DE1240106B - Verfahren zur Erzeugung von knick- und fliessfigurenfreiem, hartem, kohlenstoffarmemFein- und Feinststahlblech - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C21d

Deutsche Kl.: 18 c-9/46

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

1240106
R4O729VIa/18c
26. Mai 1965
11. Mai 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von knick- und fließfigurenfreiem, hartem, kohlenstoffarmem Fein- und Feinststahlblech, insbesondere Stahlbändern für die Emballagenherstellung, unter Anwendung einer Gliihbehandlung.

Glüht man ein walzhartes, unlegiertes, kohlenstoffarmes dünnes Stahlband, wie es für die Weißblechfertigung verwendet wird, in einem Durchlaufofen, so liegt nach der Gliihbehandlung ein rekristallisiertes, relativ weiches Glühprodukt vor. Dieses Stahlband ist wegen seiner ausgeprägten Neigung zum Knicken und zur Bildung von sogenannten Fließfiguren für fast alle Gebiete der Weiterverarbeitung ungeeignet. Zur Beseitigung der Knickbildung ist bisher eine gesonderte Nachwalzbehandlung erforderlich. Weiterhin erlaubt eine Glühbehandlung in einem herkömmlichen Durchlaufofen bei unlegierten Weißblechqualitäten nur eine begrenzte Steigerung der Härte bzw. Festigkeit des Glühgutes. Sollten höhere Härten bzw. Festigkeiten verlangt werden, kann dies nur über eine Sonderanalyse, etwa in Form von Erhöhung der Stahlelemente Kohlenstoff, Phosphor, Mangan, geschehen bzw. über eine stärkere Nachwalzbehandlung, was jedoch einen ungünstigen Einfluß auf die Textur hat. Ferner ist unberuhigtes Material, welches einer Nachwalzbehandlung unterworfen wurde, nicht alterungsbeständig. Das Nachwalzen löst nämlich die sogenannte Reckalterung aus, wodurch das Material an Sprödigkeit zunimmt und wieder knickanfälliger wird. Unberuhigtes, nachgewalztes Material muß deshalb etwa binnen 2 Monaten verarbeitet werden.

Bei der bisher bekannten Glühbehandlung wurde das Stahlband auf eine Temperatur von 700 bis 750° C erhitzt und dann stufenweise langsam abgekühlt. Wegen der geringen Abkühlgeschwindigkeit ergaben sich besonders große Ofenlängen. Außerdem war auch bei dem bisher bekannten Glühverfahren ein Nachwalzen im Anschluß an den Ofen nicht möglich, so daß das Nachwalzen in einem gesonderten Arbeitsgang erfolgen mußte.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung einer Nachwalzbehandlung ein Verfahren zur Erzeugung von kohlenstoffarmem Fein- und Feinstblech zu schaffen, das knick- und fließfigurenfrei, hart sowie weitgehend alterungsbeständig ist. Dieses Ziel wird gemäß dem Verfahren nach vorliegender Erfindung dadurch erreicht, daß das Blech mit großer Aufheizgeschwindigkeit von mindestens 500° C/sec auf Glühtemperatur von etwa 780 bis 900° C gebracht und dann bei einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 250° C/sec auf Verfahren zur Erzeugung von knick- und
fließfigurenfreiem, hartem, kohlenstoffarmem
Fein- und Feinststahlblech

Anmelder:

Rasselstein Aktiengesellschaft, Neuwied/Rhein

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Hans-Ulrich Weigel, Dierdorf

eine Temperatur von unter 150° C abgeschreckt wird. Die jeweilige Glühtemperatur ist im wesentlichen abhängig von dem Kohlenstoffgehalt des Stahlbandes, wobei die Glühtemperatur um so höher gewählt werden muß, je geringer der Kohlenstoffgehalt ist.

Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Verfahren, bei dem ein Glühgut mit rekristallisiertem, ferritischem Gefüge entsteht, wobei der Kohlenstoff je nach Glühtemperatur als körniger Zementit bzw. als umgewandelter Zementit (Perlit) vorliegt, wird bei dem vorliegenden Verfahren unter Einhaltung der oben angeführten Glühbedingungen ein Mischgefüge erzeugt, das sich aus Ferrit und einem bestimmten Anteil Härtungsgefüge zusammensetzt. Dadurch gelingt es, eine dem Glühgut selbst anhaftende Neigung zum Knicken bzw. zur Fließfigurenbildung völlig zu beseitigen. Hieraus ergibt sich der große Vorteil, daß ein Nachwalzvorgang überflüssig wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des neuen Verfahrens ist die Möglichkeit, mit einem normalen, unlegierten, kohlenstoffarmen Weißblechvormaterial extrem hohe Härte- und Festigkeitswerte nur durch Wahl geeigneter Glühbedingungen zu erzielen. Wichtig hierbei ist, daß in jedem Fall innerhalb des Gefüges ein bestimmter Anteil an Ferrit vorhanden ist, der bei der hohen Härte noch eine relativ gute Verformbarkeit gewährleistet.

Im folgenden sind weitere Vorteile sowie Einzelheiten der Erfindung an Hand einer in der Zeichnung schematisch dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und mehrerer Diagramme näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung,

F i g. 2 Kraftverlängerungsschaubilder ein und desselben bei verschiedenen Glühtemperaturen gemäß vorliegender Erfindung behandelten Materials, wo-

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bei F i g. 2 a Schaubilder dieses Materials sofort nach naten dargestellt. Auf der Ordinate der Schaubilder

der Glühbehandlung und Fig. 2b Schaubilder dieses ist wie üblich die ZugkraftP in kp/mm² und auf der

Materials nach einer natürlichen Alterung von Abszisse die jeweils zugehörige Dehnung aufgetra-

2 Monaten zeigt, gen. Am Fuß jedes Kurvenzuges ist vermerkt, bei

F i g. 3 ein Diagramm, in dem die Härte in Abhän- 5 welcher Glühtemperatur die untersuchte Probe be-

gigkeit von der Glühtemperatur dargestellt ist, handelt wurde. Als Versuchsmaterial wurde unbe-

Fig. 4 ein Diagramm, in dem Streckgrenze und ruhigter Siemens-Martin-Stahl verwendet mit folgen-

Festigkeit in Abhängigkeit von der Glühtemperatur der Zusammensetzung:
dargestellt sind.

Bei dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung io C 0,06% S 0,024%

wird das Blech mit großer Aufheizgeschwindigkeit J^_n 0 36% Cu 010°/

von mindestens 1000° C/sec auf Glühtemperatur von ' '

etwa 800 bis 900° C gebracht und dann bei einer P 0,013% N₂ 0,004%

mittleren Abkühlgeschwindigkeit von mindestens

250° C/sec auf eine Temperatur von unter 150° C 15 Die untersuchten Proben wurden gemäß dem Verabgeschreckt, fahren nach vorliegender Erfindung behandelt, wobei

Mit der hohen Aufheizgeschwindigkeit soll in lediglich die Glühtemperatur variiert wurde. Wie man

erster Linie ein schlagartiger Ablauf der Primärre- aus dem Diagramm Fig. 2a entnehmen kann, zeigte

kristallisation bezweckt werden, um damit ein äußerst das sofort nach der Glühbehandlung untersuchte Ma-

gleichmäßiges Gefüge mit den damit verbundenen 20 terial bis zu einer Glühtemperatur von 750° C eine

günstigen Verformungseigenschaften zu erzielen. ausgeprägte Streckgrenzendehnung, und auch noch

Um darüber hinaus während der Aufheizperiode bei einer Glühtemperatur von 775° C zeichnete sich die Gleichgewichtszusammensetzung des Ferrits von die Streckgrenzendehnung durch den Knick des Kurniedrigen Temperaturen bei hohen Temperaturen venzuges etwas ab. Bei Glühtemperaturen von 800° C weitgehend beizubehalten, muß eine extrem hohe 25 und mehr stellt man fest, daß der Kurvenzug keine Aufheizgeschwindigkeit gewählt werden. Besonders ausgeprägte Streckgrenzendehnung mehr aufweist günstige Ergebnisse werden erzielt, wenn die Auf- und außerdem die Bruchdehnung mit zunehmender heizgeschwindigkeit etwa 1500 bis 2000° C/sec be- Glühtemperatur geringer wird. Es läßt sich also hierträgt. Damit wird eine weitgehende Unterdrückung aus schließen, daß Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt der Kohlenstofflösung im alpha- und gamma-Eisen 30 von 0,06% bei Glühtemperaturen zwischen 800 und (G-P-ß-Linien im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm) bei 900° C knick- und fließfigurenfrei ist.
erhöhten Temperaturen bezweckt, die wiederum zur Untersucht man jedoch denselben Stahl nach etwa Vermeidung einer der Glühbehandlung nachfolgen- 2 Monaten, so muß man feststellen, daß verschieden Abschreckalterung, welche eine Versprödung des dene Proben Alterungserscheinungen aufweisen. Es Materials hervorruft, notwendig ist. 35 zeigt sich, daß auch noch die bei 800° C und 825° C

Bei Einhaltung der oben angeführten Aufheizge- geglühten Proben einen Knick im Kurvenverlauf aufschwindigkeit muß zur Erzeugung eines Mischgefü- weisen und damit zur Knick- und Fließfigurenbilges, das keine Knickbildung mehr zuläßt, weiterhin dung neigen. Diejenigen Proben, die jedoch bei einer eine Mindestglühtemperatur von 780° C eingehalten Temperatur von 850 bis 900° C behandelt worden werden. Hierbei hat der Kohlenstoffgehalt einen 40 sind, zeigen einen stetigen Kurvenverlauf, so daß sie wesentlichen Einfluß auf die Wahl der Glühtempera- knick- und fließfigurenfrei sind. Aus den Diagramtur. Bei Kohlenstoffgehalten von weniger als 0,07% men Fig. 2b läßt sich schließen, daß Material, welsoll die Glühtemperatur etwa 850 bis 900° C betra- ches knick- und fließfigurenfrei und außerdem auch gen. Bei Kohlenstoff gehalten von mehr als 0,07% alterungsbeständig sein soll, vorteilhaft bei höheren bis zu einem Kohlenstoffgehalt von 0,1% kann die 45 Temperaturen im Bereich zwischen 850 und 900⁰C Glühtemperatur bis an die untere Grenze von 780° C behandelt wird, sofern es einen Kohlenstoffgehalt abgesenkt werden. Kohlenstoffgehalte von mehr als von 0,07% oder weniger aufweist.
0,1% sind jedoch nicht empfehlenswert, da dann Erfindungsgemäß soll das bei einer Temperatur wegen des vermehrten Anteils an Härtegefüge die von 780 bis 900⁰C geglühte Material mit einer Verformbarkeit erheblich abnimmt. 50 mittleren Abkühlgeschwindigkeit von mindestens

Aus einem bei Zugversuchen ermittelten Kraftver- 250° C/sec abgeschreckt werden. Durch diese rasche

längerungsschaubild lassen sich wertvolle Rück- Abkühlung soll erreicht werden, daß einerseits ein

Schlüsse auf die Neigung zur Knick- bzw. Fließfigu- Wiederauflösen des Kohlenstoffes innerhalb des

renbildung ziehen. Hat der untersuchte Stahl eine alpha-Eisens im maximalen Lösungsgebiet der

ausgeprägte Streckgrenzendehnung, so ist mit Knick 55 Aj-Temperatur unterbleibt, und zum anderen, durch

bzw. Fließfigurenbildung zu rechnen. Fehlt hingegen eine ausreichende Abschreckwirkung die Bildung

eine ausgeprägte Streckgrenzendehnung und ist die eines Härtegefüges zu gewährleisten. Eine wichtige

Bruckdehnung möglichst gering, so kann man hier- Bedingung hierbei ist, daß auf eine Temperatur ab-

aus schließen, daß das diese Eigenschaften aufwei- gekühlt wird, die keine Anlaßwirkung mehr zuläßt,

sende Material nicht zur Knick- und Fließfigurenbil- 60 Dies ist mindestens eine Temperatur von 150° C,

dung neigt. besser ist es jedoch, wenn auf eine Temperatur von

In F i g. 2 sind einige Kraftverlängerungsschaubil- 100° C oder weniger abgekühlt wird,

der dargestellt, die das Verhalten der untersuchten In F i g. 1 der Zeichnung ist eine Vorrichtung oder

Stahlblechproben nach der Behandlung bei verschie- eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemä-

denen Glühtemperaturen zeigen. In Fig. 2a ist hier- 65 ßen Verfahrens schematisch dargestellt. Mit 1 ist die

bei das Verfahren der Proben sofort nach der Glüh- Ablaufhaspel bezeichnet, von der das nach dem er-

behandlung und in Fig. 2b das Verhalten der Pro- findungsgemäßen Verfahren zu behandelnde Band

ben nach einer natürlichen Alterung von etwa 2 Mo- abgerollt wird. Durch die Ofenschleusen 2 tritt das

Claims (8)

Band in den Durchlaufofen 3 ein und aus diesem wieder aus. Innerhalb des Ofens befindet sich eine Erhitzungsvorrichtung, die das Band rasch in der gewünschten Weise erwärmt. Hierfür verwendet man vorzugsweise einen mit Vakuum arbeitenden Elektronenstahlofen oder auch eine Strahlungserhitzung. Mit 3 b sind Kühlrollen bezeichnet, welche nach der Glühung die Abkühlung mit der gewünschten Geschwindigkeit bewirken. Zur Abkühlung kann auch in der üblichen Weise ein Abschreckbad vorgesehen sein, welches Wasser oder Öl oder eine sonstige geeignete Flüssigkeit zur Ableitung der Wärme enthält. Nachdem das abgeschreckte Band durch die zweite Ofenschleuse 2 ausgetreten ist, kann es entweder direkt auf der Aufwickelhaspel 5 aufgewickelt werden oder aber auch unter Zwischenschaltung einer Reckvorrichtung 4. Eine solche Reckvorrichtung kann manchmal erforderlich sein, wenn sich die Bänder infolge des Glühvorganges etwas verworfen haben. Mit der Reckvorrichtung soll jedoch lediglich ein Richten des Materials und keineswegs eine wesentliche Verformung zur Erhöhung seiner Festigkeit hervorgerufen werden. Um das Band ohne Reckvorrichtung plan zu halten, wäre es gegebenenfalls auch denkbar, das Band während des Abkühl-Vorganges unter Zugspannung zu halten. Es wurde bereits oben erwähnt, daß das erfindungsgemäße Verfahren die Möglichkeit bietet, mit einem normalen unlegierten, kohlenstoff armen Weißblechvormaterial extrem hohe Härte- und Festigkeitswerte zu erzielen. Dies ist in den in Fig. 3 und 4 dargestellten Diagrammen gezeigt. Es wurde ein unberuhigter Siemens-Martin-Stahl untersucht, der folgende Analyse aufwies: C O,O9°/o Mn O,4O°/o P 0,012% S 0,021 % 35 Cu 0,10% Ns 0,004% In F i g. 3 ist auf der Abszisse die jeweilige Glühtemperatur und auf der Ordinate die Härte in Rockwell bei einer Prüfkraft von 30 Kilopond angegeben. Wie man sieht, kann man durch Steigerung der Glühtemperatur die Härte wesentlich steigern. In Fig. 4 sind Streckgrenze und Festigkeit auf der Ordinate in Abhängigkeit von der auf der Abszisse aufgetragenen Glühtemperatur aufgetragen. 40 45 Die ausgezogene Linie zeigt die Festigkeit, die gestrichelte Linie die Streckgrenze an, wobei die mit Längsproben erzielten Versuchsergebnisse mit einem Punkt, die mit Querproben erzielten Versuchsergebnisse mit einem Kreis markiert sind. Auch hier kann man feststellen, daß sowohl Streckgrenze als auch Festigkeit mit zunehmender Glühtemperatur erheblich gesteigert werden können. Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von knick- und fließfigurenfreiem, hartem, kohlenstoffarmem Fein- und Feinststahlblech, insbesondere Stahlbändern für die Emballagenherstellung, unter Anwendung einer Glühbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech mit großer Aufheizgeschwindigkeit von mindestens 500°C/sec auf Glühtemperatur von etwa 780 bis 900° C gebracht und dann bei mit einer mittleren Abkühlgeschwindigkeit von mindestens 250°C/sec auf eine Temperatur von unter 150° C abgeschreckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizgeschwindigkeit etwa 1800 bis 2000°C/sec beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühtemperatur bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,07% und weniger etwa 850 bis 900° C beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühtemperatur bei einem Kohlenstoffgehalt bis zu 0,1 % mindestens 780⁰C beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rasche Aufheizung durch Elektronenstrahlen unter Anwendung eines Vakuums in einem Elektronenstrahlofen erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rasche Aufheizung durcli Strahlungserhitzung erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech unmittelbar im Anschluß an das Abschrecken einer Rieht- und Reckbehandlung unterworfen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech während des Abschreckens unter Zugspannung gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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