DE1294402B

DE1294402B - Verfahren zur Herstellung eines mit einem Metallueberzug versehenen Eisenmetalls mit stark verbesserter Ziehbarkeit

Info

Publication number: DE1294402B
Application number: DEA49930A
Authority: DE
Inventors: Coburn Kenneth G
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1965-08-06
Filing date: 1965-08-06
Publication date: 1969-05-08

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem Metallüberzug versehenen Eisenmetalls mit stark verbesserter Ziehbarkeit unter Durchführung einer Reinigungsglühung oberhalb 732°C in reduzierender Atmosphäre vor dem Überziehen. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Basismetall in Bandform zu einem lockeren Bund wickelt und es in an-sich bekannter Weise zu einem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,015% entkohlt, dann seine Oberfläche zur Aufnahme des Überzugs reinigt und dabei das Basismetall auf eine Temperatur zwischen 732° C und seinem kritischen A3 Punkt in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt, worauf man das Basismetall ohne Berührung mit Luft in ein Bad aus geschmolzenem überzugsmetall führt.
In der Zeitschrift »Stahl und Eisen«, 1964, wird auf den Seiten 868 bis 876 das Verhalten locker gewickelter Bunde beim Glühen beschrieben, wobei die verschiedenen bekannten Vorrichtungen und Verfahrensvariablen erörtert werden. Auf S. 874 wird in der rechten Spalte unter d) ausgeführt, daß die entkohlten Bleche beim Emaillieren Vorteile bringen sollen.
Die Entkohlungsglühung als solche ist neu. Die Erfindung besteht jedoch in einem kombinierten Verfahren zur Herstellung eines mit einem Metallüberzug versehenen Eisenmetalls, bei dessen Durchführung die Entkohlungsglühung nur eine Stufe darstellt. Daß die erfindungsgemäße Kombination von Verfahrensmerkmalen zu einem weichen, duktilen überzogenen Metall mit einer verbesserten Ziehbarkeit führt, war auf Grund des Standes der Technik nicht zu erwarten. Wesentlich für ein Verfahren zum Überziehen von Eisenmetall mit einem anderen Metall ist die Reinigung der Oberfläche- des zu überziehenden Eisenmetalls nach der Entkohlungsglühung. Diese Reinigung wird durch eine Glühung in reduzierender Atmosphäre bewirkt, deren Temperatur bisher bei dem aus der USA: Patentschrift 210 893 bekannten Verfahren in der Regel jedoch so hoch war, daß man bei den niedrigen Kohlenstoffgehalten des zu behandelnden Stahls annehmen mußte, daß dabei ein starkes Kornwachstum und eine starke Abnahme der Ziehfähigkeit eintritt. Es war also zu erwarten, daß ein nach der Entkohlungsglühung noch gut ziehfähiger Stahl diese Eigenschaften bei der anschließenden, zur Oberflächenreinigung durchgeführten Glühung wieder verlieren würde.
Erfindungsgemäß soll die reduzierende ReinigungsgIühung bei einer Temperatur zwischen 732° C und dem kritischen A3 Punkt durchgeführt werden, d. h. also bei einer Temperatur, die niedriger ist als die bisher in der Praxis eingehaltenen Temperaturen. Auf Grund dieser Maßnahme erhält man ein auch nach dem Überziehen noch weiches und ziehfähiges Produkt.
Wie bereits erwähnt, wird das erfindungsgemäße Verfahren derart durchgeführt, daß das zu überziehende Basismetall in offenen Wickeln zur Herabsetzung des Kohlenstoffgehalts auf 0,015 0/0 oder weniger geglüht wird. Nach einem oberflächlichen Walzen mit geringem Druck (Dressieren) wird das Gut in einer kontinuierlich arbeitenden überzugseinrichtung, in welcher das Band durch einen Reduzierofen läuft, überzogen. Die Bandtemperatur wird innerhalb bestimmter, nachstehend näher erläuterter, genau definierter Grenzen gehalten. Beispielsweise kann ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenes Produkt die folgenden mechanischen Eigenschaften aufweisen: Eine Streckgrenze von etwa 17,6 kg/mm2, eine Dehnung bei 50 mm Meßlänge von etwa 50 %, eine Rockwell-B-Härte zwischen 35 und 45 und eine ASTM-Korngröße von 6 bis 9. Zum Vergleich sei ein normalisiertes Material angegeben, das eine Streckgrenze von etwa 28,1 kg/mm2, eine Dehnung bei 50 mm Meßlänge von etwa 30 % und eine Rockwell-B-Härte von etwa 60 sowie eine etwas kleinere Korngröße besitzt.
Bei Durchführung der Erfindung kann das Ausgangsmaterial entweder unberuhigter, gedeckelter oder beruhigter Stahl, vorzugsweise in Form eines fortlaufenden, kaltgewalzten Bandes sein. Der Ausdruck »kaltgewalztes Band« betrifft ganz einfach ein Eisenprodukt, welches kalt auf die gewünschte Blechstärke heruntergewalzt wurde, im Unterschied zu einem aus warmgewalzten Stahlblechen durch nur oberflächliches Kaltwalzen mit geringem Druck erhaltenen Material.
Die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die Entkohlung des Stahlbandes durch Glühen offener Wickel. Wie bekannt, wird bei diesem Verfahren das Stahlband aufgewickelt, wobei ein Draht oder ein anderes Abstand haltendes Material zwischen den einzelnen Windungen des Wickels angeordnet wird. Dieser Draht oder das andere Material kann dann wieder entfernt werden, wobei ein vorherbestimmter Luftzwischenraum zwischen den einzelnen Windungen des Wickels verbleibt, oder das Abstand haltende Material kann während des Glühens an Ort und Stelle verbleiben. Das auf diese Weise aufgewickelte Band wird dann auf etwa 732° C in einer kontrollierten Atmosphäre, vorzugsweise in einer verhältnismäßig trockenen, wasserstoffhaltigen Atmosphäre, z. B. in dissoziiertem Ammoniak, erhitzt. Bei Anwendung einer solchen Atmosphäre wird die Entkohlung durch Einleitung von Wasserdampf beendet, nachdem das aufgewickelte Band die gewünschte Temperatur erreicht hat. Die Entkohlungsatmosphäre kann natürlich auf jede beliebige Weise erzeugt werden. Die Entkohlung kann bei Temperaturen zwischen 593° C und der kritischen A3 Temperatur erfolgen. Für praktische Zwecke liegt der bevorzugte Betriebsbereich zwischen 704 und 816° C.
Die Entkohlung soll so lange dauern, bis der Kohlenstoffgehalt des Stahlbandes höchstens 0,015 0l0 beträgt. Es wurde gefunden, daß dieser Entkohlungsgrad zwei sehr wichtige Ergebnisse liefert: Erstens: auf diese Weise entkohltes Stahlband kann auf eine höhere Maximaltemperatur (d. h. auf eine Temperatur, bei welcher übliches Material normalisiert wird) ohne Verlust seiner Ziehbarkeit und Einbuße seiner mechanischen Eigenschaften erhitzt werden, und zweitens: seine Oberflächen werden leichter gereinigt, so daß die überzugseinrichtung bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden kann. Die Bedeutung dieser Möglichkeiten liegt unter Berücksichtigung der eingangs gemachten Ausführungen auf der Hand.
Nach Abkühlung des entkohlten, aufgewickelten Bandes auf etwa Raumtemperatur hat sich eine Dressierwalzung des Bandes als günstig erwiesen. Dadurch wird natürlich eine gewisse Spannung in das Band eingeführt und seine Härte leicht erhöht. Gleichzeitig wird jedoch seine Handhabung stark erleichtert, und von diesem Standpunkt aus ist dieser Verfahrensschritt sehr erwünscht.
Die Reinigung der Oberfläche des Bandes zur Vorbereitung des Überziehens kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise wird das Stahlband durch einen kurzen Oxydationsofen geführt, in welchem Öl und Fett von der Oberfläche des Stahlbandes wegbrennt. Die Praxis in der Technik hat gezeigt, daß zu diesem Zweck ein Temperaturbereich des Bandes zwischen 371 und 482° C völlig ausreichend ist.
Diese Oxydationsstufe kann in bestimmten Fällen, wenn die Oberfläche außergewöhnlich sauber ist, weggelassen werden. Zum Beispiel kann ein »blankgeglühtes« Band, welches direkt der Vorrichtung zur Aufbringung des Metallüberzugs zugeführt wird, ohne Anwendung der vorstehend beschriebenen Oxydationsstufe zum Überziehen bereit sein. Andererseits kann das Band auch auf beliebige bekannte Weise, z. B. mittels einer Säurebeizung oder einer Alkalireinigung, chemisch gereinigt werden.
Das Band muß dann als nächstes einen Reduktionsofen durchlaufen. Obwohl für diesen Zweck verschiedene Ofentypen in Frage kommen, wird bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens doch ein Durchlauf-Reduzierofen verwendet, welcher üblicherweise einen Erhitzungsteil und einen Teil besitzt, in welchem eine geregelte Abkühlung erfolgt. Gegebenenfalls können natürlich auch der Oxydations- und der Reduktionsofen zu einer Einheit vereinigt werden, indem man einfach am oder nahe am Eintrittsende eine oxydierende Atmosphäre und am oder nahe am Austrittsende eine reduzierende Atmosphäre vorsieht und diese Atmosphäre durch Umlenkplatten od. dgl. voneinander trennt, so daß kaum eine Gasdiffusion stattfindet.
Der Reduzierofen reduziert oder entfernt einen vorhandenen dünnen Oxydüberzug und führt ihn in eine Schicht aus dem Metall des Bandes über, welche rein in dem Sinne ist, daß sie keinen Kohlenstoff, keine Oxyde u. dgl. enthält. Diese reduzierte Schicht haftet fest an der Oberfläche des Basismetalls und macht dieses besonders aufnahmefähig für das Überzugsmetall.
Die reduzierende Atmosphäre kann auf beliebige übliche Weise erzeugt werden, und die erforderlichen Mengen der reagierenden Stoffe lassen sich leicht aus bekannten Gleichgewichtsdaten errechnen.
In der üblichen Praxis und in Abhängigkeit von bestimmten Bedingungen kann die maximale Bandtemperatur in dem Reduktionsofen zwischen 732 und 982° C variiert werden. Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß Temperaturen nahe am oberen Ende dieses Bereiches eindeutig zu bevorzugen sind, und zwar in erster Linie wegen der bei den höheren Temperaturen erfolgenden besseren Reinigung.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Bandtemperatur in dem Reduktionsofen von großer Wichtigkeit und muß genau geregelt werden. Es wurde gefunden, daß, wenn man die Bandtemperatur unter dem kritischen A3 Punkt hält, wenn ein entkohltes Stahlband behandelt wird, die mechanischen Eigenschaften und das diesem Stahl durch das Glühen der offenen Wickel erteilte Korngefüge weitgehend beibehalten werden können. Die genauen Temperaturgrenzen variieren natürlich mit dem Kohlenstoffgehalt des zu behandelnden Stahls. Auf jeden Fall darf die Temperatur jedoch nicht den kritischen A3 Punkt für den jeweiligen Stahl überschreiten. Diese obere Temperaturgrenze kann genauer als die Temperatur definiert werden, bei welcher ein Kornwachstum große Körner ergibt, welche die Ziehbarkeit stark beeinträchtigen. In der Regel soll die überwiegende Korngröße für einen ziehbaren Stahl kleiner sein als ASTM Nr. 6. In der bevorzugten Praxis der Erfindung kommen Temperaturen nahe der oberen Grenze zur Anwen-Jung, obwohl niedrigere Temperaturen bei geeigneten Ausgangsmaterialien auch zufriedenstellende Ergeb= nisse liefern. Es wurde empirisch bestimmt, daß für einen allgemeinen technischen Betrieb die praktische obere Temperaturgrenze etwa 857° C beträgt. Die untere Temperaturgrenze bestimmt sich aus deg Anforderungen, welche an den Oberflächenzustand gestellt werden, und liegt bei einem normalen Verfahren bei etwa 732° C.
Schließlich wird das Stahlband, ohne wieder mit Luft in Berührung zu kommen, unter die Oberfläche eines Bandes aus geschmolzenem überzugsmetall geführt. Eine einfache Kühlhaube üblicher Bauart, welche vom Eintrittsende des Reduzierofens bis zu dem Bad aus geschmolzenem überzugsmetall eicht, genügt, um eine Berührung mit der Außenatmosphäre während der Abkühlung des Bandes auf eine Temperatur nahe derjenigen des überzugsmetalls zu verhindern. Obwohl man in dieser Schutzhaube (mindestens in der Theorie) eine neutrale Atmosphäre aufrechterhalten kann, wird doch vorzugsweise eine reduzierende Atmosphäre zugeführt.
Bevorzugt werden auch die Schutzhaube und der Ofen auf einem etwas höheren Druck als Atmosphärendruck gehalten. Da die Schutzhaube an einem Ende durch das überzugsmetallbad abgedichtet wird, verursacht der überdruck, daß ein Teil des reduzierenden Gases am Eintrittsende des Reduktionsofens verbrennt, wodurch eine Verunreinigung der Ofenatmosphäre durch die Außenatmosphäre verhindert wird.

Zur Erläuterung einer spezifischen Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens dient das folgende Beispiel. Das behandelte Band besaß die folgende Analyse:

Kohlenstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,06%

Mangan ......................... 0,334/o

Phosphor ....................... 0,004%

Schwefel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,024%

Silicium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,003%

Kupfer ......................... 0,03'8010

Aluminium ...................... 0,040%

Eisen ........................... Rest

Die Entkohlung erfolgt durch 9stündige Glühung eines offenen Wickels bei 704° C. Die Atmosphäre bestand aus 40 % H2 und 60 % N2 mit einem Taupunkt von 49° C. Nach der Entkohlung ergab die chemische Analyse einen Kohlenstoffgehalt des Bandes von nur noch 0,0018 %, während die Mengen der anderen Bestandteile im wesentlichen die gleichen geblieben waren.

Vor Eintritt in die überzugseinrichtung wurde das Band zur Verbesserung seiner Handhabung einer Kaltwalzung unter leichtem Druck unter 1%iger Dickeverminderung unterworfen.
In einer Einrichtung, wie sie in der USA.-Patentschrift 210 893 beschrieben ist, wurde die Bandtemperatur in dem Oxydationsofen auf 427° C und in dem Reduktionsofen auf 843° C gehalten. Bei diesem speziellen Versuch bestand das Überzugsmetall aus Zink; das bedeutet jedoch keine Beschränkung. Da die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung des Basismetalls betrifft, sind die Entkohlung, die Oxydation und die Reduktion für alle überzugsmetalle die gleichen.
Nach dem überziehen wurde das Band einer leichten Kaltwalzung unter geringem Druck und einer Dickeverminderung um 0,5 % unterworfen. Man erzielte die folgenden mechanischen Eigenschaften:

Streckgrenze . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19,5 kg/mm2

Rockwell-B-Härte .. .......... 42

Dehnung bei 50 mm Meßlänge .. 44 0/0

ASTM-Korngröße . . . . . . . . . . . . . 8 bis 9

Gegebenenfalls kann die überzugsoberfläche des Bandes noch auf übliche Weise weiterbehandelt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Metallüberzug versehenen Eisenmetalls mit stark verbesserter Ziehbarkeit unter Durchführung einer Reinigungsglühung oberhalb 732° C in reduzierender Atmosphäre vor dem überziehen, dadurch gekennzeichnet, daß man das Basismetall in Bandform zu einem lockeren Bund wickelt und es in an sich bekannter Weise zu einem Kohlenstoffgehalt von höchstens 0,01511/o entkohlt, dann seine Oberfläche zur Aufnahme des überzugs reinigt und dabei das Basismetall auf eine Temperatur zwischen 732° C und seinem kritischen A.-Punkt in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt, worauf man das Basismetall ohne Berührung mit Luft in ein Bad aus geschmolzenem überzugsmetall führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung eine Erhitzung des Bandes unter oxydierenden Bedingungen auf 731 bis 482° C vor seiner Glühung bei einer Temperatur zwischen 732° C und dem kritischen A.-Punkt umfaßt.