DE60315129T2

DE60315129T2 - Verfahren zur herstellung eines eisenhüttenprodukts aus unlegiertem stahl mit hohem kupfergehalt und danach erhaltenes eisenhüttenprodukt

Info

Publication number: DE60315129T2
Application number: DE60315129T
Authority: DE
Inventors: Nicolas Patrice Guelton; Michel Faral; Jean=Pierre Birat; Catherine Juckum
Original assignee: Arcelor France SA
Current assignee: ArcelorMittal France SA
Priority date: 2002-01-14
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: WO2003057928A1; AU2003216715A1; FR2834722B1; EP1466024B1; KR20040069357A; ATE368132T1; ES2289270T3; US20080257456A1; US20050028898A1; US7425240B2; BR0307165A; CN100334235C; FR2834722A1; JP2005514518A; EP1466024A1; CN1633509A; CA2473050A1; DE60315129D1

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung von Eisenlegierungen und genauer das Gebiet der Herstellung von Stahl mit hohem Kupfergehalt.
Kupfer wird allgemein als ein ungewünschtes Element in den unlegierten Stählen angesehen, da es deren Warmrissbildung fördert und dadurch einerseits die Warmbearbeitung des Stahls schwierig macht und andererseits die Qualität und das Aussehen der Oberfläche der Produkte verschlechtert. Aus diesen Gründen ist es üblich, den Kupfergehalt des unlegierten Stahls von hoher Qualität auf einen Gehalt unter 0,05% zu begrenzen. Da es nicht möglich ist, das im flüssigen Stahl vorhandene Kupfer zu entfernen, ist der sichere Erhalt eines derart niedrigen Kupfergehalts nur dadurch möglich, dass der Stahl aus Flüssigguss hergestellt wird, was wirtschaftlich nur für Produktionen in großer Menge rentabel ist, oder dass der Stahl im Elektroofen durch Schmelzen von sorgfältig ausgewähltem und somit kostspieligem Alteisen hergestellt wird.
Es gibt allerdings Fälle, in denen das Vorhandensein eines starken Kupfergehalts im Stahl wünschenswert sein kann. Das Kupfer kann nämlich günstige Auswirkungen für gewisse Anwendungen haben, insbesondere für die Kraftfahrzeugindustrie.
Zuerst erhöht es die Verformungsbeständigkeit des Stahls durch eine Ausscheidung, die mit Hilfe eines Anlassens (Strukturhärtung) erzielt werden kann.
Andererseits verbessert es die Beständigkeit des Stahls gegen die Korrosion der Luft, da es zur Bildung einer Schutzoxidschicht führt.
Schließlich erhöht es die Versprödungsbeständigkeit durch den Wasserstoff auf zwei Arten:

– auf Grund der Bildung der Schutzoxidschicht;
– durch Ersatz des Mangans begrenzt es die Bildung der MnS-Einschlüsse, um die sich der Wasserstoff anhäuft.

Die Erhöhung der Festigkeit des Stahls auf Grund der Strukturhärtung kann auf ungefähr 300 MPa pro 1% Kupfer geschätzt werden. Jedoch erscheint es schwierig, dieses Phänomen zu nutzen, da in den herkömmlichen Blechherstellungsanlagen durch Strangguss von dicken oder dünnen Brammen, Warmwalzen am Streifenwalzwerk und Kaltwalzen, das Kupfer zu einer Verschlechterung der Oberflächenqualität durch Rissbildung an der Haut bei der Warmumformung in oxydierender Atmosphäre führt. Diese Rissbildung wird „Fayence" genannt. Ein Kupfergehalt unter 1% bzw. 0,5% ist also notwendig, zumindest eine Begrenzung dieser Rissbildung durch eine Beigabe von Nickel oder Silizium oder durch eine Erwärmung vor der Warmumformung auf eine Temperatur unter der peritektischen Schmelztemperatur des Kupfers (1094 °C für eine reine Fe-Cu-Legierung), was die Palette der zugänglichen Dicken einschränkt, oder durch eine Kontrolle der Erwärmungsatmosphäre, die mit den aktuellen Herstellungsanlagen nicht vereinbar ist.
Ferner ist die Härtungskraft des Kupfers durch Ausscheidung optimal, wenn das Kupfer zur Gänze in fester Lösung vor der Ausscheidungsbehandlung durch eine Härtung gehalten wird. Der Beitrag der Ausscheidung beim Härten ist nämlich umso geringer, als die Ausscheidungstemperatur hoch ist. Es darf nämlich nicht sein, dass das Kupfer bei der Kühlung ausgeschieden wird, solange die Anlasstemperatur nicht erreicht ist. Die herkömmliche Herstellungsanlage ermöglicht nicht die Durchführung einer solchen Härtung, die für die Maximierung der Härtungskraft erforderlich ist.
EP-A-1072689 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von dünnen Stahlbändern des Typs TRIP durch direkten Guss von Flüssigstahl, der eventuell zwischen 0.5 und 2% Kupfer enthält. Das gegossene Band wird warm gewalzt und zwei getrennten Fremdkühlungen durch einen Aufenthalt bei Temperaturen zwischen 550 und 400 °C unterzogen, damit es hier zu einer bainitischen Umwandlung kommt.
In dem Dokument EP-A-0 641 867 wurde vorgeschlagen, Bänder aus unlegiertem Stahl, die große Mengen an Kupfer (0,3 bis 10%) und Zinn (0,03 bis 0,5%) enthalten, durch ein Direktgussverfahren von dünnen Bändern von 0,1 bis 15 mm Dicke, wie beispielsweise den Guss zwischen Zylindern, herzustellen. Die rasche Verfestigung des Bandes und die Möglichkeit, durch eine Abkühlung nach dieser Verfestigung die Aufenthaltszeit des Bandes bei mehr als 1000 °C zu begrenzen, ermöglichen es, die oben erwähnten Probleme der Oberflächenqualität zu lösen. Das Band wird dann kalt gewalzt. Es ist somit möglich, Bänder mit guten mechanischen Eigenschaften und einem guten Aussehen der Oberfläche herzustellen, ohne auf Rohstoffe zurückzugreifen, die arm an Kupfer und Zinn sind. Dazu muss ein Produkt erhalten werden, dessen primäre Dendrite nach seiner Verfestigung 5 bis 100 μm voneinander entfernt sind. Die gewünschten mechanischen Eigenschaften für das dünne Band sind im Wesentlichen eine gute Festigkeit und eine gute Verlängerung bei Zug. Dieses Dokument erwähnt jedoch nicht im Detail die Behandlungen nach dem Guss, die es ermöglichen sollten, ein Blech zu erhalten, das für eine industrielle Anwendung einsetzbar ist.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist, vollständige Verfahren zur Herstellung von warm oder kalt gewalzten Blechen aus unlegiertem Stahl vorzuschlagen, die hohe mechanische Eigenschaften, insbesondere eine große Festigkeit, eine gute Anisotropie der Verformungen sowie eine gute Schweißfähigkeit aufweisen, bei denen der hohe Kupfergehalt toleriert bzw. gewünscht ist.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Eisenhüttenproduktes aus unlegiertem Stahl mit hohem Kupfergehalt, bei dem:

– ein Flüssigstahl hergestellt wird, der in Gewichtsprozentsätzen ausgedrückt folgende Zusammensetzung hat:
• 0,0005% ≤ C ≤ 1%
• 0,5 ≤ Cu ≤ 10%
• 0 ≤ Mn ≤ 2%
• 0 ≤ Si ≤ 5%
• 0 ≤ Ti ≤ 0,5%
• 0 ≤ Nb ≤ 0,5%
• 0 ≤ Ni ≤ 5%
• 0 ≤ Al ≤ 2% wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen aus der Herstellung sind;
– dieser Flüssigstahl direkt in Form eines dünnen Bandes mit einer Dicke kleiner oder gleich 10 mm gegossen wird,
– das Band rasch auf eine Temperatur kleiner oder gleich 1000 °C durch Besprengen mit Wasser oder einem Wasser-Luft-Gemisch abgekühlt wird;
– das dünne Band einen Warmwalzen mit einer Reduktionsrate von mindestens 10% unterzogen wird, wobei die Walzfertigstellungstemperatur derart ist, dass sich bei dieser Temperatur das gesamte Kupfer noch in fester Lösung in der Ferrit- und/oder Austenitmatrix befindet;
– dann das Band einem Schritt einer starken Abkühlung unterzogen wird, um das Kupfer in übersättigter fester Lösung in der Ferrit- und/oder Austenitlösung zu halten;
– und das so abgekühlte Band aufgewickelt wird.

Vorzugsweise ist das Mn/Si-Verhältnis größer oder gleich 3.
Die Geschwindigkeit V der starken Abkühlung, die auf das Warmwalzen folgt, derart ist, dass: V ≥ e1,98(%Cu)-0,08 wobei V in °C/s und % Cu in Gewichtsprozent ausgedrückt sind.
Nach einer Variante des Verfahrens beträgt der Kohlenstoffgehalt des Stahls zwischen 0,1 und 1%, und das Aufwickeln des Bandes erfolgt bei einer Temperatur über der Temperatur M_s des Beginns der martensitischen Umwandlung.
Nach einer Variante des Verfahrens erfolgt das Aufwickeln des Bandes bei weniger als 300 °C, und das Band wird dann einer Wärmebehandlung zur Kupferausscheidung zwischen 400 und 700 °C unterzogen. Unter diesen Bedingungen, wenn der Kohlenstoffgehalt des Stahls zwischen 0,1 und 1% beträgt, kommt es vorzugsweise zu keinem Abwickeln vor der Wärmebehandlung.
Nach einer weiteren Variante des Verfahrens erfolgt das Aufwickeln des Bandes bei einer Temperatur sowohl größer als die Temperatur M_s des Beginns der martensitischen Umwandlung als auch kleiner als 300 °C und erfolgen dann ein Kaltwalzen, ein Rekristallisationsglühen in einem Temperaturbereich, in dem das Kupfer in übersättigter fester Lösung ist, ein starkes Abkühlen, das das Kupfer in fester Lösung hält, und eine neuerliche Ausscheidung.
Die neuerliche Ausscheidung wird zwischen 600 und 700 °C in einer Durchlaufglühanlage oder in einer Basisglühanlage zwischen 400 und 700 °C durchgeführt.
Nach einer weiteren Variante des Verfahrens erfolgt das Aufwickeln des Bandes bei einer Temperatur sowohl über der Temperatur M_s des Beginns der martensitischen Umwandlung als auch unter 300 °C, und erfolgen dann ein Kaltwalzen und ein Basisglühen zwischen 400 und 700 °C, die zum Rekristallisationsglühen und zur neuerlichen Ausscheidung dienen.
Falls das Band einem Kaltwalzen unterzogen wird, beträgt der Kohlenstoffgehalt des Stahls vorzugsweise zwischen 0,1 und 1% oder zwischen 0,01 und 0,2% oder zwischen 0,0005% und 0,05%. In diesem letztgenannten Fall beträgt sein Kupfergehalt vorzugsweise zwischen 0,5 und 1,8%.
Ebenfalls in diesem letztgenannten Fall kann vor der neuerlichen Ausscheidung das Band geschnitten werden, um ein Blech zu bilden, das durch Ziehen geformt wird, und kann die neuerliche Ausscheidung an dem gezogenen Blech durchgeführt werden.
Schließlich kann eine Endbearbeitung des Bandes in einem Nachwalzwerk durchgeführt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Eisenhüttenprodukt, das durch eines der vorhergehenden Verfahren hergestellt wird.
Wie zu verstehen ist, besteht die Erfindung im Wesentlichen darin, einen Stahl mit der angeführten Zusammensetzung direkt zu einem dünnen Band zu gießen, ihn dann Bedingungen, die eine Fayence-Bildung vermeiden, durch rasche Abkühlung des Bandes am Ausgang der Gussform zu unterziehen, wobei er unter 1000 °C gebracht wird, und wobei eventuell des Band in einer nicht oxydierenden Atmosphäre zumindest bis zum Erreichen dieser Temperatur gehalten wird, dann ein Warmwalzen des Bandes vorzugsweise online durchzuführen, gefolgt von einer Fremdkühlung, die das Kupfer in übersättigter fester Lösung hält. Das Band wird dann aufgewickelt. Es kann nun verschiedenen Wärmebehandlungen oder mechanischen Behandlungen unterzogen werden, die ihm seine Dicke und seine endgültigen Eigenschaften verleihen.
Die Erfindung ist nun im Detail unter Bezugnahme auf die folgenden beiliegenden Figuren beschrieben, wobei:
1 das Phasendiagramm der Eisen-Kupfer-Legierung insgesamt (1a) und für einen Kupfergehalt kleine oder gleich 5% und Temperaturen von 600 bis 1000 °C (1b) darstellt;
2 einen Ausschnitt des Phasendiagramms einer Eisen-Kupfer-Legierung mit 0,2% Kohlenstoff darstellt.
Zuerst wird ein Flüssigmetall hergestellt, das die folgende Zusammensetzung aufweist (jeder Gehalt ist in Gewichtsprozent ausgedrückt).
Der Kohlenstoffgehalt kann von 0,0005% bis 1% insbesondere je nach den für das Endprodukt vorgesehenen Anwendungen reichen. Die Untergrenze von 0,0005% entspricht praktisch dem Minimum, das mit den herkömmlichen Verfahren der Entkohlung des Flüssigmetalls erhalten werden kann. Die Obergrenze von 1% ist durch die gammagene Wirkung des Kohlenstoffs gerechtfertigt. Über 1% hinaus reduziert der Kohlenstoff nämlich die Löslichkeit des Kupfers im Ferrit erheblich. Ferner wird über 1% die Schweißbarkeit des Stahls erheblich schlechter, wodurch er für zahlreiche bevorzugte Anwendungen der aus den erfindungsgemäßen Stählen hergestellten Bleche ungeeignet wird.
Überdies ermöglicht es der Kohlenstoff, eine Härtungswirkung sowie die Ausscheidung von Titan- und/oder Niobiumkarbiden, die zur Kontrolle der Textur dienen, zu erzielen, wenn Titan und/oder Niobium in signifikanten Mengen im Stahl vorhanden sind.
Ganz allgemein kann gesagt werden, dass:

– wenn der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,1 und 1% beträgt, die erhaltenen Stähle bevorzugt Anwendung im Bereich der warm gewalzten Bleche mit sehr hoher Festigkeit finden, wenn sie nach dem Guss bei einer Temperatur, die eine neuerliche Ausscheidung ermöglicht, aufgewickelt wurde, oder wenn sie bei niedriger Temperatur aufgewickelt und dann einem Anlassen unterzogen wurden, oder im Bereich der kalt gewalzten Bleche mit sehr hoher Festigkeit finden;
– wenn der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,01 und 0,2% beträgt, die erhaltenen Stähle bevorzugt Anwendung im Bereich der schweißbaren Stähle mit hoher Festigkeit finden, wenn sie warm gewalzt wurden, oder wenn sie kalt gewalzt und einer Wärmebehandlung unter Bedingungen, die später erklärt sind, unterzogen wurden;
– wenn der Kohlenstoffgehalt zwischen 0,0005% und 0,05% beträgt, die erhaltenen Stähle bevorzugt Anwendung im Bereich des Ziehens finden, wenn sie kalt gewalzt wurden und vorzugsweise höchstens 1,8% Kupfer enthalten (die Gründe sind später erklärt).

Ein Kohlenstoffgehalt von ungefähr 0,02% ist typisch für die erfindungsgemäßen Stähle, mit Ausnahme der warm oder kalt gewalzten Stähle mit sehr hoher Festigkeit.
Der Kupfergehalt des Stahls beträgt zwischen 0,5 und 10%, vorzugsweise zwischen 1 und 10%.
Unter 0,5% hat das Kupfer keine Härtungswirkung durch Ausscheidung oder genauer ist die Ausscheidungstriebkraft zu gering, um eine Ausscheidungshärtung unter vernünftigen Zeit- und Temperaturbedingungen für eine industrielle Anwendung zu erhalten. Praktisch ist es vorzuziehen, mindestens 1% Kupfer im Stahl zu haben, um seine Härtungswirkung zu nutzen.
Wenn ein Stahl hergestellt wird, der für die Bildung von warm gewalzten Bändern bestimmt ist, gibt es keine metallurgische Begrenzung für den Kupfergehalt, wenn die Bedingungen der Kühlgeschwindigkeit und der Temperatur am Ende der Kühlung des dünnen Bandes nach seinem Guss eingehalten werden. Es ist erforderlich, dass die Kühlung im 100% austenitischen Bereich beginnt (dem Bereich γ-Fe der 1a), und dass sie ausreichend rasch erfolgt, um die Gesamtheit des Kupfers in fester Lösung zu halten. Die Begrenzung ist somit technologischer Natur. Beispielsweise kann der Kupfergehalt (2,9%) angestrebt werden, bei dem die Temperatur des Auftretens des Ferrits am geringsten ist (ungefähr 840 °C, siehe 1), und bei dem die kritische Kühlgeschwindigkeit, über der das Kupfer in fester Lösung bleibt, noch einfach erreichbar ist (für diesen Kupfergehalt beträgt sie ungefähr 350 °C/s). Eine Erhöhung des Kupfergehalts erfordert eine Erhöhung der Kühlgeschwindigkeit und der Walzfertigstellungstemperatur. Die Walzfertigstellungstemperatur ist durch die Löslichkeitsgrenze des Kupfers im Austenit bedingt. Aber Gehaltswerte von ungefähr 4% Kupfer, die ein Warmwalzen über 1000 °C und dann ein Abkühlen des Bandes mit mehr als 2500 °C/s erfordern, sind durch die Gießtechnologie von dünnen Bändern noch möglich, sofern eine geringe Ablaufgeschwindigkeit des warmen Produktes von ungefähr einigen m/s vorgegeben wird.
Wenn ein Stahl hergestellt wird, der dazu bestimmt ist, kalt gewalzte Bänder zu bilden, muss eine Rekristallisationsbehandlung des kalt gewalzten Bleches vorgenommen werden. Zu diesem Zweck können zwei Varianten gewählt werden.
Nach der ersten Variante ist die Rekristallisationsbehandlung von der Ausscheidungsbehandlung getrennt (Fall der kalt gewalzten Bleche mit hoher Festigkeit zum Ziehen). Bei der Rekristallisationstemperatur muss das Kupfer zur Gänze in fester Lösung im einphasigen ferritischen Bereich sein. Der maximale Kupfergehalt ist nun durch die Löslichkeitsgrenze des Kupfers im Ferrit bei der betreffenden Rekristallisationstemperatur vorgegeben. Er beträgt maximal 1,8% bei der maximal zulässigen Rekristallisationstemperatur von 840 °C (siehe 1b).
Nach der zweiten Variante sind die Rekristallisationsbehandlung und die Ausscheidungsbehandlung gekoppelt (Fall der kalt gewalzten Bleche mit hoher Festigkeit). Sehr hohe Kupfergehaltswerte bis zu 10% sind tolerierbar, wenn ein Basisglühen vorgenommen wird. Dennoch kann das Rekristallisationsoptimum nicht mit dem Ausscheidungsoptimum zusammenfallen, und die Parameter der Behandlung müssen nun derart gewählt werden, dass der beste Kompromiss für die betreffende Anwendung gefunden wird.
Typischerweise können Kupfergehaltswerte von ungefähr 3% und 1,8% je nach Anwendung empfohlen werden.
Der Mangangehalt muss kleiner oder gleich 2% gehalten werden. Wie der Kohlenstoff hat das Mangan eine härtende Wirkung. Ferner ist es gammagen, somit verringert es die Löslichkeit des Kupfers im Ferrit, wobei es das Ausmaß des ferritischen Bereichs verringert. Typischerweise wird ein Mangangehalt von ungefähr 0,3% empfohlen.
Der Siliziumgehalt kann bis zu 5% betragen, ohne dass ein Mindestgehalt vorgegeben werden muss. Sein alphagener Charakter macht es allerdings vorteilhaft, da es ermöglicht, im ferritischen Bereich auch mit den bevorzugten Kupfergehaltswerten von 1,8 bzw. 3% der erfindungsgemäßen Stähle zu bleiben. Es wird empfohlen, das Mn/Si-Verhältnis auf einen Wert vorzugsweise über 3 einzustellen, um bei der Umwandlung δ → γ die Übertragung der Oberflächenrauhigkeit von den Zylindern auf die verfestigte Haut und die Regelmäßigkeit der Haftung der verfestigten Haut zu kontrollieren, um die Bildung von Rissen auf dem Band während der Verfestigung und Abkühlung zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird auch empfohlen (wie bekannt ist), den Guss unter Verwendung der rauen Gussflächen und eines Stickstoff enthaltenden Inertgases, das im flüssigen stahl löslich ist, durchzuführen, um sich die Möglichkeit zu schaffen, die Wärmeübertragungen zwischen dem Stahl und den Gussoberflächen günstig einzustellen. Der maximale Si-Gehalt von 5% ist durch die Einfachheit der Verwirklichung und des Gusses der Nuance im Eisenhüttenwesen vorgegeben. Typischerweise wird ein Gehalt von ungefähr 0,05% empfohlen.
Das Niobium und das Titan können vorzugsweise, aber nicht verpflichtend, in Gehaltswerten bis zu je 0,5% vorhanden sein. Sie erzeugen günstige Karbide für die Kontrolle der Textur, und wenn sie im Vergleich zum Kohlenstoff überstöchiometrisch sind, erhöhen sie die Temperatur Ac₁ des Stahls, somit die Löslichkeit des Kupfers im Ferrit. Typischerweise kann jedes dieser Elemente mit einem Gehalt von ungefähr 0,05% vorhanden sein.
Der Nickelgehalt kann bis zu 5% reichen, wobei dieses Element nur optional ist. Das Nickel wird oft zu Kupferstählen hinzugefügt, um gegen die Rissbildung bei Wärme anzukämpfen. Seine Wirkung ist doppelter Art.
Einerseits verzögert das Nickel durch Erhöhung der Löslichkeit des Kupfers in Austenit die Absonderung des Kupfers an der Metall-Oxyd-Schnittstelle. Andererseits, das es mit Kupfer in jedem Verhältnis mischbar ist, erhöht das Nickel den Schmelzpunkt der absondernden Phase. Üblicherweise wird angenommen, dass eine Nickelbeigabe von ungefähr jener des Kupfers ausreicht, um eine Rissbildung bei wärme zu verhindern. Die rasche Abkühlung und eventuell die Inertsetzung nach dem Guss des erfindungsgemäßen Verfahrens verhindern die Rissbildung bei Wärme, wodurch das Interesse einer Nickelbeigabe zu diesem Zweck geringer wird. Dennoch kann eine Nickelbeigabe vorgesehen werden, um das Warmwalzen zu erleichtern.
Der Aluminiumgehalt kann bis zu 2% betragen, ohne die Eigenschaften des Stahls zu beeinträchtigen, aber dieses Element ist nicht unbedingt vorhanden. Es ist allerdings vorteilhaft auf Grund seiner alphagenen Rolle, die mit jener des Siliziums vergleichbar ist. Typischerweise ist das Aluminium in einem Gehalt von ungefähr 0,05% vorhanden.
Die anderen chemischen Elemente sind als Restelemente vorhanden, in Gehaltswerten, die sich aus der Herstellung des Stahls nach den herkömmlichen Verfahren ergeben. Insbesondere ist der Zinngehalt geringer als 0,03%, der Stickstoffgehalt geringer als 0,02%, der Schwefelgehalt geringer als 0,05%, der Phosphorgehalt geringer als 0,05%.
Der Flüssigstahl, dessen Zusammensetzung gerade erklärt wurde, wird dann direkt in Form eines dünnen Bandes mit einer Dicke kleiner oder gleich 10 mm im Strangguss gegossen. Zu diesem Zweck wird der Stahl typischerweise in einer Gussform ohne Boden gegossen, deren Gussraum durch die innen gekühlten Seitenwände von zwei gegenläufig rotierenden Zylindern und durch zwei feuerfeste Seitenwände, die an die flachen Enden der Zylinder angelegt sind, begrenzt ist. Dieses Verfahren ist heute in der Literatur gut bekannt (es ist in EP-A-0 641 867 insbesondere beschrieben) und hier nicht näher beschrieben. Es wäre auch möglich, ein Gussverfahren durch Verfestigung des Stahls auf einem einzigen Zylinder einzusetzen, womit feinere Bänder als beim Guss zwischen zwei Zylindern erhalten werden könnten.
Um die Probleme der Fayence-Bildung der Oberfläche des Bandes zu vermeiden, die mit der Zwischengranulatinfiltration von flüssigem Kupfer im Stahl unter dem Zunder zusammenhängen, wenn die Temperatur des Bandes die Schmelztemperatur der Phase, die reich an Kupfer ist, nämlich ungefähr 1000 °C, überschreitet, ist folgendermaßen vorzugehen:

– rasche Abkühlung des gerade gegossenen Bandes, beispielsweise durch Besprengen mit Wasser oder einem Wasser-/Luft-Gemisch, um es unter 1000 °C zu bringen, bevor eine Anreicherung mit Kupfer an der Schnittstelle Metall-Zunder stattfindet; es wird angenommen, dass dieses Ziel bei einer Kühlgeschwindigkeit von 25 °C/s erreicht wird, wenn das Band einen Kupfergehalt von 3% hat;
– eventuell Verhinderung der Oxydation des Eisens, wobei das Band in einer nicht oxydierenden Atmosphäre gehalten wird, zumindest bis es eine Temperatur unter 1000 °C erreicht; dies kann auf herkömmliche Weise erfolgen, wenn das Band durch einen Raum geleitet wird, dessen Atmosphäre arm an Sauerstoff (weniger als 5% ist) und im Wesentlichen von einem Neutralgas, Argon oder Stickstoff, gebildet ist; das Vorhandensein eines Reduktionsgases, wie beispielsweise Wasserstoff, ist ebenfalls möglich.

Diese beiden Lösungen können kombiniert werden, wobei sie gleichzeitig oder aufeinander folgend verwendet werden.
Das Band wird dann einem Warmwalzen unterzogen. Dieses kann auf einer von der Gussanlage getrennten Anlage nach einer Erwärmung des Bandes auf eine Temperatur, die 1000 °C nicht überschreitet, um die Fayence-Bildung zu vermeiden, erfolgen (sofern diese Erwärmung nicht in einer nicht oxydierenden Atmosphäre erfolgt). Es ist aber aus wirtschaftlichen Gründen vorzuziehen, dieses Warmwalzen online durchzuführen, d.h. auf derselben Anlage wie das Gießen des Bandes, wobei ein oder mehrere Walzgerüste auf der Bahn des Bandes aufgestellt werden. Ein Online-Walzen ermöglicht es auch, eine Folge von Schritten des Aufwickelns/Abwickelns/Erwärmens zwischen dem Gießen und dem Warmwalzen zu vermeiden, die auch metallurgische Gefahren haben kann: Oberflächenrissbildung und Ablagerung von Zunder insbesondere beim Aufwickeln.
Dieses Warmwalzen erfolgt mit einer Reduktionsrate von mindestens 10% in einem oder mehreren Durchgängen. Es hat im Wesentlichen drei Funktionen.
Zuerst vermeidet die Rekristallisation, die es hervorruft, die Verfestigungsstruktur, die für die Formung des Blechs ungünstig ist. Überdies führt diese Rekristallisation zu einer Verfeinerung des Korns, die für die gleichzeitige Verbesserung der Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften des Bandes notwendig ist, wenn dieses dazu bestimmt ist, im Zustand des warm gewalzten Blechs verwendet zu werden.
Zweitens schließt es die Porositäten ein, die in der Mitte des Bandes bei der Verfestigung entstehen konnten und die auch für die Formung ungünstig sind.
Ferner garantiert es die Einhaltung der Dimensionsspezifikationen des Bandes hinsichtlich seiner Planheit, Gewölbtheit, Symmetrie.
Schließlich verbessert es das Oberflächenaussehen des Bandes.
Die Walzfertigstellungstemperatur muss derart sein, dass das Kupfer noch in diesem Stadium in fester Lösung im Ferrit und/oder Austenit ist. Die Ausscheidung des Kupfers vor dem Ende des Walzens würde es nämlich nicht ermöglichen, das Maximum an Härtung daraus zu entnehmen. Dieses Maximum beträgt ungefähr 300 MPa pro 1% Kupfer, wenn die Ausscheidungsbedingungen gut kontrolliert sind. Diese einzuhaltende Walzfertigstellungstemperatur hängt somit von der Zusammensetzung des Stahls, insbesondere seinem Kupfer- und Kohlenstoffgehalt ab.
Es wird somit angenommen, dass für die hohen Kupfergehaltswerte von ungefähr 7% und mehr die Walzfertigstellungstemperatur höher als 1094 °C sein muss, wobei diese Temperatur annähernd die Temperatur der peritektischen Stufe ist, die das Phasendiagramm Fe-Cu, das in 1a dargestellt ist, für sehr geringe Kohlenstoffgehaltswerte aufweist. Dies setzt auch voraus, dass das Warmwalzen in einer nicht oxydierenden Atmosphäre erfolgt, und dass, wenn eine Abkühlung des Bandes unmittelbar nach seiner Verfestigung vorgenommen wird, diese Verfestigung bei einer ausreichend hohen Temperatur unterbrochen wird, um dann ein Warmwalzen des Bandes unter Bedingungen zu ermöglichen, die eine Walzfertigstellungstemperatur von über 1094 °C nach sich ziehen.
Zwischen 2,9 und 7% Kupfer muss die Walzfertigstellungstemperatur höher als die Löslichkeitsgrenze des Kupfers in Austenit sein, wie durch das Phasendiagramm Fe-Cu für den betreffenden Kohlenstoffgehalt angegeben. Zum Beispiel wäre für einen sehr geringen Kohlenstoffgehalt diese Temperatur T gegeben durch
Zwischen 2,9 und 1,8% Kupfer muss die Walzfertigstellungstemperatur höher als 840 °C für sehr geringe Kohlenstoffgehaltswerte sein, wobei diese Temperatur der eutektoiden Stufe entspricht (siehe 1b).
Unter 1,8% Kupfer muss die Walzfertigstellungstemperatur höher als die Löslichkeitsgrenze des Kupfers im Ferrit sein, wie durch das Phasendiagramm Fe-Cu für den betreffenden Kohlenstoffgehalt angegeben. Zum Beispiel wäre diese Temperatur T für einen sehr geringen Kohlenstoffgehalt gegeben durch
für das paramagnetische Eisen α (zwischen 840 °C und der Curie-Temperatur von 759 °C für einen Kupfergehalt von 1,08 bis 1,8%) und durch
für das ferromagnetische Eisen α (zwischen 690 °C und 759 °C für einen Kupfergehalt von 0,5 bis 1,08%).
Es ist allerdings anzumerken, dass die oben erwähnten Zahlenwerte nur hinweisenden Charakter haben, da sie je nach Autor leicht variieren.
Wenn der Kohlenstoffgehalt des Stahls steigt, ändern sich auch die oben stehenden Zahlen, da der Kohlenstoff eine gammagene Wirkung hat, wie auf dem Auszug des Phasendiagramms Fe-Cu in 2 zu sehen ist, das für einen Kohlenstoffgehalt von 0,2% erstellt wurde. Die Temperatur der eutektoiden Stufe wird dadurch in Bezug zum dem Fall von sehr geringen Kohlenstoffgehaltswerten abgesenkt und liegt häufig unter 800 °C. Es ist nun möglich, die Walzfertigstellungstemperatur im Vergleich mit den vorher beschriebenen Fällen zu verringern. Für diese Stähle, die relativ reich an Kohlenstoff sind, wird ferner eine Strukturhärtung durch die Wirkung der Härtungsbestandteile, die ausgeschieden werden, wie beispielsweise Bainit oder Martensit, erzielt, die zu der Härtung in Zusammenhang mit der Kupferausscheidung hinzukommt.
Aus dem Vorhergehenden geht hervor, dass es nicht möglich ist, auf sehr einfache und genaue Weise quantitativ den Wert der Mindestwalzfertigstellungstemperatur gemäß der Erfindung zu definieren. Sicher ist, dass diese Walzfertigstellungstemperatur nicht geringer als die Temperatur sein darf, für die auf Grund der Zusammensetzung des Stahls eine Ausscheidung des Kupfers beobachtet wurde. Die Bestimmung dieser Temperatur für eine gegebene Stahlzusammensetzung kann mit Hilfe von laufenden Experimenten durch die Metallurgen erfolgen, wenn ein Maß für diese Temperatur in der Literatur nicht verfügbar ist.
Nach dem Warmwalzen wird das Band neuerlich einer Fremdkühlung unterzogen. Diese Kühlung hat mehrere Funktionen:

– wenn die Walzfertigstellungstemperatur höher als 1000 °C ist (was, wie zu sehen war, im Prinzip für Stahl mit einem sehr hohen Kupfergehalt wünschenswert ist), gewährleistet diese Kühlung, dass zwischen der Walzfertigstellungstemperatur und 1000 °C keine signifikante Oxydation des Eisens stattfindet und dass keine Fayence-Bildung auf dem Band festzustellen ist:
– und vor allem ermöglicht sie es, das Kupfer in übersättigter fester Lösung im Austenit und/oder Ferrit zu halten; diese Bedingung ist wichtig, um maximal die Härtungswirkung durch Ausscheidung des Kupfers zu nutzen.

Für Kupfergehaltswerte von 3% und weniger wird angenommen, dass das Halten des Kupfers in fester Lösung im Allgemeinen erfolgt, wenn während der gesamten Zeit des Ablaufens des Bandes, ohne dass es aufgewickelt wird, die Kühlgeschwindigkeit V des Bandes derart ist, dass V ≥ e1,98(%Cu)-0,08 (1)wobei V in °C/s und % Cu in Gewichtsprozent ausgedrückt sind.
Für einen Kupfergehalt von 1% muss V somit größer oder gleich 7 °C/s sein, was leicht erreichbar ist. Für einen Kupfergehalt von 3% muss V größer oder gleich 350 °C/s sein. Diese hohe Geschwindigkeit ist jedoch auf einer Gussanlage für dünne Bänder erreichbar.
Für die Kupfergehaltswerte über 3% ist die oben stehende Formel nicht mehr gültig, und eine experimentelle Kontrolle der Ergebnisse der Kühlung muss durchgeführt werden, um zu überprüfen, ob diese auch ausreichend war, um das Halten des Kupfers in übersättigter fester Lösung zu erzielen.
Das Aufwickeln des Bandes findet sodann statt. Es kann die Zeit genutzt werden, in der das Band im Spulenzustand vorhanden ist, um ein neuerliches Ausscheiden des Kupfers durchzuführen, das die Härtung des Stahls hervorruft. Die Härte des Stahls HV, die erzielt wird, hängt von der Zusammensetzung des Stahls ab, aber auch von der Aufenthaltsdauer des Bandes in Spulenform und von der Aufwickeltemperatur, wobei in der Praxis die Spule ungefähr 1h auf ihrer Aufwickeltemperatur verbleibt, bevor sie mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 10 bis 20 °C/h abgekühlt wird. Es ist festzustellen, dass die Kurve HV = f(t) ein Maximum HV_max für eine gegebene Dauer t_HVmax aufweist, über die hinaus die Härte geringer wird. Es kann somit geraten werden, das aufgewickelte Band abzukühlen (oder abzuwickeln), sobald t_HVmax erreicht ist.
Die Erfahrung zeigt, dass t_HVmax gegeben ist durch die Gleichung:
wobei t_HVmax in h, % Cu in Gewichtsprozent und T in K angegeben sind.
Es können für einen gegebenen Kupfergehalt auch die bevorzugten Kombinationen (t_HV, T) gewählt werden, die mit dem verwendeten Industriewerkzeug vereinbar sind. Fall entschieden wird, während des Aufwickelns ein Anlassen durchzuführen, ist t_HV vorgegeben (länger als 1h); es kann nun nur auf die Aufwickeltemperatur Einfluss genommen werden.
Andererseits steigt der Wert der maximalen Härte, die erzielt werden kann, wenn sich die die Temperatur der neuerlichen Ausscheidung verringert, sofern dem Band ausreichend Zeit gelassen wird, um zu dieser maximalen Härte zu gelangen.
Überdies hängen die Wahl der Aufwickeltemperatur des Bandes und der späteren Schritte vom Produkttyp ab, der hergestellt werden soll.
Wie gesagt wurde, ist es möglich, warm gewalzte Bleche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen. Zwei Betriebsarten sind möglich.
Nach einer ersten Betriebsart erfolgt das Aufwickeln des Bandes nach dem Warmwalzen bei einer hohen Temperatur, beispielsweise jener (die in Abhängigkeit vom Kupfergehalt nach der vorhergehenden Formal (2) berechnet wurde), die es ermöglicht, die maximale Härte in 1h zu erzielen (Dauer, ab der, wie gesagt wurde, die Temperatur der Spule üblicherweise abzunehmen beginnt). Der Zeitraum, während dessen das Band einer hohen Temperatur ausgesetzt ist, ist somit die Anfangsphase seines Aufenthalts in Spulenform nach der raschen Abkühlung.
Im Falle der Stähle, deren Kohlenstoffgehalt zwischen 0,1 und 1% beträgt, ist eine zusätzliche Bedingung für die Aufwickeltemperatur, dass sie über der Anfangstemperatur M_s der martensitischen Umformung liegt. Die Martensitbildung könnte nämlich das Auftreten von Rissen während des Abwickelns hervorrufen. M_s ist durch die klassische, so genannte „Andrews-Formel" gegeben: Ms(°C) = 539 – 423C% – 30,4Mn% – 17,7Ni% – 12,1Cr% – 11Si% – 7Mo%wobei die Gehaltswerte der verschiedenen Elemente in Gewichtsprozent ausgedrückt sind.
Für die Stähle, deren Kohlenstoffgehalt zwischen 0,0005 und 0,1% beträgt, ist es nicht notwendig, M_s zu berücksichtigen. In ihrem Fall ist M_s ungefähr 400 bis 500 °C, was hoch ist und meistens über der Aufwickeltemperatur liegt, die auf der Anlage leicht erreichbar wäre. Aber ist besteht hier kein Nachteil, wenn unter M_s aufgewickelt wird, da:

– entweder während der Abkühlung Bainit gebildet wurde (die Stähle mit geringem Kohlenstoffgehalt sind nicht „härtend"), was die Bildung von Martensit verhindert;
– oder tatsächlich Martensit gebildet wird; aber da der Kohlenstoffgehalt gering ist, wird die gebildete Martensitmenge verringert und führt zu keinerlei Vorfällen beim Abwickeln.

Nach der vollständigen Abkühlung der Spule (die je nach Bedarf zur Gänze natürlich oder durch Fremdkühlung nach Ablauf der für den Erhalt der gewünschten Härte erforderlichen Zeit erfolgen kann) ist das warm gewalzte Blech bereit für die Nutzung.
Allerdings ist zu erwähnen, dass die Keimungsrate der Kupferausscheidungen eine steigende exponentielle Funktion des Kühlungsgrades des Bandes ist. Unter diesen Bedingungen wird geraten, um eine maximale Härtungswirkung durch Ausscheidung zu erhalten, die Keimungsphase bei einer Temperatur unter jener, bei der das Kornwachstum stattfindet, zu beenden. Es kann somit eine zweite Betriebsart für die Herstellung von warm gewalzten Bändern vorgeschlagen werden. Nach dieser zweiten Betriebsart wird das Aufwickeln des Bandes bei einer ausreichend niedrigen Temperatur vorgenommen, damit bei der natürlichen Abkühlung der Spule keine Kupferausscheidung erfolgt, wobei dieses in übersättigter fester Lösung bleibt. Es wird angenommen, dass eine Aufwickeltemperatur unter 300 °C zu diesem Zweck ausreichend ist. Es besteht hier kein Nachteil, wenn das Band im martensitischen Umwandlungsbereich aufgewickelt wird. Das Band (das immer noch aufgewickelt ist, zumindest in dem Fall, in dem das Aufwickeln unter M_s stattgefunden hat) wird dann nämlich einer Wärmeanlassbehandlung zwischen 400 und 700 °C unterzogen, die es ermöglicht, das Martensit verschwinden zu lassen. Aber die Hauptaufgabe dieses Anlassens besteht darin, das Kupfer auszuscheiden, um die gewünschten Eigenschaften für das Blech bei Wärme zu erhalten. Die Parameter dieser Behandlung (Temperatur und Dauer) können mit Hilfe der vorher angeführten Gleichung (2) bestimmt werden.
Falls gewünscht wird, kalt gewalzte Bleche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herzustellen, muss die Aufwickeltemperatur höher als M_s für die Stähle sein, deren Kohlenstoffgehalt zwischen 0,1 und 1% beträgt, da es hier zu keiner Wärmebehandlung kommt, die es ermöglichen würde, das Martensit zwischen dem Aufwickeln und Abwickeln vor dem Kaltwalzen zu beseitigen. Aber die Aufwickeltemperatur muss auch in jedem Fall niedriger als 300 °C sein, damit das Kaltwalzen und das anschließende Rekristallisationsglühen an einem Stahl stattfinden, bei dem sich das Kupfer in übersättigter fester Lösung befindet.
Falls gewünscht wird, kalt gewalzte Bleche mit sehr hoher Festigkeit herzustellen, die hohe Kupfer- und Kohlenstoffgehaltswerte (0,1 bis 1% C) aufweisen, oder kalt gewalzte Bleche mit hoher Festigkeit und leichter Löslichkeit herzustellen, bei denen ein relativ niedriger Kohlenstoffgehalt gefordert ist (0,01 bis 0,2%), können verschiedene Varianten von Betriebsarten vorgeschlagen werden, je nachdem, ob eine Durchlaufglühanlage oder eine Basisglühanlage für die Durchführung der Wärmebehandlung zur neuerlichen Ausscheidung verwendet werden soll.
In jedem Fall wird zuerst ein Kaltwalzen (typischerweise mit einer Reduktionsrate von 40 bis 80% und bei Raumtemperatur) des Bandes, dessen Kupfer in übersättigter fester Lösung ist, dann ein Rekristallisationsglühen vorgenommen, das im Bereich der hohen Temperaturen durchgeführt wird, in dem das Kupfer ebenfalls in fester Lösung im Ferrit und/oder Austenit ist. Im Zusammenhang mit der Wahl der Warmwalzfertigstellungstemperatur war bereits zu sehen, welches Bedingungen für diesen Zweck in Abhängigkeit vom Kupfergehalt des Bandes geeignet sind.
Die Dauer dieses Rekristallisationsglühens hängt von der Fähigkeit ab, vorher das Kupfer in fester Lösung gehalten zu haben. Bei der Rekristallisationstemperatur von 840 °C, bei der bis zu 1,8% des Kupfers wieder in feste Lösung gebracht werden können, kann nämlich das Kornwachstum übermäßig sein. Wenn das Kupfer bereits in fester Lösung vor der Rekristallisation ist, wird die Glühzeit nicht mehr durch die Auflösungskinetik der Kupferausscheidung, sondern durch die Kornwachstumskinetik festgesetzt. Die Auflösung des Kupfers vor der Rekristallisation erleichtert somit die Optimierung der Textur, und diese Situation ist für den Metallurgen die vorteilhafteste. In Abhängigkeit vom Zustand, in dem sich das Kupfer befindet (zur Gänze in Lösung oder teilweise ausgeschieden) hat das Rekristallisationsglühen, wenn es bei 840 °C erfolgt, eine Dauer, die von 20 s bis 5 mn variieren kann. Es kann vorzugsweise in einer „Kompaktglühanlage" durchgeführt werden, die innerhalb kurzer Zeit zu hohen Temperaturen Zugang bietet, die es ermöglichen, große Kupfermengen wieder in Lösung zu bringen.
Nach dem Rekristallisationsglühen erfolgt eine neuerliche Ausscheidung. Diese beiden Schritte sind durch einen raschen Abkühlungsschritt getrennt, der dazu bestimmt ist, das Kupfer in fester Lösung zu halten. Diese Abkühlung muss nun der vorher erwähnten Gleichung (1) entsprechen.
Wenn für die neuerliche Ausscheidung eine Durchlaufglühanlage verwendet wird (die vorzugsweise direkt mit der Kompaktglühanlage verbunden ist, die dazu gedient hat, das Rekristallisationsglühen durchzuführen), für die nur wenig Zeit vorhanden ist, um die maximale Härte HV_max des Bandes zu erreichen (siehe Gleichung (2) zu ihrer Berechnung), muss diese neuerliche Ausscheidung bei einer relativ hohen Temperatur (600–700 °C) durchgeführt werden. Die begrenzt den Umfang der durch die Ausscheidung erzielten Härtung, da diese Härtung, wie erwähnt wurde, umso größer ist, als die neuerliche Ausscheidung bei einer niedrigen Temperatur erfolgt.
Deshalb, wenn sehr hohe Festigkeitsniveaus gewünscht werden, ist es vorzuziehen, die neuerliche Ausscheidung bei einer relativ niedrigen Temperatur (400 bis 700 °C) durchzuführen, aber während einer längeren Dauer, die vorzugsweise durch die vorhergehende Gleichung (2) bestimmt wird, und zwar in einer Basisglühanlage, in der das Band im Spulenzustand vorhanden ist. In diesem Fall muss das rasche Abkühlen nach der Behandlung das Band auf weniger als 300 °C bringen, um das Kupfer in übersättigter fester Lösung zu halten.
Die Verwendung einer „kompakten Glühanlage, gefolgt von einer sehr raschen Abkühlung (leicht auf diesem Anlagentyp möglich) – Basisglühen" stellt sich somit als besonders vorteilhaft heraus, um Stähle mit hohem Kupfergehalt zu erhalten, die somit eine große Fähigkeit besitzen, durch Ausscheidung gehärtet zu werden, und folglich eine sehr hohe endgültige Festigkeit aufweisen. Diese Anlage ist jedoch relativ lang auf Grund des Vorhandenseins des Basisglühens.
Als Variante ist es, wie gesagt, möglich, die beiden Schritte der Rekristallisation und Ausscheidung während eines Basisglühens, das bei 400–700 °C während einer Dauer, die durch die vorhergehende Gleichung (2) bestimmt werden kann, ohne vorherige Rekristallisation, somit direkt nach dem Kaltwalzen zu koppeln. Diese Vorgangsweise richtet sich insbesondere an die am meisten mit Kupfer beaufschlagten Stähle (bis zu 10%). In manchen Fällen müssen die Parameter der Behandlung derart gewählt werden, dass der bestmögliche Kompromiss zwischen den Anforderungen für die Rekristallisation und den Anforderungen für die Ausscheidung des Kupfers erzielt wird.
Falls ein kalt gewalztes Blech aus Stahl mit wenig Kohlenstoff (weniger als 0,05%) und guter Ziehbarkeit hergestellt werden soll, wird eine Betriebsart vorgeschlagen, die wie vorher ein Kaltwalzen (typischerweise bei einer Reduktionsrate von 40 bis 80% und bei Raumtemperatur), das am Band durchgeführt wird, bei dem sich das Kupfer in übersättigter fester Lösung befindet, ein Rekristallisationsglühen und eine neuerliche Ausscheidung umfasst.
Damit das Blech gute Zieheigenschaften bewahrt, muss die Rekristallisation im ferritischen Bereich erfolgen und darf es dem Kupfer nicht ermöglichen, ausgeschieden zu werden. Die Rekristallisationstemperatur wird somit durch die Löslichkeitsgrenze des Kupfers im Ferrit bestimmt, wie oben zu sehen war. Praktisch kann empfohlen werden, das Rekristallisationsglühen bei der eutektoiden Temperatur (von ungefähr 840 °C für die Stähle mit Kupfer mit wenig Kohlenstoff) durchzuführen, bei der die Löslichkeit des Kupfers im Ferrit maximal ist (1,8%).
Es ist notwendig, ein übermäßiges Wachstum des ferritischen Korns während des Rekristallisationsglühens zu vermeiden. Es kann auch notwendig sein, die Temperatur Ac₁ des Stahls anzuheben, damit die vollständige Lösung des Kupfers in der ferritischen Phase erfolgen kann, wenn es die Abkühlung nach dem Warmwalzen nicht ermöglicht hat, es zur Gänze in Übersättigung zu halten. Die Beigabe von Titan oder Niobium ermöglicht es, diesen beiden Anforderungen zu entsprechen. Diese Elemente haben auch eine günstige Wirkung auf die Rekristallisationstextur durch Einfangen des Kohlenstoffs und Stickstoffs insbesondere.
Wie es herkömmlich ist, kann das warm oder kalt gewalzte Band einer Endbehandlung in einem Nachwalzwerk (skin-pass) unterzogen werden, um ihm seinen endgültigen Oberflächenzustand und seine endgültige Planheit zu verleihen und seine mechanischen Eigenschaften anzupassen.
Wenn nämlich der Einsatz des aus den erfindungsgemäßen Bändern erhaltenen Blechs eine sehr hohe Ziehbarkeit erfordert, ist es möglich, diese vor der neuerlichen Ausscheidung zu verwirklichen, die somit nicht mehr am rohen Band, sondern am gezogenen Produkt erfolgt.
Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, Bleche mit sehr hoher Festigkeit herzustellen, die nicht notwendigerweise aus Flüssigguss hergestellt sind, wodurch sie sehr wirtschaftlich werden.
Ein weiterer Vorteil dieser Bleche besteht darin, dass das Vorhandensein von Kupfer in einem großen Verhältnis sie weniger empfindlich für die Korrosion der Luft macht, weshalb ein Korrosionsschutzüberzug weggelassen werden kann.
Was die durch das erfindungsgemäße Verfahren möglichen mechanischen Eigenschaften betrifft:

– können die warm oder kalt gewalzten Bleche, die bis zu 10% Kupfer und 0,1 bis 1% Kohlenstoff enthalten, Festigkeiten weit über 1000 MPa aufweisen; wobei die warm oder kalt gewalzten Bleche, die einen geringeren Kohlenstoffgehalt aufweisen, weniger hohe Festigkeiten haben, die aber immer noch über 1000 MPa liegen, und eine gute Schweißbarkeit aufweisen, die ihren Einsatz insbesondere in der Kraftfahrzeugindustrie ermöglicht;
– weisen die kalt gewalzten Bleche, die bis zu 1,8% Kupfer und 0,05% Kohlenstoff enthalten, eine Festigkeit von ungefähr 700 bis 900 MPa und eine Verlängerung bei Bruch von 15 bis 30%, somit eine sehr gute Ziehbarkeit, auf.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Eisenhüttenproduktes aus unlegiertem Stahl mit hohem Kupfergehalt, bei dem: – ein Flüssigstahl hergestellt wird, der in Gewichtsprozentsätzen ausgedrückt folgende Zusammensetzung hat: • 0,0005% ≤ C ≤ 1% • 0,5 ≤ Cu ≤ 10% • 0 ≤ Mn ≤ 2% • 0 ≤ Si ≤ 5% • 0 ≤ Ti ≤ 0,5% • 0 ≤ Nb ≤ 0,5% • 0 ≤ Ni ≤ 5% • 0 ≤ Al ≤ 2% wobei der Rest Eisen und Verunreinigungen aus der Herstellung sind; – dieser Flüssigstahl direkt in Form eines dünnen Bandes mit einer Dicke kleiner oder gleich 10 mm gegossen wird, – das Band rasch auf eine Temperatur kleiner oder gleich 1000 °C durch Besprengen mit Wasser oder einem Wasser-Luft-Gemisch abgekühlt wird; – das dünne Band einem Warmwalzen mit einer Reduktionsrate von mindestens 10% unterzogen wird, wobei die Walzfertigstellungstemperatur derart ist, dass sich bei dieser Temperatur das gesamte Kupfer noch in fester Lösung in der Ferrit- und/oder Austenitmatrix befindet; – dann das Band einem Schritt einer starken Abkühlung unterzogen wird, um das Kupfer in übersättigter fester Lösung in der Ferrit- und/oder Austenitlösung zu halten; – und das so abgekühlte Band aufgewickelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mn/Si-Verhältnis größer oder gleich 3 ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen des dünnen Bandes auf einer Gießanlage zwischen zwei sich in entgegengesetzte Richtung drehenden innen gekühlten Zylindern durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmwalzen des Bandes zusammen mit dem Gießen des Bandes erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit V der starken Abkühlung, die auf das Warmwalzen folgt, derart ist, dass: V ≥ e1,98(%Cu)-0,08 wobei V in °C/s und % Cu in Gewichtsprozent ausgedrückt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt des Stahls zwischen 0,1 und 1% beträgt, und dass das Aufwickeln des Bandes bei einer Temperatur über der Temperatur M_s des Beginns der martensitischen Umwandlung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwickeln des Bandes bei weniger als 300 °C erfolgt, und dass das Band dann einer Wärmebehandlung zur Kupferausscheidung zwischen 400 und 700 °C unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt des Stahls zwischen 0,1 und 1% beträgt, und dass das Band der Wärmeausscheidungsbehandlung ohne vorheriges Abwickeln unterzogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwickeln des Bandes bei einer Temperatur sowohl größer als die Temperatur M_s des Beginns der martensitischen Umwandlung als auch kleiner als 300 °C erfolgt, und dass dann ein Kaltwalzen, ein Rekristallisierungsglühen in einem Temperaturbereich, in dem das Kupfer in übersättigter fester Lösung ist, ein starkes Abkühlen, das das Kupfer in fester Lösung hält, und eine neuerliche Ausscheidung erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die neuerliche Ausscheidung zwischen 600 und 700 °C in einer Durchlaufglühanlage durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die neuerliche Ausscheidung zwischen 400 und 700 °C in einer Basisglühanlage durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufwickeln des Bandes bei einer Temperatur sowohl über der Temperatur M_s des Beginns der martensitischen Umwandlung als auch unter 300 °C durchgeführt wird, und dass dann ein Kaltwalzen und ein Basisglühen zwischen 400 und 700 °C erfolgen, die zum Rekristallisationsglühen und zur neuerlichen Ausscheidung dienen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt des Stahls zwischen 0,1 und 1% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt des Stahls zwischen 0,01 und 0,2% beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt des Stahls zwischen 0,0005% und 0,05% beträgt, und dass sein Kupfergehalt zwischen 0,5 und 1,8% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor der neuerlichen Ausscheidung das Band geschnitten wird, um ein Blech zu bilden, das durch Ziehen geformt wird, und dass die neuerliche Ausscheidung an dem gezogenen Blech durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Endbearbeitung des Bandes in einem Nachwalzwerk durchgeführt wird.
Eisenhüttenprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass es durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 hergestellt wird.