DE102021116380B4 - Verfahren zum Erzeugen eines Stahlflachprodukts mit einem amorphen oder teilamorphen Gefüge und Produkt hergestellt aus einem solchen Stahlflachprodukt - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen eines Stahlflachprodukts mit einem amorphen oder teilamorphen Gefüge und Produkt hergestellt aus einem solchen Stahlflachprodukt Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Erzeugen eines Stahlflachprodukts mit einem amorphen oder teilamorphen Gefüge, bei dem eine Stahlschmelze (S) in einem durch zwei gegenläufig rotierende und gekühlte Gießwalzen (3,4) begrenzten Gießspalt (5) zu einem gegossenen Band (B) mit einer Dicke von 0,5 - 2 mm und einer Breite von 100 - 2000 mm vergossen und unter Ausbildung des amorphen oder teilamorphen Gefüges abgekühlt wird, wobei- die Stahlschmelze (S), in Masse-%, ausP: 2,5 - 9,0 %,B: 0,2 - 3,0 %,Si: ≤ 7,0 %,C: ≤ 4,0 %,wobei die Summe der Gehalte an P, B, C und Si 9,0 - 11,0 % beträgt,und optional zusätzlich einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe „Mo, Cu, Cr, Al, N, Nb, Mn, Ni, Co, W, Zr, Ti, V“, für deren Gehalte gilt:Mo: bis zu 10,0 %,Cu: bis zu 5,0 %,Cr: bis zu 10,0 %,AI: bis zu 10,0 %,N: bis zu 0,5 %,Nb: bis zu 2,0 %,Mn: bis zu 3,0 %,Ni: bis zu 6,0 %,Co: bis zu 20,0 %,W: bis zu 5,0 %,Zr: bis zu 5,0 %,Ti: bis zu 2,0 %,V: bis zu 2,0 %, und als Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, deren Gehalte in Summe höchstens 0,5 Masse-% beträgt,- die Gießgeschwindigkeit, mit der das gegossene Band (B) aus dem Gießspalt (5) austritt, 0,1 - 1 m/s beträgt,- die Schmelze (S) im Gießspalt (5) an ihren mit den Gießwalzen (3,4) in Kontakt kommenden Oberflächen mit 250 - 5000 K/s abgekühlt und die derart schnelle Abkühlung des aus dem Gießspalt (5) austretenden gegossenen Bandes (B) fortgesetzt wird, bis die Temperatur des Bandes (B) die Glasübergangstemperatur TGdes Stahls unterschreitet,- das Vergießen der Schmelze (S) unter einer in Bezug auf eine Oxidation der Stahlschmelze (S) inerten Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird,- die Temperatur der Stahlschmelze (S) beim Abgießen in den über dem Gießspalt (5) zwischen den Gießwalzen (3,4) stehenden Schmelzenpool (SP) um 90 bis 160 K höher ist als die Liquidus-Temperatur der Stahlschmelze (S),- die mit der Stahlschmelze (S) in Kontakt kommenden Oberflächen der Gießwalzen (3,4) mit einer in sie eingeformten Struktur versehen sind, wobei die eingeformte Struktur eine mittlere Rauigkeit Ra von 15-25 µm aufweist, und- die Gießgeschwindigkeit derart eingestellt wird, dass die auf die Gießwalzen wirkenden Rollenkräfte 10 - 150 kN betragen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Stahlflachprodukts mit einem amorphen oder teilamorphen Gefüge.
  • Ein amorphes oder teilamorphes Gefüge zeichnet sich dadurch aus, dass es vollständig („amorphes“) oder zumindest zu einem wesentlichen Teil („teilamorphes“) ohne geregelte Strukturen erstarrt ist. Das Gefüge eines durch Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens erzeugten Stahlflachprodukts verbleibt also in einem Zustand, dass dem der Schmelze entspricht, da der Schmelze bei der Erzeugung des Bandes durch eine ausreichend schnelle Abkühlung die Möglichkeit genommen wird, sich in Strukturen anzuordnen. Systeme mit vielen Partnern (viele Atome) stark unterschiedlicher Größe (große und kleine Atome) oder Systeme mit großen Bausteinen (z.B. Oxide, Silikate) bilden viel später Kristalle und können vorher im amorphen Zustand erhalten bleiben. Die Schmelze friert sozusagen ein. Technisch bedeutsam ist hier die Glastemperatur, unterhalb derer Diffusionsvorgänge so langsam sind, dass keine Kristallisation mehr stattfindet. Entsprechend ist oberhalb der Glastemperatur noch eine Kristallisation möglich (siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Amorphes_Material, Auffindedatum 12. Februar 2020).
  • Wenn im vorliegenden Text im Zusammenhang mit Legierungsangaben Angaben in „%“ oder „ppm“ gemacht werden, so beziehen sich diese Angaben stets auf die Masse (Angaben in „Masse-%“), sofern nicht ausdrücklich etwas anderes vermerkt ist.
  • Praktische Versuche haben gezeigt, dass sich in konventionell bekannten, kontinuierlichen Gießprozessen zur Herstellung amorpher Metalle, wie z.B. dem Melt-Spinning-Verfahren, nur sehr geringe Materialdicken erreichen lassen. Diese sind in der Praxis auf höchstens 0,2 mm beschränkt.
  • In der WO 2014/114756 A1 ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, dass die Erzeugung von gegossenen Bändern mit einer Dicke von 0,8 - 4,5 mm ermöglichen soll, die ein amorphes, teilamorphes oder feinkristallines Gefüge mit Korngrößen im Bereich von 10 - 10000 nm besitzen. Dazu wird eine Stahlschmelze in einer Zwei-Walzen-Gießeinrichtung zu einem gegossenen Band vergossen und mit hoher Geschwindigkeit beschleunigt abgekühlt. Die Schmelze enthält neben Fe und herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen mindestens zwei weitere Elemente, die der Gruppe „Si, B, C, P“ angehören. Dabei gilt für die Gehalte an diesen Elementen (in Masse-%) Si: 1,2 - 7,0 %, B: 0,4 - 4,0 %, C: 0,5 - 4,0 %, P: 1,5 - 8,0 %. Ein hieraus erzeugtes Stahlflachprodukt erreicht eine Härte HV0,5 von 760 - 900. Praktische Versuche haben jedoch gezeigt, dass sich mit dem aus der WO 2014/114756 A1 bekannten Verfahren nur gegossene Bänder mit einem feinkristallinen Gefüge herstellen lassen. Die Erzeugung von gegossenen Bändern mit einem amorphen oder teilamorphen Gefüge und Dicken von 0,5 mm und mehr gelang allenfalls unter Laborbedingungen.
  • Ein Beispiel für eine Gießeinrichtung zur Erzeugung eines Stahlflachprodukts der hier in Rede stehenden Art ist die so genannte „Zwei-Walzen-Gießeinrichtung“, in der Fachsprache auch als „Twin-Roller-Gießmaschine“ bezeichnet. Bei einer Zwei-Walzen-Gießvorrichtung rotieren im Gießbetrieb zwei achsparallel zueinander ausgerichtete Gießwalzen, häufig auch als „Gießrollen“ bezeichnet, gegenläufig und begrenzen im Bereich ihres engsten Abstands einen den Gießbereich definierenden Gießspalt. Die Gießwalzen sind dabei stark gekühlt, so dass die auf sie treffende Schmelze zu jeweils einer Schale erstarrt. Die Drehrichtung der Gießwalzen ist dabei so gewählt, dass die Schmelze und mit ihr die aus ihr auf den Gießwalzen gebildeten Schalen in den Gießspalt transportiert werden. Die in den Gießspalt gelangenden Schalen werden unter Wirkung einer ausreichenden Bandformungskraft zu dem gegossenen Band zusammengedrückt.
  • Aus der WO 2008/049069 A2 ist es zudem bekannt, dass Stähle, die zur Herstellung von Stahlbändern mit einem amorphen, teilamorphen oder feinkristallinen Gefüge geeignet sind, Legierungen auf Basis von Eisen und einem oder mehreren Elementen aus der Gruppe „B, C, Si, P, Ga“ sein können, wobei neben diesen Elementen zusätzlich durchaus auch hohe Gehalte an Cr, Mo, W, Ta, V, Nb, Mn, Cu, AI, Co und Seltene Erden vorhanden sein können. Aus derart zusammengesetzten Legierungen sollen sich durch Bandgießen gegossene Bänder erzeugen lassen, die ein feinkörniges, nanokristallines oder nahezu nanokristallines Gefüge aufweisen, bei dem mehr als 90 % der Körner 5 Å - 1 µm groß sind, wobei der Schmelzpunkt des Stahls, aus dem die gegossenen Bänder bestehen, im Bereich von 800 - 1500 °C liegt, die kritische Abkühlgeschwindigkeit des Stahls weniger als 105 Kls beträgt und die gegossenen Bänder α-Fe- und / oder γ-Fe-Phasen enthalten.
  • Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der US 6,416,879 B1 ein Fe-basiertes amorphes Dünnband für elektromagnetische Anwendungen bekannt, das optimierte magnetische Eigenschaften besitzen soll. Hierzu weist das Band eine Dicke von 10 - 100 µm auf und besteht, in Atom-%, zu 78 - 90 % Fe, 2 - 4,5 % Si, 5 - 16 B %, 0,02 - 4 % C und 0,2 -12 % P. Zur Herstellung des Dünnbands wird eine entsprechend zusammengesetzte Schmelze unter Laborbedingungen auf eine schnell rotierende Kühlwalze gegossen, erstarrt dort und wird dann von der Walze abgezogen. Auf diese Weise werden Gießgeschwindigkeiten erreicht, die im Bereich von ca. 25 m/s liegen. Weiter wird erwähnt, dass die Herstellung eines solchen Dünnbands auch in einer Zwei-Walzen-Gießmaschine gelingen soll. Jedoch fehlen hierzu weitere Erläuterungen. Auch geht aus diesem Stand der Technik nicht hervor, wie die bekannte Vorgehensweise in der großtechnischen Praxis, in der größere Blechdicken und andere Eigenschaften des erhaltenen Bands gewünscht werden, umgesetzt werden könnte.
  • Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand daher die Aufgabe der Erfindung darin, ein praxisgerechtes Verfahren zur zuverlässigen Herstellung von Stahlflachprodukten anzugeben, die ein amorphes oder zumindest teilamorphes Gefüge besitzen.
  • Darüber hinaus sollte ein Produkt angegeben werden, das sich für Anwendungen eignet, bei denen es hohen, insbesondere punktuell auftretenden Belastungen ausgesetzt ist.
  • Als Stahlflachprodukt wird dabei ein gegossenes oder gewalztes Stahlband oder -blech sowie daraus gewonnene Platinen, Zuschnitte oder desgleichen verstanden.
  • Ein gemäß der Erfindung diese Aufgabe lösendes Verfahren ist in Anspruch 1 angegeben.
  • In Bezug auf das Produkt besteht die erfindungsgemäße Lösung der voranstehend angegebenen Aufgabe darin, dass ein solches Stahlflachprodukt die in Anspruch 15 genannten Merkmale besitzt.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erzeugen eines Stahlflachprodukts mit einem amorphen oder teilamorphen Gefüge wird demnach eine Stahlschmelze in einem durch zwei gegenläufig rotierende und gekühlte Gießwalzen begrenzten Gießspalt zu einem gegossenen Band mit einer Dicke von 0,5 - 2 mm und einer für gegossenes Band typischen Breite von 100 - 2000 mm vergossen und unter Ausbildung des amorphen oder teilamorphen Gefüges abgekühlt.
  • Dabei besteht die erfindungsgemäß verarbeitete Stahlschmelze aus, in Masse-%,
    • P: 2,5 - 9,0 %,
    • B: 0,2 - 3,0 %,
    • Si: < 7,0 %,
    • C: ≤ 4,0 %,

    wobei die Summe der Gehalte an P, B, C und Si 9,0 - 11,0 % beträgt,
    und optional zusätzlich einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe „Mo, Cu, Cr, AI, N, Nb, Mn, Ni, Co, W, Zr, Ti, V“ besteht, für deren Gehalte gilt:
    • Mo: bis zu 10,0 %,
    • Cu: bis zu 5,0 %,
    • Cr: bis zu 10,0 %,
    • AI: bis zu 10,0 %,
    • N: bis zu 0,5 %,
    • Nb: bis zu 2,0 %,
    • Mn: bis zu 3,0 %,
    • Ni: bis zu 6,0 %,
    • Co: bis zu 20,0 %,
    • W: bis zu 5,0 %,
    • Zr: bis zu 5,0 %,
    • Ti: bis zu 2,0 %,
    • V: bis zu 2,0 %,
    und als Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen, deren Gehalte in Summe höchstens 0,5 Masse-% beträgt.
  • Um einen optimal schnellen Wärmeentzug und damit einhergehend schnelle Abkühlraten zu erzielen, können die Gießwalzen einer erfindungsgemäß eingesetzten Zwei-Walzen-Gießanlage eine technisch möglichst glatte Oberfläche aufweisen. Diese kann durch Schlichten erzeugt werden und ist durch eine mittlere Rauigkeit Ra von 15 - 25 µm gekennzeichnet. Derart glatte Oberflächen bringen zwar das Risiko der Entstehung von Rissen in der Walzenoberfläche mit sich. Dieses Risiko steht nach den Erkenntnissen der Erfindung jedoch hinter dem Vorteil einer maximierten Wärmeabfuhr zurück, die durch den Einsatz von in erfindungsgemäßer Weise an ihrer Oberfläche beschaffenen Gießwalzen erzielt wird. So kann bei Nutzung einer im technischen Sinne „glatten“ Walzenoberfläche eine weitgehend vollständige Benetzung der Kontaktfläche der jeweiligen Walze mit der Schmelze unterstellt werden, wodurch zunächst ein annähernd idealer Wärmekontakt besteht, der zu einer extrem schnellen Abkühlung und damit einhergehend zu der angestrebten starken Unterkühlung der Schmelze führt.
  • Die im Gießspalt der erfindungsgemäß eingesetzten Zwei-Walzen-Gießanlage erzielten Abkühlraten sollen bei 250 - 5000 Kls liegen, wobei die derart schnelle Abkühlung des aus dem Gießspalt austretenden gegossenen Bandes jeweils fortgesetzt wird, bis die Temperatur des Bandes die Glasübergangstemperatur TG des Stahls unterschreitet ist. Typischerweise werden mittlere Abkühlraten im Gießspalt von 1500 Kls ± 200 Kls erreicht, wobei sich Abkühlraten von 500 - 3000 Kls oder 800 - 2000 Kls als besonders praxisgerecht erwiesen haben. Diese extreme Abkühlung führt in der Schmelze zu einer starken Unterkühlung und fördert die amorphe Erstarrung. Vorzugweise wird dabei die Abkühlung so durchgeführt, dass die Stahlschmelze mit einer Abkühlrate von mindestens 200 K/s, insbesondere mindestens 500 K/s oder mehr als 1000 K/s, bis unterhalb der Glasübergangstemperatur TG abgekühlt wird.
  • Die Verweildauer der Schmelze im Gießspalt ist in der Praxis regelmäßig kleiner als eine Sekunde. In dieser geringen Dauer muss die Überhitzung der Schmelze abgebaut werden, so dass sich Bandschalen bilden können, die noch im Walzspalt zu einem festen Band zusammengefügt werden. Das Band wird über die Oberfläche gekühlt. Daher ist eine Temperaturdifferenz zwischen Bandoberfläche und Kern gegeben. Es muss daher sichergestellt werden, dass das aus dem Gießspalt austretende gegossene Band solange durch eine zusätzliche Kühlung weitergekühlt wird, bis das Band über seinen gesamten Querschnitt bis unterhalb der Glasübergangstemperatur TG abgekühlt ist. Die nach dem Walzspalt durchgeführte Kühlung kann als Luftkühlung, Wasserkühlung oder als Gas-Wasser-Gemisch-Kühlung durchgeführt werden. Entscheidend ist eine ausreichend schnelle Wärmeabfuhr, durch die die Temperatur des austretenden Bandes so schnell unterhalb TG abgesenkt und homogenisiert wird, dass eine Rekristallisation verhindert wird.
  • Andererseits darf die Temperatur nicht unter TG abgesenkt werden, um eine ausreichende Duktilität des erzeugten amorphen Materials zu erhalten. Diese erlaubt es, das Band durch die anschließenden Aggregate zu führen. Das dazu zur Verfügung stehende Temperaturfenster ist oftmals sehr klein und liegt legierungsspezifisch knapp unterhalb TG. Vorzugsweise wird daher erfindungsgemäß die Abkühlung des gegossenen Bandes bei einer Temperatur gestoppt, die in einem Temperaturbereich liegt, welcher von der jeweiligen Glasübergangstemperatur TG typischerweise bis zu einer Kristallisationstemperatur Tx reicht, die nur um bis zu 90 °C, insbesondere höchstens 50 °C oder weniger als 30 °C höher ist als die Glasübergangstemperatur TG. Typischerweise liegt die Differenz zwischen den Temperaturen Tx und TG bei 25 - 50 °C.
  • Erforderlichenfalls kann das Band auch bis in diesen Temperaturbereich erwärmt werden. Durch eine gesteuerte schnelle Abkühlung des Bandes nach dem Austritt aus dem Gießspalt wird somit das Potenzial zur Ausbildung amorpher Gefügebestandteile vergrößert. Dabei stellt die nach dem Gießspalt fortgesetzte Abkühlung sicher, dass es zu keiner Wiedererwärmung der Bandoberfläche nach dem Verlassen des Gießspalts kommt.
  • Dabei erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn bei einer erfindungsgemäß genutzten Zwei-Walzen-Gießanlage gekühlte Gießwalzen eingesetzt werden, die einen Kupfermantel aufweisen, dessen Walzenoberfläche direkt mit der Schmelze in Kontakt kommt, bei dem also zwischen Schmelze und Mantel keine weitere Beschichtung der Walze vorhanden ist, um eine möglichst rasche Abkühlung zu gewährleisten.
  • Das gegossene Band soll mit möglichst geringer Geschwindigkeit den Gießspalt passieren, um eine lange Kontaktzeit der Schmelze und der sich aus ihr bildenden Bandschale mit der Gießwalzenoberfläche zu ermöglichen. Hierzu in der Praxis geeignete Geschwindigkeiten, mit denen das gegossene Band aus dem Gießspalt austritt, betragen nach Maßgabe der Erfindung 0,1 - 1 m/s. Durch den langen Kontakt zwischen Schmelze und Walzenoberfläche steht eine längere Zeit für die Wärmeabfuhr zur Verfügung und die insgesamt abgeführte Wärmemenge kann erhöht werden. Zudem erfolgt dies an der Stelle, an der die maximale Abkühlungsleistung wirksam ist und die Bedingungen zur konduktiv an der Gießwalzenoberfläche erfolgenden Wärmeabfuhr optimal sind. Bevorzugt betragen daher die Gießgeschwindigkeiten beim erfindungsgemäßen Bandgießen 0,2 - 0,5 m/s.
  • Wesentlich für die Erfindung ist auch, dass das Vergießen der Schmelze - in an sich bekannter Weise - unter einer in Bezug auf eine Oxidation der Stahlschmelze inerten Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird. Das Vergießen unter Inertgas-Atmosphäre ist notwendig, um eine Oxidation der Schmelze an ihrer freien, reaktiven Oberfläche zu verhindern. Denkbare Atmosphären sind Stickstoff, Argon und Helium, wobei dem Atmosphärengas Anteile an Wasserstoff zugegeben werden können, um eine Reduktion (= Endoxidation) der Oberfläche zu bewirken.
  • Stickstoff ist hier als Schutzgas für die erfindungsgemäßen Zwecke besonders geeignet und wird daher zur Inertisierung des Flüssigstahles im Schmelzenpool beim Bandgießen als Prozessgas eingesetzt.
  • Die Dicke des erfindungsgemäß gegossenen Bandes ist auf 0,5 - 2 mm beschränkt, um eine rasche Abkühlung bis unter die Glasübergangstemperatur TG praxisgerecht ermöglichen zu können. Bei diesen Dicken lassen sich amorphe Gefüge mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens im Zwei-Walzen-Bandguss realisieren. Als besonders praxisgerecht haben sich dabei Banddicken von 1 - 1,5 mm erwiesen.
  • Gemäß einer für die Praxis wichtigen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Temperatur der Stahlschmelze beim Abgießen in den über dem Gießspalt zwischen den Gießwalzen stehenden Schmelzenpool um höchstens 160 K höher ist als die Liquidus-Temperatur der Stahlschmelze. Erfindungsgemäß ist somit bevorzugt diese so genannte „Überhitzung“ der Schmelze im Bereich des Schmelzenpools so reduziert, dass zwar einerseits eine ausreichende Fließfähigkeit der Schmelze gewährleistet ist, dass aber andererseits die über die Gießwalzen abzuführende Wärmemenge insgesamt reduziert ist. Als besonders geeignet hat sich hier herausgestellt, wenn die Schmelze mit einer 50 - 160 K, insbesondere 70 - 90 K, über der Liquidus-Temperatur der Stahlschmelze liegenden Temperatur in den Schmelzenpool abgegossen wird.
  • Erfindungsgemäß werden möglichst hohe Walzenkräfte eingestellt. Die im Englischen als „Roll Separation Force“ (kurz „RSF“) bezeichnete Walzenkraft ist eine zentrale Regelgröße des Gießwalzprozesses, wie beispielsweise von M. Badowski, L. Hentschel, R. Kopp, W. Schmitz, D. Senk in „Strip formation and process stability in twin roll strip casting“, Steel Research 72 (2001), S. 484 ff. oder von H. Litterscheidt, R. Hammer, C. Schneider, R. Simon, D. Senk, R. Kopp, B. Hehl, in „Bandgießen nach dem Zwei-Walzen-Verfahren - Stand der Entwicklung bei der Thyssen Stahl AG“, Stahl und Eisen 111 (1991), 2, S. 61 ff. sowie in der EP 0 138 059 A1 berichtet. Die Walzenkraft entsteht durch das Zusammenfügen der zwei auf den Oberflächen der Gießwalzen erstarrenden Bandschalen. Diese werden in Bewegungsrichtung der jeweiligen Gießwalzen mittransportiert und kurz vor dem engsten Walzenspalt zusammengefügt. Nach dem Aufeinandertreffen der beiden Bandschalen werden diese durch den sich weiter verjüngenden Querschnitt des Gießspalts sukzessive zusammengeschweißt. Es erfolgt somit eine Umformung des Materials. In Folge dessen stellt sich die Walzenkraft als auf die Gießwalzen wirkende Reaktionskraft ein. Durch Anpassung der Walzengeschwindigkeit kann bei konstanter Schmelzenpoolhöhe und Gießdicke die Walzenkraft beeinflusst werden, da der sogenannte „kissing point“, d.h. der Punkt, an dem die beiden Bandschalen zusammentreffen und die maximalen Kräfte entstehen, hierdurch verschoben wird. Hohe Walzenkräfte tragen dabei zu hohen Abkühlleistungen bei. Zum einen führen hohe Walzenkräfte zu einem verbesserten Kontakt der aus der Stahlschmelze erstarrenden Bandschale mit der Walzenoberfläche durch eine vergrößerte Kontaktfläche. Zum anderen wird durch hohe Walzenkräfte die heiße Restschmelze, die sich noch zwischen den Bandschalen befinden kann, weitgehend in Richtung des Schmelzenpools verdrängt. Nachteilig wirken sich die hohen Walzenkräfte allerdings auf die Standzeit der Gießwalzenoberflächen aus, da mit hohen Kräften auch ein erhöhter Verschleiß einhergeht.
  • Um die Vorteile der hohen Walzenkräfte einerseits zu nutzen und andererseits zu hohen Verschleiß zu vermeiden, sieht die Erfindung gemäß einer für die Praxis wichtigen Ausgestaltung vor, die Gießgeschwindigkeit derart einzustellen, dass die auf die Gießwalzen wirkenden Rollenkräfte 10 - 150 kN betragen, wobei sich Gießgeschwindigkeiten, die zu Rollenkräften im Bereich von 20 - 50 kN führen, in der Praxis als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Die Rollenkräfte werden bei Zweiwalzengießmaschinen standardmäßig mit hierzu aus dem Stand der Technik bekannten Mess- und Auswerteinrichtungen ermittelt, um die im Gießbetrieb auf die Gießwalzen wirkenden Belastungen zu erfassen.
  • Wie schon erwähnt, bilden die Walzenkräfte standardmäßig die Hauptregelgröße beim Bandgießen, da bei Veränderungen des Betriebszustandes oder plötzlich auftretenden Prozessunregelmäßigkeiten üblicherweise die Walzenkräfte durch eine Anpassung der Gießgeschwindigkeit beeinflusst werden. Sobald die aktuelle gemessene Walzenkraft vom Sollwert abweicht und beispielsweise so hoch wird, dass eine Schädigung der Gießwalzen eintreten könnte, wird als Gegenmaßnahme die Gießgeschwindigkeit erhöht. Dadurch verringern sich die Kontaktzeit und damit die Bandschalendicke, was bei konstanter Banddicke nach dem Zusammenfügen der beiden Bandschalen im Bereich des engsten Gießspalts zu einer Reduzierung der Walzenkräfte führt. Bei Abweichungen des aktuellen Wertes der Walzenkräfte vom Sollwert nach unten ist das Gegenteil der Fall. Hier wird die Gießgeschwindigkeit reduziert, so dass sich die Walzen langsamer drehen, sich dickere Bandschalen bilden und entsprechend die Walzenkräfte durch die damit einhergehenden größeren Kräfte im Gießspalt wieder ansteigen.
  • Aufgrund seines amorphen oder teilamorphen Gefüges weist erfindungsgemäß gegossenes Band eine hohe Härte auf, die allerdings zu Lasten der Zähigkeit des erfindungsgemäß erzeugten Materials geht. Dies erschwert beispielsweise eine Umformung bei der Verarbeitung zu einem Bauteil und kann bei aus erfindungsgemäß gefertigten Bändern hergestellten Bauteilen, die im Einsatz hohen dynamisch wechselnden Kräften ausgesetzt sind, zum Versagen führen. Erfindungsgemäß kann diesem Risiko dadurch begegnet werden, dass das erfindungsgemäß gegossene Band als Verbundmaterial ausgebildet wird, bei dem ddas gegossene Band die hohe Härte und Verschleißfestigkeit bewirkt und bei dem ein Trägermaterial die gewünschte Zähigkeit beisteuert.
  • Um dies zu ermöglichen, wird gemäß einer Variante der Erfindung ein Trägermaterial während des endabmessungsnahen Bandgießprozesses in den Schmelzenpool eingeführt, indem mit der Stahlschmelze kontinuierlich ein Trägermaterial durch den Gießspalt gefördert wird, so dass das den Gießspalt verlassende gegossene Band aus dem Trägermaterial und dem an ihm haftenden Stahl besteht, dessen Gefüge in der erfindungsgemäß vorgesehenen Weise amorph oder teilamorph ausgebildet ist.
  • Beim Zwei-Walzen-Bandgießverfahren kann die Zuführung des Trägermaterials bezogen auf das gegossene Band mittig oder geleitet über eine oder beide der Walzenoberflächen so erfolgen, dass das Trägermaterial an einer der Längsseiten des gegossenen Bandes liegt. Somit ergeben sich beim gegossenen Band und dem daraus erzeugten Produkt unterschiedliche Varianten der Schichtaufteilung. Zum einen kann das Trägermaterial einseitig mit Stahlschmelze benetzt oder als Kern beidseitig von der Schmelze umgossen werden. Zum anderen kann auch ein amorpher Kern vorliegen, der von Trägermaterial an den Oberflächen eingefasst ist.
  • Bei dem Werkstoff des Trägermaterials kann es sich um ein Metall, insbesondere eine Stahllegierung, aber auch um einen hitzebeständigen Leichtmetallwerkstoff, wie eine Aluminium- oder Titanlegierung, handeln. Möglich ist auch die Verwendung von Kupferlegierungen für das Trägermaterial oder von Kombinationen der hier genannten Werkstoffe. Darüber hinaus stehen Kunststoffe, wie glas- oder kohlefaserverstärkte Materialien, oder andere hochtemperaturstabile Materialien als Werkstoffe für das Trägermaterial zur Verfügung. Auch die Verwendung keramischer Werkstoffe, wie Al2O3, ist möglich.
  • Das Trägermaterial kann in Form von Band, Blech, durchbrochenem Band bzw. Blech, Netz, Lang- oder Kurzfasern, Seilen, Drähten und desgleichen eingesetzt werden.
  • Durch die erfindungsgemäß in situ im Gießspalt erfolgende Anbindung der Stahlschmelze an das Trägermaterial kann die Abkühlung der Stahlschmelze zusätzlich beschleunigt werden. So kann das Trägermaterial zusätzlich zur Kühlung beitragen, indem es bei Kontakt Wärme aus der Schmelze aufnimmt und ableitet.
  • Durch das mit dem erfindungsgemäß gegossenen Band verbundene Trägermaterial lässt sich eine erhöhte Duktilität erzielen, so dass die Weiterverarbeitung im Vergleich zur Weiterverarbeitung eines reinen gegossenen Bands, das ein vollständig amorphes oder teilamorphes Gefüge besitzt, verbessert ist. Auch bei einem aus dem in der voranstehend erläuterten Weise erfindungsgemäß erzeugten Verbundmaterial hergestellten Produkt trägt die im Vergleich zu monolithischem, (teil)amorphem Material höhere Duktilität positiv zur Lebensdauer und zur Vielseitigkeit der Verwendungsmöglichkeiten bei.
  • Nach dem Gießen des Bandes und dem optional zusätzlich im Anschluss daran durchgeführten Kühlen kann das gegossene Band einem Warmwalzen unterzogen werden, bei dem die Warmwalzanfangstemperatur 400 - 800 °C betragen sollte. Durch den inline auf den Gieß- und Abkühlvorgang folgenden Warmwalzschritt kann einerseits die gewünschte Enddicke des Bands und andererseits die Oberflächenbeschaffenheit eingestellt sowie die Mikrostruktur optimiert werden, indem beispielsweise im gegossenen Zustand noch vorhandene Kavitäten geschlossen werden. Um einen amorphen oder teilamorphen Zustand des gegossenen Bands beizubehalten, soll das Warmwalzen bei einer im Bereich zwischen der Glasübergangstemperatur TG und der Kristallisationstemperatur Tx liegenden Warmwalzanfangstemperatur vorgenommen werden. Nur in diesem engen, wie erwähnt, typischerweise 25 °C bis 50 °C betragenden Temperaturbereich ist eine Warmverformung möglich.
  • Grundsätzlich werden für das erfindungsgemäße Verfahren solche Stahlschmelzen bevorzugt, bei denen neben den jeweils herstellungsbedingt unvermeidbaren, jedoch hinsichtlich der Eigenschaften der erfindungsgemäß erzeugten Stahlflachprodukte unwirksamen Bestandteilen nur Bor („B“) und Phosphor („P“) sowie mindestens ein Element der Gruppe „Si, C“ in den erfindungsgemäß vorgegebenen Gehalten vorhanden sind, wobei der Rest durch Eisen aufgefüllt ist. Die Summe der Gehalte an herstellungsbedingt unvermeidbaren Verunreinigungen beträgt dabei höchstens 0,5 Masse-%, bevorzugt höchstens 0,1 Masse-%.
  • Die Pflichtbestandteile einer erfindungsgemäßen Legierung erweisen sich als besonders vorteilhaft, weil sie zu vergleichbar geringen Kosten beschafft werden können. Mit den in den Ansprüchen genannten Gehalten an diesen Elementen ermöglicht das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eine reproduzierbare Herstellung eines Stahlprodukts mit einem amorphen oder teilamorphen Gefüge.
  • Die Einflüsse der einzelnen Pflichtbestandteile einer erfindungsgemäßen Legierung sind in der WO 2014/114756 A1 beschrieben, deren Inhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen wird.
  • Alle weiteren von der erfindungsgemäßen Legierungsvorschrift umfassten Elemente sind optional vorhanden. Ihr Einsatz wird durch die zusätzlichen Kosten und prozesstechnischen Aufwände beim Legieren begrenzt.
  • Das erfindungsgemäß als optional vorhandene Legierungselement Molybdän verstärkt im Fall seiner Anwesenheit im besonderen Maße die Ausbildung amorpher oder teilamorpher Gefüge. Um dies zu erreichen, können in der erfindungsgemäß legierten Stahlschmelze bis zu 10 Masse-% Mo vorhanden sein, wobei sich Mo-Gehalte von 6 - 10 Masse-% als besonders vorteilhaft herausgestellt haben.
  • Eine für die erfindungsgemäßen Zwecke besonders geeignete Stahlschmelze enthält 0,3 - 1,5 Masse-% B und 1 - 4 Masse-% C.
  • Der Fe-Gehalt einer erfindungsgemäß verarbeiteten Stahlschmelze liegt typischerweise bei 50 - 85 Masse-%.
  • Durch die Begrenzung der Summe der Gehalte an P, B, C und Si auf 9,0 - 11,0 Masse-% wird eine sichere Ausbildung einer amorphen oder teilamorphen Struktur erreicht. Bei oberhalb von 11,0 Masse-% liegender Summe der Gehalte an P, B, C könnten in größerem Umfang Phosphide, Karbide oder Boride entstehen. Diese sind unerwünscht, weil sie nicht nur spröde sind, sondern größere Anteile des jeweiligen P-, B- und C-Gehalts binden würden, die für eine gute Amorphisierbarkeit der Schmelze nicht mehr zur Verfügung stünden.
  • Wie schon erwähnt, zeichnet sich erfindungsgemäß erzeugtes gegossenes Band durch eine hohe Härte aus, die regelmäßig 850 - 1300 HV0,1 beträgt und damit höher liegt als die übliche Härte hochfester Stähle, jedoch geringer ist als die Härte von keramischen Werkstoffen. Erfindungsgemäß aus erfindungsgemäß gegossenem Band hergestellte Produkte, die eine in diesem Bereich liegende Härte aufweisen, eignen sich in besonderer Weise für Anwendungen, bei denen es zu hohen, plötzlich auftretenden punktuellen Belastungen kommt.
  • Daher handelt es sich bei einem aus erfindungsgemäß gegossenem Band gefertigten Produkt typischerweise um ein Bauteil zum Schutz vor ballistischen Angriffen, um eine Schneidplatte zum Zerteilen von Materialien, um eine Klinge für manuell oder maschinell eingesetzte Messer, um ein Bauteil für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs oder um ein Federbauteil.
  • Bei den Bauteilen zum Schutz vor ballistischen Angriffen kann es sich beispielsweise um Panzerplatten handeln, die zum Schutz von Fahrzeugen oder Personen eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Produkte können dabei herkömmlicherweise aus keramischen Werkstoffen gefertigte Schutzeinrichtungen ersetzen und zeichnen sich dabei durch ein gegenüber den keramischen Bauteilen verbessertes Verhalten beim Auftreffen von Projektilen und desgleichen aus. Die erfindungsgemäß erzeugten amorphen oder teilamorphen Stahlmaterialien stellen hier eine Synthese aus extrem hoher Härte und Mindestzähigkeit zur Verfügung. Die dünnen erfindungsgemäß erzeugten amorphen Bänder können als Teil von mehrlagigen Verbundwerkstoffen eingesetzt werden, um dickere Panzerungen mit maximierter Beschusshemmung zu realisieren. Dabei kann eine optimale Schichtfolge maximalen Schutz durch Splittern der Geschosse und Splitterfang erreichen. Zudem ermöglicht der mehrlagige Aufbau einen natürlichen Rissstop, da der Riss in der weiteren Materialage erneut, energieverzehrend, erzeugt werden muss. Hierzu eignen sich insbesondere auch die voranstehend erläuterten Verbundwerkstoffe, die dadurch erhalten werden, dass beim Bandgießen die Stahlschmelze in erfindungsgemäßer Weise mit einem Trägermaterial verbunden wird, um beispielsweise ein Material zu erhalten, dass eine optimierte Kombination aus Härte und Zähigkeit besitzt.
  • Das erfindungsgemäß erzeugte gegossene Band eignet sich insbesondere auch zur Herstellung von Bauelementen, die zur schneidenden Bearbeitung eingesetzt werden. Hierzu zählen Wendeschneidplatten, die Schneiden von manuell oder industriell eingesetzten Messern und desgleichen. Solche aus erfindungsgemäß gegossenem Band erzeugte Produkte weisen eine verlängerte Standzeit (Schärfe) der Schneide durch geringeren Verschleiß im Vergleich zu monolithischem metallischen Material auf.
  • Auch eignet sich erfindungsgemäß erzeugtes Band zur Herstellung von Bauteilen, bei der von dem Band abgeteilte Platinen oder desgleichen bei Temperaturen umgeformt werden, die zwar erhöht sind, jedoch unter der Kristallisationstemperatur des jeweiligen Stahls liegen, aus dem das gegossene Band besteht. Hierzu zählen beispielsweise rotationssymmetrische Druckwalzbauteile, die im KFZ-Antriebsstrang Verwendung finden.
  • Aus erfindungsgemäß erzeugtem Band lassen sich auch Strukturbauteile für Fahrzeugkarosserien fertigen, an deren Belastbarkeit höchste Anforderungen gestellt werden. Ein Beispiel dafür sind Schutzelemente für Batteriekästen von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, für deren Herstellung erfindungsgemäß erzeugtes Band monolithisch oder mehrlagig verwendet werden kann.
  • Denkbar ist es schließlich auch, aus erfindungsgemäß erzeugtem Band Federelemente herzustellen. Hier erweist sich seine hohe Elastizitätsgrenze und dessen Streckgrenzenverhältnis von regelmäßig annähernd 100 % für Federanwendungen als besonders günstig. Die aus den Härten ableitbaren Festigkeiten sind um ein Mehrfaches höher als bei konventionellen Federstählen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt schematisch eine Zwei-Walzen-Gießanlage 1 zum Erzeugen von gegossenem Band B in seitlicher Ansicht.
  • Die Anlage 1 umfasst eine Gießeinrichtung 2, die als konventionelle Zwei-Walzen-Gießeinrichtung aufgebaut ist und dementsprechend zwei Walzen 3,4 umfasst, die gegeneinander um achsparallel zueinander und auf gleicher Höhe ausgerichtete Achsen X1, X2 rotieren.
  • Die Walzen 3,4 sind mit einem die Dicke D des zu produzierenden gegossenen Bands B bestimmenden Abstand von 1 mm angeordnet und begrenzen so an dessen Längsseiten einen Gießspalt 5, in dem das gegossene Band B geformt wird. An seinen Schmalseiten ist der Gießbereich 5 in ebenso bekannter Weise durch hier nicht sichtbare Seitenplatten abgedichtet, die gegen die Stirnseiten der Walzen 3,4 gedrückt werden.
  • Während des Gießbetriebs rotieren die intensiv gekühlten Walzen 3,4 gegenläufig zueinander und bilden auf diese Weise Längswände einer durch die Walzen 3,4 und die Seitenplatten gebildeten Gießkokille, die sich im Gießbetrieb kontinuierlich fortbewegen. Die Drehrichtung der Walzen 3,4 ist dabei jeweils in Schwerkraftrichtung R in den Gießbereich 5 hinein gerichtet, so dass in Folge der Rotation Schmelze S aus einem im Raum oberhalb des Gießbereichs 5 zwischen den Walzen 3,4 anstehenden Schmelzenpools SP in den Gießbereich 5 gefördert wird.
  • Die Walzen 3,4 weisen in ebenso konventioneller Weise einen Mantel aus einem Kupferwerkstoff auf, dessen im Gießbetrieb mit der Schmelze S in Kontakt kommende Umfangsfläche 01,02 unbeschichtet ist, so dass die Schmelze S unmittelbar mit dem Werkstoff des Walzenmantels in Kontakt kommt und eine intensive Wärmeabfuhr gewährleistet ist. Zur Unterstützung der Wärmeabfuhr sind die Umfangsflächen 01,02 zusätzlich durch eine Schlichtbearbeitung im technischen Sinne weitestgehend glatt. Sie weisen dementsprechend eine Mittenrauigkeit Ra von 17 µm und eine gemittelte Rautiefe Rz von weniger als 100 µm auf.
  • Durch die starke Kühlung der Walzen 3,4 und den intensiven Kontakt zwischen den Umfangsflächen 01,02 und der Schmelze S erstarrt die mit den Umfangsflächen 01,02 in Kontakt kommende Schmelze S mit Abkühlraten von mindestens 600 Kls zu jeweils einer Schale. Die auf den Walzen 3,4 haftenden Schalen werden durch die gegenläufige Rotation der Walzen 3,4 in den Gießspalt 5 gefördert und dort unter Wirkung von Walzenkräften K zu dem gegossenen Band B zusammengepresst.
  • Die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen 3,4 ist dabei so abgestimmt, dass das gegossene Band B mit einer möglichst niedrigen Geschwindigkeit von 0,1 - 1 m/s aus dem Gießspalt 5 austritt, und die im Gießspalt 5 auf das gegossene Band B wirkenden Walzenkräfte K in einem Sollbereich von 10 - 150 kN gehalten werden.
  • Das aus dem Gießspalt 5 austretende gegossene Band B ist weitestgehend vollständig erstarrt. Um Kristallisationseffekte zu unterdrücken, läuft das gegossene Band B im Anschluss an den Gießspalt 5 dennoch durch eine Kühleinrichtung 7, die das gegossene Band B beidseitig mittels je einer Lavaldüse in bekannter Weise mit Druckluft beaufschlagt, so dass es weiter abkühlt. Die Abkühlung durch die Kühleinrichtung 7 setzt dabei im unmittelbaren Anschluss an den Gießbereich 5 ein und erfolgt dabei weiterhin mit Abkühlraten von mindestens 150 K/s derart stark, dass die Temperatur T des gegossenen Bands B stetig abnimmt, bis sie unterhalb der Glasübergangstemperatur TG der jeweils vergossenen Schmelze S liegt. Jegliche Kristallisation des Gefüges des gegossenen Bands B wird so unterdrückt, so dass es sich bei Erreichen der Förderstrecke 6 nach wie vor in einem amorphen oder teilamorphen Zustand befindet.
  • Das aus dem Gießspalt 5 austretende Band B wird zunächst in Schwerkraftrichtung R vertikal abgefördert und anschließend in bekannter Weise in einem kontinuierlich gekrümmten Bogen in eine horizontal ausgerichtete Förderstrecke 6 umgelenkt. Optional kann das gegossene Band B dann ein Warmwalzgerüst 8 durchlaufen, in dem es einer Warmwalzung unterzogen wird, wobei die Warmwalzanfangstemperatur zwischen der Glasübergangstemperatur TG und der Kristallisationstemperatur Tx des Stahls liegt, aus dem das jeweilige gegossene Band besteht.
  • Um eine Oxidation der in den Schmelzenpool SP abgegossenen Schmelze S an deren freier Oberfläche zu verhindern, wird mindestens der Schmelzenpool SP an seiner freien Oberfläche unter einer Stickstoffatmosphäre gehalten.
  • Zur Erprobung der Erfindung sind Walzen 3,4 bereitgestellt worden, deren Umfangsflächen eine Mittenrauigkeit Ra von 17 µm aufwiesen. Die beim Vergießen der Stahlschmelze A1 eingesetzten Gießwalzen 3,4 wiesen einen aus Nickel bestehenden, mit der Schmelze in Kontakt kommenden Mantel auf, wogegen die beim Vergießen der Schmelzen A2 - C2 eingesetzten Walzen 3,4 einen Mantel aufwiesen, der aus Kupfer gefertigt war. An ihren mit der jeweiligen Schmelze A1 - C2 in Kontakt kommenden Oberfläche sind die Walzen 3,4 jeweils in bekannter Weise kugelgestrahlt gewesen.
  • Zur Erprobung der Erfindung sind Stahlschmelzen A1,A2,B1,C1,C2 erschmolzen worden, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 angegeben ist.
  • Die Schmelzen A1 - C2 sind jeweils in den von den Walzen 3,4 begrenzten Schmelzenpool SP abgegossen worden. Die freie Oberfläche des Schmelzenpools SP ist dabei unter einer Schutzgasatmosphäre gehalten worden, die aus Stickstoff bestand. Die Temperatur der Schmelze lag beim Vergießen um eine Überhitzungstemperatur Tue oberhalb der Liquidustemperatur der Schmelze S.
  • Durch den Kontakt mit den Walzen 3,4 hat sich aus der so zusammengesetzten Schmelze S an den Umfangsflächen 01,02 der Walzen 3,4 jeweils eine Schale aus erstarrter Schmelze S gebildet.
  • In Folge der gegenläufigen Bewegung der Walzen 3,4 sind die Schalen unter weiter fortgesetzter Abkühlung in den Gießspalt 5 gefördert worden, wo sie zu einem gegossenen Band B mit einer Dicke D zusammengepresst worden sind.
  • Das gegossene Band B ist mit einer Gießgeschwindigkeit Vg durch den Gießspalt 5 gefördert worden und aus dem Gießspalt 5 ausgetreten. Die Abkühlung der mit den Umfangsflächen 01,02 der Walzen 3,4 in Kontakt kommenden Schmelze S erfolgte mit einer Abkühlrate QR.
  • Die Walzenkräfte KW sind während des Vergießens der Schmelzen in einem Sollbereich von 20 - 50 kN gehalten worden.
  • Nach dem Verlassen des Gießspalts 5 ist das gegossene Band B weiter mit einer Abkühlrate von mindestens 150 Kls auf eine Temperatur abgekühlt worden, die um mindestens 25 K unterhalb der Glasübergangstemperatur TG des jeweiligen Stahls A1 - C2 und um mindestens 50 K oberhalb der Kristallisationstemperatur Tx des jeweiligen Stahls A1 - C2 lag.
  • Das so jeweils erhaltene gegossene Band B ist anschließend in der in der WO 2014/114756 A1 beschriebenen Weise weiterverarbeitet worden. Dabei kam eine zusätzliche Kühleinrichtung zum Einsatz, wie sie beginnend mit dem zweiten Absatz der Seite 13 der Beschreibung der WO 2014/114756 A1 erläutert ist. Durch den Einsatz der zusätzlichen Kühlanlage ist die Temperatur des aus dem Gießspalt 5 austretenden Bands B um jeweils ca. 250 K auf eine jeweils unterhalb von 400 °C liegende Temperatur abgesenkt worden.
  • Beim Vergießen der Stähle C1,C2 ist in der oben beschriebenen Weise ein aus der rostfreien Stahlgüte mit der Werkstoffnummer 1.4301 gemäß Stahl Eisen Liste (X5CrNi18-10) bestehendes Gitter mit einer Maschenweite von 10 mm x 10 mm und 2 mm Breite der die Maschenöffnungen trennenden Stege als Trägermaterial in den Gießspalt eingebracht worden.
  • Die Dicke D des jeweils erzeugten gegossenen Bands B, die jeweilige Gießgeschwindigkeit Vg, die Überhitzungstemperatur Tue, die auf die Walzen 3,4 wirkenden Rollenkräfte KR, die durch den Kontakt der jeweiligen Schmelze A1 - C2 mit den Walzen 3,4 erzielte Abkühlrate QR sowie die Glasübergangstemperatur TG und die Kristallisationstemperatur Tx des jeweiligen Stahls A1 - C2 sind in Tabelle 2 angegeben.
  • Von den in der voranstehend erläuterten Weise erzeugten, aus den Stählen A1 - C2 erzeugten Bändern B sind Schliffe erzeugt worden, die zur Darstellung der Gefügeanteile in bekannter Weise einer Ätzung mit dem Ätzmittel Nital unterzogen worden sind. Kristalline Anteile, die regelmäßig > 0,1 µm waren, wurden lichtmikroskopisch mit 1000-facher Vergrößerung ermittelt. Bestandteile mit einer Größe von ≤ 0,1 µm wurden in bei der lichtmikroskopischen Untersuchung als potenziell (teil)-amorphe Anteile eingestuft. Diese Einstufung hat sich in anschließend durchgeführten Röntgendiffraktometrieuntersuchungen regelmäßig bestätigt. Die amorphen Anteile des Gefüges wurden gemäß DIN EN 13925-1:2003-07 bestimmt. Die Bandhärte wurde gemäß ISO 6507-1 ermittelt.
  • Die Gefügebestandteile und die Härte der jeweiligen Bänder sind in Tabelle 3 verzeichnet.
  • Die Erfindung stellt somit ein Verfahren zum praxisgerechten und zuverlässigen Erzeugen eines Stahlflachprodukts mit einem amorphen oder teilamorphen Gefüge zur Verfügung. Dazu wird erfindungsgemäß eine Stahlschmelze S in einem durch zwei gegenläufig rotierende und gekühlte Gießwalzen 3,4 begrenzten Gießspalt 5 unter einer in Bezug auf eine Oxidation der Stahlschmelze S inerten Schutzgasatmosphäre zu einem gegossenen Band B mit einer Dicke von 0,5 - 2 mm und einer Breite von 100 - 2000 mm vergossen und unter Ausbildung des amorphen oder teilamorphen Gefüges abgekühlt. Die Stahlschmelze S besteht dabei aus, in Masse-%, P: 2,5 - 9,0 %, B 0,2 - 3,0 %, Si: ≤ 7,0 %, C: ≤ 4,0 %, wobei die Summe der Gehalte an P, B, C und Si 9,0 - 11,0 % beträgt, und optional zusätzlich einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe „Mo, Cu, Cr, AI, N, Nb, Mn, Ni, Co, W, Zr, Ti, V“, für deren Gehalte gilt: Mo: ≤ 10,0 %, Cu: ≤ 5,0 %, Cr: ≤ 10,0 %, AI: ≤ 10,0 %, N: ≤ 0,5 %, Nb: ≤ 2,0 %, Mn: ≤ 3,0 %, Ni: ≤ 6,0 %, Co: ≤ 20,0 %, W: bis zu 5,0 %, Zr: bis zu 5,0 %, Ti: bis zu 2,0 %, V: bis zu 2,0 %, und als Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen. Das gegossene Band B tritt mit einer Gießgeschwindigkeit von 0,1 - 1 m/s aus dem Gießspalt 5 aus. Dabei wird die Schmelze S im Gießspalt 5 an ihren mit den Gießwalzen 3,4 in Kontakt kommenden Oberflächen mit 250 - 5000 Kls abgekühlt und die derart schnelle Abkühlung des aus dem Gießspalt 5 austretenden gegossenen Bandes B fortgesetzt, bis die Temperatur des Bandes B die Glasübergangstemperatur TG des Stahls unterschreitet.
  • Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften eignen sich die erfindungsgemäß erzeugten Bänder und daraus abteilten Blechzuschnitte insbesondere für die Herstellung von Bauteilen, die zum Schutz von Personen oder Gegenständen gegen Beschuss, oder von Bauteilen, die zum Schneiden von Materialien eingesetzt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Anlage zum Erzeugen eines gegossenen Bands B
    2
    Gießeinrichtung
    3,4
    Walzen der Gießeinrichtung 2
    5
    Gießspalt
    6
    horizontal ausgerichtete Förderstrecke
    7
    Kühleinrichtung
    8
    Warmwalzgerüst
    B
    gegossenes Band
    D
    Dicke des gegossenen Bands B
    O1,O2
    Umfangsflächen der Walzen 3,4
    R
    Schwerkraftrichtung
    S
    Schmelze
    SP
    Schmelzenpool
    K
    Walzenkräfte
    X1 ,X2
    Rotationsachsen der Rollen 3,4
  • Tabelle 1
    Stahl C Si P Al Cr Mo B Mn Ni* Ti V C+Si+B+P
    A1 1,56 2,0 5,4 1,02 2,5 9,0 1,14 1,35 0,042 0,070 0,036 10,1
    A2 1,56 2,0 5,6 0,98 2,5 8,9 1,16 1,35 0,042 0,069 0,041 10,3
    B1 1,19 0,1 7,9 <0,005 2,2 9,6 0,50 0,40 5,90 0,075 0,052 9,7
    C1 1,15 0,2 7,8 <0,005 2,2 9,4 0,52 0,47 5,70 0,076 0,052 9,6
    C2 1,19 0,1 7,9 <0,005 2,2 9,6 0,50 0,40 5,90 0,075 0,052 9,7

    Alle Gehaltsangaben in Masse-%
    Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen mit Gehalten von in Summe < 0,1 Masse-% Tabelle 2
    Band bestehend aus Stahl BD [mm] Vg [m/s] Tue [K] KR [kN] QR [K/s] Tg [°C] Tx [°C]
    A1 1,0 0,2 65 K 20 kN 750 K/s 523°C 552°C
    A2 1,0 0,3 65 K 40 kN 990 Kls 523°C 552°C
    B1 1,0 0,3 150 K 50 kN 950 K/S 426 °C 454°C
    C1 1,6 0,3 150 K 50 kN 850 Kls 426 °C 454°C
    C2 1,2 0,3 150 K 50 kN 800 Kls 426 °C 454°C
    Tabelle 3
    Gefüge
    Band bestehend aus Stahl Kristalline Bestandteile > 1 µm [%] Feinstkristalline Bestandteile < 1 µm [%] Amorphe Bestandteile [%] Bandhärte [HV0,1]
    A1 60 40 (beidseitig am Rand, kontinuierlich ca. 200 µm tief) 5 Nicht bestimmt
    A2 40 10 50 1020
    B1 ca. 10 60 30 1050
    C1 keine kristallinen Anteile bis 1 mm Entfernung vom Gitter 70 (bis 1 mm vom Gitter entfernt) 30 1220 (Durchschnitt aus 15 Messungen)
    C2 50 (bis 1 mm vom Gitter entfernt) 50 (bis 1 mm vom Gitter entfernt) 1140 (Durchschnitt aus 36 Messungen)

Claims (12)

  1. Verfahren zum Erzeugen eines Stahlflachprodukts mit einem amorphen oder teilamorphen Gefüge, bei dem eine Stahlschmelze (S) in einem durch zwei gegenläufig rotierende und gekühlte Gießwalzen (3,4) begrenzten Gießspalt (5) zu einem gegossenen Band (B) mit einer Dicke von 0,5 - 2 mm und einer Breite von 100 - 2000 mm vergossen und unter Ausbildung des amorphen oder teilamorphen Gefüges abgekühlt wird, wobei - die Stahlschmelze (S), in Masse-%, aus P: 2,5 - 9,0 %, B: 0,2 - 3,0 %, Si: ≤ 7,0 %, C: ≤ 4,0 %, wobei die Summe der Gehalte an P, B, C und Si 9,0 - 11,0 % beträgt, und optional zusätzlich einem Element oder mehreren Elementen aus der Gruppe „Mo, Cu, Cr, Al, N, Nb, Mn, Ni, Co, W, Zr, Ti, V“, für deren Gehalte gilt: Mo: bis zu 10,0 %, Cu: bis zu 5,0 %, Cr: bis zu 10,0 %, AI: bis zu 10,0 %, N: bis zu 0,5 %, Nb: bis zu 2,0 %, Mn: bis zu 3,0 %, Ni: bis zu 6,0 %, Co: bis zu 20,0 %, W: bis zu 5,0 %, Zr: bis zu 5,0 %, Ti: bis zu 2,0 %, V: bis zu 2,0 %, und als Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, deren Gehalte in Summe höchstens 0,5 Masse-% beträgt, - die Gießgeschwindigkeit, mit der das gegossene Band (B) aus dem Gießspalt (5) austritt, 0,1 - 1 m/s beträgt, - die Schmelze (S) im Gießspalt (5) an ihren mit den Gießwalzen (3,4) in Kontakt kommenden Oberflächen mit 250 - 5000 K/s abgekühlt und die derart schnelle Abkühlung des aus dem Gießspalt (5) austretenden gegossenen Bandes (B) fortgesetzt wird, bis die Temperatur des Bandes (B) die Glasübergangstemperatur TG des Stahls unterschreitet, - das Vergießen der Schmelze (S) unter einer in Bezug auf eine Oxidation der Stahlschmelze (S) inerten Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird, - die Temperatur der Stahlschmelze (S) beim Abgießen in den über dem Gießspalt (5) zwischen den Gießwalzen (3,4) stehenden Schmelzenpool (SP) um 90 bis 160 K höher ist als die Liquidus-Temperatur der Stahlschmelze (S), - die mit der Stahlschmelze (S) in Kontakt kommenden Oberflächen der Gießwalzen (3,4) mit einer in sie eingeformten Struktur versehen sind, wobei die eingeformte Struktur eine mittlere Rauigkeit Ra von 15-25 µm aufweist, und - die Gießgeschwindigkeit derart eingestellt wird, dass die auf die Gießwalzen wirkenden Rollenkräfte 10 - 150 kN betragen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlschmelze (S) mit einer Abkühlrate von mindestens 500 K/s bis unterhalb der Glasübergangstemperatur Tc abgekühlt wird.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (D) des gegossenen Bands (B) 1 - 1,5 mm beträgt.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Stahlschmelze (S) kontinuierlich ein Trägermaterial durch den Gießspalt (5) gefördert wird, so dass das den Gießspalt (5) verlassende gegossene Band (B) aus dem Trägermaterial und dem an ihm haftenden Stahl besteht.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial band-, netz-, faser- oder seilförmig in den Gießspalt (5) eingebracht wird
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus einem metallischen Werkstoff oder einem hitzebeständigen Kunststoff besteht.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial auf der dem Gießspalt (5) zugeordneten Oberfläche mindestens einer der Gießwalzen (3,4) aufliegend in den Gießspalt (5) gefördert wird.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gegossene Band (B) bei einer 400 - 800 °C betragenden Warmwalzanfangstemperatur zu einem Warmband warmgewalzt wird.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlschmelze (S) mindestens ein Element aus der Gruppe „Mo, Cu, Cr, Al, N, Nb, Mn, Ni, Co, W, Zr, Ti, V“ enthält.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahlschmelze (S) (in Masse-%) 0,3 - 1,5 % B und 6 - 10 % Mo enthält.
  11. Produkt hergestellt aus einem gegossenen Band (B), das durch Anwendung eines Verfahrens gemäß einem der voranstehenden Ansprüche Band (B), hergestellt ist, wobei das Produkt eine Härte von mindestens 850 HV0,1 und höchstens 1300 HV0,1 aufweist.
  12. Produkt nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei ihm um ein Bauteil zum Schutz vor ballistischen Angriffen, um eine Schneidplatte zum Zerteilen von Materialien, um eine Klinge für manuell oder maschinell eingesetzte Messer, um ein Bauteil für den Antriebsstrang eines Fahrzeugs oder um ein Federbauteil handelt.
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