DE4301754A1

DE4301754A1 - Verfahren zum Herstellen von warmgewalztem Stahlband mit eingestellter Festigkeit

Info

Publication number: DE4301754A1
Application number: DE4301754A
Authority: DE
Inventors: Ehrhard Kluge
Original assignee: Rexnord Kette GmbH
Current assignee: Rexnord Kette GmbH
Priority date: 1993-01-23
Filing date: 1993-01-23
Publication date: 1994-07-28
Anticipated expiration: 2013-01-24
Also published as: US5759304A; EP0608749A1; JPH06340925A; DE4301754C2; ZA94245B

Description

Ferritische Chromstähle haben sich angesichts ihres im Vergleich zu austenitischen Nickel-Chrom-Stählen geringe ren Preises und ihrer hohen Festigkeit bei ausreichender Zähigkeit in vielfältiger Hinsicht bewährt; sie dienen insbesondere als Werkstoff für Scharnierbandketten, wie sie bei Plattenbandförderern für verunreinigungsempfind liches und korrodierendes Gut, beispielsweise in Ge tränke-Abfüllanlagen, zur Verwendung kommen.

Die Ketten bzw. deren Plattenglieder müssen verschleiß fest und bruchsicher sein, aber auch eine ausreichende Kaltverformbarkeit besitzen, um Flachmaterialzuschnitte durch Kalteinrollen entsprechend geformter Lappen mit Scharnieraugen für die Aufnahme eines jeweils zwei be nachbarte Plattenglieder miteinander verbindenden Gelenk bolzens versehen zu können.

Da derartige Scharnierbandketten im Betrieb einer hohen mechanischen und korrosiven Beanspruchung unterliegen, kommt der Wahl des Werkstoffs und dessen Behandlung eine entscheidende Bedeutung zu. Dabei kommt es darauf an, bei einem Werkstoff - üblicherweise Stahl - mit hinreichender Korrosionsbeständigkeit die mechanischen Eigenschaften wie Streckgrenze, Härte und Dauerfestigkeit möglichst ge nau und richtungsunabhängig einzustellen, um einerseits Schwierigkeiten bei der Verarbeitung zu Plattengliedern zu vermeiden und andererseits ein optimales Betriebsver halten zu gewährleisten.

Bekannt ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 31 05 891 bereits ein ferritisch-perlitischer Stahl mit bis 0,1% Kohlenstoff, bis 1% Silizium, bis 1% Mangan, 13,0 bis 15,8% Chrom, 0,8 bis 3,0% Nickel, bis 1,5% Molybdän, bis 0,6% Titan, Rest Eisen mit üblichen Begleitelementen und der Maßgabe, daß der Summengehalt von Chrom und Mo lybdän mindestens 14,3% beträgt. Dieser Stahl wird nach einem üblichen Kaltwalzen und Glühen mit einem Verfor mungsgrad von 10 bis 25% kalt nachgewalzt und auf diese Weise eine 0,2-Streckgrenze von 600 bis 700 N/mm², eine Zugfestigkeit von 650 bis 750 N/mm², eine Bruchdehnung von 7 bis 12% eingestellt; er läßt sich auf eine Festig keit von mindestens 1000 N/mm² hartziehen.

Des weiteren beschreibt die deutsche Offenlegungsschrift 39 36 072 einen nicht rostenden ferritisch-martensiti schen Chromstahl mit 0,03 bis 0,07% Kohlenstoff, höchstens 1% Silizium, höchstens 1% Mangan, 13 bis 18% Chrom und höchstens 2% Nickel, Rest erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, der als Warmbrand nach einem Lösungs glühen und einem Abschrecken auf ein ferritisch-martensi tisches Zwei-Phasen-Gefüge mit beispielsweise 50% Marten sit infolge einer sehr geringen Korngröße eine Zugfestig keit von mindestens 800 N/mm², eine Härte von etwa 105 bis 107 HRB sowie eine hohe Zähigkeit besitzt, die ein freies Biegen mit einem Biegeradius bis 0 im Faltversuch erlaubt.

Von besonderem Vorteil ist bei diesem bekannten Chrom- Stahl die Tatsache, daß sich die vorerwähnte Eigen schaftskoinbination ohne ein Kaltwalzen erreichen läßt, wenngleich sich ein abschließendes Kaltwalzen mit geringem Verformungsgrad, beispielsweise einer Dickenab nahme bis 10% als vorteilhaft erweist.

Obgleich sich der in der vorerwähnten Weise zusammenge setzte und wärmebehandelte Stahl in der Praxis außeror dentlich bewährt hat, fehlt es ihm unter dem Gesichts punkt einer Optimierung sowohl hinsichtlich seiner Verar beitung als auch des Betriebsverhaltens noch an einer ausreichenden Treffsicherheit.

Sowohl für die Verarbeitung als auch für das Betriebsverhalten ist es nämlich entscheidend, mit wel cher Toleranz sich die gewünschte Enddicke und die vorge gebene Festigkeit erreichen lassen, da Abweichungen bei diesen beiden kritischen Größen zu Schwierigkeiten beim Weiterverarbeiten des Bandes beispielsweise durch Stanzen und Formen sowie bei der Verwendung der Fertigteile füh ren. So werden beispielsweise die Plattenglieder einer Scharnierbandkette, wie sie beispielsweise aus der deut schen Offenlegungsschrift 39 36 072 bekannt sind, in der Weise hergestellt, daß aus dem warmgewalzten und gegebe nenfalls zusätzlich noch mit geringer Dickenabnahme kaltgewalzten Band zunächst Zuschnitte ausgestanzt wer den. Die Zuschnitte besitzen an einer Seite zwei Lappen und an der gegenüberliegenden Seite einen Lappen; diese Lappen werden zu Scharnieraugen eingerollt und unterlie gen dabei einer erheblichen Kaltverformung, die bei einer zu hohen Festigkeit und dementsprechend geringerer Zähigkeit zu Kantenrissen und Orangenhaut führen kann. Des weiteren kommt es in Abhängigkeit von der Festigkeit zu einer Rückfederung der eingerollten Lappen. Diese Rückfederung ist umso stärker, je höher die Festigkeit ist, ohne daß es Maßnahmen gibt, sie auszugleichen, weil die Werkstoffestigkeit nicht konstant ist. Die Folge davon sind nicht nur unterschiedliche Plattenabmessungen in Ketten- bzw. Transportrichtung, sondern auch Augenmit telachsen, die bezogen auf die Plattenebene nicht mehr in einer Höhe liegen, sowie unterschiedliche Augendurch messer.

Dies alles führt zu einer Beeinträchtigung des Betriebs verhaltens; denn die Maßabweichungen der Kettenglieder von beispielsweise bis 10 mm/m addieren sich über die Kettenlänge zu erheblichen Beträgen, die dazu führen kön nen, daß die Kette nicht mehr normgemäß ist; denn die Norm verlangt eine Längentoleranz von höchstens 0,4%. unterschiedliche Mittelachsen der Scharnieraugen führen hingegen dazu, daß die betreffende Platte in der Kette bzw. in ihren Führungen beim Betrieb eine Schieflage ein nimmt, was zu Betriebsstörungen führt, beispielsweise zum Umfallen von Flaschen in Abfüllbetrieben. Derartige Betriebsstörungen sind angesichts der außerordentlich ho hen Abfüllgeschwindigkeiten mit erheblichen Kosten sowie mit einer Verschmutzung des betreffenden Förderers durch auslaufendes Abfüllgut verbunden.

Ein weiterer mit dem nicht beherrschbaren Rückfedern der Augenlaschen verbundener Nachteil besteht darin, daß sich in Abhängigkeit vom Rückfederungsmaß unterschiedliche Au gendurchmesser ergeben, so daß es bei zu geringem Durch messer nicht möglich ist, den Scharnierbolzen in den bei den außen liegenden Scharnieraugen unterzubringen, wäh rend der Scharnierbolzen bei zu großem Durchmesser ein zu großes Spiel besitzt. Auch dieses Spiel kann sich über die Kettenlänge zu einer unzulässigen Abweichung vom Normmaß addieren; darüber hinaus bewirkt es einen ver stärkten Verschleiß und eine zusätzliche Lärmbelästigung im Betrieb.

Beim Stanzen hängt sowohl die Standzeit des Werkzeugs als auch die Qualität des gestanzten Zuschnitts von der Fe stigkeit ab; denn der Spalt zwischen Patrize und Matrize muß bekanntlich der Werkstoffestigkeit entsprechen; ist dies nicht der Fall, dann ist ein gratfreies Stanzen nicht möglich. Demzufolge ist bei einer Festigkeitsabwei chung von über ± 50 N/mm² ein zeit- und kostenaufwendiges Anpassen des Stanzwerkzeugs erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lehre der deutschen Offenlegungsschrift 39 36 072 so weiterzu entwickeln, daß sich die für das Verarbeitungs- und das Betriebsverhalten kritische Festigkeit mit geringer Tole ranz einstellen bzw. mit einfachen Maßnahmen auch korri gieren läßt.

Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der Erkenntnis, daß bei einem ferritisch-martensitischen Stahl für den Martensitanteil und damit die Festigkeit des wärmebehan delten Stahls der Gehalt an freiem Kohlenstoff maßgebend ist. Dieser läßt sich jedoch in Anwesenheit von Karbid bildnern niemals genau einstellen, weil sich die üblichen Karbidbildner nicht nur mit dem Kohlenstoff, sondern auch mit dem in jeder Stahlschmelze vorhandenen Sauerstoff und Stickstoff umsetzen. Je nach dem Sauerstoff- und dem Stickstoffgehalt der Schmelze stehen daher für die Kar bidbildung entsprechend unterschiedliche Mengen an Kar bidbildnern zur Verfügung. Demgemäß ist die Karbidmenge und damit der Gehalt an freiem Kohlenstoff nicht nur von der Menge der Karbidbildner, sondern auch von den Gehal ten an Sauerstoff und Stickstoffabhängig. Das führt zu entsprechenden Schwankungen der Endfestigkeit nach einem Warmwalzen, Lösungsglühen und Abschrecken auf ein ferri tisch-martensitisches Zwei-Phasen-Gefüge.

Dem wirkt die Erfindung dadurch entgegen, daß beim Warm walzen mit einem gewissen Übermaß gewalzt wird, das eine Dickenreserve schafft, die ein anschließendes Kaltwalzen erforderlich macht. Mit Hilfe dieses Kaltwalzens läßt sich dann die vorgegebene Endfestigkeit sehr genau ein stellen.

Welches Übermaß im Einzelfall erforderlich ist, hängt von der Art des jeweiligen Karbidbildners ab und läßt sich durch einfache Versuche feststellen, bei denen der Zusam menhang zwischen dem tatsächlichen Karbidbildnergehalt oder auch - was schwieriger ist - dem Gehalt an freiem Kohlenstoff innerhalb der vorgegebenen Gehaltsgrenzen und der für die gewünschte Endfestigkeit notwendigen Dicken abnahme beim Kaltwalzen ermittelt wird. Dabei ergibt sich ein etwa linearer Zusammenhang zwischen dem Karbidbild nergehalt und der notwendigen Dickenabnahme bzw. dem ihr entsprechenden Übermaß.

Im einzelnen besteht die Lösung der obenerwähnten Aufgabe in einem Verfahren zum Herstellen von Stahlband mit ein gestellter Festigkeit, bei dem ein Stahl mit
0,04 bis 0,06% Kohlenstoff,
höchstens 1% Silizium,
höchstens 1% Mangan,
13 bis 18% Chrom,
höchstens 2% Nickel,
Rest Karbidbildner und Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen
erschmolzen, der tatsächliche Gehalt an Karbidbildnern oder der Gehalt an freiem Kohlenstoff innerhalb des vor gegebenen Gehaltsbereichs festgestellt, das Walzübermaß für das anschließende Warmwalzen in Abhängigkeit vom tatsächlichen Karbidbildner- oder Kohlenstoffgehalt fest gelegt, das Band nach dem Warmwalzen bei einer Temperatur von 920 bis 1050°C geglüht sowie auf ein ferritisch-mar tensitisches Gefüge abgeschreckt und auf die vorgegebene Enddicke kaltgewalzt wird. Die Glühzeit beträgt vorzugs weise 10 bis 60 min, beispielsweise 15 bis 30 min.

Die Dicke des Warmbandes schließt das sich aus dem tatsächlichen Gehalt an Karbidbildnern oder freiem Koh lenstoffergebende Übermaß ein, das beim Kaltwalzen bis auf die Enddicke diejenige Kaltverfestigung mit sich bringt, die zum Erreichen der gewünschten Endfestigkeit erforderlich ist.

Somit ändert sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dem Gehalt an freiem Kohlenstoff bzw. Karbidbildnern in nerhalb der vorgegebenen Gehaltsgrenzen auch das Übermaß und demgemäß auch die Dickenabnahme beim Kaltwalzen, die alleine dazu dient, das Übermaß auszugleichen und die Fe stigkeit trotz Analysenschwankungen auf einen gleichblei benden Wert einzustellen. Das Kaltwalzen dient daher zur analysenabhängigen Festigkeitskorrektur bei einem warmge walzten Band.

Wenn es beim Warmwalzen zu Abweichungen von der in Abhän gigkeit vom Karbidbildnergehalt festgelegten Solldicke (Enddicke plus Übermaß) kommt, ergibt sich eine weitere Korrekturmöglichkeit, wenn nach dem Warmwalzen erfin dungsgemäß die Istdicke des Warmbandes gemessen und das Warmband alsdann mit einer von der Dickenabweichung ab hängigen Temperatur geglüht sowie alsdann in der er wähnten Weise abgeschreckt und auf die vorgegebene End dicke kaltgewalzt wird.

Auf diese Weise gelingt es durch ein gezieltes Einstellen des Übermaßes beim Warmwalzen für jede einzelne Charge und ein Lösungsglühen - gegebenenfalls bei einer in Ab hängigkeit von der Dickenabweichung des Warmbandes inner halb eines vorgegebenen Temperaturbereichs gewählten - Glühtemperatur Ausgangsbedingungen für das abschließende Kaltwalzen auf die Enddicke zu schaffen, die es erlauben, im Wege einer dosierten Kaltverfestigung die gewünschte Endfestigkeit mit hoher Genauigkeit, zumindest aber mit einer Toleranz von ± 50 N/mm² einzustellen.

Enthält der Stahl beispielsweise 0,25 bis 0,35% Titan, dann errechnet sich das Walzübermaß in mm nach der fol genden Gleichung:

Ü = 6,5 · Ti - 1,4

und die Glühtemperatur in Abhängigkeit von der Dickenab weichung beim Warmwalzen nach der Gleichung:

T = - 375 · DA + 1050 in °C.

In den beiden Gleichungen bedeutet Ü das Übermaß beim Warmwalzen, das der notwendigen Dickenabnahme beim Kalt walzen entspricht, DA die Dickenabweichung (Abweichung von der Solldicke, die der Enddicke plus Übermaß ent spricht), T die Glühtemperatur und Ti der prozentuale Ti tangehalt.

Ähnliche Gleichungen lassen sich aufgrund einfacher Ver suche für andere Karbidbildner wie Wolfram, Molybdän, Va nadium, Titan, Niob und Tantal aufstellen.

Ein solchermaßen zusammengesetzter und behandelter Stahl eignet sich insbesondere als Werkstoff für Scharnierband- oder Rollenketten.

Die Erfindung benutzt somit die Erkenntnis, daß zwischen dem Gehalt an freiem Kohlenstoff bzw. dem Karbidbildner gehalt, der Dickenabnahme beim Kaltwalzen und der Glüh temperatur einerseits sowie der Endfestigkeit ein Zusam menhang besteht, der es erlaubt, die gewünschte Festig keit auch dann gleichbleibend zu erreichen, wenn es - aus welchen Gründen auch immer - beim Herstellen des Stahls zu Schwankungen der Karbidbildnergehalte innerhalb der vorgegebenen Gehaltsgrenzen kommt. Das erfindungsgemäße Einstellen der Festigkeit mit Hilfe der analysengesteuer ten Dickenabnahme beim Kaltwalzen in Abhängigkeit und ge gebenenfalls auch der Temperatur des Lösungsglühens in Abhängigkeit von der tatsächlichen Dickenabnahme beim Kaltwalzen (entsprechend dem tatsächlichen Übermaß) ver hindert so Fehlchargen und ergibt einen Werkstoff, der sich durch ein sehr feines Gefügekorn, eine hohe Streck grenze, eine von Charge zu Charge gleichbleibende Festig keit, eine hohe Kaltverformbarkeit und nahezu gleiche me chanische Eigenschaften in Längs- und Querrichtung aus zeichnet.

Demgemäß braucht der Werkstoff nicht chargenweise ausein andergehalten zu werden. Das hohe Gleichmaß der Werk stoffeigenschaften erlaubt eine problemlose Weiterbe arbeitung ohne ein Anpassen der Werkzeuge beim Stanzen der Zuschnitte für die Plattenglieder. Darüber hinaus verringert sich die Zahl der Werkstoffprüfungen und dem gemäß auch die Menge des damit verbundenen Prüfschrotts erheblich und ergeben sich Ketten mit gleichmäßiger Länge und hoher Planheit. Dies führt im Betrieb zu einem stö rungs- und geräuscharmen Lauf mit geringem Schmierstoff verbrauch und hoher Lebensdauer bei hoher Belastbarkeit.

Der Stahl für das erfindungsgemäße Verfahren enthält vor zugsweise höchstens 0,035% Phosphor, 0,025% Schwefel, 0,02 bis 0,04% Stickstoff bei mindestens 0,04% Kohlen stoff und Stickstoff.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen des näheren erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine grafische Darstellung der Festigkeitszunahme in Abhängigkeit von der Dickenabnahme beim Kaltwalzen für Stähle der erfindungsgemäßen Zusammensetzung,

Fig. 2 den Zusammenhang zwischen dem Titangehalt des fertigen Stahls und dem notwendigen Übermaß beim Warmwalzen bzw. der notwendigen Dickenabnahme beim korrigierenden Kaltwalzen und

Fig. 3 die notwendige Lösungsglühtemperatur in Abhängig keit von Dickenabweichungen beim Warmband.

Wie sich aus dem Diagramm der Fig. 1 ergibt, besteht bei einem erfindungsgemäß zusammengesetzten und in herkömmli cher Weise, d. h. unspezifisch warmgewalzten und wärmebe handelten Stahl kein Zusammenhang zwischen der Dickenab nahme beim Kaltnachwalzen und der damit verbundenen Fe stigkeitserhöhung. So ergeben sich ohne Berücksichtigung des tatsächlichen Titangehalts innerhalb des zulässigen Bereichs von 0,25 bis 0,35% beispielsweise im Falle einer Dickenabnahme von 0,3 mm beim Kaltwalzen drei unter schiedliche Festigkeitserhöhungen, und zwar von 80, 90 und 100 N/mm², während sich eine Festigkeitserhöhung von 100 N/mm² bei Dickenabnahmen von 0,3 bis 0,7 mm erreichen läßt.

Hingegen ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Stahl im Bereich seines Titangehalts von 0,25 bis 0,35% stets die selbe Festigkeit, wenn mit Hilfe des tatsächlichen Titan gehalts des fertigen Stahls aufgrund der Diagramme der Fig. 2, die Dickenabnahme beim Kaltwalzen und gegebenen falls gemäß Fig. 3 die Glühtemperatur beim Lösungsglühen eingestellt wird. Die Dickenabnahme und die Glühtempera tur brauchen nicht punktgenau eingehalten zu werden; vielmehr sind Abweichungen von ± 25°C und ± 0,10 mm mög lich, ohne daß sich eine signifikante Änderung der Fe stigkeit ergibt.

Demgemäß erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren eine Fe stigkeitskorrektur sowohl beim Lösungsglühen als auch beim Kaltwalzen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfah rens läßt sich daher stets dieselbe Festigkeit erreichen, und zwar unabhängig von dem Titangehalt innerhalb der er findungsgemäßen Grenzen von 0,25 bis 0,35%. Daraus ergibt sich, daß beim Erschmelzen des Stahls lediglich diese Ge haltsgrenzen eingehalten zu werden brauchen; auf den tatsächlichen Titangehalt kommt es hingegen nicht an, weil die gewünschte einheitliche Endfestigkeit aufgrund des tatsächlichen Titangehalts beim Kaltwalzen einge stellt wird. Dickenabweichungen beim Warmwalzen lassen sich zudem durch die Wahl der Glühtemperatur innerhalb des vorgegebenen Rahmens von etwa 920°C bis 1050°C ausgleichen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von warmgewalztem Stahlband mit eingestellter Festigkeit, bei dem ein Stahl mit

- 0,04 bis 0,06% Kohlenstoff, höchstens 1% Sili zium, höchstens 1% Mangan, 13 bis 18% Chrom, höchstens 2% Nickel, Rest Karbidbildner und Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreini gungen erschmolzen,
- der tatsächliche Karbidbildnergehalt innerhalb der vorgegebenen Gehaltsgrenzen festgestellt,
- ein Walzübermaß für ein anschließendes Warmwalzen in Abhängigkeit vom tatsächlichen Karbidbildner gehalt festgelegt,
- das Warmband bei einer Temperatur von 920 bis 1050°C lösungsgeglüht sowie
- auf ein ferritisch-martensitisches Gefüge abge schreckt und
- bis auf die vorgegebene Enddicke kaltgewalzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Istdicke des Warmbandes gemessen und das Warmband mit einer von der Dickenabweichung abhängi gen Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs von 920 bis 1050°C lösungsgeglüht sowie anschließend ab geschreckt und kaltgewalzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß das Walzübermaß beim Warmwalzen in mm nach der Gleichung Ü = 6,5 · Ti - 1,4festgelegt wird.

4 Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühtemperatur nach der Glei chung T = - 375 · DA + 1050 in °C.bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4 unter Verwendung ei nes Stahls mit höchstens 0,35% Titan.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 unter Ver wendung eines Stahls mit
höchstens 0,035% Phosphor,
höchstens 0,025% Schwefel,
0,02 bis 0,04% Stickstoff,
mindestens 0,04% Kohlenstoff und Stickstoff.

7. Verwendung eines nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 6 hergestellten Kaltbandes als Werkstoff zum Her stellen von Scharnierband- oder Rollenketten.