DE19725434A1 - Verfahren und Anlage zum Walzen von Warmbreitband in einer CSP-Anlage - Google Patents

Verfahren und Anlage zum Walzen von Warmbreitband in einer CSP-Anlage

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Walzen von Warmbreitband aus stranggegossenen Dünnbrammen aus ferritisch-perlitisch mikrolegierten Baustählen mit einer Mikrolegierung mit Vanadium und/oder mit Niob und/oder mit Titan in einer CSP-Anlage, wobei der gegossene Brammenstrang, geteilt in Walzlängen, über einen Ausgleichsofen einer mehrgerüstigen CSP-Walzstraße zugeführt und dort kontinuierlich zu Warmbreitband ausgewalzt, in einer Kühlstrecke gekühlt und zu Bunden gehaspelt wird
Das Walzen von Warmbreitband in einer CSP-Anlage (CSP = Compact Strip Production), wobei stranggegossenes Vormaterial nach Unterteilung in Walzlängen über einen Ausgleichsofen direkt dem Walzwerk zugeführt wird, ist aus der EP-A-0368048 bekannt, wobei als Walzwerk ein mehrgerüstiges Walzwerk eingesetzt wird, in das die auf eine Temperatur von 1100°C bis 1130°C im Ausgleichsofen gebrachten Walzlängen in aufeinander folgenden Arbeitsschritten mit dazwischen liegender Entzunderung fertig gewalzt werden.
Um eine Verbesserung der Festigkeit- und Zähigkeitseigenschaften sowie der damit verbundenen wesentlichen Erhöhung der Streckgrenzwerte und der Kerbschlagzähigkeit eines Walzproduktes aus Stahl zu erreichen, wird in der EP-A-0413163 vorgeschlagen, das Walzgut thermomechanisch zu behandeln.
Bei der thermomechanischen Umformung werden im Gegensatz zum normalisierenden Umformen, bei der die Endumformung im Bereich der Normalglühtemperatur mit vollständiger Rekristallisation des Austenits stattfindet, Temperaturbereiche für eine gezielte Umformrate eingehalten, bei denen der Austenit nicht oder nicht wesentlich rekristallisiert, d. h. in jedem Fall liegt vor der eigentlichen thermomechanischen Behandlung des Walzgutes ein Austenit-Gefüge vor, das entweder keine oder nur geringe Anteile von Keimen oder Gefügeanteilen der bei niedrigerer Temperatur beständigen Phase enthält.
Die Einstellung dieses Ausgangsgefüges kann dabei unmittelbar aus der Gießwärme oder in einem Vorwärmofen von Raumtemperatur oder einer Zwischentemperatur aus erfolgen.
Nach dem in der EP-A-0413163 vorgeschlagenen Verfahren beginnt die Umformung des Walzgutes im Temperaturbereich des stabilen Austenits und wird bis dicht oberhalb der Ar3-Temperatur fortgesetzt.
Um in den für die thermomechanische Walzung günstigsten Temperaturbereich zu kommen, wird die Anstichtemperatur des Walzgutes in Abhängigkeit vom gewünschten Umformgrad festgelegt.
Wesensmerkmal der thermomechanischen Behandlung ist die Nutzung der plastischen Deformation nicht nur zur Herstellung einer definierten Produktgeometrie, sondern insbesondere zur Einstellung einer gewünschten Realstruktur und damit zur Gewährleistung definierter Werkstoffeigenschaften, wobei nicht rekristallisierter Austenit zur polymorphen gamma (gamma) - alpha (α) - Umwandlung kommt (bei der normalisierenden Umformung ist der Austenit bereits rekristallisiert).
Herkömmliche Brammen unterliegen bei Kalteinsatz vor ihrer Umformung in einem konventionellen Walzwerk den polymorphen Umwandlungen:
  • - Schmelze (L) → Ferrit (δ) → Austenit A1 (gamma) →
  • - → Ferrit (α) → Austenit A2 (gamma)
während für die CSP-Technologie gilt:
  • - Schmelze (L) → Ferrit (δ) → Austenit A1 (gamma)
mit einer höheren Übersättigung des Mischkristalls Austenit und einem erhöhten Ausscheidungspotential für Karbonitride aus dem Austenit.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine spezifische Verfahrensstrategie für das thermomechanische Walzen in CSP-Anlagen zu entwickeln, um die Besonderheiten der Gefügeentwicklung und die dadurch abgeleiteten Werkstoffeigenschaften durch das Direktwalzen ohne Zwischenkühlung und nachfolgendes Wiedererwärmen beim Walzen von CSP-Brammen in CSP-Anlagen optimal zu nutzen.
Die gestellte Aufgabe wird verfahrenstechnisch durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 und anlagenmäßig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 5 dadurch gelöst, daß zur Erzielung optimaler mechanischer Eigenschaften am Warmbreitband durch thermomechanisches Walzen eine kontrollierte Gefügeentwicklung beim Durchlauf der Dünnbrammen durch die CSP-Anlage durchgeführt wird mit den Verfahrensschritten:
  • a) Änderung der Gußstruktur durch Einstellung definierter Temperatur- und Formänderungsbedingungen bei der ersten Umformung, wobei die Temperatur oberhalb der Rekristallisations-Stop-Temperatur (TR) liegt, so daß während und/oder nach der ersten Umformung eine vollständige (dynamische und/oder meta-dynamische und/oder statische) Rekristallisation des Gußgefüges vor Beginn des zweiten Umformschrittes erfolgt;
  • b) Umformung in den letzen Walzgerüsten bei Temperaturen unterhalb der TR-Temperatur, wobei die Umformung einen Betrag von 30% nicht unterschreiten soll und die Endwalztemperatur nahe bei der Ar3-Temperatur (Temperatur der Austenit/Ferrit-Umwandlung) liegt;
  • c) gesteuerte Abkühlung der Warmbreitbänder in der Kühlstrecke, vorzugsweise einer Laminar-Kühlstrecke, wobei bei einer Temperatur, die zwischen der Ar3-Temperatur und der BS-Temperatur (Bainit-Start-Temperatur) liegt, die polymorphe Umwandlung des Austenits erfolgt.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird das thermomechanische Umformen in optimaler Weise auf die spezifischen Verfahrensparameter des CSP-Verfahrens mit seiner spezifischen thermischen Vorgeschichte ausgerichtet. Bei der Einstellung der Temperatur und der Formänderungbedingungen sind insbesondere dabei die grundsätzlichen Unterschiede zum konventionellen Walzen zu beachten:
  • - in die Fertigstraße eines konventionellen Walzwerkes läuft eine in der Vorstraße vorgewalzte (plastisch deformierte) Bramme mit rekristallisiertem Gefüge ein,
  • - in die CSP-Fertigstraße wird die Dünnbramme mit Gußgefüge eingeführt,
  • - die Oberflächenbeschaffenheit einer CSP-Dünnbramme unterscheidet sich deutlich von einer vorgewalzten Bramme (beispielsweise durch ihre Topologie).
Durch diese Unterschiede ergeben sich auch Unterschiede bei den durch die Warmumformung ausgelösten Festkörperreaktionen durch beispielsweise
  • - unterschiedliche Beweglichkeit der Großwinkelgrenzen,
  • - unterschiedliches Mischkristall- und Ausscheidungsverhalten,
  • - unterschiedlicher Diffusionsmechanismus und -kinetik durch den unterschiedlichen Charakter der Grenzflächen und chemischen Inhomogenitäten, die gleichfalls bei der Einstellung der Verfahrensparameter zu beachten sind.
Gemäß der Erfindung wird die erste Umformung bei einer Temperatur oberhalb der Rekristallisations-Stop-Temperatur (TR) vorgenommen, so daß während und/oder nach dieser ersten Umformung eine vollständige Rekristallisation des Gußgefüges erfolgt. Die Rekristallisation kann dabei dynamisch und/oder metadynamisch und/oder statisch stattfinden.
Wichtig ist dabei gemäß der Erfindung, daß diese Rekristallisation vollständig abgeschlossen ist, bevor die nächste Umformung durchgeführt wird. Wenn der Abstand der Gerüste und die Walzgeschwindigkeit für die benötigte Zeitspanne nicht ausreicht, dann kann nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das nächste Walzgerüst geöffnet werden, so daß bis zum übernächsten Walzgerüst, in dem dann die zweite Umformung durchgeführt wird, genügend Zeit zur Verfügung steht. Die Öffnung des Walzgerüstes schließt seine Nutzung als Treiber dabei nicht aus.
Die weitere Umformung in den letzten Walzgerüsten der CSP-Walzstraße erfolgt dann bei Temperaturen unterhalb der Rekristallisations-Stop-Temperatur (TR), um den Austenit vor seiner polymorphen Umwandlung zu verfestigen. Die austenitverfestigende Umformung soll dabei einen Betrag von 30% nicht unterschreiten. Die Endwalztemperatur liegt nahe bei der Ar3-Temperatur.
Die polymorphe Umwandlung des Austenits erfolgt dann anschließend bei der abschließenden Kühlung in beispielsweise einer Laminarkühlstrecke bei einer Temperatur, die zwischen der Ar3-Temperatur (Temperatur der Austenit-Ferrit-Umwandlung) und der BS-Temperatur (Bainit-Starttemperatur) liegt.
Eine weitere Verbesserung der mechanischen Eigenschaften kann durch weitere gesteuerte Abkühlung des gewickelten Bundes, wobei insbesondere die Ausscheidungsvorgänge gezielt beeinflußt werden, erreicht werden.
Die zweite Umformung, die gegebenenfalls erst im dritten Walzgerüst durchgeführt wird, kann gemäß der Erfindung bevorzugt der Auslösung eines zweiten Rekristallisationszyklus dienen, der zu einer weiteren Gefügefeinung und Gefügehomogenisierung führt, bevor neuerlich umgeformt wird. Zu diesem Zweck kann das nachfolgende Walzgerüst ebenfalls geöffnet werden, das dann gleichfalls bei Bedarf als Treiber genutzt werden kann. Die Temperatur liegt bei dieser zweiten Umformung gleichfalls oberhalb der TR-Temperatur.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung besteht aus einer CSP-Anlage, in der gegossene Dünnbrammen im Direkteinsatz (ohne Zwischenkühlung und nachfolgendes Wiedererwärmen) in einer mehrgerüstigen CSP-Walzstraße umgeformt werden, und in der eine kontrollierte Gefügeentwicklung in der CSP-Walzstraße, in der Kühlstrecke und in der Haspel zur Erzielung optimaler mechanischer Eigenschaften am Warmbreitband möglich ist, wobei insbesondere zwischen der ersten und der zweiten Umformung sowie bei Bedarf auch zwischen der zweiten und der dritten Umformung eine für eine vollständige Rekristallisation erforderliche variable Zeitspanne einstellbar ist.
Nachfolgend wird anhand einer Zeichnungsfigur das Verfahren der Erfindung mit einem Fallbeispiel näher erläutert.
In der Zeichnungsfigur ist eine CSP-Anlage dargestellt, in der ein etwa 6 mm starkes Warmbreitband aus hochfestem Baustahl durch thermomechanisches Walzen hergestellt wird.
Die aus der Gießanlage (1) austretenden Dünnbrammen (13) werden mit einer Schneidvorrichtung (2) in Walzlängen unterteilt und in einen Ausgleichsofen (3) eingeführt, in der sie auf eine Temperatur von etwa 1130°C gebracht werden.
Die erste Umformung wird mit einer Stichabnahme von 50% im ersten Walzgerüst (4) bei einer Umformtemperatur von 1080°C durchgeführt. Um die gewünschte Rekristallisation vollständig bis zur zweiten Umformung zum Abschluß zu bringen, ist das zweite Walzgerüst (5) geöffnet und dient lediglich als Treiber.
Die zweite Umformung wird dann im dritten Walzgerüst (6) mit einer Stichabnahme von 40% bei einer Umformtemperatur von 1030°C durchgeführt. Da hier die Umformung zu einer weiteren Rekristallisation genutzt wird, ist das nachfolgende vierte Walzgerüst (7) gleichfalls geöffnet und dient nur als Treiber.
Die weiteren Umformstufen sind
  • - dritte Umformung im fünften Walzgerüst (8) mit einer Stichabnahme von 30% bei einer Umformtemperatur von 900°C,
  • - vierte Umformung im sechsten Walzgerüst (9) mit einer Stichabnahme von 25% bei einer Umformtemperatur von 840°C,
  • - fünfte Umformung im siebten Walzgerüst (10) mit einer Stichabnahme von 15% bei einer Umformtemperatur von 800°C.
Danach wird das Warmbreitband in einer Laminar-Kühlstrecke (11) auf 600°C (Haspeltemperatur) abgekühlt und in einer Unterflur-Haspelanlage (12) zu einem Bund aufgewickelt.
In der Zeichnungsfigur sind für die einzelnen Verfahrensschritte die entsprechenden Temperaturbereiche dargestellt. Die Zeitspanne (I) zwischen der ersten und der zweiten Umformung dient einer ersten Rekristallisationsphase, die Temperatur T ist dabei größer als die TR-Temperatur.
Die Zeitspanne (II) zwischen der zweiten Umformung und der dritten Umformung dient der zweiten Rekristallisationsphase mit gleichfalls einer Temperatur T, die größer als die TR-Temperatur ist.
Die Zeitspanne (III) von der dritten Umformung bis zur letzten Umformung dient der Verfestigung des Austenits mit einer Temperatur T zwischen der TR-Temperatur und der Ar3-Temperatur.
Der Zeitraum (IV) nach der letzten Umformung, in der gekühlt wird, dient der polymorphen Umwandlung des Austenits. Die Temperatur T liegt hierbei zwischen der Ar3-Temperatur und der BS-Temperatur.
Die im obigen Fallbeispiel aufgeführten Parameter stellen nur mögliche Parameter für eine bestimmte Stahlsorte dar, wobei weitere Parameter, wie beispielsweise Walzendurchmesser, Walzgeschwindigkeit, Abstände der Walzgerüste voneinander mit zu berücksichtigen sind, um eine optimale Gefügebeeinflussung durch die thermomechanische Umformung zu erreichen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Walzen von Warmbreitband aus stranggegossenen Dünnbrammen (13) aus ferritisch-perlitisch mikrolegierten Baustählen mit einer Mikrolegierung mit Vanadium und/oder mit Niob und/oder mit Titan in einer CSP-Anlage, wobei der gegossene Brammenstrang (13), geteilt in Walzlängen, über einen Ausgleichsofen (3) einer mehrgerüstigen CSP-Walzstraße (4-10) zugeführt und dort kontinuierlich zu Warmbreitband ausgewalzt, in einer Kühlstrecke (11) gekühlt und zu Bunden gehaspelt (12) wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung optimaler mechanischer Eigenschaften am Warmbreitband durch thermo-mechanisches Walzen eine kontrollierte Gefügeentwicklung beim Durchlauf der Dünnbramme durch die CSP-Anlage durchgeführt wird, mit den Verfahrensschritten:
  • a) Änderung der Gußstruktur durch Einstellung definierter Temperatur- und Formänderungsbedingungen bei der ersten Umformung (4), wobei die Temperatur oberhalb der Rekristallisations-Stop-Temperatur (TR) liegt, so daß während und/oder nach der ersten Umformung (4) eine vollständige (dynamische und/oder meta-dynamische und/oder statische) Rekristallisation des Gußgefüges vor Beginn des zweiten Umformschrittes (6) erfolgt;
  • b) Umformung in den letzten Walzgerüsten (8-10) bei Temperaturen unterhalb der TR-Temperatur, wobei die Umformung einen Betrag von 30% nicht unterschreiten soll und die Endwalztemperatur nahe bei der Ar3-Temperatur (Temperatur der Austenit/Ferrit-Umwandlung liegt;
  • c) gesteuerte Abkühlung der Warmbreitbänder in der Kühlstrecke (11), vorzugsweise einer Laminar-Kühlstrecke, wobei bei einer Temperatur, die zwischen der Ar3-Temperatur und der BS-Temperatur (Bainit-Start-Temperatur) liegt, die polymorphe Umwandlung des Austenits erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bedarf zur Bereitstellung der für die Rekristallisation der ersten Umwandlung erforderlichen Zeit das zweite Walzgerüst (5) geöffnet ist und bei Bedarf nur als Treiber genutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Rekristallisation des Gußgefüges infolge der ersten Umformung (4) durch die zweite Umformung (6) ein zweiter Rekristallisationszyklus ausgelöst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bereitstellung der für die Rekristallisation durch den zweiten Umformschritt (6) erforderlichen Zeit das folgende Walzgerüst (7) geöffnet ist und bei Bedarf nur als Treiber genutzt wird.
5. Anlage zum Walzen von Warmbreitband aus stranggegossenen Dünnbrammen (13) aus ferritisch-perlitisch mikrolegierten Baustählen mit einer Mikrolegierung mit Vanadium und/oder mit Niob und/oder mit Titan in einer CSP-Anlage, wobei der gegossene Brammenstrang (13), geteilt in Walzlängen, über einen Ausgleichsofen (3) einer mehrgerüstigen CSP-Walzstraße (4-10) zugeführt und dort kontinuierlich zu Warmbreitband ausgewalzt, in einer Kühlstrecke (11) gekühlt und zu Bunden gehaspelt (12) wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die mehrgerüstige Walzstraße (4-10), in der definierte Formänderungsbedingungen am ersten Umformgerüst (4) so einstellbar sind, daß eine Rekristallisation des Gußgefüges der Dünnbramme während und/oder unmittelbar nach der ersten Umformung (4) eintritt und die einen ausreichend großen Abstand zwischen dem ersten Umformgerüst (4) und dem zweiten Umformgerüst (6) aufweist, entsprechend der Rekristallisationszeit, so daß die Rekristallisation bei Beginn der zweiten Umformung abgeschlossen ist.
6. Anlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem zweiten Umformgerüst (6) und dem dritten Umformgerüst (8) mindestens der Dauer einer weiteren Rekristallisation entspricht, die bei der zweiten Umformung (6) ausgelöst wird und die bei Beginn der dritten Umformung (8) im wesentlichen abgeschlossen sein soll.
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