DE102017220791A1

DE102017220791A1 - Flachproduktpaket, Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes und seine Verwendung

Info

Publication number: DE102017220791A1
Application number: DE102017220791.4A
Authority: DE
Inventors: Jens-Ulrik Becker; Michael Bössler
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG; ThyssenKrupp AG
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-05-23
Also published as: WO2019101616A1; EP3713684A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flachproduktpaket (10) umfassend ein erstes Flachprodukt (1) aus einem ersten Werkstoff und mindestens ein zweites Flachprodukt (2, 3) aus einem zweiten Werkstoff, wobei sich der erste Werkstoff hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft von dem mindestens zweiten Werkstoff unterscheidet, die Flachprodukte (1, 1', 2, 2', 3, 3') aufeinander gestapelt sind und eine erste Lage und mindestens eine zweite Lage definieren, wobei die Flachprodukte (1, 1', 2, 2', 3, 3') zwischen den Lagen eine horizontale Verbindungsebene (Vh) bilden und zumindest abschnittsweise umlaufend stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei das Flachproduktpaket (10) für eine Warmwalzplattierung zur Erzeugung eines Werkstoffverbunds vorgesehen ist. Ferner sind ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes und eine Verwendung des Werkstoffverbunds angegeben.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Flachproduktpaket umfassend ein erstes Flachprodukt aus einem ersten Werkstoff und mindestens ein zweites Flachprodukt aus einem zweiten Werkstoff, wobei sich der erste Werkstoff hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft von dem mindestens zweiten Werkstoff unterscheidet, die Flachprodukte aufeinander gestapelt sind und eine erste Lage und mindestens eine zweite Lage definieren, wobei die Flachprodukte zwischen den Lagen eine horizontale Verbindungsebene bilden und zumindest abschnittsweise umlaufend stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei das Flachproduktpaket für eine Warmwalzplattierung zur Erzeugung eines Werkstoffverbunds vorgesehen ist. Ferner sind ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes und eine Verwendung des Werkstoffverbunds angegeben.
Technischer Hintergrund
Die Herstellung von mehrlagigen Stahlwerkstoffverbunden durch Walzplattieren, insbesondere durch Warmwalzplattieren ist aus dem Stand der Technik bekannt. Dafür werden ein erstes und mindestens ein zweites Flachprodukt bereitgestellt, wobei sich die Flachprodukte hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft voneinander unterscheiden. Die Flachprodukte werden aufeinander gestapelt, wobei zumindest die einander zugeordneten und zu verbindenden Oberflächen der Flachprodukte vor dem Aufeinanderstapeln gereinigt und/oder abtragend bearbeitet werden. Die einzelnen Flachprodukte werden zur Erzeugung eines Flachproduktpakets zumindest bereichsweise miteinander verschweißt. Das Flachproduktpaket wird auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur erwärmt und anschließend zu einem Warmband warmgewalzt, wobei das Warmband anschließend zu Blechen abgetafelt oder zu einem Bund aufgehaspelt werden kann, vgl. deutsche Patentschrift DE 10 2005 006 606 B3 .
Für die Herstellung mehrlagiger Stahlwerkstoffverbunde werden die zu einem Flachproduktpaket aufgebauten Flachprodukte, die aus den unterschiedlichen Werkstoffen/Lagen bestehen und insbesondere umlaufend verschweißt und damit fixiert sind, gemeinsam durch den Walzspalt eines Walzgerüstes transportiert und dadurch in der Dicke reduziert. Mit jedem Stich wird die Dicke weiter reduziert. Dabei ist es insbesondere bei einem dreilagigen Flachproduktpaket von großem Vorteil für das Verhalten beim Walzen, wenn durch die Verwendung einer Kernlage und in der Regel zweier gleichartiger, gleichdicker Decklagen eine weitgehende Symmetrie beim Walzen herrscht. Unter Symmetrie ist dabei das Gleichgewicht der beteiligten Lagen in Bezug auf ihr Verformungsverhalten gemeint. Grundsätzlich macht ein mehrlagiger Werkstoffverbund nur dann technischen Sinn, wenn die Eigenschaften der kombinierten Verbundpartner (Kernlage und Decklage) unterschiedlich sind, so dass auch das Verhalten der einzelnen Verbundpartner bei einer Walzung unterschiedlich sein kann. Dies kann insbesondere am Formänderungswiderstand, dem Verformungs- bzw. Fließverhalten, dem Umwandlungsverhalten und an den Faktoren wie Haftung/Kleben an den Walzen und weiteren mehr, wie z.B. der Warmfestigkeit ermittelt bzw. festgestellt werden.
Sind zum Beispiel die Decklagen eines mehrlagigen Werkstoffverbundes identisch, werden sie sich gleich verhalten und es kommt zu keinen Problemen, weil etwaige Unterschiede zwischen Decklagenwerkstoff und Kernlagenwerkstoff in den oben genannten Eigenschaften gleichermaßen auf die Kernlage wirken und sich in ihrer Wirkung durch die oben genannte Symmetrie weitgehend ausgleichen bzw. im Falle der Faktoren Reibung, Kleben/Haftung an den Walzen ja ohnehin nur die (gleichartigen) Decklagen Kontakt zu den Walzen haben und somit keine gravierend unterschiedlichen Verhältnisse an Ober- und Unterwalze eines Walzgerüsts herrschen. Solange die Decklagenwerkstoffe nicht zu unterschiedlich sind bzw. solange die Schichtdicken der beiden Decklagen sich nicht zu weit voneinander unterscheiden, kommt es auch bei leicht asymmetrischen Werkstoffverbunden von drei- und mehr Lagen zu keinen nennenswerten Beeinträchtigungen des Walzverfahrens.
Anders ist die Situation beim Walzen von insbesondere zweilagigen Werkstoffverbunden respektive von asymmetrischen Werkstoffverbunden mit unterschiedlichen Decklagenwerkstoffen und/ oder Decklagendicken. Durch die nicht vorhandene Symmetrie des Flachproduktpakets können Probleme bei einer Walzung auftreten, insbesondere bei den jeweiligen Anstichen in den Walzgerüsten, insbesondere durch den Kontakt des Flachproduktpakets (Brammenpaket) bzw. der daraus geformten Vorbramme bzw. des Bandes im weiteren Verlauf beim jeweiligen Einlaufen in die unterschiedlichen Walzgerüste mit den Walzen, sei es in einer (reversierenden) Vorstraße oder in einer Fertigstaffel. Hier kann es aufgrund der nicht vorhandenen Symmetrie zu einer sogenannten Skibildung kommen, die zu einem Hochgeher nach oben oder Abtaucher nach unten führen kann. Eine Skibildung führt in der Regel zu einer Walzstörung, die zum Abbruch der Walzung und Folgeschäden respektive Stillstände nach sich zieht.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Flachproduktpaket bereitzustellen sowie ein Verfahren zum Herstellen eines warmgewalzten Werkstoffverbundes anzugeben, mit welchem bzw. welches die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden können, insbesondere eine Skibildung im Wesentlichen unterdrückt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Flachproduktpaket mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich mindestens eine der Lagen nur über einen Teilabschnitt des Flachproduktpakets in seiner Längserstreckung bis zu einem Endabschnitt oder beiden Endanschnitten des Flachproduktpakets erstreckt, wobei der Endabschnitt oder beide Endabschnitte des Flachproduktpakets durch eine Lage aus dem ersten Werkstoff oder mindestens dem zweiten Werkstoff gebildet sind, welche sich von dem Werkstoff der Lage des Teilabschnitts des Flachprodukts unterscheidet, wobei der Werkstoff der Lage des Teilabschnitts von dem Werkstoff der Lage des Endabschnitts durch eine Bezugsfläche in Quererstreckung des Flachproduktpakets voneinander getrennt sind. Um insbesondere den Endbereich respektive die Endbereiche des Flachproduktpaktes symmetrisch zu gestalten, werden in Abgrenzung zu der bisher bekannten Praxis der Endabschnitt respektive die Endabschnitte aus dem gleichen Werkstoff, sprich gleiche Lagen bereitgestellt. Durch die Verwendung gleicher Werkstoffe in der ersten Lage und mindestens der einen zweiten Lage in dem Endabschnitt respektive in den Endabschnitten des Flachproduktpakets, umgangssprachlich auch Kopf- und Fußbereich des Flachproduktpakets genannt, verhalten sich diese Bereiche wie ein monolithischer Werkstoff. Es kommt zu keiner Skibildung, sprich zu keinem Hochgehen oder Abtauchen im Kopf- und/oder Fußbereich oder anderen Störungen während der Walzung. Somit kann sichergestellt werden, dass der Formänderungswiderstand, das Verformungs- bzw. Fließverhalten, das Umwandlungsverhalten, Faktoren wie Haftung/Kleben an den Walzen und weiteren mehr, wie z.B. der Warmfestigkeit über die Dicke im Kopf- und/oder Fußbereich des Flachproduktpakets gleich sind.
Eine entsprechende Gestaltung des Kopf- und Fußbereichs des Flachprodukts ist insbesondere vor dem Hintergrund einer beispielsweise reversierenden Walzung in einer Vorstraße zweckmässig, weil hier sowohl über Kopf und über Fuß angestochen wird (Reversierbetrieb). Darüber hinaus kann durch eine derartige Ausführung auch auf eine Kennzeichnung der ersten Anstichseite verzichtet werden. Da der Endabschnitt/Endabschnitte des Flachproduktpakets respektive die durch Walzung gelängten Endabschnitte am Werkstoffverbund, welche in Bezug auf die Lagen artgleich ausgeführt sind, hinterher abgeschnitten respektive verworfen werden, kann es zweckmäßig sein nur einen Endabschnitt artgleich bzw. aus einem Werkstoff vorzusehen.
Unter Flachprodukt, welches eine Länge, eine Breite und eine Höhe definiert, sind gegossene Brammen, vorgewalzte Brammen, Vorblöcke, Vorplatten, Grobblech oder Vorbänder, sind Werkstoffe insbesondere aus einer Stahllegierung zu verstehen. Auch Aluminiumlegierungen, Kupferlegierungen, Nickel-Basis-Legierungen, Titan-Legierungen oder Magnesium-Legierungen können als Flachprodukte eingesetzt werden.
Unter Eigenschaft des Werkstoffs sind mechanische Kennwerte, mindestens Zugfestigkeit, Härte, Bruchdehnung, Fließspannung, Formänderungswiderstand; Reibbeiwert; Hochtemperaturfestigkeit; Längenausdehnung, Dicke des jeweiligen Flachproduktes zu verstehen.
Gemäß einer Ausführung ist die Bezugsfläche respektive der Übergangsbereich zwischen den ungleichen Werkstoffen in einer Ebene in einem Winkel α1=2° bis 88° und/oder α2=92° bis 178° zur Längserstreckung des Flachproduktpakets ausgerichtet, wobei α1 einem spitzen Winkel und a2 einem stumpfen Winkel entsprechen. Durch die winklige Ausrichtung ändert sich einerseits durch einen rampenartigen Übergang der Übergang zwischen den ungleichen Werkstoffen in einer Ebene der Formänderungswiderstand nur nach und nach langsam mit jedem Walzstich und andererseits ist auch die Stabilität durch eine rampenartige Gestaltung erhöht. Eine senkrecht ausgeführte Bezugsfläche mit einem Winkel von 90° zur Ebene des Flachproduktpakets hingegen würde einen sprungartigen Formänderungswiderstand bewirken, wodurch die Ausbildung von Rissen durch die senkrechtstehende Bezugsfläche während der Walzung nicht ausgeschlossen werden kann bzw. eine vollständige stoffschlüssige Verbindung zwischen den benachbarten, ungleichen Werkstoffen in der Ebene während der Walzung nicht sichergestellt werden kann. Der Winkel α1 beträgt daher insbesondere 5° - 85°, vorzugsweise 10° - 80°, besonders bevorzugt 15° - 75° und der Winkel a2 beträgt insbesondere 95° - 175°, vorzugsweise 100° - 170°, besonders bevorzugt 105° - 165°.
Gemäß einer Ausführung weisen der Endabschnitt oder die Endabschnitte (Kopf- und/oder Fußbereich) des Flachproduktpakets eine Länge zwischen 1 und 200 cm, insbesondere zwischen 10 und 100 cm, vorzugsweise zwischen 15 und 60 cm auf, insbesondere bei einem Flachproduktpaket mit einer Gesamtdicke zwischen 10 und 30 cm. Da die durch Walzung gelängten Endabschnitte (Kopf- und/oder Fußbereiche) nach der Walzung abgeschnitten werden, wobei die abgeschnittenen Endbereiche dem Schrott zugeführt oder als 2A-Material verwendet werden können, ist es zweckmäßig den Endabschnitt respektive die Endabschnitte so lang wie notwendig und so kurz wie möglich zu gestalten. Bevorzugt können die Endabschnitte unterschiedlich lang ausgeführt sein, insbesondere kann der Fußbereich im Vergleich zum Kopfbereich kürzer ausgeführt sein, da der Fußbereich beispielsweise bei der reversierenden Walzung frühestens im 2. Stich (1. Reversierstich) im Walzgerüst angestochen wird und durch die Dickenabnahme dann schon länger geworden ist.
Gemäß einer Ausführung weist das Flachproduktpaket mindestens zwei vorzugsweise mindestens drei Lagen auf und besteht aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen.
Gemäß einer alternativen Ausführung weist das Flachproduktpaket mindestens drei Lagen auf und besteht aus mindestens drei unterschiedlichen Werkstoffen.
Bevorzugt ist das Flachproduktpaket derart ausgeführt respektive zusammengestellt, dass folgende Bedingung erfüllt wird: Δ = (µ zweite Lage 1 - µ zweite Lage 2)/( µ erste Lage - µ zweite Lage 1) mit Δ < -10% bzw. Δ > 10%, insbesondere Δ < -20% bzw. Δ > 20%, wobei µ mindestens eine Eigenschaft des Werkstoffes kennzeichnet, insbesondere Zugfestigkeit, Härte, Bruchdehnung; Fließspannung, Formänderungswiderstand, Reibbeiwert; Hochtemperaturfestigkeit; Längenausdehnung, Dicke etc. Sind drei Lagen vorgesehen, entsprechen die erste Lage der Kernlage und die zwei zweiten Lagen 1 und 2 den beiden Decklagen 1 und 2 des Flachproduktpakets. Liegt eine Relation -10% < Δ < 10%, insbesondere -20% < Δ < 20% vor, ist eine winklige Ausrichtung durch einen rampenartigen Übergang zwischen den ungleichen Werkstoffen in einer Ebene nicht unbedingt erforderlich und ein vollständiges, stoffschlüssiges Verbinden zwischen den ungleichen Werkstoffen über die Bezugsfläche ist möglich. Alternativ oder zusätzlich kann eine weitere Eigenschaft herangezogen werden, welche zum Beispiel nicht über einen Messwert ausdrückbar ist, um die unterschiedlichen Werkstoffe zu differenzieren, wie zum Beispiel umwandelnd oder teilweise umwandelnd bis hin zu nicht umwandelnd.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe mit einem Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren folgende Schritte:

- Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Flachproduktpakets,
- Erwärmen des Flachproduktpakets auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur,
- Warmwalzen des Flachproduktpakets zu einem Warmband,
- Abtafeln des Warmbands zu Platten, Tafeln oder Blechen oder Aufhaspeln des Warmbands zu einem Bund.

Erfindungsgemäß wird ein Flachproduktpaket, welches aus mindestens zwei Flachprodukten, welche quaderförmig in Form von gegossenen Brammen, vorgewalzten Brammen, Vorblöcke, Vorplatten oder Vorbänder gebildet respektive zusammengesetzt sind, bereitgestellt, wobei die Werkstoffe der Flachprodukte sich hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft (Zugfestigkeit, Härte und/oder Bruchdehnung etc.) voneinander unterscheiden. Das erste und das mindestens zweite Flachprodukt werden zumindest auf den zu verbindenden Oberflächen des ersten und/oder des zweiten Flachproduktes gereinigt und/oder abtragend bearbeitet, um die an der Oberfläche beispielsweise während der Lagerung der Flachprodukte ausgebildete Rostschicht und ggf. weitere auf der Oberfläche befindliche Störpartikel zu entfernen. Nach der Reinigung werden das erste und das mindestens zweite Flachprodukt aufeinander gestapelt, welche eine erste Lage und mindestens eine zweite Lage definieren, wobei die Flachprodukte zwischen den Lagen eine horizontale Verbindungsebene bilden und zumindest abschnittsweise umlaufend stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Das Flachproduktpaket wird auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur, beispielsweise in einem Hubbalkenofen bei beispielsweise Temperaturen zwischen 1100 und 1300 °C erwärmt bzw. durcherwärmt. Nach Erreichen der mindestens Warmwalzanfangstemperatur wird das Flachproduktpaket nach einem bestimmten Stichplan zu einem Warmband gewalzt, welches den Werkstoffverbund respektive den warmwalzplattierten Werkstoffverbund bildet, wobei sich während der Walzung die entsprechenden Lagen respektive Werkstoffe sowohl über die horizontale Verbindungsebene(n) sowie über die Bezugsfläche(n) vollständig, stoffschlüssig miteinander verbinden. Nach Beendigung der Walzung wird das Warmband entweder zu Platten, Tafeln oder Blechen abgelängt oder zu einem Bund aufgehaspelt.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Warmband respektive der Werkstoffverbund vor oder nach dem Abtafeln oder vor oder nach dem Aufhaspeln an seinem Anfang und/oder Ende abgeschnitten, um den durch Walzung gelängten Endabschnitt oder die gelängten Endabschnitte des Flachproduktpakets zu entfernen, welche weiterführende Prozesse stören bzw. negativ beeinflussen könnten.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Werkstoffverbund respektive das Warmband zu einem Kaltband gewalzt und anschließend zu Blechen abgetafelt oder zu einem Bund aufgehaspelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Werkstoffverbund mit einem anorganischen und/oder organischen Überzug beschichtet werden. Vorzugsweise werden metallische Überzüge, insbesondere Korrosionsschutzüberzüge auf Zink- oder Aluminiumbasis vorgesehen. Besonders bevorzugt ist der Werkstoffverbund mit einem elektrolytischen oder feuerbeschichteten Überzug versehen.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Verwendung des hergestellten Werkstoffverbunds als Teil oder Komponente in Bereichen mit Verschleiß-Einflüssen, im Maschinen- bzw. Anlagenbau, Behälterbau, Rohrbau, im Baubereich, im Fahrzeug-, im Eisenbahn-, im Schiffbau oder in der Luft- und Raumfahrt. Insbesondere ist das Teil oder die Komponente kaltgeformt, halbwarmgeformt, pressgehärtet oder vergütet.
Das Halbwarmumformen erfolgt zumindest bei einem Stahlwerkstoffverbund bei einer Temperatur bis 700°C, insbesondere um Pressenkräfte zu reduzieren und/oder um komplexere und insbesondere rückfederungsarme Bauteile erzeugen zu können.
Das Presshärten kann im Zuge einer indirekten Warmumformung oder direkten Warmumformung erfolgen, wobei ein Stahlwerkstoffverbund verwendet wird und mindestens eine der Lagen aus einem härtbaren Stahl besteht. Unter indirekter Warmumformung ist eine Kaltumformung eines im Wesentlichen ebenen Halbzeugs zu einer Vorform mit anschließender Erwärmung der Vorform auf eine Temperatur oberhalb von Ac1 und anschließendem Presshärten in einem gekühlten Werkzeug zu einem pressgehärteten Bauteil (Endform) zu verstehen. Unter direkter Warmumformung ist eine Erwärmung eines im Wesentlichen ebenen Halbzeugs auf eine Temperatur oberhalb von Ac1 und anschließendem Warmumformen und Presshärten in einem gekühlten Werkzeug zu einem pressgehärteten Bauteil zu verstehen.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:

1 a, b schematisch einen Längsschnitt durch ein Flachproduktpaket nach einer ersten Ausführungsform,
2 a-c schematisch einen Längsschnitt durch ein Flachproduktpaket nach einer zweiten Ausführungsform,
3 schematisch einen Längsschnitt durch ein Flachproduktpaket nach einer dritten Ausführungsform,
4 schematisch einen Längsschnitt durch ein Flachproduktpaket nach einer vierten Ausführungsform,
5 schematisch einen Längsschnitt durch ein Flachproduktpaket nach einer fünften Ausführungsform und
6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens nach einer Ausführungsform.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In 1 ist schematisch ein Längsschnitt durch ein Flachproduktpaket (10) nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Das Flachproduktpaket (10) umfasst ein erstes Flachprodukt (1) aus einem ersten Werkstoff, vorzugsweise aus einem ersten Stahlwerkstoff und ein zweites Flachprodukt (2) aus einem zweiten Werkstoff, vorzugsweise aus einem zweiten Stahlwerkstoff. Der erste Werkstoff unterscheidet hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft von dem zweiten Werkstoff. Die Flachprodukte (1, 2) respektive Lagen sind aufeinander gestapelt und definieren eine erste Lage (2) und eine zweite Lage (1), wobei die Flachprodukte (1, 2) zwischen den Lagen eine horizontale Verbindungsebene (Vh) bilden und zumindest abschnittsweise umlaufend stoffschlüssig miteinander verbunden sind (nicht dargestellt). In diesem Beispiel erstreckt sich die erste Lage (2) nur über einen Teilabschnitt (L) des Flachproduktpakets (10) in seiner Längserstreckung bis zu einem Endabschnitt (E1), welches beispielsweise dem Kopfbereich des Flachproduktpakets (10) entspricht, wobei der Endabschnitt (E1) des Flachproduktpakets (10) durch eine Lage (1') aus dem ersten Werkstoff gebildet ist, welche sich von dem Werkstoff der Lage (2) des Teilabschnitts (L) des Flachprodukts (10) unterscheidet. Der Werkstoff der Lage (2) des Teilabschnitts (L) ist in der Ebene der Lage (2) von dem Werkstoff der Lage (1') des Endabschnitts (E1) durch eine Bezugsfläche (4) in Quererstreckung des Flachproduktpakets (10) voneinander getrennt. Die Bezugsfläche (4) respektive der Übergangsbereich zwischen den ungleichen Werkstoffen (1', 2) in der Ebene der Lage (2) ist in einem Winkel α1=2° bis 88° zur Längserstreckung des Flachproduktpakets (10) ausgerichtet, wobei α1 einem spitzen Winkel entspricht. Der Winkel α1 beträgt vorzugsweise 15° - 75° (1a). Die Bezugsfläche (4) respektive der Übergangsbereich zwischen den ungleichen Werkstoffen (1', 2) in der Ebene der Lage (2) kann alternativ in einem Winkel α2=92° bis 178° zur Längserstreckung des Flachproduktpakets (10) ausgerichtet sein, wobei a2 einem stumpfen Winkel entspricht. Der Winkel α2 beträgt vorzugsweise 105° - 165° (1b). Das Flachproduktpaket (10) ist für eine Warmwalzplattierung zur Erzeugung eines nicht dargestellten Werkstoffverbunds vorgesehen.
In 2 ist schematisch ein Längsschnitt durch ein Flachproduktpaket (10) nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß 1 unterscheidet sich die zweite Ausführungsform dahingehend, dass sich die erste Lage (2) nur über einen Teilabschnitt (L) des Flachproduktpakets (10) in seiner Längserstreckung bis zu den beiden Endabschnitten (E1, E2) erstreckt, welche dem Kopf- und Fußbereich des Flachproduktpakets (10) entsprechen, wobei die Endabschnitte (E1, E2) des Flachproduktpakets (10) durch jeweils eine Lage (1') aus dem ersten Werkstoff gebildet sind, welche sich von dem Werkstoff der Lage (2) des Teilabschnitts (L) des Flachprodukts (10) unterscheiden. Der Werkstoff der Lage (2) des Teilabschnitts (L) ist in der Ebene der Lage (2) von dem Werkstoff der Lage (1') der Endabschnitte (E1, E2) durch jeweils eine Bezugsfläche (4) in Quererstreckung des Flachproduktpakets (10) voneinander getrennt. Die Bezugsfläche (4) respektive der Übergangsbereich zwischen den ungleichen Werkstoffen (1', 2) in der Ebene der Lage (2) ist jeweils in einem Winkel α1, α2 zur Längserstreckung des Flachproduktpakets (10) ausgerichtet, wobei α1 einem spitzen Winkel und a2 einem stumpfen Winkel entsprechen. Der Winkel α1 beträgt vorzugsweise 15° - 75° und der Winkel a2 beträgt vorzugsweise 105° - 165° (2a), oder der Winkel α1 beträgt vorzugsweise 105° - 165° und der Winkel a2 beträgt vorzugsweise 15° - 75° (2b), oder beide Winkel α1, α2 sind stumpf oder spitz ausgeführt und haben vorzugsweise den gleichen Betrag, vorzugsweise 15° - 75° (2c). Die Endabschnitte (E1, E2) des Flachproduktpakets (10) weisen eine Länge zwischen 3 und 200 cm, insbesondere zwischen 10 und 100 cm, vorzugsweise zwischen 15 und 60 cm auf, wobei das Flachproduktpaket (10) eine Gesamtdicke zwischen 10 und 30 cm aufweist. Wird das Flachproduktpaket (10) beispielsweise einer reversierenden Walzung zugeführt, können die Endabschnitte (E1, E2) unterschiedlich lang ausgeführt sein, insbesondere kann der Fußbereich (E2) im Vergleich zum Kopfbereich (E1) kürzer ausgeführt sein. Dabei ist insbesondere eine Kennzeichnung des Kopfbereichs (E1) empfehlenswert, hier nicht dargestellt, um das Flachproduktpaket (10) mit dem entsprechend dimensionierten Kopfbereich einem Walzgerüst zuzuführen.
In 3 ist schematisch ein Längsschnitt durch ein Flachproduktpaket (10) nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im Vergleich zu den Ausführungsformen gemäß 1 und 2 unterscheidet sich die dritte Ausführungsform dahingehend, das Flachproduktpaket (10) drei Lagen (1, 2, 3) aufweist und aus drei unterschiedlichen Werkstoffen, vorzugsweise drei unterschiedlichen Stahlwerkstoffen besteht. Die erste zweite Lage (1), die auch als erste Decklage (1) bezeichnet werden kann, ist in Längserstreckung des Flachproduktpakets (10) durchgehend ausgeführt. Die erste Lage (2) oder auch Kernlage (2) und die zweite zweite Lage (3) oder auch zweite Decklage (3), erstrecken sich jeweils nur über einen Teilabschnitt (L) des Flachproduktpakets (10) in seiner Längserstreckung bis zu beiden Endabschnitten (E1, E2), welche dem Kopf- und Fußbereich des Flachproduktpakets (10) entsprechen, wobei die Endabschnitte (E1, E2) des Flachproduktpakets (10) durch jeweils eine Lage (1') aus dem ersten Werkstoff gebildet sind, welche sich von dem Werkstoff der Lage (2) und der Lage (3) der Teilabschnitte (L) des Flachprodukts (10) unterscheiden. Die Werkstoffe der Lage (2) und der Lage (3) der Teilabschnitte (L) sind jeweils in den Ebenen der Lagen (2, 3) von dem Werkstoff der Lage (1') der Endabschnitte (E1, E2) durch jeweils eine Bezugsfläche (4) in Quererstreckung des Flachproduktpakets (10) voneinander getrennt. Der Werkstoff (1') erstreckt sich in Dickenrichtung/Höhenerstreckung des Flachproduktpakets (10) einstückig über die Ebenen der Lagen (2, 3). Die Bezugsfläche(n) (4) respektive der Übergangsbereich bzw. Übergangsbereiche zwischen den ungleichen Werkstoffen (1', 2, 3) in den jeweiligen Ebenen der Lagen (2, 3) ist/sind jeweils in einem Winkel α1, α2 zur Längserstreckung des Flachproduktpakets (10) ausgerichtet, wobei α1 einem spitzen Winkel und a2 einem stumpfen Winkel entsprechen. Der Winkel α1 beträgt vorzugsweise 15° - 75° und der Winkel a2 beträgt vorzugsweise 105° - 165°. Der erste Werkstoff der ersten Decklage (1) respektive der Endabschnitte (E1, E2) ist beispielsweise ein Stahlwerkstoff mit einem Formänderungswiderstand von ca. 200 MPa, wobei die erste Decklage (1) eine Dicke von 10% bezogen auf die Gesamtdicke des Flachprodukts (10) einnimmt. Der zweite Werkstoff der Kernlage (2) ist beispielsweise ein Stahlwerkstoff mit einem Formänderungswiderstand von ca. 400 MPa, wobei die Kernlage (2) eine Dicke von 60% bezogen auf die Gesamtdicke des Flachprodukts (10) einnimmt. Der dritte Werkstoff der zweiten Decklage (3) ist beispielsweise ein Stahlwerkstoff mit einem Formänderungswiderstand von ca. 150 MPa, wobei die zweite Decklage (3) eine Dicke von 30% bezogen auf die Gesamtdicke des Flachprodukts (10) einnimmt. In Bezug auf den Formänderungswiderstand (kf) erfüllt das Flachproduktpaket (10) die Bedingung Δ = (kf Decklage 1 - kf Decklage 2)/(kf Kernlage - kf Decklage 1) = 25% mit Δ > 10%, insbesondere Δ > 20%. Die winklige Ausrichtung der Bezugsfläche(n) (4) respektive des Übergangsbereichs der Übergangsbereiche kann in den jeweiligen Ebenen der Lagen (2, 3) zwischen den unterschiedlichen Werkstoffen zu einer gewissen Stabilität führen und stellt eine vollständig, stoffschlüssige Verbindung der entsprechenden Lagen respektive Werkstoffe über die Bezugsfläche(n) und über die horizontale(n) Verbindungsebene(n) während der Walzung sicher. Alternativ und nicht dargestellt, können die Endabschnitte in analoger Weise, wie sie beispielhaft in den 1 und 2 dargestellt, über unterschiedliche winklige Ausrichtungen der einzelnen Lagen respektive Werkstoffe ausgeführt sein.
In 4 ist schematisch ein Längsschnitt durch ein Flachproduktpaket (10) nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im Vergleich zu der Ausführungsform gemäß 3 unterscheidet sich die vierte Ausführungsform dahingehend, dass die zweite zweite Lage, welche als zweite Decklage (3) ausgeführt ist, in Längserstreckung des Flachproduktpakets (10) durchgehend ausgeführt ist. Die erste Lage oder auch Kernlage (2) und die erste Lage oder auch erste Decklage (1) erstrecken sich jeweils nur über einen Teilabschnitt (L) des Flachproduktpakets (10) in seiner Längserstreckung bis zu beiden Endabschnitten (E1, E2), wobei die Endabschnitte (E1, E2) des Flachproduktpakets (10) durch jeweils eine Lage (3') aus dem dritten Werkstoff gebildet sind, welche sich von dem Werkstoff der Lage (2) und der Lage (1) der Teilabschnitte (L) des Flachprodukts (10) unterscheiden. Die Werkstoffe der Lage (2) und der Lage (1) der Teilabschnitte (L) sind von dem Werkstoff der Lage (3') der Endabschnitte (E1, E2) durch jeweils eine Bezugsfläche (4) in Quererstreckung des Flachproduktpakets (10) voneinander getrennt. Der Werkstoff (3') erstreckt sich in Dickenrichtung/Höhenerstreckung des Flachproduktpakets (10) einstückig über die Ebenen der Lagen (1, 2). Die Bezugsfläche(n) (4) respektive der Übergangsbereich bzw. die Übergangsbereiche zwischen den ungleichen Werkstoffen (1, 2, 3') in den jeweiligen Ebenen der Lagen (1, 2) ist/sind jeweils in einem Winkel α1, α2 zur Längserstreckung des Flachproduktpakets (10) ausgerichtet, wobei α1 einem spitzen Winkel und a2 einem stumpfen Winkel entsprechen. Der Winkel α1 beträgt vorzugsweise 15° - 75° und der Winkel a2 beträgt vorzugsweise 105° - 165°. Die Werkstoffe wie auch die Dickenverhältnisse der Lagen (1, 2, 3) können beispielsweise denen der dritten Ausführungsform entsprechen. Es können auch andere Stahlwerkstoffe mit beispielsweise höheren Formänderungswiderständen miteinander kombiniert werden. Alternativ und nicht dargestellt, können die Endabschnitte über unterschiedliche winklige Ausrichtungen der einzelnen Lagen respektive Werkstoffe ausgeführt sein.
In 5 ist schematisch ein Längsschnitt durch ein Flachproduktpaket (10) nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Im Vergleich zu den Ausführungsformen gemäß 3 und 4 unterscheidet sich die fünfte Ausführungsform dahingehend, dass die erste Lage oder auch Kernlage (2) in Längserstreckung des Flachproduktpakets (10) durchgehend ausgeführt ist. Die erste und die zweite Lage oder auch erste und die zweite Decklage (1, 3) erstrecken sich jeweils nur über einen Teilabschnitt (L, L') des Flachproduktpakets (10) in seiner Längserstreckung bis zu beiden Endabschnitten (E1, E2, E1', E2'), wobei die Endabschnitte (E1, E2, E1', E2') des Flachproduktpakets (10) durch jeweils eine Lage (2') aus dem zweiten Werkstoff gebildet sind, welche sich von dem Werkstoff der Lage (1) und der Lage (3) der Teilabschnitte (L, L') des Flachprodukts (10) unterscheiden. Die Werkstoffe der Lage (1) und der Lage (3) der Teilabschnitte (L, L') sind von dem Werkstoff der Lage (2') der Endabschnitte (E1, E2) durch jeweils eine Bezugsfläche (4) in Quererstreckung des Flachproduktpakets (10) voneinander getrennt. Die Bezugsfläche(n) (4) respektive der Übergangsbereich bzw. die Übergangsbereiche zwischen den ungleichen Werkstoffen (1, 2', 3) in den jeweiligen Ebenen (1, 3) ist/sind jeweils in einem Winkel α1, α2 zur Längserstreckung des Flachproduktpakets (10) ausgerichtet, wobei α1 einem spitzen Winkel und a2 einem stumpfen Winkel entsprechen. Der Winkel α1 beträgt vorzugsweise 15° - 75° und der Winkel a2 beträgt vorzugsweise 105° - 165°. Alternativ und nicht dargestellt, können die Endabschnitte über unterschiedliche winklige Ausrichtungen der einzelnen Lagen respektive Werkstoffe ausgeführt sein.
In 6 ist ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines warmwalzplattierten Werkstoffverbunds dargestellt. Es werden mindestens zwei Flachprodukte (1, 2, 3) vorzugsweise aus einem Stahlwerkstoff, welche quaderförmig in Form von gegossene Brammen, vorgewalzte Brammen, Vorblöcken, Vorplatten oder Vorbänder ausgebildet sind, bereitgestellt, wobei die Werkstoffe der Flachprodukte (1, 2, 3) sich hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft (Zugfestigkeit, Härte, Bruchdehnung, Fließspannung, Formänderungswiderstand; Reibbeiwert; Hochtemperaturfestigkeit; Längenausdehnung, Dicke etc.) voneinander unterscheiden [Schritt A].
Zumindest die zu verbindenden Oberflächen des ersten und/oder des zweiten Flachprodukts (1, 2) werden gereinigt und/oder abtragend bearbeitet, um die an der Oberfläche beispielsweise während der Lagerung der Flachprodukte (1, 2) ausgebildete Rostschicht und ggf. weitere auf der Oberfläche befindliche Störpartikel zu entfernen [Schritt B]. Nach der Reinigung werden das erste und das mindestens zweite Flachprodukt (1, 2) aufeinander gestapelt [Schritt C], wobei der Endabschnitt respektive die Endabschnitte (Kopf- und/oder Fußbereich) des Flachproduktpakets (10) gemäß einem der vorhergehenden Ausführungsformen ausgebildet wird.
Nach dem Aufeinanderstapeln bilden die einzelnen Lagen respektive die Flachprodukte (1, 1', 2, 2', 3, 3') zwischen eine horizontale Verbindungsebene und werden zumindest abschnittsweise umlaufend zur Erzeugung eines Flachproduktpakets (10) miteinander verschweißt. Vorzugsweise werden die Lagen respektive Flachprodukte (1, 1', 2, 2', 3, 3') vollständig umlaufend und gasdicht miteinander verschweißt, um einen Austausch bzw. ein Eindringen von Ofenatmosphäre bei einer nachfolgen Erwärmung des Flachproduktpakets (10) zwischen den Lagen respektive Flachprodukten (1, 2) zu verhindern [Schritt D].
Das Flachproduktpaket (10) wird auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur, beispielsweise in einem Hubbalkenofen bei beispielsweise Temperaturen zwischen 1100 und 1300 °C erwärmt bzw. durcherwärmt [Schritt E].
Nach Erreichen der mindestens Warmwalzanfangstemperatur wird das Flachproduktpaket (10) nach einem bestimmten Stichplan zu einem Warmband gewalzt, welches den warmwalzplattierten Werkstoffverbund bildet [Schritt F]. Dabei werden die entsprechenden Lagen respektive Werkstoffe vollständig stoffschlüssig über die Bezugsfläche(n) und über die horizontale(n) Verbindungsebene(n) miteinander verbunden.
Der Werkstoffverbund respektive das Warmband kann optional zu einem Kaltband gewalzt werden, [Schritt G] strichliniert dargestellt.
Das Warmband bzw. optional das Kaltband wird mit einem anorganischen und/oder organischen Überzug, insbesondere mit einem metallischen Überzug, vorzugsweise auf Zinkbasis oder Aluminiumbasis beschichtet [Schritt H].
Nach Beendigung des Beschichtens wird das Warmband respektive optional das Kaltband entweder zu Platten, Tafeln oder Blechen abgelängt [Schritt I] oder zu einem Bund aufgehaspelt [Schritt I'] und der weiterverarbeitenden Industrie zur Verfügung gestellt.
Die Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele sowie auf die Ausführungen in der allgemeinen Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind die Merkmale der Erfindung beliebig miteinander kombinierbar. Mindestens eine der Lagen kann beispielsweise aus einem Stahlwerkstoff mit einer Zugfestigkeit > 600 MPa, insbesondere > 800 MPa bestehen, insbesondere auch aus einem härtbaren Stahlwerkstoff mit Zugfestigkeiten von mindestens 1500 MPa im gehärteten Zustand, so dass Werkstoffverbunde bereitgestellt werden können, welche presshärtbar oder vergütbar sind. Der Endabschnitt oder die Endabschnitte des Flachproduktpakets sind erfindungsgemäß aus mindestens zwei Lagen respektive Werkstoffen zusammengesetzt, welche in horizontaler Richtung über mindestens eine horizontale Verbindungsebene und in vertikaler Richtung über mindestens eine Bezugsfläche getrennt sind bzw. in Kontakt stehen.
Bezugszeichenliste

1, 1: erster Werkstoff, erstes Flachprodukt, erste Lage, erste Decklage
2, 2': zweiter Werkstoff, zweites Flachprodukt, zweite Lage, Kernlage
3, 3': dritter Werkstoff, drittes Flachprodukt, dritte Lage, zweite Decklage
4: Bezugsfläche, Übergangsbereich
10: Flachproduktpaket
E1, E1': Endabschnitt, Kopfbereich
E2, E2': Endabschnitt, Fußbereich
L, L': Teilabschnitt in Längserstreckung einer Lage bzw. eines Werkstoffs
α1: spitzer Winkel
α2: stumpfer Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005006606 B3 [0002]

Claims

Flachproduktpaket (10) umfassend ein erstes Flachprodukt (1) aus einem ersten Werkstoff und mindestens ein zweites Flachprodukt (2, 3) aus einem zweiten Werkstoff, wobei sich der erste Werkstoff hinsichtlich mindestens einer Eigenschaft von dem mindestens zweiten Werkstoff unterscheidet, die Flachprodukte (1, 1', 2, 2', 3, 3') aufeinander gestapelt sind und eine erste Lage und mindestens eine zweite Lage definieren, wobei die Flachprodukte (1, 1', 2, 2', 3, 3') zwischen den Lagen eine horizontale Verbindungsebene (Vh) bilden und zumindest abschnittsweise umlaufend stoffschlüssig miteinander verbunden sind, wobei das Flachproduktpaket (10) für eine Warmwalzplattierung zur Erzeugung eines Werkstoffverbunds vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine der Lagen (1, 2, 3) nur über einen Teilabschnitt (L, L') des Flachproduktpakets (10) in seiner Längserstreckung bis zu einem Endabschnitt (E1) oder beiden Endanschnitten (E1, E2, E1', E2') des Flachproduktpakets (10) erstreckt, wobei der Endabschnitt (E1) oder beide Endabschnitte (E1, E2, E1', E2') des Flachproduktpakets (10) durch eine Lage aus dem ersten Werkstoff (1') oder mindestens dem zweiten Werkstoff (2', 3') gebildet sind, welche sich von dem Werkstoff der Lage (1, 2, 3) des Teilabschnitts (L, L'= des Flachprodukts (10) unterscheidet, wobei der Werkstoff der Lage (1, 2, 3) des Teilabschnitts (L, L') von dem Werkstoff der Lage (1', 2', 3') des Endabschnitts (E1, E2, E1', E2') durch eine Bezugsfläche (4) in Quererstreckung des Flachproduktpakets (10) voneinander getrennt sind.
Flachproduktpaket nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugsfläche (4) in einem Winkel α1=2° bis 88°und/oder α2=92° bis 178° zur Längserstreckung des Flachproduktpakets (10) ausgerichtet ist, wobei α1 einem spitzen Winkel und a2 einem stumpfen Winkel entsprechen.
Flachproduktpaket nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (E1) oder die Endabschnitte (E1, E2, E1', E2') eine Länge zwischen 1 und 200 cm, insbesondere zwischen 10 und 100 cm, vorzugsweise zwischen 15 und 60 cm aufweisen.
Flachproduktpaket nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (E1, E2, E1', E2') unterschiedlich lang ausgeführt sind.
Flachproduktpaket nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachproduktpaket (10) mindestens zwei vorzugsweise mindestens drei Lagen (1, 2, 3) aufweist und aus mindestens zwei unterschiedlichen Werkstoffen besteht.
Flachproduktpaket nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachproduktpaket (10) mindestens drei Lagen (1, 2, 3) aufweist und aus mindestens drei unterschiedlichen Werkstoffen besteht.
Flachproduktpaket nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Flachproduktpaket (10) folgende Bedingung erfüllt: Δ = (µ zweite Lage 1 - µ zweite Lage 2)/( µ erste Lage - µ zweite Lage 1) mit Δ < -10% bzw. Δ > 10%, wobei µ mindestens eine Eigenschaft des Werkstoffes kennzeichnet.
Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffverbundes umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen eines Flachproduktpakets (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, - Erwärmen des Flachproduktpakets auf mindestens eine Warmwalzanfangstemperatur, - Warmwalzen des Flachproduktpakets zu einem Warmband, - Abtafeln des Warmbands zu Platten, Tafeln oder Blechen oder Aufhaspeln des Warmbands zu einem Bund.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffverbund vor oder nach dem Abtafeln oder vor oder nach dem Aufhaspeln an seinem Anfang und/oder Ende abgeschnitten wird, um den durch Walzung gelängten Endabschnitt oder die gelängten Endabschnitte des Flachproduktpakets zu entfernen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffverbund zu einem Kaltband gewalzt und anschließend zu Blechen abgetafelt oder zu einem Bund aufgehaspelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoffverbund mit einem anorganischen und/oder organischen Überzug beschichtet wird.
Verwendung eines nach einem der Ansprüche 8 bis 11 hergestellten Werkstoffverbundes als Teil oder Komponente in Bereichen mit Verschleiß-Einflüssen, im Maschinen- bzw. Anlagenbau, Behälterbau, Rohrbau, im Baubereich, im Fahrzeug-, im Eisenbahn-, im Schiffbau oder in der Luft- und Raumfahrt.
Verwendung nach Anspruch 12, wobei das Teil oder die Komponente kaltgeformt, halbwarmgeformt, pressgehärtet oder vergütet ist.