DE69912710T2

DE69912710T2 - Herstellungsverfahren eines dünnen Bandes aus rostfreiem Stahl

Info

Publication number: DE69912710T2
Application number: DE69912710T
Authority: DE
Inventors: Francis Chassagne; Frederic Mazurier; Pascal Gratacos
Original assignee: USINOR SA
Current assignee: USINOR SA
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2019-09-11
Also published as: ATE253992T1; FR2783443B1; BR9904278A; RU2203749C2; CN100358645C; CA2281991A1; JP2000094006A; CN1249216A; TW483781B; SK123999A3; UA63941C2; EP0988901B1; FR2783443A1; ID25947A; ZA995983B; TR199902306A2; KR100573750B1; AU4877899A; DE69912710D1; EP0988901A1

Description

Die Erfindung betrifft das Herstellen dünner Bänder aus nicht-rostendem Stahl direkt aus flüssigem Metall, mittels Festwerdenlassens im Inneren einer Gießform, die aus zwei gekühlten Wänden besteht, die sich mit der gleichen Geschwindigkeit verschieben wie das verfestigte Band, wie zum Beispiel die Außenwände von zwei Zylindern mit horizontalen Achsen.
In diesem Gießverfahren, das im Verlauf der Industrialisierung unter dem Namen "Gießen zwischen Zylindern" bekannt geworden ist, ist ein Hauptproblem, das mit der Qualität des Bands verbunden ist, das mögliche Vorhandensein von Porositäten in der Bandmitte. Da sich diese Porositäten in den Produkten am Schluß von später von dem Band durchlaufenen Umwandlungen (wie zum Beispiel Beizen, Glühen, Kaltwalzen und andere Umwandlungsvorgänge) wiederfinden, begrenzen sie das Anwendungsfeld von Produkten wegen der Veränderung von mechanischen Eigenschaften, die sie nach sich ziehen.
Die Gründe für das Erscheinen dieser Porositäten im Inneren von Bändern, die zwischen Zylindern gewalzt wurden, können mit jenen gleich sein, von denen (in größem Maßstab) Einfallstellen in Blöcken und Mittel-Porositäten in üblichen kontinuierlichen Gießprodukten hervorgerufen werden, nämlich das Verschließen von Taschen, die noch flüssiges Metall einschließen; mit festem Metall, da sich das Festwerdenlassen des Produkts (das normalerweise im Wesentlichen vollendet wird, wenn das Band die Wände der Gießform verlässt, das heißt, wenn sich das Bandinnere nicht mehr vollständig im flüssigen Zustand befindet) nicht in einer vollständig planmäßigen Weise vollzieht. Das Abkühlen und das Festwerdenlassen des flüssigen Metalls, das die Taschen verschließt, ist mit einer Kontraktion dieses Metalls verbunden, die einen Hohlraum erscheinen lässt. Dieser kann nicht vor dem Ende des Festwerdenlassens aufgefüllt werden, da diese wieder geschlossene Tasche nicht mehr mit neuem flüssigen Metall gespeist wird. Diese Porositäten können in sphärische Fehler, "Lunker" genannt, unterschieden werden, die durch ein Entweichen von gelöstem Gas verursacht werden und am häufigsten in der Nähe der Oberfläche von Produkten entstehen.
Das Dokument EP 0 396 862 schlägt ein Verfahren vor, das darauf gerichtet ist, die Zentral-Porositäten und gleichermaßen andere innere und oberflächliche Fehler bei dem Gießen von Metallbändern zwischen zwei Zylindern zu unterdrücken. Gemäß dieses Verfahrens weisen die Gießzylinder auf ihren Oberflächen genau dimensionierte und in einer versetzten Weise eingerichtete umfängliche Rillen auf den zwei Zylindern auf. Es richtet sich daher auf das Vermeiden des Abreißens von auf den Zylinderoberflächen festgewordener metallischer Haut, das Unregelmäßigkeiten im Festwerdenlassen des Bands nach sich ziehen könnte. Es zeigt sich jedoch, dass das alleinige Verhindern dieses Abreißens zum vollständigen Vermeiden des Erscheinens von Zentral-Porositäten ungenügend ist.
Das Dokument JP 8252653 schlägt ein Verfahren vor, demgemäß man in Reihe mit dem Gießen ein Warmwalzen des Bands unter Bedingungen ausführt, die die folgende Ungleichung erfüllen: r ≥ (2,74 × 10–5 T2 – 6,88 × 10–2 T + 43,55)(t0/w0)mit:

– r: Reduzierungsgrad beim Warmwalzen;
– T: Temperatur beim Warmwalzen in °C;
– t₀: Durchmesser der Porosität in der Richtung der Dicke des Bands;
– w₀: Durchmesser der Porosität in der Richtung der Breite des Bands.

Es muß sich also, gemäß dieses Verfahrens, das Warmwalzen mit einem ausreichenden Reduzierungsgrad vollziehen, damit die Porositäten während des Walzens wieder geschlossen werden und dieser minimale Grad hängt von der Walztemperatur (d. h. der Temperatur, auf der sich das Band bei seinem Eintritt in den Walzspalt der Zylinder befindet) und von der Form und von der Orientierung der Porositäten ab. Jedoch stellte man fest, dass diese Walz-Bedingungen immer noch ungenügend sind zum sicheren Erreichen eines Verschließens aller Porositäten und vor allem verhindern sie nicht immer, dass sich die wieder geschlossenen Porositäten nicht wieder von Neuem bei der Umwandlung des Bands oder dem Gebrauch von Produkten, die daraus hervorgegangen sind, öffnen, was ihren Bruch hervorruft.
Das Ziel der Erfindung ist, ein Verfahren vorzulegen, das ein endgültiges Verschließen von Zentral-Porositäten garantiert, die im Bandinneren nach seinem vollständigen Festwerdenlassen auftauchten.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung als Gegenstand ein Verfahren zum Herstellen eines dünnen Bands aus nicht-rostendem Stahl durch unmittelbares Festwerdenlassen des flüssigen Stahls in Form eines maximal 8 mm dicken Bands in einer Gießanlage, die zwei in Bewegung befindliche gekühlte Wände aufweist, und durch Warmwalzen des Bands, das beim Verlassen der Wände im wesentlichen festgeworden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmwalzen in einem Walzgerüst erfolgt, dessen Arbeitszylinder einen zwischen 400 und 900 mm betragenden Durchmesser besitzen, dass die Temperatur des Bands bei dessen Austritt aus dem Walzgerüst zwischen 800 und 1100°C beträgt, und dass der Grad der Reduzierung der Dicke des Bands beim Warmwalzen zwischen 15 und 50% beträgt.
Vorzugsweise erfolgt das Warmwalzen in Linie mit dem Gießen des Bands. Die Gießanlage kann vom Typ "Gießen zwischen Zylindern" sein.
Wie man verstehen wird, wird das Ziel der Erfindung durch die Kombination der Forderungen erreicht, die auf dem Durchmesser der Arbeitszylinder des Warmwalzgerüsts, der Temperatur des Bands bei seinem Austritt aus den Zylindern und dem Reduzierungsgrad der Dicke des Bands beim Warmwalzen beruhen.
Die Erfindung bezieht sich auf das Gießen von nichtrostenden Stählen aller Klassen, die üblicherweise Gehalte an Kohlenstoff von maximal 1%, Gehalte an Silizium von maximal 1%, Gehalte an Mangan von maximal 15%, Gehalte an Chrom zwischen 10 und 30%, Gehalte an Kupfer von maximal 5% und Gehalte an Stickstoff von maximal 0,5% (diese Gehalte sind in Gewichtsprozent ausgedrückt) aufweisen. Diese Stähle können auch beträchtliche Mengen von Nickel (bis zu 40%) oder von Molybdän (bis zu 8%) enthalten. Außerdem sind, wie es manchmal der Fall ist, andere Elemente in dem Metall vorhanden, entweder als Verunreinigungen oder als Legierungselemente, besonders Schwefel, Phosphor, Titan, Niob, Zirkon. Ihre Gesamtmenge soll 2% des Gewichts nicht übersteigen.
Wie man gesagt hat, ist ein dünnes Band aus nicht-rostendem Stahl, das zwischen Zylindern gegoßen wurde, sehr dafür empfänglich, bei seinem Festwerdenlassen Porositäten in seinem Inneren zu entwickeln, wenn eine Flüssigkeits-Tasche mittels festen Metalls wieder verschlossen wird. Dieses Phänomen zeigt sich am Schluss des Festwerdenlassens der zähflüssigen Zone, auch "gleichachsige Zone" genannt, die zwischen den zwei fest gewordenen Häuten in Zylinderkontakt, auch "säulenförmige Zonen" genannt, angeordnet ist. Die gleichachsige Zone ist sehr schwierig zu beherrschen und seine Dicke kann sich in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Festwerdenlassens säulenförmiger Zonen verändern. Folglich kann sich die gleichachsige Zone lokal in einer verfrühten Weise auf Niveaus wieder verschliessen, auf denen das Wachsen von säulenförmigen Zonen schneller war als normal. Unterhalb des Punktes des Schliessens der gleichachsigen Zone, können die Flüssigkeits-Taschen nicht mehr richtig mit flüssigem Metall nachversorgt werden und Porositäten bilden sich durch Kontraktion des Metalls bei dem Festwerdenlassen dieser Flüssigkeits-Taschen. Dieser Fall bleibt dennoch genügend selten und tatsächlich entsteht allgemein die Isolierung einer Flüssigkeits-Tasche durch Umgruppieren von gleichachsigen Kristallen in der Flüssigkeit, die einen Pfropfen bilden werden, der die gleichachsige Zone verstopft. Die Porositäten, die sich in der gleichachsigen Zone bilden, bestehen aus Anordnungen von Kanälen und Höhlen, die von Gas befreit sind, deren maximale Ausdehnung entlang der Dicke des Blechs der Dicke der gleichachsigen Zone (angenommen 100 bis 400 μm) entspricht und die eine Länge von 1 bis 2 mm in den anderen Richtungen erreichen können. Wie man gesagt hat, handelt es sich nicht um einen sphärischen Lunker, der als Ursprung ein Entweichen von Gas haben könnte oder um einen inneren Fehler, der auf der Oberfläche des Bands hervorbrechen kann.
Die Idee, auf der die Erfindung basiert ist, bei dem Warmwalzen des festgewordenen Bands Bedingungen zu schaffen, die nicht nur zu einem Verschließen von Zentral-Porositäten führen, wie es schon bekannt ist, sondern gleichermaßen zu einem richtigen Verschweißen von gegenüberliegenden Wänden von Porositäten, denen das Walzen erlaubte sich zu vereinen. Auf diese Weise vergewissert man sich, dass die Porositäten nicht Gefahr laufen werden, sich bei dem späteren Formen des Bands oder bei dem Anwenden der so hergestellten Produkte zu öffnen. Bei dem Warmwalzen des Bands folgen zwei Schritte aufeinander. Zuallererst nähern sich, in dem Maße voranschreitend wie sich die Dicke des Bands verringert, die Innenwände des Fehlers bis zu ihrem in Kontakt treten einander an. Dann, wenn einmal dieser Kontakt zustande kommt, kommt ein Verschweißen der Wände mittels Diffusion von wesentlichen Elementen des Stahls quer durch die Schnittflächen hindurch, zustande. Ein wirksames Verschweißen von Wänden kann aber schon vor dem Verlassen des Bands des Walzspalts der Zylinder des Walzgerüstes erhalten worden sein, denn andernfalls führt das Nachlassen der Verdichtung des Bands, das am Ausgang der Zylinder entsteht, zu einem teilweisen Abreißen der Wände.
Die Wirksamkeit des Verschweißens hängt in hohem Maße von zwei Parametern ab: der Dauer der erzwungenen Kontaktaufnahme der Wände in dem Walzgerüst und der Temperatur auf der sich diese Kontaktaufnahme vollzieht. Dieser erzwungene Kontakt kann also so bald wie möglich nach dem Eintritt des Bands in das Walzgerüst stattfinden und seine Dauer hängt, für eine gegebene Walzgeschwindigkeit (die, in dem Fall eines Walzens in Linie zum großen Teil von der Dicke des Bands vor seinem Walzen bestimmt wird), hauptsächlich vom Durchmesser der Arbeitszylinder des Walzgerüsts und von dem Reduzierungsgrad seiner Dicke ab, die sie dem Band auferlegen. Zusätzlich wurden der Zylinderdurchmesser und der Reduzierungsgrad angehoben und zusätzlich ist die erzwungene Kontaktaufnahme der Wände der Porositäten schnell und verlängert. Man kann sich jedoch nicht mit dem Bestätigen begnügen, dass es zum Lösen des gestellten Problems in einer zufriedenstellenden Weise genügt, das Band mit einem Reduzierungsgrad und einem Zylinderdurchmesser zu walzen, die ebenso weit wie möglich erhöht sind. In der Tat, führte ein zu stark erhöhter Reduzierungsgrad, der über Warmverformungskapazitäten des Bands hinausging, zum Auftreten von Oberflächenrissen auf dem Band, genannt "Risse", die absolut zu vermeiden sind. Andererseits hängt die Temperatur, auf der sich die erzwungene Kontaktaufnahme von Wänden von Porositäten vollzieht, nicht nur von der Eintritts-Temperatur des Bands in das Walzgerüst ab, sondern auch von der Dauer des Kontakts zwischen dem Band und den Zylindern, denn dieser Kontakt bewirkt eine Abkühlung des Bands. Falls, für eine gegebene Eintritts-Temperatur des Bands, die Zylinder einen stark erhöhten Durchmesser haben, kann die Abkühlung des Bands, die sie bewirken, dieses auf eine unzureichende Temperatur führen, um das Verschweißen von Wänden von Porositäten vervollständigen zu können. Deshalb liefert der Temperaturwert des Bands bei seinem Austritt aus den Zylindern einen guten Hinweis auf die tatsächliche Möglichkeit, die die Wände der Porositäten hatten, sich miteinander im Walzspalt der Zylinder zu verschweißen.
Die Temperatur des Bands am Ausgang der Zylinder muß also ausreichend sein, um das Verschweißen von Porositäten zu erlauben, aber sie darf nicht mehr zu sehr erhöht sein, um eine übermäßige thermische Belastung auf den Zylindern zu vermeiden. Dies könnte zu einer Beschädigung ihrer Oberfläche führen, was auf eine Störung der Erscheinung der Oberfläche des Bands in Form einer übermäßigen Rauheit hinausläuft. Das Ziel der Erfindung kann also nicht ohne das Erlangen von Sekundäreffekten, die für die allgemeine Qualität des Bands hinderlich sind, erreicht werden, außer man kombiniert den Durchmesser der Zylinder, den Grad der Reduzierung und die Temperatur des Bands am Ausgang des Walzgerüsts in angemessener Weise.
Um zu bestimmen, wie diese Parameter kombiniert werden müssen, wurden Versuchsreihen durchgeführt, im Verlauf derer man, für einen gegebenen Typ nicht-rostenden Stahls, den Durchmesser von Arbeitszylindern des Walzgerüsts, den Reduzierungsgrad der Dicke des Bands und die Temperatur des Bands am Ausgang des Walzgerüsts variierte. Das Walzgerüst war in Linie mit der Walzvorrichtung angeordnet. Jeder Versuch hatte eine Charakterisierung als Ziel, die es erlaubt zu bestimmen, ob das Verschweißen von Porositäten wirksam war oder nicht. Diese Charakterisierung bestand im Zerbrechen eines Zerreißstabs und im Bestimmen der Bruchmuster. Falls das Muster Porositäten zeigt, die sich während des Zerreißversuchs öffneten, folgert man, dass das Verschmelzen nicht befriedigend war. Falls das Muster keine sichtbare Porosität zeigt, wird das Verschmelzen als befriedigend beurteilt.
Die Tabelle 1 fasst die Zusammensetzungen von Stählen zusammen, mit denen die Versuche, deren Ergebnisse in der Tabelle 2 gezeigt sind, durchgeführt wurden. Die Gehalte von unterschiedlichen Elementen sind in Gewichts-Prozent angegeben. Die Tabelle 1 zeigt ebenfalls die Dicken der Bänder am Ausgang der Gießzylinder, auf denen die Versuche erfolgten, ebenso wie die entsprechenden Gießgeschwindigkeiten, die zwischen den Gießzylindern und dem Warmwalzgerüst gemessen wurden.
Tabelle 1: Zusammensetzung von Stählen von Versuchsgüssen, Dicke von Gussbändern und Gießgeschwindigkeiten
Die Zusammensetzungen von Güssen der Typen A und A' entsprechen denen der üblichen austenitischen nicht-rostenden Stähle des Typs AISI 304. Die Güsse des Typs B entsprechen den ferritischen nicht-rostenden Stählen des Typs AISI 430. Die Güsse des Typs C entsprechen den ferritischen nichtrostenden Stählen des Typs AISI 409, die mit Titan stabilisiert sind.
Die Tabelle 2 stellt die Versuchsergebnisse aus, die auf den Bändern erfolgten, die von diesen Güssen ausgegeben wurden, mit den entsprechenden Versuchsbedingungen.
Tabelle 2: Ergebnisse der auf den Güssen der Typen A, A', B, C ausgeführten Versuche
Es geht aus diesen Versuchen hervor, dass ein wirksames Verschweißen von Porositäten ohne Auftreten von Rissen und ohne übermäßige Rauheit auf der Oberfläche des Bands erreicht wird, wenn die drei folgenden Bedingungen erfüllt sind:

– ein Durchmesser der Arbeitszylinder des Walzgerüsts weist zwischen 400 und 900 mm auf;
– ein Reduzierungsgrad der Dicke des Bands bei dem Walzen weist zwischen 15 und 50% auf;
– eine Temperatur des Bards am Ausgang des Walzgerüsts von wenigstens 800°C und höchstens 1100°C.

Dagegen hat man nicht den Einfluss der Kombination Banddicke-Gießgeschwindigkeit auf die Versuchsbedingungen aufgezeichnet: für Parameter des Gusses, die ansonsten identisch sind, sind die Ergebnisse des Gusses des Typs A' mit jenen des Gusses des Typs A identisch.
Diese Versuche wurden, wie man gesagt hat, mit einem Warmwalzgerüst durchgeführt, das in Linie mit der Gießvorrichtung und vor der Wickelvorrichtung des Bands angeordnet ist. Im Sinn der Erfindung ist dieses Charakteristikum nicht unentbehrlich und das Warmwalzen kann auf einer Vorrichtung erfolgen, die von der Gießvorrichtung und der Wickelvorrichtung getrennt ist, also nach einem Abwickeln und einem Erhitzen des Gussrohbands. Jedoch wird aus verschiedenen Gründen ein Walzen in Linie angeraten. Zuallererst zeigt diese Lösung ökonomische Vorteile, die mit dem kontinuierlichen Charakter der Vorgänge verbunden sind. An erster Stelle finden sich die Herstellungsprozesse des Bands deshalb verkürzt. Zusätzlich erspart man sich eine Wickelmaschine und auch eine Erhitzungsvorrichtung mit relativ starker Leistung, weil das Gussband zum Erhalten der angemessenen Walztemperaturen warm genug sein kann, eventuell mit Hilfe einer Kappe, die die Ausstrahlung des Bands zwischen seinem Austritt aus den Gießzylindern und seinem Eintritt in das Walzgerüst hemmt. Falls ein Erhitzen des Bands sich jedoch als nötig erweist, kann es mit der Hilfe eines Induktionsofens mit reduzierter Leistung durchgeführt werden, der zum Erhöhen der Temperatur des sich vorbeibewegenden Bands um einige hundert Grad ausreichend ist. Andererseits unterdrückt ein Walzen in Linie, mittels Unterdrückens der Notwendigkeit eines Wickelns des Gussrohbands, gleichzeitig die Risiken einer Störung des Bands beim Wickeln, das mit einem relativ dicken Band, das eine nicht umkristallisierte Struktur zeigt, stattfinden würde. Zuletzt unterdrückt das Unterdrücken des Erhitzens des Bands von der Umgebungstemperatur auf die Warmwalztemperatur, die Rückoxidationen der Oberfläche des Bands, die bei diesem Vorgang üblich sind. Diese Rückoxidationen würden Zunder bilden, der sich gleichzeitig auf dem Band und auf den Walzzylindern festsetzen und zu einer Herabsetzung des Aussehens der Produktoberfläche nach dem Beizen führen könnte.
Die Erfindung lässt sich nicht nur auf Vorrichtungen zum Walzen zwischen Zylindern anwenden, sondern auch auf jeden anderen Typ von Vorrichtung zum Walzen für dünne Bänder aus nicht-rostendem Stahl zwischen zwei gekühlten in Bewegung befindlichen Oberflächen, wie zum Beispiel die sich vorbeibewegenden Bänder.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines dünnen Bands aus nicht-rostendem Stahl durch unmittelbares Festwerdenlassen des flüssigen Stahls in Form eines maximal 8 mm dicken Bands in einer Gießanlage, die zwei in Bewegung befindliche gekühlte Wände aufweist, und durch Warmwalzen des Bands, das beim Verlassen der Wände im wesentlichen festgeworden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmwalzen in einem Walzgerüst erfolgt, dessen Zylinder einen zwischen 400 und 900 mm betragenden Durchmesser besitzen, dass die Temperatur des Bands bei dessen Austritt aus dem Walzgerüst zwischen 800 und 1100°C beträgt, und dass der Grad der Reduzierung der Dicke des Bands beim Warmwalzen zwischen 15 und 50% beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmwalzen in einer Anlage erfolgt, die in einer Fertigungslinie mit der Gießanlage liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlten Wände der Gießanlage durch die Oberflächen zweier rotierender Zylinder mit horizontalen Achsen gebildet sind.