DE102016011047A1

DE102016011047A1 - Flexible Wärmebehandlungsanlage für metallisches Band in horizontaler Bauweise

Info

Publication number: DE102016011047A1
Application number: DE102016011047.3A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Engl; Andreas Köppe
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2018-03-15
Also published as: WO2018050857A1; EP3512969A1

Abstract

Kurzfassung Beim Durchlaufglühen und beim Feuerverzinken werden bei Al-beruhigten Tiefzieh- und bei TRIP-Stählen zur Erzielung bestmöglicher Eigenschaften in-line Wärmenachbehandlungen mit verhältnismäßig langen Behandlungszeiten durchgeführt. Damit ist jedoch ein gravierender Nachteil verbunden, weil die Bedingungen für eine optimale Herstellung von IF- und von Dualphasenstählen bezüglich ihrer Eigenschaften und Wirtschaftlichkeit verschlechtert werden. Die Erfindung soll es ermöglichen, in einer horizontalen Wärmenachbehandlungseinheit die Behandlungszeiten gezielt an die Erfordernisse des jeweils behandelten Stahltyps anzupassen. Die Lösung der gestellten Aufgabe ist eine Vorrichtung in einer Wärmenachbehandlungskammer (1) einer Band-Durchlaufanlage. Dabei ist eine Tragkonstruktion (2) so ausgelegt, dass sich in ihr eine vordere Rollen-Anordnung auf mindestens einem Schlingenwagen (3) horizontal nach vorne oder hinten bewegen lässt. Im Zusammenwirken mit einer hinteren festen Rollenanordnung (4) kann ein Band in Schleifen durch die Behandlungskammer geführt werden, wobei durch Verfahren der vorderen Anordnung nach vorne oder hinten unterschiedliche Schleifenlängen und damit Behandlungszeiten erzielt werden. Die Erfindung ermöglicht es, dass beim Durchlaufen von Band in einer flexiblen Wärmenachbehandlungszone mit horizontaler Anordnung die Durchlaufzeiten optimal an die Erfordernisse des jeweils behandelten Stahltyps angepasst werden.

Description

Gegenstand der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Behandlungsteil in einer Durchlaufglühanlage oder Feuerverzinkungsanlage für Band, der für die Durchführung eines Wärmenachbehandlungsvorgangs nach dem Glühen und Abkühlen bestimmt ist. In der Wärmenachbehandlungsanlage wird das Band bei unterschiedlichen, vorgegebenen Temperaturen und Zeiten behandelt. Das Band wird dabei in Schlingen so geführt, dass es an Rollen umgelenkt wird, die in einer auslaufseitigen ortsfesten Anordnung und einer einlaufseitigen Anordnung auf mindestens einem Schlingenwagen gelagert sind, wobei der horizontale Abstand der beiden Anordnungen durch Verfahren des/der Schlingenwagen veränderbar ist.
Stand der Technik
Durchlaufglühen
Das Durchlaufglühen ist eine thermische Behandlung, die an Stahlbändern nach dem Kaltwalzen angewendet wird. Es wird im bekannten Schrifttum ausführlich beschrieben (z. B. DE 21 59 597 , DE 24 01 381 , ASM Handbook/Vol. 4 Heat Treating/ASM Int. 1991, Umformtechnik Plastomechanik und Werkstoffkunde/Verlag Stahleisen Springer Verlag/1993). Danach besteht das Durchlaufglühverfahren darin, das Stahlband durch einen Ofen laufen zu lassen, wo es einer kontrollierten Erhitzung und Kühlung unterzogen wird. Das Band läuft in Form von aufeinander folgenden vertikalen Schleifen, auch Schlingen genannt, und passiert dabei verschiedene Behandlungsschritte. Zunächst wird das Band einem Glühvorgang zum Rekristallisieren bestehend aus Vorerhitzung, Erhitzung und Halten auf Maximaltemperatur unterzogen. Danach wird ein Abkühlvorgang, meistens aufgeteilt auf eine langsame und eine darauf folgende schnelle Abkühlung, vorgenommen. Daran schließt sich eine Wärmenachbehandlung in Form einer Überalterung an. Dann erfolgen das abschießende Abkühlen und das Dressieren. Als besonders charakteristischen Anlagenteil enthalten Durchlaufglühanlagen hinter dem Glüh-Teil und einer Kühlstufe einen Ofen zur Überalterung (auch mit Overaging, Anlassen oder Vergüten bezeichnet), in welchem der Anteil von gelöstem Kohlenstoff auf niedrige Werte verringert werden soll. Als typische Prozessparameter werden Temperaturen um 400°C und Zeiten um 150 s genannt. Zur Verbesserung des Ergebnisses kann die Überalterung auch mit abfallender Temperatur, z. B. auf 350°C oder 300°C, durchgeführt werden.
Feuerverzinken
Die herkömmliche kontinuierliche Herstellung von verzinktem Stahlblech (Sendzimir-Typ) ist im Schrifttum ausführlich beschrieben, z. B. Handbuch Feuerverzinken/Hrsg. Maaß, P. u. P. Peißker/2008 Wiley-VCH Verlag/Weinheim. Sie besteht in der Regel aus den folgenden Schritten: Vor der Verzinkung wird das Stahlband in einer reduzierenden Atmosphäre erhitzt und gehalten, um eine Rekristallisation durchzuführen. Danach wird das Stahlband in einer Gaskühlvorrichtung abgekühlt, in das Zinkbad eingetaucht, und wenn erforderlich, einer Legierungsbehandlung unterzogen, um dann nach weiterer Abkühlung und abschließendem Dressieren das endgültige verzinkte Blechprodukt zu erhalten. In letzter Zeit sind Anlagen bekannt geworden, die eine zusätzliche Wärmebehandlung zwischen der Gaskühlung und dem Verzinkungsvorgang ermöglichen. Ein Beispiel für solch einen Anlagentyp ist eine Feuerverzinkungsanlage von ArcelorMittal (siehe www.arcelormittal-ehst.com). Die Anlage enthält zusätzlich zwischen der Gaskühlzone und dem Zinkpott eine als „Overaging” bezeichnete Ausgleichszone mit sechs Schleifen. Ein weiteres Beispiel für solch eine zusätzliche Wärmebehandlung ist eine Anlage (SMS SIEMAG Symposium India 2012), die zwischen der Gaskühlung und dem Zinkpott eine Ausgleichszone enthält, welche zwei Schleifen aufweist und als „Bainitic Demixion for TRIP Steel” bezeichnet wird. Wenn dagegen ein Stahlband einer Wärmenachbehandlung in Form einer Überalterung erst nach der Feuerverzinkung unterzogen wird, kann ein Problem aufgrund einer schlechten Beschichtungs-Haftung auftreten ( EP 0276457 ). Wenn aber die Behandlung vor dem Schmelztauchen durchgeführt wird, besteht keine Gefahr der Verschlechterung der Zinkschichthaftung, wie in der EP 0072874 herausgestellt wird.
Bandspeicher-Technik
Zur anlagentechnischen Ausführung von kontinuierlichen Bandanlagen Bandspeicher zur Aufrechterhaltung einer kontinuierlichen Prozessgeschwindigkeit eingesetzt.
Spezielle Vorgänge, die solch eine Anlagentechnik erfordern, sind zum Beispiel das Wechseln von Coils und das anschließende Anschweißen des Bandanfangs des neuen Coils an das Bandende des vorangegangen Coils. Ein weiteres Beispiel ist das Walzenwechseln im Dressiergerüst. Die Bandspeicher haben die Aufgabe, große Bandlängen zu erzeugen und bereit zu stellen. Nach der DE 298 22 325 werden vertikale Bandspeicher, die auch als Schleifenturm, Schlingenturm oder Looper bekannt sind, eingesetzt. Als Bandspeicher sind auch solche in Horizontal-Bauart bekannt (z. B. DE 2144515 ), bei denen Schlingenwagen eingesetzt werden. Die Schlingenwagen sind horizontal verfahrbar angeordnet. Sie können beispielsweise mittels Seilzug und Windentrommel zuggeregelt angetrieben werden ( DE 10 2011 011 666 , wobei ein synchrones Fahren sämtlicher Schlingenwagen gewährleistet ist, siehe DE 3636652 . Um ein übermäßiges Durchhängen des Stahlbandes zu vermeiden, muss das Band unterstützt werden. Dazu werden sog. Schwenktore ( DE 19838780 ) bzw. Stützwagen ( EP 0773074 ) eingesetzt.
Wärmtechnik
Zur Wärmeeinbringung für oben erwähnte zusätzliche Wärmebehandlungen kommen grundsätzlich alle bekannten Verfahren der Erwärmung von Band in Frage. Banderwärmungsöfen sind als Vertikalöfen oder als Horizontalöfen ausgelegt. Die zur Bandführung eingesetzten Rollen sind in ihrer Position fest eingebaut, d. h. nicht bewegbar wie beispielsweise in einem oben beschriebenen Bandspeicher.
Verwendete Stahlsorten
Im Feuerverzinkungsverfahren hergestellte Stahlbleche aus Tiefziehstählen müssen ausgezeichnete Formbarkeit aufweisen und sollen möglichst keine Verformungs-Alterung zeigen. Verformungs-Alterung wird durch Kohlenstoff und Stickstoff in fester Lösung hervorgerufen und verursacht Oberflächenfehler in Form von sogenannten ”Fließfiguren” und führt zeitabhängig zu Verschlechterungen der mechanischen Eigenschaften, wie Erhöhung der Streckgrenze, Absenken der Dehnung und Streckgrenzendehnung. Üblicherweise werden verzinkte kaltgewalzte Stahlbleche, welche die obigen Anforderungen an die Materialeigenschaften erfüllen, im Wesentlichen durch die folgenden beiden Herstellungsverfahren hergestellt.
Das erste Verfahren verwendet Elemente zur starken Abbindung von Kohlenstoff und Stickstoff, wie beispielsweise Titan und/oder Niob, und es ermöglicht die Herstellung von verzinktem Stahlblech mit ausgezeichneter Umformbarkeit und frei von Verformungsalterung. Es handelt sich dabei um die sogenannten IF-Stähle. Allerdings erfordert dieses Verfahren die Anwendung kostenintensiver Maßnahmen einer Mikrolegierung mit Titan und/oder Niob und den Einsatz einer Vakuumentgasung von geschmolzenem Stahl zur Einstellung der geforderten sehr niedrigen Kohlenstoffgehalte. Ein weiteres Verfahren verwendet kostengünstigeren, kohlenstoffarmen Al-beruhigten Stahl als Ausgangsmaterial. In einer konventionellen kontinuierlichen Verzinkungsanlage enthalten die Stahlbleche aus diesem Material eine beträchtliche Menge an Kohlenstoff in fester Lösung, welche Reckalterung verursacht. Zur Abhilfe können Wärmenachbehandlungen in Form einer Überalterung im Temperaturbereich von 300 bis 460°C durchgeführt werden. So wird zur Verbesserung der Eigenschaften von weichen Tiefzieh-Stählen in einer Feuerverzinkung nach der DE 40 38 186 vorgeschlagen, den Temperaturverlauf zwischen dem Glühen und dem Verzinken so zu wählen, dass zunächst eine möglichst schnelle Kühlung auf eine Haltetemperatur knapp oberhalb der Zinkbadtemperatur durchgeführt wird, und der Durchlauf durch den weiteren Anlagenteil bis zum Eintauchen des Bandes in das Zinkbad so genutzt wird, dass ein kurzer Haltevorgang durchgeführt werden kann. Damit konnte eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften erreicht werden. Allerdings sind für eine Oberalterungsbehandlung zur Erzielung ausreichender Alterungsbeständigkeit für einen Tiefziehstahl DX53 D nach DIN EN 10346 Zeiten von über 35 s in einem Bereich oberhalb 400°C zur sicheren Erreichung der geforderten Eigenschaften erforderlich. Zur Förderung einer Überalterung wird in der EP 0406619 vorgeschlagen, die Kühlung vor dem Verzinken sogar auf deutlich niedrigere Haltetemperaturen vorzunehmen und dann das Band auf die Zinkbadtemperatur wieder aufzuheizen.
Im Durchlaufglühverfahren mit normalerweise anschließender elektrolytischer Verzinkung werden IF-Stähle mit im Prinzip gleichen Glühzyklen, d. h. Temperatur-Zeitverläufen, wie in einer Feuerverzinkungsanlage hergestellt. Bei den kostengünstigeren kohlenstoffarmen Al-beruhigten Stählen gibt es einen charakteristischen Unterschied zum Feuerverzinken. Bedingt durch die Möglichkeit einer längeren Überalterung in einer Durchlaufglühanlage können alterungsärmere und damit qualitativ höherwertige Gütegrade hergestellt werden.
Auch höherfeste Stähle sollen eine gute Umformbarkeit aufweisen. Ein vergleichsweise hohes Umformbarkeit/Festigkeit-Verhältnis zeigen die sog. Advanced High Strength Steels AHSS, wo die Dualphasen- und die TRIP-Stähle eine dominierende Rolle spielen. Ein Zweiphasengefüge bestehend aus Ferrit und Martensit ist typisch für die Mikrostruktur von Dualphasen-Stahl. Die TRIP-Stähle machen von der umwandlungsinduzierten Plastizität Gebrauch, die durch Umwandlung von Restaustenit zu Martensit bei der Umformung hervorgerufen wird. Höhenfeste Stähle, im Besonderen auch die AHNS Stähle, werden sowohl im Feuerverzinkungsverfahren als auch im Durchlaufglühverfahren hergestellt. Bei der Herstellung von TRIP-Stählen wird ein Haltevorgang nach dem Glühen und der Gasabkühlung vorgenommen. Nach der EP 2 738 276 wird solch ein Haltevorgang durchgeführt, indem das Stahlblech nach einer Kühlung bei einer Temperatur zwischen 500 und 350°C für 30 bis 1000 Sekunden gehalten wird. Dabei tritt eine Bainitumwandlung auf und der Restaustenit wird stabilisiert. Wenn die Temperatur unter 350°C gehalten wird, erfordert die Bainit-Umwandlung eine lange Zeit. Für TRIP-Stahl sind nach dem vorherrschenden Wissensstand Haltezeiten für die bainitische Umwandlung von 80 bis 220 Sekunden ( EP 1 889 935 , WO 2012/153016 , US 2014/0120371 , Ehrhardt, B. et al./Steel Grips 2 (2004) 4) zur sicheren Erzielung ausreichender Eigenschaften erforderlich.
Kritische Bewertung des Standes der Technik
Wie oben ausgeführt, wurden für das kontinuierliche Durchlaufglühen und für das kontinuierliche Feuerverzinken metallurgische Behandlungsverfahren entwickelt, um weiche Stähle mit sehr guter Eignung zum Tiefziehen herzustellen. Auch gibt es Behandlungsverfahren zur Herstellung höherfester Stähle mit vergleichsweise guter Umformbarkeit wie TRIP- und Dualphasenstähle. Eine herkömmliche Feuerverzinkungsanlage ist allerdings nicht die beste Option, um Alberuhigte Tiefziehstähle und TRIP-Stahl zu produzieren, weil sie normalerweise keine Wärmenachbehandlungszone enthält und deshalb keine Haltephase ermöglicht. Besser geeignet ist eine Verzinkungsanlage mit einer Wärmenachbehandlungszone zur Durchführung einer Überalterung von Tiefziehstahl bzw. einer isothermischen bainitischen Umwandlung von TRIP-Stahl. Bei einer typischen Bandgeschwindigkeit sind für solche Wärmenachbehandlungen lange Durchlauf- bzw. Haltezeiten erforderlich. Wie weiter oben ausgeführt, bestehen Lösungsvorschläge für das Problem unzureichender Haltezeiten in einer Feuerverzinkungslinie darin, nach dem Glühen und Abkühlen in einer Wärmenachbehandlungszone eine Anzahl von mehreren Band-Schlingen, gegebenenfalls bei zusätzlich reduzierter Bandgeschwindigkeit, zu verwenden. Die beste Voraussetzung für eine Wärmenachbehandlung bietet das Durchlaufglühverfahren mit einer vergleichsweise hohen Anzahl von Band-Schlingen und einer entsprechend langen Behandlungszeit in einem Überalterungsofen. Diese Option macht allerdings ein nachträgliches Verzinken auf einer elektrolytischen Verzinkungsanlage erforderlich.
Da die Rollen in einer herkömmlichen Wärmenachbehandlungseinheit starr angeordnet sind, ist bei vorgegebener Bandgeschwindigkeit die Zeit zum Durchlaufen dieser Anlage fest vorgegeben. Es besteht keine Möglichkeit, die Durchlaufzeit zu verkürzen. Solch eine unflexible Wärmebehandlungseinheit weist einen gravierenden Nachteil auf. Sie verschlechtert nämlich deutlich die Bedingungen für eine optimale Herstellung von IF- und von Dualphasenstählen bezüglich ihrer Eigenschaften und Wirtschaftlichkeit. Ein Dualphasenstahl verlangt nämlich möglichst kurze Durchlaufzeiten bei möglichst niedrigen Temperaturen in einer vorhandenen Wärmenachbehandlungszone bzw. Überalterungszone, z. B. nach DE 199 36 151 . Eine lange Durchlaufzeit von beispielsweise 150 Sekunden bedeutet eine Reduzierung der mittleren Abkühlgeschwindigkeit auf rund 2°C/s. Nach dem Wissensstand erfordern Dualphasenstähle aber selbst bei erhöhten Legierungsgehalten noch eine Abkühlgeschwindigkeit von mind. 20°C/s zur Sicherstellung der geforderten Umwandlung des Restaustenits in Martensit. Zudem kann es danach beim weiteren Durchlauf durch die Überalterungszone noch zu unerwünschten Anlasseffekten im Martensit kommen. Auch für IF-Stähle ist, wie oben erwähnt, eine Wärmenachbehandlung überhaupt nicht erforderlich, und der Durchlauf von solchen Stählen in einer Wärmenachbehandlungszone ohne die Möglichkeit der Reduzierung der Haltedauer bedeutet eine unnötige Verlängerung der gesamten Prozesszeit.
Das angestrebte Ziel, bei einer für Al-beruhigte Tiefziehstähle und TRIP-Stähle optimierten Auslegung einer Wärmenachbehandlungszone auch Dualphasenstähle und IF-Stähle in derselben Anlagenkonfiguration optimal herzustellen, ist damit noch nicht erreicht. Zur Überwindung dieses Problems wurde die vorliegende Erfindung gemacht.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist, beim Durchlaufglühen oder beim Feuerverzinken von Band nach dem Glühen und Abkühlen in einer Wärmenachbehandlungseinheit die Behandlungszeiten und die Behandlungstemperaturen in einem weiten Bereich gezielt zu verändern. Die Erfindung soll es im Besonderen ermöglichen, dass die Behandlungszeiten bei der Wärmenachbehandlung an die Erfordernisse des jeweils behandelten Stahltyps optimal angepasst werden.
Merkmale der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung in einer Wärmebehandlungskammer zur Durchführung eines Wärmenachbehandlungsvorgangs nach dem Glühen und Abkühlen in einer Band-Durchlaufanlage, siehe Bild 1. In dem Bild ist mit (2) die Tragkonstruktion zur Bandführung durch die Wärmebehandlungsanlage bezeichnet, in dem die Erfindung zur Anwendung kommt. In der Wärmebehandlungskammer (1) wird eine Anzahl vertikal angeordneter Bandschlingen dadurch gebildet, dass das Band nach Eintritt in den Behandlungsteil nach hinten geführt wird, um die erste hintere Rolle umgelenkt wird und dann nach vorne geführt wird. Dieser Vorgang wiederholt sich so oft, wie es Schlingen in dem Behandlungsteil gibt. Am Ausgang wird das Band aus dem Behandlungsteil hinaus geführt. Die Anordnung der vorderen Schlingenwagen (3) ist konstruktiv so ausgelegt, dass sie sich horizontal nach vorne oder hinten bewegen lässt. Im Zusammenwirken mit einer Anordnung ortsfester Umlenkrollen (4) kann ein Metallband in Schlingen durch die Behandlungskammer geführt werden, wobei durch Verfahren der vorderen Anordnung von Schlingenwagen nach vorne oder hinten unterschiedliche Behandlungs- bzw. Durchlaufzeiten in dem Behandlungsteil erzielt werden können, siehe Bilder 2 und 3.
In einer Weiterführung der Erfindung kann die Vorrichtung auch so ausgelegt werden, dass nur ein Teil der vorderen Schlingenwagen auf einer horizontal beweglichen Anordnung angeordnet ist. Der Vorteil dieser Lösung liegt in dem geringeren technischen Aufwand für die Rollenhorizontalverschiebung und kann z. B. dann genutzt werden, wenn das Product Mix einer Anlage mengenmäßig stark auf der Seite der Stahltypen liegt, die eine Wärmenachbehandlung mit einer Haltezone erforderlich machen. Dann muss nur ein Teil und nicht die Gesamtanzahl der vorderen Rollen in die vordere Position bewegt werden, weil die horizontal unbeweglichen Rollen ja bereits die Position besetzen, welche zur Realisierung einer Wärmenachbehandlung eingenommen werden muss. Diese Lösung erlaubt aber auch die Realisierung von kürzeren Haltezeiten, wenn die horizontal beweglichen Rollen in die vordere Position gefahren werden, und die Bandgeschwindigkeit gegebenenfalls zur weiteren Reduzierung der Haltezeit auf optimale Werte erhöht wird.
Während des Durchlaufs durch die Wärmenachbehandlungskammer wird das Band durch Warmvorrichtungen bei unterschiedlichen, vorgegebenen Temperaturen kleiner als die Glühtemperatur, z. B. bei 800°C, vorzugsweise bei 350 bis 500°C wärmebehandelt.
Temperaturen oberhalb von 500°C sind für eine Überalterungsbehandlung von Tiefziehstahl zu hoch, da dann mit zu hohen Gehalten an gelöstem Kohlenstoff nach Beenden der Überalterungsbehandlung gerechnet werden muss mit entsprechend hohem Restkohlenstoffgehalt und hoher Alterungsanfälligkeit. Wenn die Temperaturen für die Überalterungsbehandlung zu niedrig sind, z. B. unter 300°C, dann ist damit zu rechnen, dass sich kein weiterer gelöster Kohlenstoffgehalt ausscheidet und/oder die Ausscheidungen zu fein sind mit der Folge einer Verschlechterung der Eigenschaften. Für die angestrebte Bainitbildung im Falle von TRIP-Stahl ist ein Temperaturbereich zwischen 300 und 500°C zu wählen. Wenn die Temperaturen höher oder niedriger sind, führt die Umwandlung von Restaustenit nicht zu Bainit und damit nicht zu den angestrebten TRIP-Eigenschaften.
Für die Banderwärmung sowie für die Wärmeisolation in der Wärmenachbehandlungsanlage bieten sich die verschiedenen dem Fachmann geläufigen Verfahren an. Vorzugsweise erfolgt die Erwärmung mittels eines elektrischen Heizverfahrens. Dabei können die Technologien einer elektrischen indirekten Widerstandserwärmung oder einer induktiven Erwärmung zur Anwendung kommen. Alternativ kann die Erwärmung auch mit einem Wärmeträgerheizgas im Umwälzbetrieb mit einer externen Aufheizung durchgeführt werden. Als Wärmeträgerheizgas wird vorzugsweise ein Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff verwendet, welches auch als Schutzgas zur Anwendung kommt. Zusätzlich an den Ofenwänden angebrachte elektrische Heizelemente können dazu beitragen, die Heizleistung zu erhöhen.
In einer Erweiterung der Erfindung kann der Prozess auch so ausgelegt werden, dass in der erfindungsgemäßen Behandlungskammer unmittelbar nach Eintritt des Bandes zunächst eine Kühlung auf minimal RT, vorzugsweise 350 bis 500°C, z. B. in einem Gasstrom, durchgeführt wird, und das Band dann zum Zwecke einer Wärmebehandlung auf eine höhere Temperatur, vorzugsweise max. 500°C, wieder erwärmt und dort eine Zeit lang gehalten wird.
Ein weiteres Merkmal besteht darin, dass die Behandlungskammer gasdicht ausgeführt wird und dass der Taupunkt des Glühgases variabel gewählt werden kann in einem Bereich zwischen –60°C und Umgebungstemperatur. So kann die sich aus dem Taupunkt und dem damit verbundenen Feuchtigkeitsgehalt ergebende Ofenatmosphäre an die Erfordernisse der Oberfläche angepasst werden. Zur Gewährleistung einer guten Gasdichtigkeit wird empfohlen, die Stützvorrichtungen in Koordination mit der Bewegung der Schlingenwagen quer durch konstruktiv kleinstmögliche abgedichtete Durchführungen zu verschieben. Aus demselben Grund soll das zur Schutzbegasung eingesetzte Leitungssystem über eine externe Kupplung durch konstruktiv kleinstmögliche abgedichtete Durchführungen in die Behandlungskammer geführt werden.
Erläuterung der Beispiele
In der Tabelle 1 sind typische Anlagendaten nach dem Stand der Technik aufgeführt, die bei den Beispielen in der Tabelle 2 zu Grunde gelegt wurden, sofern nicht die erfindungsgemäß und entsprechend gekennzeichneten Daten eingesetzt wurden. Als Bandgeschwindigkeit wurde mit 200 m/min ein typischer Wert nach dem Stand der Technik für Durchlaufglühanlagen gewählt. Zur geometrischen Auslegung der Wärmenachbehandlungseinheit wurden folgende Größen gewählt: Rollendurchmesser: 1200 mm, wobei dieser Wert typisch für Ofenrollen in Durchlaufanlagen nach dem Stand der Technik ist. Eine Schlinge besteht aus zwei Pässen. Die Pass-Länge wurde für den vorliegenden Fall mit 25 m (CGL) bzw. mit 30 m (CAL) gewählt, kann aber auch länger oder noch kürzer ausgelegt werden.
Das für eine konventionelle Feuerverzinkungsanlage CGL geltende, aber nicht zur Erfindung gehörende Beispiel S 1 zeigt die Ergebnisse für den Fall, dass kein Behandlungsteil zur Durchführung einer zusätzlichen Wärmebehandlung installiert wurde, d. h. dass das Band im direkten Durchlauf ohne zusätzliche Schlingen durchgesetzt wird. Die resultierende geringe Durchlaufzeit führt nicht zu optimalen mechanischen Eigenschaften sowohl bei Tiefziehstahl als auch bei TRIP-Stahl, siehe Tabelle 3 und 4. Die ebenfalls nicht zur Erfindung gehörenden Beispiele S1a und b zeigen die Ergebnisse für den Fall, dass in einer konventionellen Anlage ein Wärmenachbehandlungsteil installiert wurde mit einer Wahl von mehreren Schlingen. Die gegenüber dem Beispiel S1 deutlich vergrößerten Durchlaufzeiten von 38 bzw. 83 Sekunden tragen erheblich zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Tiefziehstahl bzw. TRIP-Stahl bei, s. Tabellen 3 und 4. Dies drückt sich besonders in einer Verbesserung der Werte für die Bruchdehnung aus. Allerdings führen solch lange Durchlaufzeiten in der Wärmenachbehandlung zu einer Verschlechterung der Herstellbedingungen für IF-Stahl und Dualphasenstahl in einer Feuerverzinkungsanlage. Da IF- und Dualphasenstähle eine solche Behandlung bekanntlich nicht erfordern, bedeutet diese Maßnahme eine Verminderung der Produktionsleistung, resultierend aus der Zunahme der gesamten Durchlaufzeit, s. Tabelle 2.
Die zur Erfindung gehörenden Beispiele E1a und b zeigen die Ergebnisse in einer Feuerverzinkung für den Fall, dass bei einer Wahl von mehreren Schlingen die Zusatzbehandlung unter Verwendung der erfindungsgemäßen beweglichen vorderen Anordnung von Schlingenwagen durchgeführt wird, und diese in die vordere Position gefahren wird, siehe Bild 2. Daraus ergibt sich wie bei den Beispielen S1a und b eine Durchlaufzeit von 38 bzw. 83 Sekunden, wobei auch in diesem Fall die gegenüber dem Beispiel S1 deutlich vergrößerte Durchlaufzeit zu derselben Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Tiefziehstahl (s. Tabelle 3) und von TRIP-Stahl (s. Tabelle 4) beiträgt. Das ebenfalls zur Erfindung gehörende Beispiel E1c zeigt die Ergebnisse für den Fall, dass durch Verfahren der Anordnung der vorderen Schlingenwagen in die vordere Position keine gezielte Zusatzbehandlung durchgeführt wird, siehe Bild 3. Daraus ergibt sich eine kurze Durchlaufzeit von 12 Sekunden (s. Tabelle 2). Auch bei dem neuen Konzept mit der verkürzten Durchlaufzeit kann die Bandgeschwindigkeit bei Bedarf zwecks einer Leistungssteigerung erhöht werden. Dies kann bei IF-Stählen und bei Dualphasenstählen genutzt werden, da diese wie erwähnt keine Zusatzbehandlung zur Verbesserung der Eigenschaften erfordern.
Die Beispiele S2a und E2b beziehen sich auf Behandlungen in einer Durchlaufglühanlage CAL. Das nicht zur Erfindung gehörende Beispiel S2a zeigt die Ergebnisse für den Fall, dass in einer konventionellen Anlage ein Überalterungsofen nach dem Stand der Technik mit starrer vertikaler Rollenanordnung installiert wurde. Die lange Durchlaufzeit von rd. 135 Sekunden bei einer Temperatur von 400°C trägt bekanntlich erheblich zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Tiefziehstahl bei (siehe z. B. Umformtechnik Plastomechanik und Werkstoffkunde/Verlag Stahleisen Springer Verlag/1993) und von TRIP-Stahl (siehe z. B. WO2012/153016 ). Diese Bedingung wird ebenfalls erreicht, wenn erfindungsgemäß die vordere Anordnung von Schlingenwagen wie im Bild 2 in die vordere Position gefahren wird. Allerdings führen solch lange Durchlaufzeiten zu einer entsprechenden Verschlechterung der Herstellbedingungen für IF-Stahl und Dualphasenstahl. Da IF- und Dualphasenstähle wie erwähnt keine solche Zusatzbehandlung erfordern, führt diese Maßnahme zu einer Verminderung der Produktionsleistung in einer Durchlaufglühanlage. Zusätzlich ist bei Dualphasenstahl zur Kompensation des negativen Einflusses der langen Durchlaufzeit zur Erreichung ausreichender Dualphasenstahleigenschaften eine Erhöhung des Legierungsgehaltes erforderlich. Das zur Erfindung gehörende Beispiel E2b zeigt die Ergebnisse für den Fall, dass zum Durchlaufen von Band durch den Überalterungsofen ein horizontal bewegliches System für die vorderen Rollen eingesetzt wird, und die vorderen Rollen in die vordere Position gefahren werden, s. Bild 3. Auf diese Art wird keine gezielte Zusatzbehandlung durchgeführt. Daraus ergibt sich eine kurze Durchlaufzeit (s. Tabelle 2). Auch bei dem neuen Konzept mit der verkürzten Durchlaufzeit kann die Bandgeschwindigkeit bei Bedarf zwecks einer Leistungssteigerung erhöht werden. Dies kann bei IF-Stählen und bei Dualphasenstählen genutzt werden, da diese wie erwähnt keine Zusatzbehandlung zur Verbesserung der Eigenschaften erfordern.
Vorteil der Erfindung
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass beim Durchlaufen einer flexiblen Wärmenachbehandlungszone mit horizontaler Bauweise die Behandlungszeiten in einem weiten Bereich gezielt verändert werden können. Dadurch wird es möglich, die Behandlungszeiten an die Erfordernisse des jeweils behandelten Stahltyps optimal anzupassen.

Anlage Band-geschw. m/min Anlagenlänge m Durchsatzzeit s Zusatzbehandlung Umwandlung bzw. Zeit s (Bainitische Überalterung) Temp. °C

CGL 200 800 240 bis 100 465

CAL 200 2000 600 150 400

Tabelle 1 typische Anlagendaten nach dem Stand der Technik CAL: kont. Banddurchlaufanlage, CGL: kont. Feuerverzinkungsanlage
Tabelle 2 Auswirkung der Höhe und der Anzahl der Bandschleifen auf die Durchlaufzeit

Verfahren Haltezeit 467°C s Dehngrenze Rp02 MPa Streckgrenze Re MPa Bruchdehnung A80%

nach 1 Monat nach 1 Monat

CGL Standard 0 267 277 29 22–24

CGL mit Haltezeit 35 245 255 33 32

Tabelle 3 mech. Werte von Tiefziehstahl nach einer Feuerverzinkung CGL Quelle: DE 4038186

Verfahren Haltezeit 467°C s Dehngrenze Rp02 MPa Zugfestigkeit Rm MPa Bruchdehnung A80 %

CGL ohne Haltezeit 0 400 837 22

CGL mit Haltezeit 100 530 820 27

Tabelle 4 mech. Werte von TRIP-Stahl nach einer Feuerverzinkung CGL Quelle: Ehrhardt, B. et al., Steel Grips 2 (2004) 4, S. 247–255
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2159597 [0002]
DE 2401381 [0002]
EP 0276457 [0003]
EP 0072874 [0003]
DE 29822325 [0005]
DE 2144515 [0005]
DE 102011011666 [0005]
DE 3636652 [0005]
DE 19838780 [0005]
EP 0773074 [0005]
DE 4038186 [0008]
EP 0406619 [0008]
EP 2738276 [0010]
EP 1889935 [0010]
WO 2012/153016 [0010, 0025]
US 2014/0120371 [0010]
DE 19936151 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ASM Handbook/Vol. 4 Heat Treating/ASM Int. 1991, Umformtechnik Plastomechanik und Werkstoffkunde/Verlag Stahleisen Springer Verlag/1993 [0002]
Handbuch Feuerverzinken/Hrsg. Maaß, P. u. P. Peißker/2008 Wiley-VCH Verlag/Weinheim [0003]
www.arcelormittal-ehst.com [0003]
DIN EN 10346 [0008]
Ehrhardt, B. et al./Steel Grips 2 (2004) 4 [0010]

Claims

Horizontale Anlage zur Durchführung einer Wärmenachbehandlung eines metallischen Bandes im Durchlaufverfahren bei unterschiedlichen Temperaturen, wobei das Band durch Umlenkung an Rollen in Form von Schlingen durch die Behandlungszone hindurchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage mit einer Tragkonstruktion für die Aufnahme einer Anordnung von einem oder mehreren Schlingenwagen ausgerüstet ist, welche sich horizontal zur Einstellung unterschiedlicher Banddurchlaufzeiten bewegen lässt.
Wärmebehandlungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage so ausgelegt ist, dass nicht alle, sondern nur ein wählbarer Teil der vorderen Rollen horizontal beweglich ist.
Wärmebehandlungsanlage nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage in einer kontinuierlichen Feuerverzinkungsanlage für Band installiert ist.
Wärmebehandlungsanlage nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage in einer kontinuierlichen Durchlaufglühanlage installiert ist.
Verfahren zur Wärmenachbehandlung mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wärmebehandlung Zeiten von Null bis 250 Sekunden gewählt werden.
Verfahren zur Wärmenachbehandlung mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wärmebehandlung Temperaturen zwischen RT und 800°C gewählt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Wärmebehandlung Temperaturen zwischen 300 und 500°C gewählt werden.
Verfahren zur Wärmenachbehandlung eines Metallbandes mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zur Überalterung von Tiefziehstahl genutzt wird.
Verfahren zur Wärmenachbehandlung eines Metallbandes mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung zur bainitischen Umwandlung von TRIP-Stahl genutzt wird.
Verfahren zur Wärmenachbehandlung eines Metallbandes mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Einstellung der kürzest möglichen Durchsatzzeit in der Wärmenachbehandlung durch Verfahren der vorderen Rollen in die hinterste Position genutzt wird.