kaltbandbreite hinweist, mit denen die starken Verwerfungserscheinungen beim Abkühlen aus der Rekristallisationstemperatur
erklärbar scheinen.
Wie dargelegt wird die Temperatur des Abschreckmittels beim erfindungsgemäßen Verfahren ungefähr
bei Siedetemperatur gehalten, die je nach der Zusammensetzung des Abschreckbades zwischen etwa
8O0C und 1500C liegt. Aus Fig.4 geht hervor, daß die
Anwendung eines oberhalb etwa 8O0C gehaltenen
Abschreckmittels einen weiteren, völlig überraschenden
Vorteil in Hinblick auf den erforderlichen Aufwand zur Beseitigung der beim Abschrecken auf der Kaltband-Oberfläche
sich ausbildenden Oxidbeschichtung erbringt. Denn ohne daß das voraussehbar war, nimmt
oberhalb dieser Temperatur die für ein Abbeizen der Oxidschicht erforderliche Zeitspanne, die bei tieferen
Temperaturen nahezu konstant ist, rapide ab.
Dem Diagramm nach F i g. 4 lag folgende Versuchsserie
zugrunde:
Kaltgewalzte Bleche wurden, zur Vermeidung jeglicher Oxidation, in reduzierender Atmosphäre auf eine
Temperatur von 8000C erhitzt und 2 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Diese Bleche wurden
danach in Bäder aus destilliertem Wasser eingetaucht, in denen sich jeweils destilliertes Wasser bei unterschiedlichen
Temperaturen befand, wobei die unterschiedlichen Wasserbad-Temperaturen zwischen Umgebungs-Temperatur
und Siede-Temperatur abgestuft waren. Diese mit unterschiedlichen Abschrecktemperaturen abgekühlten
Bleche wurden danach mit stark verdünnter Salzsäure, deren Temperatur 200C betrug, abgebeizt.
Für diese Vergleichsversuche wurde ein außergewöhnlich stark verdünntes wäßriges Beizbad (lg/1) benutzt,
um die Beizgeschwindigkeit herabzusetzen und dadurch die für die Behandlung der einzelnen Proben notwendigen
Zeitspannen besser miteinander vergleichen zu können. In der Praxis wird beim Ausüben des
erfindungsgemäßen Verfahrens eine wesentlich konzentriertere Beizsäui e benutzt, wodurch die in F i g. 4
dargestellten Zeiten spürbar reduziert werden.
Wie sich aus der Darstellung in Fig.4 mit linearer
Abszissenteilung für die Temperatur der unterschiedlichen Abschreckbäder und logarithmischer Ordinatenteilung
für die erforderliche Abbeizzeit ergibt, bleibt die Abbeizzeit bei Abschrecktemperaturen unterhalb 80°C
praktisch konstant, während sie sich bei Überschreiten der Abschrecktemperatur von 800C unerwarteterweise
stark verkleinert. Wohlgemerkt beruht diese Verringerung der erforderlichen Abbeizzeit nicht auf einer
Temperaturerhöhung des Beizmiiteis, es wurden vielmehr
die Vergleichsuntersuchungen stets bei einer Temperatur von 20° C der Beizsäure durchgeführt. Es
konnte festgestellt werden, daß bei Abschreckbad-Temperaturen oberhalb 80°C die Menge der sich bildenden
Oxide sich verringert und daß die Oxide vor allem aus FeO bestehen, das sehr viel einfacher als Fe2O3 "der
Fe3O4 von der Kaltband-Oberfläche entfernbar ist, das
sich bei unterhalb 8O0C liegenden Abschreck-Temperaturen
bildet.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit ungefähr bei Siedetemperatur gehaltenem Abschreckmittel für Kaltbänder
ermöglicht es also, im Anschluß an die Wärmebehandlung die Behandlungsdauer des abgeschreckten
Kaltbandes spürbar zu verringern und damit die Produktivität von Einrichtungen zum Ausüben von
Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Kaltband zu erhöhen.
Die nachfolgend beschriebenen Anwendungsbeispiele zum erfindungsgemäßen Verfahren stellen lediglich
bevorzugte Realisierungsbeispiele nach der Erfindung dar, ohne den Umfang des Schutzes zu beschränken. Die
Beispiele beziehen sich auf gut verformbares, für geringere Kraftaufnahme geeignetes Tiefziehblech
einerseits und andererseits auf gut verformbares, zu großer Kraftaufnahme geeignetes aber nicht tiefziehfähiges,
hochfestes Blech als Endprodukte nach der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung des Kaltbandes.
Beispiel 1
Tiefziehblech
Tiefziehblech
In einem Stahlwerk wurde auf herkömmliche Weise ein Block von 17 Tonnen unberuhigten Stahles
gegossen. Dieser Block wurde in einer Brammenstraße vorgewalzt und dann mit den nachfolgenden Charakteristiken
warmgewalzt:
ίο - Endtemperatur des Warmwalzens: 885°C
- Haspeltemperatur: 6200C
- Enddicke: 2,5 mm.
Dieses Zwischenprodukt wies folgende Zusammen-Setzung
auf:
Mn Si
0,028 0,240 0,004 0,009 0,011
Der aus dem Blech gehaspelte Bund wurde mittels Chlorwasserstoffsäure entzundert und danach bei einer
Verformung von 60% bis auf eine Enddicke von 1 mm kaltgewalzt. Vom kaltgewalzten Blechband wurden
Proben genommen und folgenden Behcndlungszyklen unterzogen:
Zyklus A
Glühen nach herkömmlichen Verfahren als Bund in einem Haubenofen unter Aufrechterhaltung einer
Temperatur von 7000C über 12 Std. Dressieren mit einer Verformung von 1 °/o.
Zyklus B
jo Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nämlich:
a) Aufheizen auf 800°C innerhalb 1 Min.,
b) Aufrechterhalten dieser Temperatur über 1 Min.,
> c) Eintauchen in kochendes Wasser 30 Sek. lang,
> c) Eintauchen in kochendes Wasser 30 Sek. lang,
d) Anlassen bei 400° C 1 Min. lang,
e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur,
f) Dressieren mit einer Verformung von 1 %.
Zyklus C
a) Aufheizen auf 800° C innerhalb 1 Min.
b) Aufrechterhalten dieser Temperatur über 1 Min.,
c) langsames Abkühlen mit 200C pro Sek. bis auf
Umgebungstemperatur,
d) 1 Min. lang Erwärmen in einem Ofen bei 400° C,
e) Endabkühlung bis auf Umgebungstemperatur,
f) Dressieren mit einer Verformung von 1 %.
Die so behandelten Proben wurden für mechanische
Untersuchungen zerschnitten. Ein Teil dieser Proben wurde noch einer künstlichen Alterung unterworfen,
indem sie 1 Std. lang bei 100° C gehalten wurden, ehe die
h5 Versuche an ihnen vorgenommen wurden.
Die gemäß vorstehend aufgeführten Behandlungsfolgen erzielten Eigenschaften sind in der nachfolgenden
Tabelle wiedergegeben:
Eigenschaften Erichsen- tiefe |
11 | Bruchlast | 26 01 443 | Koeffizient der normalen Anisotropie |
12 | Stufe1) | Stufe nach Alterung1) |
|
Behandlung | (mm) | vor Alterung "(U |
(kg/mnr) | Dehnung (Meßlänge 50 mm) |
r | Kaltver- formungs- koeffizient |
(%) | (%) |
11,6 | (kg/mm2) | 30,0 | (%) | 1,15 | η | 2,0 | 9,0 | |
Zyklus A | 11,4 | 20,0 | 32,3 | 45 | 1,43 | 0,220 | 0 | 0,4 |
ZyKlus B | 10,9 | 21,7 | 34,6 | 42,2 | 1,35 | 0,205 | 1,5 | 4,0 |
Zvklus C | 23,4 | 38,0 | 0,195 | |||||
) Stufe in der Zugkurve.
Aus vorstehender Tabelle ist ersichtlich, daß eine \%
erfindungsgemäße Behandlung entsprechend Zyklus B innerhalb sehr kurzer Zeit zu Eigenschaften führt, die
vergleichbar sind mit den Eigenschaften, die nach herkömmlicher Behandlung erzielt sind — die sogar
besser als die herkömmlichen sind, was den Koeffizien- 2» ten der normalen Ansiotropie r und die Eigenschaften
nach Alterung betrifft.
Aus den Resultaten gemäß Zyklus C ist ersichtlich, daß sich bei zu geringer Abkühlgeschwindigkeit nicht
zufriedenstellende Eigenschaften einstellen.
Beispiel 2
Blech mit hoher Elastizitätsgrenze
Blech mit hoher Elastizitätsgrenze
In einem Elektroofen wurden 500 kg Stahl folgender Zusammensetzung gewonnen:
Mn
Si
Al
0,060 1,070 0,265 0,012 0,015 0,035
Dieser Stahl wurde mit folgenden Werten warmgewalzt:
— Temperatur am Ende des Warmwalzens: 9100C,
— Haspeltemperatur 580° C,
— Enddicke: 2,7 rnm.
Der Bund wurde mit Chlorwasserstoffsäure entzundert und danach, mit einer Verformung von 63% bis auf
1 mm Dicke kaltgewalzt.
Von diesem Produkt wurden Proben genommen, die den folgenden Wärmebehandlungen unterzogen wurden:
Zyklus A
a) Aufheizen auf 900°C in 1 Min.
b) 1 Min. lang Halten bei 900°C,
c) 30 Sek. lang Eintauchen in kochendes Wasser, von denen 20 Sek. für das Abkühlen auf 1000C und 10
Sek. für ein Halten bei 100°C dienten, d) Endabkühiung bis auf Umgebungstemperatur.
Zyklus B
a) Aufheizen auf 920°C in 1 Min.,
b) Halten bei 920°C über 1 Min.,
c) 20 Sek. lang Eintauchen in kochendes Wasser, um eine Temperatur von 100° C zu erreichen,
d) 3 Min. lang Anlassen in einem Ofen bei 3500C,
e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.
Zyklus C
a) Aufheizen auf940°C in 90 Sek.,
b) 90 Sek. lang Halten bei einer Temperatur zwischen 940°Cund960°C,
c) bei einer Anfangstemperatur von 96O0C 40 Sek.
lang Eintauchen in kochendes Wasser,
d) 2 Min. lang Anlassen in einem Ofen bei 400° C,
e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.
Zyklus D
a) Aufheizen auf 900°C in 1 Min,
b) 1 Min. lang Halten bei 900°C,
c) Abschrecken in kaltem Wasser mit einer Abkühlgeschwindigkeit in der Größenordnung von 5000C
pro Sek.,
d) 3 Min. lang Anlassen bei 400°C,
e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.
Zyklus E
a) Aufheizen auf 900°C in 1 Min.,
b) 1 Min. Halten bei 9000C,
c) langsames Abkühlen (etwa 200C je Sek.) bis auf
Umgebungstemperatur,
d) 3 Min. lang Anlassen bei 400° C,
e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.
Die auf diese Weise erzielten Produkte wiesen die in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellten Eigenschaften
auf:
Zyklus
A
A
σΟΐ2 (kg/mm2)
Bruchlast (kg/mm2)
Dehnung (Meßlänge 50 mm) (%)
Koeffizient η
Bruchlast (kg/mm2)
Dehnung (Meßlänge 50 mm) (%)
Koeffizient η
Koeffizient der normalen Anisotropie r
Erichsen-Tiefe (mm)
44 | 42 | 40,7 | 46-53 | 37,4 |
50,2 | 48,1 | 47,5 | 59,3-70,8 | 45,6 |
30,0 | 32,2 | 32,9 | 11-18 | 28,4 |
0,197 | 0,198 | 0,197 | - | 0,206 |
1,12 | 1,14 | 1,05 | - | 1,05 |
10,4
10,5
9,5
10,3
Zum Vergleich sind in der nachfolgenden Tabelle die Eigenschaften zusammengestellt, die in der obenbezeichnete
Stahl im warmgewalzten Zustand und nach herkömmlichem Bund-Glühen in einem Haubenofen
12 Std. lang bei 7000C, aufwies:
Nach dem Nach dem
Warmwalzen Kaltwalzen
(2,7 mm und üblichem Dicke) Anla3-Glühen 'ΰ
Warmwalzen Kaltwalzen
(2,7 mm und üblichem Dicke) Anla3-Glühen 'ΰ
σο,2
(kg/mm2) 38,0
Bruchlast (kg/mm2) 49,2
Dehnung (Meßlänge 50mm) 28,2 Fortschritt noch viel auffälliger, da die Elastizitätsgrenze
von 28 auf 42 kg/mm2 ansteigt, während die Dehnbarkeit nur um etwa 4% sinkt.
Beispiel 3 Stahl hoher Bruchlast und guter Dehnbarkeit
In gleicher Weise wie gemäß Beispiel 2 wurden zwei Stähle folgender Zusammensetzung hergestellt:
Stahl | C | Mn | Si | P | S | Al | |
28,6 | |||||||
41,3 | L | 0,075 | 1,74 | 0,63 | 0,018 | 0,022 | 0,048 |
36,1 | 15 G | 0,057 | 1,46 | 0,239 | 0,015 | 0,021 | 0,036 |
Koeffizient 7
0,147
0,202
Wie aus der Gegenüberstellung ersichtlich, führen die drei nach der Erfindung ausgeführten Behandlungs-Zyklen
A, B und C zu homogenen Ergebnissen bei sowohl sehr günstigen Elastizitätsgrenzen als auch sehr
günstigen Dehnungswerten. Im Gegensatz dazu streuen die nach Zyklus D erzielten Eigenschaften sehr stark,
und die erzielbare Dehnung ist unzureichend, während der gemäß Zyklus E behandelte Stahl nicht nur eine
geringere Dehnbarkeit als derjenige gemäß den Zyklen A, B und C, sondern auch geringere Elastizitätsgrenze
aufweist.
Die Behandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren führt also zu einem Kaltwalzprodukt, das
eine sogar gegenüber hochfesten Warmwalzblechen deutlich größere Festigkeit aufweist, dabei aber die
Streckbarkeits- und Tiefzieheigenschaften, die für kaltgewalzten Stahl charakteristisch sind, in herkömmlicher
Qualität beibehält. Im Vergleich zum herkömmlichen Anlaß-Glühen ist der durch die Erfindung erzielte
Aus diesem Stahl wurden nach dem Kaltwalzen Proben genommen, die folgenden beiden Behandlungen
unterzogen wurden:
Zyklus A
a) Aufheizen auf 900°C in 80 Sek.,
b) 40Sek.lanr Halten bei 900°C,
j c) 25 Sek. lang Behandeln in kochendem, destilliertem
Wasser,
d) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.
d) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.
Zyklus B
so a) Aufheizen auf 900°C in 80 Sek.,
b) 40 Sek. lang Halten bei 9000C,
c) 25 Sek. lang Behandeln in kochendem, destilliertem Wasser,
d) 3 Min. lang Anlassen in einem Ofen bei 400°C,
J) e) Endabkühlung auf Umgebungstemperatur.
Die in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellten Resultate wurden erzielt:
Zyklus
(kg/mnr) Bruchlast
(kg/mm2)
Dehnung (Meßlänge Stufe in der 50 mm) Zugkurve
A | 40,4 | 61,5 | 29,9 | 1,7 |
B | 46,8 | 57,8 | 29,5 | 4,0 |
A | 35,5 | 63,9 | 27,6 | 0,0 |
B | 48,2 | 60,2 | 27,2 | 3,0 |
Wie aus vorstehender Tabelle ersichtlich, ist es möglich, sowohl die Analyse des Stahles zu beeinflussen,
um einen deutlicheren Härtungseffekt und ein verringertes Verhältnis »Elastizitätsgrenze/Bruchlast« zu
erzielen und dabei noch die Stufe in der Zugkurve zu verkürzen, als auch, auf die abschließende Wärmebehandlung
einzuwirken, um diese Eigenschaften beizubehalten und sogar die Elastizitätsgrenze anzuheben.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Kaltband, das zunächst auf eine Temperatür
oberhalb der Rekristallisationstemperatur erhitzt und danach in einem wäßrigen Abschreckmittel
abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Abschreckmittels ungefähr
bei Siedetemperatur gehalten wird. ι ο
2. Verfahren nach Anspruch 1, zur Herstellung eines Kaltbandes hoher Elastizitätsgrenze, dadurch
gekennzeichnet, daß das Kaltband bei 800° C bis 100O0C mindestens 30 Sekunden lang gehalten und
anschließend wenigstens 10 Sekunden lang in das siedende Abschreckmittel eingetaucht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siedetemperatur des
Abschreckmittels durch Einstellen des Druckes oberhalb des Abschreckmittels und/oder durch
Zugabe suspendierter und/oder gelöster Substanzen zwischen 80° C und 150° C eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Abschreckmittel
die wäßrige Lösung oder Suspension eines den Wärmeübergangskoeffizienten von dem Kaltband
zum Abschreckmittel bestimmenden Mittels verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abschreckmittel jo
mindestens ein oberflächenaktives Mittel zugegeben wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abschreckmittel
mindestens ein korrosionshemmendes Mittel züge- r> geben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 -6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband nach der
Abschreckung bei 3000C bis 5000C künstlich
gealtert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Alterungszeit mindestens 15
Sekunden beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —8, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Abschreckmittel
Dampf abgezogen und als Kondensat rückgeführt wird.
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