DE2802445B2

DE2802445B2 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Stahlbandes aus Stahlpulver

Info

Publication number: DE2802445B2
Application number: DE2802445A
Authority: DE
Inventors: Brian Michael Sheffield Armstrong; Kenneth John Bradway Sheffield King
Original assignee: BRITISH STEEL CORP LONDON
Current assignee: BRITISH STEEL CORP LONDON
Priority date: 1977-11-15
Filing date: 1978-01-20
Publication date: 1980-05-22
Also published as: LU80515A1; DE2802445A1; FR2408419B1; JPS5493614A; IT7869605A0; DE2802445C3; US4207120A; FR2408419A1; CA1099133A; SE7811740L; IT1109593B; BE872017A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Stahlbandes aus «» einem durch Wasserzerstäubung hergestellten ungeglühten Stahlpulver durch Verdichtung des Pulvers zwischen Verdichtungswalzen und Sinterung des Rohbandes in einer karbonisierenden Atmosphäre.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 24 31 797 J^r> bekannt. Bei diesem Verfahren werden Stahlwerkstükke, beispielsweise Schneidwerkzeuge, Zahnräder und dgl. mit hohem Kohlenstoffgehalt durch Sintern hergestellt Bei diesen Endprodukten kommt es auf einen sehr hohen Kohlenstoffgehalt an, damit die *o erforderliche Härte erreicht wird. Dabei ist selbst ein relativ hoher Sauerstoffgehalt für die erwünschten Härteeigenschaften des Endproduktes nicht schädlich.

Will man demgegenüber einen weichen ferritischen rostfreien Stahl in Bandblechform erhalten, der leicht ^4Γ> weiterverarbeitet werden kann und einen prozentual genauen Anteil an Kohlenstoff und Sauerstoff besitzt, ist dieses Verfahren nicht anwendbar weil es keine ausreichende Reproduzierbarkeit ermöglicht.

Durch Wasserzerstäubung hergestelltes rostfreies so Stahlpulver hat gewöhnlich einen relativ hohen Sauerstoffgehalt und es ist schwierig, eine Reduktion bei der anschließenden Behandlung des Pulvers durchzuführen, und der hohe Sauerstoffgehalt in dem Rohband verhindert die Erzeugung eines weichen rostfreien « Stahlbandes, das leicht weiterverarbeitet werden kann.

Es ist bekannt, daß die chemische Reaktion, die während des Sintervorganges zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff in einem porösen Rohband stattfindet, eine Reduktion des Sauerstoffs in dem gesinterten ^w> Erzeugnis ergibt. In der DE-OS 24 31 797 ist erläutert, daß eine freiwillige Erhöhung des Kohlenstoffgehalts der Metallschmelze, aus dem das Pulver hergestellt wird, zu einem harten Pulver führt, das schlechte Verdichtungseigenschaften besitzt, die hohe Walzen- ·>^Γ) kompressionskräfte bei der Sinterung erfordern. Aus diesem Grunde verbot es sich bei dem bekannten Verfahren, so viel überschüssigen Kohlenstoff zuzusetzen, wie dies zur Reduktion für die Herstellung eines leicht weiterverarbeitbaren Bandes erforderlich gewesen wäre. Die Nachteile des harten Ausgangspulvers können zwar durch Glühen des Pulvers vor der Verdichtung vermieden werden, jedoch erfordert dies zusätzliche Kosten, für deren Anwendung nach dem bekannten Verfahren kein Bedürfnis besteht, weil dort eine solche Reduktion nicht notwendig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein aus rostfreiem Stahl bestehendes Metallband herzustellen, bei dem als Ausgangspulver ein solches mit relativ niedrigem Kohlenstoffgehalt Anwendung fnden kann, damit eine gute Verformbarkeit zum verdichteten Rohband durch Bandwalzen erfolgen kann und der so hergestellte selbsttragende Bandkörper eine gleichmäßige und gute Porosität aufweist, die eine ideale Basis für die Aufkohlung bildet.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Die Aufkohlung bewirkt demgemäß nicht nur eine Oberflächenreduktion, sondern infolge der Porosität wird das Eindringen des Gases und die Reduktion auch im Inneren des noch relativ dicken Bandes gewährleistet. Auf diese Weise kann der Kohlenstoffgehalt gleichmäßig auf den gewünschten Gehalt angehoben werden und infolge der ebenfalls gleichförmig verlaufenden Reduktion wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Sinterkörper mit einem niedrigeren Sauerstoffgehalt geschaffen, ohne daß eine kostspielige Vakuumbehandlung oder eine langwierige und kostspielige Behandlung in einer Gasatmosphäre mit niedrigem Taupunkt erforderlich wäre, und es wird außerdem der angestrebte niedrige Restkohlenstoffgehalt erreicht.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere geeignet für die Bandherstellung, weil der Kohlenstoff in genau bestimmten Mengen gleichförmig in kurzer Zeit während des ersten Teils des Sintervorganges zugeführt werden kann.

Es is; zwar durch die Literaturstelle Kieffer/Hotop, Sintereisen und Sinterstahl 1948, Seite 392 bis 394, bereits bekannt, den Kohlenstoffgehalt eines Stahlpulvers dadurch zu erhöhen, daß Graphit dem Metallpulver zugesetzt wird, bevor dieses verdichtet wird. Durch derartige Zusätze kann zwar das Problem einer schlechten Verdichtbarkeit bei härtbaren Pulvern vermieden werden, jedoch führte ein Aussaigern der vermischten Pulver sowohl bei der Vermischung und später bei der Verarbeitung zu Ungleichförmigkeiten in der Analyse des fertigen Bandproduktes und gelegentlich erfolgte ein lokalisiertes Anschmelzen in Bereichen hohen Kohlenstoffgehalts während des Sintervorgangs.

Die Benutzung von Graphitzusätzen ist im besonderen Maße unzweckmäßig bei ferritischem rostfreiem Stahl, da derartige mit Kohlenstoff angereicherte Stellen während des Sintervorganges Chromkarbide bilden, die einen ungünstigen Einfluß auf den Korrosionswiderstand des Enderzeugnisses ausüben und dieses unbrauchbar machen.

Demgegenüber wird durch die Erfindung in den zwei aufeinanderfolgenden Stufen eine genau steuerbare Änderung des Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalts erreicht, wobei das Band während des Durchlaufs und beim Verlassen des Ofens in jeder Querschnittsebene homogen ist.

Um das Rohband im Sinterofen gegen mechanische Beschädigungen zu schützen, kann dies gemäß einer weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 2 von einem

Gaskissen getragen werden, das in zwei aufeinanderfolgenden Heizkammern jeweils aus dem karbonisierenden bzw. reduzierenden Gas gebildet ist, so daß diese den Sauerstoff- bzw. Kohlenstoffgehalt steuernden Gase gleichzeitig eine Tragfunktion ausüben.

Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein spezifisches Beispiel erläutert.

Eine gewisse Menge von durch Wasser atomisiertem Ferritpulver rostfreien Stahles mit einer gewichtsrnäßigen Zusammensetzung von 0,035% Kohlenstoff, 134% Silicium. J 6,98% Chrom, 0,41% Mangan und 0,13% Sauerstoff wurde kontinuierlich dem Einlauf eines Verdichtungswalzenpaares zugeführt, um ein Rohband zu erzeugen, welches eine Dicke von 1,25 mm und eine Dichte von 85% des geschmiedeten Bandes aufweist. Das Rohband wurde während einer Zeitdauer von einer Minute bei 1350⁰C in einer Karbonisierungsatmosphäre gesintert, die 80% Argon, 16% Wasserstoff und 4% Methan enthielt. Nach dem Sintervorgang zeigte sich, daß der Kohlenstoffgehalt des Bandes von 0,035% auf 0,08% angehoben war. Der Sauerstoffgehalt blieb bei 0,13%. Bei Vollendung der Karbonisierung wurde die Karbonisierungsatmosphäre entfernt und durch eine reduzierende Atmosphäre ersetzt, die 80% Argon und 20% Wasserstoff enthielt. Das Band wurde in dieser Atmosphäre bei einer Temperatur von !35O⁰C während einer Zeitdauer von 2 Minuten belassen, bevor eine Abkühlung auf Raumtemperatur innerhalb der gleichen Atmosphäre erfolgte. Im Laufe dieser Reduktion wurde der Sauerstoffgehalt des Bandes von 0,13% auf 0,05% reduziert und der Kohlenstoffgehalt wurde von 0,08% auf 0,02% vermindert. Wenn im Gegensatz dazu ein durch Walzen verdichtetes Band der gleichen Zusammensetzung 3 Minuten lang bei 1350⁰C in einem reduzierenden Gas der gleichen Zusammensetzung belassen wurde, ohne eine vorherige Karbonisierung vorzunehmen, dann ergab sich ein Sauerstoffgehalt des Bandes mit 0,1%. Demgemäß ergibt die Reduktion des Sauerstoffgehalts, welche durrh die Kombination der Karbonisierung mit der folgenden Reduktion erlangt wurde, gegenüber einem einfachen Sintervorgang in einer reduzierenden Atmosphäre beträchtliche Vorteile im Hinblick auf die Formbarkeit und dem Korrosionswiderstand des fertigen Bandes.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Sinterofens zur Wärmebehandlung eines Bandes in der karbonisierenden bzw. reduzierenden Atmosphäre,

Fig. 2 eine graphische Darstellung, welche den Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt veranschaulicht, den das Band innerhalb des Ofens an jeder Stelle des Durchlaufs aufweist.

Es wird Metallpulver in den Einlauf zweier im Gegensinn umlaufender Verdichtungswalzen eingegeben (die Walzen sind nicht dargestellt), um ein Rohband zu erzeugen. Dieses Band wird kontinuierlich in einer. Sinterofen eingeführt, der schematisch in F i g. 1 dargestellt ist. Das Band wird auf einem Gaskissen durch den Ofen 1 geführt, um die Zugbeanspruchung auf das Band während des Sintervoi ganges zu vermindern und um eine Oberflächenberührung zwischen dem Band und dem Ofenherd zu vermeiden. Wie aus F i g. I ersichtlich, weist der Ofen I eine Karbonisierkammer 2 und eine Sauerstoff-Reduktionskammer 3 auf. Die Bewegungsrichtung des Bandes durch den Ofen ist durch den Pfeil 4 gekennzeichnet Die Karbonisierungskammer des Ofens wird mit einem Druckgas über mehrere Injektoren 5 gespeist. In gleicher Weise wird die Reduktionskammer 3 mit einem Druckgas aus mehreren Injektoren 6 gespeist Die Injektoren 5 bzw. 6 sind mit einer Gasquelle 7 bzw. 8 für ein Karbonisierungsgas bzw. ein Reduktionsgas verbunden. Das Karbonisierungsgas weist vorzugsweise 80% Argon und 20% Wasserstoff auf, welches als Trägergas für eine vorbestimmte Menge von Kohlenwasserstoffgas, z. B. von Methan dient. Das reduzierende Gas besteht vorzugsweise aus 80% Argon und 20% Wasserstoff. Eine Vermischung des Karbonisierungsgases mit dem Gas in der Reduktionskammer wird dadurch verhindert, daß die Richtung der Gasströmung innerhalb der Kammer 2 vom Austrittsende nach dem Eintrittsende verläuft. Stattdessen können die Kammern 2 und 3 durch eine Dichtung 9 getrennt sein, wie dies strichliniert in F i g. 1 dargestellt ist.

Der Kohlenstoffgehalt und der Sauerstoffgehalt des durch Walzen verdichteten Rohbandes sind in F i g. 2 auf der Ordinatenachse aufgetragen. In der Karbonisierungskammer 2 des Ofens wird der Kohlenstoffgehalt des Bandes durch den Methangehalt des Trägergases auf einen Wert von ungefähr 0.1% angehoben. Der Kohlenstoffgehalt und der Sauerstoffgehalt des Bandes beim Verlassen der Karbonisierungskammer 2 können längs der Vertikalachse A-A in Fig.2 abgelesen werden.

Das Band, welches einen übermäßig hohen Kohlenstoffgehalt besitzt, tritt nun aus der Karbonisierungskammer 2 aus und in die Reduktionskammer 3 des Ofens ein. Während das Band diese Zone durchläuft, reagiert überschüssiger Kohlenstoff mit dem unerwünscht hohen Sauerstoffgehalt des Bandes, um diesen auf einen annehmbar niedrigen Wert zu reduzieren. Beim Verlassen der Reduktionszone des Ofens hat das Band einen Sauerstoffgehalt von 0,05%. Dies läßt sich längs der Vertikalachse ß-ßin F i g. 2 ablesen.

Durch geeignete Steuerung des Kohlenstoffgehaltes des innerhalb der Karbonisierungskammer 2 des Ofens vorhandenen Gases kann genügend Sauerstoff in das Band eingeführt werden, um den Sauerstoffgehalt des durch Walzen verdichteten Metallpulvers auf einen gewünschten Anteil zu reduzieren, der an die Eigenschaften angepaßt ist, die für das Banderzeugnis gefordert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Stahlbandes aus einem durch Wasserzerstäubung hergestellten ungeglühten Stahlpulver durch Verdichtung des Pulvers zwischen Verdichtungswalzen und Sinterung des Rohbandes in einer karbonisierenden Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt des aus ferritischem rostfreien Stahlpulver porös hergestellten Bandes während der Sinterung in der karbonisierenden Atmosphäre auf eine Höhe angehoben wird, die über der für das Endprodukt erforderlichen liegt, und daß das karbonisierte Band in reduzierender Atmosphäre aufgrund des Sauerstoffgehalts im Band eine Reduktion des Kohlenstoffs erfährt, so daß beispielsweise der Kohlenstoffgehalt auf etwa 0,02% und der Sauerstoffgehalt auf etwa 0,05% vermindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohband im Sinterofen von einem Gaskissen getragen wird, das in zwei aufeinanderfolgenden Heizkammern aus dem karbonisierenden und reduzierenden Gas gebildet wird.

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