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Verfahren zur Vermeidung der Rillenbildung, sowie zur Verbesserung
der mechanischen und technologischen, Eigenschaften an kaltgewalzten, rostbeständigen,
ferritischen Bändern mit 14 bis 20 % Chrom An kaltgewalzten, rostbeständigen ferritischen
Bändern mit 14 bis 20% Chrom treten vielfach parallele zur Walzrichtung mehr oder
weniger starke »Rillen« auf, die eine Verwendung in Fällen, wo an die Oberfläche
und das Aussehen eines Fertigteils hohe Anforderungen gestellt werden, vielfach
in Frage stellen. Dies gilt beispielsweise für Automobilzierteile, für Stoßstangen,
Radkappen, Haushaltsgegenstände, Hohlwaren od. dgl. Es besteht die Möglichkeit,
die störenden Erscheinungen durch Schleifen und Polieren am Fertigteil zu beseitigen,
doch sind die durch die zusätzliche Bearbeitung anfallenden Kosten zumeist wirtschaftlich
nicht vertretbar.
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B i 1 d 1 zeigt dementsprechend im Maßstab 2; 1 die Rillenstruktur
auf der Oberfläche eines 17%igen Chrombandstahls. Es hat sich auch herausgestellt,
daß die mit diesen Rillen behafteten Bänder nicht über die gewünschten mechanischen
und technologischen Eigenschaften verfügen.
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Umfangreiche Versuche in verschiedenen Ländern haben ergeben, daß
der geschilderte Fehler schon am Kaltband oder auch bei der nachträglichen Umformung
beim Verbraucher (z. B. Tiefziehen) auftreten kann.
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Diese Fehlerscheinung ist im deutschen Schrifttum, z. B. in einer
Arbeit von H.-G. A p p e 1 und H. Becker, Zeitschrift für Metallkunde, 1963, S.724ff.,
sowie Technische Berichte, Stahlwerke Südwestfalen, September 1963 (150d), beschrieben.
Geeignete Lösungswege zur Behebung dieser Erscheinungen sind hierin nicht angegeben.
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Der erwähnte Fehler trägt in der Literatur die Bezeichnung Rillen,
Wellen, ribbing and roping, ridging, washboard-effect. Bei der großen wirtschaftlichen
Bedeutung, die einer Beseitigung dieses Fehlers zukommt, ist es naheliegend, daß
überall an der Beseitigung dieses Problems gearbeitet worden ist.
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Die Untersuchungen haben ergeben, daß die sogenannte Rillenbildung
wahrscheinlich auf die ausgeprägte zeilige Anordnung der Karbide bzw. auch der Ferritkörper
zurückzuführen ist. Diese charakteristische Struktur entsteht offenbar bereits durch
den Warmwalzvorgang und ist ein Zeichen dafür, daß im Gefüge infolge Entmischungen
eine ausgeprägte Heterogenität vorliegt.
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Die Bemühungen gehen daher dahin, die zeilige Anordnung des Gefüges
als wahrscheinliche Ursache der Rillenbildung zu beseitigen.
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In mehreren Druckschriften werden Verfahren zur Vermeidung der Rillenbildung
durch Zulegieren von bis zu 0,75 % Niob oder Vanadium gelehrt, z. B. in der USA.-Patentschrift
2 965 479 und den französischen Patentschriften 1284 290 und 1338498.
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Die vorgenannten Elemente sollen durch Abbinden von Kohlenstoff und
Stickstoff eine zeilige Anordnung der Karbide bzw. Nitride verhindern.
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Die Legierungselemente Niob und Vanadium verändern aber den Werkstoff
in seinem Verhalten. Zum Beispiel ändern sich die Festigkeitseigenschaften, und
es wird die Polierfähigkeit, die gerade bei diesem Stahl eine große Rolle spielt,
erheblich verschlechtert. Außerdem verteuert das Verfahren die Herstellungskosten.
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Die USA.-Patentschriften 3 128 211 sieht neben einer Zulegierung von
Niob eine Verbesserung des Gußgefüges durch Rütteln, Kaltvergießen oder Zugabe eines
keimbildenden Mittels vor. Außerdem soll durch mehrfaches Zwischenglühen bei der
Kaltwalzung die Rilligkeit vermieden werden.
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Das mehrfache Zwischenglühen bei der Kaltwalzung kann aus wirtschaftlichen
Gründen jedoch nur in Sonderfällen zur Anwendung kommen.
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In anderen Druckschriften sind besondere Glühverfahren bekanntgeworden,
die die zeilige Anordnung der Ferritkörner und Karbide beseitigen sollen. Diese
Verbesserung soll durch verschieden langes Glühen oberhalb des Umwandlungspunktes
im Zweiphasengebiet (Austenit), vorzugsweise im Bereich zwischen 950 und 1050° C,.mit
anschließender normaler Abkühlung und üblicher Glühung unterhalb des Umwandlungspunkts,
zum Teil auch
während der Kaltwalzung erreicht, werden (vgl. zum
Beispiel die USA.-Patentschriften 2 772 992, 2 808 353 und 3 139 358). .
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Bei allen diesen Verfahren bestand die Lösung der Aufgabe grundsätzlich
darin, während eines einzigen Glühprozesses durch längere ödet kürzere Glühzeiten
bei hohen Temperaturen eine Auflösung der Karbide und gleichzeitig ein Kornwachstum
der Ferritkörner zu erreichen.
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Jedoch bietet keiner dieser Vorschläge eine technisch und vor allem
wirtschaftlich befriedigende Lösung, denn die Glühung oberhalb des Umwandlungspunkts
bewirkt selbst bei kurzen Glühzeiten eine starke Verschlechterung der Oberfläche,
die bei den hohen Anforderungen eine normale Verwendung der Bänder in Frage. stellt
oder zusätzliche Arbeitsgänge, wie Schleifen. od. ä.- erforderlich macht.
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Das Problem - der technisch einwandfreien und wirtschaftlich vertretbaren
Beseitigung der sogenannten _Rillenbildung ist also bis heute ungelöst geblieben.
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überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß durch eine- bestimmte
Wärmebehandlung bei der Warmbandglühung, die stufenweise bei niedrigen Temperaturen
und entsprechenden Glühzeiten durchgeführt wird, die besprochene Rilligkeit vermieden
werden kann.
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Versuche, die zunächst bei Einzeltemperaturen zwischen 780 und 920°
C durchgeführt wurden, erbrachten selbst bei extrem langen Haltezeiten von mehr
als 100 Stunden keine Beseitgung des Fehlers, da hierdurch allein eine merkliche
Gefügeverbesserung im Sinne einer Beseitigung der zeiligen Struktur nicht erreichbar
war.
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Erst durch die Kombination einer höheren mit einer direkt anschließenden
tieferen Temperatur bei entsprechenden Glühzeiten erfährt das Gefüge, wie durch
weitere Versuche festgestellt wurde, eine starke Veränderung, die in einer Verbesserung
der Kornstruktur und einer Auflösung der Karbidzeilen resultiert.
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Danach besteht das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermeidung der sogenannten
Rillenbildung (Ribbing and Roping, Riding) sowie zur Verbesserung des Mikrogefüges
zwecks Erhöhung der mechanischen und technologischen Eigenschaften an kaltgewalzten,
rostbeständigen ferritischen Stahlbändern mit 14 bis 20 % Cr während der üblichen
Haubenglühung der Warmbänder darin, daß in einer ersten Verfahrensstufe das Warmband
als Bund (Coil) zunächst bis zu 10 Stunden im Bereich zwischen 750 und 970° C geglüht
wird, wobei die Glühtemperatur vorzugsweise wenig unter bzw. im Bereich der beginnenden
Austenitbildung, d. h. mindestens 50° C unter und maximal 50° C über der beginnenden
Austenitbildung liegen- soll, und daß in einer zweiten Verfahrensstufe eine Ofenabkühlung
auf einen Bereich zwischen 700 und 850° C erfolgt und daß in diesem Bereich bis
zu 40 Stunden gehalten wird, wobei der Zusammensetzung des Stahls entsprechend die
Temperatur der optimalen Rekristallisationsgeschwindigkeit anzustreben ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, daß die Glühung der ersten Verfahrensstufe etwa 1 Stunde bei 910°
C und die der zweiten etwa 8 Stunden bei 810° C durchgeführt wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die obere Glühtemperatur
der .ersten Verfahrensstufe also noch im Ferritgebiet, doch können eventuell schon
geringe Mengen Austenit vorliegen, die jedoch keineswegs erforderlich sind.
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Bei den Versuchen wurde außerdem festgestellt, daß der gefundene Effekt
dann nur in wesentlich geringerem Maße eintritt, wenn zwischen der ersten und der
zweiten Verfahrensstufe das Glühgut aus irgendwelchen Gründen aus dem Ofen entfernt
und auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
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Vielmehr zeigte es sich, daß der erfindungsgemäße Effekt nur mit Hilfe
der offenbarten kontinuierlichen Stufenglühung, und zwar zuerst bei einer höheren
und anschließend bei einer tieferen Temperatur während verhältnismäßig kurzer Glühzeiten
erreicht wird.
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Da das beschriebene Glühverfahren im Bereich der bisher betrieblich
durchgeführten Glühungen liegt, entstehen vorteilhafterweise keine wesentlichen
Mehrkosten.
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In den nachfolgenden Beispielen und den B i 1 d e r n 1 bis 5 wird
die Erfindung näher erläutert. Die in diesen Beispielen wiedergegebenen Versuchsergebnisse
sowie die Aufnahmen bzw. Mikroaufnahmen beziehen sich auf Durchschnittswerte und
-befunde von Reihenversuchen. Beispiel 1 Chromstahlbänder der nachstehend chemischen
Zusammensetzung:
| C Si Mn P S Cr Ni Mo N2 |
| 0,05 0,44 0,28 0,021 0,010 17,40 0,20 0,08 0,0362 |
entsprechend dem Typ DIN X 8 Cr 17 oder AISI 430 wurden als Warmband von 3 mm Dicke
folgendermaßen geglüht: Fertigung nach konventionellem Verfahren a) 4 Stunden halten
bei 830° C; b) Luftabkühlung; c) anschließend wurde das Band von 3 mm auf 0,8 mm
kalt gewalzt, im Durchlaufofen bei etwa 850° C geglüht und gebeizt.
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Befund nach b) und c): starke Rillenbildung.
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-- B i 1 d 2 zeigt die Mikroaufnahme eines Warmbands, 3 mm, 3 Stunden
bei 830° C betriebsmäßig geglüht. Der Maßstab dieses B i 1 d e s 2 sowie der weiteren
B i 1 d e r 3 bis 5 beträgt 500: 1, d. h., 5 mm Bildlänge entsprechen 10
R., B i 1 d 3 zeigt dasselbe Warmband gemäß B i 1 d 2 auf 0,8 mm gewalzt und geglüht.
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Beispiel 2 Fertigung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung
von Bändern derselben Zusammensetzung und Vorbehandlung wie bei Beispiel 1 a) 1
Stunde halten bei 910° C; b) Ofenabkühlung auf 810° C, Haltezeit 8 Stunden;
c)
Luftabkühlung; d) anschließend wurde das Band auf üblichem Wege wie unter 1, c)
weiterverarbeitet.
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Befund nach c) und d): keine Rillenbildung. Bild 4 zeigt ein erfindungsgemäß
behandeltes Warmband, 3 mm, 1 Stunde bei 910° C und 8 Stunden bei 810° C geglüht.
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B i 1 d 5 zeigt dasselbe Warmband gemäß B i 1 d 4 auf 0,8 mm gewalzt
und geglüht.
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Wie das B i 1 d 2 zeigt, ist bei einem in üblicher Weise geglühten
Warmband vor der Kaltwalzung festzustellen, daß die Karbide parallel in zeiliger
Form angeordnet sind, und zwar in Ketten entlang den Ferritkorngrenzen.
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Nach B i 1 d 3 sind diese Verhältnisse nach der Kaltwalzung und Endglühung
kaum verbessert. Man sieht weiterhin die zeilig angeordneten Karbideinschlüsse als
vermutliche Ursache der Rillenbildung.
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B i 1 d 4 zeigt das nach der erfindungsgemäßen, kontinuierlichen Stufenglühung
behandelte Material. Man sieht im Gegensatz zu dem Material nach B i 1 d 2 hier
einerseits noch deutlich die grob rekristallisierten Ferritkörper, zum anderen sind
die Karbide nicht mehr bevorzugt an den Korngrenzen ausgeschieden. Besonders hervorzuheben
ist die beträchtliche Abschwächung der zeilenförmigen Orientierung der Karbidkörner.
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Es sei zusätzlich auf das erhebliche Anwachsen der Karbidkörner im
Gegensatz zu den vielen kleinen Körnern nach B i 1 d 2 hingewiesen.
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Diese in B i 1 d 4 wiedergegebene, weitgehend gleichmäßige Verteilung
der Karbide ist, wie aus B i 1 d 5 hervorgeht, im Zuge der Kaltverformung nicht
nur erhalten geblieben, sondern hat sich darüber hinaus einer nahezu statistischen
Verteilung genähert. Zu bemerken ist auch, daß die Grobkornausbildung nach B i 1
d 4 durch die Kaltverformung erwartungsgemäß verfeinert wurde.
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Das Ergebnis zahlreicher Betriebsversuche bei der Weiterverarbeitung
des erfindungsgemäß behandelten Materials ergab eine volle Bestätigung dieser auf
den gefundenen Effekt zurückzuführenden Erscheinungen insofern als die Rillenbildung
nachweislich beseitigt bzw. weitgehend abgeschwächt werden konnte; die Polierfähigkeit
dieses Materials sowie sein Glanz wiesen die eingangs beschriebenen Fehlerscheinungen
nach dem Stand der Technik nicht mehr auf.
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In übereinstimmung mit der festgestellten, verbesserten Mikrohomogenität
wurde auch erwartungsgemäß eine Verbesserung der mechanischen und technologischen
Eigenschaften, insbesondere bezüglich des Verhältnisses von Längs- und Querwerten,
festgestellt. Hier ergaben sich teilweise überraschende Werte, deren Nachweis vorbehalten
bleibt.