CZ20031558A3 - Způsob výroby pásové oceli válcované zatepla - Google Patents

Description

Způsob výroby pásové oceli válcované za tepla

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby pásové oceli válcované zatepla, která má vlastnosti TWIP a TRIP, z oceli, obsahující více než 12 až 30 % hmotnostních manganu, u kterého se tavenina slévá ve dvouválcovém licím stroji do předvalku na plech, blížícího se konečným rozměrům, s tloušťkou do 6 mm, který se v návaznosti na lití dále kontinuálně zpracovává na pásovou ocel válcovanou zatepla, takže se v jediné válcovací stolici válcuje na konečnou tloušťku pásové oceli.

Oceli tohoto druhu se vyznačují obzvlášť vysokou pevností.

Dosavadní stav techniky

Problém při výrobě a zpracovávání ocelí, které mají vysoký obsah manganu, spočívá v tom, že tyto oceli se při tuhnutí chovají odlišně od běžných ocelí určených pro hlubokotažné aplikace, jako jsou IF oceli nebo nízkouhlíkové oceli. Ukazuje se, že oceli s vysokým obsahem manganu, odlévané konvenčním kontinuálním litím plochých předvalku, o které se jedná, se při tváření chovají špatně.

Podle způsobu, známého ze spisu DE 199 00 199 Al, lze oceli, které kromě jiných legovacích prvků obsahují 7 až 27 % Mn, vyrábět odléváním tenkých pásů, přibližujících se konečným rozměrům a zpracovávat je dále na pásovou ocel. Takto získaný materiál se hodí obzvlášť pro použití v oblasti automobilových karosérií.

Úkol vynálezu spočívá ve vytvoření způsobu, který umožňuje výrobu ocelových pásů, které mají navzdory vysokému obsahu manganu dobré tvářecí vlastnosti.

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje způsob výroby pásové oceli válcované zatepla, která má vlastnosti TWIP a TRIP, z oceli, obsahující více než 12 až 30 % hmotnostních manganu, u kterého se tavenina slévá ve dvouválcovém licím stroji do předvalku na plech, blízkého konečným rozměrům, s tloušťkou do 6 mm, který se v návaznosti na lití dále kontinuálně zpracovává na pásovou ocel válcovanou zatepla, takže se v jediné válcovací stolici válcuje na konečnou tloušťku pásové oceli.

Podle vynálezu se ocel s vysokým obsahem manganu odlévá do materiálu, jehož rozměry se přibližují koncovým rozměrům pásové oceli. Tímto způsobem se již v licím procesu vyrábí tak tenký materiál, že je v podstatě zajištěno rovnoměrné tuhnutí po celém jeho průřezu. Překvapivě se prokázalo, že tímto způsobem odlitý materiál s rozměry, které se přibližují konečným, má podstatně jemnozrnnější, stejnoměrnější strukturu než ocelový pás vyrobený konvenční cestou, se srovnatelně vyšším obsahem manganu. Pásová ocel vyrobená z předběžně zpracovaného materiálu má vlastnosti TRIP („Tranformation-Induced-Plasticity“) a TWIP („Twinning-InducedPlasticity“) a má podle toho odpovídající dobrou schopnost tváření, která je v kombinaci s vysokou pevností obzvlášť vhodná pro použití v konstrukcích karosérií.

Podle vynálezu má být tloušťka vyrobeného materiálu co možná nejmenší. Čím tenčí je odlitý výchozí materiál, tím jemnější je struktura tuhnutí a tím méně mohou chyby podmíněné tuhnutím narušovat další zpracování na pásovou ocel. Současně je při tence • · · · ··· ...

Q · ········» ·

J * · ·······* ··· ···· ·· ·· ·· _Cl odlitém výchozím materiálu možné proces tuhnutí jednoduchým způsobem cíleně řídit. V kontrolovaném procesu tak může být vzata v úvahu okolnost, že zejména u ocelí toho druhu, o kterém se zde pojednává, má rychlost tuhnutí bezprostřední vliv na výšku a rozdělení mikrosegregací. To ovlivňuje opět růst zrna a stav vyloučenin, které se vzhledem k tuhnutí vyskytují, jako je MnS, A1N a Ti (C, N). Cíleným řízením parametrů struktury odlitého výchozího materiálu mohou být nastaveny základy, které rozhodujícím způsobem ovlivňují schopnost dalšího zpracovávání a užitné vlastnosti koncového produktu.

Odlévání oceli se podle vynálezu provádí ve dvouválcovém licím stroji. Tento sám o sobě známý typ licího stroje umožňuje vyrábět zvlášť tenký výchozí materiál, velmi se přibližující konečným rozměrům pásové oceli, jehož chování při tuhnutí, zejména jeho rychlost tuhnutí a stejnoměrnost tuhnutí vedou k optimální struktuře odlitku a tím také k optimální možnosti tvarování.

Překvapivě se ukázalo, že se tím, že z předvalku se na konečnou tloušťku válcuje pásová ocel jen na jeden průchod válcovací stolicí, lze dosáhnout zvlášť dobrých pracovních výsledků. Kontinuální válcování zatepla, následující v bezprostřední posloupnosti licího procesu na jeden průchod válcovací stolicí, umožňuje přenášet teplo z licího procesu do válcovacího procesu, takže je možné odstranit krok opětovného ohřevu před válcováním zatepla, který je při konvenčním lití plochých předvalků stále nezbytný. „Přenášení“ licího tepla odstraňuje navíc nadměrný růst krystalů a podporuje tak dodatkově tvorbu jemné struktury ve výchozím materiálu.

Kvůli zvláštním vlivům procesu tuhnutí na vlastnosti konečného produktu je výhodné, když další zpracování výchozího materiálu na pásovou ocel zahrnuje v bezprostřední návaznosti na odlévání • · · ·

provádění kontrolovaného chlazení. To umožňuje cíleně ochlazovat materiál vystupující z licí kokily tak, že jeho struktura se udržuje pro další zpracovávání optimální. Přitom se chlazení provádí oproti chlazení vzduchem zpravidla vyšší chladicí rychlostí.

Pokusy prokázaly, že v závislosti na složení a požadovaných vlastnostech koncového produktu, může ležet střední počáteční válcovací teplota, se kterou výchozí materiál vstupuje do válcovací stolice, mezi 1100 °C a 750 °C.

Jestliže se výchozí materiál válcuje zatepla, mohou se vlastnosti zatepla válcovaného pásu navíc cíleně ovlivňovat tím, že válcovaná pásová ocel se v návaznosti na válcování zatepla kontrolované chladí.

V zásadě je myslitelné, že pásová ocel získaná podle vynálezu, se dále zpracovává „in line“ například do formy studeného pásu. V mnoha případech je však s ohledem na nejrůznější následující kroky dalšího zpracovávání nebo potřebné vlastnosti pásové oceli účelné, když pás se vzhledem k dalšímu zpracování navíjí do cívky.

Tím, že další zpracování výchozího materiálu na pásovou ocel nastává alespoň v úsecích pod ochrannou atmosférou, může být zabráněno oxidaci povrchu pásu a tím nadměrné tvorbě okují. V této souvislosti je obzvlášť příznivé, když výchozí materiál se přinejmenším do svého vstupu do válcovací stolice udržuje pod ochrannou atmosférou.

Oceli, které připadají podle vynálezu v úvahu, mohou kromě dalších legovacích prvků obsahovat až 3,5 % hmotnostních, zejména až 3 % hmotnostní křemíku. Navíc mohou mít až 3,5 % hmotnostní, zvláště až 3 % hmotnostní, hliníku. Železo a hliník, respektive železo • · a křemík tvoří v ocelích, dále zpracovávaných způsobem podle vynálezu, mezimetalické fáze, které se vyskytují pod tvářecí teplotou a jsou až do pokojové teploty stabilní.

Přehled obrázků na výkresech

Následně bude vynález blíže vysvětlen na základě jednoho příkladu provedení podle obrázků, na kterých znamená obr. 1 konstrukce zařízení k výrobě pásové oceli ve schématickém bočním pohledu,

Diagram průběhu teplot v čase zpracování pásové oceli v zařízení podle obr. 1, foto 1 zvětšený řez oblastí hran pásové oceli, vyrobené na zařízení podle obr. 1, foto 2 zvětšený řez středovou oblastí pásové oceli, vyrobené na zařízení podle obr. 1.

Příklady provedení vynálezu

Obr. znázorňuje schématicky konstrukci zařízení 1_ na výrobu pásové oceli W, které zahrnuje licí zařízení 2, první chladicí úsek 3_, válcovací stolici 4, druhý chladicí úsek 5. a navíjecí zařízení 6_.

V licím zařízení 2, zabudovaném podle známého principu ve dvouváicovém licím stroji („Double Roller“) se tavenina S. obsažená v mezipánvi 7 ve složení, které bude následně detailně vysvětleno, odlévá v licí štěrbině 10, tvořené mezi dvěma licími válci 8., 9_, do předvalku V. Odlitý předvalek V opouští licí štěrbinu 10 • ···♦ • 00·

0 1

0 1 v kontinuálním dopravním procesu s tloušťkou, která se může měnit mezi méně než 1 mm a 6 mm.

Předvalek V se na své cestě do válcovací stolice 4 kontrolované ochlazuje chladicím médiem, nanášeným na jeho povrch, a to na prvním chladicím úseku 3_, uspořádaném pod výstupem z licí štěrbiny a úzce s ním sousedícím.

Dopravní trasa, kterou urazil tenký pás V mezi výstupem z licí štěrbiny 10 a válcovací stolicí 4, je obklopena skříní 11, ve které je v klidu udržována atmosféra z ochranného plynu. Tímto způsobem se zabraňuje kontaktu povrchu pásu s kyslíkem v okolním vzduchu.

Tenký pás V vbíhá do válcovací stolice 4 s počáteční válcovací teplotou AT a válcuje se v průchodu stolicí na svou koncovou tloušťku.

Teplý pás W opouštějící válcovací stolici 4 s koncovou válcovací teplotou ET probíhá bezprostředně navazující druhou chladicí trasou 5.. V chladicí trase 5_ se teplý pás W opět kontrolované uvádí vhodným chladicím médiem na navíjecí teplotu HT, se kterou se nakonec v navíjecím zařízení 6_ navíjí na cívku C..

V přiloženém diagramu jsou znázorněny počáteční válcovací teplota AT, koncová válcovací teplota ET a navíjecí teplota HT během času zpracování po odlití v šířce pásu, kterou lze v závislosti na složení a požadovaných vlastnostech vyráběného teplého pásu přizpůsobit podle zařízení, konstruovaného podle obrázku. Díky vhodnému vedení teploty podél předem dané mezní křivky s následnou izotermickou prodlevou, válcováním a prudkým ochlazením se nechá jemnozrnná struktura teplého pásu po výstupu z válcovací stolice zamrazit, takže zůstávají zachovány dobré vlastnosti pro použití teplého pásu po • 44 ·· ·· · 4 ···· ♦ * 4 4 4·· · · 4 • · 4 · · · · ·· · • 4 4 4 4 · 4··· • 44 4444 44 44 4« 44 válcování zatepla. Tohoto efektu lze dosáhnout zejména tehdy, když se průběh teplot předvalku a teplého pásu přibližuje mezní křivce, znázorněné na diagramu dole.

Tavenina S., odlévaná v příkladu provedení, má kromě běžných nevyhnutelných nečistot obsah Mn 20 % hmotnostních, obsah C 0,003 % hmotnostních, obsah síry 0,007 % hmotnostních, obsah Si 3,0 % hmotnostní, obsah Al 3,0 % hmotnostní a jako zbytek železo.

Foto 1 znázorňuje zvětšený řez oblastí hrany a foto 2 stejným způsobem zvětšený řez středovou oblastí teplého pásu, vyrobeného z této oceli na zařízení, znázorněném na obrázku. Ukazuje se, že pás má stromkovitě vytvořenou strukturu, která sestává z austenitu a z druhé fáze, pravděpodobně obsahující uhlík. Směrem k jádru pásu se ukazují výrazné rafinace struktury.

Claims (11)

1. 4 4

   PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Způsob výroby pásové oceli (W) válcované zatepla, která má vlastnosti TWIP a TRIP, z oceli, obsahující více než 12 až 30 % hmotnostních manganu, u kterého se tavenina (S) slévá ve dvouválcovém licím stroji (2) do předvalku (V) na plech, blízkého konečným rozměrům, s tloušťkou do 6 mm, který se v návaznosti na lití dále kontinuálně zpracovává na pásovou ocel (W) válcovanou zatepla, takže se v jediné válcovací stolici válcuje na konečnou tloušťku pásové oceli (W).
2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že tloušťka předvalku (V) činí až 4 mm, obzvláště až 2,5 mm.
3. 3. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že další zpracovávání předvalku do pásové oceli (W) válcované zatepla zahrnuje kontrolované chlazení, prováděné v bezprostřední návaznosti na lití.
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že chlazení se provádí vyšší chladicí rychlostí oproti chlazení na vzduchu.
5. 5. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že střední počáteční teplota (AT) válcování, se kterou předvalek nabíhá do válcovací stolice (4), leží mezi 1100 °C a 750

   c.
6. 6. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vyválcovaná pásová ocel (W) se kontrolované chladí v návaznosti na válcování zatepla.

   ·« • · ·· ···· • 9 • · · • · • ♦ · • · • ···· • · ·· • · 4 • · 4 ·· ··
7. 7. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že pásová ocel (W) se na konci dalšího zpracovávání navíjí do cívky (C).
8. 8. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že další zpracování předvalku do pásové oceli (W) se provádí alespoň po úsecích pod ochrannou atmosférou.
9. 9. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že předvalek (V) se alespoň do svého vstupu do válcovací stolice (4) udržuje pod ochrannou atmosférou.
10. 10. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ocel obsahuje až 3,5 % hmotnostních, obzvlášť až 3 % hmotnostní křemíku.
11. 11. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že ocel obsahuje až 3,5 % hmotnostních, obzvlášť až 3 % hmotnostní hliníku.

    Obr.

    ,Wi - fiT7

    2/3 «·

    0··0 «» • 0 • 0 • · 9

    0 · «« ·»·«

    0« • 9 0 •00 * « ·

    0 »0 0 *0 0« □ ₀ θλ nsed Β}θ|άθ| jupejjg