[0001] Die Erfindung betrifft ein Mittel zum Beizen, für die Schmierung und als Antioxidant
von Werkstücken aus Eisen und Stahl bei der spanlosen Warmumformung.
[0002] Bei der Herstellung von Blechen durch Walzen, von Profilen in Profilwalzen oder von
von nahtlosen Rohren auf Stossbankanlagen, Schrittwalzwerken, Asselstrassen, Stopfenwalzwerken,
Kontistrassen, Pilgerstrassen oder Multiple Pipe Mill-Anlagen, Stauchpressen oder
Strangpressen müssen die Oberflächen, die bearbeitet werden, beispielsweise bei Hohlblöcken,
Luppen oder Rohren, die Rohrinnenwandungen, vor dem Walzen gebeizt werden, um die
Werkzeugabnutzung in Grenzen zu halten und dem entstehenden Werkstück eine gute Oberflächenbeschaffenheit
zu verleihen.
[0003] Erfahrungsgemäss lässt sich eine glatte Oberfläche nur dann erzielen, wenn das Werkstück
vor dem Verformen entzundert oder gebeizt worden ist. Das Beizen kann mechanisch oder
mit Hilfe von Beizbädern, z.B. wässrigen Säurelösungen, mit Salzbädern aus Natriumhydroxid,
Natriumhydrid oder metallischem Natrium, erfolgen. Auch feste, aus Mischungen von
Natriumsulfat und Phosphorsäure bestehende Beizmittel sind schon benutzt worden. Ein
weiterer Vorschlag sah vor, den Zunder durch Auftragen schmelzflüssiger Mischungen
von Wasserglas und Soda mit Borax oder Phosphaten zu entfernen, die beim Erkalten
den Zunder von der Werkstückoberfläche absprengen sollen.
[0004] Alle diese Verfahren und die dazu verwendeten Entzunderungs-und Beizmittel vermögen
den Anforderungen, die an die Beizmittel, insbesondere in einer Anlage zur Herstellung
von nahtlosen Rohren, aber auch in modernen Walz- und Profilwalzwerken gestellt werden,
nicht zu genügen.
[0005] Beispielsweise bei der Herstellung von nahtlosen Rohren auf den vorgenannten Anlagen
muss das Beizmittel innerhalb des Arbeitstaktes und in Zeiträumen bis hinunter auf
1 Sekunde in den Hohlraum des auf Walztemperatur befindlichen Werkstückes gebracht
und gleichmässig verteilt werden, wobei eine rasches und sicheres Beizen erreicht
werden soll, um dann unmittelbar anschliessend das Werkstück auswalzen zu können.
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Beizmittel zu beschreiben, das bei Temperaturen
von über 600 bis 1300°C angewendet werden kann und ein schnelles und zuverlässiges
Beizen ermöglicht
[0007] Erfindungsgemäss wird das mit einem Beizmittel nach Patentanspruch 1 erreicht.
[0008] Die Stoffe der Gruppe a) sind die aktiven Beizmittel, welche die vorwiegend oxidischen
Zunderbestandteile auf chemischem Wege umwandeln. In diese Gruppe gehören:
Na2B4O7 . 10H2O;
Na2B4O7 . 5H2O;
Na2B407 wasserfrei;
Natrium-Metaborat, NaB02 . 4H20;
Borsäure, H3B03;
Borsäureanhydrid, B203;
lösliches Natriumsilikat mit einem SiO2/Na2O-Verhältnis
von 2,5 bis 3,3 und
Natriummetasilikat, Anhydrid oder mit 5 und 9 Kristallwasser.
[0009] Die in der Gruppe b) genannten Stoffe wirken bei den herrschenden Temperatur- und
Druckverhältnissen als Festschmierstoffe. Diese Festschmierstoffe verbleiben auf dem
oder im Werkstück und bei der anschliessenden Walzoperation dienen sie der Schmierung.
In diese Gruppe gehören:
Graphit;
Calciumfluorid;
Kryolit, Na3Al F6;
Antimonoxid, Sb2O3:
15Molybdändisulfid, MoS2;
Bornitrid, BN;
eines der Phosphate aus der Reihe
Trinatriumphosphat, hydratisiert oder nicht hydratisiert
Trikaliumphosphat, hydratisiert oder nicht hydratisiert
ONatriummetaphosphate (NaP03)3 und (NaPO3)4;
Kaliummetaphosphat (KPO3)3 und (KPO3)4;
Polymetaphosphat (NaPO3)4. H20;
Natriumtripolyphosphat Na5P3010' hydratisiert oder nicht hydratisiert,
5Natriumpolyphosphat (Na5P3O10)2-8 und Zinkphosphat (PO4)2Zn3.
[0010] Die mitgenannten Polymetaphosphate schliessen auch Verbindungen, bekannt unter dem
Namen Madrell'sches Salz, Graham'sches Salz und Kurrol'sches Salz mit ein.
[0011] Die Stoffe nach Gruppe c) bewirken die Ausbildung einer gleichmässigen Schicht auf
den zu behandelnden Oberflächen, sowohl bezüglich deren Dicke als auch der Homogenität
der verschiedenen Bestandteile. Diese wird erzielt durch das Schmelzverhalten und
die Filmbildungseigenschaften der nachfolgend genannten Stoffe. Gleichzeitig kommt
den Stoffen nach c) als weitere wichtige Eigenschaft ein Antioxidationseffekt zu.
In diese Gruppe gehören:
Koks, pulveriger Kohlenstoff,
Cellulose in Pulverform, Sägemehl,
Stärke und deren Derivate,
Paraffine, Wachse,
Fettsäuren und/oder Salze davon,
Kolophonium und dessen Derivate,
synthetische Harze auf der Basis von Kohlenwasserstoffen
mit 5 bis 10 C-Atomen, Terpen-Harze und Inden-Cumaron-Harze.
[0012] Unter synthetischen Harzen auf der Basis von Kohlenwasserstoffen mit 5 bis 10 C-Atomen
werden die sogenannten "Hydrocarbon resins" und insbesondere die "Petroleum resins"
verstanden, wie sie definiert werden in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology,
3.Aufl., Band 12, Seiten 852-861.
[0013] Die Reihe der Stoffe nach Gruppe d) beeinflusst die physikalischen Eigenschaften
des Beizmittels, insbesondere die Schmelzviskosität und den Schmelzpunkt. In diese
Gruppe gehören: Magnesiumchlorid MgCl
2 . 6H20,
Natriumchlorid,
Kaliumchlorid,
Calciumchlorid,
Natriumsulfat,
Natriumacetat,
Kaliumacetat und
Tone.
[0014] Die Reihe von Stoffen nach Gruppe e) dienen zur Reduktion der entstandenen und während
des Beizens entstehender Oxide und entwickeln gleichzeitig einen trennenden Effekt
aufgrund ihrer thermischen Zersetzung und der daraus resultierenden Gasbildung. In
diese Gruppe gehören:
Ammoniumchlorid NH4C1,
Harnstoff CO(NH2)2'
Ammoniumcarbonat (NH4)2CO3,
Harnstoff-Formaldehyd-Harz,
Natriumcarbonat Na2CO3.
[0015] Das Beizmittel hat eine Zusammensetzung, enthaltend
20 bis 80 Gew.% a)
1 bis 80 Gew.% b)
und 0 bis 79 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils einer oder mehrerer der
Gruppen c), d) und e), wobei 0 bis 35 Gew.% c)
0 bis 50 Gew.% d) und
0 bis 5 Gew.% e) enthalten sind.
Zweckmässig lauten die Mengenangaben
)20 bis 65 Gew.% a)
5 bis 75 Gew.% b)
und 5 bis 75 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils einer oder mehrerer der
Gruppen c), d) und e), wobei
0 bis 30 Gew.% c)
0 bis 30 Gew.% d) und
0 bis 3 Gew.% e) enthalten sind,
und vorzugsweise
20 bis 50 Gew.% a)
30 bis 70 Gew.% b)
und 10 bis 50 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils einer oder mehrerer der
Gruppen c), d) und e), wobei
0 bis 30 Gew.% c)
0 bis 30 Gew.% d) und
0 bis 3 Gew.% e) enthalten sind.
[0016] Die Zusammensetzung der Mittel kann auch nach dem bevorzugten beabsichtigten Effekt
ausgewählt werden.
[0017] Soll ein Mittel zur Anwendung gelangen, das neben seiner schmierenden und antioxidativen
Eigenschaften vorzugsweise beizende Eigenschaften hat, kann die Zusammensetzung enthalten:
50 bis 80 Gew.% a)
1 bis 50 Gew.% b)
und 0 bis 49 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 49 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils
einer oder mehrerer der Gruppen
c), d) und e), wobei
0 bis 35 Gew.% c)
0 bis 49 Gew.% d) und
0 bis 5 Gew.% e) enthalten sind.
[0018] Ein besonders geeignetes Mittel mit herausragenden schmierenden Eigenschaften neben
seiner Wirkung als Beizmittel und Antioxidant kann eine Zusammensetzung aufweisen,
enthaltend , 20 bis 50 Gew.% a)
[0019] 50 bis 80 Gew.% b) und 0 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.% eines oder mehrerer
Stoffe aus jeweils einer oder mehrerer der Gruppen
c), d) und e), wobei
0 bis 30 Gew.% c)
0 bis 30 Gew.% d) und
0 bis 5 Gew.% e) enthalten sind.
[0020] Weiters ist es möglich, bevorzugt auf antioxidative Eigenschaften abzustellen, wobei
die beizenden und schmierenden Eigenschaften voll erhalten bleiben. Die Zusammensetzung
des Mittels kann dann enthalten:
20 bis 80 Gew.% a)
1 bis 20 Gew.% b)
und 10 bis 79 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils einer oder mehrerer der
Gruppen c), d) und e), wobei
10 bis 35 Gew.% c)
0 bis 50 Gew.% d) und
0 bis 5 Gew.% e) enthalten sind.
[0021] Ein bevorzugtes Mittel enthält
20 bis 22 Gew.% a) in Form von Natriummetaborat und
78 bis 80 Gew.% b) in Form von 3 bis 5 Gew.% Graphit und
74 bis 76 Gew.% Natriumtripolyphosphat.
[0022] Im allgemeinen wird das Beizmittel in Pulverform, wobei das Pulver eine durchschnittliche
Korngrösse von 50 bis 1000
Mi-krometer aufweist, oder als Granulat mit einer durchschnittlichen Korngrösse von
0,5 bis 4 mm, angewendet. Je nach Ausgangsmaterialien wird das durch intensives Mahlen
und/oder Mischen der einzelnen Bestandteile erreicht.
[0023] Die Bestandteile können aber beispielsweise auch gelöst oder suspendiert werden und
durch Sprühtrocknen oder Granulieren in die Anwendungsform gebracht werden.
[0024] Es liegt auch im Bereich der Möglichkeit, die Bestandteile des Entzunderungsmittels
in Schmelze zu bringen, abzukühlen und das erhaltene Produkt zu Pulver zu mahlen.
[0025] Das Beizmittel nach der Erfindung kann aber auch in Pastenform, als Lösung resp.
Suspension und Dispersion oder als Schme _e angewendet werden.
[0026] Um eine Paste oder entsprechend der Löslichkeit eine Lösung, Suspension oder Dispersion
herzustellen, müssen auf an sich bekannte Weise Lösungs- oder Dispergiermittel, Verdicker,
Stabilisatoren usw. mitverwendet werden.
[0027] Das Beizmittel kann demnach zum Beispiel mit Hilfe von Suspensionshilfsmitteln und
Wasser zu einer Suspension verarbeitet und unmittelbar vor einem Walzvorgang auf oder
in das heisse Werkstück gesprüht werden.
[0028] Das erfindungsgemässe Mittel wird zum Beizen, Schmieren und als Antioxidant bei der
spanlosen Warmumformung von Eisen und Stahl verwendet.
[0029] Beispielsweise können damit Bleche vor dem Walzen oder Profilwalzen, Blöcke vor dem
Strangpressen, Luppen in Stopfenwalzwerken oder Rohre in Stauchpressen behandelt werden.
[0030] Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind bei der Behandlung der zu bearbeitenden Oberfläche
von Werkstücken in Stossbänken, Assel-, Konti- oder Pilgerstrassen, Multiple Pipe
Mill-Anlagen usw.
[0031] )In der Regel wird das erfindungsgemässe Mittel in trockener Pulver- oder Granulatform,
beispielsweise auf ein zu walzendes Blech aufgesprüht oder in ein zu walzendes Rohr
eingesprüht, jeweils derart, dass die ganze Fläche, die mit dem Werkzeug, zum Beispiel
den Walzen oder dem Dorn in Berührung kommt, unter 5Ausbildung einer gleichmässigen
Schicht bedeckt ist. Dabei be-
[0032] en sich die Werkstücke je nach Verarbeitungsstand im Bereich einer Behandlungstemperatur
von 600 bis 1300°C oder sind schon während der Anwendung des erfindungsgemässen Mittels
bereits im Bereich ihrer Walztemperatur von 1000 bis 1300°C. )Unmittelbar nach der
Behandlung der Werkstücke mit dem erfindungsgemässen Mittel wird der Umformungsprozess
eingeleitet, ein zwischenzeitliches Abkühlen ist weder vorgesehen noch notwendig.
Beispiel 1
[0033] Eine Mischung von 50 Gew.% Na
2B
4O
7. 10H
2O und 15 Gew.% Na
2-B
4O
7 als Beizkomponente, 30 Gew.% einer Natriumstearat als Schichtbildner und Antioxidant
und 5 Gew.% eines hochkristallinen, künstlichen Graphites als Festschmierstoff wurden
als Pulver mit einer Korngrösse von nicht mehr als 200 Mikrometer in einem Mischer
zu einem homogenen Gemisch eines Beizmittels aufgearbeitet und in einem Stopfenwalzwerk
bei der Verarbeitung einer stark zunderhaltigen Luppe angewendet.
Beispiel 2
[0034] Ein Beizmittel mit betonten Schmiereigenschaften wurde hergestellt aus 70 Gew.% Na
5p30
10 und 4 Gew.% Graphit als schmierwirksame Komponente und 26 Gew.% Na
2B
2O
4. BH
20 (Natriummetaborat) als beizaktive Komponente durch homogenes Mischen, wobei die
erhaltene Mischung eine durchschnittliche Korngrösse von 100 Mikrometer aufwies. Dieses
feinteilige Pulver wurde unmittelbar in einer Kontistrasse vor dem Einführen der Dornstange
in den Hohlraum einer Luppe eingesprüht, wobei die Beizung bei Walztemperatur stattfand
und die Anteile des Na
5P
3O
10 und des Graphits beim Walzen die Schmierung zwischen dem Dorn und dem entstehenden
Rohr sicherstellte.
Beispiel 3
[0035] Eine Mischung aus 50 Gew.% Wasserglas (22% Na
2O) und 20 Gew.% Natriummetaborat (Na
2B
4O
10 . 10H
2O), 5 Gew.% Graphit und 23 Gew.% einer Mischung von Natriumstearat und -palmitat führte
zu einem Beizmittel mit ausgeprägt antioxidativen Eigenschaften. Das wurde deutlich
durch den relativ hohen gewichtsmässigen Anteil einer Mischung von Natriumstearat
und -palmitat.
1. Mittel zum Beizen, für die Schmierung und als Antioxidant von Werkstücken aus Eisen
und Stahl bei der spanlosen Warmumformung, enthaltend 20 bis 80 Gew.%
a) einer oder mehrerer Verbindungen aus der Reihe für eine Beizung wirksamer Verbindungen
Na2B4O7. 10H2O;
Na2B4O7. 5H2O;
Na2B407 wasserfrei;
Natrium-Metaborat, NaBO2 . 4H20;
Borsäure, H3B03;
Borsäureanhydrid, B203;
lösliches Natriumsilikat mit einem SiO2/Na2O-Verhältnis von 2,5 bis 3,3 und
Natriummetasilikat, Anhydrid oder mit 5 und 9 Kristallwasser;
1 bis 80 Gew.%
b) eines oder mehrerer Trockenschmierstoffe aus der Reihe von Graphit;
Calciumfluorid;
Kryolit, Na3Al F6;
Antimonoxid, Sb2O3;
Molybdändisulfid, MoS2;
Bornitrid, BN;
eines der Phosphate aus der Reihe
Trinatriumphosphat, hydratisiert oder nicht hydratisiert Trikaliumphosphat, hydratisiert
oder nicht hydratisiert Natriummetaphosphate (NaPO3)3 und (NaP03)4;
Kaliummetaphosphat (KPO3)3 und (KPO3)4;
Polymetaphosphat (NaPO3)4 . H2O;
Natriumtripolyphosphat Na5P3O10, hydratisiert oder nicht hydratisiert,
Natriumpolyphosphat (Na5P3O10)2-8 und
Zinkphosphat (PO4)2Zn3; und 0 bis 79 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils einer oder mehrerer der
Gruppen c), d) und e), die 0 bis 35 Gew.%
c) eines oder mehrerer die Schichtbildung in der Luppe beeinflussenden und als Antioxidant
wirkender Zusätze aus der Reihe von
Koks, pulveriger Kohlenstoff,
Cellulose in Pulverform, Sägemehl, Stärke und deren Derivate,
Paraffine, Wachse
Fettsäuren und/oder Salze davon,
Kolophonium und dessen Derivate,
synthetische Harze auf der Basis von Kohlenwasserstoffen mit 5 bis 10C-Atomen, und
Inden-Cumaron-Harze;
0 bis 50 Gew.%
d) eines oder mehrerer die physikalischen Eigenschaften des Mittels steuernden Stoffe
aus der Reihe Magnesiumchlorid MgCl2 . 6H20,
Natriumchlorid,
Kaliumchlorid,
Calciumchlorid,
Natriumsulfat,
Natriumacetat,
Kaliumacetat und
Tone;
und
0 bis 5 Gew.%
e) eines oder mehrerer auf die Reduktion der Oxide und trennend wirkende Substanz
aus der Reihe
Ammoniumchlorid NH4Cl,
Harnstoff CO(NH2)2,
Ammoniumcarbonat (NH4)2CO3,
Harnstoff-Formaldehyd-Harz,
Natriumcarbonat Na2Co3
enthalten.
2. Mittel nach Patentanspruch 1, enthaltend 20 bis 80 Gew.% a), 1 bis 75 Gew.% b)
und 5 bis 79 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils einer oder mehrerer der
Gruppen c), d) und e), wobei c) in Mengen von 0 bis 35 Gew.%, d) in Mengen von 0 bis
50 Gew.% und e) in Mengen von 0 bis 5 Gew.% enthalten ist.
3. Mittel nach Patentanspruch 1 und 2, enthaltend 20 bis 65 Gew.% a), 5 bis 75 Gew.%
b) und 5 bis 75 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils einer oder mehrerer der
Gruppen c), d) und e), wobei c) in Mengen von 0 bis 30 Gew.%, d) in Mengen von 0 bis
30 Gew.% und e) in Mengen von 0 bis 3 Gew.% enthalten ist.
4. Mittel nach Patentansprüchen 1 bis 3, enthaltend 20 bis 50 Gew.% a), 30 bis 70
Gew.% b) und 10 bis 50 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils einer oder mehrerer
der Gruppen c), d) und e), wobei c) in Mengen von 0 bis 30 Gew.%, d) in Mengen von
0 bis 30 Gew.% und e) in Mengen von 0 bis 3 Gew.% enthalten ist.
5. Mittel nach Patentanspruch 1 für die Schmierung, als Antioxidant und vorzugsweise
zum Beizen von Werkstücken aus Eisen und Stahl bei der spanlosen Warmumformung, enthaltend
50 bis 80 Gew.% a),
1 bis 50 Gew.% b)
und 0 bis 49 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 49 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils
einer oder mehrerer der Gruppen c), d) und e), wobei c) in Mengen von 0 bis 35 Gew.%,
d) in Mengen von 0 bis 49 Gew.% und e) in Mengen von 0 bis 5 Gew.% enthalten ist.
6. Mittel nach Patentanspruch 1 zum Beizen, als Antioxidant und vorzugsweise für die
Schmierung von Werkstücken aus Eisen und Stahl bei der spanlosen Warmumformung, enthal-'
tend
20 bis 50 Gew.% a)
50 bis 80 Gew.% b)
und 0 bis 30 Gew.%, vorzugsweise 5 bis 30 Gew.%, eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils
einer oder mehrerer der Gruppen c), d) und e), wobei c) in Mengen von 0 bis 30 Gew.%,
d) in Mengen von 0 bis 30 Gew.% und e) in Mengen von 0 bis 5 Gew.% enthalten ist.
7. Mittel nach Patentansprüchen 1 und 6, enthaltend 20 bis 22 Gew.% a) in Form von
Natriummetaborat und
78 bis 80 Gew.% b) in Form von 3 bis 5 Gew.% Graphit und 74 bis 76 Gew.% Natriumtripolyphosphat.
8. Mittel nach Patentanspruch 1 zum Beizen, für die Schmierung und vorzugsweise als
Antioxidant von Werkstücken aus Eisen und Stahl bei der spanlosen Warmumformung, enthaltend
20 bis 80 Gew.% a)
1 bis 20 Gew.% b) und 10 bis 79 Gew.% eines oder mehrerer Stoffe aus jeweils einer
oder mehrerer der Gruppen c), d) und e), wobei c) in Mengen von 10 bis 35 Gew.%, d)
in Mengen von 0 bis 50 Gew.% und e) in Mengen von 0 bis 5 Gew.% enthalten ist.
9. Mittel nach Patentansprüchen 1 bis 8 zum Beizen, für die Schmierung und als Antioxidant
bei Werkstücktemperaturen von 600:bis 1300°C, vorzugsweise 1000 bis 1300°C.
10. Verwendung der Mittel nach Patentansprüchen 1 bis 9 zum Beizen, für die Schmierung
und als Antioxidant von Werkstücken aus Eisen und Stahl bei der spanlosen Warmumformung,
vorzugsweise zum Beizen, für die Schmierung und als Antioxidant von Luppen aus Stahl
bei Walztemperatur.
11. Verwendung der Mittel nach Patentanspüchen 1 bis 10 zum Beizen, für die Schmierung
und als Antioxidant von Werkstücken aus Eisen und Stahl bei der spanlosen Warmumformung,
vorzugsweise zum Beizen, für die Schmierung und als Antioxidant von Luppen aus Stahl
bei Walztemperatur in Stopfenwalzwerken (Plug mills).
12. Verwendung der Mittel nach Patentansprüchen 1 bis 11 zum Beizen, für die Schmierung
und als Antioxidant bei Werkstücktemperaturen von 600 bis 1300°C, vorzugsweise bei
1000 bis 1300°C.