DE2160805A1

DE2160805A1 - Process for the heat treatment of a surface layer of metal strips

Info

Publication number: DE2160805A1
Application number: DE19712160805
Authority: DE
Inventors: Robert Sandford Woking Surrey; Jenkins Walter Norman; Salt Frederick William; Swansea Glamorgan Barnes (Großbritannien)
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1970-12-09
Filing date: 1971-12-08
Publication date: 1972-06-22
Also published as: CA952199A; IT943194B; AU3641971A; NL7116885A; BE776351A; GB1373490A; AU465402B2; FR2117574A5

Description

Karl Λ O rose
ι, ι·*¹·Karl Λ O rose
ι, ι · * ¹ ·

D-2C-?! Winden - PullachD-2C- ?! Winches - Pullach

DBr/au München-Pullach, 6. Dezember 1971DBr / au Munich-Pullach, December 6, 1971

P/7059 & 7152P / 7059 & 7152

BRITISH STEEL CORPORATION, eine Gesellschaft nach den Bestim mungen des "Iron Sc Steel Act 1967", 33 Grosvenor Place, London, S.W. 1., EnglandBRITISH STEEL CORPORATION, a company under the Iron Sc Steel Act 1967, 33 Grosvenor Place, London, SW 1., England

Verfahren zur Wärmebehandlung einer Oberflächenschicht von Metallbändern.Process for the heat treatment of a surface layer of metal strips.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der Wärmebehandlung einer Oberflächenschicht von Metallbändern, welcher Ausdruck im Rahmen der folgenden Beschreibung von dem Band abgeschnittene Blechtafeln einschließen soll.The invention relates to a method of heat treatment a surface layer of metal tapes, which term cut from the tape in the context of the following description Should include sheet metal.

Die Eigenschaften von Metallbändern sind ein Kompromiß zwischen den Erfordernissen des Substrates und der Oberfläche. Das Substrat muß derartige Eigenschaften, wie Festigkeit, Steifheit und Verformbarkeit haben, und die Oberfläche muß Eigenschaften, wie Korrosionswiderstand, Verschleißfestigkeit und ein gefälliges A'usseres aufweisen. Der Kompromiss wird üblicherweise dadurch erzielt, daß auf das Substrat ein metal Lischer oder organischer Oberflächenüberzug aufgebracht wird oder daß das Produkt oberflächenbehandelt wird, beispielsweise durch Schlichtwalzen.The properties of metal strips are a compromise between the requirements of the substrate and the surface. The substrate must have such properties as strength, rigidity and ductility, and the surface must Have properties such as corrosion resistance, wear resistance and a pleasing appearance. The compromise is usually achieved by applying a metal mixer or organic surface coating to the substrate or that the product is surface treated, for example by finishing rolls.

Das Aufbringen eines Oberflächenüberzuges, insbesondere eines Metallüberzuges bedingt in den meisten Fällen eine Wärmebehandlung des Obf>rflächenüberzuges, während er auf das Substrat nurgebracht wird. Die; thermale Diffus Ionsfahi-fkei t von Stahl-The application of a surface coating, in particular one Metal coating requires in most cases a heat treatment of the surface coating while it is on the substrate is only brought. The; thermal diffuse ion ability of steel

209826/0953 bad209826/0953 bathroom

bandsubstraten ist derart, daß mit den üblichen Heiztechniken das gesamte Substrat schnell auf die gleiche Temperatur wie der Oberflächenüberzug gebracht wird, so daß eine größere Wärmemenge eingesetzt wird, als sie erforderlich ist, um den Oberflächenüberzug alleine wärmezubehandeln und das Substrat selbst wird hierbei zwangsläufig einer unerwünschten Wärmebehandlung unterzogen-tape substrates is such that with the usual heating techniques the entire substrate is quickly brought to the same temperature as the surface coating, so that a greater amount of heat is used when it is necessary to heat treat the surface coating alone and the substrate itself is inevitably subjected to an undesirable heat treatment -

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu verringern und ein Verfahren zu schaffen, bei dem ein Metallband, das keinen Überzug aufweist, mit einer wärmtiehandelten Oberfläche versehen werden kann, wobei sich die Wärmebehandlung nicht in das Substrat selbst erstreckt.The invention has the task of reducing these disadvantages and of creating a method in which a metal strip, that has no coating, with a heat-treated one Surface can be provided, wherein the heat treatment does not extend into the substrate itself.

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird nach einem Gesichtspunkt der Erfindung bei einem Verfahren zur Wärmebehandlung einer Oberflächenschicht eines Metallbandes im wesentlichen dadurch gdöst, daß ein Energiestrahl auf einen Teil der Oberfläche aufgebracht wird und eine Relativbewegung zwischen dem Stahl und dem Band erzeugt wird, so daß der gesamte Flächenbereich der Oberfläche, die wärmebehandelt werden soll, dem Strahl ausgesetzt wird, wobei die Intensität _;. des Strahles und seine Verv/eilzeit auf federn gegebenen Abschnitt der Oberflächenschicht derart gewählt wird, daß die Wärmebehandlung auf die Oberflächenschicht beschränkt bleibt. Durch die Erfindung wird ein Metallband erzielt,.--welches- derart wärmebehandelt wurde, daß die Wirkungen der Wärmebehandlung auf die Oberflächenschicht des Bandes beschränkt sind,The object on which the invention is based is achieved according to one aspect of the invention in a method for heat treatment of a surface layer of a metal strip essentially in that an energy beam is applied to a part of the surface and a relative movement is generated between the steel and the strip exposing the entire area of the surface to be heat treated to the beam, the intensity _; . of the beam and its dwell time on a given section of the surface layer is selected in such a way that the heat treatment remains limited to the surface layer. The invention achieves a metal strip which has been heat-treated in such a way that the effects of the heat treatment are limited to the surface layer of the strip,

Die Oberflächenschichten auf gegenüberliegenden 55eiten des Bandes können beide wärmebehandelt sein.The surface layers on opposite sides of the tape can both be heat treated.

209826/0953 ^_{0 oW}QU»AL209826/0953 ^ _{0 oW} QU »AL

Vorzugsweise wird die Intensität des Strahles und seine Verweilzeit derart gewählt, daß der thermische Wirkungsgrad (der im folgenden noch näher definiert wird) der Wärmebehandlung der Oberflächenschicht größer als 30 % ist. Vorzugsweise ist er größer als 35 oder sogar AO %. The intensity of the beam and its dwell time are preferably chosen such that the thermal efficiency (which will be defined in more detail below) of the heat treatment of the surface layer is greater than 30%. It is preferably greater than 35 or even AO %.

Durch den Ausdruck "thermischer Wirkungsgrad" der Wärmebe- g handlung der Oberflächenschicht ist gemeint E_d/E_a x 100 %, in welcher Gleichung:By the term "thermal efficiency" of Wärmebe- g treatment of the surface layer is meant E _d / E _a x 100% in which equation:

E. = Energie, die erforderlich ist, um die Oberflächenschicht gleichmässig auf die erforderliche Temperatur zu erwärmen, falls angenommen wird, daß die Ober flächenschicht von dem Substrat getrennt ist.E. = energy that is required to create the surface layer to be heated evenly to the required temperature, if it is assumed that the upper surface layer is separated from the substrate.

E = Minimale Energie, die erforderlich ist, um die Oberflächenschicht zu erwärmen, wenn die Oberflächenschicht mit dem Substrat verbunden ist, so daß die Temperatur in der Oberflächenschicht an keiner Stelle geringer als die erforderliche Temperatur ist.E = minimum energy that is required to create the surface layer to heat when the surface layer is bonded to the substrate, so that the temperature in the surface layer is at no point lower than the required temperature.

Die thermischen Wirkungsgrade bekannter Überzugsverfahren sind im allgemeinen sehr gering. Beispielsweise weist elektrolytisch auf Stahl aufgebrachtes Zinn eine matte oberfläche auf, und muß oberhalb seines Schmelzpunktes erwärmt werden, um/iie charakteristische reflektierende Erscheinung des fertigen mit Zinn überzogenen Produktes zu liefern. Ein typischer Zinnüberzug ist hierbei 0,75 Mikrometer dick auf beiden Seiten des Stahlbandes, das ungefähr dann 200 Mikrometer dick ist. Da bei den bekannten Verfahren das Zinn and der Stahl auf die gleiche Temperatur (ungefähr 250° C) erwärmt werden, Is: der thermische Wirkungsgrad sehr niedrig (ungefähr 0,8 bis 0,9 %).The thermal efficiencies of known coating processes are generally very low. For example, electrolytically exhibits Tin applied to steel has a matt surface and must be heated above its melting point in order to / iie to provide a characteristic reflective appearance of the finished tin-plated product. A typical tin plating is 0.75 micrometers thick on both sides of the steel strip, which is then approximately 200 micrometers thick. There In the known processes, the tin and the steel are heated to the same temperature (approx. 250 ° C), Is: der thermal efficiency very low (approx. 0.8 to 0.9%).

2 0 9 8 2 6/0953 . -2 0 9 8 2 6/0953. -

Durch Erwärmen der Oberflächenschicht mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad wird die Wärme nicht zur Wärmebehandlung des Substrates verschwendet.By heating the surface layer with high thermal efficiency, the heat does not become heat treatment of the substrate wasted.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Intensität des Strahles und seine Verweilzeit derart, daß die Temperatur der Oberflächenschicht erheblich über die des darunter liegenden Substrates angehoben wird, was zur Bildung einer Oberflächenschicht mit einer zum Substrat unterschiedlichen metallurgischen Struktur führt.In one embodiment of the invention are the intensity of the beam and its dwell time in such a way that the temperature of the surface layer is considerably higher than that of the underneath lying substrate is raised, which leads to the formation of a surface layer with a different to the substrate metallurgical structure leads.

Nachdem die Oberfläche dem Strahl ausgesetzt wurde, wird die Wärme in der dünnen Oberflächenschicht schnell.in das Substrat abgeleitet, so daß die Oberflächenschicht abgeschleckt wird, was dazu führt, daß die Oberflächenschicht eine andere metallurgische Struktur als das Substrat aufweist. So kann die daraus resultierende Oberflächenschicht härter als das Substrat sein.After the surface has been exposed to the beam, the heat in the thin surface layer quickly dissipates into the substrate derived so that the surface layer is licked off, which leads to the fact that the surface layer is another metallurgical Having structure than the substrate. The resulting surface layer can be harder than the substrate.

Metalle, die nicht Stahl sind, können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wärmebehandelt werden. Falls das Substrat aus Stahl besteht, kann die Wäriibehandlung eine martensitisehe Schicht erzeugen, welche erheblich härter als das Substrat ist. Bestimmte Metall-Legierungen, die lediglich eine weiche metallurgische Struktur nach dem Abschrecken aufweisen, können durch anschließendes Tempern oder Altern bei einer zweckdienlichen Temperatur erheblich gehärtet werden, wie dies auf diesem Gebiet der Technik allgemein bekannt ist. Die vorliegende Erfindung kann Verwendung finden, um die abgeschreckte Oberflächenschicht auszubilden und somit kann beim Tempern eine Metall-Legierung erzielt werden, die ein weiches Substrat und eine erheblich härtere Oberflächenschicht aufweist. Legierungen von Kupfer können Verwendung finden und insbesondere die Legierungen von Kupfer-Chrom, Kupfer-.Nickel, Kupfer-Metals that are not steel can by means of the invention Process are heat treated. If the substrate is made of steel, the heat treatment can be martensitic Create a layer which is considerably harder than the substrate. Certain metal alloys that are merely soft metallurgical Having structure after quenching can be made by subsequent annealing or aging at an appropriate one Temperature cured significantly, as is well known in the art. The present Invention can be used to form the quenched surface layer and thus can be used in annealing a metal alloy can be achieved which has a soft substrate and a considerably harder surface layer. Alloys of copper can be used and in particular the alloys of copper-chromium, copper-nickel, copper

209826/0953209826/0953

Nickel-Mangan, Kupfer-Beryllium und Kupfer-Kobalt-Beryllium. Die Erfindung kann gleichfalls bei bestimmten Aluminiumlegierungen oder Legierungen anderer Metalle angewendet werden. Somit umfaßt der Ausdruck "Metall", wie er in dieser Beschreibung verwendet ist, gleichfalls Legierungen.Nickel-manganese, copper-beryllium and copper-cobalt-beryllium. The invention can also be applied to certain aluminum alloys or alloys of other metals are used. Thus, as used in this specification, the term "metal" includes is used, likewise alloys.

Das Band kann aus einem Metall bestehen und einen Überzug aus einem anderen Metall aufweisen, wobei die Oberflächenschicht mindestens durch eine Oberflächenschicht des Überzuges gebildet wird. The band can consist of a metal and a coating another metal, the surface layer being formed by at least one surface layer of the coating.

Die Oberflächenschicht kann dünner als 60 Mikrometer sein. Sie kann dünner als 30 Mikrometer oder dünner als 25 Mikrometer oder sogar noch erheblich dünner sein.The surface layer can be thinner than 60 micrometers. she can be thinner than 30 microns, or thinner than 25 microns, or even considerably thinner.

Wenn das Band mit dem Überzug versehen wird, kann die Dicke der Oberflächenschicht von dem zum Überzug verwendete! Metall abhängen. Falls der Überzug aus Zinn besteht, kann die Dicke der Oberflächenschicht dünner als 1,5 Mikrometer sein. Falls der Überzug aus Aluminium besteht, kann die Dicke in dem Bereich zwischen 25 und 50 Mikrometer liegen. Die wärmebehandelte Oberflächenschicht kann sich lediglich durch den äuseren Teil des Überzuges erstrecken.When the tape is provided with the coating, the thickness can the surface layer of the one used for the coating! metal depend. If the coating is made of tin, the thickness of the surface layer can be thinner than 1.5 micrometers. If the coating is made of aluminum, the thickness can range between 25 and 50 micrometers. The heat-treated The surface layer can only pass through the outer Extend part of the coating.

Es wurde gefunden, daß in Verbindung mit überzogenen Bandmaterial beim Wärmen mit einem hohen thermischen Wirkungsgrad weitere Vorteile erzielbar sind. Die auf ein Substrat bei einem üblichen Überzugsverfahren aüfgeboachte Energie bewirkt progressiv eine Verschlechterung der Eigenschaften des Substrates aufgrund der unerwünschten Wärmebehandlung, welche zu einer Alterung und einem erheblichen Kornwachstum führt. Gleichfalls können spröde intermetallische Verbindungen anIt has been found that in connection with coated tape material when heating with a high thermal efficiency, further advantages can be achieved. The on a substrate causes a conventional coating process applied energy progressive deterioration in the properties of the substrate due to the undesirable heat treatment which leads to aging and significant grain growth. Brittle intermetallic compounds can also occur

209826/0953 '209826/0953 '

der Berührungsschicht zwischen Überzug und Substrat aufgrund dieser nicht erwünschten Wärmebehandlung wachsen. Beispielsweise mußte durch Schmelzen auf Glanz gebrachtes Weißblech bisher in Wasser direkt nach Schmelzen des Zinns abgeschreckt werden, um die Dicke der spröden Legierungsschicht zu begrenzen und um in einem geringeren Maße die Alterung des Stahles zu beschränken. In Übereinstimmung mit einem weiteren Merkmal der Erfindung Jedoch, ist es möglich, lediglich eine Oberflächenschicht des Überzuges zu schmelzen, tun so die Alterung und das Kornwachstum im Substrat zu vermeiden.the contact layer between coating and substrate grow due to this undesirable heat treatment. For example, tinplate had to be polished by melting previously quenched in water directly after the tin was melted in order to limit the thickness of the brittle alloy layer and to a lesser extent to limit the aging of the steel. In accordance with another feature According to the invention, however, it is possible to melt only a surface layer of the coating, so do the aging and to avoid grain growth in the substrate.

Durch Schmelzen auf Glanz gebrachtes verzinntes Eisenblech, das nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt ist, hat wahrscheinlich auch einen besseren Korrosionswiderstand als verzinntes Blech, das mittels bekannter Verfahren durch Schmelzen auf Glanz gebracht ist. Es wird angenommen, daß dies auf der Tatsache beruht, daß bei konventionellen Verfahren Poren die Neigung zeigen, sich zu vergrößern, indem sich das Zinn während des durch Fließen auf Glanzbringens zurückzieht. Eine ultraschnelle Erhitzung einer Oberflächenschicht des Überzuges und das anschließende Abschrecken (wegen der thermischen Masse des Substrates) verringert dieses.Tinned iron sheet brought to a shine by melting, which is produced according to the process according to the invention, probably also has better corrosion resistance than tinned sheet metal, which has been subjected to known processes Melting is brought to shine. It is believed that this is due to the fact that in conventional methods pores tend to enlarge by the tin withdraws during the brightening by flowing. Ultra-fast heating of a surface layer of the coating and the subsequent quenching (because of the thermal mass of the substrate) reduces this.

Bei anderen bekannten Verfahren, beispielsweise Verzinken mittels Heißtauchen, ist es nicht praktisch, eine Abschreckung so schnell nach dem durch Schmelzen auf Glanzbringen wie bei verzinntem Blech vorzunehmen und die Produkte habei folglich eine Legierungsschicht, die dicker ist als sie normalerweise gewählt werden würde. Aus dem gleichen Grund können heißgetauchte galvanisierte Erzeugnisse nicht leicht derart hergestellt werden, daß sie die Anforderungen der besten tiefziehfähigen Stähle erfüllen. Diese Nachteile der bekannten Verfahren können mittels des erfindungsgemässen Verfahrens verringertIn other known processes, such as hot dipping galvanizing, it is not practical to use a quench as soon after it is brightened by melting as with tinned sheet metal and the products are consequently there an alloy layer that is thicker than would normally be chosen. For the same reason, hot-dipped Electroplated products cannot easily be made to meet the requirements of the best deep drawable Meet steels. These disadvantages of the known methods can be reduced by means of the method according to the invention

209826/0953209826/0953

werden.will.

Die Erfindung ist gleichfalls zweckdienlich bei der Herstellung von mit Überzug versehenen Stahlblech, bei dem der Oberzug (beispielsweise Chrom) pulverförmig auf das Stahlblech oder Stahlband aufgebracht wird. Das konventionelle Erwärmen des Bandes zum Verschmelzen der Pulverteilchen und Verschweissen derselben zur Ausbildung einer Chromschicht führt zu einem unerwünschten Kornwachstum in dem Substrat. Die Wärmebehandlung nach der vorliegenden Erfindung jedoch ermöglicht es, daß die Pulverpartikel verschweißt und in einem zusammenhängenden Überzug diffundiert werden, ohne daß das Substrat durch eine unerwünschte Wärmebehandlung angegriffen wird.The invention is also useful in the manufacture of clad steel sheet in which the top cover (for example chrome) is applied in powder form to the steel sheet or steel strip. Conventional heating of the Ribbon for fusing the powder particles and welding them together to form a chromium layer leads to a undesirable grain growth in the substrate. The heat treatment of the present invention, however, enables the Powder particles are welded and diffused in a cohesive coating without the substrate through an undesired Heat treatment is attacked.

Es ist offensichtlich, daß das Band eine Wärmebehandelte Oberflächenschicht aufweisen wird, die im Vergleich mit dem Substrat dünn ist. Falls zugelassen wird, daß die Dicke der wärmebehandelten Oberflächenschicht sich der Dicke des Substrates nähert, wird das Substrat auf nahezu die gleiche Temperatur wie die Oberflächenschicht erwärmt, obwohl hohe thermische g Wirkungsgrade theoretisch erzielbar sind. Dann ist die Wärmebehandlung nicht auf die Oberflächenschicht beschränkt.It is evident that the tape will have a heat treated surface layer which is thin compared to the substrate. If it is allowed that the thickness of the heat-treated surface layer approaches the thickness of the substrate, the substrate is heated to almost the same temperature as the surface layer, although high thermal g efficiencies are theoretically achievable. Then the heat treatment is not limited to the surface layer.

Beispielsweise würde ein Stahlsubstrat von 250 Mikrometer Dicke mit einer Zinkschicht von 145 Mikrometer Dicke (so daß der Überzug 0,58 % der Substratdicke beträgt) gleichmässig erwärmt, sogar falls der thermische Wirkungsgrad bei 30 % läge. Mit dem gleichen thermischen Wirkungsgrad und einem Verhältnis von Überzugsdicke zu Substratsdicke von weniger als 0,4 wird das Substrat jedoch nicht auf die gleiche Temperatur wie die Oberfläche erwärmt und die Wärmebehandlung ist somit auf eine Oberflächenschicht beschränkt. Falls der thermische Wirkungs-For example, a steel substrate 250 micrometers thick with a zinc layer 145 micrometers thick (so that the coating is 0.58 % of the substrate thickness) would be heated uniformly even if the thermal efficiency were 30 % . However, with the same thermal efficiency and a ratio of coating thickness to substrate thickness of less than 0.4, the substrate is not heated to the same temperature as the surface and the heat treatment is thus limited to a surface layer. If the thermal effect

209826/09 5 3209826/09 5 3

grad höher liegt, ist der Temperaturanstieg des Substrates geringer.degree higher, the rise in temperature of the substrate is lower.

Somit sollte die Oberflächenschichtdicke vorzugsweise nicht 0,4 der Substratdicke übersteigen« Schrittweise bessere Verhältnisse von Oberflächenschicht zu Substratdicke sind 0,3, 0,2, 0,1 und 0,05. Wenn Oberflächenschichten auf gegenüber- W liegenden Seiten eines Bandes gleichzeitig wärmebehandelt werden, treffen die oben erwähnten Verhältnisse von Oberflächenschicht zu Substratdicke im Bezug auf die Gesamtdicke der Oberflächenschichten auf beiden Seiten des Bandes zu.Thus, the surface layer thickness should preferably not exceed 0.4 of the substrate thickness. Gradually better ratios of surface layer to substrate thickness are 0.3, 0.2, 0.1 and 0.05. When surface layers are heat treated to countertransference W opposite sides of a band at the same time, the above-mentioned conditions taken by the surface layer to the substrate thickness in relation to the total thickness of the surface layers on both sides of the tape to.

Wenn die Oberflächenschicht im Vergleich mit dem Substrat sehr dünn ist, gibt es eine theoretische Grenze des thermischen Wirkungsgrades, der erreichbar ist. Diese variiert etwas in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Bandes, jedoch als Beispiel wurde eine theoretische Grenze in einem Falle gefunden, die bei 48,4 % lag. In der Praxis wurde in diesem Falle ein thermischer Wirkungsgrad von 44,1 % erzielt, ohne m daß die Oberfläche des Bandes überhitzt wurde. Wenn die Oberflächenschicht erheblich dicker ist, jedoch weiterhin im Vergleich mit dem Substrat dünn ist, kann ein höherer thermischer Wirkungsgrad erzielt werden, beispielsweise 50 %_t 60 % oder sogar 80 %. If the surface layer is very thin compared to the substrate, there is a theoretical limit to the thermal efficiency that can be achieved. This varies somewhat depending on the composition of the tape, but as an example, a theoretical limit was found in one case to be 48.4 % . In practice, a thermal efficiency of 44.1% was achieved in this case, without m that the surface of the tape was overheated. When the surface layer is considerably thicker, but still is thin in comparison with the substrate, a higher thermal efficiency can be achieved, for example, 50% _t 60% or even 80%.

Die in Übereinstimmung mit der Erfindung zur Erzeugung von hohen thermischen Wirkungsgraden erforderliche hohe Erwärmungsgeschwindigkeit kann mittels eines Elektronenstrahles erzeugt werden. Ein Ionenstrahl oder ein Laserstrahl wäre gleichfalls möglich. Durch Richten des Strahles auf einen • kleinen Bereich kann die Kraftintensität des Strahles Werte erreichen, die zur Erzielung hoher thermischer Wirkungsgra-The high rate of heating required in accordance with the invention to produce high thermal efficiencies can be generated by means of an electron beam. An ion beam or a laser beam would be also possible. By directing the beam onto a • small area, the force intensity of the beam can be measured to achieve a high degree of thermal efficiency

209826/0953209826/0953

de ausreichen. Es gibt bekannte Verfahren zum Richten und Fokussieren von Elektronerisiaahlen. Falls ein kontinuierliches sich bewegendes Metallband gleichmässig über seine Oberfläche in Übereinstimmung mit einem gegebenen schnellen Zeit-Temperatur-Zyklus wärmebehandelt werden soll, ist es unwahrsch-»einlich, daß das Verstreichen von Zeit irgendeines Elementes des Bandes unterhalb eines Strahles mit optimaler Flächenausdeh- nung genau mit der Verweilzeit übereinstimmt, um einen optima- ™ len thermischen Wirkungsgrad zu ergeben. Die unabhängige Steuerung'der Geschwindigkeit des Produktes und der Verweilzeit des Strahles kann erzielt werden, falls der Strahl das Produkt in einer Richtung überstreicht, die quer zur Bewegungsrichtung cfes Produktes liegt.de sufficient. There are known methods for straightening and Focusing electron guns. If a continuous moving metal strip evenly across its surface in accordance with a given rapid time-temperature cycle is to be heat treated, it is unlikely that the passage of time of any element of the ribbon beneath a beam of optimal areal extent exactly matches the dwell time to produce an optima- ™ len thermal efficiency. The independent control of the speed of the product and the residence time of the beam can be obtained if the beam does Product scans in a direction that is perpendicular to the direction of movement cfes product lies.

Die seitliche Ausbreitung der Wärm© in der Ebene des Überzuges ist tatsächlich sehr gering, so daß es notwendig ist, daß der Strahl alle Teile des Überzuges überstreicht. ^Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Anzahl von Strahlen derart angeordnet ist, daß jede von Ihnen in seinem Berefch liegende Breitenelemente des Produktes überstreicht, wodurch jeder Teil des | Bandes lediglich einmal erfaßt wird.The lateral spread of the heat © in the plane of the coating is actually very small, so that it is necessary that the jet sweeps over all parts of the coating. ^T his can be achieved by a number of beams arranged in such a way that each of them lies in its width Berefch elements sweeps of the product, whereby each part of the | Band is only detected once.

Bei Berücksichtigung der Erwärmungs- und Abschreckzeiten und der Überstreichungsgeschwindigkeiten wurde gefunden, daß unter vorzugsWeisen Überstreichungszuständen die Wärmebehandlung nebeneinander liegender Bereiche des Produktes in einer Zeitspanne erfolgt, die erheblich größer ist, als die Abschreckzeit, Dies bedeutet, daß die Wärmewirkungen nicht kumulativ bei Überlappung der Strahlen oder bei Wiederholung der Überstreichungsoperationen auf dem gleichen Fleck sind. Es ist in Anbetracht des thermischen Wirkungsgrades folglich anstrebenswert, ein überlappen oder eine Wiederholung zu vermelden, so daß eine gleichmässige Kraftintensität oder Wärme-Taking into account the heating and quenching times and the scanning speeds, it was found that under preferably overpainting conditions the heat treatment adjacent areas of the product in one The period of time is considerably greater than the quenching time, This means that the thermal effects are not cumulative with overlapping or repetition of the beams of the sweep operations are on the same spot. In view of the thermal efficiency, it is therefore desirable to report an overlap or a repetition, so that an even force intensity or heat

209826/0953209826/0953

fluß auf alle funkte der Oberflächenschicht für gleiche Zeitspannen aufgebracht werden. Dies kann ausgesprochen einfach erzielt werden, falls der Strahl oder die Strahlen einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Andere Formen von Strahlen können jedoch gleichfalls verwendet werden. Beispielsweise kann' der Strahl einen annähernd elliptischen Querschnitt aufweisen, dessen Hauptachse in Richtung der Produktbewegung liegt. Der Strahl kann dadurch erzeugt werden, daß ein sehr kleiner Fleck bei sehr hoher Frequenz in rechten Winkeln bezüglich des Hauptstrahles abgelenkt wird,Flux on all sparked the surface layer for equal periods of time be applied. This can be achieved extremely easily if the beam or beams are rectangular Have cross-section. However, other forms of rays can also be used. For example, ' the beam have an approximately elliptical cross-section, the main axis of which lies in the direction of the product movement. Of the Beam can be created by placing a very small spot at a very high frequency at right angles to the main beam being distracted

Elektronenquellen oder -kanonen können selbstverständlich derart angeordnet werden, daß sie Elektronenstrahlen auf beide Oberflächen dee Bandes senden.Electron sources or guns can of course be of this type be arranged to send electron beams onto both surfaces of the tape.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung anhand einiger spezieller Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäasen Verfahrens veranschaulicht.In the following, the invention will be described with reference to the accompanying drawings using some specific embodiments explained in more detail. In the drawing is a device for Implementation of the method according to the invention illustrated.

In der Zeichnung wird ein Band in Längsrichtung unterhalb einer Gruppe von gleichen Elektronenquellen oder -kanonen A, B, C, D in einer zweckdienlich evakuierten Kammer durchgeführt. Jede Kanone ist- derart ausgebildet, daß sie einen Elektronenstrahl mit einem rechteckigen Querschnitt auf nebeneinanderliegenden Breitenelementen A, B, C, D des Bandes erfolgt.In the drawing, a tape is longitudinally below a Group of the same electron sources or guns A, B, C, D carried out in a suitably evacuated chamber. Each cannon is designed in such a way that it emits an electron beam takes place with a rectangular cross-section on adjacent width elements A, B, C, D of the tape.

Die längere Seite des rechteckigen Strahles erstreckt sich in Bewegungsrichtung des Bandes und ist 2 1/2 mal so groß als die kürzere Seite. Jede Elektronenkanone ist derart ausgebildet, daß sie ihr dazugehöriges Breitenelement derart überstreicht, daß bei Fortschreiten des Bandes jeder Teil der Gesamtober-The longer side of the rectangular beam extends into Direction of movement of the tape and is 2 1/2 times as large as the shorter side. Each electron gun is designed in such a way that that it sweeps over its corresponding width element in such a way that that as the band progresses, each part of the total upper

209826/095 3209826/095 3

fläche lediglich einmal überstrichen wird,surface is only painted over once,

EXAMPLE I

Das Band 1st 1 m breit und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 2,5 m/sec. Es besteht aus Stahl niedrigen Kohlenstoff gehaltes und ist 250 Mikrometer dick mit einem Zlnnüberzug von 0,385 Mikrometer Dicke. Die Zielfläche eines jeden ™ Strahlfes beträgt O,00418 mm und die Überstreichfrequenz beträgt 24.500 Hz. Die Intensität der Strahlen beträgt 57,2 GW/m (Giga-Watt/m ) und die Verweilzeit eines jeden Strahles beträgt 0,0067 Mikrosenkunden. Falls irgendeine Abweichung von diesen beschriebenen Zuständen auftritt, liegt sie vorzugsweise auf der Seite einer überschüssigen Zeit und einer geringeren Intensität. Die Kraft eines jeden Strahles beträgt 0,239 kW. Falls die anfängliche Temperatur des Bandejs 25° C beträgt, ist dann die Temperatur an der Zwischenfläche zwischen Zinn und Stahl theoretisch 232° C, wenn die maximale Oberflächentemperatur beispielsweise 550° C beträgt. Her thermische Wirkungsgrad beträgt 34 %, Die Wärmebehandlung bringt das Zinn ^ durch Schmelzen auf Glanz und es ist nicht erforderlich, ein anschliessendes Abschrecken in Wasser vorzunehmen, um das Legierungswachstum an der Berührungsfläche zwischen Zinn und Stahl zu verhindern. Die Wärmebehandlung ist hierbei auf die Oberflächenschicht aus Zinn beschränkt.The belt is 1 m wide and moves at a speed of 2.5 m / sec. It is made of low carbon steel and is 250 micrometers thick with a tin coating 0.385 micrometers thick. The target area of each ™ beam is 0.00418 mm and the sweep frequency is 24,500 Hz. The intensity of the beams is 57.2 GW / m (gigawatts / m) and the dwell time of each beam is 0.0067 microseconds. If any deviation from these described conditions occurs, it is preferably on the side of an excessive time and a lower intensity. The power of each beam is 0.239 kW. If the initial temperature of the band is 25 ° C, then the temperature at the interface between tin and steel is theoretically 232 ° C if the maximum surface temperature is 550 ° C, for example. Its thermal efficiency is 34 %. The heat treatment brings the tin to a shine by melting and it is not necessary to carry out a subsequent quenching in water in order to prevent alloy growth at the contact surface between tin and steel. The heat treatment is limited to the surface layer made of tin.

EXAMPLE II

Der Überzug auf dem Band nach Beispiel I wird durch einen aus Aluminium von 25 Mikrometer Dicke ersetzt und fünf Elektronenkanonen werden verwendet. Die Zielfläche eines jeden StrahlesThe coating on the tape according to Example I is made by one Aluminum of 25 micrometers thick replaced and five electron guns are used. The target area of each ray

209826/0 953209826/0 953

beträgt 3,99 mm und die Überstreichungsfrequenz 790 Hz. Die Kraft eines jeden Strahles beträgt 35,4 kW. Die an der Zwischenfläche erzeugte Temperatur beträgt 660° C. Der thermische Wirkungsgrad liegt bei 52,4 % und wiederum ist die Wärmebehandlung auf die Aluminiumschicht beschränkt.is 3.99 mm and the sweep frequency is 790 Hz. The power of each beam is 35.4 kW. The temperature generated at the interface is 660 ° C. The thermal efficiency is 52.4 % and again the heat treatment is limited to the aluminum layer.

EXAMPLE III

Ein Band aus beruhigtem Kohlenstoffstahl von 1 m Breite mit einem Überzug aus Zinn wird mit 7,5 m/sec. unterhalb einer einzelnen Elektronenkanone durch bewegt. Das Band ist 250 Mikrometer dick und der Zinnüberzug ist 0,385 Mikrometer dick. Die Kanone erzeugt einen rechteckigen Strahl mit einer Zielfläche von 386 Quadratmikrometer. Die längere Seite des Rechteckes ist 2,5 mal größer als die kürzere Seite und die längere Seite erstreckt sich in der Bewegungsrichtung des Bandes. Die Überstreichfrequenz beträgt 0,242 MHz. Die Kraft des Strahles beträgt 0,503 kW. Dies führt zu einer wärmebehandelten Oberflächenschicht aus Zinn, welche auf eine Tiefe von lediglich 1/10 der Gesamtdicke des Zinnüberzuges schmilzt, wodurch ein Kornwachstum und Legierungswachstum vermieden wird.A band of killed carbon steel 1 m wide with a coating of tin is at 7.5 m / sec. below one single electron gun moved by. The tape is 250 micrometers thick and the tin coating is 0.385 micrometers thick. The cannon produces a rectangular beam with a target area of 386 square microns. The longer side of the rectangle is 2.5 times larger than the shorter side and the longer side extends in the direction of movement of the belt. The sweep frequency is 0.242 MHz. The power of the beam is 0.503 kW. This leads to a heat-treated Surface layer of tin, which melts to a depth of only 1/10 of the total thickness of the tin coating, thereby avoiding grain growth and alloy growth.

EXAMPLE IV

Ein Band aus niedrigem Kohlenstoffstahl ohne Überzug von 1 m Breite und 300 Mikrometern Dicke wird bei 2,5 m/sec. unterhalb der Elektronenkanonen A, B, C, D durchgeführt. Die Länge der in Richtung der Bandbewegung liegenden Seite der Zielfläche jedes Strahles rechteckigen Querschnittes ist 2 1/2 mal größer als die im rechten Winkel hierzu liegende Seite. Die Zielfläche eines jeden Strahles ist 45,25 mm² groß und dieAn uncoated low carbon steel band 1 m wide and 300 micrometers thick is driven at 2.5 m / sec. carried out below the electron guns A, B, C, D. The length of the side of the target surface of each rectangular cross-section lying in the direction of tape movement is 2 1/2 times greater than the side lying at right angles to it. The target area of each beam is 45.25 mm ² and the

2 09826/09532 09826/0953

Überstreichfiequenz beträgt 234 Hz. Die Intensität der Strahlen beträgt 2,20 GIga-Watt/m und die Verweilzeit eines jeden Strahles beträgt 72,6 Mikrosekunden. Falls irgendeine Abweichung von diesen Zuständen auftritt, liegt sie vorzugsweise auf der Seite einer längeren Zeit und einer geringeren Intensität. Die Kraft beträgt 99,7 kW. Falls die Ausgangstemperatur des Bandes 25° C beträgt, liegt die Temperatur in (j einer Tiefe von 25 Mikron bei 800° C und die maximale Oberflächentemperatur bei 1.725° C. Der thermische Wirkungsgrad beträgt 44,1 96.The sweep frequency is 234 Hz. The intensity of the rays is 2.20 GIga-Watt / m and the residence time of each Beam is 72.6 microseconds. If any Deviation from these states occurs, it is preferably on the side of a longer time and a smaller one Intensity. The power is 99.7 kW. If the starting temperature of the strip is 25 ° C, the temperature in (j a depth of 25 microns at 800 ° C and the maximum surface temperature at 1,725 ° C. The thermal efficiency is 44.1 96.

Zur Bildung von Martensit ist ein sehr schnelles Abschrecken erforderlich, jedoch erwärmt der Wärmefluß der Elektronenstrahlen lediglich die Oberflächenschicht, ohne daß die Temperatur des Substrates wesentlich erhöht wird, so daß, sobald die Heizzeit vorbei ist, ist sehr schnelles Abschrecken selbsttätig auftritt, indem das Substrat Wärme-ableitend wirkt.Very rapid quenching is required to form martensite, but the heat flow of the electron beams heats up only the surface layer, without the temperature of the substrate is significantly increased, so that as soon as the heating time is over, the quenching occurs very quickly because the substrate has a heat-dissipating effect.

Martensit wird in der Schicht geformt, die^iber 723° C erwärmt | wird, d.h. die Temperatur oberhalb der Zementit (oder Perlit) sich in Austenit umwandeln kann, welches wiederum bei ausreichend schnellem Abschrecken zur Erzeugung von Martensit führt. Die oben angegebene Intensität der Strahlen und die Verweilzelt erzeugen eine Temperatur von 723° C in einer Tiefe von ungefähr 28 Mikrometern. Somit wird eine Oberflächenschicht von weniger als 30 Mikrometern Dicke gebildet.Martensite is formed in the layer that heats above 723 ° C | is, i.e. the temperature above the cementite (or perlite) can transform into austenite, which in turn can produce martensite if the quenching is sufficiently rapid leads. The intensity of the rays given above and the dwelling tent create a temperature of 723 ° C at a depth of approximately 28 microns. A surface layer less than 30 micrometers thick is thus formed.

Die Abschreckgeschwindigkeit kann so hoch wie beispielsweise 800.000° C/sec. sein. Dieses schnelle Abschrecken ermöglicht die Ausbildung einer vollständig martensitischen Struktur. Eine Abschreckgeschwindigkeit von 5.000° C/sec. reicht aus, , um Martensit zu bilden. Die Ausbildung von Martensit ist inThe quenching speed can be as high as, for example 800,000 ° C / sec. be. This enables rapid quenching the formation of a completely martensitic structure. A quenching speed of 5,000 ° C / sec. sufficient, , to form martensite. The formation of martensite is in

209826/0953209826/0953

der britischen Patentschrift 956 879 beschrieben.British Patent 956,879.

Ein Verwendungszweck für Stahlbänder mit einem angelassenen Martensit auf lediglich einer Seite ist die Herstellung von Büchsendeckeln mit Abreißverschluß. Ein Abreißverschluß in einem Büchsendeckel ist ein derartiger, bei dem die Büchse geöffnet werden kann, indem ein Teil des Deckels abgerissen wird, der um seinen Umfang beispielsweise durch Kerben geschwächt wurde. Das Problem bei Aufreißbaren Büchsendeckeln dieser Art aus Stahl liegt darin, daß eine; genaue Tiefe der Kerbe schwierig bei dünnem Stahl erreichbar ist* Eine martensitische Schicht Jedoch würde selbsttätig die Tiefe des Einschnittes während des Kerbvorganges begrenzen, Hinzu kommt, da der Martensit spröde ist, daß der Abreißteil ohne Schwierigkeiten abgerissen werden kann.A use for steel belts with a tempered Martensite on only one side is the production of can ends with a tear-off lock. A zipper in A can cover is one in which the can can be opened by tearing off part of the cover which has been weakened around its circumference, for example by notches. The problem with rupturable can ends this kind of steel is that one; exact depth of the notch is difficult to achieve in thin steel * A martensitic Layer, however, would automatically limit the depth of the incision during the notching process. since the martensite is brittle, the tear-off part can be torn off without difficulty.

In der folgenden Tabelle sind weitere Beispiele von Oberflächenbehandlungen von Metall in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung angegeben. Die Bänder sind 1 m breit und bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von 2,5 m/sec. Es ist lediglich ein Strahl vorgesehen, dessen Zielfläche rechteckig ist, wobei die zur Bewegungsrichtung des Bandes parallele Seite 2 1/2 mal länger als die Seite ist, die zu dieser im rechten Winkel liegt. Die Anfangstemperatur des Bandes beträgt 25° CIn the following table are further examples of surface treatments of metal in accordance with the present invention. The tapes are 1 m wide and move at a speed of 2.5 m / sec. Only one beam is provided, the target area of which is rectangular where the side parallel to the direction of movement of the tape is 2 1/2 times longer than the side to this on the right Angle lies. The starting temperature of the tape is 25 ° C

209826/0953209826/0953

In der TabelleIn the table ^Xd
(m) ^X d
(m) bedeutenmean : x_d : x _d = Tiefe unter der= Depth below the Oberflächesurface StrahlesBeam 0051400514 57,257.2 W(kW)W (kW) A(mm²)A (mm ² ) Z(H₂)Z (H ₂ ) 000000 0,3850.385 ^Td ^T d = Temperatur bei Tiefe x.= Temperature at depth x. = Intensität des Strahles= Intensity of the beam 220220 25,325.3 0,7350.735 0,01290.0129 14,14, 130130 2,52.5 "V"V = Verweilzeit des= Dwell time of the = S-trahl-Kraft= S-trahl force 00 2,532.53 13,913.9 0,5490.549 2.2. 213213 2525th = Zielfläche ■= Target area ■ 4848 8,878.87 139139 54,954.9 325325 2525th ¥¥ 726726 22,022.0 210210 23,723.7 170170 2,52.5 AA. 5050 14,914.9 39,939.9 1,811.81 1.1. 816816 2,52.5 ZZ = Überstreichfrequenz= Sweep frequency 488488 82,182.1 55,955.9 3,763.76 430430 Hauptbe
standteil
des Me
tallesMain be
component
of the Me
talles 2,52.5 (° c)(° c) 44,1% Wirkungs
grad
*o %
(See) GW/nr44.1% effectiveness
Degree
* o%
(See) GW / no 100100 1,221.22 1.1. SnSn 232232 0,0, ZnZn 390390 0,0, ZnZn 390390 22,22 AlAl 650650 9,9, FeFe 800800 o,O, TiTi 15251525 1,1, CrCr 17251725 0,0,

Sämtliche der in der Beschreibung erwähnten und in der Zeichnung erkennbaren technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.All of the technical details mentioned in the description and recognizable in the drawing are essential for the invention significant.

209 8 26/09 53209 8 26/09 53

Claims

PATENT CLAIMS

1. Method of heat treatment of a surface layer of a metal strip, characterized in that an energy beam is applied to part of the surface and a relative movement is generated between the beam and the tape, so that the entire surface area exposed to the beam on the surface to be heat treated being the intensity of the beam and its dwell time for any given section of the surface such it is chosen that the heat treatment is limited to the surface layer.

2. The method according to claim 1, characterized in that the intensity of the beam and its dwell time are chosen such that the thermal efficiency in the defined sense of the heat treatment of the surface layer is greater than 30 % .

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the surface layer is less than 60 micrometers thick.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the total thickness of the heat-treated surface layer or layers obtained in a single heat treatment, not 0.4 times the thickness of that below lying substrate exceeds.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface layers on opposite sides of the tape are both heat treated.

209826/0953

6. The method according to any one of the preceding claims ,, characterized in that the intensity of the beam and its dwell time are such that the temperature of the surface layer is increased significantly above that of the underlying substrate, whereby the formation of a surface layer with a different metallurgical structure than the substrate is targeted. ■ _Λ

7. The method according to claim 6, characterized in that a made of steel tape is used and the surface heat treatment a martensitic surface layer generated. .

8. The method according to any one of the preceding claims 1 to 6, characterized in that the band consists of a metal and has a coating of another metal, wherein the surface layer is formed by at least one surface layer of the coating,

9. The method according to claim 8 in connection with claim 5, | characterized in that the surface layers of the same material are on opposite sides of the substrate made of a different material.

10. Method according to one of the preceding claims, characterized in that characterized in that an energy beam of rectangular cross-section is used.

11. The method according to claim 10, characterized in that the tape is moved in one direction and through the beam is swept in a direction that is transverse to the direction of movement of the tape.

209826/095 3209826/095 3

12. The method according to claim 11, characterized in that a number of beams are arranged so that each of them sweeps over adjacent width elements of the tape, whereby each part of the tape only once is painted over. .

13. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that the or each of the beams is an electron beam is.

14. Metal strip, characterized by a surface layer formed by the method according to any one of the preceding claims is heat-treated,

15. Metal strip, characterized in that it is heat-treated in this way it was found that the effect of the heat treatment is limited to a surface layer of the tape.

16. Metal strip according to claim 15, characterized in that the surface layer and the underlying substrate are made of the same metal and the surface layer is one has a different metallurgical structure than the substrate.

17. Metal strip according to claim 16, characterized in that the strip is a steel strip and the surface layer is a has martensitic structure.

18. Metal strip according to Anspruh 15, characterized in that the strip consists of a substrate made of a metal and a coating another metal, the surface layer being a flow brought to luster layer which is only partially extends into the coating.

209826/0953

216080

.19. Device for performing the method according to one or more of Claims 1 to 13, characterized in that that in an evacuable chamber one or more energy beam sources (A, B, C, D) with beam direction on Metal band guided through the chamber are provided.

20. Apparatus according to claim 19, characterized in that

the energy beam sources (A, B, C, D) as electron beam * sources are formed.

21. Apparatus according to claim 19 or 20, characterized in that that the sources (A, B, C, D) are designed in such a way that the area projected onto the metal strip is unequal Has major axes (rectangle, ellipse).

22. Apparatus according to claim 21, characterized in that the larger major axis in the direction of movement of the metal strip is arranged.

23. Apparatus according to claim 21 and 22, characterized in that | net that the lengths of the main axes behave like 2.5 J 1.

20 9 826/09 53

ZOZO

Blank page