DE3785661T2

DE3785661T2 - Verfahren zur herstellung eines nichtalternden feuerverzinkten stahlbleches.

Info

Publication number: DE3785661T2
Application number: DE8787118894T
Authority: DE
Inventors: Juhani Sippola Pertti
Original assignee: RAS MET Oy
Current assignee: RAS MET Oy
Priority date: 1986-12-29
Filing date: 1987-12-19
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2007-12-20
Also published as: AU8307387A; EP0276457A3; SU1750434A3; EP0276457A2; KR910004610B1; ATE88764T1; JP2505841B2; KR880007789A; EP0276457B1; AU604281B2; BR8707090A; DE3785661D1; US4759807A; CA1319086C; JPS63255350A; ES2039423T3

Description

Die Anforderungen an die Formbarkeit von feuerverzinktem kaltgewalztem Stahl sind in den letzten Jahren, in denen Blechverbraucher (zum Beispiel in der Automobilindustrie) dazu übergegangen sind, vorgalvanisierte Bleche anstelle von unbeschichteten Blechen zu verwenden, strikter geworden. Hierbei ist es außerordentlich wichtig, die Alterungseigenschaften von Bandstahl, der in kontinuierlichen Feuerverzinkungsstraßen hergestellt wird, zu beherrschen. Die Menge des gelösten Kohlenstoffs (und Stickstoffs) im Ferrit von verzinktem Bandstahl darf 4 bis 5 ppm nicht überschreiten, damit hinreichend gute Nichtalterungseigenschaften erzielt werden.
Beim konventionellen (SENDZIMIR-) Feuerverzinkungsverfahren liegt zwischen der Glühbehandlung bei 750 bis 850ºC und dem Zinkbad bei ca. 455ºC immer eine Gaskühlzone mit einer Kühlgeschwindigkeit von 10 bis 50ºC/s. Nach dieser Behandlung sind im Ferrit ca. 30 ppm gelöster Kohlenstoff. Wenn relativ gute Nichtalterungseigenschaften erzielt werden sollen, muß die Menge des gelösten Kohlenstoffs im Ferrit unter den Wert von 10 ppm gebracht werden.
Es sind nur wenige Feuerverzinkungsstraßen bekannt, in denen ein Durchlaufübervergütungsofen zur Erreichung dieses Ziels nach dem Zinkbad angeordnet worden ist. Wegen der langsamen Gaskühlung erfordert die Übervergütungsbehandlung des Bandstahls eine hohe Temperatur von ca. 375ºC und eine lange Vergütungszeit von mehr als 3 Minuten.
Die Hauptprobleme bei diesen Straßen sind:
- Anhaftung von Zink auf der Oberfläche der eingesetzten Ofenwalzen, die Defekte auf der Oberfläche des Bandstahls verursacht,
- wegen der langen Glühzeit ist die Länge des Bands im Ofen erheblich, wobei schwierig ist, das Band in der Mitte der Ofenstraße zu halten.
Nach der vorliegenden Erfindung und nach dem Verfahren in Übereinstimmung mit Anspruch 1, das die Senkung der Temperatur der Übervergütungsbehandlung auf 300 bis 350ºC ermöglicht, werden die obigen Schwierigkeiten gemindert und die Nichtalterungseigenschaften verbessert. Nach der Erfindung wird anstelle einer langsamen Gaskühlung eine schnelle Kühlung des Bandstahls durch dessen Abschreckung von einer Temperatur von 600 bis 700ºC (normalerweise ca. 650ºC) in einem Bad aus geschmolzenem Zink in Übereinstimmung mit U.S.-Patent 4.361.448 erreicht. Gemäß den ausgeführten Eorschungsarbeiten nimmt der in Tabelle 1 spezifizierte Alterungsindex von Al-beruhigtem Stahl nach einer Abschreckung in Zink wesentlich schneller ab als nach einer langsamen Gaskühlung, wie in Eigur 3 veranschaulicht. (Alterungsindex entspricht der Menge des gelösten Kohlenstoffs oder/und Stickstoffs. Wenn Al-beruhigter Bandstahl bei mehr als 700ºC aufgehaspelt wird, entspricht der Alterungsindex nur dem gelösten Kohlenstoff. Der Alterungsindex wurde mit einem Zerreißstab bei gleichmäßiger Verformung von 10 Prozent und nach Alterung von 30 Minuten bei 100ºC ermittelt). TABELLE 1 Spezifikation von AI-beruhigtem Stahl: Banddicke Chemische Zusammensetzungen Warmband-Aufhaspeltemperatur
Wahlweise Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Verweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben:
Figur 1 zeigt schematisch eine Feuerverzinkungsstraße,
Figur 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführung eines nach der Verzinkungsstraße in Figur 1 anzuordnenden Übervergütungsofens,
Figur 3 ist ein Diagramm, das die Differenz zwischen der vorliegenden Erfindung und dem Stand der Technik veranschaulicht.
Figur 4 ist ein Diagramm mit Darstellung der Temperatur-Zeit- Folge der vorliegenden Methode.
Die Verweisziffer 1 in Figur 1 bezeichnet eine Vorrichtung zur Reinigung des Bandstahls von Walzöl. Ziffer 2 bezeichnet einen Ofen für die Erwärmung des Bandstahls auf den Temperaturbereich A&sub1; bis A&sub3;. 3 ist ein Ausgleichsofen, dessen letzte Zone 4 zu einem Zink-Aluminiumbad führt, das in einem Tiegel 5 enthalten ist. Im Zink-Aluminiumbad sind eine Kühleinheit 6, ein gleichermaßen gekühlter Ausguß 7 der Schurre aus dem Ausgleichsofen zum Zink-Aluminumbad, eine Pumpeneinheit 8 für die Umwälzung der Schmelze, und eine Führungswalzenanordnung 9 für die Führung des Bandstahls durch das Zink-Aluminiumbad angeordnet. Die Ziffern 10 und 11 bezeichnen Gasstrahldüsen und die Ziffer 12 bezeichnet Luft-Wasser-Blasdüsen. Der zu behandelnde Bandsrahl ist mit der Ziffer 13 bezeichnet
Nach Säuberung des Stahls von Walzöl wird das Band 13 im Ofen 2, der eine Schutzatmosphäre enthält, auf den Temperaturbereich A&sub1; bis A&sub3; erwärmt, und die Glühung im Ausgleichsofen 3 fortgesetzt. Das Schutzgas kann 10 bis 25% Wasserstoff und 90 bis 75% Stickstoff enthalten. In der letzten Zone 4 des Ausgleichsofens wird die Stahltemperatur auf eine Temperatur von 600 bis 700ºC vor Abschreckung im Zink-Aluminiumbad geregelt. Der Tiegel 5 besteht vorzugsweise aus Keramik und ist mit einer Kühleinheit 6 oder einem Wärmetauscher ausgerüstet, damit Temperaturanstieg des Zink-Aluminiumbades durch Einfluß der vom Bandstahl zugeführten Energie verhindert wird. Das geschmolzene Metall wird durch eine Pumpe 8 umgewälzt, die vorzugsweise mit einer Keramikturbine so ausgerüstet ist, daß das geschmolzene Metall durch an beiden Seiten des Bands angeordnete und sich über dessen ganze Breite erstreckende Düsen gleichmäßig auf die Oberfläche des Bands fließt. Hierbei bleibt die Temperatur an diesem Punkt des Metallbades trotz der großen, im Bandstahl enthaltenen Heizenergiemenge konstant und die Abschreckungswirkung des geschmolzenen Zinks kann gleichzeitig mit der Fließdauer des geschmolzenen Zinks reguliert werden. Wenn sich die Geschwindigkeit des Bandstahls verändert, kann die Verzinkungszeit durch Verstellung der Höhenposition der Tiegelwalzen 9 konstant gehalten werden. Diese Verstellung kann in als solcher wohlbekannten Weise so erfolgen, daß sie in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Bandstahls automatisch stattfindet. Nach dem Zinkbad wird die Dicke des Überzugs durch Gasstrahldüsen 10 geregelt. Der geschmolzene Überzug wird unmittelbar danach schnell mit Kaltluftdüsen erstarrt, wonach der Bandstahl schnell auf eine Temperatur vorzugsweise unter 350ºC mit Luft-Wasser-Blasdüsen 12 abgekühlt wird. Die Position der Kühleinheit 11, 12 kann auf verschiedene Höhen in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit des Bandstahls eingestellt werden.
Figur 2 zeigt schematisch einen nach der Verzinkungsstraße in Figur 1 angeordneten Übervergütungsofen.
Der Übervergütungsofen ist mit 20 bezeichnet. Die Temperatur im Innern des Ofens ist im Bereich von 300 bis 350ºC. Die konventionellen, die Luft auf den Bandstahl innerhalb des Ofens 20 richtenden Luftdüsen sind mit 21 bezeichnet. Ein Gebläse 22 wälzt die Luft durch den Ofen 20 und ein Rohr 23. 24 bezeichnet einen Ansaugstutzen für Rauchgase (Pfeil 25) aus dem Ofen in Figur 1. Die Temperatur eines Rauchgases beträgt ca. 600ºC, und eine richtige Rauchgasmenge zur Beibehaltung einer gewünschten Temperatur in einem Ofen 20 wird durch in Figur 2 nicht gezeigte konventionelle Temperaturfühler und Regeleinrichtungen erzielt. Die Verweisziffern 26, 27 und 28 bezeichnen konventionelle Luftkühlungs- bzw. Wasserkühlungseinrichtungen und eine Vergütungswalzanordnung für die Behandlung des Bandstahls nach dem Übervergütungsofen 20. Nach einer Wasserkühlung bei 27 ist eine Temperatur des Bandstahls 13 im allgemeinen nicht höher als 50ºC.
Die Neuheit des Ofens 20 in Figur 2 ist aus der Anordnung von Ablenkwalzen 30 und einer Lenkwalze 31 außerhalb des Ofens für die Zentrierung des Bandstahls während dessen Durchlauf durch den Ofen ersichtlich.
Ein Hauptvorteil dieses ist, daß Inspektion und mögliche Wartung (Reinigung) der Ofenwalzen während der Produktion ohne Anhalten der Straße durchgeführt werden können. Die Bereitstellung einer Lenkwalze 31 konventionellen Typs ist gleichermaßen leicht.
Ein weiterer Hauptvorteil der Anordnung der Walzen 30 und 31 außerhalb des Ofens 20 ist die Möglichkeit des Einsatzes von Kühlelnrichtungen (Luft oder Wasser) für Momentankühlung des Bandstahls, bevor dieser die Walzen berührt, um zu verhindern, daß die Walzen Zink aufnehmen. Diese Kühleinrichtungen sind am unteren Ende des Ofens 20 mit 32, und am oberen Ende mit 33 bezeichnet. Die Kühleinrichtungen 33 sind vorzugsweise als Walzenpaare ausgebildet, die den Bandstahl auf beiden Seiten kontaktieren und damit auch eine Dichtung für die Öffnungen 34 in der oberen Ofenmauer abgeben. Die entsprechenden Öffnungen 35 in der Ofensohle müssen nicht abgedichtet werden.
Die Zinkaufnahme an den ersten Ablenkwalzen (14, Fig. 1, und 36, Fig. 2) nach dem Zinkbad wird durch Abkühlung des Bandstahls auf eine Temperatur unter 350ºC, vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 200 und 250ºC vor den Walzen 14 (Fig.1) oder 36 (Fig.2) ausgeschlossen. Außerdem ist die Temperatur der Walze wesentlich niedriger als die Temperatur des Zinküberzugs auf dem Bandstahl. Deshalb ist es durch Anordnung der Walzen des Durchlaufübervergütungsofen außerhalb des Ofens wie in Figur 2 gezeigt, und durch Beibehaltung der Temperatur des Bandstahls auf max. 350ºC möglich, die Aufnahme von Zink auf der Oberfläche der Walzen zu verhindern. Die zusätzliche Kühlung des Zinküberzugs durch entweder Blasen mit Kaitgas bei 32 oder durch gekühlte Walzen 33, bevor der Bandstahl in Kontakt mit der Oberfläche der Walzen kommt, ist nicht immer erforderlich, wird jedoch noch immer als vorteilhaft erachtet.
Durch Positionierung der Walzen außerhalb des Ofens ist es möglich, eine Lenkwalze 31 einzusetzen, mit der es leichter ist, das Band in der Mitte der Ofenstraße zu halten. Vom betrieblichen Standpunkt ist es sehr wichtig, daß Inspektion und mögliche Reinigung der Ofenwalzen während der Produktion ohne Anhalten der Straße (dies ist eine unerläßliche Bedingung) ausgeführt werden können.
Figur 3 zeigt, daß es durch durchlaufende Übervergütungs-Abschreckungsbehandlung mit Zink während einer Zeit von 2 bis 3 Minuten möglich ist, nichtalternden verzinkten Bandstahl (AI- Wert unter 30 MPa) herzustellen. Eine konventionelle, langsame Gaskühlung würde eine sehr lange Behandlungszeit von mehr als 10 Minuten erfordern, was in der Praxis schwer zu realisieren wäre.
Das Warmbehandlungsprofil eines nichtalternden feuerverzinkten Bandstahls ist in Figur 3 dargestellt. Der Bandstahl wird nach einer Glühtemperatur (T&sub1; = 800 bis 850ºC) mit Gas auf eine Vorabschrecktemperatur (T&sub2; = 600 bis 700ºC) vor einer Schnellkühlung des Stahls in einem Zinkbad abgekühlt. Nach Einregelung der Dicke des Zinküberzugs wird der Stahl weiter, zum Beispiel auf eine Temperatur unter 300ºC, abgekühlt. Ein in einem Durchlaufübervergütungsofen verzinkter Bandstahl wird für die Dauer von ca. 2 bis 3 Minuten auf eine Temperatur T&sub3; = 300 bis 350º erwärmt und/oder bei dieser Temperatur gehalten. Der Zinküberzug wird vor jeder Ofenwalze gekühlt, wodurch die Temperatur der Übervergütungsbehandlung "wellengleich" wird. Nach der Behandlung wird der verzinkte Bandstahl vor der Kaltstichnachwalzung mit Luft und Wasser auf eine Werkhallentemperatur unter 50ºC abgekühlt.

Legende der Figuren

Figur 1

1. Reinigung;
2. Erwärmung;
3. Ausgleichung;
4. Zink und Luft- und Wasserabschreckung;
5. Zinküberzug;
6. Luft und Wasser;
7. Luft.

Figur 3

1. Übervergütung von Al-beruhigtem Stahl bei einer Temperatur von 320ºC;
2. Alterungsindex (MPa);
3. Gasgekühltes Prüfstück;
4. In(m) Zink(bad) abgeschrecktes Prüfstück;
5. Nichtalterungsgrenze;
6. In Ferrit gelöster Kohlenstoff (Lösung zu 5 ppm);
7. Übervergütungszeit (Minuten).

Figur 4

1. Temperatur-Zeit-Folge;
2. Zinkbad;
3. Beschichtungs-, Kühlungs- und Ofenwalzen;
4. Luftkühlung;
5. Wasserkühlung;
6. Zeit (s).

Claims

1. Eine Methode für die Herstellung von nichtalterndem feuerverzinktem Bandstahl in einer Feuerverzinkungsstraße mit einem Durchlaufübervergütungsofen an deren Ende, bestehend aus schneller Abkühlung des Bandstahls von einer Temperatur von 600 bis 700ºC durch Abschreckung des Bandstahls in einem Zinkbad, Abkühlung des Bandstahls nach dem Zinkbad, und Übervergütung des so verzinkten Bandstahls im Durchlaufübervergütungsofen bei einer gewünschten Temperatur.

2. Eine Methode nach Anspruch 1, worin der Bandstahl in einem Zinkbad während einer Zeit von maximal einer Sekunde auf eine Temperatur von ca. 460ºC abgeschreckt wird.

3. Eine Methode nach Anspruch 1, worin der Bandstahl nach dem Zinkbad auf eine Temperatur unter 300ºC abgekühlt wird.

4. Eine Methode nach Anspruch 1, worin die Übervergütung des verzinkten Bandstahls für die Dauer von einer bis drei Minuten bei einer Temperatur von ca. 350ºC oder darunter erfolgt.

5. Eine Methode nach Anspruch 1, wobei der Übervergütungsofen mit Führungswalzen für den Bandstahl ausgerüstet ist, worin der Bandstahl während der Übervergütungsbehandlung vor Kontaktnahme mit einer Führungswalze momentangekühlt wird, wobei die genannten Führungswalzen außerhalb der Ofenmauern montiert sind.

6. Eine Methode nach Anspruch 5, worin mindestens eine Lenkwalze für die Zentrierung des Bandstahis, während dieser durch den Ofen läuft, außerhalb der Ofenmauern montiert ist.

. Eine Methode nach Anspruch 1, worin die Wärme von Rauchgasen aus dem Ofen der Feuerverzinkungsstraße für die Aufheizung des Durchlaufübervergütungsofen verwendet wird.