DE2717780A1 - Verfahren zur herstellung von walzdraht - Google Patents

Verfahren zur herstellung von walzdraht

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Description

Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.
Stähle mit höheren Mangan- und Siliziumgehalten lassen sich auf modernen schnellaufenden Drahtstraßen schwer erzeugen. Das gilt vor allem dann, wenn diese Drahtstraßen mit einer modernen Drahtadjustage zur beschleunigten Abkühlung des Walzdrahtes nach der Walzung ausgerüstet sind. Eine solche Drahtadjustage ist z.B. eine Anlage, auf der der Walzdraht in Windungen ausgefächert nach der Walzung gleichmäßig abkühlt. Ursache der Schwierigkeit ist das Auftreten von spröden Gefügebestandteilen, bestehend aus Martensit oder Zwischenstufe, die die Ziehfähigkeit des Walzdrahtes schwerwiegend beeinträchtigen. Unter Stählen mit erhöhtem Mangan- und Siliziumgehalt sollen Stähle verstanden werden, bei denen die Summe der Gehalte an Mangan + Silizium mehr als 2% beträgt. Das Auftreten der spröden Gefügebestandteile wird außerdem durch Legierungsbestandteile wie Chrom und Molybdän gefördert. Bei Stählen die Chrom und Molybdän enthalten, muß die oben gegebene Definition dahingehend erweitert werden, daß die Summe von Mangan + Silizium + Chrom + Molybdän mehr als 2% beträgt. Ein besonders wichtiger Vertreter dieser Stähle sind die sogenannten COg-Schweißdrähte, die zum Schweißen unter COg-Schutzgas verwandt werden. Ihre Analyse liegt üblicherweise im Bereich von 0,80 bis \% Silizium und 1,30 bis 1,80 % Mangan sowie 0,07 bis 0,14 % Kohlenstoff. Die Zusammensetzung weiterer Stähle, bei denen das Auftreten spröder Gefügebestandteile Schwierigkeiten bereitet, ist den Ansprüchen 7 bis 10 zu entnehmen. Es ist
bekannt, daß bei diesen Stählen das Auftreten der spröden Gefügebestandteile vermieden wird, wenn der Draht nach der Walzung sehr langsam abkühlt. COg-Schweißdraht wird infolgedessen bevorzugt auf Walzwerken erzeugt, bei denen nach der Walzung bei Temperaturen um 8000C auf sogenannten Edenbornhaspeln ein Drahtbund von 0,3 bis 1 t Gewicht gehaspelt wird. Die Abkühlung von dieser Temperatur erfolgt in den erwähnten Bunden außerordentlich langsam mit dem Ergebnis, daß die Bildung der spröden Gefügebestandteile vermielen wird. Die Abkühlung im Bund hat jedoch zur Folge, daß die außen liegenden Drahtpartien schneller abkühlen als die innen liegenden. Die Qualität eines solchen im Bund abgekühlten Drahtes ist deshalb - verglichen mit dem Produkt moderner Drahtadjustagen - sehr ungleichmäßig. Dieser Draht hat infolgedessen keine günstigen Zieheigenschaften.
Ein sehr gut ziehfähiges Produkt wird erzeugt, wenn der Draht nochmals einer Gl Uhbehandlung mit sehr langsamer Abkühlung unterzogen wird. Diese Glühbehandlung erfordert jedoch erhebliche Kosten.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das Problem der Erzeugung von gut ziehfähigem Walzdraht mit hohen Silizium- und Mangangehalten nach obiger Definition, insbesondere von CO^-Schweißdraht bzw. von Draht mit Legierungsbestandteilen, die das Auftreten spröder GefUgebestandteile begünstigen, auf Walzstraßen mit modernen Drahtadjustagen zu lösen. Unter modernen Drahtadjustagen werden solche verstanden, die den Draht nach der Walzung im ausgefächerten Zustand in liegenden oder stehenden
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Windungen abkühlen und nach der Abkühlung auf etwa 3000C bis 6000C zum Bund sammeln (vergl. DT-OS 1 608 387 und DT-AS 1 752 519).
Das erfindungsgemäße Verfahren, das zu dem angestrebten Ergebnis führt, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Walzen in den letzten Gerüsten der sogenannten Fertigstaffel der Drahtstraße bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur mit einer Endwalztemperatur von 8700C bis 9700C erfolgt und daß der Draht anschließend im ausgefächerten Zustand mit einer mittleren Abkühl geschwindigkeit von weniger als 8°C/s bis auf eine Temperatur von etwa 3000C bis 6000C abgekühlt wird, bei der die Sammlung der ausgefächerten Drahtwindungen zum Bund erfolgt.
Als besonders vorteilhaft und die Ziehfähigkeit des Walzdrahtes weiter verbessernd hat sich erwiesen, wenn im Anschluß an die Walzung in der Fertigstaffel der Drahtstraße im Temperaturbereich von 8700C bis 9700C sehr schnell, d.h. in weniger als 0,7 Sekunden mit Wasser auf eine Temperatur von 7000C bis 8500C, vorzugsweise von 7400C bis 8000C, abgekühlt wird und anschließend an diese Abkühlung die weitere Abkühlung des Drahtes im ausgefächerten Zustand mit im Mittel weniger als 8°C/s auf etwa 4000C bis 6000C erfolgt.
Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Walzdraht wird bekanntlich bei Temperaturen gewalzt, die weit oberhalb des sogenannten AC 3-Punktes liegen und bei denen das
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Eisen infolgedessen als Austenit vorliegt. Die Bildung der spröden Gefügebestandteile, Martensit oder Zwischenstufe, erfolgt dann, wenn der Austenit auf die Bildungstemperatur des Martensits oder der Zwischenstufe abgekühlt wird, ohne daß vorher ein Zerfall des Austenit in das zum Ziehen erwünschten Perlit^gefüge, das aus den Bestandteilen Ferrit und Zementit besteht, erfolgt ist.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Walzdraht, der aus im Stoßofen auf 11000C bis 13000C erhitzten Knüppeln in einer modernen schnellaufenden Walzstraße mit Walzgeschwindigkeiten von über 40 m/s und Temperaturen in der Fertigstaffel von über 10000C gewalzt wurde, vor allem bei hohen Mangan- und Siliziumgehalten einen verzögerten Zerfall des Austenits in Ferrit und Zementit aufweist. Diese verzögerte Umwandlung hat zur Folge, daß bei den auf modernen Drahtadjustagen üblichen Abkühlgeschwindigkeiten des ausgefächerten Drahtes von etwa 3 bis 10°C/s der Zerfall des Austenits so weit verzögert wird, daß es stellenweise zur Bildung von Martensit oder Zwischenstufe kommt. Ursache dieses Effektes ist offenbar, daß beim Erhitzen des Stahles im Stoßofen feine Ausscheidungen wie z.B. Aluminium-Nitride, die als Fremdkörper einen Zerfall des Austenits in heterogener Keimbildung ermöglichen, aufgelöst werden. Je schneller die Walzung erfolgt, desto höher ist automatisch die Walztemperatur, weil mit steigender Walzgeschwindigkeit dem Draht immer weniger Gelegenheit zur Abkühlung während der Walzung gegeben wird. Das hat zur Folge, daß Gitterstörungen, die durch die Zerstörung des Gefüges bei
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der Walzung gebildet werden, sofort ausheilen und nicht mehr als Störstellen zu einem schnei IenZerfal1 des Austenits in heterogener Keimbildung führen können. Die Folge ist eine Neigung des so gewalzten Materials bei entsprechender Analyse zur Bildung von spröden Gefügebestandteilen bei der Abkühlung, üblicherweise begegnet man diesem Effekt dadurch, daß die Abkühlung nach der Walzung extrem langsam vorgenommen wird, so daß der Austenit trotz weitgehend fehlender Möglichkeiten zum Zerfall aufgrund heterogener Keimbildung in gewünschter Weise in Ferrit und Zementit zerfällt. Im Gegensatz zu dieser üblichen Arbeitsweise geht die Erfindung den Weg, die Walzung selbst bei einer so niedrigen Temperatur vorzunehmen, daß die beijder Walzung erzeugten Gitterfehlstellen nicht sofort vollständig ausheilen, sondern in einer ausreichenden Konzentration verbleiben, um die Umwandlung des Austenits als Störstellen für Heterogenkeimbildung zu beschleunigen. Verstärkt wird dieser Effekt dann, wenn unmittelbar nach der Walzung sehr schnell auf eine Temperatur von 7000C bis 8500C, vorzugsweise von 7400C bis 8000C, abgekühlt wird. Durch ein Einfrieren der Ausheilung der bei der Walzung erzeugten Gitterstörungen wird dann die Konzentration der Gitterstörungen für den anschließenden Zerfall des Austenits erheblich erhöht mit der Folge, daß die Austenitumwandlung zu Ferrit und Zementit beschleunigt wird und die Bildung des Härtegefüges weiter zurückgedrängt wird. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Kühldüsen zur Wasserkühlung des Walzdrahtes nach der Walzung sehr kurz hinter dem letzten Walzgerüst angebracht sind, so daß die weitere Abkühlung bereits nach weniger als 0,08 s nach der Walzung beginnt.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Senkung der Walztemperatur dadurch zu erreichen, daß der Draht vor Eintritt in den Fertigblock ein oder mehrere Wasserkühlrohre durchläuft, die zweckmäßig im Gegenstrom arbeiten. Außerdem ist es zweckmäßig, zwischen den einzelnen Gerüsten des Fertigblocks Wasserkühldüsen anzuordnen, die ebenfalls im Gegenstrom arbeiten. Beide Kühlmaßnahmen bewirken einzeln oder gemeinsam auch bei Walzgeschwindigkeiten von über 40 m/s eine Herabsetzung der Walztemperatur des Drahtes auf Austrittstemperaturen aus dem letzten Gerüst von 8700C bis 9700C. Im Anschluß an die Walzung ist eine Abkühlung in an sich bekannter Weise mit Wasser in hintereinander angeordneten Gleichstromkühlrohren auf 7000C bis 8500C, vorzugsweise 7400C bis 8000C, zweckmäßig.
Der so erzeugte Draht zeichnet sich durch eine besondere Feinkörnigkeit des Gefüges aus. Die Korngröße liegt in Oberflächennähe bei 8 und höher nach ASTM und kann zur Mitte auf 6 ansteigen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch ein Ausführungsbeispiel anhand einer Fig. näher erläutert. Die Fig. stellt schematisch eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar.
Auf der in der Fig. dargestellten zweiadrigen Drahtstraße wurden in einem Stoßofen 1 aufgeheizte Knüppel der Zusammensetzung 0,08% Kohlenstoff, 0,90 % Silizium, 1,50% Mangan, 0,05% Chrom, 0,1% Cu, 0,005 % Al zu COg-Schweißdraht von 5,5 mm Durchmesser ausgewalzt. Die zweiadrige Drahtstraße hatte fünfundzwanzig
Walzgerüste G 1 bis G 25, von denen neun die sogenannte Vorstraße
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bilden, acht die Zwischenstraße 3 und acht zum Fertigblock 11 zusammengefaßt sind. Die mittlere Temperatur des Walzgutes nach Aufheizung im Stoßofen 1 betrug 11500C (Meßstelle A) und nach der Vorstraße 2 (Meßstelle B) 9500C. Sie wurde nach Verlassen der Zwischenstraße 3 durch die Wasserkühl strecken 4 und 5 auf 9000C gesenkt (Meßstelle C). Der Draht trat mit dieser Temperatur in die Fertigstaffel ein. In der Fertigstaffel waren zwischen den Gerüsten G 19 und G 20, G 21 und G 22 sowie G 23 und G 24 Gegenstromwasserkühldüsen 7 bis 9 angeordnet, die mit Kühlwasser aus einem Kühlturm 6 gespeist wurden. Die Austrittstemperatur des Drahtes aus dem letzten Gerüst G 25 des Fertigblockes 11 betrug 9100C (Meßstelle D). Unmittelbar hinter dem letzten Gerüst G 25 kann eine weitere Gegenstromwasserkühldüse 10 vorgesehen sein. Die Walzgeschwindigkeit hinter dem letzten Gerüst betrug 50 m/s. Der Draht wurde hinter dem letzten Walzgerüst in vier Kühl rohren 13 bis 16 einer Wasserkühl strecke 12 auf eine Temperatur (mittlere Temperatur über den Querschnitt) von 7700C gekühlt (Meßstelle E). Nach dieser Kühlung wurde der Draht mit einem Windungsleger 17 in Windungen auf einen Förderer 18 abgelegt. Der Abstand der Windungen betrug 2 cm, dadurch wurde eine Abkühlgeschwindigkeit von im Mittel 3°C/s eingestellt. Der Draht wurde auf diesem Förderer auf etwa 4000C (Meßstelle F) abgekühlt und mit dieser Temperatur im Bundbildner 19 zum Bund gesammelt. Die Abkühlung im Bund erfolgte wesentlich langsamer. Eine Gefügeauswertung dieses Drahtes zeigte ein ferritischperlitisches Gefüge mit geringfügigen spröden Gefügebestandteilen. Der Draht wurde auf einer Ziehmaschine mit 11 Ziehstufen störungsfrei auf einen Durchmesser von 1,0 mm gezogen. Beim
Hin- und Herbiegeversuch gemäß DIN 51211 konnte dieser Draht zwölfmal bis zum Bruch gebogen werden. Alternativ dazu wurde eine Menge von 5 t desselben Materials bei gleicher Temperaturführung gewalzt, jedoch nach der Walzung nicht weiter mit Wasser gekühlt, sondern ohne weitere Kühlung mit der Walztemperatur von 9100C auf den Förderer in Windungen abgelegt. Dieses Material hatte etwas mehr spröde Gefügebestandteile. Das Material wurde ebenfalls auf einer Ziehmaschine mit 11 Ziehstufen auf einen Durchmesser von 1 mm gezogen. Beim Ziehen dieses Materials ergab sich eine Anzahl von Drahtbrüchen. Die plastische Verformungsfähigkeit dieses Materials war geringer. Beim Biegeversuch gemäß DIN 51211 konnte dieses Material neunmal bis zum Bruch gebogen werden.
Die Messung der vorgeschriebenen Temperaturwerte kann mittels Thermochromstiften erfolgen. Aus der erfaßten Oberflächentemperatur kann, falls zwischen dem Kern und der Oberfläche ein wesentlicher Unterschied besteht, die mittlere Temperatur errechnet werden. Die geringe Abkühlgeschwindigkeit im ausgefächerten Zustand der Drahtwindungen kann dadurch erzielt werden, daß unter der Förderstrecke des Drahtes eine Abdeckung mittels Platten vorgesehen wird. Durch den Abstand der Windungen können die Abkühlbedingungen gesteuert werden. Unter Draht im ausgefächerten Zustand soll ein Draht mit liegenden gegeneinander versetzten oder auch mit stehenden auseinandergezogenen Windungen verstanden werden. Diese Arten ausgefächerter Windungen sind beispielsweise in der DT-OS 1 608 387 und in der DT-AS 1 752 519 dargestellt.

Claims (12)

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER · HIRSCH PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN /'] j '/ 7 8 Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radedteslraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsul! 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Hamburger Stahlwerke GmbH Dradenaustraße 33, 77/0105 Hamburg 95 Verfahren zur Herstellung von Walzdraht Patentansprüche:
1. «Verfahren zur Herstellung von Walzdraht mit einem Gehalt - '
von Silizium + Mangan > 2%, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Endwalztemperatur 8700C bis 97O0C beträgt und der Draht im ausgefächerten Zustand abkühlt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Abkühl geschwindigkeit im ausgefächerten Zustand des Drahtes weniger als 8°C/s beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht im ausgefächerten Zustand bis auf 3000C bis 6000C abgekühlt wird und die weitere Abkühlung nach
München: Kramer ■ Dr. Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blumbach ■ Dr. Bergen ■ Zwirner
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Sammlung der ausgefächerten Drahtwindungen zum Bund erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, daß der Draht im Anschluß an die Walzung mit Wasser sehr schnell auf eine Temperatur von 7000C bis 8500C gekühlt wird und anschließend im ausgefächerten Zustand weiter abkühlt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht im Anschluß an die Walzung mit Wasser auf eine Temperatur von 7400C bis 8000C abgekühlt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung des Drahtes im Anschluß an die Walzung mit Wasser innerhalb eines Zeitraumes von weniger als 1 Sekunde auf 7000C bis 8500C erfolgt.
7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 bei einem Stahl mit
O ,05 - 0,20 % Kohlenstoff O .50 - 1,50 % Silizium O ,80 - 3,00 % Mangan O - 1,2 % Chrom O - 0,30 % Titan O - 0,30 % Zirkon O - 0,60 % Molybdän O - 0,40 % Vanadium O - 0,50 % Kupfer O - 1,50 % Nickel
eo98U/om
" 3 " H 17780
ο - 0,10 % Aluminium
0 - 0,020 % Stickstoff
0 - 0,40 % Schwefel
0 - 0,40 % Phosphor
Rest Eisen + übliche Verunreinigung, wobei die Summe der Gehalte an Silizium, Mangan, Chrom und Molybdän mehr als 2% beträgt.
8. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis bei einem Stahl mit
0,05 - 0,20 5 0,50 -1,50 5 0,80 - 3,00 5 0 - 0,25 ί 0 - 0,01 ί 0 - 0,05 5 0 - 0,05 5 0 - 0,35 ί 0 - 0,25 5 0 - 0,02 5 0 - 0,015 ί 0 - 0,040 5 0 - 0,040 5 6 Kohlenstoff ί Silizium ί Mangan S Chrom I Titan ί Molybdän t> Vanadium I Kupfer ί Nickel ί Aluminium ί Stickstoff ί Schwefel ί Phosphor
Rest Eisen + übliche Verunreinigung, wobei die Summe der Gehalte an Silizium, Mangan, Chrom und Molybdän mehr als 2« beträgt.
9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis bei einem Stahl mit
0 ,05 - 0,20 % Kohlenstoff 0 ,70 - 1,20 % Silizium 0 ,80 - 2,00 % Mangan 0 - 0,15 % Chrom 0 - 0,01 % Titan
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O - 0,05 ! O - 0,05 : O - 0,35 : O - 0.25 5 O - 0,02 J O - 0,015 5 O - 0,040 5 O - 0,040 5 I Molybdän % Vanadium I Kupfer I Nickel I Aluminium % Stickstoff i Schwefel I Phosphor
Rest Eisen + übliche Verunreinigung, wobei die Summe der Gehalte an Silizium, Mangan, Chrom und Molybdän mehr als 2% beträgt.
10. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis bei einem Stahl mit
0,06 - 0,14 ' 0,70 - 1,00 : 1,30 - 1,60 : 0 - 0,15 : 0 - 0,01 ! 0 - 0,05 : 0 - 0,05 ! 0 - 0,20 : 0 - 0,15 ! 0 - 0,02 5 0 - 0,015 5 0 - 0,040 3 0 - 0,040 5 % Kohlenstoff % Silizium % Mangan % Chrom % Titan i Molybdän £ Vanadium i Kupfer t Nickel I Aluminium E Stickstoff I Schwefel i Phosphor
Rest Eisen + Übliche Verunreinigung, wobei die Summe der Gehalte an Silizium, Mangan, Chrom und Molybdän mehr als 2% beträgt.
8098U/0124
. 5. r/17780
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Gerüsten des Fertigblockes (11) Wasserkühldüsen (7 bis 9) zur Kühlung des Drahtes im Gegenstrom vorgesehen sind.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Fertigblock (11) Wasserkühlrohre (4,5) zum Kühlen des Drahtes vorgesehen sind.
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