DE3721641C1 - Verfahren zur Herstellung von Warmband - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von WarmbandInfo
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- C21D9/68—Furnace coilers; Hot coilers
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Warmband
aus unlegierten und niedriglegierten Stählen mit Kohlenstoffge
halten im Bereich von 0,3 bis 0,9% mit den Schritten
- - Austenitisieren einer Bramme,
- - Warmwalzen der erwärmten Bramme,
- - Abkühlen des Bandes und
- - Aufhaspeln des Bandes zu einem Coil.
Warmband aus diesen Stählen wird zur Direktweiterverarbeitung
durch Umformen oder zur Herstellung von kaltgewalztem Band ein
gesetzt. An Fertigteilen aus diesen Stählen wird üblicherweise
eine Wärmebehandlung durch Härten und Anlassen zur Einstellung
der geforderten Festigkeits- und Härtewerte vorgenommen.
Die Festigkeit von Warmband aus diesen Stählen ist aufgrund der
Kohlenstoffgehalte hoch; sie hängt von dem Perlitanteil im Gefüge
und von der Ausbildung des Perlits ab. Bei Stählen mit Kohlen
stoffgehalten zwischen 0,4 und 0,7% bewirkt eine Erhöhung des
Perlitanteils im Gefüge von 50 bis 100% einen Anstieg der Zug
festigkeit von 600 bis 1100 N/mm2 (Journal of the Iron and
Steel Institute, 205, 1967, Seite 653/664). Eine Erhöhung des
Perlitanteils im Gefüge bei einer Verringerung der Ferritmenge
ergibt sich, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit des Bandes im
Bereich der γ/α -Umwandlung hoch ist. Ferner beeinflußt die Ab
kühlungsgeschwindigkeit im Bereich der γ/α -Umwandlung den La
mellenabstand des perlitischen Gefüges und dadurch ebenfalls die
Festigkeit. Bei einem Stahl mit 0,72% Kohlenstoff und 0,73%
Mangan wird durch eine Erhöhung der Abkühlungsgeschwindigkeit
von 5 auf 30 K/s der Lamellenabstand des Perlits verringert
und dadurch die Zugfestigkeit von 950 auf 1300 N/mm2 angehoben
(Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle,
Verlag Stahl-Eisen, Düsseldorf, 1961, Tafel II-101 E und
Mem.Sci. Revue de M´tallurgie 75, 1978, Seiten 149/159).
Bei der Herstellung von Warmband aus Stählen mit höheren Kohlen
stoffgehalten wird in der Praxis eine starke Wasserkühlung des
Warmbandes auf dem Auslaufrollgang der Warmbandstraße vorgenommen.
Durch diese Verfahrensweise soll eine Vergleichmäßigung der mecha
nischen Eigenschaften und der Gefügeausbildung über die Länge des
Warmbandes sichergestellt werden (Stahl und Eisen, 89, 1969, Seite
815/824). Die hohe Abkühlgeschwindigkeit aufgrund der starken
Wasserkühlung führt, wie bereits beschrieben, zu einer Erhöhung
des Perlitanteiles bzw. zu einer Verringerung des Ferritanteils
und zu einer Verringerung des Lamellenabstandes des Perlits.
Beide Veränderungen bewirken, wie erläutert, eine Erhöhung der
Festigkeit des Warmbandes.
Bei diesem Erzeugungsweg ergeben sich für zwei Stähle nach DIN
17 200 und DIN 17 220 folgende typische Eigenschaften des Warmbandes:
Der mittlere Lamellenabstand des Perlits liegt zwischen 0,1 und
0,2 µm.
Für die Direktweiterverarbeitung von so hergestelltem Warmband
durch Biegen, Richten, Wickeln, Stanzen oder zur Herstellung von
kaltgewalztem Band bedeuten die hohen Festigkeiten aufgrund der
daraus resultierenden großen Umformkräfte eine hohe Belastung der
Anlagen. Damit verbunden ist sowohl ein erhöhter Energieaufwand
als auch eine Verkürzung der Lebensdauer der Anlagen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Festigkeit von
Warmband aus unlegierten und niedriglegierten Stählen mit Kohlen
stoffgehalten im Bereich von 0,3 bis 0,9% abzusenken, ohne die
Gleichmäßigkeit der Eigenschaften und der Gefügeausbildung über
die Länge und Breite des Warmbandes zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren nach dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1 mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen dieser
Lösung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird davon Gebrauch gemacht,
daß perlitisch-ferritische Stähle eine niedrige Temperatur des
Beginns der γ/α -Umwandlung bei der Abkühlung aufweisen und
daß während der Umwandlung in die Perlitstufe eine Temperatur
erhöhung eintritt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird so ge
führt, daß die γ/α -Umwandlung, die bisher auf dem Auslaufroll
gang der Warmbandstraße stattfand, in das aufgewickelte Coil
verlagert wird. Im Hinblick auf die Gefügeausbildung bedeutet
diese Lösung eine Vergröberung des perlitischen Gefüges. Der
Lamellenabstand des Perlits liegt mit 0,3 µm und höher etwa
doppelt so hoch, wie beim Gefüge mit feinlamellarem Perlit.
Gleichzeitig wird der Ferritanteil im Gefüge erhöht und damit
der Perlitanteil abgesenkt. Beide Gefügeänderungen tragen zu
einer Absenkung der Festigkeit des Warmbandes bei.
So werden beispielsweise die Festigkeitswerte von Warmband
aus den eingangs beschriebenen Stählen C 45 und C 75 bei An
wendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf 650 bzw.
750 N/mm2 herabgesetzt. Dies ergibt Unterschiede gegen
über dem bisherigen Verfahren von 150 bzw. 250 N/mm2.
Zu einer guten Gleichmäßigkeit der Eigenschaften und der
Gefügeausbildung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren trägt
die bereits genannte Erscheinung bei, nach welcher Stähle
mit höherem Kohlenstoffgehalt eine starke Wärmeentwicklung
im Verlauf der Umwandlung in der Perlitstufe aufweisen. So
beträgt die Erwärmung bei einem Stahl mit etwa 0,35% Kohlen
stoff 20 bis 30 K und bei einem Stahl mit etwa 0,8% Kohlen
stoff 40 bis 60 K.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Erzeugungsschritte
so geführt, daß der vollständige Ablauf der γ/α -Umwandlung
im aufgehaspelten Coil erfolgt. Die Wärmeentwicklung im Coil
führt nun zu einer Vergleichmäßigung der Temperatur des auf
gewickelten Bandes bis in die Außen- und Innenwindungen des
Coils und gleichzeitig zu einer Absenkung der Abkühlungsge
schwindigkeit im Bereich der γ/α -Umwandlung mit den beschrie
benen Folgen für die herabgesetzte Festigkeit des Warmbandes.
Bei der bisherigen Herstellungsweise wurde die bei der γ/α -
Umwandlung entstehende Wärme durch eine Zuschaltung weiterer
Wasserkühlsysteme auf dem Auslaufrollgang abgeführt. Der
Regelkreis der Kühlung reagiert jedoch mit einer zeitlichen
Verzögerung auf die jeweils gemessene Haspeltemperatur. Dies
bedeutet, daß die Wärmeentwicklung bei der Umwandlung Schwan
kungen in der Abkühlgeschwindigkeit des Warmbandes verursacht,
die je nach der Geschwindigkeit der Kühlwasserregelung zu
lokalen Schwankungen der Gefügeausbildung und der Eigenschaften
über die Bandlänge führten. Die Herstellung von Warmband mit
niedriger Festigkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
schließt aufgrund der Tatsache, daß die Umwandlung erst im
aufgewickelten Coil abläuft, solche Schwankungen aus. Daher
ist es für das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich, daß
ein vollständiger Ablauf der Umwandlung im Coil sichergestellt
wird. Läuft hingegen die Umwandlung zum Teil auf dem Auslauf
rollgang und zum Teil im Coil ab, so wird die Gleichmäßigkeit
der Eigenschaften und der Gefügeausbildung beeinträchtigt.
Weiterhin wird durch einen über die Länge des Bandes undefi
nierten Ablauf der Umwandlung der Wickelzustand des Bandes
negativ beeinflußt.
Eine niedrige Festigkeit von etwa 500 bis 780 N/mm2 und eine
großlamellare Perlitausbildung (mittlerer Lamellenabstand des
Perlits größer als 0,3 µm) des Warmbandes wird erfindungsgemäß
dann erreicht, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit im Bereich
der γ/α -Umwandlung von bisher rund 4 bis 40 K/s auf 0,05 K/s
herabgesetzt wird.
Das Verfahren ist für Stähle gemäß Anspruch 7 anwendbar.
Gemäß Anspruch 8 kann der Stahl zusätzlich Legierungselemente
enthalten, wenn die bekannten Wirkungen dieser Legierungs
elemente die Erhöhung der Härtbarkeit (Cr, Ni, Mo, V, B),
die Stickstoffabbindung (Ti, Zr) oder die Sulfidformbeein
flussung (Zr, Te) erzielen sollen.
Zur Einstellung einer niedrigen Abkühlungsgeschwindigkeit von
0,05 K/s im Bereich der γ/α -Umwandlung werden bevorzugt die
in den Ansprüchen 2 bis 4 angegebenen Parameter bezüglich
Endwalztemperatur beim Warmwalzen, Walzgeschwindigkeit im
letzten Fertiggerüst und Haspeltemperatur bei geringerer
Wasserkühlung des Bandes auf dem Auslaufrollgang verwendet.
Die angegebenen Parameter eignen sich besonders für Warmband
dicken von 2 bis 3 mm und Auslaufrollgangslängen zwischen
100 und 150 m, um den vollständigen Ablauf der γ/α -Umwandlung
im gehaspelten Coil sicherzustellen.
Es sind Verfahren bekannt (EP-Patentschriften 00 19 193 und
00 99 520), bei denen durch den Einbau einer zusätzlichen Ein
richtung auf dem Auslaufrollgang der Warmbandstraße eine par
tielle Verringerung der Abkühlungsgeschwindigkeit im γ/α -Gebiet
erreicht wird, und zwar durch Aufwickeln des Bandes in einem
Inkubator. Bei beiden Verfahren ist die Verweilzeit des aufge
wickelten Bandes im Inkubator kleiner als 2 Minuten. Dann erfolgt
das Abwickeln und die Kühlung sowie das Aufwickeln des Bandes
in einer üblichen Haspelanlage. Ziel der Verringerung der Ab
kühlungsgeschwindigkeit durch das Aufwickeln im Inkubator ist
es, die Ferritbildung zu fördern und dadurch den Ferritanteil
im Gefüge anzuheben. Die in beiden Schriften genannten Stähle
weisen jedoch niedrige Kohlenstoffgehalte auf und das Gefüge
dieser Stähle besteht überwiegend aus Ferrit. Im Gegensatz dazu
ist beim erfindungsgemäßen Verfahren das vorrangige Ziel, den
Lamellenabstand des Perlits, d. h. des Gefügebestandteiles, der
bei den in Frage stehenden perlitisch-ferritischen Stählen mehr
als die Hälfte der Gefügeausbildung ausmacht, zu erhöhen und
dadurch die Festigkeit abzusenken.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Ferner wird das erfindungsgemäße Verfahren mit
nicht unter die Erfindung fallenden Herstellungsbedingungen
verglichen.
Die in Tafel 1 beschriebenen Stähle A bis Z wurden nach dem
Sauerstoffaufblasverfahren erschmolzen. Es handelt sich dabei
um unlegierte und niedriglegierte Vergütungsstähle nach DIN
17 200 und 17 222. In Tafel 2 sind die Herstellungsparameter,
die Werte der
mechanischen Eigenschaften und der Perlitausbildung aufgeführt.
Die Stähle A, B, D, E, J, M, Q, R, X, Y fallen unter die Erfin
dung. Die Stähle C, H, I, O, P, T, U, V und Z, die eine Umwandlung
auf dem Auslaufrollgang erfahren haben, sowie die Stähle F, G, K,
L, N und S, bei denen die Umwandlung teils auf dem Auslaufrollgang
und teils im aufgewickelten Coil erfolgte, fallen nicht unter die
Erfindung.
Aus den Werten von Tafel 2 wird deutlich, daß die unter die Er
findung fallenden Stähle wesentlich niedrigere Werte der Zugfestig
keit und der Härte aufweisen. Die Festigkeitsunterschiede zwischen
Stählen, die nach dem bisherigen und dem erfindungsgemäßen Ver
fahren hergestellt wurden, werden mit steigendem Kohlenstoffgehalt
größer.
Ein weiteres wichtiges Kriterium des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist der Lamellenabstand des perlitischen Gefüges. Die nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stähle weisen einen
mittleren Lamellenabstand < 0,3 µm auf, während die Stähle mit
feinlamellarem Perlit einen mittleren Lamellenabstand < 0,2 µm
haben.
Am Beispiel der Stähle R und S wird besonders deutlich, daß
die vollständige γ/α -Umwandlung im aufgewickelten Coil wichtig
ist. Obwohl die Haspeltemperatur des Stahles S, der nicht unter
die Erfindung fällt, mit 680°C höher ist als die des erfindungs
gemäßen Stahles R mit 665°C, liegt die Zugfestigkeit des Stahles
S deutlich höher als die des Stahles R. Bei dem Stahl S lief die
γ/α -Umwandlung infolge der höheren Abkühlungsgeschwindigkeit
von 15 K/s zum Teil schon auf dem Auslaufrollgang ab, wobei die bei
der Umwandlung entstandene Wärme zur Erhöhung der Haspeltemperatur
führte. Hingegen erfolgte beim erfindungsgemäßen Stahl R die
γ/α -Umwandlung vollständig im gehaspelten Coil. Die bei der Per
litumwandlung auftretende Temperaturerhöhung führte zu einer Ver
gleichmäßigung der Temperatur bis in die Außen- und Innenwindungen
des Coils und gleichzeitig zu einer Absenkung der Abkühlungsge
schwindigkeit auf 0,01 K/s, was zu einer Herabsetzung der Festigkeit
des Bandes führte.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Warm
bänder können aufgrund der herabgesetzten Festigkeit und gleich
mäßigen Eigenschaften mit geringeren Kosten durch Umformen,
wie Biegen, Richten, Umwickeln usw., direkt weiterverarbeitet
oder zu Kaltbändern ausgewalzt werden. Gleichzeitig zeichnen
sich die Warmbänder durch Gleichmäßigkeit der Eigenschaften
und der Gefügeausbildung über die Länge und Breite aus.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Warmband mit Zugfestigkeits
werten von R m = 500 bis 780 N/mm2 aus unlegiertem oder
niedriglegiertem Stahl mit 0,3 bis 0,9% C, bei dem eine
Stahlbramme austenitisiert und zu einem Warmband warmge
walzt und nach dem Abkühlen des Warmbandes auf einem
Auslaufrollgang zu einem Coil gehaspelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Warmwalzen und das Abkühlen des Warmbandes auf
dem Auslaufrollgang so gesteuert werden, daß die γ/α -
Umwandlung im Warmband erst im gehaspelten Coil beginnt
und im Coil beendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Endwalztemperatur beim Warmwalzen auf 860°C oder
höher, die Walzgeschwindigkeit im letzten Fertiggerüst
auf mindestens 7 m/s und die Haspeltemperatur durch eine
geringe Wasserkühlung auf 640°C oder höher eingestellt
werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Kohlenstoffgehalt des Warmbandes im Bereich
von 0,33 bis 0,49% zum Erhalten einer Zugfestigkeit von
höchstens 650 N/mm2 die Endwalztemperatur beim Warmwalzen
auf 860°C oder höher, die Walzgeschwindigkeit im letzten
Fertiggerüst auf mindestens 8 m/s und die Haspeltemperatur
auf 680°C oder höher eingestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Kohlenstoffgehalt des Warmbandes im Bereich
von 0,50 bis 0,65% zum Erhalten einer Zugfestigkeit von
höchstens 730 N/mm2 die Endwalztemperatur beim Warmwalzen
auf 860°C oder höher, die Walzgeschwindigkeit im letzten
Fertiggerüst auf mindestens 7,5 m/s und die Haspeltemperatur
auf 660°C oder höher eingestellt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Kohlenstoffgehalt des Warmbandes im Bereich
von 0,66 bis 0,90% zum Erhalten einer Zugfestigkeit von
höchstens 780 N/mm2 die Endwalztemperatur beim Warmwalzen
auf 860°C oder höher, die Walzgeschwindigkeit im letzten
Fertiggerüst auf mindestens 7 m/s und die Haspeltemperatur
auf 640°C oder höher eingestellt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abkühlungsgeschwindigkeit im Coil auf 0,05 K/s
oder kleiner eingestellt wird.
7. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf einen Stahl
aus
0,32 bis 0,9%Kohlenstoff,
0,20 bis 1,5%Mangan,
bis 2,0%Silizium,
bis 0,05%Phosphor,
bis 0,05%Schwefel,
bis 0,02%Stickstoff,
bis 0,15%Aluminium,
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
8. Anwendung nach Anspruch 7 auf einen Stahl, der zusätzlich
noch mit
bis 3,5%Chrom,
bis 3,5%Nickel,
bis 0,5%Molybdän
bis 0,20%Vanadium,
bis 0,03%Titan,
bis 0,15%Zirkonium,
bis 0,005%Tellur und
bis 0,01%Bor,einzeln oder zu mehreren, legiert ist.
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