Verformung von draht- und stabförmigem Vormaterial sowie entsprechend hergestelltes Flachprofil

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur endmaßnahen Verfor¬ mung von draht- und stabförmigem Vormaterial gemäß Oberbegriff des Anspruches 1 , eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung gemäß Anspruch 26 sowie auf ein verfahrensgemäß hergestelltes Flachprofil gemäß Anspruch 38.

Die Herstellung von relativ schmalen und flachen Bändern aus Stahlmaterialien, im weiteren als Flachprofile bezeichnet, kann auf verschiedene Arten erfolgen, abhän¬ gig von den geforderten Werkstoffeigenschaften, den herzustellenden Abmessungen der Flachprofile und dem Einsatzzweck der Flachprofile. Unter Flachprofilen versteht man üblicherweise Profilformen, bei denen die Breite des Querschnittes nicht größer als 10-20 mal der Dicke ist. Derartige Flachprofile werden für funktionale Bauteile und vielfach auch Verschleißteile in technischen Einrichtungen, z.B. für Federn oder dgl. Bauteile in der Automobil-, Luftfahrzeug- und Raumfahrtindustrie, im Gerätebau und dem Landmaschinenbau verwendet. Auch werden derartige Flachprofile als Ausgangsmaterial z.B. für die Herstellung von Sägen, Sägeblättern, Buchsenketten für Motor- und Fahrräder, Rollen, Wälzlager, Skikanten oder auch für Kolbenringe verwendet. Häufig sind diese Flachprofile mechanisch hoch belastete Bauteile, de¬ ren Festigkeitseigenschaften neben der Einhaltung geforderter Querschnittsformen und -abmessungen von zentraler Bedeutung sind.

Bei üblicherweise geforderten Eigenschaften werden derartige Flachprofile häufig aus breiteren Stahlbändern durch Längsteilung herausgeschnitten, wodurch han- delsübliche Stahlbänder als Ausgangsmaterial herangezogen werden können, die durch bekannte Warm- und/oder Kaltwalzvorgänge auf die entsprechenden Abmes¬ sungen gebracht werden können. Auch das Einstellen der Werkstoffeigenschaften ist bei derartigen Stahlbändern in der Regel unproblematisch, verändert sich doch

bei der Längsteilung der Werkstoff der Flachprofile nicht mehr im Vergleich zu dem¬ jenigen der Stahlbänder. Derartig hergestellte Flachprofile haben jedoch den Nach¬ teil, bestimmte aufgrund der späteren Verwendungen der Flachprofile benötigte oder vorteilhafte Gestaltungen der Kanten der Flachprofile nicht aufzuweisen, die für die Gebrauchstüchtigkeit bzw. Lebensdauer daraus hergestellter Bauteile durchaus ge¬ wichtige Vorteile haben. So muß nach der Längsteilung von Stahlbändern aus brei¬ ten Stahlbändern eine Kantenformung durch zusätzliche Bearbeitungsverfahren nach dem Längsteilen extra angearbeitet werden, wodurch zusätzliche Kosten ent¬ stehen.

Eine andere Möglichkeit zur Herstellung derartiger Flachprofile besteht im Ziehen der Werkstoffe als Draht durch entsprechend geformte Ziehmatrizen, die die benötigten Profilquerschnitte und deren Feingeometrie wie auch die Kantenausgestaltung au¬ tomatisch herstellen. Problematisch am für die Drahtherstellung ansonsten weit ver¬ breiteten Ziehen entsprechender Flachprofile sind zum Einen die relativ geringen erreichbaren Ziehgeschwindigkeiten aufgrund des sonst übermäßig ansteigenden Verschleißes der Ziehformen, zum anderen die beim Ziehen entsprechender Werk¬ stoffe auftretende Kaltverfestigung der Werkstoffe aufgrund der Umformung, die nur durch aufwendige Zwischen-Wärmebehandlungen der gezogenen Drähte wieder rückgängig gemacht werden kann. Dadurch ist eine derartige Herstellung von Flach- profilen aufwendig und technisch nicht ohne Probleme.

Es ist weiterhin bekannt, entsprechende Flachprofile durch Kaltwalzen herzustellen, indem durch relativ geringe Querschnittsabnahmen ein z.B. als Runddraht ausge¬ führtes Ausgangsmaterial nach und nach und abhängig von der jeweiligen Verfor¬ mung durch Kaltwalzen in ein Flachprofil umgeformt wird. Hierbei ist es auch mög- lieh, durch entsprechende Technologieführung die Abmessungen und die geforder¬ ten Kantengestaltungen zu gewährleisten. Nachteilig ist hierbei aber wie bei allen Kaltwalzverfahren, daß die kalt gewalzten Materialien ähnlich wie beim Ziehen einer entsprechenden Kaltverfestigung unterliegen und daher analog zur notwendigen Wärmebehandlung beim Ziehen ebenfalls zwischenbehandelt werden müssen. Ge- rade bei starken Querschnittsveränderungen ist aber dadurch eine häufige Zwi- schenglühung der Werkstoffe im Verlauf des Kaltwalzens erforderlich.

Es ist daher ein Ansatz zur Weiterentwicklung des Walzens von Flachprofilen aus drahtartigem Ausgangsmaterial bekannt geworden, bei dem nach der EP 0 314 667 B2 statt des Kaltwalzens ein Warmwalzen ausgeführt wird, um die wesentlichen Querschnittsveränderung bei der Umformung des drahtartigen Ausgangsmaterials im wesentlich einfacher verformbaren warmen Zustand des Werkstoffes auszuführen. Hierzu wird das drahtartige Ausgangsmaterial durch konduktive Erhitzung auf eine Temperatur von höchstens Ai oder auf die Umwandlungstemperatur in das γ-Gebiet der Legierung erwärmt und dann in einem Mehrfachgerüst gewalzt. Anschließend kann das gewalzte Flachprofil dann abgekühlt werden. Nachteilig an dieser Vorge- hensweise ist, daß die Umformung zwar relativ endmaßhaltig ausführbar ist, die Kon¬ trolle der Werkstoffeigenschaften des Werkstoffes bei einer derartige Prozeßführung aber alles andere als einfach ist. Auch ist die Verarbeitung von Stahlmaterialien nur auf bestimmte Werkstoffklassen beschränkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur endmaßnahen Verformung von draht- und stabförmigem Vormaterial anzugeben, das die Vorteile der Warmformung von draht- und stabförmigem Vormaterial mit der Einhaltung der für die Werkstoffkennwerte relevanten Prozeßführung verbindet und dadurch eine Herstellung einer Vielzahl unterschiedlicher, gleichwohl aber sehr gleichbleibend ein¬ stellbarer Werkstoff- und Werkstückeigenschaften ermöglicht.

Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ergibt sich hinsichtlich des Verfahrens zur Durchlaufvergütung von Bandstahl aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 , hinsichtlich der zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrich¬ tung aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 26 sowie hinsichtlich eines derart hergestellten Flachprofiles aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 38 jeweils in Zusammenwirken mit den Merkmalen des zugehörigen Oberbegriffes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung gemäß Anspruch 1 geht aus von einem Verfahren zur walztechni¬ schen Verformung von draht- und stabförmigem Vormaterial, insbesondere zum Walzen von Flachprofilen aus Walzdraht, bei dem in einer Aufheizstation die Erwär¬ mung des Vormaterials auf eine gewünschte Temperatur erfolgt, das Vormaterial in

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mindestens einem Walzvorgang verformt und anschließend abgekühlt wird. Ein der¬ artiges gattungsgemäßes Verfahren wird dadurch weiter entwickelt, daß nach der Erwärmung des Vormaterials in der Aufheizstation das Vormaterial in einer Kühlsta¬ tion auf eine Walztemperatur abgekühlt, bei dieser Walztemperatur endmaßnah walztechnisch in ein Flachprofil verformt und anschließend entsprechend einzustel¬ lender Gefügeeigenschaften abgekühlt und/oder nachbehandelt wird. Durch die ge¬ zielte Abkühlung des Werkstoffes auf die gewünschte Walztemperatur vor der Durchführung des Walzvorganges kann trotz der vorherigen Erhitzung des Werkstof¬ fes auf eine zur Auslösung der gewünschten Gefügeumwandlungen benötigte, in der Regel höhere Temperatur erreicht werden, daß vor dem Walzen des Vormaterials genau das Ausgangsgefüge eingestellt werden kann, das zusammen mit der Verän¬ derung des Werkstoffes aufgrund des Walzens und einer dem Walzen ggf. nachge¬ schalteten Nachbehandlung des Flachprofiles die gewünschten Gefügeeigenschaf¬ ten des Flachprofiles gewährleistet. Hierbei ist durch die Erhitzung des Vormaterials auf z.B. eine Temperatur, die eine sichere Austenitiserung oberhalb der As- Temperatur gewährleistet, eine entsprechende Gefügeumwandlung sicher gestellt, die dann durch die gezielte Abkühlung des Vormaterials auf die zum Walzen benö¬ tigte Temperatur einen Gefügezustand einstellt, der im wesentlichen die Ausgangs¬ basis zur Veränderung des Gefüges des Flachprofils hin zum fertigen, endmaßna- hen Querschnitt erlaubt. Hier können sich noch weitere Nachbehandlungen wie Ab¬ kühlungen und Vergütungen anschließen, die eine weitere Veränderung der Gefü¬ geeigenschaften erlauben. Damit ist eine Möglichkeit gefunden worden, eine end¬ maßnahe Verformung von aus Stahlwerkstoffen hergestellten Flachprofilen im war¬ men Zustand mit einer gezielten Gefügeeinstellung im Hinblick auf einzustellende Werkstoffkennwerte zu kombinieren, die die Nachbehandlung derart erzeugter Flachprofile minimiert.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Erwärmung des Vormaterials in der Aufheiz¬ station auf eine Temperatur oberhalb der A ₃ -Temperatur des γ-Mischkristalls (Auste- nit) erfolgt. Hierdurch können aus einem austenitisierten Gefüge als Ausgangsgefü- ge vor dem Walzen des Vormaterials verschiedenste Gefüge erzeugt werden, die den verschiedenen für die typischen Anwendungen der Flachprofile benötigten Ei-

genschaften des Stahlwerkstoffes entsprechen und damit ein weites Einsatzgebiet entsprechend hergestellter Flachprofiie ermöglichen.

Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Erwärmung des Vormaterials in der Aufheizstation auf eine Temperatur im Bereich des α/γ-Mischkristalls (Ferrit/Austenit) erfolgt. Hierdurch kann gezielt insbesondere für kohlenstoffärmere Stähle ein vorteilhaftes Ausgangsgefüge für das anschließen¬ de Walzen eingestellt werden.

Denkbar ist es in einer anderen Ausgestaltung auch, daß die Erwärmung des Vor¬ materials in der Aufheizstation auf eine Temperatur dicht unter den A-i-Punkt erfolgt. Hierdurch können wieder andere Prozesse der Gefügeumwandlung bei der Walzung des Vormaterials ausgelöst werden, die zu einem weiteren Spektrum der Gefüge¬ ausbildung des gewalzten und ggf. nachbehandelten Flachprofils führt.

Von wesentlichem Vorteil für die Durchführung des Verfahrens ist es, wenn als Vor¬ material Runddraht oder Ovaldraht verwendet wird. Unter Runddraht sei in diesem Zusammenhang nicht nur Draht mit einem kreisrunden Querschnitt verstanden, der z.B. walztechnisch oder ziehtechnisch hergestellt werden kann, sondern allgemein Draht jeglichen Querschnittes, der zur Verformung durch walztechnische Mittel hin zu einem Flachprofil geeignet ist. Entsprechende Ovaldrähte weisen hierbei einen ovalen Querschnitt auf. Hierbei wird in der Regel die freie Breitung des Runddrahtes oder Ovaldrahtes bei einer Walzbearbeitung ausgenutzt, um einerseits geforderte Eigenschaftsänderungen hinsichtlich der Geometrie des Flachprofiles hervorzurufen und andererseits die geforderten Gefügeeigenschaften und damit die Werkstoffei¬ genschaften des fertigen Flachprofiles hervorzurufen. Derartiger Runddraht oder Ovaldraht ist ein handelsübliches Vormaterial und kann in vielfältigen Zusammenset- zungen und Legierungen handelsüblich bezogen werden, wodurch die Kosten für derartigen Runddraht oder Ovaldraht relativ günstig sind.

Denkbar ist es hierbei, daß der Runddraht oder Ovaldraht als aufwickelbares Vorma¬ terial das Verfahren durchläuft. Hierdurch ist eine quasi kontinuierliche Verarbeitung des üblicherweise auf Ringen angelieferten Runddrahtes oder Ovaldrahtes möglich, der als aufgewickeltes Coil des fertigen Flachprofils ebenfalls als aufwickelbares Fer¬ tigmaterial wieder weiter verarbeitet werden kann. Es ist in einer anderen Ausgestal-

tung aber auch denkbar, daß der Runddraht oder Ovaldraht als stangenartiges Vor¬ material das Verfahren durchläuft, wobei das stangenartige Vormaterial entspre¬ chend ebenfalls stangenartige Flachprofile ergibt.

Von Vorteil ist es, wenn als Vormaterial unlegierte oder niedriglegierte Kohlenstoff- stähle verwendet werden. Derartige unlegierte oder niedriglegierte Kohlenstoffstähle bilden das Ausgangsmaterial zur Herstellung vieler verschiedener Bauteile und Komponenten und bieten für den Einsatz erfindungsgemäß hergestellter Flachprofile eine breite Palette von Anwendungsbereichen.

Denkbar ist es hierbei, daß die Erwärmung des Vormaterials in der Aufheizstation auf eine Temperatur oberhalb des A ₃ -Punktes erfolgt. Eine derartige Temperatur des Vormaterials liegt für die üblicherweise hierbei benutzten Stähle deutlich im Bereich des Austenits, so daß die bei der Austenitisierung ablaufenden Gefügeveränderun¬ gen die Basis für eine Reihe von üblichen Änderungen der Werkstoffeigenschaften im Hinblick auf die zu erzielenden Werkstoffeigenschaften der Flachprofile bilden.

Eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin gesehen werden, wenn die Abkühlung in der Kühlstation das Vormaterial vor dem Walzen auf eine Temperatur zur Einstellung eines Austenitgefüges nur wenig oberhalb der A ₃ - Temperatur von etwa 800 ⁰ C abkühlt. Hierdurch wird der Walzvorgang selbst noch in der Ausprägung des Gefüges des Vormaterials als Austenitgefüge vorgenommen, wodurch noch entsprechend einfach Diffusionsvorgänge ablaufen können und die Beeinflussung der beabsichtigten Gefügeänderungen kontrolliert vorgenommen wer¬ den kann.

Hierzu wird in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung dieser Ausprägung des Verfah¬ rens nach dem Walzen des Flachprofiles im Temperaturbereich des Austenitgefüges direkt anschließend eine Abkühlung des Austenitgefüges zur Umwandlung in ein Sorbitgefüge durchgeführt. Dieses Sorbitgefüge ist sehr feinlamellar ausgebildet und bietet die besten Voraussetzungen für bestimmte Einsatzbereiche derartiger Flach¬ profile.

Eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin gesehen werden, wenn die Abkühlung in der Kühlstation das Vormaterial vor dem Walzen auf

eine Temperatur zur Einstellung eines Patentiergefüges, z.B. für einen Stahl C75 zwischen 400-550 ⁰ C abkühlt. Ein derartiges Patentiergefüge wird gebildet aus einem feinstreifigen Perlit und eignet sich besonders gut z.B. zum weiteren Kaltziehen ent¬ sprechender Flachprofile oder auch für Einsatzbereiche der Flachprofile, bei denen hohe Zugfestigkeiten mit guter Zähigkeit der Werkstoffe kombiniert werden müssen. Eine entsprechend langsame Abkühlung des Patentiergefüges aus der Perlitstufe schließt sich dabei üblicherweise dem Walzen an. Die Ausbildung eines Patentierge¬ füges (entsprechendes gilt auch für die nachfolgend angeführten Bainitgefüge und Austenitgefüge) erfolgt bei jedem hier relevanten Werkstoff aufgrund seiner Zusam- mensetzung bei einer anderen Temperatur, diese ist jedoch für jeden Werkstoff be¬ kannt und charakteristisch. Die Zusammenhänge zwischen den Gefügeausprägun¬ gen und den jeweiligen Temperaturen und Prozeßführungen der unterschiedlichen Werkstoffe lassen sich dabei aus sog. Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubildern ablesen (sog. ZTU-Schaubilder). Daher wird im folgenden unter der Temperatur zur Einstellung eines Patentiergefüges (respektive eines Bainitgefüges oder eines Au- stenitgefüges) eine zwar für jeden hier relevanten Werkstoff unterschiedliche, bei Vorgabe eines entsprechenden Werkstoffes aber eindeutige Temperatur verstanden, für die nur rein beispielhaft für einen Stahl C75 auch konkrete Werte angegeben sind. Ansonsten weiß der Fachmann für jeden hier relevanten Werkstoff, welche Temperaturen er für die Einstellung eines Patentiergefüges respektive eines Bainit¬ gefüges oder eines Austenitgefüges einstellen muß.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin gesehen werden, wenn die Abkühlung in der Kühlstation das Vormaterial vor dem Walzen auf eine Temperatur zur Einstellung eines Bainitgefüges, z.B. für einen Stahl C75 zwi- sehen 275-37O ⁰ C abkühlt. Hierbei wird das Vormaterial im Gegensatz zur Einstellung eines Patentiergefüges noch weiter abgekühlt, bis das Walzen des Vormaterials in einem Gefügezustand des Zwischenstufengefüges Bainit ausgeführt wird, in dem aufgrund der niedrigen Temperatur Diffusionsvorgänge weitgehend unterbunden sind und sich durch das Umklappen von Austenitbereichen im Werkstoff α- Gitterbereiche bilden. Hieran scheidet sich dann feinkörniger Zementit mit den vor¬ teilhaften Wirkungen für die Gefügeeigenschaften aus.

Eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin ge¬ sehen werden, wenn die Abkühlung in der Kühlstation das Vormaterial vor dem Wal¬ zen auf eine Temperatur zur Einstellung eines unterkühlten Austenitgefüges, z.B. für einen Stahl C75 zwischen 220-280 ⁰ C abkühlt. Durch entsprechend schnelle Abküh- lung des Gefüges aus dem Austenit werden sonst ablaufende Umwandlungsvorgän¬ ge verzögert oder können erst gar nicht oder nicht wesentlich auftreten, so daß das Walzen eines derart schnell abgekühlten, unterkühlten Austenitgefüges die Möglich¬ keit bietet, die Umwandlung weitgehend oder ausschließlich zu einem Martensitge- füge mit dem bekannten nadeligen Härtungsgefüge vorzunehmen, wodurch entspre- chend hochfeste Werkstoffe erzeugt werden, können, mit denen in weiterer Ausges¬ taltung z.B. auch direkt anschließend eine Anlaßbehandlung mit einer Abkühlung des Flachprofiles vor dem Aufwickeln durchgeführt werden kann. Durch die Anla߬ behandlung wird der Werkstoff hinsichtlich Härte und Zähigkeit noch einmal verän¬ dert und erreicht damit hohe Härte bei gleichwohl guten mechanischen Festigkeitsei- genschaften.

Denkbar ist jedoch bei einem Walzen des Vormaterials als unterkühlter Austenit, daß nach dem Walzen des Flachprofiles direkt anschließend eine Vergütungsbehandlung ohne Abschreckung des unterkühlten Austenitgefüges, aber mit einer Anlaßbehand¬ lung möglicherweise zur Bildung eines Bainitgefüges und eine Anlaßbehandlung mit einer Abkühlung des Flachprofils vor dem Aufwickeln durchgeführt wird. Hierbei wird statt der vorstehend beschriebenen Martensitbildung das Zwischenstufengefüge Bainit erzeugt, das die ebenfalls schon vorstehend vorteilhaften Eigenschaften auf¬ weist.

Weiterhin wäre es auch denkbar, ohne Erzeugung von unterkühltem Austenit direkt wie schon vorstehend beschrieben in ^' der Austenitphase zu walzen, nach dem Wal¬ zen des Flachprofiles im Temperatürbereich des Austenitgefüges zur Martensitbil¬ dung abzuschrecken, aber direkt anschließend eine Anlaßbehandlung und eine Ab¬ kühlung des Fiachprofiles vor dem Aufwickeln durchzuführen. Hiermit wird ein ange¬ lassenes Martensitgefüge hergestellt, das ebenfalls die schon genannten Vorteile aufweist.

Von Vorteil bei allen diesen unterschiedlichen Verfahrensführungen ist es, wenn das Vormaterial während des Walzvorganges zumindest auf der nach dem Abkühlen des Vormaterials in der Kühlstation eingestellten Temperatur gehalten wird. Hierdurch verändert sich das Gefüge während des Walzens nicht oder nicht zu stark, so daß das Walzen allein keine Gefügeänderungen auslöst. Hierfür muß ggf. je nach Aus¬ gestaltung des Walzvorganges im Hinblick auf die in das Vormaterial dabei einge¬ brachte Umformungsarbeit und die dadurch auftretende Temperaturveränderung des Vormaterials entweder Wärme aus der Walzzone abgeführt werden, z.B. bei hohe Umformungsgraden, oder z.B. bei geringen Umformungen das Vormaterial z.B. durch Temperieren der Walzen auf der gewünschten Temperatur durch Wärmezu¬ fuhr gehalten werden.

Weiterhin ist es denkbar, daß abhängig von der Wahl der durchzuführenden Verfah¬ rensführung das Vormaterial nach dem walztechnischen Umformen zum endmaßna¬ hen Flachprofil einer weiteren Kühlung, insbesondere einer Schnellkühlung unterwor- fen wird. Hierzu kann der dann schon als Flachprofil vorliegende Werkstoff z.B. einer Wasserkühlung oder dgl. bekannten Kühlverfahren unterworfen werden.

Sinnvoll kann es weiterhin sein, wenn die Schnellkühlung das gewalzte Flachprofil zumindest unter die Temperaturgrenze für das Ablaufen von Oxidationsvorgängen an der Oberfläche des Flachprofile abkühlt und damit dafür sorgt, daß Verzunde- rungsvorgänge oder dgl. nicht mehr oder nicht mehr in unzulässigem Maße ablaufen können.

Von Vorteil ist es, wenn die Abkühlung des Vormaterials nach dem Durchlaufen der Aufheizstation und vor dem Walzen in einem temperierten Metallbad erfolgt. Derarti¬ ge temperierte Metallbäder sind grundsätzlich bekannt und erprobt und bieten die Möglichkeit, durchlaufende Metallbänder gezielt und genau zu temperieren und auch auf einer einmal vorgegebenen Temperatur zu halten, um entsprechende Aus¬ gleichsvorgänge ablaufen zu lassen, ohne daß die Oberflächen der Metallbänder einer unzulässigen Oxidation ausgesetzt werden.

Hier kann in weiterer Ausgestaltung auch daran gedacht werden, daß das Vormate- rial zur Abkühlung des Vormaterials nach dem Durchlaufen der Aufheizstation eine vorgebbare Zeit in dem temperierten Metallbad verbleibt, insbesondere das tempe-

rierte Metallbad eine vorgebbare Zeit durchläuft, um die schon angesprochenen Ausgleichsvorgänge zur Temperierung des ganzen Querschnittes des Vormaterials ablaufen zu lassen.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Aufheizung des Vormaterials mittels induktiver Erwärmung und/oder konduktiver Erwärmung und/oder mittels flüssiger Metallbäder erfolgt. Selbstverständlich sind auch andere, hier nicht näher angesprochene Aufhei¬ zungsmethoden denkbar, die in der Metallurgie bekannt und üblich sind.

Eine Verbesserung der Oberfläche des Flachprofiles läßt sich erreichen, wenn die Aufheizung des Vormaterials unter Schutzgaseinfluß durchgeführt wird. Hierdurch werden schon bei der Aufheizung des Vormaterials auftretende Oxidationsvorgänge unterbunden, die sich dann natürlich auch nicht durch die ganze Prozeßführung fort¬ pflanzen und damit auch keine späteren Maßabweichungen oder Oberflächendefek¬ te hervorrufen können.

Denkbar ist es weiterhin, daß zwischen Aufheizstation und Kühlstation eine Ver- gleichmäßigungseinrichtung für einen Temperaturausgleich innerhalb des aufgeheiz¬ ten Vormaterials durchlaufen wird, wobei in weiterer Ausgestaltung die Vergleichmä¬ ßigung der Temperatur innerhalb des aufgeheizten Vormaterials nach dem Durch¬ laufen der Aufheizstation unter Schutzgaseinfluß durchgeführt werden kann.

Die Erfindung betrifft gemäß Anspruch 26 weiterhin eine Vorrichtung zur Durchfüh- rung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1 , bei der die Vorrichtung in Durchlaufrich¬ tung des Vormaterials eine Wickel-/Abzugseinrichtung für das Abwickeln des aufwi¬ ckelbaren Vormaterials oder eine Zuführeinrichtung für das stangenförmige Vormate¬ rial, eine Aufheizstation, eine Kühlstation zur Einstellung einer Walztemperatur, eine Walzstation, eine Kühlstrecke und eine Wickel-/Abzugseinrichtung zum Aufwickeln des aufwickelbaren Flachprofils oder eine Abführeinrichtung für das stangenförmige Flachprofil aufweist. Diese Grundkonfiguration der Vorrichtung ermöglicht die Durch¬ führung der grundlegenden Verfahrensvarianten, bei denen nach dem Aufheizen eine gezielte Abkühlung des Vormaterials auf eine Temperatur vorgenommen wird, die ein Walzen des Vormaterials mit einem Gefüge entweder als Austenitgefüge, als Patentiergefüge, als Bainitgefüge oder als unterkühlter Austenit zuläßt. Hierbei kann abhängig von dem Gradienten der Abkühlung und der Abkühlzeit das entsprechende

Gefüge eingestellt werden. Weitere Nachbehandlungen oder auch Zwischenvorgän¬ ge können sich durch Zwischenschaltung oder Nachschaltung entsprechender zu¬ sätzlicher Vorrichtungskomponenten durchgeführt werden wie z.B. dem Walzen nachfolgende Wärmebehandlungsvorgänge wie etwa beim Vergüten oder auch Temperiervorgänge wie etwa das Halten des Vormaterials bei bestimmter Tempera¬ tur über eine definierte Zeitspanne, um Ausgleichsvorgänge innerhalb des Materials ablaufen lassen zu können.

Von Vorteil ist es, wenn die Walzstation mindestens eine Walzeinrichtung, vorzugs¬ weise mehrere hintereinander geschaltete Walzeinrichtungen aufweist. Hierdurch kann durch gezielte Gestaltung und auch Hintereinanderordnung mehrerer Walzein¬ richtungen eine schonende Umformung des Vormaterials beim Walzen erzielt wer¬ den.

Denkbar ist es weiterhin, daß im Bereich der mindestens einen Walzeinrichtung eine Temperaturüberwachung zur Erfassung der Temperatur des Vormaterials vor/und oder nach dem Walzen angeordnet ist, mit der z.B. in Bezug auf die Gefügeausbil¬ dung unzulässige Temperaturveränderungen während des Walzens erkannt und z.B. durch gezielte Wärmeeinbringung in die Walzen etwa durch Temperieren der Wal¬ zen abgestellt werden können.

Für die gezielte Erwärmung des Vormaterials ist es von Vorteil, wenn zur Aufheizung des Vormaterials mittels konduktiver Erwärmung stromdurchflossene Kontaktrollen im Einlaufbereich der Vorrichtung für das Vormaterial angeordnet sind. Eine derarti¬ ge, grundsätzlich bekannte konduktive Erwärmung des Vormaterials erlaubt eine gut steuerbare Erwärmung und damit Gefügeumwandlung des Vormaterials.

Eine besonders günstige Abkühlung des Vormaterials läßt sich realisieren, wenn die Kühlstation zur Einstellung einer Walztemperatur ein temperiertes Metallbad auf¬ weist. Ein derartiges temperiertes, etwa ein Metallbad aus einer Blei-Wismut- Legierung, wird schon vielfach benutzt und ist daher hinsichtlich seines Verhaltens bekannt und erprobt. Damit läßt sich aber auch bei relativ längeren Durchlaufzeiten des Vormaterials durch ein derartiges Metallbad eine sichere Temperierung des Vormaterials bei gleichzeitiger Verhinderung von Oxidationsvorgängen auf der Ober¬ fläche des Vormaterials gewährleisten.

Denkbar ist es hierbei, daß das temperierte Metallbad vor und/oder nach der Walz¬ station angeordnet ist. Je nach Verfahrensführung kann bei entsprechender Ab¬ stimmung der Aufheiztemperatur in der Aufheizstation direkt aus der Austenitphase heraus gewalzt werden, so daß das Metallbad dann die Temperierung des gewalzten

5 Flachprofils für die Bildung von bainitischem Zwischenstufengefüge übernimmt. In anderen Fällen wird das Metallbad zur gezielten Abkühlung des Vormaterials auf die Walztemperatur genutzt und muß naturgemäß dann vor der Walzstation angeordnet werden. Hierbei kann in weiterer Ausgestaltung das temperierte Metallbad eine Wi¬ ckel- und/oder Umlenkeinrichtung aufweisen, über die das Vormaterial während der o Verweildauer im temperierten Metallbad geführt wird. Die Wickel- bzw. Umlenkein¬ richtung kann dabei auch Pufferfunktion für nachgelagerte Vorrichtungsstationen übernehmen.

Für bestimmte Varianten der Verfahrensführung ist es von Vorteil, wenn in der Kühl¬ strecke eine Wasserkühlung das Flachprofil mit hohem Temperaturgradienten ab- 5 kühlt. Hierdurch werden nach dem Walzen erzielte Gefügestrukturen durch die schnelle Abkühlung quasi eingefroren und bleiben auch bei tieferen Temperaturen erhalten.

Im Rahmen der Nachbehandlung von gewalzten Flachprofilen ist es von Vorteil, wenn zur Erwärmung des Flachprofiles für ein nach dem Walzen sich anschließen- o des Vergüten eine weitere konduktive Aufheizstation vorgesehen ist, in der dann z.B. die Erwärmung wieder unter Schutzgaseinfluß erfolgen kann. Auch kann beispiels¬ weise zur Abkühlung des Flachprofiles im Rahmen eines nach dem Walzen sich an¬ schließendes Vergüten eine weitere Kühlstrecke vorgesehen werden.

Die Erfindung beschriebt weiterhin gemäß Anspruch 38 ein Flachprofil, hergestellt 5 nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1. Ein derartige Flachprofil weist vorteilhaft im wesentlichen einen Rechteckquerschnitt oder einen rechtecknahen Querschnitt auf, wobei unterschiedlichste Ausgestaltungen des Kantenbereiches je nach späterer Verwendung des Flachprofils eingestellt werden können.

Vorteilhaft ist es, wenn als Vormaterial typische Kohlenstoffstähle, insbesondere o Kohlenstoffstähle mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,10 und 1 ,35 %, insbeson¬ dere auch C 10 bis Ck 101/125 Cr1 , verarbeitbar sind. Derartige Flachprofil sind da-

bei vorzugsweise in Abmessungen zwischen einer Dicke von 0,5 - 5 mm und einer Breite von 4 - 25 mm verarbeitbar.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zeigt die Zeichnung.

Es zeigen:

Figur 1 - eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer Vor¬ richtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Warmwalzen von Walzdrähten mit den wichtigsten Vorrichtungsbestandteilen,

Figur 2 - ein kontinuierliches Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild für die Durchführung des Verfahrens gemäß Figur 1 ,

Figur 3 - eine schematische Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer Vor¬ richtung gemäß Anspruch 26 zur Durchführung des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens mit einer Abkühlung des Vormaterials vor dem walzen zur Herstellung von Patentiergefüge, Bainitgefüge oder ei- nem unterkühlten Austenitgefüge,

Figur 4 - ein isothermes Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild für die Durchführung des Verfahrens gemäß Figur 3 mit der Angabe der je¬ weiligen Verfahrensführung zur Herstellung von Patentiergefüge, Bainitgefüge oder einem unterkühlten Austenitgefüge,

Figur 5 - eine modifizierte Vorrichtung gemäß Figur 3 zur nach dem Walzen durchgeführten Wärmebehandlung eines unterkühlten Austenitgefü- ges,

Figur 6 - eine modifizierte Vorrichtung gemäß Figur 3 zur nach dem Walzen durchgeführten Wärmebehandlung eines Austenitgefüges ohne Kühleinrichtung vor dem Walzen,

Figur 7 - eine modifizierte Vorrichtung gemäß Figur 3 mit Kühleinrichtung vor der Walzstation und Einrichtungen zur nach dem Walzen durchge¬ führten Wärmebehandlung,

Figur δ - eine modifizierte Vorrichtung gemäß Figur 7 mit Kühleinrichtung nach der Walzstation und Einrichtungen zur nach dem Walzen durchgeführten Wärmebehandlung.

In der Figur 1 ist in einer sehr schematischen Darstellung der Aufbau einer Vorrich- 5 tung zur Durchführung eines Verfahrens zum Warmwalzen von Walzdraht zu Flach¬ profilen dargestellt. Hierbei handelt es sich um eine Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens ohne spezielle Einrichtung zur Abkühlung des Vormaterials vor dem Walzen.

Unter einem Flachprofil 18 soll hierbei Stahlmaterial verstanden werden, dessen o Breite maximal 10 bis 20 mal seiner Dicke entspricht und das üblicherweise als kon¬ struktive Basis für hauptsächlich mechanisch belastete Bauteile wie etwa Federn, Kolbenringe oder dergleichen sowie etwa auch Sägeblätter oder sonstige hochbelas¬ tete Werkstücke Verwendung findet. Die Abmessungen derartiger Flachprofile sind im Gegensatz zu sonst hergestelltem Walzband eher gering und liegt typischerweise 5 im Bereich von bis zu 30 Millimetern in der Breite und 5 Millimetern in der Dicke. Das Vormaterial 17 wird üblicherweise als runder Walzdraht der Anlage 1 zugeführt, kann aber natürlich auch andere Querschnitte als Ausgangsmaterial für das Walzen in einer Walzeinrichtung 7 aufweisen.

Das Vormaterial 17 wird bei Anlage 1 von einem Haspel mit einem Spulenablauf 2 o über einen Raupenabzug 3 und eine Richteinrichtung 4 in eine Einrichtung 5 zur konduktiven Erwärmung des Vormaterials 17 eingefördert, wobei die konduktive Ein¬ richtung 5 stromdurchflossene Kontaktrollen 16 aufweist, die über die Einkopplung des Stromes in das Vormaterial 17 entlang der konduktiven Einrichtung 5 eine Er¬ wärmung des Vormaterials 17 bewirken. Diese Erwärmung erfolgt überwiegend in 5 einem Schutzgaskanal 6, der verhindert, daß bei der Erwärmung Oxidationsprodukte auf der Oberfläche des Vormaterials 17 entstehen. Im Anschluß an das zweite Paar Kontaktrollen 16 ist ein ebenfalls kanalartiger und möglicherweise mit Schutzgas ge¬ fluteter Kanal 12 als Ausgleichszone vorgesehen, innerhalb dessen sich das Vorma¬ terial 17 durch Ausgleichsvorgänge gleichmäßig auch im Innenbereich erwärmt und o sich damit vor dem Eintreten in die Walzeinrichtung 7 eine gleichmäßiger Tempera¬ turverlauf innerhalb des Vormaterials 17 eingestellt hat. Innerhalb dieser Ausgleichs-

zone 12 fällt die Temperatur des Vormaterials 17 von der beispielsweise bei der Er¬ hitzung zwischen den Kontaktrollen 16 anfallenden Endtemperatur von z. B. 1020° Celsius auf eine niedrigere Temperatur, so daß innerhalb der Ausgleichszone 12 eine Abkühlung des Vormaterials 17 auf eine Temperatur z.B. knapp oberhalb der Aß-Temperatur eintritt. Mit dieser Temperatur, die beispielsweise vor bzw. nach der Walzeinrichtung 7 durch eine etwa per Strahlungspyrometer realisierte Temperatur¬ messung 8 überwacht wird, tritt das Vormaterial 17 in die Walzeinrichtung 7 ein und wird dort in einem oder mehreren Stichen (dargestellt ist vereinfacht nur eine Walz¬ einrichtung 7, es können aber auch mehrere derartige Walzeinrichtungen 7 hinter- einander geschaltet werden) zu dem Flachprofil 18 gewalzt, das dann mittels einer Kühlstrecke 9 mit hier z.B. zwei Schnellkühlern 10 abgekühlt und über einen Rau¬ penabzug 3 einer Aufhaspel 11 aufgegeben und dort zu einem Coil gewickelt wird. Das Vormaterial 17 durchläuft somit die Anlage 1 in Durchlaufrichtung 19 und wird der Anlage 1 als aufgewickeltes Coil zum Beispiel eines runden Walzdrahtes zuge- führt und als Coil eines Flachprofils 18 aufgewickelt fertiggestellt.

Eine derartige Walzlinie 1 führt ein Verfahren aus, daß gemäß der Figur 2 in einer Darstellung in einem kontinuierlichen Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild für einen Stahl C 75 veranschaulicht zur Herstellung von Bainit gemäß der Temperatur¬ führung entlang der Linie 13 verläuft. Hierbei wird bei einer Temperatur von knapp unterhalb von 800° Celsius das Vormaterial 17 gewalzt und dann entlang der Linie 13 abgekühlt. Das hierbei entstehende Sorbitgefüge sorgt für die entsprechenden Eigenschaften des derart hergestellten Flachprofils 18. Nachteilig an dieser Vorge¬ hensweise ist es, daß durch die Abkühlung nur in der Ausgleichszone 12 die Tempe¬ ratur des Vormaterials 17 relativ aufwendig einzuregeln ist, zudem läßt sich die Temperatur nicht auf Werte reduzieren, die für andere Verfahrensführungen sinnvoll wären.

Es wird daher eine Weiterentwicklung der in der Figur 1 aufgezeigten Anlage 1 inso¬ fern vorgeschlagen, daß gemäß Figur 3 die Anlage 1 insofern modifiziert wird, daß vor der Walzeinrichtung 7 eine Kühleinrichtung 14 z. B. bestehend aus einem Me- tallbad, etwa einem Blei-Wismut-Metallbad, vorgeschaltet wird, in dem eine gezielte Abkühlung des Vormaterials 17 vor dem Eintreten in die Walzeinrichtung 7 vorge¬ nommen wird, so daß das Gefüge des Vormaterials 17 beim Eintreten in die Walz-

einrichtung 7 genau definierten Bedingungen entspricht und daher die Verformung des Vormaterials 17 zum Flachprofil 18, ggf. in Verbindung mit noch später weiter beschriebenen nachfolgenden Behandlungsvorgängen, das gewünschte Gefüge des Flachprofils 18 sowie die erforderlichen Querschnittsabmessungen und Quer- 5 schnittsformen ergibt. Ansonsten entspricht die Anlage 1 der Figur 3 im wesentlichen der Anlage 1 der Figur 1 , so daß im weiteren nur auf die bestehenden Unterschiede näher eingegangen werden soll.

Die Erwärmung in der konduktiven Einrichtung 5 kann hierbei zwei- oder mehrstufig erfolgen, wobei eine Anzahl von Kontaktrollen 16 hintereinander angeordnet sind, so o daß die Erwärmung mehrstufig, möglicherweise sogar unter Anwendung verschiede¬ ner Stromstärken und damit unterschiedlicher Temperaturgradienten bei der Erwär¬ mung vorgenommen werden kann. Dies bewirkt in aller Regel eine wesentlich besser steuerbare Erwärmung des Vormaterials 17, darüber hinaus treten schon während des Durchlaufes durch die konduktive Einrichtung 5 entsprechende Ausgleichsvor- 5 gänge auf, so daß das Vormaterial 17 am Ende des Durchlaufes durch die kondukti¬ ve Einrichtung 5 sehr gleichmäßig etwa auf der angegebenen Temperatur von 1020° Celsius vorliegt.

Das Metallbad 14 weist für den Durchlauf des Vormaterials 17 eine Wickelvorrich¬ tung 15 in Form von Rollen von z. B. einem Meter Durchmesser auf, auf die das o Vormaterial 17 mehrfach umwickelt wird und damit über eine vorgebbare Zeit inner¬ halb des Metallbades 14 beim Durchlauf durch das Metallbad 14 verbleibt. Das Me¬ tallbad 14 ist dabei so temperiert, daß die gewünschte Ausgangstemperatur für das Walzen des Vormaterials 17 in der Walzeinrichtung 7 sich innerhalb des Vormateri¬ als 17 einstellt und damit sich innerhalb des Vormaterials 17 genau das Gefüge aus- 5 bilden kann, daß zum Walzen innerhalb der Walzeinrichtung 7 für die Erzielung des späteren Endgefüges benötigt wird. Um unzulässige Oberflächenveränderungen des Vormaterials 17 nach dem Austritt aus der konduktiven Einrichtung 5 und beim Durchtritt durch das Metallbad 14 zu verhindern, sind vor und nach dem Metallbad ebenfalls Schutzgaskanäle 6 angeordnet, so daß das Vormaterial 17 nahezu voll- o ständig unter Schutzgasatmosphäre erwärmt und temperiert wird.

Nach dem Walzen in der Walzeinrichtung 7 wird das Flachprofil 18 über einen Schnellkühler 10 mittels einer Wasserkühlung oder dergleichen abgekühlt und wie schon zur Figur 1 beschrieben aufgewickelt.

In der Figur 4 sind verschiedene denkbare Verfahrensabläufe entlang der Linie 13 ^' , 13",13 ^'" in einem isothermen Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubild für einen Stahl C 75 aufgezeichnet, die die unterschiedlichen einzustellenden Endgefüge des Flachprofils 18 nach dem Walzen in der Walzeinrichtung 7 angeben. Wird beispiels¬ weise innerhalb der Kühleinrichtung 14 die Temperatur des Vormaterials auf einen Wert um etwa 500° Celsius reduziert und dann gewalzt, so läßt sich bei diesem Stahl gemäß der Linie 13 ^' ein sogenanntes Patentiergefüge einstellen, das eine beson¬ ders hohe Zähigkeit bei sehr hohen Zugfestigkeitswerten ermöglicht. Wird in der Kühleinrichtung 14 hingegen noch weiter auf Werte um ca. 350° Celsius abgekühlt, so ergibt sich beim Walzen ein sogenanntes Zwischenstufengefüge in Form eines Bainitgefüges gemäß der Linie 13 ^" . Eine besonders interessante Möglichkeit zur Herstellung von Flachprofilen 18 besteht darin, die Abkühlung in der Kühleinrichtung 14 derart schnell auszuführen, daß man gemäß der Linie 13 ^'" in den Bereich unter 300 Grad Celsius des unterkühlten Austenits für das Walzen in der Walzeinrichtung 7 kommt und dann durch entsprechende Nachbehandlung eine Martensithärtung dieses unterkühlten Austenites durchführen kann.

Somit ist durch die Einschaltung einer Kühleinrichtung 14 vor dem Walzen in der Walzeinrichtung 7 die Möglichkeit geschaffen, auf einer Anlage 1 eine sehr unter¬ schiedliche Art von Werkstoffen zu Flachprofilen 18 zu verarbeiten und dabei jeweils die optimale Verfahrensführung gemäß den Linien 13 ^' , 13 ^" ,13 ^'" in der Figur 4 fah¬ ren zu können.

Eine Modifikation der für die Figur 3 beschriebenen Anlage zum Walzen von unter- kühltem Austenit als Gefüge des Vormaterials 18 zeigt die Figur 5, bei der bis zum Walzen in der Walzeinrichtung 7 das für die Figur 3 Ausgesagte wie vorstehend gilt. Nach der Schnellkühlung 10 nach dem Walzen in der Walzeinrichtung 7 ist eine wei¬ tere konduktive Einrichtung 5 ^' angeordnet, die zum erneuten Erhitzen des Flachpro- fils 18 für eine Vergütung des Gefüges des Flachprofils 18 dient, wobei ebenfalls wieder konduktiv erwärmt und in einer nachfolgenden Schnellkühlung 10 abgekühlt

wird. Hierdurch läßt sich eine weite Steuerung der Eigenschaften des als unterkühl- ter Austenit gewalzten Vormaterials 17 erzielen.

In der Figur 6 ist eine weitere Modifikation der Anlage 1 dargestellt, bei der gemäß Linie 3 in der Figur 4 das Walzen ohne gesonderte Kühleinrichtung und nur nach einer gewissen Abkühlung in der Ausgleichszone 12 erfolgt und damit das Walzen in der Walzeinrichtung 7 im Austenitbereich des Gefüges des Vormaterial 17 ausge¬ führt wird. Dieses derart gewalzte und in der Kühleinrichtung 10 abgekühlte Flach¬ profil 18 wird dann wie schon vorstehend zur Figur 5 beschrieben durch Vergüteope¬ rationen in einer konduktiven Einrichtung 5 ^' angelassen und damit noch einmal in seinen Eigenschaften geändert.

Gemäß den Figuren 7 und 8 sind noch einmal zwei Varianten der Anlage 1 gemäß der Figur 5 dargestellt, bei denen die Kühleinrichtung 14 einmal vor und einmal nach der Walzeinrichtung 7 angeordnet ist, so daß die Temperaturführung des Vormateri¬ als 17 im Bereich der Walzeinrichtung 7 gezielt auch beispielsweise nach dem WaI- zen in der Walzeinrichtung 7 durch Temperieren des entstanden Flachprofiles 18 weiter verändert werden kann. Die Kühleinrichtung 14 gemäß der Figur 8 kann dabei etwa zum entsprechend langsamen oder gezielten Temperieren des Flachprofiles 18 nach dem Walzen dienen, um die nach dem Walzen vorliegenden Gefüge des Flachprofils 18 einer gezielten Veränderung zuzuführen, ohne direkt eine zu schnelle Kühlung des Flachprofils 18 durchzuführen.

Sachnummernliste

1 Walzlinie/Anlage

2 Spulenablauf

3 Raupenabzug 4 Richteinrichtung

5, 5 ^' - konduktive Erwärmung

6 Schutzgaskanal

7 Walzeinrichtung

8 Temperaturmessung 9 Kühlstrecke

10 Wasserkühlung

11 Aufhaspel

12 Ausgleichszone

13-13 ^' "- Temperaturführung für Verfahrensvarianten 14 Kühlstation/Metallbad

15 Wickelvorrichtung

16 Kontaktrollen

17 Vormaterial

18 Flachprofil 19 Durchlaufrichtung Vormaterial