DE10124594A1 - Verfahren zum Herstellen eines Verbundbandes aus Stahl durch Walzplattieren eines direkt gegossenen Stahlbandes - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Verbundbandes aus Stahl durch Walzplattieren eines direkt gegossenen Stahlbandes

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbandes (10) aus Stahl durch Plattieren eines direkt gegossenen Kernbandes (1) mit einem Plattierungsband (8). Das Kernband (1) wird vom Gießort zum Plattierungsort in einer inerten Atmosphäre geführt. Am Plattierungsort wird mindestens einseitig auf das aus der Gießhitze kommende Kernband (1) bei einer Temperatur von mindestens 550 DEG C das Plattierungsband (8) mit korrosionsarmen bis korrosionsbeständigen Kaltbandeigenschaften als Kaltband inline aufplattiert.

Description

Für bestimmte Anwendungen, wie für Karosserien von Fahrzeugen, werden von der weiterverarbeitenden Industrie Stahlbleche verlangt, die bei niedrigen Gestehungskosten einerseits ein hohes Umformvermögen verbunden mit einer hohen Festigkeit und andererseits glatte korrosionsgeschützte Oberflächen haben. Niedriglegierte ferritische Stähle lassen sich gut umformen, haben eine hohe Festigkeit und sind kostengünstig herzustellen; sie sind jedoch korrosionsanfällig. Nach dem bekannten Zweirollen-Verfahren aus solchen Stählen hergestellte Bänder haben in der Regel Oberfächen, die nicht den Anforderungen entsprechen (Rauhigkeit, Kristalliteorientierung), so dass sie sich nicht ohne weiteres als Außenhaut für Fahrzeugkarosserien verwenden lassen. Austenitische Cr-Ni-Stähle lassen sich gut umformen, haben eine hohe Festigkeit und eine defektfreie, gut polierbare Oberfläche und sind von Hause aus antikorrosiv; von Nachteil sind jedoch die hohen Herstellungskosten solcher Stähle. Deshalb erfüllen Bleche aus diesen Stählen nicht die gestellten Anforderungen an kostengünstige für Fahrzeugkarosseriestähle.
Um die Oberflächenqualität eines direkt gegossenen Aluminiumbandes zu verbessern, ist es bekannt (DE 33 32 656 A1), auf ein von einer Zweirollengießmaschine kommendes dünnes Aluminiumkernband ein- oder beidseitig ein relativ kaltes, wesentlich dünneres Aluminiumband in einem Warmwalzwerk aufzuwalzen, in dessen Walzspalt aufgrund der erhöhten Temperatur und des Druckes die Bänder miteinander verbunden werden. Es wurde festgestellt, dass es dabei zu Verbundfehlern kommen kann, die durch eine unvermeidbar auf Aluminiumflächen vorhandene Oxidschicht verursacht sind. Um solche Verbundfehler zu vermeiden, ist bei dem bekannten Verfahren vorgesehen, die miteinander zu verbindenden Bänder mit einer Oberflächengeschwindigkeitsdifferenz gemeinsam über eine dem Walzspalt unmittelbar vorgeordnete einzelne Biegerolle zuführen. Durch diese Behandlung der Bänder wird bezweckt, die die Verbindung der Bänder behindernden Oxidschichten auf ihren Oberflächen aufzubrechen. Die Verbindung kann jedoch nicht optimal sein, da das Oxid der nur aufgebrochenen und von der Oberfläche im günstigsten Fall vollflächig abgeriebenen Oxidschichten zwischen den Bändern verbleibt. Hinzu kommt, dass die Temperatur im Walzspalt allenfalls bei nur 450°C liegt, weil das gegossene Aluminiumkernband auf seinem Weg zum Walzspalt abkühlt und ihm weitere Wärme durch das kalte Aluminiumdeckband bei dessen Kontaktierung an der Biegerolle entzogen wird. Deshalb ist ein solches Verfahren nicht geignet, um auf ein Kernband aus Stahl ein dünneres Plattierungsband aus Stahl aufzuwalzen.
Ob ein solches Verfahren zum Plattieren von Aluminiumband in der Praxis Anwendung gefunden hat, ist nicht bekannt, jedenfalls hat es beim Walzplattieren von Stahlbändern bisher keine Anwendung gefunden. Ein Grund dafür mag sein, dass selbst für eine diffusionsgetragene Verbindung die im Walzspalt herrschende Temperatur zu niedrig ist. Ein gegossenes Stahlkernband kühlt auf seinem Weg vom Gießort zum Plattierungsort auf 600°C oder sogar weniger ab. Durch das kalte Plattierungsband wird es noch weiter abgekühlt. Auch die starke Verzunderung des Kernbandes an seiner zu plattierenden Oberfläche mag ein Hinderungsgrund für die Anwendung des bekannten Verfahrens bei Stahlbändern gewesen sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines korrosionsgeschützten Stahlbandes mit glatter Oberfläche, hoher Festigkeit und hohem Umformvermögen zu schaffen, so dass es z. B. für die Außenhaut von Kraftfahrzeugen geeignet ist. Außerdem sollen seine Gestehungskosten vergleichsweise niedrig sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch zumindest einseitiges Plattieren eines nach dem Zweirollenverfahren direkt gegossenen ferritischen Kernbandes mit einem austenitischen oder hochlegierten, ferritischen Plattierungsband mit korrosionsarmen bis korrosionbeständigen Kaltbandeigenschaften, bei dem auf das aus der Gießhitze kommende Kernband das Plattierungsband als Kaltband inline aufplattiert wird, wobei das Kernband auf seinem Wege vom Gießort zum Plattierungsort einer die Bindungsqualität der Plattierung verbessernden Behandlung unterzogen wird und am Plattierungsort zumindest an seiner zu plattierenden Oberfläche eine Temperatur von mindestens 550°C hat.
Das erfindungsgemäß hergestellte Verbundband hat alle Eigenschaften, die von modernen Karosserieblechen verlangt werden. Beide Stahlqualitäten haben ein hohes Umformvermögen und, wenn gewünscht wird eine hohe Festigkeit. Von dem vom Material her teureren Plattierungsband braucht nur gerade soviel eingesetzt zu werden, wie für den Korrosionsschutz und eine rissfreie, glatte, lackierfähige Außenseite erforderlich ist, da der Hauptanteil für die mechanische Belastbarkeit von dem preiswerteren Kernband übernommen wird. Charakteristische Dickenbereichswerte liegen für das Kernband zwischen 0,4 mm und 5 mm und für das Plattierungsband zwischen 0,05 mm und 0,5 mm. Wegen dieser Größenverhältnisse der unterschiedlich teuren Stahlqualitäten können die Gestehungskosten für das Verbundband niedrig gehalten werden. Die Oberflächenbehandlung des warmen Kernbandes vor dem Plattierungsort und seine Oberflächentemperatur von mindestens 550°C bei der Plattierung gewährleisten eine optimale Verbindungsqualität.
Für die Oberflächenbehandlung gibt es mehrere Möglichkeiten. In Abhängigkeit von der gewählten Oberflächenbehandlung wird die optimale Temperatur eingestellt, die bis zu 1400°C betragen kann.
Insbesondere wird das Kernband auf seinem Weg vom Gießort (Bandgießmaschine) zum Plattierungsort (Walzspalt) in einer inerten Atmosphäre geführt. Bei dieser Maßnahme kann es nicht zu Verbundfehlern aufgrund von Oberflächenoxidation (Verzunderung) kommen. Das erspart an sich bekannte Gegenmaßnahmen, wie gemeinsame Biegung der aufeinander liegenden Bänder über eine Rolle und Zuführung der Bänder mit einer Oberflächengeschwindigkeitsdifferenz. Alternativ vor allem aber zusätzlich können die Maßnahmen der Oberflächenbehandlung in einem Aufrauhen und/oder Sprüh-, Reib- oder Schmelztauchbeschichten des Kernbandes bestehen. Durch die Beschichtung können je nach verwendetem Beschichtungsstoff verschiedene Effekte erreicht werden: Mit Cyansalz, Blutlaugensalz oder Calciumcarbonat lässt sich für das Walzplattieren der Schmelzpunkt des Kernbandes an dessen zu plattierender Oberfläche herabsetzen. Durch aufgesprühten CO2-Schnee lässt sich die Oberfläche des Kernbandes für das Plattieren aktivieren, indem ihre bentzungsfähigkeit erhöht wird. Beim Schmelztauchbeschichten lässt sich ein Lot, z. B. Ag-Lot oder Cu-Lot auftragen, so dass das Plattieren auch als Lötvorgang ausgeführt werden kann. Dem Plattierungsort kann parallel zum Kernband und Plattierungsband das Lot auch in Form einer Folie zugeführt werden. Auch kann das Lot eine auf dem Plattierungsband aufgebrachte Beschichtung als Folie, Paste oder aufgesprüht sein. Das Aufbringen des Lotes kann in einer Linie in einem dem Plattierungsort vorgeordneten Walzgerüst erfolgen. Auch kann das mit Lot beschichtete Plattierungsband vorgefertigt von einem Coil abgezogen werden.
Beim Aufwalzen des Plattierungsbandes auf das aus der Gießhitze kommende Kernband findet nicht nur der Verbund der Bänder, sondern auch eine weitere Dickenreduktion insbesondere bis auf das gewünschte Endmaß statt. Eine Kalibrierung bis auf das Endmaß kann allerdings auch in einer Linie in einem nachgeordneten Walzgerüst erfolgen.
Die für das Walzplattieren geforderte Mindesttemperatur des Kernbandes, insbesondere seine optimale Oberflächentemperatur, die bei Verwendung von Lot zwischen 700°C und 1200°C und bei allen anderen Walzplattierungen zwischen 1100°C und 1400°C liegt, lässt sich durch Nachbeheizen des Kernbandes auf seinem Weg zum Plattierungsort einstellen, wenn die Gießhitze nicht mehr ausreichen sollte. Dafür sind bei den üblichen kleinen Durchlaufgeschwindigkeiten von ca. 1 m/s Linearinduktoren besonders geeignet. Aber auch Brenner können eingesetzt werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer eine Anlage zum Walzplattieren darstellenden schematischen Zeichnung näher erläutert.
Ein Kernband 1 aus niedrig legiertem, ferritischem Stahl wird in einer Zweirollengießmaschine 2 hergestellt. Das so direkt gegossene Kernband 1 verlässt den Gießspalt mit einer Dicke von 0,5 bis 5 mm, wobei sein Kern noch flüssig ist. Es wird dann einem Warmwalzgerüst 3 zugeführt. Auf seinem Weg von der Gießmaschine 2 zum Warmwalzgerüst 3 wird das Kernband 1 durch ein nach außen verschlossenes Gehäuse 4 geführt, in dem eine Schutzgasatmosphäre herrscht. Wegen der Schutzgasatmosphäre bilden sich auf der Oberfläche keine Oxide oder Nitride. Da es auf seinem Weg von der Gießmaschine 2 zum Warmwalzgerüst 3 auf eine für das Walzplattieren zu niedrige Temperatur von ca. 600°C abkühlen würde, durchläuft es Linearinduktoren 5, die es auf eine Temperatur von maximal 1400°C aufheizen. Mit einer rotierenden Walzenbürste 6 kann die zu plattierende Oberfläche des Kernbandes 1 aufgerauht werden, was sich günstig auf die Bindungsqualität auswirkt. Zusätzlich oder auch alternativ kann die zu plattierende Oberfläche des Kernbandes mit den schon erwähnten Materialien behandelt werden, um die Bindungsqualität zum Plattierungsband zu verbessern.
Von einer Haspel 7 wird ein kaltgewalztes Plattierungsband 8 aus einem hochlegierten, korrosionsarmen bis antikorrosivem Stahl vorzugsweise mit austenitischem Gefüge über eine Umlenkrolle 9 dem Walzspalt des Warmwalzwerkes 3 und parallel zum Kernband 1 zugeführt. Das Plattierungsband 8 hat eine wesentlich kleinere Dicke als das Kernband 1, und zwar von 0,1 bis 0,5 mm. Im Walzspalt findet dann durch Aufwalzen des kalten Plattierungsbandes 8 auf das warme Kernband 1 infolge der erhöhten Temperatur des Kernbandes 1 von vorzugsweise 1100°C bis 1400°C und des Walzdruckes die Plattierung statt, wobei die beiden Bänder 1, 8 miteinander verschweißen. In Einzelfällen kann es nützlich sein, auch das Plattierungsband 8 zu erwärmen. In der Regel reicht aber die Wärmekapazität des vergleichsweise dicken Kernbandes 1 und die Umformwärme aus, das dünne Plattierungsband 8 zu erwärmen, um an der Grenzschicht eine ausreichend hohe Temperatur für die Plattierung zu erhalten. Erfolgt die Erwärmung im Gehäuse 4 in Inertgasatmosphäre dann kann sie bis auf die Temperatur des Kernbandes erfolgen, sonst bis auf eine Temperatur, bei der noch keine Oberflächenoxidation stattfindet.
Sofern Lötlot als Vernetzungsmaterial eingesetzt wird, findet ein überlagerter Lötvorgang statt. Die Bänder 1, 8 verlassen dann als Verbundband 10 das Warmwalzgerüst 3 und werden einem nicht dargestellten Aufhaspel zugeführt. Die Zuführung von Lötlot kann in einer Schmelztauchbeschichtung des Kernbandes oder als eigenständige Folie oder als Beschichtung des Plattierungbandes erfolgen. Im letzteren Fall vorzugsweise als vorgefertigtes Verbundband vom Coil.
Eine weitere Möglichkeit, das Lot zur Verfügung zu stellen, besteht darin, daß das Plattierungsband dadurch vorbelotet wird, daß das Lot durch eine Sprühtechnik (z. B. Braze-Skin-Verfahren) oder auch pastös aufgetragen wird. Anschließend wird diese Lotschicht getrocknet. Das vorbelotete Plattierungsband liegt in gecoilter Form vor und weist z. B. Schichtdicken des Lotes zwischen 50 und 200 µm auf. Es kann z. B. ein Nickel-Basis-Lot sein, dessen Schmelzpunkt bei etwa 580°C liegt.
Es versteht sich, dass auf das Kernband 1 nicht nur einseitig, sondern auch zweiseitig ein Plattierungsband aufgewalzt werden kann.

Claims (21)

1. Verfahren zum Herstellen eines Verbundbandes (10) aus Stahl durch mindestens einseitiges Plattieren eines nach dem zweirollenverfahren direkt gegossenen ferritischen Kernbandes (1) mit einem austenitischen oder hochlegierten ferritischen Plattierungsband (8) mit korrosionsarmen bis korrosionsbeständigen Kaltbandeigenschaften, bei dem auf das aus der Gießhitze kommende Kernband (1) das Plattierungsband (8) als Kaltband inline aufplattiert wird, wobei das Kernband (1) auf seinem Wege vom Gießort zum Plattierungsort einer die Bindungsqualität der Plattierung verbessernden Behandlung unterzogen wird und am Plattierungsort zumindest an seiner zu plattierenden Oberfläche eine Temperatur von mindestens 550°C hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernband (1) auf seinem Wege vom Gießort zum Plattierungsort in einer inerten Atmosphäre geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernband (1) als Oberflächenbehandlung aufgerauht und/oder sprüh-, riesel-, reib- oder schmelztauchbeschichtet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Beschichtung Cyansalz, Blutlaugensalz oder Calciumcarbonat verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernband (1) auf seinem Wege vom Gießort zum Plattierungsort auf eine Oberflächentemperatur von 1100°C bis 1400°C aufgeheizt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Vernetzungsmaterial zwischen dem Kernband (1) und dem Plattierungsband (8) ein Lot verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kupfer-, Silber- oder Nickel-Basislot verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot als Tauchbeschichtung des Kernbandes (1), als eigenständige Folie oder als auf das Plattierungsband (8) aufgetragene oder aufgesprühte Beschichtung zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernband (1) auf seinem Wege vom Gießort zum Plattierungsort in Abhängigkeit vom verwendeten Lot auf eine Oberflächentemperatur von 550°C bis 1200°C aufgeheizt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufheizung des Plattierungsbandes (8) unter Inertgasatmosphäre bis auf die Temperatur des Kernbandes (1) unmittelbar vor dem Plattierungsort erfolgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kernband (1) aus niedrig legiertem Stahl besteht.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernband (1) eine Dicke von 0,4 bis 5 mm hat.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattierungsband (8) aus hochlegiertem Cr- oder CrNi-Stahl besteht.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattierungsband (8) eine um ein Vielfaches kleinere Dicke als das Kernband (1) hat.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Plattierungsbandes (8) 0,05 bis 0,3 mm beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattierungsband (8) auf seinem Weg zum Plattierungsort aufgeheizt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung des Plattierungsbandes (8) unter Inertgasatmosphäre bis auf die Temperatur des Kernbandes (1) unmittelbar vor dem Plattierungsort erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizung des Plattierungsbandes (8) unter oxidierender Atmosphäre bis annähernd auf die Oxidationstemperatur des Plattierungsbandes (1) erfolgt.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass beim Walzplattieren oder inline danach eine Dressierwalzung des Verbundbandes (10) erfolgt.
20. Verwendung eines Verbundbandes, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 19, für die Herstellung von Karosseriebauteilen für Kraftfahrzeuge.
21. Verwendung eines Verbundbandes nach Anspruch 20 für die Außenhaut von Kraftfahrzeugkarosserien.
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