Verfahren zur Herstellung eines Kratzen- oder Bürstendrahtes

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kratzen- oder Bürstendrahtes nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Für die Herstellung von Drahtbürsten, Kratzenbändern, Drahtstiften und dergleichen sind Drähte mit besonderen Eigenschaften erforderlich. Der Draht soll eine hohe Festigkeit aufweisen und gleichwohl elastisch sein. Herkömmliche Verfahren verwenden unlegierte Walzdrähte aus härtbarem Kohlenstoffstahl, die mit Hilfe von Ziehwerkzeugen auf einen vorgegebenen Durchmesser gezogen werden. Vor dem Ziehverfahren bzw. zwischen aufeinanderfolgenden Ziehschritten erfolgt ein Patentieren, eine Wärmebehandlung zur Wiederherstellung der Ziehfähigkeit des Drahtes. Nach dem Ziehen auf Enddurchmesser wird der Draht vergütet, d.h. austenitisiert, abgedruckt und angelassen, um ihm die notwendige Festigkeit und Geradheit zu verleihen.

[0003] Aus wirtschaftlichen Gründen besteht die Notwendigkeit, daß der Draht vor dem Ziehen einen möglichst kleinen Durchmesser aufweist. Der Rohdraht wird durch Walzbearbeitung hergestellt. Der Durchmesser liegt daher vorzugsweise bei 6 mm oder geringer.

[0004] Die Standzeit von Bürsten oder Kratzen mit dem auf konventionelle Weise hergestellten Draht erfüllt die bei Hochleistungsmaschinen gesetzten Erwartungen ungenügend. Nun könnte daran gedacht sein, die Verschleißfestigkeit und damit die Standzeit eines Drahtes dadurch zu verbessern, daß ein legierter Stahl eingesetzt wird. Dem stehen jedoch Nachteile entgegen. Die Erzielung eines ziehfähigen rein perlitisch/sorbitischen Gefüges nach dem Walzen durch das Verfahren nach der Stelmorkühlung ist bei den üblicherweise verwendeten Legierungsgehalten für Abmessungen <6 mm nicht möglich. Bei den üblicherweise verwendeten Legierungsgehalten ist aufgrund der langen Umwandlungszeiten das Patentieren ebenfalls nicht möglich bzw. nicht mehr wirtschaftlich durchzuführen. Dies ist aber notwendig, um ein ziehfähiges Gefüge zu erzeugen.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kratzen- oder Bürstendrahtes anzugeben, das ohne wesentlichen wirtschaftlichen Mehraufwand zu einem Draht führt, der eine höhere Standzeit aufweist.

[0006] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0007] Erfindungsgemäß wird ein mit Chrom legierter Walzdraht verwendet, wobei der Chromanteil kleiner als 0,3% ist.

[0008] Kleine Legierungsanteile enthaltende Stähle werden auch als mikrolegierte Stähle bezeichnet. So ist zum Beispiel bekannt, für Spannstahl mit Chrom und Vanadium mikrolegierte Stähle vorzusehen, um die Zugfestigkeit zu erhöhen. Spannstähle haben jedoch andere Eigenschaften aufzuweisen als Bürsten- oder Kratzendraht. Im übrigen sind derartige für zum Beispiel Spannstahl verwendete Stahllegierungen nicht auf den gewünschten Durchmesser mit einem ziehfähigen rein perlitisch/sorbitischen Gefüge walzbar. Zudem würde das Vanadium beim Patentieren durch Kornwachstum seine Wirkung verlieren.

[0009] Nach einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Chromanteil vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,25 %. Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird der gezogene Draht so vergütet, daß das Vergütungsgefüge über die Karbidausscheidung aus dem Martensit zur Bainitstufe hin verschoben wird.

[0010] Es versteht sich, daß der verwendete Ausgangsstahldraht geringfügige Anteile weiterer Legierungsmetalle enthält, wie zum Beispiel Mangan und/oder Silicium.

[0011] Durch das Verfahren nach der Erfindung wird ein Kratzen- und Bürstendraht erhalten, der mit einem perlitisch/sorbitischen Gefüge walzbar, patentierbar und vergütbar ist, ohne daß durch die Wärmebehandlung die Verschleißfestigkeit negativ beeinflußt wird. Im Gegenteil, die Verschleißfestigkeit ist dem herkömmlichen Kratzen- und Bürstendraht deutlich überlegen. Andererseits ist die Verformbarkeit des Drahtes nicht ungünstiger. Zum Beispiel ist für die Herstellung von Borsten für Drahtbürsten oder Zähnen für Kratzenbänder oder dergleichen eine Biegeverformung erforderlich, die sich mit dem erfindungsgemäß hergestellten Draht problemlos durchführen läßt.

[0012] Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird erreicht, daß das Legierungselement Chrom fein dispers als Karbid im Stahl ausgeschieden ist und somit deutlich verschleißmindernd wirkt. Die Herstellung eines Walzdrahtes auf den erforderlichen kleinen Druchmesser, zum Beispiel mittels des sogenannten Stelmorverfahrens mit perlitisch/sorbitischem Gefüge, bereitet keine Schwierigkeiten. Die Karbide lösen sich oberhalb der Austenisierungstemperatur auf und scheiden bei Abkühlung fein dispers aus. Dies ist deshalb entscheidend, da der festigkeitssteigernde und verschleißmindernde Effekt von den durch die Legierungselemente gebildeten Karbiden durch Teilchenwachstum nicht zerstört werden darf. Dies wäre zum Beispiel bei den Chrom-Vanadiumlegierten Spannstählen der Fall, wenn sie wärmebehandelt würden. Die Vanadiumkarbide würden durch Teilchenwachstum ihre festigkeitssteigernden Eigenschaften verlieren.

[0013] Bei einem Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde ein Walzdraht von 5,5 mm Durchmesser verwendet mit einem Kohlenstoffanteil von 0,68 %, einem Siliciumanteil von 0,25%, einem Mangananteil von 0,75% und einem Chromanteil von 0,2 bis 0,25%.

[0014] Der Walzdraht zeigte ein perlitisches Gefüge und konnte ohne Probleme an die Patentierabmessung von 2,10 mm gezogen werden. Nach der Patentierung wurde der Draht auf die Endabmessung von 0,52 mm gezogen.

[0015] Für einen Bürstendraht wurden folgende Ergebnisse erzielt:

Zugfestigkeit	2500 N/mm2
Streckgrenzenverhältnis	45 - 55%
Dehnung	> 5%

[0016] Gegenüber einem Standarddraht von gleicher Zugfestigkeit wurde ein günstigeres Streckgrenzenverhältnis und eine höhere Dehnung erzielt. Ersteres bewegt sich beim Standarddraht zwischen 70 und 90% und letztere bei 3 bis 5%. Somit zeigt der erfindungsgemäße Draht bei gleicher Zugfestigkeit deutlich bessere Werte bezüglich Festigkeit und Verformbarkeit.

[0017] Das Zeitstandverhalten eines Bürstendrahtes kann nur in der Bürste beurteilt werden. Es wurden Bürsten mit verschiedenen Drähten als Besatz gefertigt, um die Standzeit zu testen, wobei eine auf dem Markt befindliche Bürste mit 100% bewertet wurde. Gegenüber einer derartigen Bürste ergab der Versuch eine Standzeitverlängerung um 40%.

[0018] Auch bei einem erfindungsgemäß hergestellten Kratzendraht zeigten die Versuche ein höheres Zeitstandverhalten durch höhrere Verschleißfestigkeit. Die verschleißmindernden Eigenschaften der Chromkarbide kommen offensichtlich auch hier zum Tragen. Es wurde ein Versuchsdraht von 0,405 x 0,305 mm gefertigt. Die Setzergebnisse waren gut. Standzeitergebnisse liegen derzeit nicht vor.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Kratzen- oder Bürstendrahtes, bei dem ein gewalzter Stahldraht mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,6 bis 0,7% und einem Durchmesser von etwa 6 mm und kleiner durch mindestens einen Ziehvorgang auf Enddurchmesser gebracht wird, wobei vor dem Ziehen oder zwischen aufeinanderfolgenden Ziehvorgängen der Draht patentiert und nach dem Ziehen vergütet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit Chrom legierter Stahldraht verwendet wird, dessen Anteil 0,3% oder kleiner ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chromanteil zwischen 0,2 und 0,25% liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergütungsgefüge über die Karbidausscheidung aus dem Martensit zur Bainitstufe hin verschoben wird.