DE102020204387A1 - Verfahren zum Kaltwalzen eines vorzugsweise geglühten und/oder gebeizten Warmbandes aus Stahl - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltwalzen eines vorzugsweise geglühten und / oder gebeizten Warmbandes aus Stahl. Bei dem Kaltwalzen auftretende Bandrisse werden durch ein Konstanthalten der Temperatur des Stahlbandes während des Kaltwalzens weitestgehend verhindert.

Description

• Gebiet:
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kaltwalzen eines vorzugsweise geglühten und / oder gebeizten Warmbandes aus Stahl.
• Stand der Technik:
• Beim Kaltwalzen wird die Dicke eines Vorproduktes, meist ein Warmband oder ein geglühtes Stahlband, durch einen Kaltwalzschritt reduziert. Üblicherweise findet das Kaltwalzen bei einer Temperatur unterhalb der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffes statt. Mit zunehmender Reduktion der Dicke des Bleches, d.h. einem steigenden Umformgrad, versprödet der Werkstoff bzw. das Stahlband und das Risiko für Bandrisse bei einem weiteren Kaltwalzschritt ohne Zwischenglühung steigt. Eine grundsätzliche Kaltwalzsprödigkeit des Stahlwerkstoffes wird durch die Art und den Anteil der Legierungselemente im Stahl beeinflusst. Mit steigendem Legierungsmittelanteil steigt üblicherweise die Kaltwalzsprödigkeit, da sich durch die Legierungsmittel mehr einer Umformung entgegenwirkende Gitterverspannungen im Stahl bilden. Insbesondere kornorientierte, nicht-kornorientierte Elektrobandwerkstoffe oder Stahllegierungen mit einem hohen Siliziumanteil in der Legierung sind aufgrund der besonderen Legierungszusammensetzung von diesem Effekt betroffen.
• Um das Risiko von Produktionsausfällen durch Bandrisse beim Kaltwalzen zu reduzieren bzw. die daraus resultierenden Produktionsunterbrechungen zu minimieren, werden daher rissgefährdete Werkstoffe auf reversierenden Walzgerüsten kaltgewalzt. Hier können Bandrisse einfach behoben werden. Allerdings sind die Produktionsleistungen reversierender Kaltwalzgerüste deutlich geringer als jene von beispielsweise Tandem-Kaltwalzstraßen.
• Bei Tandem-Kaltwalzstraßen jedoch führen Bandrisse zu erheblichen Produktionsunterbrechungszeiten und somit sehr hohen Kosten. Will man die Produktivität einer Tandem-Kaltwalz-Straße für hochlegierte Stahlblechsorten, wie z.B. nicht-kornorientiertes Elektroband nutzen, müssen entsprechende Vorkehrungen getroffen werden, um das Auftreten von Bandrissen soweit als möglich zu verhindern. Zu diesen Vorkehrungen zählen beispielsweise das mehrstufige Kaltwalzen mit einer Zwischenglühung oder dem Einsatz von Warmbändern mit angepasster Dicke zur Begrenzung des Umformgrades im Kaltwalzprozess.
• In der Literatur sind unterschiedliche Druckschriften vorhanden, die die Herstellung von kornorientierten sowie nicht-kornorientierten Elektrobändern und einen darin beschriebenen Kaltwalzprozess betreffen. Aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 513 729 A1 kann ein Kaltwalzenprozess für die Herstellung eines kornorientierten Elektrobandes entnommen werden. Ein geglühtes Warmband wird zunächst kalt gewalzt, dann für 30 s bis 600 s bei einer Temperatur von 800°C bis 1000°C zwischengeglüht und anschließend ein weiteres Mal kaltgewalzt. In einer letzten Kaltwalzstufe kann die Temperatur des Bandes auf einen Wert zwischen 50°C und 400°C eingestellt werden.
• Das Kaltwalzen eines kornorientierten Siliziumstahlbandes bei einer Temperatur von mehr als 100°C ist in der EP 0 823 488 B1 für ein Tandemwalzwerk offenbart.
• Ein Warmband aus einer Aluminium, Selen und Schwefel aufweisenden Legierung wird bei einer Temperatur von 800°C bis 1000°C geglüht und anschließend ein oder mehrmals auf die Enddicke kaltgewalzt. Hier wird der Temperaturbereich während des Kaltwalzens in Bezug auf die anzustrebenden magnetischen Eigenschaften ausgewählt.
• Für das Kaltwalzen eines nicht kornorientierten Stahlbandes wird in der CN 109 622 619 A ein Temperaturbereich von 80°C bis 100°C bzw. 100°C bis 120°C vorgeschlagen. Dadurch sollen auftretende Bandrisse, insbesondere an den Kanten des Bandes vermieden werden. Vor dem Kaltwalzen wird dazu das Stahlband auf eine Temperatur von 80°C bis 100°C vorgewärmt. Direkt vor dem Anstich im ersten Kaltwalzgerüst wird dann auf eine Temperatur von 100°C bis 120°C angehoben.
• Nachteilig bei den oben genannten Verfahren ist, dass die bei dem Kaltwalzen mit hohen Umformgraden auftretenden Temperaturänderungen des Bandes nicht berücksichtigt werden. So kann, insbesondere bei hohen Umformgraden, sich das Stahlband beim Kaltwalzen stark erwärmen. Eine für die idealen Werkstoffeigenschaften anzustrebende Endwalztemperatur kann in diesem Fall aber bei den gewünschten Umformgraden nur mit einer geringeren Anstichtemperatur erreicht werden.
• Aufgabe der Erfindung:
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen bekannten Kaltwalzprozess, insbesondere für kornorientierte und nicht-kornorientierte Elektrobänder, dahinhingehend weiterzuentwickeln, dass eine anzustrebende Endwalztemperatur unabhängig von einer ersten Anstichtemperatur eingehalten und damit auch Bandrisse in Zwischengerüsten vermieden werden.
• Erfindung:
• Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Das Warmband oder warmgewalzte Stahlband wird vor dem Kaltwalzen mittels einer, vorzugsweise homogen arbeitenden, Wärmeinrichtung vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 80°C und 160°C, erwärmt und die Kaltwalzschritte werden ausgehend von der Warmbanddicke bis auf die spätere Verwendungsdicke in einem Durchgang auf einer Kaltwalzstraße, vorzugsweise auf einer Tandem-Kaltwalzstraße, durchgeführt. Die Temperatur des in der Kaltwalzeinrichtung befindlichen Stahlbandes wird mithilfe entsprechend eingestellter Zwischengerüst-Kühleinrichtungen während des gesamten Durchlaufes durch die einzelnen Gerüste der Kaltwalzstraße konstant gehalten, vorzugsweise mit einer Abweichung von maximal ± 20 °C.
• Für das erfindungsgemäße Verfahren spielt es keine Rolle, mit welcher technischen Lösung die Erwärmung des Stahlbandes auf die erste Anstichtemperatur erfolgt. Dies kann beispielsweise durch Infrarotstrahler, konduktive Beheizung oder technisch am sichersten und sonst vorzugsweise mittels einer induktiven Längsfeld-Heizung geschehen. Aufgrund des anlagenseitig genau bekannten Massenflusses am Eingang einer Tandem-Kaltwalzstrasse sowie der Bandtemperatur kann die zur Einstellung der erforderlichen Temperatur benötigte Energiemenge mittels einer induktiven Längsfeld-Heizung sehr einfach, schnell und genau dosiert werden.
• Durch die Zwischenkühlung des Stahlbandes wird die Temperatur des Stahlbandes während des gesamten Kaltwalzprozesses in einem für die Fließspannung günstigen Bereich konstant gehalten. Anzustreben ist eine Toleranzbreite für die konstante Temperatur von ±20 K, oder noch besser ±10 K. Hierdurch kann im gesamten Prozess der für eine Umformung vorteilhafte Effekt ausgenutzt werden, dass die Fließspannung hier unabhängig von der Umformgeschwindigkeit ist. Das dazu verwendete Kühlmedium ist dabei auf die anlagentechnischen Möglichkeiten und werkstofftechnischen Erfordernisse anzupassen. So kann ein Gas, beispielsweise Luft, eine Wasserkühlung oder auch eine Mehrstoffkühlung zum Einsatz kommen. Auch ist es möglich, durch Anpassen der Walzgeschwindigkeit bzw. der Abstände zwischen zwei aufeinander abfolgenden Walzgerüsten die Temperatur des Stahlbandes nahezu konstant zu halten.
• Weitere bevorzugte Ausprägungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 6 ausgeführt. Die Bandtemperatur, welche unmittelbar vor und während der mehrstufigen Kaltumformung konstant gehalten wird, liegt im Bereich zwischen 80°C und 160°C, wobei die bevorzugte Temperatur T_strip innerhalb des Temperaturbereiches anhand folgender Gleichung ermittelt wird: $$T_{strip}=80+\frac{63}{a\ast Si\left[\%\right]+b\ast Al\left[\%\right]+c\ast Mn\left[\%\right]}$$

  

  wobei vorzugsweise a = 0,8 bis 1,2; b= 1,8 bis 2,2 und c = 3,0 bis 4,5 ist. Durch die bevorzugte Einstellung einer Anstich- bzw. Walztemperatur gemäß der Formel (1) kann auf unterschiedliche Legierungsgehalte des Stahlbandes reagiert werden. Hierdurch ist es möglich, den Umformgrad weiter zu erhöhen, ohne die Bandrissgefahr zu beeinflussen
• Das kaltgewalzte Stahlband wird vorzugsweise geglüht und dadurch das Gefüge rekristallisiert und die Korngröße eingestellt. Dadurch kann im Anschluss an den Umformprozess Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften genommen werden.
• Auf das kaltgewalzte und rekristallisations-geglühte Stahlband wird vorzugsweise eine organische oder anorganische Beschichtung aufgebracht. Hierdurch werden auf den Einsatzzweck angepasste Korrosionseigenschaften oder optische Eigenschaften eingestellt. Insbesondere bei nicht-kornorientiertem Elektroband wird durch die besagte organische oder anorganische Bandoberflächenbeschichtung eine gute elektrische isolation bewirkt, welche für die Verwendung solcher Werkstoffe wichtig ist.
• Das Warmband weist vorzugsweise die folgenden Legierungsbestandteile (in Gew.-%) auf:
• • Si ≥ 1,8 %
• • AI ≥ 0,5 %
• • C ≤ 50 ppm
• • Mn 0,060 % bis 0,500 % Summe aus den Anteilen Si und Al ≤ 4,6 % eines oder mehrere der Elemente Cu, Ni, Mo, Cr, Sn, Sb mit jeweils < 0,100 % sowie dem Rest aus Eisen (Fe) und unvermeidbaren Verunreinigungen
• Insbesondere bei Stahlbändern mit einer derartigen Zusammensetzung wirkt sich eine konstante Temperatur im Kaltwalzverlauf positiv auf das Umformverhalten aus.
• Eine Beschränkung des Stickstoffgehaltes auf N ≤ 40 ppm und des Schwefelgehaltes auf S ≤ 30 ppm sind typisch für hochwertig nicht-kornorientierte Elektrostahlbänder. Insbesondere bei diesen Werkstoffen führt das Verfahren zu wirtschaftlichen Vorteilen bei der Erzeugung.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand von zwei Beispielen mit den Werten aus Tabelle 1 und 2 näher erläutert. Die Beispiele zeigen betriebliche Ergebnisse an vier unterschiedlichen Werkstoffgruppen, deren erste kornorientiertem Elektroband entspricht, deren zweite bis vierte nicht-kornorientiertem Elektroband, wobei dieses von niedrig über mittel bis hoch legiert abgestuft ist. Die betrieblichen Ergebnisse wurden an Produktionskampagnen erhoben, bei denen unterschiedliche Schmelzchargen verarbeitet wurden, welche aber jeweils in das entsprechende Legierungsfenster fallen. Tabelle 1: Beispiel 1

  #	Si Gew.-%	Al Gew.-%	Mn Gew.-%	dWB mm	dfinal mm	TFormel °c	Treal °c	BR/1000 t
  1	3,25-3,35	0,027 - 0,031	0,15-0,25	2,3	0,30	95	85 - 105	2
  2	0,45-0,65	0,20-0,30	0,05-0,08	2,5	0,65	120-130	110-140	0
  3	2,00-2,40	0,40-0,60	0,08-0,12	2,5	0,50	96	86-106	0
  4	3,10-3,25	0,90-1,20	0,10-0,30	2,3	0,35	89	79-99	1

  Tabelle 2: Beispiel 2

  #	Si Gew.-%	Al Gew.-%	Mn Gew.-%	dWB mm	dfinal mm	TFormel °c	Treal °c	BR/10.000 t
  1	3,25-3,35	0,027 - 0,031	0,15-0,25	2,3	0,30	95	85 - 105	1
  2	0,45-0,65	0,20-0,30	0,05-0,08	2,5	0,65	120-130	110-140	0
  3	2,00-2,40	0,40-0,60	0,08-0,12	2,5	0,50	96	86-106	0
  4	3,10-3,25	0,90-1,20	0,10-0,30	2,3	0,35	89	79 - 99	0

• Beispiel 1 und 2 zeigen eine auf die Produktionsmenge normierte Bandrisshäufigkeiten (BR) an einem reversierenden Kaltwalzgerüst auf. Der Wert T_Formel zeigt die berechnete optimale Bandtemperatur auf Basis der Formel der Erfindung. Die angegebenen Werte T_real stehen für die gemessene Bandtemperatur vor dem Durchsatz an einem reversierenden Kaltwalzgerüst.
• Eine Einrichtung zum Konstanthalten der Bandtemperatur ist beiderseits des Walzspaltes angebracht, so dass vor jedem Walzstich beim reversierenden Betrieb die erfindungsgemäße Temperatur in einem Bereich von ± 10 °C konstant eingestellt wird. Die Einrichtung besteht aus Längsinduktionsspulen, durch welche das aus der jeweiligen Laufrichtung in den Walzspalt einlaufende Stahlband geführt wird und einer geregelten Walzemulsionszufuhr zum ggf. Kühlen des Stahlbandes. Mit Mehrkanalpyrometern wird die Bandtemperatur kontinuierlich erfasst und als Führungsgröße einer Regelung der Walzemulsionszufuhr oder der Längsinduktionsspulen verwendet. Mehrkanalpyrometer besitzen den technischen Vorteil, dass sie sich auch in Anwesenheit von Emulsionsdämpfen selbst kalibrieren.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• EP 0513729 A1 [0005]
• EP 0823488 B1 [0006]
• CN 109622619 A [0008]

Claims (6)

1. Verfahren zum Kaltwalzen eines vorzugsweise geglühten und / oder gebeizten Warmbandes aus Stahl, wobei das warmgewalzte Stahlband in einem oder mehreren Kaltwalzschritten zu einem Kaltband mit späterer Verwendungsdicke reduziert wird, wobei - das warmgewalzte Stahlband vor dem Kaltwalzen mittels einer, vorzugsweise homogen arbeitenden, Wärmeinrichtung, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 80°C und 160°C, erwärmt wird; - die Kaltwalzschritte ausgehend von der Warmbanddicke bis auf die spätere Verwendungsdicke in einem Durchgang auf einer Kaltwalzstraße, vorzugsweise auf einer Tandem-Kaltwalzstraße, durchgeführt werden; - die Temperatur des in der Kaltwalzeinrichtung befindlichen Stahlbandes / Kaltband in der Kaltwalzeinrichtung mithilfe entsprechend eingestellter Zwischengerüst-Kühleinrichtungen während des gesamten Durchlaufes durch die einzelnen Gerüste der Kaltwalzstraße konstant gehalten wird, vorzugsweise mit einer Abweichung von maximal ± 20 °C.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlbandtemperatur, welche unmittelbar vor und während der mehrstufigen Kaltumformung konstant gehalten wird, im Bereich zwischen 80°C und 160°C liegt, wobei vorzugsweise diese Temperatur T_strip anhand folgender Gleichung ermittelt wird: $$T_{strip}=80+\frac{63}{a\ast Si\left[\%\right]+b\ast Al\left[\%\right]+c\ast Mn\left[\%\right]}$$

   

   wobei vorzugsweise a = 0,8 bis 1,2; b= 1,8 bis 2,2 und c = 3,0 bis 4,5 ist.
3. Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das kaltgewalzte Stahlband geglüht wird und dadurch vorzugsweise das Gefüge rekristallisiert und die Korngröße eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf das kaltgewalzte und rekristallisations-geglühte Stahlband eine organische oder anorganische Beschichtung aufgebracht wird.
5. Verfahren nach einem der voran gegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband die folgenden Legierungsbestandteile (in Gew.-%) aufweist: • Si ≥ 1,8 % • Al ≥ 0,5 % • C ≤ 50 ppm • Mn 0,060 % bis 0,500 % Summe aus den Anteilen Si und Al ≤ 4,6 % eines oder mehrere der Elemente Cu, Ni, Mo, Cr, Sn, Sb mit jeweils < 0,100 % sowie dem Rest aus Eisen (Fe) und unvermeidbaren Verunreinigungen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband die folgenden Legierungsbestandteile (in Gew.-%) aufweist: • N ≤ 40 ppm • S ≤ 30 ppm