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Verfahren zur Herstellung von Grobblech Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren zum Herstellen von Grobblech nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1, Ein derartiges Verfahren zum Herstellen von feinkörnigen, schweißbaren Grobblechen
aus einem mikrolegierten Stahl, der neben Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Schwefel,
Aluminium und Stickstoff noch 0,01 bis 0,04 % Titan und maximal 0,08 % Niob enthält,
durch Walzen von Brammen, Kühlen während des Warmwalzens und Abkühlen der fertiggewalzten
Bleche ist aus der EP-OS 98 564 bekannt. Die Bramme wird zunächst auf etwa 11500C
erwärmt, von dieser Temperatur mit einem Gesamtverformungsgrad von größer 55 % vorgewalzt,
nach einer Zwischenkühlung unterhalb einer Temperatur von 850°C mit einem Gesamtverformungsgrad
von größer 60 % thermomechanisch gewalzt sowie schließlich in einem Temperaturbereich
von 750 bis 650°C fertiggewalzt. Im Anschluß daran erfolgt ein beschleunigtes Abkühlen
des fertiggewalzten Bleches mittels Wasser mit einer Geschwindigkeit von mehr als
15 0C/s bis auf eine Temperatur im Bereich von 550 bis 5000C und anschließend ein
langsames Abkühlen an Luft bis auf Raumtemperatur.
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Das Kühlen während des Warmwalzens erfolgt bei diesem vorbekannten
Verfahren durch eine Zwischenkühlung nach dem Vorwalzen und vor dem sich daran anschließenden
thermomechanischen Walzen und Fertigwalzen des Walzgutes.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt diese Zwischenkühlung des
Walzgutes nach dem Vorwalzen an ruhender Luft.
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Gemäß dem gleichen Ausführungsbeispiel wird das Walzgut gegebenenfalls
auch nach dem thermomechanischen Walzen und vor dem abschließenden Fertigwalzen
nochmals abgekühlt. Durch dieses aus der EP-OS 98 564 vorbekannte Verfahren können
Streckgrenze und Zugfestigkeit des Grobbleches erhöht werden, und zwar durch das
beschleunigte Abkühlen des fertiggewalzten Bleches mittels Wasser mit einer Geschwingkeit
von mehr als 1SOC/s bis auf eine Temperatur im Bereich von ca. 5000C.
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Bei einem in der US-PS 4 395 296 beschriebenen und beanspruchten vergleichbaren
Walzverfahren erfolgt die Zwischenkühlung ebenfalls nach dem Vorwalzen und vor Beginn
der Fertigwalzphase. In diesem Fall wird das Walzgut jedoch mittels Wasser gekühlt.
Nach einer relativ kurzen Kühlphase einer hohen Kühlintensität schließt sich eine
längere Temperaturausgleichsphase an, bevor mit dem Fertigwalzen begonnen werden
kann. Der Nachteil dieses vorbekannten Verfahrens im Vergleich zu dem aus der EP-OS
98 564 bekannten Verfahren besteht darin, daß aufgrund der hohen Abkühlgeschwindigkeiten
nach dem Vorwalzen in jedem Fall dem sich daran anschließenden Fertigwalzen eine
Temperaturausgleichsphase vorgeschaltet werden muß, um einen Temperaturausgleich
innerhalb des Walzgutes sicherzustellen.
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Darüber hinaus besteht bei den bekannten Verfahren mit Zwischenkühlung
des Walzgutes nach dem Vorwalzen die Gefahr, daß sich durch ein zu schnelles Abkühlen
des Walzgutes,
das heißt durch die Wahl zu hoher Abkühlgeschwindigkeiten
zum Zwecke der Beschleunigung des Walzverfahrens, an der Walzgutoberfläche für die
Eigenschaften des Grobbleches schädliche Martensitschichten bilden können.
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Von dem aus der EP-OS 98 564 bekannten Stand der Technik ausgehend
liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten
Art zu schaffen, mit dem die Eigenschaften, insbesondere die Streckgrenze, von Grobblechen
weiter verbessert werden können.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Maßnahmen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Im Vergleich zu dem vorbekannten Verfahren ist dabei erfindungswesentlich,
daß die Zeit, die nach dem letzten Fertigwalzstich mit einem Verformungsgrad von
mehr als 5 % bis zu dem Beginn der beschleunigten Abkühlung verstreicht, weniger
als 30 Sekunden beträgt. Bereits durch diese zusätzliche Maßnahme in Kombination
mit den weiteren im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensschritten
wird eine wesentliche Verbesserung der Zugfestigkeit und insbesondere der Streckgrenze
erreicht.
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Erfindungsgemäß können Zugfestigkeit und Streckgrenze jedoch weiter
erhöht werden, sofern die Temperatur des Walzgutes nicht erst nach der Vorwalzphase,beispielsweise
durch eine Zwischenkühlung an ruhender Luft erniedrigt wird, sondern bereits während
des Vorwalzens durch eine Zwangskühlung.
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Im einzelnen wird die gegebenenfalls vorgewalzte und zuvor auf eine
Temperatur im Bereich von 950 bis 12000C erwärmte und durcherwärmte Bramme bei einer
Temperatur oberhalb T2 9000C mit einem Gesamtverformungsgrad von mindestens 40 %
warm vorgewalzt. Im Anschluß daran kann das Walzgut wie bei dem vorbekannten Verfahren
durch eine Zwischenkühlung an ruhender Luft bis auf die Fertigwalztemperatur
unterhalb
T3 = 9000r abgekühlt werden.
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Alternativ und erfindungsgemäß kann jedoch mit einer Zwangskühlung
des Walzgutes bereits mit Beginn der Vorwalzphase begonnen werden, die vorzugsweise
bis zu dem Beginn der Fertigwalzphase aufrechterhalten wird. Vorzugsweise wird das
Walzgut während der gesamten Zeit der Vorwalzphase, das heißt sowohl beim Walzen
als auch zwischen den einzelnen Walzstichen ständig zwangsgekühlt. Eine weitere
vorteilhafte Maßnahme des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß sich das
Fertigwalzen bei einer Temperatur unterhalb T3 = 900°C mit einem Gesamtverformungsgrad
von mindestens 60 % ohne Unterbrechung unmittelbar im Anschluß an das Vorwalzen
anschließt. Im Hinblick darauf, daß erfindungsgemäß mit der beschleunigten Abkühlung
spätestens 30 Sekunden nach dem letzten Fertigwalzstich begonnen werden muß, sollte
die Endwalztemperatur beim Fertigwalzen kurz oberhalb der Temperatur T4 = (Ar3 +
200C) liegen. Vorzugsweise wird das vorgewalzte Gut auch bei Beginn und während
des Fertigwalzens weiter zwangsgekühlt, jedoch nicht notwendigerweise während der
gesamten Fertigwalzphase. Sofern aufgrund der vorzugsweise ständigen Abkühlung des
Walzgutes die Walzguttemperatur im Vergleich zu der Stichplan- und Temperaturvorgabe
zu stark absinkt, wird mit der Zwangskühlung ausgesetzt.
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Die Zwangskühlung während des Vor- und Fertigwalzens erfolgt mittels
eines Kühlmittels, wie Gas, Luft, Wasser oder mittels eines Luft- oder Gas-Wassergemisches,
das heißt durch Beaufschlagung des Walzgutes mit dem Kühlmittel.
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Bevorzugt erfolgt die Zwangskühlung mit einer spezifischen 2 Kühlmittelbeaufschlagung
von maximal 0,7 l/s . m , das heißt mit einer nicht zu großen Kühlmittelmenge, um
eine zu schroffe Abkühlung an der Walzgutoberfläche und die Bildung von Martensit
an der Oberfläche zu vermeiden. Vorzugsweise
erfolgt das Kühlen
des Walzgutes durch Sprühkühlung, das heißt mit einem unter Druck stehenden Kühlmittel.
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Die bevorzugte Zwangskühlung während des Fertigwalzens erfolgt derart,
daß die Walzguttemperatur stetig -gegebenenfalls mit Unterbrechungen bezüglich der
Kühlung, jedoch ohne Temperaturausgleichsphasen - und in aber einstimmung mit der
Stichplan- und Temperaturvorgabe bis auf eine Endwalztemperatur abfällt, die oberhalb
und 0 möglichst dicht an T4 = (Ar3 + 20°C) liegt. Dabei kann die Ar3-Temperatur
mit hinreichender Genauigkeit aus der chemischen Zusammensetzung und unter Berücksichtigung
der Blechdicke wie folgt berechnet werden: Ar3 = 910 - 310 . tC) - 80 . (%Mn) -
20 . (%Cu) - 15 . (%Cr) - 55. (%Ni) - 80 . (%Mo) + 0,35 . (Blechdicke - 8) (°C)
mit % als Gew.-%, Blechdicke in mm.
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Durch die zusätzlichen erfindungsgemäßen Maßnahmen des Kühlens während
des Warmwalzens wird ein Kornwachstum bzw. eine Werkstoff erholung vermieden und
in diesem Zusammenhang eine günstige Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften,
insbesondere der Streckgrenze, erzielt.
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Insbesondere werden durch die beanspruchte Kombination der Zwangskühlung
während des Walzens mit der beschleunigten Abkühlung nach dem Walzen innerhalb einer
Transferzeit von unter 30 s gemäß Merkmal c) des Anspruchs 1 eine weitere Erhöhung
der Zugfestigkeit und insbesondere eine Erhöhung der Streckgrenze um mindestens
50 N/mm2 ohne einen Zähigkeitsverlust erreicht.
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Andererseits bedeuten diese Maßnahmen, daß bei unveränderten Festigkeitseigenschaften
des Bleches eine Verringerung des Kohlenstoffäquivalentes um ca. 0,08 % gegenüber
den bisher bekannten Walzverfahren eintritt.
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Dies bedeutet aber eine Verbesserung der Schweißbarkeit des nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bleches. Die Berechnung des Kohlenstoffäquivalentes
erfolgt dabei nach der Formel CÄ (%) = c + Mn/6 + (Cr + Mo + V)/5 + (Cu + Ni)/lS.
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Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher
beschrieben.
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Stranggußbrammen mit der in Tabelle 1 angegebenen chemischen Zusammensetzung
wurden auf eine Temperatur von 1150 0c erwärmt und anschließend nach vier verschiedenen
Walzverfahren ausgewalzt. Diese Verfahren slnd durch die folgenden Merkmale gekennzeichnet:
1) Walzen mit Zwischenabkühlung Die Brammen wurden zunächst bis auf eine Dicke von
40 mm mit einem Gesamtverformungsgrad von 50 % vorgewalzt. Anschließend erfolgte
eine Abkühlung an ruhender Luft bis auf eine Temperatur von 7900C.
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Im Anschluß daran wurde das Walzgut von 40 mm auf 15 mm Dicke (Gesamtverformungsgrad
62,5 %) und einer Endwalztemperatur von 7750C fertiggewalzt.
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Nach dem Walzen wurden die Grobbleche an Luft abgekühlt.
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2) Walzen mit Zwanosabkühlunc Die Brammen wurden bis auf eine Blechdicke
von 15 mm ohne Walzpausen unter ständiger Wasserbeaufschlagung und mit einer Endwalztemperatur
von 7750C vor- und fertiggewalzt.
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Anschließend wurden die Grobbieche an Luft gekühlt.
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2a)Walzen mit Zwischenabkühlung und beschleunigter Abkühluna nach
dem Ferticwalzen (Transferzeit) 1 min.) Die Brammen wurden wie im Falle des Verfahrens
1) vorgewalzt, einer Zwischenabkühlung an ruhender Luft unterworfen und fertiggewalzt.
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Anschließend wurden die Grobbleche abgekühlt, und zwar nach Ablauf
einer Zeit von mehr als 1 Minute nach dem Letzten Verformungsstich mit einem Verformungsgrad
> 5 % zunächst mit einer Geschwindigkeit von 15 0C/s auf 550°C beschleunigt und
im Anschluß daran langsam an Luft bis auf Raumtemperatur.
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3) Walzen mit Zwischenabkühlung und beschleunigter Abkühlung nach
dem Fertigwalzen (Transferzeit <30 s) Die Brammen wurden wie im Falle des Verfahrens
1) vorgewalzt, einer Zwischenabkühlung an ruhender Luft unter-Worten und fertiggewalzt.
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Anschließend wurden die Grobbleche innerhalb einer Zeitspanne von
17 bis 25 s nach den letzten Verfortnungsstich (Verformungsgrad> 5 %) zunächst
mit einer Geschwingigkeit von 15°C/s auf 550°C beschleunigt und anschließend langsam
an Luft bis auf Rauntemperatur abgekühlt.
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4) Walzen mit Zwangskühlung während des Walzens und beschleuniater
Abkühluna nach dem Walzen(Transferzeit<3Os Die Brammen wurden unter ständiger
Wasserbeaufschlagung zunächst vor- und dann fertigoewalzt (s. Walzverfahren 2) Anschließend
wurden die Grobbleche zunächst beschleunigt und schließlich langsam abgekühlt. Die
Transferzeit betrug wiederum weniger als 30 s (s. Walzverfahren 3) ).
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Diese vier Walzverfahren, angewendet auf die Stähle mit der chemischen
Zusammensetzung oenän Tabelle 1, ergeben die in Tabelle 2 zusammengestellten mechanischen
Eigenschaften der gewalzten Bleche.
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Der Tabelle 2 ist zu entnehmen, daß die beiden erfindungsgemäßen
Verfahren 3) und 4) gegenüber dem herkömmlichen Walzverfahren 1) zu einer Verbesserung
der Streckgrenze und Zugfestigkeit führen. Insbesondere im Falle der Zwangskühlung
während des Warmwalzens in Kombination mit der erfindungsgemäßen Transferzeit kleiner
30 s wird eine Verbesserung der Streckgrenze um mindestens 70 N/mm2 bei unverändert
guter Zähigkeit erreicht. Andererseits ist der Tabelle 2 aber auch zu entnehmen,
daß die Anwendung der Zwangskühlung während des Warrnwalzens allein keinen entscheidenden
Vorteil erbringt.
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Die Ausführungsbeispiele zeigen insgesamt, daß insbesondere erst
durch die erfindungsgemäße Kombination der Zwangskühlung während des Walzens mit
der beschleunigten Abkühlung aus der Walzhitze in Verbindung mit einer kurzen Transferzeit
der gewünschte Effekt erreicht wird.
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* aber auch gegenüber dem aus der EP-OS 98 564 bekannten Walzverfahren
2a)
Tabelle 1
| Chemische Zusammensetzung % |
| Stahl C Si Mn P 5 N Al v |
| A .09 .29 1.54 .008 .006 .006 .032 .046 .06 |
| B .12 .27 1.45 .013 .009 .005 .061 .028 |
Tabelle 2
| Stahl Walzver- Rel Rm A5 Av-20°C TülOOJ T27J |
| fahren N/mm2# N/mm2 % J °C °C |
| 1 464 552 34 267 -110 -115 |
| 2 2 466 543 35 275 -120 -130 |
| 2a 473 581 33 286 -100 -125 |
| 3 513 596 25 301 -130 -135 |
| 4 581 665 24 300 - -130 -150 |
| 1 | 490 631 31 156 - 75 -105 |
| 2 2 492 614 31 154 - 85 -110 |
| 2a 510 632 29 142 - 85 -110 |
| 3 546 664 23 163 - 90 -120 |
| 4 581 701 23 165 - 85 -115 |
mit Rei (N/mm2) : Untere Streckgrenze R (N/mm2) : Zugfestigkeit As (X) : Bruchdehnung
Av-20°C (J) : Kerbschlagarbeit im Kerbschlagbiegeversuch bei einer Prüftemperatur
von -20°c.
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Tü 100 J(°C): Übergangstemperatur für das Erreichen einer Kerbschlagarbeit
von 100 J.
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Tü 27 J (°C): Übergangstemperatur für das Erreichen einer Kerbschlagarbeit
von 27 J.