DE69023330T2

DE69023330T2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung dünner rostfreier austenitischer stahlbleche.

Info

Publication number: DE69023330T2
Application number: DE69023330T
Authority: DE
Inventors: Masayuki Abe; Kenichi Miyazawa; Toshiaki Mizoguchi; Yoshiyuki Ueshima
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1996-04-11
Anticipated expiration: 2010-12-21
Also published as: DE69023330D1; DE69023330T3; EP0458987A4; WO1991009144A1; EP0458987B1; EP0458987B2; US5284535A; EP0458987A1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines austenitischen rostfreien Stahlblechs und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines austenitischen rostfreien Stahlblechs, das das Kaltwalzen einer gegossenen Platte umfaßt, die eine Dicke aufweist, die nahezu der des herzustellenden Teils gleicht, und die technisch ausgedrückt durch ein synchrones Stranggußverf ahren hergestellt wird, bei dem die Geschwindigkeit der gegossenen Platte bezüglich der Innenoberfläche der Form Null ist; und ein Fertigungssystem für dessen Durchführung.

HINTERGRUND DES FACHGEBIETES

Ein herkömmliches Verfahren für die Herstellung eines dünnen rostfreien Stahlblechs, das das Stranggußverfahren verwendet, umfaßt das Gießen einer gegossenen Platte mit einer Dicke von nicht weniger als 100 mm, wobei die Form in Gießrichtung schwingt, das Reinigen der Oberflächen der gegossenen Platte, das Warmwalzen der gegossenen Platte zu einem Warmband mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen Nillimetern durch ein Warmband-Walzwerk, das aus Vorwalzgerüsten und Fertigwalzgerüsten besteht, die in Reihe angeordnet sind, nachdem die gegossene Platte auf eine Temperatur von nicht weniger als 1000ºC erwärmt worden ist, Entzundern des Warmbandes, falls erforderlich, nach dem Glühen des Bandes, Kaltwalzen des entzunderten Warmbandes und Fertigglühen des kaltgewalzten Bandes.
Das herkömmliche Verfahren zeigt die Probleme, daß zum Warmwalzen der gegossenen Platte mit einer Dicke von nicht weniger als 100 mm ein sehr langes Warmband-Walzwerk verwendet werden muß, und eine hohe Energiemenge für das spezifische Gewicht der gegossenen Platte und das Walzen der gegossenen Platte aufgewendet werden muß.
Zur Lösung dieser Probleme wurden Untersuchungen vorgenommen, um ein verbessertes Stranggußverfahren zu entwickeln, das eine gegossene Platte produzieren kann, die eine Dicke aufweist, die der des Warmbandes gleicht oder nahezu gleicht. Synchrone Stranggußverfahren mit einem Zwillingswalzensystem und einem Doppelbandsystem, bei dem die Geschwindigkeit der gegossenen Platte bezüglich der Innenoberf läche der Form Null ist, werden in Schriften beschrieben, die in einer Sonderausgabe von "Tetsu to Hagane", '85-A197 - '85-A256, enthalten sind.
Bei einem ersten Verfahren unter Anwendung des Stranggußverfahrens mit einem Zwillingswalzensystem wird eine dünne gegossene Platte mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 10 mm hergestellt. Dann wird eine Platte mit der gewünschten Dicke nur durch Kaltwalzen hergestellt, nachdem die gegossene Platte einem Glühverfahren und einem Beizverfahren zum Entzundern unterzogen wurde.
Bei einem zweiten Verfahren, das das Stranggußverfahren mit einem Zwillingswalzensystem verwendet, wird eine dünne gegossene Platte mit einer Dicke im Bereich von 0,5 bis 10 mm hergestellt. Diese gegossene Platte wird dann warmgewalzt, wodurch ein warmgewalztes Band hergestellt wird, das warmgewalzte Band wird durch Beizen entzundert, und das entzunderte Band wird dann zu einem Blech mit der gewünschten Dicke kaltgewalzt.
Die nach den obengenannten herkömmlichen Verfahren hergestellte gegossene Platte weist eine Mikrostruktur aus groben Kristallkörnern auf, und somit muß der Walzdruck des Kaltwalzverfahrens beim ersten Verfahren beträchtlich hoch sein, damit durch Walzen der gegossenen Platte ein kaltgewalztes Blech mit befriedigender Oberflächenqualität hergestellt wird; und das zweite Verfahren erfordert, daß die gegossene Platte vor dem Kaltwalzverfahren warmgewalzt wird. Die bereits vorgeschlagenen Verfahren zeigen somit die Probleme einer langen Behandlungszeit und eines deutlichen Kostenanstiegs des Blechs.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines austenitischen rostfreien Stahlblechs bereitzustellen, das unbedeutende winzige Vertiefungen und Wölbungen der Oberfläche, eine unbedeutende Wellenbildung und einen vernachlässigbaren ungleichmäßigen Glanz aufweist.
Nach der vorliegenden Erfindung können die obengenannten Probleme durch ein Verfahren zur Herstellung eines austenitischen rostfreien Stahlblechs, welches umfaßt:
a) ein Verfahren zum Gießen von geschmolzenem austenitischem (γ) rostfreiem Stahl durch ein Verfahren zur Herstellung einer dünnen Platte mit einem Zwillingswalzensystem, das ein Paar entgegengesetzter Kühlwalzen umfaßt, wodurch eine dünne gegossene Platte hergestellt wird,
b) ein Kühlverfahren zum Abkühlen der dünnen gegossenen Platte, wodurch ein γ-Phasen-Mischkristall gebildet wird,
c) ein Wärmebehandlungsverfahren, das das Erwärmen der dünnen gegossenen Platte, damit die dünne gegossene Platte in der δ und γ-Dualphase oder der δ-Phase bleibt, und das Abkühlen der erwärmten dünnen gegossenen Platte umfaßt, damit die Phase der gegossenen Platte von der δ und γ-Dualphase oder der δ-Phase in die γ-Phase überführt wird, und
d) ein Walzverfahren zum Kaltwalzen der wärmebehandelten dünnen gegossenen Platte; und
durch ein Fertigungssystem zur Durchführung dieses Verfahrens nach Anspruch 4 gelöst werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt vorzugsweise ein plastisches Verformungsverfahren vor dem Erwärmen der dünnen gegossenen Platte in den Temperaturbereich der δ und γ- Dualphase oder der δ-Phase, und das Fertigungssystem umfaßt eine Vorrichtung zur plastischen Verformung.
Das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt außerdem vorzugsweise den Zyklus des Erwärmens der dünnen gegossenen Platte, damit die dünne gegossene Platte in der δ und γ- Dualphase oder δ-Phase bleibt, und des Abkühlens der Platte zur Wiederherstellung der γ-Phase mindestens zweimal, da die Wiederholung des Zyklus die Mikrostruktur der dünnen gegossenen Platte weiter feint und außerdem die Oberflächeneigenschaften der dünnen gegossenen Platte verbessert. Die Vorrichtung zum Gießen einer dünnen gegossenen Platte mit dem Zwillingswalzensystem weist keine Einschränkung für die Gießrichtung der gegossenen Platte auf, die entsprechenden Durchmesser der beiden Walzen der Gießvorrichtung müssen nicht notwendigerweise gleich sein. Die Gießvorrichtung kann eine Gießvorrichtung mit senkrechten Zwillingswalzen, eine Gießvorrichtung mit schrägen Zwillingswalzen oder eine Gießvorrichtung mit Zwillingswalzen mit unterschiedlichem Durchmesser sein.
Fig. 14 ist das Dreikomponenten-Phasendiagramm von Fe-Cr-Ni (30 % Fe senkrechter Abschnitt), das zur Erläuterung der Phasenumwandlung von SUS304 im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung dient.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt den Zyklus aus Erwärmen der dünnen gegossenen Platte aus austenitischem (γ) rostfreiem Stahl, die durch ein Stranggußverfahren mit einem Zwillingswalzensystem hergestellt wurde, damit der Zustand Y der δ und γ-Dualphase oder der Zustand Z der δ- Einzelphase erhalten bleibt; und Abkühlen der dünnen gegossenen Platte zur Wiederherstellung des Zustands X der γ- Phase mindestens einmal aus, damit die δ/γ-Phasenumwandlung hervorgerufen wird, und unterzieht die dünne gegossene Platte der plastischen Verformung, z.B. dem Walzen, damit die Kristallkörner des Metalls durch die Phasenumwandlung und durch die die Rekristallisation durch Verformung fördernde Wirkung der plastischen Verformung gefeint werden.
Somit kann ein gewalztes Blech mit besseren Oberflächeneigenschaften, einschließlich Rillenbildung und Unregelmäßigkeit des Glanzes, hergestellt werden, wenn ein Werkstück, das Kristallkörner aufweist, die durch Wärmebehandlung und plastische Verformung nach der vorliegenden Erfindung gefeint wurden, einem Fertigwalzverfahren unterzogen wird.
Die vorliegende Erfindung wird wirksam für die Herstellung austenitischer rostfreier Stahlbleche angewendet, z.B. SUS304-Bleche, SUS316-Bleche, SUS303-Bleche und dergleichen.
Wie es allgemein bekannt ist, werden die α-Körner einfacher stähie durch die γ(Austenit)/α(Ferrit)-Umwandlung vergütet bzw. gefeint, die z.B. in der ungeprüften veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Nr. Sho 63-115654 beschrieben wird. Diese Tatsache läßt sich nur auf einfache Stähle und einen niedrigen Temperaturbereich von 700 bis 950ºC anwenden. Die Neuheit der vorliegenden Erfindung zeigt sich bei der Behandlung von rostfreien Stählen und der Ausnutzung der δ/γ-Umwandlung bei einer Temperatur in einem hohen Bereich von 1000 bis 1400ºC, wie es in Fig. 14 gezeigt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1: zeigt Diagramme des Wärmebehandlungsverfahrens für die Wärmebehandlungsverfahren A, B und C und eine Bezugsprobe;
Fig. 2, 3, 4 und 5: sind Metallographieaufnahmen einer Bezugsprobe, die durch ein hierkömmliches Verfahren bzw. die Wärmebehandlungsverfahren A, B und C behandelt wurde;
Fig. 6: ist eine Darstellung des Zusammenhangs zwischen der durchschnittlichen Größe des γ-Korns (um) und der Höhe der Rillenbildung (um) bei kaltgewalzten Proben, die nach unterschiedlichen Wärmebehandlungsverfahren kaltgewalzt wurden;
Fig. 7: ist eine schematische Schnittansicht eines wesentlichen Teils einer Gießvorrichtung mit Zwillingswalzen, die bei der Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wurde;
Fig. 8: ist ein Blockdiagramm, das auf typische Weise das Herstellungssystem zur Durchführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 9: zeigt Diagramme des Wärmebehandlungsverfahrens für eine Bezugsprobe und die Wärmebehandlungsverfahren D, E und F;
Fig. 10 und 11: sind Metallographieaufnahmen des Bezugsmaterials, das durch ein herkömmliches Wärmebehandlungsverfahren behandelt wurde, bzw. eines Materials, das durch das Wärmebehandlungsverfahren D behandelt wurde;
Fig. 12 und 13: sind schematische Darstellungen der Fertigungssysteme zur Durchführung von die vorliegende Erfindung verkörpernden Verfahren für die Wärmebehandlungsverfahren D bzw. F; und
Fig. 14: ist ein Dreikomponenten-Phasendiagramm für Fe-Cr- Ni (30 % Fe senkrechte Schnittansicht) (Quelle: J. Singh et al., Met. Trans. A, 16A (1985), S. 1363), das zur Erläuterung der Phasenumwandlung (δ/γ-Umwandlung) von SUS304 im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beiträgt.

BESTE ART UND WEISE ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Nachfolgend wird das Verfahren zur Herstellung eines austenitischen rostfreien Stahlblechs nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Kleine Probestücken aus rostfreiem 18Cr-10Ni-Stahl mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Länge von 10 mm wurden Wärmebehandlungsverfahren mit unterschiedlichen Bedingungen unterzogen, um die Wirkungen der Bedingungen der Wärmebehandlung auf die durchschnittliche Größe des γ-Korns und die Höhe der Rillenbildung nachzuweisen. Die Höhe der Rillenbildung wurde mit dem Prüfgerät für die Oberflächenrauheit nach dem Kaltwalzen der Probestücke bei einer Flächenminderung von 50 % gemessen.
In Tabelle 1 sind die Ergebnisse für die durchschnittliche Größe des γ-Korns und die Höhe der Rillenbildung der Bezugsprobe, die keine Wärmebehandlung erhalten hatte, und die Proben, die wärmebehandelt worden waren, und zwar A, B und C, gezeigt.
Die Diagramme des Wärmebehandlungsverfahrens der wärmebehandelten Proben A, B und C und der Bezugsprobe sind in Fig. 1 gezeigt. Tabelle 1 Wärmebehandlungsbedingungen, durchschnittliche Größe des γ-Korns und Höhe der Rillenbildung Wärmebehandlungsbedingungen durchschnittliche Größe des γ-Korn Höhe der Rillenbildung (um) Bezugsprobe Wärmebehandlungsverfahren A Wärmebehandlungsverfahren B Wärmebehandlungsverfahren C und
Alle Probestücke wurden zur Regelung der Korngröße 10 min bei 1100ºC gehalten, damit die entsprechenden durchschnittlichen Korngrößen der Proben auf den gleichen Wert eingestellt wurden, bevor die Proben den Wärmebehandlungsverfahren des Versuchs unterzogen wurden.
Die Fig. 2, 3, 4 und 5 sind Metallographieaufnahmen der Bezugsprobe (herkömmliches Verfahren) bzw. der Proben, die den Wärmebehandlungsverfahren A, B bzw. C unterzogen wurden. Wie aus den Fig. 2, 3, 4 und 5 ersichtlich ist, sind die Kristallkörner der Proben, die durch die Wärmebehandlungsverfahren A, B und C erhalten wurden, feiner als die der Bezugsprobe. Die Korngrößen nehmen in der Reihenfolge der Wärmebehandlungsverfahren A, C und B ab.
Wie es aus Fig. 6 ersichtlich ist, die den Zusammenhang zwischen der durchschnittlichen Größe des γ-Korns (um) und der Höhe der Rillenbildung (um) der wärmebehandelten Proben nach dem Kaltwalzen auf 50 % zeigt, verbessert die Verringerung der durchschnittlichen Größe des γ-Korns die Rillenbildung, und zwar verringert sie die Höhe der Rillenbildung.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Fig. 7 ist eine typische Schnittansicht der Gießvorrichtung mit Zwillingswalzen, die für die Durchführung des Verfahrens verwendet wird, das die vorliegende Erfindung verkörpert.
Fig. 8 ist eine typische Ansicht des erfindungsgemäßen Fertigungssystems.
Wie in Fig. 7 gezeigt, sind zwei Walzen (1 und 2) nebeneinander angeordnet, sie bestehen aus einer wassergekühlten Kupferlegierung, und haben einen Durchmesser von 30 cm und eine Länge von 10 cm. Eine rotierende Antriebseinheit (nicht gezeigt), die einen Elektromotor und eine die gegossene Platte pressende Einheit 3 umfaßt, die Federn enthält, drückt gegen die Walzen 1 und 2. Die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen 1 und 2 und der Walzenspalt zwischen den Walzen 1 und 2 werden geeignet geregelt, so daß die dünne gegossene Platte 7 mit der gewünschten Dicke hergestellt wird. Seitliche Dämme 5, die aus hitzebeständigem Material gebildet sind, werden gegen die entgegengesetzten Seiten der Walzen 1 und 2 gedrückt, so daß eine Ansammlung 4 der Stahlschmelze gebildet wird. Das geschmolzene Material verfestigt sich in einer Verfestigungshülle 6. Wie in Fig. 8 gezeigt, wird die gegossene Platte 7, die vom Zwillingswalzensystem hergestellt wird, nach der Wärmebehandlung aufgerollt, und diese Rolle wird kaltgewalzt.
Eine dünne gegossene Platte aus austenitischem rostfreiem 18Cr-8Ni-Stahl (SUS304) mit einer Dicke von 10 mm und einer Breite von 100 mm wurde mit der Gießvorrichtung mit Zwillingswalzen bei einer Gießtemperatur von 1500 ºC und mit einer Rotationsgeschwindigkeit der Walzen von 1,4 m/s hergestellt. Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften (durchschnittliche Größe des γ-Korns, Höhe der Rillenbildung, Unregelmäßigkeit des Glanzes) der nicht wärmebehandelten Bezugsprobe und der Proben, die durch die Wärmebehandlungsverfahren D, E und F hergestellt wurden. Die Diagramme des Wärmebehandlungsverfahrens für die Bezugsprobe und die wärmebehandelnden Verfahren D, E und F sind in Fig. 9 gezeigt. Tabelle 2 Wärmebehandlungsbedingungen, durchschnittliche Gröbe des γ-Korns und Höhe der Rillenbildung der kalten Platte
Wärmebehandlungsbedingungen durchschnittliche Größe des γ-Korns (um) Höhe der Rillenbildung (um) Ungleichmäßigkeit des Glanzes Klasse *1 Bezug Wärmebehandlungsverfahren D Wärmebehandlungsverfahren E Wärmebehandlungsverfahren F 1350ºC oder mehr x 2 s 1350ºC oder mehr x 2 s x 2 1350ºC oder mehr x 2 s + Abkühlen + Biegen + 1350ºC oder mehr x 2 s + natürliche Abkühlung *1: Klasse 1: hervorragend, Klasse 2: gut, Klasse 5: schlecht
Die Fig. 10 und 11 sind Metallographieaufnahmen der Bezugsprobe bzw. der Probe, die dem Wärmebehandlungsverfahren D unterzogen wurde. Wie aus Fig. 10 und 11 ersichtlich, sind die Kristallkörner des Wärmebehandlungsverfahrens D geringer als die der Bezugsprobe, dies bestätigt die Wirkung der Kornvergütung (die Wirkung der Verringerung der durchschnittlichen Größe des γ-Korns) der Wärmebehandlung, und die Höhe der Rillenbildung und die Unregelmäßigkeit des Glanzes der wärmebehandelten Proben werden im Vergleich mit denen der Bezugsprobe deutlich verbessert.
Wie in Fig. 12 gezeigt, erfolgt das Wärmebehandlungsverfahren D konkreter, indem die von der Gießvorrichtung mit Zwillingswalzen gegossene dünne Platte 7 durch die Erwäriiungseinheit 8 erwärmt wird, die direkt unter den Walzen angeordnet ist, die dünne gegossene Platte 7 durch die Kühleinheit 9 abgekühlt wird, die dünne gegossene Platte 7 durch die Aufrollvorrichtung 10 aufgerollt wird, und die dünne gegossene Platte 7 dem Kaltwalzwerk ausgesetzt wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Erwärmungseinheit eine Hochfrequenz-Heizvorrichtung oder ein Brenner und wird so geregelt, daß die dünne gegossene Platte 7 auf eine Temperatur im Bereich von 1200 bis 1450ºC erwärmt wird. Die Kühleinheit 9 ist eine Zwangskühlvorrichtung mittels Gas zum Abkühlen der dünnen gegossenen Platte 7 auf eine Temperatur unterhalb 1200ºC. Das Wärmebehandlungsverfahren E erfolgte durch das Fertigungssystem, das eine Reihenanordnung von zwei Sätzen aus jeweils der Erwärmungseinheit 8 und der Kühleinheit 9 umfaßt. Das Wärmebehandlungsverfahren F erfolgte, wie in Fig. 3 gezeigt, durch das Fertigungssystem, das mit der Einheit 11 zur schwachen Verformung, die das Abkühlen und die Verformung gleichzeitig vornahm, der Erwärmungseinheit 12 und der Kühleinheit 9 versehen war, die nach der Erwärmungseinheit 8 des vorstehenden Beispiels angeordnet waren.

INDUSTRIELLE ANWENDUNGSMÖGLICHKEIT

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, kann die vorliegende Erfindung, die eine Gießvorrichtung mit Zwillingswalzen verwendet, ein kaltgewalztes Blech herstellen, das deutlich reduzierte winzige Vertiefungen und Wölbungen der Oberfläche, eine deutlich geringere Rillenbildung und Ungleichmäßigkeit des Glanzes und eine feine Qualität der Oberfläche aufweist, die denen kaltgewalzter Bleche überlegen sind, die durch ein herkömmliches Verfahren hergestellt werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines austenitischen rostfreien Stahlblechs, welches umfaßt:

(a) ein Gießverfahren zum Gießen von geschmolzenem austenitischem (γ) rostfreiem Stahl zu einer dünnen gegossenen Platte durch ein Gießverfahren für dünne Platten mittels Zwillingswalzen, das ein Paar gekühlte Walzen verwendet;

(b) ein Kühlverfahren zum Abkühlen der dünnen gegossenen Platte im Einzelphasenzustand der γ-Phase;

(c) ein Wärmebehandlungsverfahren zum Erwärmen und Halten der dünnen gegossenen Platte im Dualphasen- Zustand der δ und γ-Phase oder im Einzelphasen-Zustand der δ-Phase und zum anschließenden Abkühlen der dünnen gegossenen Platte, damit der Einzelphasen-Zustand der γ- Phase wiederhergestellt wird; und

(d) ein Kaltwalzverfahren zum Kaltwalzen der so wärmebehandelten dünnen gegossenen Platte.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Wärmebehandlungsverfahren zum Erwärmen und Halten der dünnen gegossenen Platte im Dualphasen-Zustand der δ und γ-Phase oder im Einzelphasen-Zustand der δ-Phase und das anschließende Abkühlen der dünnen gegossenen Platte zur Wiederherstellung des Einzelphasen-Zustandes der γ-Phase mindestens zweimal wiederholt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die dünne gegossene Platte vor dem Schritt des Wärmebehandlungsverfahrens der plastischen Verformung zum Walzen oder Biegen unterzogen wird.

4. Fertigungssystem für ein austenitisches rostfreies Stahlblech, welches umfaßt:

(a) eine Zwillingswalzen-Gießvorrichtung zum Gießen von geschmolzenem austenitischem (γ) rostfreiem Stahl, das mit einem Paar gekühlter Walzen versehen ist, die einander entgegengesetzt angeordnet sind;

(b) eine Erwärmungseinheit zum Erwärmen der von der Zwillingswalzen-Gießvorrichtung gegossenen dünnen Platte auf eine Temperatur im Bereich von 1200 bis 1450ºC; und

(c) eine Kühleinheit zum Abkühlen der von der Erwärmungseinheit erwärmten dünnen gegossenen Platte auf eine Temperatur von nicht mehr als 1200 ºC;

dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Satz der Erwärmungseinheit und der Kühleinheit im Wechsel angeordnet ist.

5. Fertigungssystem für ein austenitisches rostfreies Stahlblech nach Anspruch 4, das außerdem eine Einheit zur plastischen Verformung umfaßt, damit die dünne gegossene Platte vor dem Erwärmen der dünnen gegossenen Platte durch die Erwärmungseinheit plastisch verformt wird.