DE19639062A1 - Modellgestütztes Verfahren zur kontrollierten Kühlung von Warmband oder Grobblech in einem rechnergeführten Walz- und Kühlprozeß - Google Patents

Modellgestütztes Verfahren zur kontrollierten Kühlung von Warmband oder Grobblech in einem rechnergeführten Walz- und Kühlprozeß

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Description

Die Erfindung betrifft ein modellgestütztes Verfahren zur kontrollierten Kühlung in gesteuerten Walz- und Kühlprozessen von Warmband oder Grobblech, das nach gesteuertem Walzen in Temperaturbereichen, in denen keine Rekristallisation stattfindet und in denen das Gefüge aus verfestigtem Austenit besteht, kontrolliert nach einer festgelegten Kühlkurve gekühlt wird, indem es mit einer definierten Geschwindigkeit durch die Kühlanlage transportiert wird.
Ziel der Erfindung ist es, bei Veränderungen der Endwalztemperatur FT und der Geschwindigkeit R das gleiche Verhältnis der Gefügephasen wie unter konstanten Prozeßbedingungen mit Hilfe eines metallphysikalischen Prozeßmodells zu gewährleisten.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein metallphysikalisches Prozeßmodell erreicht, das ein Werkstoffmodul zur Berechnung von Zeit-Temperatur-Umwandlungs- Diagrammen (ZTU-Diagrammen) in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung und der Umform- und Kühlparameter enthält und das sowohl die Setup-Berechnung zur Ermittlung der erforderlichen Wassermenge und Verteilung innerhalb der Kühlstrecke durchführt, wie auch den dynamischen Führungsgrößenverlauf ermittelt, wobei die Kühlung derart gesteuert wird, daß die Kühlkurve im berechneten Zeit- Temperatur-Umwandlungs-Diagramm des zu kühlenden Werkstoffes so zwischen den Nasenpunkten Ferrit- bzw. Perlitumwandlungskurve verläuft, daß sich als Kühlergebnis ein ferritisch-bainitisches Gefüge mit dem jeweils vorab berechneten Verhältnis zwischen diesen beiden Gefügekomponenten im Stahl bildet.
Den wesentlichen Baustein des erfindungsgemäßen Verfahrens bildet das metallphysikalische Prozeßmodell, das eine metallkundliche Kontrolle der Abkühleinrichtungen und eine Verbesserung der Regelung und Steuerung zum Einhalten der geforderten Werkstoffeigenschaften über die Bandlänge ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird weiter vorgeschlagen, daß die Position der Kühlkurve bei der Temperatur, bei der die Bildung von Perlit einsetzt (Perlitnase der entsprechenden Kurve) definiert wird durch ein Verhältnis XTAPS zwischen einerseits der Differenz des Zeitlogarithmus, der für die Entstehung von Perlit benötigt wird und dem Zeitlogarithmus, der für die Kühlung des Walzgutes von der Endwalztemperatur auf die Temperatur, bei der die Bildung von Perlit einsetzt (Nasenpunkt) und andererseits der Differenz des Zeitlogarithmus, der für den Beginn der Perlitumwandlung (Nasenpunkt) benötigt wird, und dem Zeitlogarithmus, der für den Beginn der Ferritumwandlung (Nasenpunkt) benötigt wird, wobei dieses Verhältnis XTAPS ist kleiner als 1 und größer als 0 ist.
Die optimale Qualität der mikrolegierten Stähle ist davon abhängig, daß ein sehr feinkörniges Sekundärgefüge bei der Umwandlung des nicht oder nur teilrekristallisierten Austenits innerhalb der Kühlstrecke entsteht, das günstige Eigenschaftskombinationen aufweist. Optimale Werte dieser Verfestigung des Austenits ergeben sich durch 70-80% Reduktion bei niedrigen Temperaturen (unter 900°C). Wesentlich dabei ist, daß dieser Verfestigungszustand des umgeformten und verfestigten Austenits bis zur Gamma/Alpha-Umwandlung erhalten bleibt. Die Aufrechterhaltung dieser Verfestigung bis zur Umwandlung ist von den Bedingungen der Ausscheidung der Mikrolegierungselemente und der dadurch verursachten Verzögerung der Rekristallisation abhängig. Neben der Verfestigung der feinen, austenitischen Körner ist es notwendig, für eine gezielte Kühlung zu sorgen, damit das resultierende Gefüge nach der Umwandlung zum überwiegenden Teil aus Ferrit und Bainit besteht. Perlitische Strukturen sind unerwünscht.
Weiter Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der einzigen Zeichnungsfigur dargestellten, berechneten ZTU-Diagramms eines mikrolegierten Stahles bei der kontrollierten Kühlung erläutert.
Die Eigenschaften von gewalztem Stahl werden im wesentlichen durch die Abkühlrate im Temperaturbereich zwischen 800 und 500°C beeinflußt. Die Abkühlrate CR (k/s) beeinflußt die Größe des ferritischen Korns und damit die Elastizitätsgrenze. Um eine ausreichende Abkühlrate des Walzgutes zu erreichen und die γ/α-Umwandlung im Stahl durchzuführen, wird das Walzgut mit der Endwalztemperatur FT nach Verlassen des letzten Walzgerüsts mit einer Wasserkühlung gekühlt. Die Kühlintensität hängt ab von der aktiven Kühlstreckenlänge L (m) und der Geschwindigkeit R (m/s) des Walzgutes im Bereich der Kühlung. Bezeichnet man die Zeit der Nase der Ferritbildung als SFS, die Zeit der Nase der Perlitbildung als SPS und die Abkühlzeit des Bandes von FT auf die Temperatur der Nase der Perlitbildung TPS als SUMTAPS (s. Bild), ergibt sich als Differenz zwischen dem Zeitpunkt SPS, bei dem die Perlitbildung einsetzt, und der Abkühlzeit SUMTAPS:
In(DTAPS) = In(SPS) - In(SUMTAPS)
Analog dazu lautet die Differenz zwischen den Zeitpunkten für die Ferrit- und Perlitbildung
In(DPSFS) = In(SPS) - In(SFS)
Die Position der Kühlkurve zwischen den Zeitpunkten für die Ferrit- und Perlitbildung wird durch den Wert XTAPS charakterisiert:
XTAPS = In(DTAPS)/In(DPSFS)
Um eine rein ferritisch-bainitsche Struktur zu erhalten, muß XTAPS kleiner als 1 und größer als 0 sein.
Die oben beschriebenen Prozeßbedingungen für die Kühlung beziehen sich auf statische Bedingungen. Im tatsächlichen Walzprozeß ist es jedoch nicht möglich, Abweichungen in den Umformparametern völlig zu vermeiden, insbesondere nicht was die Endwalztemperatur FT und die Geschwindigkeit R betrifft.
Eine erhöhte Endwalztemperatur führt zu einer Abnahme der Verfestigung des Austenits, wodurch gleichzeitig die Zeitpunkte für die Bildung von Ferrit (SFS) bzw. Perlit (SPS) verändert werden. Blieben die voreingestellten Kühlbedingungen aus dem Modell unverändert, würden die geänderten Fertigwalzbedingungen eine Änderung des Wertes von XTAPS bewirken. Das Verhältnis der Gefügephasen von Ferrit und Bainit würde sich ändern, wodurch sich auch die erwarteten Eigenschaften des Bandes ändern würden.
Das Ziel der Erfindung, bei Veränderungen der Endwalztemperatur FT und der Geschwindigkeit R das gleiche Verhältnis der Gefügephasen wie unter konstanten Prozeßbedingungen zu gewährleisten, wird durch das metallphysikalische Prozeßmodell mit dem enthaltenen Werkstoffmodul zur Berechnung von Zeit- Temperatur-Umwandlungs-Diagrammen (ZTU-Diagrammen) in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung und der Umform- und Kühlparameter erreicht.
Die Kühlanlage wird von einem Computer gesteuert, der u. a. darauf programmiert ist, neue Zeiten für die Bildung von Ferrit und Perlit in Bezug auf die jeweils gemessenen Werte für die Endwalztemperatur FT und die Geschwindigkeit R des Walzgutes aus dem letzten Gerüst zu berechnen. Für diese neuen Bedingungen berechnet der Computer eine neue Abkühlgeschwindigkeit CR sowie die Länge der aktiven Wasserleitung in der Kühlstrecke.
Beide Werte werden so berechnet, daß bei einer Zunahme oder Abnahme der Endwalztemperatur FT und der Geschwindigkeit R die Kühlgeschwindigkeit CR variiert wird. Ändert sich die Endwalztemperatur oder die Geschwindigkeit des Walzgutes, wird die Länge der aktiven Kühlstrecke an ihrem Anfang oder Ende verkürzt oder verlängert, um so die Gesamtkühlzeit an einem die Anlage durchlaufenden Walzgutquerschnitt gleich oder kleiner als die Zeit werden zu lassen, die sich aus der vorab berechneten Differenz zwischen der Temperatur im Einlauf und im Auslauf der Kühlanlage dividiert durch die Kühlgeschwindigkeit CR ergibt. Durch die Kombination der beschriebenen Änderungen von Kühlgeschwindigkeit und Länge der aktiven Kühlstrecke erreicht das Verhältnis XTAPS wenn nicht völlig, so zumindest annähernd den vorab berechneten optimalen Wert.

Claims (5)

1. Modellgestütztes Verfahren zur kontrollierten Kühlung in gesteuerten Walz- und Kühlprozessen von Warmband oder Grobblech, das nach gesteuertem Walzen in Temperaturbereichen, in denen keine Rekristallisation stattfindet und in denen das Gefüge aus verfestigtem Austenit besteht, kontrolliert nach einer festgelegten Kühlkurve gekühlt wird, indem es mit einer definierten Geschwindigkeit durch die Kühlanlage transportiert wird, gekennzeichnet durch ein metallphysikalisches Prozeßmodell, das ein Werkstoffmodul zur Berechnung von Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagrammen (ZTU-Diagrammen) in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung und der Umform- und Kühlparameter enthält und das sowohl die Setup-Berechnung zur Ermittlung der erforderlichen Wassermenge und Verteilung innerhalb der Kühlstrecke durchführt, wie auch den dynamischen Führungsgrößenverlauf ermittelt, wobei die Kühlung derart gesteuert wird, daß die Kühlkurve im berechneten Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm des zu kühlenden Werkstoffes so zwischen den Nasenpunkten der Ferrit- bzw. Perlitumwandlungskurve verläuft, daß sich als Kühlergebnis ein ferritisch­ bainitisches Gefüge mit dem jeweils vorab berechneten Verhältnis zwischen diesen beiden Gefügekomponenten im Stahl bildet.
2. Modellgestütztes Verfahren zur kontrollierten Kühlung in gesteuerten Walz- und Kühlprozessen von Warmband oder Grobblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Kühlkurve bei der Temperatur, bei der die Bildung von Perlit einsetzt (Perlitnase der entsprechenden Kurve), definiert wird durch ein Verhältnis XTAPS zwischen einerseits der Differenz des Zeitlogarithmus, der für die Entstehung von Perlit benötigt wird und dem Zeitlogarithmus, der für die Kühlung des Walzgutes von der Endwalztemperatur auf die Temperatur, bei der die Bildung von Perlit einsetzt (Nasenpunkt) und andererseits der Differenz des Zeitlogarithmus, der für den Beginn der Perlitumwandlung (Nasenpunkt) benötigt wird, und dem Zeitlogarithmus, der für den Beginn der Ferritumwandlung (Nasenpunkt) benötigt wird, wobei dieses Verhältnis XTAPS kleiner als 1 und größer als 0 ist.
3. Modellgestütztes Verfahren zur kontrollierten Kühlung in gesteuerten Walz- und Kühlprozessen von Warmband oder Grobblech nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgeschwindigkeit in der Kühlanlage bei jeder Erhöhung bzw. Erniedrigung der Endwalztemperatur geändert wird, sofern der voreingestellte Wert der Endwalztemperatur nicht konstant bleibt.
4. Modellgestütztes Verfahren zur kontrollierten Kühlung in gesteuerten Walz- und Kühlprozessen von Warmband oder Grobblech nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgeschwindigkeit in der Kühlanlage bei jeder Zu- bzw. Abnahme der Geschwindigkeit des Walzgutes geändert wird, sofern die tatsächliche Geschwindigkeit des Walzgutes am Auslauf des letzten Gerüsts von dem voreingestellten Wert abweicht.
5. Modellgestütztes Verfahren zur kontrollierten Kühlung in gesteuerten Walz- und Kühlprozessen von Warmband oder Grobblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Gesamtlänge der Kühlstrecke durch Ab- bzw. Hinzuschalten von Kühleinheiten im vorderen oder hinteren Bereich verkürzt oder verlängert wird, um die Kühlzeit eines die Anlage durchlaufenden Walzgutquerschnittes gleich oder kleiner als die Zeit werden zu lassen, die sich aus der vorausberechneten Differenz zwischen der Temperatur im Einlauf und im Auslauf der Kühlstrecke dividiert durch die Kühlgeschwindigkeit CR ergibt.
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