DE10012801A1 - Verfahren und Anlage zur Oberflächenbehandlung von warmgewalzten Bändern oder Blechen aus Metall - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Oberflächenbehandlung von warmgewalzten Bändern oder Blechen aus Metall

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Abstract

Es wird ein Verfahren sowie eine Anlage zur Oberflächenbehandlung vorgeschlagen, bei dem in einem ersten Schritt das Walzgut (6) unmittelbar nach dem letzten Verformungsschritt in der Walzstraße (1) homogen über Walzgutbreite und -länge auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der eine Zunderbildung des Walzgutes eingeschränkt oder unterdrückt ist, und bei dem in einem zweiten Schritt das gegebenenfalls schwach verzunderte Walzgut zur vollständigen Entzunderung seiner Oberfläche sowie gleichzeitig zur Einstellung gewünschter mechanischer Eigenschaften einer Glühung unter reduzierenden Bedingungen unterworfen wird. Auf diese Weise wird ein Warmband mit sehr guter Oberflächenqualität bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von warmgewalz­ ten Blechen oder Bändern aus Metall - insbesondere aus Stahl - zur Entfernung von Zunder oder Oberflächenoxiden, wobei das Walzgut über eine Auslaufstrecke zu einer Haspeleinrichtung gefördert wird.
Bei der Herstellung von dünnen Blechen oder Bändern aus Stahl - sei es nach dem konventionellen Warmbreitbandwalzen oder beim Gießen und Walzen von Dünnbrammen - ist das Material während der Umformung in den Walzgerüsten als auch auf der sich anschließenden Auslaufstrecke bzw., dem Abkühlrollgang der Luft ausgesetzt, so daß die Oberfläche des Walzgutes zwangsläufig wegen des Kontaktes mit dem Luftsauerstoff verzundert. Die Wachstumsgeschwindigkeit so­ wie die Art der sich hierbei ausbildenden Zunderschichten sind im wesentlich ab­ hängig von der Legierungszusammensetzung des gewalzten Materials und dem angewendeten Temperatur-/Zeit-Zyklus. Bei Temperaturen oberhalb von 570°C entstehen beispielsweise als Hauptprodukt bei der Oxidation von Eisen FeO- Schichten, unterhalb von 570°C Fe2O3- sowie Fe3O4-Schichten, bei legierten Stählen Oxide der jeweiligen Legierungsbestandteile.
Das gewalzte Band läuft üblicherweise über den Abkühlrollgang mit Wasserküh­ lelementen zu einer Haspeleinrichtung, wobei vielfach im Abkühlrollgang als auch über die Temperaturwahl in der Haspeleinrichtung die mechanischen Eigenschaf­ ten des Bandes einstellbar sind. Hierbei ist es aber nachteilig, daß sich in der Haspeleinrichtung die Einflüsse der Temperatur auf Zunderbildung und Einstellung der mechanischen Eigenschaften durch die Einstellung des Gefüges gegenläufig verhalten. Zudem wächst die Zunderschicht im aufgewickelten Coil im Bereich der Bandkanten wegen des besseren Kontaktes zum Luftsauerstoff stärker als in der Bandmitte, gerade auch bei hohen Haspeltemperaturen. Ein Nachteil der Einstel­ lung der mechanischen Eigenschaften in der Warmbreitbandstraße ist, daß die Temperaturverteilung über Coillänge und -breite undefiniert und besonders am Coilende und -anfang inhomogen ist. Entsprechend können auch die mechani­ schen Eigenschaften der Fertigprodukte inhomogen sein.
Üblicherweise wird das aufgehaspelte, verzunderte, Warmband einer Beizanlage zugeführt, um Zunder und Oberflächenoxide mittels Durchlauf in salz- oder schwefelsauren Medien von der Bandoberfläche zu entfernen. Allerdings ist für den wirtschaftlichen Betrieb einer solchen Beizlinie eine bestimmte Menge an durch die Beizflüssigkeit zu förderndem Walzgutvolumen notwendig. Das Walz­ gutvolumen nimmt mit abnehmender Warmbanddicke bei gleichem Oberflächen­ durchsatz ab. Der Erhöhung des Oberflächendurchsatzes durch Steigerung der Durchlaufgeschwindigkeit sind gleichwohl mit den bekannten Beiztechniken Gren­ zen gesetzt. Die Oberflächenbehandlung von immer dünner werdendem Warm­ band durch Beizanlagen ist damit nicht beliebig weiterzuverfolgen.
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Anlage zur Oberflächenbehandlung von warmgewalzten Blechen oder Bändern bereitzustellen, mit dem vor allem dünnes Band mit hoher Oberflächengüte mit homogenen mechanischen Eigenschaften über Bandlänge und -breite wirtschaft­ lich hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, daß in einem ersten Schritt das Walzgut unmittelbar nach dem letzten Verformungsschritt in der Walzstraße - d. h. nach dem Auslaufen aus dem Fertigwalzgerüst - homogen über die Walzgutbreite und -länge auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der eine Zunderbildung des Walzgutes eingeschränkt oder unterdrückt ist, und das in einem zweiten Schritt das gegebenenfalls schwach verzunderte Walzgut zur voll­ ständigen Entzunderung seiner Oberfläche sowie zur Einstellung gewünschter mechanischer Eigenschaften einer Glühung unter reduzierender Atmosphäre un­ terworfen wird.
Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch eine entsprechend schroffe Abkühlung des Walzgutes, welches unmittelbar aus der Walzstraße aus­ tritt, Temperaturen eingestellt werden, bei denen eine Zunderbildung auf der Bandoberfläche eingeschränkt oder verhindert werden kann. Durch die gewählten Temperaturen und Abkühlgeschwindigkeiten ist die Einstellung des gewünschten Gefüges möglich. Die Zunderbildung ist abhängig vom Werkstoff und nimmt mit steigender Temperatur zu. Bei Eisen ist die Zunderbildung bei Temperaturen un­ terhalb von 450°C merklich reduziert. In einem zweiten Verfahrensschritt wird das derartig abgekühlte und deshalb nur gering verzundernde Material, das gegebe­ nenfalls noch Zunder, der sich während des Walzens gebildet hat, aufweist, einer Glühung unter reduzierender Atmosphäre unterworfen. Während dieses Schrittes wird einerseits die Walzgutoberfläche vollständig entzundert, andererseits wird die Glühung zur Einstellung eines homogenen Gefüges und somit homogener me­ chanischer Eigenschaften im Walzgut und somit im Fertigprodukt genutzt.
Vorzugsweise findet diese Glühung mit gleichzeitiger Reduktion von Zunder­ schichten in einem gegenüber der Außenatmosphäre abgedichteten Durchlauf­ glühofen statt mit einer Heiz-, Halte- und Abkühlzone, wobei in der anfänglichen Heizzone das Band auf Temperaturen in einem Bereich von 500-800°C, vorzugs­ weise etwa 550°C, aufgeheizt wird.
Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird das Walzgut in einer sich unmittelbar an die erste Heizzone anschließenden zweiten Heizzone auf Temperaturen im Bereich von 700 bis 800° erwärmt.
Die Haltezone dient im wesentlichen zum Entzundern der Oberflächen sowie Ein­ stellung des gewünschten Gefüges unter Zeiteinfluß.
Der Durchlaufofen besteht aus gegenüber der Luftatmosphäre gasdichten Kam­ mern und enthält reduzierende Gase, vorzugsweise 100% Wasserstoff. Andere reduzierende Gase wie Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe sowie deren Gemische oder auch Gemische von Wasserstoff und Stickstoff sind ebenfalls denkbar. Wasserstoff hat allerdings zwei Vorteile. Er reagiert mit dem Sauerstoff, der in einen Durchlaufofen durch die kontinuierliche Förderung des Walzgutes durch die eingeschleppte und nicht gänzlich zu vermeidende Luft eintritt, zu Was­ ser. Zudem ist die Entkohlung der Walzgutoberfläche durch Wasserstoff sehr ge­ ring. Eine 100%-ige Wasserstoffatmosphäre empfiehlt sich insbesondere bei hoch oder höherlegierten Stählen, da die Legierungsmetalle in der Regel oxidati­ onsempfindlicher sind als Eisen.
Zum einen kann das vorgeschlagene Verfahren mit dem Glühschritt enden, wobei darauf zu achten ist, daß in der Abkühlzone des abgedichteten Durchlaufofens das Walzgut schon auf etwa eine Temperatur von 100°C abgekühlt wird, um eine Reoxidation bei Austritt des Walzgutes aus dem Ofen und erneutem Kontakt mit dem Luftsauerstoff zu verhindern. Das Band wird unmittelbar danach aufgehaspelt und steht als Glühprodukt mit entzunderter Oberfläche und eingestelltem homo­ genen Gefüge zur Verfügung.
Alternativ kann sich an das kontinuierliche Glühverfahren sofort eine Oberflächen­ beschichtung anschließen, vorzugsweise in Form einer Schmelztauchveredlungs­ linie zum Beschichten mit Zink- oder Aluminiumlegierungen. Für eine solche Ausführungsform wird das Walzgut in der Abkühlzone auf eine Temperatur in einem Temperaturbereich zwischen 400 bis 700°C abgekühlt und dann sofort der Ober­ flächenbehandlung unterworfen.
Zur Kombination des vorgeschlagenen Verfahrens mit bekannten Verfahren in einer konventionellen Warmbreitbandstraße bzw. einer CSP-Anlage empfiehlt es sich, daß abgekühlte Walzgut über die vorhandenen Auslaufstrecken zu fördern und zu haspeln, anschließend im Bund zu einem separat angeordneten Durch­ laufglühofen zu transportieren, hier abzuhaspeln, nach dem Glühen wieder aufzu­ haspeln oder unmittelbar sich anschließendem Oberflächenbeschichtungsanlagen zuzuführen.
Erfindungsgemäß wird auch eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Anlage vorgeschlagen. Diese zeichnet sich dadurch aus, daß neben bekannten Einheiten zum Walzen von Bändern und Blechen eine Abkühlvorrichtung notwen­ dig ist, die im Übergang zwischen dem Fertigwalzgerüst und der Auslaufstrecke angeordnet ist, sowie ein Durchlaufglühofen vorgesehen ist, der unter reduzieren­ der Atmosphäre arbeitet.
Ein bedeutender Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist, daß Warmband, das aufgrund der bekannten Prozesse hinsichtlich seiner Dicke bereits Abmessungen von Kaltband erreichen kann, auch hinsichtlich seiner Oberflächenqualität sowie der mechanischen Eigenschaften in den Bereich von Kaltband gelangt. Auch kann Warmband oberflächenbeschichtet zur Verfügung gestellt werden ohne negativen Einfluß auf das Gefüge.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentan­ sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen des Gegenstandes der Erfindung nach den beiliegenden Figuren, wobei diese zeigen:
Fig. 1 die schematische Abfolge des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem ersten Schritt einer Abkühlung nach der Walzstraße sowie dem nachgeschalteten Glühen;
Fig. 2 die schematische Darstellung einer Dünnbrammengieß- und walzanlage.
Die Fig. 1 zeigt schematisch die Abfolge des vorgeschlagenen Verfahrens sowie die hierzu notwendigen Anlageeinheiten. Die beiden Ausführungsformen des Verfahrens unterscheiden sich in der Behandlung des Walzgutes in der Abkühlzo­ ne des Durchlaufglühofens, worauf später eingegangen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl in herkömmlichen Warmbreit­ bandstraßen als auch in Anlagen zur Herstellung von Dünnband (vgl. Fig. 2) An­ wendung finden. Beide Anlagentypen weisen eine Walzstraße 1 - die Fertigstaffel der Walzstraße ist hier mit drei Gerüsten 2a, 2b, 2c mit je zwei Arbeitswalzen und zwei Stützwalzen schematisch dargestellt - auf, an die sich eine Auslaufstrecke 3 sowie eine Haspeleinrichtung 4 anschließen. Unmittelbar nach dem letzten Walz­ gerüst 2c ist erfindungsgemäß eine Abkühlvorrichtung 5 angeordnet, die das Warmband 6 mit einstellbarer Geschwindigkeit abkühlt. Die zu erreichenden Tem­ peraturen sollten unterhalb von 450°C liegen. Mit Hilfe der Abkühlgeschwindigkeit und der Abkühltemperaturen ist das gewünschte Gefüge - reiner Martensit, Bainit oder ferritisch-perlitisches Gefüge oder Mischgefüge - einstellbar. Das derart ab­ geschreckte Band 6 wird ohne weitere größere Bildung von Zunder oder Oberflä­ chenoxiden zur Haspeleinrichtung 4 transportiert. Auf der Bandoberfläche befindet sich nur der Zunder bzw. Oberflächenoxide, die sich während des Walzvorgangs gebildet haben.
Das in der Haspeleinrichtung 4 aufgerollte Coil 7 wird anschließend einem separat angeordneten Durchlaufglühofen 8 zugeführt. Nach einer nicht gezeigten Ausführungsform ist es ebenfalls denkbar, daß der Glühofen in die Auslaufstrecke der Walzanlage integriert ist.
Das bereits vollständig abgekühlte oder noch warme Coil 7 wird in einer Enthas­ peleinrichtung 9 abgerollt, und über eine Schweißeinrichtung 10 in einen Einlauf­ speicher 11 gefördert. Diese drei Anlagenelemente bilden die Einlaufgruppe 12 des Durchlaufglühofens. Von dort tritt es kontinuierlich in den Glühofen 8 ein, der vorzugsweise eine 100%-ige Wasserstoffatmosphäre aufweist. Die Abdichtungen des Glühofens an beiden Seiten sind mittels dynamischer Gasabdichtungen reali­ sierbar. Der Ofen ist aufgeteilt in drei Grundzonen 13 (Aufheizzone), 14 (Haltezo­ ne), 15 (Abkühlzone), wobei sich die Aufheizzone 13 in eine erste (13a) und in eine zweite (13b) Aufheizzone aufteilt.
Die erste Aufheizzone 13a ist vorzugsweise mit einem Induktionsofen versehen, der das Band schnell auf Temperaturen um ca. 550°C aufwärmt. Es folgt die zweite Aufheizzone 13b, um im Band Temperaturen von 700 bis 800°C einzustel­ len. Dann schließt sich ein im Verhältnis langer Haltebereich 14 an, bei dem im wesentlichen unter den reduzierenden Bedingungen der Entzunderungsvorgang und die Einstellung des gewünschten Gefüges stattfindet.
Für die erste Verfahrensvariante schließt sich nun ein Abkühlvorgang mit an­ schließendem Aufhaspeln an. Hierzu wird das Band in der Abkühlzone 15 auf eine Temperatur unterhalb von 100°C abgekühlt, wobei über die Abkühlgeschwindig­ keit als auch das Abkühlmedium das gewünschte Gefüge einstellbar ist. Dem Durchlaufglühofen 8 ist eine Auslaufgruppe 16 nachgeordnet mit Auslaufspeicher 17, Dressiergerüst und/oder Streckrichter 18 sowie eine Haspeleinrichtung 19.
Alternativ wird das Band 6 im Durchlaufglühofen 8 nur auf eine Temperatur von 400 bis 700°C abgekühlt und im warmen Zustand einer Schmelztauchveredlungs­ anlage 20 zugeführt, hier nur schematisch dargestellt.
Die in Fig. 1 nur teilweise dargestellte Walzstraße wird in Fig. 2 durch die schematische Darstellung einer kombinierten Gieß- und Walzanlage konkretisiert. Eine solche Anlage besteht im wesentlichen aus einer Stranggießanlage 21 (hier schematisch mit einer Kokille angedeutet) für einen Strang 22 von 30 bis 250 mm Dicke, vorzugsweise von 30 bis 130 - wobei diese Dickenangabe den Schutzbe­ reich der Erfindung nicht begrenzt -, einer Querteileinrichtung 23, einer Einrichtung 24 zum Erwärmen bzw. Ausgleichen der Temperatur, beispielsweise einem Hub­ balkenofen oder einem Rollenherdofen, sowie einer Walzstraße 1 (hier schema­ tisch mit zwei Walzgerüsten 2a, 2b angedeutet). Je nach Ausführungsart kann auf die Trenneinrichtung verzichtet werden.
Nach dem vorgeschlagenen Verfahren läßt sich ein Warmband mit sehr guter Oberflächenqualität bei gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften erzeugen. Die Bandoberfläche liegt reduziert für weitere Bearbeitungschritte oder oberflä­ chenbehandelt, vorzugsweise schmelztauchveredelt, als Band-Fertigprodukt vor.

Claims (11)

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von warmgewalzten Blechen oder Bändern (6) aus Metall zur Entfernung von Zunder oder Oberflächenoxiden, wobei das Walzgut nach dem Walzvorgang über eine Auslaufstrecke (3) zu einer Haspeleinrichtung (4) gefördert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in einem ersten Schritt das Walzgut (6) unmittelbar nach dem letzten Verformungsschritt in der Walzstraße homogen über Walzgutbreite und - länge auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der eine Zunderbildung des Walzgutes eingeschränkt oder unterdrückt ist, und
daß in einem zweiten Schritt das gegebenenfalls schwach verzunderte Walzgut zur vollständigen Entzunderung seiner Oberfläche sowie zur Ein­ stellung gewünschter mechanischer Eigenschaften einer Glühung unter re­ duzierenden Bedingungen unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut für den zweiten Verfahrensschritt einem kontinuierlichen Durchlaufglühofen (8) mit einer Heiz- (13), Halte- (14) und Abkühlzone (15) zugeführt wird zum Aufheizen des Walzgutes auf Temperaturen im Bereich von etwa 500 bis 800°C, Halten des Walzproduktes auf der Aufheiztemperatur unter Reduktion der verbliebenen Zunderschicht sowie Abkühlen auf eine Temperatur aus dem Bereich von 100 bis 700°C.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut nach Durchlaufen einer ersten Aufheizzone (13a), in der es auf eine Temperatur von etwa 550°C vorgewärmt wird, eine sich unmit­ telbar anschließende zweite Aufheizzone (13b) durchläuft zwecks weiterem Aufheizen des Walzguts auf Temperaturen im Bereich von 700 bis 800°C.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abkühlzone (15) des Durchlaufglühofens das Walzgut auf Tem­ peraturen unterhalb von 100°C zwecks Verhinderung einer Reoxidation ab­ gekühlt und unmittelbar anschließend aufgehaspelt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abkühlzone (15) des Durchlaufglühofens das Walzgut auf Tem­ peraturen in einem Temperaturbereich zwischen 400 bis 700°C abgekühlt und anschließend im noch erwärmten Zustand unmittelbar oberflächenbe­ schichtet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut unmittelbar nach dem letzten Walzstich abgekühlt wird, in der der Auslaufstrecke folgenden Haspeleinrichtung (4) aufgehaspelt wird, das gehaspelte Bund (7) einem zur Walzstraße separaten Durchlaufglüho­ fen (8) zugeführt wird, vor Einlauf in den Durchlaufglühofen abgehaspelt wird, unter reduzierenden Bedingungen geglüht und anschließend abgekühlt und aufgehaspelt wird oder unmittelbar anschließend einer Schmelz­ tauchveredlungslinie (20) zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die reduzierende Atmosphäre durch Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe, deren Gemische oder durch Gemische von Wasser­ stoff und Stickstoff eingestellt wird.
8. Anlage zur Oberflächenbehandlung von warmgewalzten Blechen oder Bän­ dern aus Metall zur Entfernung von Zunder oder Oberflächenoxiden zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Walzgut (6) aus dem Fertigwalzgerüst (2a, b, c) einer Walzstraße (1) aus­ tritt und über eine Auslaufstrecke (3) zu einer Haspeleinrichtung (4) geför­ dert wird, gekennzeichnet durch eine Abkühlvorrichtung (5) im Übergang zwischen Fertigwalzgerüst (2c) und Auslaufstrecke (3) sowie einen Durchlaufglühofen (8) für das abgekühlte Walzgut, der unter reduzierender Atmosphäre arbeitet.
9. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaufglühofen (8) separat zur Walzstraße (1) angeordnet ist.
10. Anlage nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch
Mittel zum Transport des abgekühlten aufgehaspelten Bandes (7) zum Durchlaufglühofen,
eine Einlaufgruppe (12), die dem Durchlaufglühofen (8) vorgeordnet ist, umfassend eine Einrichtung zum Abhaspeln (9), gegebenenfalls eine Schweißeinrichtung (10) sowie gegebenenfalls einen Einlaufspeicher (11) und
eine Auslaufgruppe (16), die dem Durchlaufglühofen (8) nachgeordnet ist, umfassend gegebenenfalls einen Auslaufspeicher (17), ein Dressiergerüst und/oder ein Streckrichteinrichtung (18) sowie eine Einrichtung zum Auf­ haspeln (19) des Bandes bzw. Bleches oder eine sich unmittelbar an den Durchlaufglühofen anschließende Schmelztauchveredlungslinie (20).
11. Anlage zum Herstellen von Blechen und Bändern aus Metall mit einer Warmbandenddicke vorzugsweise kleiner als 2 mm, umfassend eine Stranggießanlage (21) zum Gießen von Brammen (22), wahlweise eine Querteileinrichtung (23), eine Erwärmungseinrichtung und/oder Tempera­ turausgleichseinrichtung (24), eine Warmwalzstraße (1) sowie eine Oberflä­ chenbehandlungsanlage nach einem der Ansprüche 8 bis 10.
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