DE10060948C2 - Verfahren zum Erzeugen eines Warmbandes aus einem einen hohen Mangan-Gehalt aufweisenden Stahl - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen eines Warmbandes aus einem einen hohen Mangan-Gehalt aufweisenden Stahl

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Warmbandes aus einem einen hohen, mehr als 12 bis 30 Gew.-% betragenden Mangan-Gehalt aufweisenden Stahl. Stähle dieser Art zeichnen sich durch besonders hohe Festigkeit aus.
Ein Problem bei der Herstellung und Verarbeitung von Stählen, die derart hohe Mangan-Gehalte aufweisen, besteht darin, daß sie ein Erstarrungsverhalten aufweisen, welches sich von den üblichen, für Tiefziehanwendungen bestimmten Stählen, wie IF- oder Low- Carbon-Stählen, unterscheidet. So zeigt sich, daß im konventionellen Brammenstrangguß vergossene, hoch­ manganhaltige Stähle der in Rede stehenden Art ein schlechtes Umformverhalten aufweisen.
Gemäß einem aus der DE 199 00 199 A1 bekannten Verfahren lassen sich Stähle, die neben anderen Legierungselementen 7% bis 27% Mn enthalten, durch Dünnbandgießen als endabmessungsnahes Band erzeugen und zu Warmband verarbeiten. Das so erhaltene Material eignet sich in besonderer Weise für die Anwendung im Bereich des Automobil-Karosseriebaus.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, welches die Erzeugung von Stahlbändern ermöglicht, die trotz eines hohen Mangan-Gehaltes ein gutes Umformverhalten besitzen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erzeugen eines TWIN- und TRIP-Eigenschaften aufweisenden Warmbandes aus einem mehr als 12 bis 30 Gew.-% Mangan enthaltenden Stahl gelöst, bei dem eine Schmelze in einer Zwei-Rollen- Gießmaschine endabmessungsnah zu einem Vorband mit einer Dicke von bis zu 6 mm vergossen wird, welches im Anschluß an das Gießen kontinuierlich zu Warmband weiterverarbeitet wird, indem es in einem einzigen Warmwalzstich auf die Enddicke des Warmbands gewalzt wird.
Gemäß der Erfindung wird hoch-manganhaltiger Stahl zu einem Vormaterial vergossen, dessen Abmessungen den Endabmessungen des Warmbandes angenähert sind. Auf diese Weise wird schon im Gießprozeß ein derart dünnes Material erzeugt, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Erstarrung über seinen gesamten Querschnitt sichergestellt ist. Überraschend hat sich gezeigt, daß das derart endabmessungsnah vergossene Vormaterial ein wesentlich feinkörnigeres, gleichmäßigeres Gefüge aufweist als auf konventionellem Wege erzeugtes Stahlband mit einem vergleichbar hohen Mangan-Gehalt. Das aus dem Vormaterial erzeugte Warmband besitzt TRIP ("Transformation-Induced- Plasticity")- und TWIP ("Twinning-Induced-Plasticity")- Eigenschaften und weist dementsprechend eine gute Umformbarkeit auf, welche es in Kombination mit der hohen Festigkeit in besonderer Weise für die Verwendung im Karosseriebau geeignet macht.
Erfindungsgemäß sollte die Dicke des erzeugten Materials möglichst gering sein. Je dünner das gegossene Vormaterial ist, desto feiner ist das Erstarrungsgefüge und desto weniger können erstarrungsbedingte Fehler die Weiterverarbeitung zu Warmband stören. Gleichzeitig läßt sich bei einem dünnen gegossenen Vorprodukt der Vorgang der Erstarrung auf einfache Weise gezielt steuern. So kann in einem kontrollierten Vorgang dem Umstand Rechnung getragen werden, daß insbesondere bei Stählen der hier in Rede stehenden Art die Erstarrungsgeschwindigkeit unmittelbaren Einfluß auf die Höhe und die Verteilung von Mikroseigerungen hat. Diese beeinflussen wiederum das Kornwachstum und den Zustand der im Zuge der Erstarrung auftretenden Ausscheidungen, wie MnS, AlN und Ti(C, N). Durch die gezielte Steuerung der Gefügeparameter des gegossenen Vormaterials können somit die Grundlagen eingestellt werden, welche die Weiterverarbeitbarkeit und die Gebrauchseigenschaften des Endprodukts entscheidend beeinflussen.
Das Vergießen des Stahles erfolgt erfindungsgemäß in einer Zwei-Rollen-Gießmaschine. Dieser an sich bekannte Gießmaschinentyp ermöglicht es, besonders dünnes, der endgültigen Abmessung des Warmbandes stark angenähertes Vormaterial zu erzeugen, dessen Erstarrungsverhalten, insbesondere seine Erstarrungsgeschwindigkeit und -gleichmäßigkeit zu einem optimalen Gußgefüge und damit einhergehend zu einer optimierten Umformbarkeit führt.
Überraschend hat sich gezeigt, daß sich dadurch, daß aus dem Vorband in nur einem einzigen Stich ein Warmband auf Enddicke gewalzt wird, besonders gute Arbeitsergebnisse erzielen lassen. Die unmittelbare, kontinuierliche Aufeinanderfolge von Gießprozeß und des in einem Stich erfolgenden Warmwalzens ermöglicht es, die Hitze des Gießprozesses in den Walzprozeß mitzunehmen, so daß der bei konventionellem Brammenguß stets erforderliche Schritt der Wiedererwärmung vor dem Warmwalzen vermieden werden kann. Die "Mitnahme" der Gießhitze vermeidet zudem ein übermäßiges Kristallwachstum und unterstützt so zusätzlich die Ausbildung eines feinen Gefüges im Vormaterial.
Wegen des besonderen Einflusses des Erstarrungsvorgangs auf die Eigenschaften des Endprodukts ist es vorteilhaft, wenn die Weiterverarbeitung des Vormaterials zu Warmband eine im unmittelbaren Anschluß an das Gießen erfolgende kontrollierte Abkühlung umfaßt. Dies ermöglicht es, das aus der Gießkokille austretende Vormaterial gezielt so abzukühlen, daß ein für die Weiterverarbeitung optimiertes Gefüge erhalten wird. Dabei wird die Abkühlung in der Regel mit einer gegenüber der Abkühlung an Luft höheren Abkühlgeschwindigkeit erfolgen.
Versuche haben gezeigt, daß, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und den gewünschten Eigenschaften des Endproduktes, die mittlere Walzanfangstemperatur, mit der das Vormaterial in das Walzgerüst einläuft, zwischen 1100°C und 750°C liegen kann.
Sofern das Vormaterial warmgewalzt wird, können die Eigenschaften des warmgewalzten Bandes darüber hinaus dadurch gezielt beeinflußt werden, daß das gewalzte Warmband im Anschluß an das Warmwalzen kontrolliert abgekühlt wird.
Grundsätzlich ist es denkbar, das erfindungsgemäß erhaltene Warmband "inline" beispielsweise zu einem Kaltband weiterzuverarbeiten. In vielen Fällen wird es im Hinblick auf möglicherweise folgende Verarbeitungsschritte oder einzustellende Eigenschaften des Warmbandes jedoch zweckmäßig sein, wenn das Band im Zuge der Weiterverarbeitung zu einem Coil gehaspelt wird.
Indem die Weiterverarbeitung des Vormaterials zu Warmband mindestens abschnittsweise unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt, kann eine Oxidation der Bandoberfläche und damit einhergehend eine übermäßige Zunderbildung vermieden werden. In diesem Zusammenhang ist es besonders günstig, wenn das Vormaterial mindestens bis zu seinem Eintritt in das Walzgerüst unter der Schutzgasatmosphäre gehalten wird.
Erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Stähle können neben weiteren Legierungselementen bis zu 3,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 3 Gew.-%, Silizium enthalten. Darüber hinaus können sie bis zu 3,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 3 Gew.-%, Aluminium aufweisen. Eisen und Aluminium bzw. Eisen und Silizium bilden in Stählen der erfindungsgemäß verarbeiteten Art intermetallische Phasen, die unterhalb der Warmformungstemperatur auftreten und bis zur Raumtemperatur stabil sind.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur den Aufbau einer Vorrichtung zum Erzeugen eines Warmbandes in einer schematischen seitlichen Ansicht,
Diagramm den Temperaturverlauf über die Verarbeitungszeit des Vor- und Warmbandes in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1,
Bild 1 einen vergrößerten Schnitt durch den Kantenbereich des in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzeugten Warmbandes,
Bild 2 einen vergrößerten Schnitt durch den Mittenbereich des in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 erzeugten Warmbandes.
Die Figur zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung 1 zum Erzeugen eines Warmbandes W, die eine Gießvorrichtung 2, eine erste Kühlstrecke 3, ein Walzgerüst 4, eine zweite Kühlstrecke 5 und eine Haspeleinrichtung 6 umfaßt.
In der nach dem bekannten Prinzip einer Zwei-Rollen- Gießmaschine ("Double Roller") aufgebauten Gießvorrichtung 2 wird eine in einem Tundish 7 enthaltene Schmelze S einer nachfolgend im einzelnen erläuterten Zusammensetzung in den zwischen zwei Gießrollen 8, 9 gebildeten Gießspalt 10 zu Vorband V gegossen. Das gegossene Vorband V verläßt den Gießspalt 10 in einem kontinuierlichen Fördervorgang mit einer Dicke, die zwischen weniger als 1 mm und 6 mm variierbar ist.
Das Vorband V wird auf seinem Weg zu dem Walzgerüst 4 in der unterhalb des Austritts des Gießspalts 10 und eng benachbart zu diesem angeordneten ersten Kühlstrecke 3 mit einem auf seine Oberflächen aufgebrachten Kühlmedium kontrolliert abgekühlt.
Die zwischen dem Austritt des Gießspalts 10 und dem Walzgerüst 4 von dem Dünnband V zurückgelegte Förderstrecke ist von einer Einhausung 11 umgeben, in der eine Schutzgas-Atmosphäre aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird ein Kontakt der Bandoberfläche mit dem Sauerstoff der Umgebungsluft vermieden.
Das Dünnband V läuft in das Walzgerüst 4 mit einer Walzanfangstemperatur AT ein und wird darin in einem Stich auf seine Enddicke gewalzt.
Das das Walzgerüst 4 mit einer Walzendtemperatur ET verlassende Warmband W durchläuft unmittelbar anschließend die zweite Kühlstrecke 5. In der Kühlstrecke 5 wird das Warmband W wiederum mit einem geeigneten Kühlmedium kontrolliert auf die Haspeltemperatur HT gebracht, mit der es schließlich in der Haspeleinrichtung 6 zu einem Coil C aufgewickelt wird.
Im beigefügten Diagramm sind die Walzanfangstemperatur AT, die Walzendtemperatur ET und die Haspeltemperatur HT über die Verarbeitungszeit nach dem Gießen in der Bandbreite dargestellt, die sich in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und den gewünschten Eigenschaften des zu erzeugenden Warmbandes auf einer gemäß der Figur aufgebauten Vorrichtung einstellen lassen. Durch eine geeignete Temperaturführung entlang einer vorgegebenen Grenzkurve mit anschließendem isothermen Halten, Walzen und Abschrecken läßt sich das feinkörnige Gefüge des Warmbandes nach dem Austritt aus dem Walzgerüst einfrieren, so daß die guten Gebrauchseigenschaften des Warmbandes nach dem Warmwalzen erhalten bleiben. Insbesondere dann, wenn der Temperaturverlauf des Vor- und Warmbandes der unteren im Diagramm dargestellten Grenzkurve angenähert ist, läßt sich dieser Effekt erreichen.
Die im Ausführungsbeispiel vergossene Schmelze S wies neben den üblichen unvermeidbaren Verunreinigungen einen Mn-Gehalt von 20 Gew.-%, einen C-Gehalt von 0,003 Gew.-%, einen Schwefelgehalt von 0,007 Gew.-%, einen Si-Gehalt von 3,0 Gew.-%, einen Al-Gehalt von 3,0 Gew.-% und als Rest Eisen auf.
Bild 1 zeigt einen vergrößerten Schnitt durch den Kantenbereich und Bild 2 einen in gleicher Weise vergrößerten Schnitt durch den Mittenbereich eines aus diesem Stahl in der in der Figur dargestellten Vorrichtung erzeugten Warmbands. Es zeigt sich, daß das Band ein dendritisch ausgebildetes Gefüge aufweist, welches aus Austenit und einer vermutlich kohlenstoffhaltigen zweiten Phase besteht. Zum Kern des Bandes hin zeigt sich eine deutliche Feinung des Gefüges.
Bezugszeichen
1
Vorrichtung
2
Zwei-Rollen-Gießmaschine
3
erste Kühlstrecke
4
Walzgerüst
5
zweite Kühlstrecke
6
Haspeleinrichtung
7
Tundish
8
,
9
Gießrollen
10
Gießspalt
11
Einhausung
AT Walzanfangstemperatur
C Coil
ET Walzendtemperatur
S Schmelze
V Dünnband
W Warmband

Claims (11)

1. Verfahren zum Erzeugen eines TWIP- und TRIP- Eigenschaften aufweisenden Warmbandes (W) aus einem mehr als 12 bis 30 Gew.-% Mangan enthaltenden Stahl, bei dem eine Schmelze (S) in einer Zwei-Rollen- Gießmaschine (2) endabmessungsnah zu einem Vorband (V) mit einer Dicke von bis zu 6 mm vergossen wird, welches im Anschluß an das Gießen kontinuierlich zu Warmband (W) weiterverarbeitet wird, indem es in einem einzigen Warmwalzstich auf die Enddicke des Warmbands (W) gewalzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Vorbands bis zu 4 mm, insbesondere bis zu 2,5 mm, beträgt.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterverarbeitung des Vorbands zu Warmband eine im unmittelbaren Anschluß an das Gießen erfolgende kontrollierte Abkühlung umfaßt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung mit einer gegenüber der Abkühlung an Luft höheren Abkühlgeschwindigkeit erfolgt.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Walzanfangstemperatur (AT), mit der das Vorband in das Walzgerüst (4) einläuft, zwischen 1100°C und 750°C liegt.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewalzte Warmband (W) im Anschluß an das Warmwalzen kontrolliert abgekühlt wird.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband (W) am Ende der Weiterverarbeitung zu einem Coil (C) gehaspelt wird.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterverarbeitung des Vorbands zu Warmband (W) mindestens abschnittsweise unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorband (V) mindestens bis zu seinem Eintritt in das Walzgerüst (4) unter der Schutzgasatmosphäre gehalten wird.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl bis zu 3,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 3 Gew.-%, Silizium enthält.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl bis zu 3,5 Gew.-%, insbesondere bis zu 3 Gew.-% Aluminium, enthält.
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